герб

ГОСТы

флаг

Справочник Справочная энциклопедия дорожника. Том V. Проектирование автомобильных дорог

СЭД V

Справочная энциклопедия дорожника

V
том

Проектирование автомобильных дорог

Под редакцией заслуженного
деятеля науки и техники РСФСР,
д-ра техн. наук. проф. Г.А. Федотова
и д-ра техн. наук. проф. П.И. Поспелова

МОСКВА 2007

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

1.1 Классификация автомобильных дорог

1.2. Нормы проектирования автомобильных дорог

1.3. Расчетные скорости, нагрузки и габаритные размеры подвижного состава

1.4. Охрана окружающей среды

Приложение 1. Список рекомендуемых нормативно-технических документов

1.1. Общие стандарты

1.2. Грунты, земляное полотно, торф

1.3. Асфальтобетонные смеси, битум

1.3. Бетон, железобетон. Бетонные смеси, щебень, гравий, песок, цемент, шлаки, шламы и другие материалы

1.5. Автомобильные, железные дороги, аэродромы, земляное полотно дорог, мосты и трубы, укрепительные работы (изыскания, проектирование, строительство)

1.6. Основания и фундаменты

1.7. Изыскания автомобильных, железных дорог, аэродромов

1.8. Эксплуатация автомобильных дорог

1.9. Геотекстиль

1.10. Экология, климатология

1.11. Безопасность движения и техника безопасности

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

2.1. Общие положения

2.2. Предпроектное проектирование

2.3. Разработка проектной документации

2.4. Разработка рабочих чертежей

2.5. Состав проектной документации

2.6. Оформление проектной документации

Приложение 2.1.

ЗАДАНИЕ на разработку инженерного проекта капитального ремонта автомобильной дороги М-10 «Россия» в Новгородской области

Приложение 2.2.

Перечень технических документов, подлежащих использованию при разработке обоснования инвестиций

Приложение 2.3.

Перечень материалов и документов, включаемых в состав обоснования инвестиций (ОИ).

Приложение 2.4.

Перечень материалов и документов, включаемых в состав обосновывающих материалов инженерного проекта (ИП).

ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗЫСКАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

3.1. Особенности традиционной технологии изысканий автомобильных дорог и ее анализ

3.2. Особенности технологии изысканий автомобильных дорог при проектировании на уровне САПР-АД

3.3. ГИС-технологии в изысканиях автомобильных дорог

3.4. Методы обоснования полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы

3.5. Цифровое моделирование рельефа, ситуации и геологического строения местности

3.6. Виды цифровых моделей местности

3.7. Методы построения цифровых моделей местности

3.8. Математическое моделирование местности

3.9. Задачи, решаемые с использованием цифровых и математических моделей

ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

4.1. Структура экономического обоснования дорожного строительства

4.2. Перспективный парк автомобилей

4.3. Прогнозирование перспективной интенсивности движения

4.4. Методы оценки общественной эффективности инвестиционных проектов дорожного строительства

4.5. Процедуры учета неопределенности

4.6. Элементы затрат-выгод инвестиционных проектов дорожного строительства

ГЛАВА 5. ТОПОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТОВ

5.1. Геодезические опорные сети

5.2. Обозначение пунктов государственных геодезических сетей на местности

5.3. Привязка к пунктам государственных геодезических сетей

5.4. Планово-высотное обоснование топографических съемок

5.5. Электронная тахеометрическая съемка

5.6. Наземно-космическая съемка

5.7. Наземное лазерное сканирование

ГЛАВА 6. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТОВ

6.1. Общие сведения об организации и составе инженерно-геологических изысканий

6.2. Современные технические средства, применяемые при инженерно-геологических изысканиях

6.3. Инженерно-геологические изыскания на полосе варьирования трассы

6.4. Инженерно-геологические изыскания по принятому варианту трассы

6.5. Разведка местных дорожно-строительных материалов

6.6. Лабораторные испытания и полевые методы исследования физико-механических свойств грунтов и материалов

6.7. Геофизические методы инженерно-геологических изысканий

6.8. Камеральная обработка и представляемые материалы

ГЛАВА 7. ИНЖЕНЕРНО-ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТОВ

7.1. Состав инженерно-гидрометеорологического обоснования проектов

7.2. Технология инженерно-гидрометеорологических изысканий

7.3. Морфометрические работы

7.4. Гидрометрические работы

7.5. Аэрогидрометрические работы

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 8. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТАМ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

8.1. Элементы плана автомобильных дорог

8.2. Элементы поперечных профилей

8.3. Элементы продольного профиля

8.4 Ширина проезжей части и земляного полотна

8.5. Остановочные, краевые полосы и бордюры

8.6. Поперечные уклоны элементов дороги

8.7. Нормы проектирования плана и продольного профиля

8.8. Переходные кривые

8.9. Виражи

8.10. Уширение проезжей части

8.11. Серпантины

8.12. Мосты и трубы

8.13. Тоннели

ГЛАВА 9. ПЛАН АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ. ПРИНЦИПЫ ЛАНДШАФТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

9.1. Выбор направления трассы

9.2. Элементы клотоидной трассы

9.3. Принципы трассирования

9.4. Цели и задачи ландшафтного проектирования*

9.5. Согласование элементов трассы с ландшафтом

9.6. Особенности трассирования автомобильных дорог в характерных ландшафтах

9.7. Согласование земляного полотна с ландшафтом

9.8. Правила обеспечения зрительной плавности и ясности трассы

ГЛАВА 10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

10.1. Принципы проектирования продольного профиля

10.2. Критерии оптимальности

10.3. Комплекс технических ограничений

10.4. Техника проектирования продольного профиля в традиционном классе функций

ГЛАВА 11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

11.1. Элементы земляного полотна и общие требования к нему

11.2. Грунты для сооружения земляного полотна

11.3. Природные условия, учитываемые при проектировании земляного полотна

11.4. Учет водно-теплового режима при проектировании верхней части земляного полотна

11.5. Поперечные профили земляного полотна в обычных условиях

11.6. Проектирование насыпей на слабых основаниях

11.7. Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок

11.8. Земляное полотно на склонах

ГЛАВА 12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

12.1. Общие сведения

12.2. Основы конструирования нежестких дорожных одежд

12.3. Расчеты нежестких дорожных одежд на прочность

12.4. Расчет конструкции дорожной одежды в целом по допускаемому упругому прогибу

12.5. Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев

12.6. Расчет конструкции дорожной одежды на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

12.7. Обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды

12.8. Осушение дорожной одежды и земляного полотна

ГЛАВА 13. КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

13.1. Область применения. Основные виды покрытий

13.2. Общие требования к жестким дорожным одеждам. Основные принципы конструирования

13.3. Особенности конструкций жестких дорожных одежд

13.4. Основные положения расчета жестких дорожных одежд

Список литературы к главе 13

ГЛАВА 14. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

14.1. Напряжения в цементобетонном покрытии от внешней нагрузки

14.2. Определение разрушающей нагрузки для плит цементобетонного покрытия

14.3. Определение напряжений в цементобетонном покрытии по прогибам, измеренным в натуре

14.4. Определение эквивалентного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации многослойного основания под жестким дорожным покрытием

14.5. Температурные напряжения

14.6. Устойчивость плит бетонных дорожных покрытий при повышении температуры

14.7. Прочность при усилении жестких покрытий слоем асфальтобетона или цементобетона

14.8. Устойчивость против выпирания асфальтобетонного слоя на цементобетонном основании

14.9. Устойчивость положения плиты со свободными краями при нагрузке от транспортных средств

Список литературы к главе 14

ГЛАВА 15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО И ПОДЗЕМНОГО ДОРОЖНОГО ВОДООТВОДА

15.1. Система поверхностного и подземного дорожного водоотвода

15.2. Нормы допускаемых скоростей течения воды

15.3. Определение объемов и расходов ливневых и талых вод с малых водосборов

15.4. Гидравлический расчет дорожных канав

15.5. Гидравлический расчет отверстий малых мостов и труб

15.6. Косогорные сооружения поверхностного водоотвода

15.7. Укрепление русел за сооружениями

15.8. Расчет дренажа

15.9. Некоторые рекомендации к разработке региональных норм стока

ГЛАВА 16. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

16.1. Основные сведения о проектировании переходов через большие водотоки

16.2. Гидрологические расчеты

16.3. Морфометрические расчеты

16.4. Прогноз природных деформаций русел рек

16.5. Расчет срезок пойменных берегов подмостовых русел и отверстий мостов

16.6. Расчет общего размыва

16.7. Определение максимальной глубины расчетного общего размыва

16.8. Расчет местного размыва у опор мостов

16.9. Расчет размывов переходов коммуникаций у мостовых переходов

16.10. Расчет характерных подпоров на мостовых переходах

ГЛАВА 17. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДХОДОВ, РЕГУЛЯЦИОННЫХ И УКРЕПИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

17.1. Условия работы пойменных насыпей

17.2. Проектирование подходов к мостам

17.3. Проектирование оптимальных пойменных насыпей

17.4. Расчет устойчивости откосов подтопляемых насыпей

17.5. Расчет осадок пойменных насыпей

17.6. Расчет скорости осадки насыпей на слабых основаниях

17.7. Задачи и принципы регулирования рек у мостовых переходов

17.8. Конструкции регуляционных сооружений на мостовых переходах

ГЛАВА 18. ПЕРЕСЕЧЕНИЯ И ПРИМЫКАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

18.1. Общие положения и требования по проектированию пересечений и примыканий в одном уровне

18.2. Классификация пересечений автомобильных дорог в разных уровнях и требования к ним

18.3. Элементы пересечений автомобильных дорог в разных уровнях

18.4. Задачи, решаемые при проектировании развязок движения в разных уровнях

18.5. Анализ условий пересечений при проектировании развязок

18.6. Пропускная способность развязок в разных уровнях и оценка безопасности движения

18.7. Технико-экономическое сравнение вариантов развязок движения

ГЛАВА 19. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОГ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ (ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ) ГРУНТАХ

19.1. Распространение вечной мерзлоты на территории Российской Федерации

19.2. Дорожно-климатическое районирование первой зоны - зоны вечной мерзлоты России

19.3. Принципы проектирования и строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах

19.4. Особенности водно-теплового режима естественных грунтов и земляного полотна автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты

19.5. Особенности расчета дорожных конструкций нежесткого типа в условиях вечной мерзлоты

19.6. Особенности изысканий для строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах

19.7. Особенности проектирования дорог на многолетнемерзлых грунтах

19.8. Земляное полотно автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах

19.9. Требования к грунтам земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах

19.10. Конструкции земляного полотна автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах

19.11. Водоотводные сооружения

19.12. Проектирование земляного полотна и искусственных сооружений на наледных участках

Список литературы к главе 19 (рекомендуется для территорий с наличием ММГ, порядковая нумерация литературы размещена в исторической ретроспективе по годам изданий)

ГЛАВА 20. ИНЖЕНЕРНОЕ ОБУСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

20.1. Обслуживание дорожного движения

20.2. Дорожные знаки

20.3. Дорожная разметка

20.4. Направляющие устройства

20.5. Дорожные ограждения

20.6. Освещение автомобильных дорог

20.7. Составление схемы обстановки дороги

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

21.1. Особенности реконструкции автомобильных дорог

21.2. Особенности изысканий для разработки проектов реконструкции автомобильных дорог

21.3. Реконструкция автомобильных дорог в плане и продольном профиле

21.4. Земляное полотно при реконструкции автомобильных дорог

21.5. Дорожные одежды при реконструкции автомобильных дорог

21.6. Особенности организации работ при реконструкции автомобильных дорог

ГЛАВА 22. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

22.1. Цели и задачи проекта организации строительства

22.2. Строительный генеральный план

22.3. Календарный план строительства

22.4. Механизация дорожного строительства

22.5. Машины для земляных работ

22.6. Машины для уплотнения грунтов и материалов дорожных одежд

22.7. Определение потребности в основных строительных машинах, транспортных средствах и трудовых ресурсах

ГЛАВА 23. ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

23.1. Система показателей для оценки проектных решений

23.2. Определение предельной пропускной способности дороги и коэффициента загрузки движением

23.3. Расчет средней скорости движения транспортного потока

23.4. Расчет максимальной скорости движения одиночного автомобиля

23.5. Определение степени загрязнения придорожной полосы соединениями свинца

23.6. Расчет загрязнения атмосферного воздуха выбросами автомобильного транспорта

ГЛАВА 24. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОГ И ИХ РЕКОНСТРУКЦИИ

24.1. Влияние дорожных условий на безопасность движения

24.2. Оценка относительной опасности участков дороги и выявление опасных мест методом «коэффициентов относительной аварийности»

24.3. Выявление опасных мест метолом «коэффициентов безопасности»

24.4. Оценка обеспеченности безопасности движения на пересечениях в одном уровне

24.5. Оценка безопасности движения на пересечениях в разных уровнях

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

ГЛАВА 25. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И СООРУЖЕНИЙ НА НИХ

25.1. Понятие о системах автоматизированного проектирования

25.2. Средства обеспечения систем автоматизированного проектирования

25.3. Функциональная структура САПР

25.4. Принципы оптимизации и моделирования при проектировании автомобильных дорог

25.5. Гис-технологии в автоматизированном проектировании

Список литературы к главе 25

ГЛАВА 26. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ CAD « CREDO»

26.1. Историческая справка

26.2. Функциональная структура подсистемы «Линейные изыскания»

26.3. Функциональная структура подсистемы «Дороги»

ГЛАВА 27. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ « indorcad / road »

27.1. Историческая справка

27.2. Функциональная структура системы автоматизированного проектирования « IndorCAD/ Road». Раздел «План»

27.3. Раздел «Продольный профиль»

27.4. Раздел «Верх земляного полотна»

27.5. Раздел «Поперечный профиль»

27.6. Графический редактор « IndorDrawing»

ГЛАВА 28. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

28.1. Автоматизированное проектирование плана и продольного профиля. Общий методологический подход

28.2. Методы «однозначно определенной оси»

28.3. Метод «опорных элементов»

28.4. Метод «сглаживания эскизной линии трассы»

28.5. Методы «свободной геометрии». Сплайн-трассирование

ГЛАВА 29. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

29.1. Метод «опорных точек»

29.2. Метод «проекции градиента»

29.3. Метод «граничных итераций»

29.4. Методы «свободной геометрии»

ГЛАВА 30. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

30.1. Особенности автоматизированного проектирования оптимальных нежестких дорожных одежд

30.2. Оптимизационный метод проектирования дорожных одежд нежесткого типа

30.3. Технология автоматизированного проектирования оптимальных дорожных одежд

ГЛАВА 31. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ВОДООТВОДА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

31.1. Математическое моделирование стока ливневых вод с малых водосборов

31.2. Математическое моделирование стока талых вод с малых водосборов

31.3. Расчет отверстий и моделирование работы малых мостов и труб

31.4. Проектирование оптимальных водопропускных труб

31.5. Проектирование оптимальной системы поверхностного водоотвода

ГЛАВА 32. КОМПЛЕКСНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

32.1. Принципы автоматизированного проектирования мостовых переходов

32.2. Аналитическая аппроксимация и универсальный метод определения расчетных гидрометеорологических характеристик

32.3 Комплексная программа расчета отверстий мостов «Рома»

32.4. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рома»

32.5. Программа расчета уширений русел на мостовых переходах «Рур»

32.6. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рур»

ГЛАВА 33. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ РАМП

33.1. Существующие принципы конструктивного решения участков ответвлений и примыканий соединительных рамп

33.2. Переходные кривые, требования к ним и методы их расчета

33.3. Расчет элементов соединительных рамп

33.4. Проектирование продольного профиля по соединительным рампам

33.5. Планово-высотное решение соединительных рамп

ГЛАВА 34. ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

34.1. Программы для оценки проектных решений

34.2. Построение перспективных изображений автомобильных дорог

34.3. Перцептивные изображения автомобильных дорог

34.4. Оценка зрительной плавности трассы

34.5. Определение показателей транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог

34.6. Оценка проектных решений автомобильных дорог на основе математического моделирования

34.7. Технико-экономическое сравнение вариантов автомобильных дорог и мостовых переходов

Справочная энциклопедия содержит необходимые сведения по организации и современной технологии проектно-изыскательских работ - по экономическим, инженерно-геодезическим, инженерно-геологическим, инженерно-гидрометеорологическим изысканиям и современным методам проектирования автомобильных дорог и сооружений на них. В справочную энциклопедию включен специальный раздел, посвященный автоматизированному проектированию автомобильных дорог на уровне современных систем автоматизированного проектирования САПР-АД.

Справочная энциклопедия не заменяет Государственных и Национальных стандартов, строительных норм и правил, ведомственных нормативных документов. Цель ее издания - помочь инженерам и техническим работникам в разработке проектов с использованием современной технологии и методов проектирования автомобильных дорог.

Справочная энциклопедия предназначена для инженерно-технических работников и специалистов дорожного хозяйства, занятых изысканиями и проектированием автомобильных дорог. Она может быть также использована широким кругом руководителей и специалистов-дорожников, преподавателями, студентами старших курсов автомобильно-дорожных вузов и факультетов, техникумов и колледжей.

Коллектив авторов: д-р техн. наук, проф. Г.А. Федотов - гл. 3, 5, 7, 8. 9. 10. 16, 17, 21, 22, 25, 30, 32, 33, разд. 34.2; д-р техн. наук, проф. П.И. Поспелов - гл. 24; канд. техн. наук В.К. Апестин - гл. 13, 14; д-р техн. наук В.Н. Бойков - гл. 26, 27, 28, 29; проф. В.А. Давыдов - гл. 19; д-р техн. наук, проф. В.Д. Казарновский - гл. 11; проф. М.С. Коганзон - гл. 12; д-р техн. наук Э.К. Кузахметова - гл. 1, 2; д-р техн. наук, проф. A . M . Кулижников - гл. 6; инж. Х.К. Миножетдинов - гл. 4; канд. техн. наук Паудяль Сурья Пракаш - гл. 15, 31; проф. В.И. Пуркин - гл. 23, 34 (кроме разд. 34.2): инж. Л.Т. Чертков - гл. 20; инж. С.Э. Шпак - гл. 18: д-р техн. наук. проф. Ю.М. Яковлев - гл. 12.

Разделы, подготовленные совместно, повторены у каждого соавтора.

Рецензенты:

ОАО «Дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «ГИПРОДОРНИИ»

ОАО «Институт по проектированию и изысканиям автомобильных дорог «Союздорпроект»

Координатор проекта ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР»

Руководитель проекта Д.Г. Мепуришвили

Ответственный исполнитель по координации работ И.Н. Фролова

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшими задачами экономического развития России являются повышение эффективности инвестиций во всех сферах хозяйственной деятельности и резкое улучшение качества продукции. Высокие требования предъявляются в связи с этим и к автодорожному строительству.

Автомобильные дороги - весьма капиталоемкие и в то же время одни из наиболее рентабельных инженерных сооружений. Проектирование автомобильных дорог должно быть направлено на достижение их высоких транспортно-эксплуатационных качеств при минимуме материалоемкости строительства и строительных затрат. Правильно запроектированная дорога обеспечивает безопасность движения как одиночных автомобилей с расчетными скоростями, так и транспортных потоков с высокими уровнями удобства даже в самые напряженные периоды работы дорог, надежность и долговечность земляного полотна, дорожных одежд, искусственных сооружений и т.д.

При оценке вариантов проектных решений предпочтение отдают не только самым экономичным инженерным решениям, но и чаше всего тем, которые обеспечивают наиболее гармоничное вписывание полотна дорог в окружающий ландшафт и оказывают наименее отрицательное воздействие на окружающую среду. Обязательными элементами проектных решений являются мероприятия по охране окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов.

В настоящем издании: «Проектирование автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника. Том V » в основном сохранена оправдавшая себя структура предыдущего издания: «Проектирование автомобильных дорог: Справ. инж.-дор. / Под ред. д-ра техн. наук Г.А. Федотова. - М.: Транспорт, 1989. - 438 с».

Справочная энциклопедия дорожника представлена тремя, логически связанными разделами.

В разделе «Обоснование проектных решений» освещены следующие вопросы:

классификация и нормы проектирования автомобильных дорог;

организация проектно-изыскательского процесса;

современная технология изысканий автомобильных дорог;

обоснование инвестиций в строительство автомобильных дорог;

топографо-геодезическое обоснование проектов;

инженерно-геологическое обоснование проектов;

инженерно-гидрометеорологическое обоснование проектов.

При этом, уделено основное внимание современным технологиям и методам производства изысканий, основанным, прежде всего, на использовании высокопроизводительных методов сбора информации о местности: использованию ГИС-технологий при изысканиях автомобильных дорог и сооружений на них, методам наземной и аэрокосмической цифровой фотограмметрии, системам спутниковой навигации « GPS », методам электронной тахеометрии, наземного лазерного сканирования местности и геофизическим методам инженерно-геологических изысканий.

В разделе «Основные проектные работы» освещены следующие вопросы:

современные методы обоснования геометрических элементов автомобильных дорог:

методы проектирования плана дорог;

принципы проектирования продольного профиля;

основы проектирования земляного полотна;

принципы проектирования нежестких и жестких дорожных одежд;

методы проектирования системы подземного и поверхностного дорожного водоотвода;

принципиальные основы проектирования мостовых переходов;

методы проектирования пересечений и примыканий автомобильных дорог в одном и разных уровнях;

проектирование инженерного обустройства автомобильных дорог;

проектирование реконструкции автомобильных дорог;

проектирование организации строительства.

Особое внимание уделено методам оценки проектных решений по конкурирующим вариантам автомобильных дорог.

Раздел «Автоматизированное проектирование автомобильных дорог» включен в справочную энциклопедию в связи с уже произошедшим в стране переходом на технологию и методы системного автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них (САПР-АД). Методы проектирования в САПР-АД существенно отличаются от методов традиционного проектирования. Большинство из них построены на использовании принципов оптимизации проектных решений и математического моделирования, реализация которых позволяет существенно снизить материалоемкость и сметную стоимость строительства при одновременно существенном повышении качества принимаемых проектных решений.

ВВЕДЕНИЕ

В связи со сказанным в лом разделе детально освещены следующие вопросы:

ГИС-технологии в проектировании автомобильных дорог;

функциональная структура CAD « Credo» (Минск);

функциональная структура CAD « IndorCAD/ Road» (Томск);

методы автоматизированного проектирования плана автомобильных дорог;

методы проектирования оптимального продольного профиля автомобильных дорог;

методы оптимального проектирования земляного полотна;

методы проектирования оптимальных нежестких и жестких дорожных одежд;

математические модели стока талых и ливневых вод с малых водосборов;

проектирование оптимальной системы дорожного поверхностного водоотвода;

математические модели работы водопропускных труб и малых мостов (расчет отверстий);

проектирование оптимальных малых водопропускных сооружений;

математические модели мостовых переходов;

автоматизированное проектирование пересечений и примыканий автомобильных дорог;

методы оценки проектных решений при автоматизированном проектировании автомобильных дорог.

Материалы, излагаемые в справочной энциклопедии инженера-дорожника, существенно обновлены и дополнены по сравнению с изданием справочника инженера-дорожника 1989 года. Авторами Справочной энциклопедии отобраны те новые методы проектирования автомобильных дорог и сооружений на них, которые, по их мнению, являются наиболее целесообразными и полными. Это не исключает возможности использования инженерами-дорожниками и других методов расчета и проектирования, на которые ссылаются авторы.

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ.
ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

1.1 Классификация автомобильных дорог

Техническая классификация автомобильных дорог общего пользования (далее - техническая классификация) распространяется на автомобильные дороги общего пользования (далее - автомобильные дороги) при проектировании нового строительства и реконструкции. Это разделение автомобильных дорог по классификационным признакам на классы и категории в целях установления их характеристик, регламентированное Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 52398-2005.

Автомобильные дороги по условиям движения и доступа на них транспортных средств разделяют на три класса: автомагистраль, скоростная дорога и дорога обычного типа (нескоростная дорога).

К классу «автомагистраль» относят автомобильные дороги:

имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой;

не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками:

доступ на которые возможен только через пересечения в разных уровнях, устроенных не чаще чем через 5 км друг от друга.

К классу «скоростная дорога» относят автомобильные дороги:

имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой;

не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками:

доступ на которые возможен только через пересечения в разных уровнях и примыкания в одном уровне (без пересечения потоков прямого направления), устроенных не чаше чем через 3 км друг от друга.

К классу «дороги обычного типа» относят автомобильные дороги, не отнесенные к классам «автомагистраль» и «скоростная дорога»:

имеющие единую проезжую часть или с центральной разделительной полосой;

доступ на которые возможен через пересечения и примыкания в разных и одном уровне, расположенные для дорог категорий IB, II, III не чаше чем через 600 м, для дорог категории IV не чаше чем через 100 м, категории V- 50 м друг от друга.

Автомобильные дороги по транспортно-эксплуатационным качествам и потребительским свойствам разделяют на категории в зависимости от:

количества и ширины полос движения;

наличия центральной разделительной полосы;

типа пересечений с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;

условий доступа на дорогу с примыканий в одном уровне.

Автомобильные дороги на всем протяжении или на отдельных участках подразделяют на категории согласно табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Техническая классификация автомобильных дорог общего пользования

Класс автомобильной дороги

Категория автомобильной дороги

Общее количество полос движения

Ширина полосы движения, м

Центральная разделительная полоса

Пересечения с автомобильными дорогами, велосипедными и пешеходными дорожками

Пересечения с железными дорогами и трамвайными путями

Доступ на дорогу с примыкания в одном уровне

Автомагистраль

IA

4 и более

3,75

Обязательна

В разных уровнях

Не допускается

Скоростная дорога

I Б

4 и более

3,75

Допускается без пересечения прямого направления

Дорога обычного типа (нескоростная дорога)

IB

4 и более1

3,75

Обязательна

Допускаются пересечения в одном уровне со светофорным регулированием

В разных уровнях

II

4

3,5

Допускается отсутствие 2

Допускается

2 или 33

3,75

Не требуется

Допускаются пересечения в одном уровне 4

III

2

3.5

IV

2

3,0

Допускаются пересечения в одном уровне

V

1

4,5 и более

1. Более шести полос допускается только на существующих автомобильных дорогах.

2. На дороге категории II требование к наличию разделительной полосы определяются проектом организации дорожного движения.

3. Три полосы движения только для существующих автомобильных дорог.

4. Пересечение 4-полосной дороги категории II с аналогичной осуществляется в разных уровнях. Другие варианты пересечения дорог категории II с дорогами категорий II и III могут осуществляться как в разных уровнях, так и в одном (при условии светофорного регулирования, "отнесенных" левых поворотов или пересечения кольцевого типа.)

Коэффициенты приведения интенсивности движения различных транспортных средств к легковому автомобилю следует принимать по таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Коэффициенты приведения к легковому автомобилю

Типы транспортных средств

Коэффициенты приведения

Легковые автомобили

1

Мотоциклы с коляской

0,75

Мотоциклы и мопеды

0,5

Грузовые автомобили грузоподъемностью, т:

2

1,5

6

2

8

2,5

14

3

свыше 14

3,5

Автопоезда грузоподъемностью, т.

12

3,5

20

4

30

5

свыше 30

6

Примечания : 1. При промежуточных значениях грузоподъемности транспортных средств коэффициенты приведения следует определять интерполяцией.

2. Коэффициенты приведения для автобусов и специальных автомобилей следует принимать как для базовых автомобилей соответствующей грузоподъемности.

3. Коэффициенты приведения для грузовых автомобилей и автопоездов следует увеличивать в 1,2 раза при пересеченной и горной местности.

Автомобильные дороги, соединяющие промышленные или добывающие предприятия, а также строящиеся объекты с дорогами общего пользования, с другими предприятиями или железнодорожными станциями и портами относят к подъездным.

Категорию дороги (при наличии данных) допускается назначать в соответствии с наибольшей перспективной интенсивностью движения или с учетом перспективного периода.

Перспективный период при назначении категории дороги общего пользования (а также при определении ширины полосы отвода, продольного и поперечного профилей) следует принимать равным 20 годам. Подъездные автомобильные дороги следует проектировать на расчетный срок, соответствующий окончанию строительства, и с учетом объема перевозок в период строительства.

За расчетную интенсивность движения следует принимать суточную интенсивность движения в обоих направлениях на последний год перспективного периода, а при наличии данных о часовой интенсивности движения - наибольшую часовую, достигаемую в течение 50 часов в последний год перспективного периода, выраженную в единицах, приведенных к легковому автомобилю.

Данные по интенсивности движения должны включать интенсивность движения для различных дней, периодов и времени суток.

В случаях, когда по расчетной интенсивности требуются не одинаковые категории, в проекте следует принимать более высокую категорию дороги.

Для подъездных дорог расчетную интенсивность определяют по среднемесячной интенсивности наиболее напряженного по перевозке грузов времени года.

1.2. Нормы проектирования автомобильных дорог

Основными нормативными документами на проектирование автомобильных дорог являются: строительные нормы и правила Российской Федерации СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги; ГОСТ 21.001-93 СПДС Система проектной документации в строительстве. Общие положения; ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и к рабочей документации, разработанные в рамках системы нормативных документов в строительстве; ГОСТ Р 52398-2005 . Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования и ГОСТ Р 52399-2005. Геометрические элементы автомобильных дорог. Указанные нормативные документы распространяются на проектирование вновь строящихся и реконструируемых автомобильных дорог общего пользования и на подъездные дороги; не распространяются - на проектирование временных автомобильных дорог различного назначения (срок службы менее 5 лет); автозимников; в лесозаготовительных, промышленных и сельскохозяйственных предприятиях; в карьерах.

Перечень основных действующих нормативных документов, используемых при проектировании земляного полотна автомобильных дорог, дорожных одежд, водоотвода и искусственных сооружений, а также касающихся проектирования инженерных сооружений в сложных областях строительства, методов испытаний грунтов и материалов, специфики проектирования автомобильных дорог в сложных инженерно-геологических условиях, даны в приложении 1.

Кроме того, в приложении 1 приведены документы, положения которых необходимо соблюдать для восстановления земельных участков, отводимых на период строительства, и для охраны окружающей среды.

В настоящее время существует следующая номенклатура стадий проектирования (и реконструкции) автомобильных дорог, назначаемая в зависимости от полноты информации и требований заказчика;

обоснование инвестиций (ОИ);

технико-экономическое обоснование (ТЭО);

инженерный проект (ИП);

рабочий проект (РП);

проект (П);

рабочая документация (РД).

В условиях рыночной экономики количество стадий проектирования, а значит и состав работ и документация, предопределяются не только категорией дороги, сроками строительства, инженерно-геологическими условиями, проработанностью и полнотой необходимой информации, но и сложностью объекта, объемом и порядком финансирования, техническими возможностями и т.д. Несмотря на указанные обстоятельства, проектирование автомобильных дорог должно вестись в соответствии с перечисленными выше в таблицах нормативными и рекомендательными документами.

Во всех случаях принимаемые в проектах основные технические решения по проложению дороги, по элементам плана, продольного и поперечного профилей, конструкциям дорожных одежд и земляного полотна следует обосновывать разработкой вариантов со сравнением технико-экономических показателей:

стоимости строительства;

затрат на ремонт и содержание;

потерь, связанных с неблагоприятным воздействием на окружающую природную среду, себестоимости перевозок, безопасности движения.

Проект дороги должен содержать весь комплекс конструктивных решений, технологических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасное движение автомобилей со скоростями, предусмотренными СНиП 2.05.02-85 и ГОСТ Р 52399-2005.

1.3. Расчетные скорости, нагрузки и габаритные размеры подвижного состава

Для проектирования элементов плана, продольного и поперечного профилей, а также других элементов дороги необходимо знать расчетную скорость движения автотранспорта.

Под расчетной следует понимать наибольшую возможную скорость движения одиночного автомобиля по условиям устойчивости и безопасности при нормальных условиях погоды и сцепления шин автомобиля с поверхностью проезжей части.

Расчетная скорость (км/час) регламентируется ГОСТ Р 52399-2005 в зависимости от категории и типа дороги (основная расчетная скорость) и в зависимости от сложности участков дороги (допускаемая расчетная скорость).

Основные расчетные и допускаемые скорости движения автомобилей приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Расчетные и допускаемые скорости движения автотранспорта

Категория дороги

Расчетные скорости, км/ч

Основные

допускаемые на трудных участках

пересеченной

горной

IA , I Б

IB

II

III

IV

V

140

120

120

100

80

60

120

100

100

80

60

40

80

60

60

50

40

30

Примечания : 1. К трудным участкам пересеченной местности относится рельеф, прорезанный часто чередующимися глубокими долинами, с разницей отметок долин и водоразделов более 50 м на расстоянии не свыше 0,5 км, с боковыми глубокими балками и оврагами, с неустойчивыми склонами. К трудным участкам горной местности относятся участки перевалов через горные хребты и участки горных ущелий со сложными сильноизрезанными или неустойчивыми склонами.

2. При наличии вдоль трассы автомобильных дорог капитальных дорогостоящих сооружений и лесных массивов, а также в случаях пересечения дорогами земель, занятых особо ценными сельскохозяйственными культурами и садами, при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается принимать расчетные скорости, устанавливаемые табл. 1.3 для трудных участков пересеченной местности.

Расчетные скорости на смежных участках автомобильных дорог не должны отличаться более чем на 20 %.

При разработке проектов реконструкции автомобильных дорог по нормам I Б, IB и II категорий допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании сохранять элементы плана, продольного и поперечного профилей на отдельных участках существующих дорог, если они соответствуют расчетной скорости, установленной для дорог И, III категорий; а по нормам III , IV категорий - соответственно на категорию ниже.

При проектировании подъездных автомобильных дорог к промышленным предприятиям по нормам IB и II категорий при наличии в составе движения более 70 % грузовых автомобилей или при протяженности дороги менее 5 км следует принимать расчетные скорости, соответствующие III категории.

Основные расчетные скорости относятся к участкам трассы, на которых геометрические характеристики являются руководящими.

Нагрузку на одиночную наиболее загруженную ось двухосного автомобиля для расчета прочности дорожных одежд, а также для проверки устойчивости земляного полотна следует принимать для дорог:

I- II категорий............ 115 кН (11,5 тс)

III- IV категорий........ 100 кН (10 тс)

V категории............... 60 кН (6 тс).

1.4. Охрана окружающей среды

При изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог и сооружений на них мероприятия по охране окружающей среды нормируются действующими нормативными документами.

В соответствии с законодательством Российской Федерации при размещении, разработке предпроектной и проектной документации, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию предприятий и сооружений следует выполнять требования экологической безопасности и охраны здоровья населения, предусматривать мероприятия по охране природы, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, оздоровлению окружающей среды. Строительство автомобильных дорог и дорожных сооружений без утвержденного в установленном порядке положительного заключения государственной экологической экспертизы не допускается.

При размещении автомобильной дороги и сооружений на ней определение местоположения трассы осуществляют на основе рассмотрения и сравнения альтернативных вариантов, включая вариант отказа от строительства. Материалы сравнения должны быть достоверны и обоснованы с учетом взаимосвязи различных экологических, экономических и социальных факторов.

При сравнении вариантов размещения автомобильной дороги следует учитывать возникающее в результате его осуществления перераспределение движения по участкам сети автомобильных дорог, уменьшение экологической нагрузки на звенья сети, на которых снижается интенсивность движения и улучшаются дорожные условия. В первую очередь эти факторы надлежит рассматривать при планировании и проектировании обходов населенных пунктов, улучшения плана и продольного профиля дорог, мероприятий по совершенствованию транспортно-эксплутационного состояния дорог. При сравнении вариантов с различными показателями следует учитывать затраты на строительство автомобильной дороги и сооружений на ней, на последующие работы по содержанию, ремонту и реконструкции дороги, транспортно-эксплуатационные расходы, расходы на осуществление природоохранных мероприятий, компенсацию экологического и иного ущерба и т.д. в течение всего периода сравнения с учетом дисконтирования затрат, а также факторы, не поддающиеся стоимостной оценке.

Трассы вновь проектируемых дорог следует прокладывать с учетом экологической значимости природных объектов по наименее ценным земельным угодьям, предпочтительно по границам ландшафтов, полей севооборотов или хозяйств. По лесным массивам трассы автомобильных дорог рекомендуется прокладывать по возможности с использованием просек и противопожарных разрывов, границ предприятий и лесничеств с учетом категорий и групп лесов. Проложение автомобильных дорог в пределах особо охраняемых природных территорий (государственные заповедники и заказники, национальные и природные парки, зоны, отнесенные к памятникам природы и культуры, территории (акватории) обитания особо охраняемых видов флоры и фауны, и т.п.) допускается только в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации об особо охраняемых природных территориях.

Оценка воздействия строительства автомобильной дороги на окружающую среду (далее ОВОС) и ее государственная экологическая экспертиза, как правило, производится на стадии разработки предпроектной документации. При ОВОС определяются вероятные источники и факторы влияния дороги и сооружений на ней на окружающую среду, возможные воздействия этих источников и факторов влияния, (в первую очередь неблагоприятные), оцениваются экологические последствия этих воздействий, разрабатываются с учетом мнения заинтересованных органов, организаций и общественных групп меры по уменьшению и предотвращению неблагоприятных воздействий на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации проекта.

При ОВОС, как правило, в первую очередь следует рассматривать воздействия следующих источников и факторов влияния на окружающую среду, связанных со строительством и эксплуатацией автомобильной дороги и сооружений на них:

воздействие автомобильного транспорта, в том числе загрязнение воздушной среды продуктами сгорания топлива при движении транспортных средств, загрязнение почв, в том числе соединениями тяжелых металлов, шумовое воздействие от движущегося автотранспорта, загрязнение придорожной полосы бытовым мусором, воздействие на растительность и животный мир движущегося автотранспорта, влияние движения автомобильного транспорта на условия и качество жизни населения, проживающего в придорожной полосе, изменение количества и тяжести дорожно-транспортных происшествий, вибрации зданий и сооружений;

воздействие автомобильной дороги как инженерного сооружения, в том числе расчленение в результате строительства или реконструкции дороги ценных ландшафтов, лесных и сельскохозяйственных угодий, отрицательное влияние на места массового обитания и размножения диких животных, птиц, обитателей водной среды, на сложившиеся пути миграции животных, воздействие на водо-охранные, рекреационные и селитебные зоны, природные феномены, переформирование рельефа, возникновение оползней, осыпей, сплывов, других видов подвижек земляных масс вследствие их подрезки в процессе строительных работ, изменение условий поверхностного водного стока, эрозия земель вследствие концентрации водных потоков искусственными сооружениями, кюветами и канавами, изменение условий протекания и уровня грунтовых вод, осушение, обводнение и переувлажнение почв, изменение гидрологического режима болот, приводящих к негативному влиянию на экосистемы, изменение термического режима вечной мерзлоты, изменение условий землепользования, изъятие и возврат в хозяйственный оборот земель, а также плодородного слоя почвы, необходимость сноса зданий и сооружений, переселения людей, связанного со строительством автомобильной дороги, возможное нарушение памятников природы, истории и культуры, включая археологические памятники;

воздействие автомобильной дороги, как элемента инфраструктуры, в том числе нарушение путей сообщения местного населения, изменение условий их связи с культурными и административными центрами, увеличение времени на дорогу к местам работы и отдыха, ухудшение условий движения для сельскохозяйственной техники, гужевого транспорта, пешеходов, велосипедистов, прогона скота, условий развития экономики в районе тяготения дороги, конкурентоспособности местной продукции, изменение занятости населения, нарушение среды проживания малых народов, изменение условий медицинского обслуживания;

технологические воздействия в период строительства автомобильной дороги, в том числе загрязнение воздушной среды, почв, водной среды продуктами сгорания топлива и производственным шумом при движении дорожных машин и работе асфальтобетонных, цементобетонных заводов и других притрассовых дорожно-строительных предприятий, загрязнение территорий вблизи временных баз строительных организаций мусором, бытовыми отходами, усиление наносов и заиливание русел водотоков, изменение водного режима в результате размывов в местах строительства, неукрепленного земляного полотна, а также при строительстве мостовых сооружений;

технологические воздействия при содержании автомобильной дороги, в том числе загрязнение воздушной среды, почв, вод при работе дорожно-эксплуатационной техники, предприятий дорожно-эксплуатационной службы и хранения материалов, используемых при содержании автомобильных дорог и дорожных сооружений, загрязнение почв и вод противогололедными материалами и при ликвидации нежелательной растительности.

Комплекс технических решений по предупреждению и снижению негативного влияния автомобильной дороги и дорожных сооружений на окружающую среду, предложений по рациональному использованию природных ресурсов в строительстве, сопоставление решений, принятых в утвержденном ОВОС, с техническими решениями и мероприятиями, принятыми в проектной документации, в составе проектной документации должен разрабатываться раздел "Охрана окружающей среды" (далее ООС).

При наличии в зоне строительства охраняемых памятников истории и культуры (старинные постройки, захоронения, археологические объекты, объекты особого отношения местного населения и т.п.), а также уникальных природных феноменов (особые геологические формы, водные источники, ценные экземпляры деревьев и т.п.), в проектах следует рассматривать необходимость осуществления специальных инженерных решений по защите указанных объектов.

Проектные решения автомобильной дороги, дорожных сооружений и зданий, входящих в дорожный комплекс, должны обеспечивать сочетание их внешнего оформления с окружающей природной средой. Необходимо избегать нарушения эстетической цельности ландшафта, внедрения в естественный ландшафт чужеродных по форме элементов, таких как изменение естественных форм рельефа, резкие цветовые решения и т.п., разрушения визуально привлекательных природных комплексов и живописных элементов, обозреваемых как с самой дороги, так и вне ее, при необходимости применять декоративное озеленение.

Если в проекте предусматривается строительство высоких насыпей или глубоких выемок, при необходимости следует рассматривать варианты устройства и отделки пологих откосов, допускающих их передачу для использования в хозяйственной деятельности.

В случае строительства автомобильных дорог, предназначенных для обслуживания транзитного движения, в рекреационных местах, вблизи расположения курортов, домов отдыха, пансионатов, пионерских лагерей и других учреждений лечения и отдыха в пределах установленных вокруг них санитарных зон, в проектах должно предусматриваться осуществление защитных мероприятий. Автомобильные дороги, предназначенные только для местного движения и обслуживания вышеуказанных объектов, следует прокладывать с наименьшим воздействием на окружающую среду и ущербом для функционального назначения этих объектов.

Вновь проектируемые дороги I - III категорий следует, как правило, прокладывать в обход населенных пунктов с устройством подъездов к ним. При строительстве обходов населенных пунктов их трассы следует прокладывать по возможности с подветренной стороны, ориентируясь на преобладающее направление ветра в особо неблагоприятное по загрязнению воздушной среды время года. В целях обеспечения дальнейшей реконструкции дорог расстояние от бровки земляного полотна до линии застройки населенных пунктов следует принимать в соответствии с их генеральными планами.

В отдельных случаях, когда по технико-экономическим расчетам установлена целесообразность проложения дорог I - III категорий через населенные пункты, их следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП 2.07.01-89* и санитарных норм.

В целях исключения или уменьшения ширины полосы недопустимого по действующим нормативным актам влияния строящейся автомобильной дороги и сооружений на них на окружающую среду следует принимать технические решения, обеспечивающие соответствующий режим движения автомобилей, а при необходимости предусматривать строительство защитных сооружений, таких как экраны, ограждения, валы, древесно-кустарниковые насаждения или специальные конструкции земляного полотна, обеспечивающие уменьшение распространения загрязнений, а также дорожные покрытия, обеспечивающие пониженный уровень шума при движении автомобилей. Проектирование природоохранных защитных сооружений осуществляется на основе .прогнозирования распространения транспортных воздействий при неблагоприятном сочетании влияющих факторов (погодные условия, изменение интенсивности движения на 10-летнюю перспективу и т.д.).

При пересечении трассой дороги сложившихся путей миграции животных следует предусматривать на дорогах I - III категорий строительство специальных сооружений (ограждения, переходы и пропускные сооружения, скотопрогоны и т.п.). Конструкцию, число переходов и пропускных сооружений необходимо принимать на основании данных о путях миграции в зависимости от количества, видовых морфометрических и поведенческих особенностей мигрирующих животных. На дорогах иных категорий допускается применение организационных мероприятий по ограничению режима, скорости и времени движения дорожными знаками и иными средствами регулирования движения.

При определении мест переходов автодорог через водотоки, выборе конструкций и отверстий искусственных сооружений следует учитывать необходимость обхода мест нагула и нерестилищ рыб, назначения сроков проведения строительных работ с учетом периода массового нереста и выклева рыб, недопущение нарушения гидрологического режима рек, изменения береговой линии, сечения водотоков, активизации русловых процессов.

При строительстве или реконструкции дорог на территориях рыбохозяйственных водоемов по согласованию и техническим условиям, полученным в установленном законом порядке, в проектах необходимо предусматривать мероприятия по сохранению рыбных запасов.

На площадях земель, нарушаемых при строительстве автомобильных дорог, плодородный слой почвы следует снимать и складировать в штабеля в отведенных проектом местах. Глубину снятия плодородного слоя назначают в проекте по данным изысканий и технических условий владельцев и пользователей земельных участков. Плодородный почвенный грунт используется для укрепления земляного полотна и дорожных сооружений, а также при рекультивации нарушенных при строительстве земель. Излишний объем плодородного почвенного грунта используется для повышения плодородия малопродуктивных угодий. Не следует снимать плодородный слой почвы с вечномерзлых грунтов и в иных местах, где его снятие может привести к нарушению устойчивости. К плодородному слою почвы относятся гумуссированные грунты состава от глинистого до супесчаного, удовлетворяющие по физическому и химическому составу требованиям ГОСТ 17.5.1.03.

Все земельные участки, отведенные во временное пользование для нужд строительства дороги, по окончании строительства должны быть приведены в состояние, пригодное для дальнейшего использования с учетом технических условий владельцев и пользователей земель. Неиспользуемые после окончания реконструкции участки существующих дорог должны быть приведены в состояние, пригодное для дальнейшего использования.

Если при строительстве автомобильной дороги образуется излишний или иной грунт, который не может быть использован для нужд строительства, его следует использовать для засыпки верхней части оврагов, эрозионных промоин, свалок и других неудобных земель с последующим уплотнением и планировкой поверхности. В проекте должны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению размыва уложенного грунта.

При проложении трасс дорог по высокопродуктивным пахотным, орошаемым, осушаемым или иным ценным угодьям в целях сокращения площадей отвода земель земляное полотно следует, как правило, проектировать без устройства кювет-резервов и кавальеров.

При назначении конструктивных решений земляного полотна, водоотводных и водопропускных сооружений следует обеспечивать защиту угодий от размыва и заиления, заболачивания, нарушения растительного и дернового покрова, нарушения гидрологического режима водотоков и природного уровня грунтовых вод. Не допускается подтопление угодий поверхностными водами и заболачивание примыкающих к дороге земель, образование бессточных площадей в результате строительства дорожных сооружений. При высоте насыпи, соответствующей второму типу местности по характеру увлажнения, поперечные сечения и продольные уклоны канав допускается принимать по нормам, предусмотренным для осушительных сетей СНиП 2.06.03-85. Отвод стока за пределами водоохранной зоны допускается осуществлять на рельеф.

Отверстия труб и других водоотводных сооружений должны обеспечивать пропуск летних паводков с подтоплением сельскохозяйственных угодий на сроки, не превышающие установленные СНиП 2.06.03-85.

Во избежание эрозии земель вследствие концентрации водных потоков следует предусматривать укрепление русел и выходов из водоотводных сооружений. В местах повышенной эрозионной опасности не рекомендуется сведение стока с разных бассейнов в одно водопропускное сооружение, сброс сосредоточенных водных потоков из канав и кюветов на склоны, имеющие значительные уклоны. Водоприемниками для сбросов, предусмотренных настоящим пунктом, как правило, должны служить существующие водотоки, балки, лога, водохранилища.

При проектировании автодорог в зоне проведения мелиоративных работ следует предусматривать увязку строительных решений с проектами мелиорации. При строительстве дорог на заболоченных или обводненных землях изменение их режима вследствие сооружения автомобильной дороги допускается только в увязке с проектами мелиорации соответствующих территорий. Изменение уровня грунтовых вод в лесах, водоемах, сельскохозяйственных и водно-болотных угодьях не допускается. Для предотвращения изменения уровня грунтовых вод, осушения и переувлажнения почв следует рассматривать варианты отказа от устройства выемок при близком залегании грунтовых вод, проектирования насыпей, исходя из условия недопущения прерывания водоносных горизонтов.

При проектировании насыпей через болота с поперечным по отношению к трассе дороги движением воды в водонасыщенном горизонте в проекте необходимо предусматривать мероприятия, исключающие изменение режима болота путем отсыпки насыпи или ее нижней части из дренирующих материалов, устройство вдоль земляного полотна продольных канав и, если это необходимо, искусственных сооружений и т.д.

На дорогах в пределах водоохранных зон следует предусматривать организованный сбор воды с поверхности проезжей части с последующей ее очисткой или отводом в места, исключающие загрязнение источников водоснабжения. Качество сбросов в водоемы должно удовлетворять установленным требованиям.

При проложении дорог через населенные пункты следует предусматривать покрытия дорожных одежд и тип укрепления обочин, исключающие пылеобразование. На остальных участках дорог с переходными и низшими покрытиями следует предусматривать обработку покрытий обеспыливающими веществами, а при необходимости проводить защитные мероприятия, ограничивающие ширину запыленной зоны.

Для предотвращения загрязнения полосы отвода автомобильных дорог бытовым мусором при необходимости следует предусматривать площадки, оборудованные контейнерами для мусора. Места установки контейнеров для мусора, как правило, должны совмещаться с предприятиями дорожного сервиса.

При проложении трассы в хвойных лесах на сухих почвах по согласованию с органами лесного хозяйства следует предусматривать за границами полосы отвода противопожарные минерализованные полосы. Ширина этих полос принимается по правилам и нормам пожарной безопасности в лесах Российской Федерации.

Выбор материалов для строительства, ремонта и содержания дороги должен осуществляться с учетом прямого и косвенного влияния на экологическую обстановку как в период строительства, так и эксплуатации дороги. Состав и свойства применяемых материалов должны соответствовать действующим государственным стандартам, техническим условиям и нормам.

Применение отходов промышленного производства следует осуществлять с учетом их возможной токсичности и радиоактивности. Применение органических, водорастворимых, химически активных производственных и бытовых отходов допускается по согласованию с органами государственного санитарного надзора Российской Федерации в конструкциях, исключающих вынос их стоками или фильтрующими водами.

Производственные базы, здания и сооружения дорожно-эксплутационной службы и дорожного сервиса, временные базы строительных организаций, как правило, следует размещать с подветренной стороны (для ветров преобладающего направления) по отношению к селитебным территориям. Местоположение и условия размещения постоянных и временных предприятий по производству дорожно-строительных материалов следует принимать по согласованиям с компетентными органами субъектов Российской Федерации в установленном законом порядке.

Территории временных баз строительных организаций должны иметь спланированную поверхность, ограждены, иметь специально оборудованные площадки для заправки техники, сбора и уничтожения отходов и мусора, туалеты, системы для сбора и очистки вод.

Размещение производственных баз, зданий и сооружений дорожно-эксплутационной службы, временных баз строительных организаций в прибрежных полосах допускается только при необходимости непосредственного примыкания площадки предприятия к водоемам по согласованию с органами по регулированию использования и охране вод в соответствии с законодательством. Число и протяженность примыканий площадок предприятий к водоемам должно быть минимальным.

Производственные базы, здания и сооружения дорожно-эксплутационной службы, временные базы строительных организаций, требующие устройства грузовых причалов, пристаней или других портовых сооружений, следует размещать по течению реки ниже селитебной территории на расстоянии не менее 200 м.

Во избежание нарушения путей сообщения местного населения, увеличения времени на дорогу к местам работы, отдыха и пунктам медицинского обслуживания, расчленения сельскохозяйственных угодий, ухудшения условий движения для сельскохозяйственной техники, гужевого транспорта, велосипедистов, пешеходов, прогона скота в проекте следует предусматривать устройство подъездов к населенным пунктам, пешеходных и велосипедных дорожек, а также сооружений для связи разобщенных территорий. При проложении новых дорог I - II категорий следует рассматривать варианты отказа от совмещения их с местными дорогами попутного движения.

Приложение 1. Список рекомендуемых нормативно-технических документов

1.1. Общие стандарты

1. Дорожная терминология. Справочник под ред. М.И. Вейцмана, 1985.

2. СН 528-80. Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве.

3. ГОСТ Р 1.0-2004. Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения.

4. ГОСТ Р 1.5-2004. Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты национальные Российской Федерации. Правила построения, изложения, формирования и обозначения.

5. ГОСТ Р 1.4-2004. Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения.

6. ГОСТ Р 21.1207-97 СПДС. Условные графические обозначения на чертежах автомобильных дорог.

7. ГОСТ Р 21.1701-97 СПДС. Правила выполнения рабочей документации автомобильных дорог.

8. ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.

9. ОСТ 218.0.001-2002. Система отраслевых нормативных и методических документов дорожного хозяйства. Основные положения. Минтранс России, Росавтодор.

10. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах.

11. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.

12. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

13. СП 11-101-95. Порядок разработки, согласования, утверждения и состав обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений. Минстрой России.

1.2. Грунты, земляное полотно, торф

1. ВСН 55-69. Инструкция по определению требуемой плотности и контролю за уплотнением земляного полотна автомобильных дорог. Минтрансстрой СССР.

2. ВСН 22-75. Временные технические указания по контролю влажности и плотности грунтов земляного полотна радиоизотопными методами.

3. Руководство по сооружению земляного полотна автомобильных дорог. Минтрансстрой СССР, 1982.

4. ГОСТ 10834-76. Жидкость гидрофобизирующая 136-41.

5. ГОСТ 23061-90. Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности.

6. ГОСТ 23161-78. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности.

7. ГОСТ 23253-78. Грунты. Методы полевых испытаний мерзлых грунтов.

8. ГОСТ 23740-79. Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ.

9. ГОСТ 23741-79. Грунты. Методы полевых испытаний на срез в горных выработках.

10. ГОСТ 23908-79. Грунты. Метод лабораторного определения сжимаемости.

11. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.

12. ГОСТ 24143-80. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки.

13. ГОСТ 24181-80. Грунты. Нейтронный метод измерения влажности.

14. ГОСТ 21719-80. Грунты. Метод полевого испытания вращательным срезом.

15. ГОСТ 24586-81. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов.

16. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений.

17. ГОСТ 24847-81. Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания.

18. ГОСТ 25358-82. Грунты. Метод полевого определения температуры.

19. ГОСТ 25638-83. Грунты. Метод лабораторного испытания мерзлых грунтов на одноосное сжатие.

20. ГОСТ 26262-84. Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания.

21. ГОСТ 26263-84. Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов.

22. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

23. ГОСТ 26518-85. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости при трехосном сжатии.

24. ГОСТ 26447-85. Породы горные. Метод определения механических свойств глинистых пород при одноосном сжатии.

25. ГОСТ 25584-90. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации. Изменение № 1 от 01.07. 94 г.

26. ГОСТ 28622-90. Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости.

27. ГОСТ 28514-90. Строительная геотехника. Определение плотности грунтов методом замещения объема.

28. ГОСТ 8735-93. Песок для строительных работ. Методы испытаний.

29. ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия.

30. ГОСТ 5686-94. Грунты. Методы полевых испытаний сваями.

31. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

32. ГОСТ 30416-96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

33. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

34. ГОСТ 20522-96. Грунты. Метод статистической обработки результатов испытаний.

35. ГОСТ 20276-99. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости.

36. ГОСТ 30672-99. Грунты. Полевые испытания. Общие положения.

37. ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

38. ГОСТ 19912-2001. Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.

39. ГОСТ 22733-2002. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

40. ГОСТ 10650-72. Торф. Метод определения степени разложения.

41. ГОСТ 5396-77. Торф. Методы отбора проб.

42. ГОСТ 24160-80. Торф. Методы определения влагоёмкости.

43. ГОСТ 24701-81. Торф. Метод определения плотности.

44. ГОСТ 11306-83. Торф. Методы определения зольности.

45. ГОСТ 17644-83. Торф. Методы отбора проб из залежи и обработка их для лабораторных испытаний.

1.3. Асфальтобетонные смеси, битум

1. ВСН 113-65. Технические указания по производству активированных минеральных порошков и применению их в асфальтовом бетоне. Оргтрансстрой.

2. Руководство по применению поверхностно-активных веществ при устройстве асфальтобетонных покрытий (взамен ВСН 59-68). Минтранс России, 2003.

3. ВСН 93-73. Инструкция по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий.

4. ГОСТ 13302-77. Кислоты нефтяные. Технические условия.

5. ТУ 218 РСФСР 36.639-91. Смеси асфальтобетонные дорожные на основе продуктов дробления доломитизированных известняков карьеров «Сок» и «Яблоневый овраг».

6. ГОСТ 23558-94. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.

7. ГОСТ 9128-97. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

8. ГОСТ 30491-97. Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.

9. ВСН 60-97. Инструкция по устройству и ремонту дорожных покрытий с применением литого асфальта. Управление развития генплана г. Москвы.

1.3. Бетон, железобетон. Бетонные смеси, щебень, гравий, песок, цемент, шлаки, шламы и другие материалы

1. ГОСТ 12730.1-78. Бетоны. Методы определения плотности.

2. ГОСТ 19804.4-78. Сваи забивные железобетонные квадратного сечения без поперечного армирования ствола. Конструкция и размеры.

3. ГОСТ 24316-80. Бетоны. Метод определения тепловыделения при твердении.

4. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

5. ГОСТ 24544-81. Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести.

6. ГОСТ 24545-81. Бетоны. Методы испытаний на выносливость.

7. ГОСТ 10181-2000. Смеси бетонные. Методы испытаний.

8. ГОСТ 13087-81. Бетоны. Методы определения истираемости.

9. ГОСТ 25192-82. Бетоны. Классификация и общие технические требования.

10. ГОСТ 12730.5-84. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости.

11. ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности.

12. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.

13. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

14. ГОСТ 10180-90 (СТ СЭВ 3978-83). Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

15. ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые.

16. ГОСТ 17608-91. Плиты бетонные тротуарные. Технические условия.

17. ГОСТ 19804-91. Сваи железобетонные. Технические условия.

18. ГОСТ 10060.3-95. Бетоны. Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости.

19. ГОСТ 10060.4-95. Бетоны. Структурно-механический метод ускоренного определения морозостойкости.

21. ГОСТ 10060.0-95. Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования.

22. ГОСТ 51263-99. Полистиролбетон. Технические условия.

23. СНиП 3.09.01-85. Производство сборных железобетонных конструкций и изделий.

24. ВСН 139-80. Инструкция по строительству цементобетонных покрытий автомобильных дорог. Минтрансстрой СССР.

25. ВСН 32-89. Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений эксплуатируемых мостов.

26. ВСН 150-93. Указания по повышению морозостойкости бетона транспортных сооружений. Корпорация «Трансстрой».

27. ВСН 56-97. Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных конструкций. Научно-техническое управление Департамента строительства.

28. ГЭСН 81-02-37-2001. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. Книга 1. Разделы 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07. Книга 2. Разделы 02, 03, 04.

29. ГОСТ 3344-83. Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия.

30. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.

31. Методические рекомендации по ремонту цементобетонных покрытий автомобильных дорог. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

1.5. Автомобильные, железные дороги, аэродромы, земляное полотно дорог, мосты и трубы, укрепительные работы (изыскания, проектирование, строительство)

1. СНиП 2.05.02-85 *. Автомобильные дороги.

2. СНиП 3.06.03-85*. Автомобильные дороги. Правила производства и приемки работ.

3. СНиП 12-01-2004. Организация строительства.

4. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы.

5. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний.

6. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы.

7. СНиП 2.05.07-91*. Промышленный транспорт.

8. СНиП 32-03-96. Аэродромы.

9. ГОСТ Р 52398-2005 . Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования.

10. ГОСТ Р 52399-2005. Геометрические элементы автомобильных дорог.

11. ГОСТ 21.511-83. Автомобильные дороги. Земляное полотно и дорожная одежда. Система проектной документации для строительства. Рабочие чертежи.

12. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

13. СП 32-101-95. Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов. Корпорация «Трансстрой».

14. СП 32-102-95. Сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей. Методы расчета местных размывов. Корпорация «Трансстрой».

15. СП 32-104-98. Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. ЦНИИС.

16. СН 449-72. Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог. (Заменены на СНиП 2.05.02-85 в части норм проектирования земляного полотна автомобильных дорог).

17. СН 121-73. Указания по производству и приемке аэродромно-строительных работ. Госстрой СССР.

18. ВСН 120-65. Технические указания по строительству автомобильных дорог в зимних условиях. Минтрансстрой СССР.

19. ВСН 2-65. Указания по определению допускаемых (неразмывающих) скоростей водного потока для различных грунтов и облицовок.

20. ВСН 40-68. Временная инструкция по устройству и содержанию ледовых переправ. Минавтошосдор РСФСР.

21. ВСН 38-60. Технические указания по производству аэронивелирования на изысканиях железных и автомобильных дорог. ЦНИИС.

22. ВСН 84-89. Изыскание, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты. Минтрансстрой СССР.

23. ВСН 84-75. Инструкция по изысканию, проектированию и строительству автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты. Минтрансстрой СССР.

24. ВСН 84-75. Инструкция по изысканию, проектированию и строительству автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты. Дополнение № 1. Омский филиал Союздорнии, Союздорнии, Минтрансстрой СССР.

25. ВСН 184-75. Технические указания по устройству оснований дорожных одежд из каменных материалов, не укрепленных и укрепленных неорганическими вяжущими.

26. ВСН 123-77. Инструкция по устройству покрытий и оснований из щебеночных, гравийных и песчаных материалов, обработанных органическими вяжущими. Минтрансстрой СССР.

27. ВСН 176-78. Инструкция по проектированию и постройке металлических гофрированных водопропускных труб. Минтрансстрой СССР, 1979.

28. ВСН 2-105-78. Инструкция по строительству временных дорог для трубопроводного строительства в сложных условиях (на обводненной и заболоченной местности). Миннефтегазстрой СССР.

29. ОДН 218.3.039-2003. Укрепление обочин автомобильных дорог (взамен ВСН 39-79). Минтранс России, Росавтодор.

30. ВСН 192-79. Инструкция по оценке качества строительно-монтажных работ в дорожном строительстве.

31. ВСН 4-81. Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах.

32. ВСН 2-134-81. Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог для обустройства нефтяных и газовых месторождений на севере Тюменской области.

33. ВСН-ВС-82. Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог во вновь осваиваемых территориально-производственных комплексах Восточной Сибири. Минэнерго СССР.

34. ВСН 46-83. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. Минтрансстрой СССР.

35. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91). Минтранс России, Росавтодор, 2004.

36. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. Государственная служба дорожного хозяйства Минтранса России.

37. ОДН 218.1.052-2002. Оценка прочности нежестких дорожных одежд (взамен ВСН 52-89). Минтранс России, Росавтодор.

38. ВСН 18-84. Указания по архитектурно-ландшафтному проектированию автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

39. ВСН 30-84. Инструкция по применению фотограмметрических методов при ландшафтном проектировании автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

40. ВСН 37-84. Инструкция по организации движения и ограждению мест производства дорожных работ. Минавтодор РСФСР.

41. ВСН 200-85. Проектирование и сооружение земляного полотна ж/д линий Ягельная - Ямбург. ЦНИИС.

42. ВСН 165-85. Устройство свайных фундаментов мостов (из буровых свай). Минтрансстрой СССР.

43. ВСН 84-89. Изыскание, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты. Минтрансстрой СССР.

44. ВСН 203-85. Специальные нормы и технические условия на проектирование и строительство железных дорог на полуострове Ямал. Минтрансстрой СССР.

45. ОДМ. Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог (взамен ВСН 49-86 с 01.08.2003). Минтранс России, Росавтодор.

46. ВСН 206-87. Параметры ветровых волн, воздействующих на откосы транспортных сооружений на реках. Минтрансстрой СССР.

47. ВСН 51-88. Инструкция по уширению автодорожных мостов и путепроводов. Минавтодор РСФСР.

48. ВСН 204-88. Специальные нормы и технические условия на проектирование и строительство автомобильных дорог на полуострове Ямал. Минтрансстрой СССР.

49. ВСН 19-89. Правила приемки работ при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Минтрансстрой СССР.

50. Временные технические условия на изыскания, проектирование и сооружение железных дорог в условиях вечной мерзлоты. Ленинградский институт инженеров транспорта, 1939.

51. ВСН 61-61. Технические указания по изысканиям, проектированию и постройке железных дорог в районах вечной мерзлоты. Минтрансстрой СССР.

52. ВСН 61-89 (взамен ВСН 61-61). Изыскания, проектирование и строительство железных дорог в районах вечной мерзлоты. Минтрансстрой СССР.

53. ВСН 203-89. Нормы и технические условия на проектирование и строительство железных дорог на полуострове Ямал. Минтрансстрой СССР.

54. ВСН 137-89. Инструкция по проектированию, строительству и содержанию зимних автомобильных дорог в условиях Сибири и Северо-Востока СССР. Минтрансстрой СССР.

55. ВСН 26-90. Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог нефтяных и газовых промыслов Западной Сибири. Минтрансстрой СССР.

56. ВСН 38-90. Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. Минтрансстрой СССР.

57. ВСН 178-91. Нормы проектирования и производства буровзрывных работ при сооружении земляного полотна. Минтрансстрой СССР.

58. ВСН 182-91. Технические указания по изысканиям, проектированию и разработке притрассовых карьеров для автодорожного строительства. Минтрансстрой СССР.

59. ВСН 210-91. Нормы проектирования, строительства и эксплуатации противоналедных сооружений и устройств. Минтрансстрой СССР.

60. Указания по борьбе с наледями на автомобильных дорогах. Минтрансстрой СССР.

61. ВСН 214-93. Нормы проектирования и производства гидромеханизированных работ в транспортном строительстве. Минтрансстрой СССР.

62. ВСН 449-00. Инструкция по проектированию земляного полотна железных дорог. Минтрансстрой СССР.

63. Методические рекомендации по конструированию, строительству и содержанию временных автомобильных дорог в условиях строительства БАМ. Союздорнии, Минтрансстрой СССР, 1975.

64. Методические рекомендации по применению радиоизотопных плотномеров для контроля уплотнения грунтов при строительстве автомобильных дорог. Союздорнии, Минтрансстрой СССР, 1977.

65. Методические рекомендации по конструкциям и технологии сооружения земляного полотна при прохождении обводненных болот, озер и грядово-озерковых болотных комплексов в условиях севера Западной Сибири. Союздорнии, Минтрансстрой СССР, 1978.

66. ВСН 32-81. Инструкция по устройству гидроизоляции конструкций мостов и труб на железных, автомобильных и городских дорогах. Минтрансстрой СССР.

67. ОДН 218.012-99. Общие технические требования к ограждающим устройствам на мостовых сооружениях, расположенных на магистральных автомобильных дорогах. Минтранс России, Росавтодор.

68. Методические рекомендации по конструкциям и технологии сооружения земляного полотна автомобильных дорог в заболоченных районах с островным распространением вечномерзлых грунтов Западной Сибири. Союздорнии, Минтрансстрой СССР, 1984.

69. Порядок разработки, согласования и утверждения проектной документации для дорожных работ, финансируемых из федерального дорожного фонда. Ассоциация дорожных проектно-изыскательских организаций «РОДОС» Федеральной дорожной службы России Минтранса России, 1999.

70. МДС 12-1.98 (на базе стандартов ИСО 9000). Рекомендации по созданию систем качества в строительно-монтажных организациях. Центр по Международным системам качества.

71. Р 439-81. Рекомендации по конструкции и технологии сооружения ледяных переправ, усиленных намораживанием с помощью двухфазных термосифонов. ВНИИСТ.

72. Руководство по строительству оснований и покрытий автомобильных дорог из щебеночных и гравийных материалов. Союздорнии, Минтрансстрой СССР, 1999.

73. ОДМ. Методические рекомендации по применению металлических гофрированных труб. Минтранс России, Росавтодор, 2002.

1.6. Основания и фундаменты

1. Технические рекомендации на изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию зданий и сооружений в Воркутинском районе, 1962.

2. Руководство по устройству свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах с предварительным охлаждением оснований, 1979.

3. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.

4. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты.

5. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции.

6. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.

1.7. Изыскания автомобильных, железных дорог, аэродромов

1. РСН 31-69. Указания по производству инженерно-геологических изысканий в районах распространения вечномерзлых грунтов. Центральный трест инженерно-строительных изысканий.

2. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Общие положения.

3. СП 11-102-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Инженерно-

экологические изыскания для строительства.

4. СП 11-103-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства.

5. СП 11-104-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Инженерно-геодезические изыскания для строительства.

6. СП 11-105-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I . Общие правила производства работ.

7. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II . Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов.

8. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть III . Правила производства работ в районах распространения специфических грунтов.

9. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть IV . Правила производства работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

10. СП 11-109-98. Изыскания грунтовых строительных материалов.

1.8. Эксплуатация автомобильных дорог

1. ОДМ. Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

2. ВСН 24-88. Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

3. ВСН 7-89. Указания по строительству, ремонту и содержанию гравийных покрытий. Минавтодор РСФСР.

4. ВСН 33-87. Указания по производству изысканий и проектированию лесонасаждений вдоль автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

5. ВСН 50-87. Инструкция по ремонту, содержанию и эксплуатации паромных переправ и наплавных мостов. Минтрансстрой СССР.

6. ОДН 218.012-99. Общие технические требования к ограждающим устройствам на мостовых сооружениях, расположенных на магистральных автомобильных дорогах. Федеральная дорожная служба России, 1999.

7. ОДН 218.010-98. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации ледовых переправ. Минтранс России, Росавтодор, 1998.

8. ОДМ. Методические рекомендации по разработке проекта содержания автомобильных дорог. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

9. СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка в застройках городских и сельских поселений.

10. ОСТ 218.1.002-03. Автобусные остановки на автомобильных дорогах. Общие технические требования. Минтранс России, Росавтодор.

11. СН 467-74. Нормы отвода земель для автомобильных дорог.

1.9. Геотекстиль

1. ГОСТ 15902.2-79. Полотна текстильные нетканые. Методы определения структурных характеристик.

2. ГОСТ 15902.3-79. Полотна текстильные нетканые. Методы определения прочности.

3. ГОСТ 11358-89. Полотна текстильные нетканые. Правила приемки и методы отбора образцов.

1.10. Экология, климатология

1. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ.

2. Закон Российской Федерации «О недрах» от 21 февраля 1992 г. № 2395-1.

3. Федеральный закон «О животном мире» от 24 апреля 1995 г. № 52-ФЗ.

4. Федеральный закон «Об особо охраняемых природных территориях» от 14 марта 1995 г. № 33-ФЗ.

5. Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21 июля 1997 г. № 117-ФЗ.

6. Федеральный закон «Об экологической экспертизе» от 23 ноября 1995 г. № 174-ФЗ.

7. Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ.

8. Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ.

9. Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха» от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ.

10. Водный кодекс Российской Федерации от 16 ноября 1995 г. № 167-ФЗ.

11. Лесной кодекс Российской Федерации от 29 января 1997 г. № 22-ФЗ.

12. ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.

13. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

14. ГОСТ 17.5.3.02-90. Охрана природы. Земли. Нормы выделения на землях государственного лесного фонда защитных полос лесов вдоль железных и автомобильных дорог.

15. ГОСТ 17.4.3.02-85. Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

16. ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

17. ГОСТ Р ИСО 14001-98. Система управления окружающей средой. Требования и руководство по применению.

18. ГОСТ Р ИСО 14004-98. Система управления окружающей средой. Общие руководящие указания по принципам, системам и средствам обеспечения функционирования.

19. ВСН 8-89. Инструкция по охране природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

20. СанПиН 42-128-4433-87. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почвах. Минздрав СССР.

21. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.

22. Постановление Правительства Российской Федерации от 11 июня 1996 г. № 698 «Об утверждении Положения о порядке проведения государственной экологической экспертизы».

23. Постановление Правительства Российской Федерации от 12 июня 2003 г. № 344 «О нормах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещения отходов производства и потребления».

24. Правила охраны поверхностных вод. Введены в действие с 1 марта 1991 г.

25. Проектирование сооружений для очистки сточных вод. Справочное пособие к СНиП, 1990.

26. СанПиН 6229-91. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно-допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве. Минздрав СССР.

27. Инструкция по экологическому обоснованию хозяйственной и иной деятельности. Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации, 1995.

28. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов. Минтранс России, Федеральный дорожный департамент, 1995.

29. Санитарная очистка и уборка населенных мест. Справочник под ред. А.Н. Мирного, 1997.

30. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для АБЗ (расчетным методом). НИИАТ, 1998.

31. ГН 2.1.5.689-98. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

32. ГН 2.1.5.690-98. Ориентировочно-допустимые уровни (ОБУВ) химических веществ в воде воднььх объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

33. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники (расчетным методом). НИИАТ, 1998.

34. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом). НИИАТ, 1998.

35. ОДМ 218.011-98. Методические рекомендации по озеленению автомобильных дорог. Федеральная дорожная служба России, 1998.

36. СНиП 2.04.03-85. Канализация, наружные сети и сооружения.

37. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.

38. СНиП 11-01-95. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе документации на строительство предприятий, зданий и сооружений.

39. Экологические требования и меры по защите водоемов от загрязнения водами поверхностного стока с автомобильных дорог, 1992.

40. ОДН 218.5.016-2002. Показатели и нормы экологической безопасности автомобильной дороги. МАДИ-ГТУ, 2003.

41. ОДМ. Методические рекомендации по оценке необходимого снижения звука у населенных пунктов и определению требований акустической эффективности экранов с учетом звукопоглощения. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

1.11. Безопасность движения и техника безопасности

1. ГОСТ Р 52290-2004. Технические средства организации дорожного движения. Знаки дорожные. Общие технические требования.

2. ГОСТ 23457-86. Технические средства организации дорожного движения. Правила применения.

3. ГОСТ Р 52282-2004. Технические средства организации дорожного движения. Светофоры дорожного движения. Типы и основные параметры. Общие технические требования. Методы испытаний.

4. ГОСТ Р 52289-2004. Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств.

5. ВСН 25-86. Указания по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах. Минавтодор РСФСР.

6. ГОСТ Р 50597-93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности движения.

7. СНиП III-4-80. Техника безопасности в строительстве.

8. ВСН 3-81. Инструкция по учету потерь народного хозяйства от дорожно-транспортных происшествий при проектировании и реконструкции автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

9. СНиП 2.03.11-85*. Защита строительных конструкций от коррозии.

10. СНиП 3.04.03-85. Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии.

11. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.

12. СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть II . Строительное производство.

13. ВП 110-58. Правила безопасности при работе на дорожных машинах.

14. ВСН 23-75. Указания по разметке автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР, 1975.

15. Рекомендации по подготовке строительных площадок к производству строительно-монтажных работ в условиях Крайнего Севера, 1969.

16. Правила приемки в эксплуатацию законченных строительством автомобильных дорог. Минтрансстрой СССР, 1983.

17. Правила приемки в эксплуатацию законченных строительством федеральных автомобильных дорог. Минтранс России, 1994.

18. СНиП 12-01-2004. Организация строительства.

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

2.1. Общие положения

Проектирование инженерных сооружений регламентируется соответствующими нормативными документами: общими - для инженерного строительства, частными - для конкретного вида строительства.

В настоящей справочной энциклопедии приведены основополагающие положения из СНиП и ГОСТов как для общего строительства, так и для транспортного в тех случаях, когда необходимы дополнения позиций и пояснений, касающихся правовых, финансовых отношений, а также состава и объема проектной документации при проектировании автомобильных дорог.

Основным документом, регулирующим правовые и финансовые отношения, взаимные обязательства и ответственность сторон, является договор (контракт), заключаемый Заказчиком с привлечением им для разработки проектной документации проектно-изыскательских, строительных и других организаций. Заказчик на договорной основе может делегировать соответствующие права юридическим или физическим лицам (имеющим право на такого рода деятельность), возложив на них ответственность за разработку и реализацию проекта. Неотъемлемой частью договора (контракта) является задание на проектирование. В качестве примера в приложении 2.1. приведено Задание на разработку инженерного проекта на капитальный ремонт автомобильной дороги, составленное ФГУП «Союздорпроект».

Во все проектные материалы необходимо своевременно вносить изменения, связанные с новыми нормативными документами.

Порядок разработки, согласования, утверждения и состав проектной документации на строительство инженерных сооружений изложены в СНиП 11-01-95 «Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий, сооружений».

Проекты, рабочие проекты на строительство объектов, независимо от источников финансирования, форм собственности и принадлежности, подлежат государственной экспертизе в соответствии с порядком, установленным в Российской Федерации. Порядок утверждения проектной документации представлен в СНиП 11-01-95.

Основными принципами современной технологии проектирования являются:

комплексность выполнения проектно-изыскательских работ с использованием современной вычислительной техники и средств автоматизации, применением аэрокосмических методов, лазерных и электронных приборов с автоматической регистрацией результатов измерений;

широкое применение математических методов оптимизации и моделирования процессов при проектировании;

применение многовариантного проектирования.

Проектирование инженерных сооружений выполняют в несколько стадий:

разработка предпроектной документации;

разработка инженерного проекта;

разработка рабочей документации.

Инженерное строительство включает в себя и транспортное строительство. Поэтому проектирование автомобильных дорог проводят также по указанным выше стадиям.

Предпроектное проектирование предполагает на основе анализа многих вариантов выбрать наиболее рациональный вариант трассы дороги (или сети дорог) с учетом природно-климатических и инженерно-геологических факторов, экономических расчетов и технологических возможностей.

Разработку предпроектной документации на строительство осуществляют в три этапа:

определение цели инвестирования;

разработка ходатайства о намерениях;

разработка обоснования инвестиций в строительство объекта.

Основными целями и задачами инженерного проекта являются:

обоснование рациональных технических решений для намеченных в обосновании инвестиций участков дороги (дорог), подлежащих строительству, реконструкции или капитальному ремонту;

определение технических решений и объемов строительных работ;

подготовка тендерной документации для проведения конкурса подряда;

разработка материалов и подготовка документов для отвода земель и компенсации по сносу существующих сооружений и насаждений.

Основными целями и задачами разработки рабочей документации являются:

обоснование наилучших технических решений для наиболее сложных участков трассы;

разработка дополнительной документации на индивидуальные инженерные решения;

подготовка тендерной документации на проведение конкурса подряда (при необходимости в дополнение к стадии разработки инженерного проекта).

Таким образом, основным проектным документом на строительство объектов является технико-экономическое обоснование (проект)* строительства.

* Примечание: Двойное обозначение стадии, единой по составу и содержанию, принято в целях преемственности нормативной базы.

На его основании разрабатывают проектную документацию.

Для технически сложных объектов и в случае сложных природных условий проектирования по решению заказчика (или заключению государственной экспертизы) одновременно с разработкой документации и осуществлением строительства могут выполняться дополнительные проработки проектных решений по отдельным вопросам.

2.2. Предпроектное проектирование

Предпроектное проектирование выполняют при составлении схем развития автомобильных дорог, при разработке обоснования инвестиций (в том числе и для конкретного дорожного объекта).

На этом этапе используют имеющиеся фондовые материалы инженерных изысканий, имеющиеся аэрофотоматериалы. При необходимости производят рекогносцировочные обследования. При строительстве на слабых грунтах вопрос об их сохранении в основании сооружений решают на основе инженерно-геологических изысканий, выполняемых в сокращенном объеме и с минимумом исследований грунтов (см. главу 6).

Исходные данные для разработки обоснования инвестиций, передаваемые Заказчику, следующие:

ранее оформленные и оформленные с разработкой обоснования инвестиций решения администрации Правительства республики, края или области о предварительном согласовании земельных участков для строительства дороги и акты выбора земельных участков к ним (при их наличии).

Перечень документов, которые могут быть использованы при разработке обоснования инвестиций приведены в приложении 2.2.

Перечень материалов, включаемых в состав обоснования инвестиций, приведен в приложении 2.3.

2.3. Разработка проектной документации

Разработку проектной документации на строительство дорожного объекта (объектов) осуществляют на основе утвержденного (одобренного) обоснования инвестиций. Проектной документацией детализируют принятые в обосновании решения и уточняют основные технико-экономические показатели.

Проектную документацию разрабатывают преимущественно на конкурсной основе, в том числе через торги подряда (тендер).

Инженерный проект состоит из трех частей:

обосновывающие материалы, предназначенные для Заказчика и экспертизы инженерного проекта;

контрактные материалы, предназначенные для включения в тендерную документацию для конкурса подряда и исполнения инженерного проекта;

материалы для оформления отвода земель.

Обосновывающие материалы состоят из следующих разделов:

пояснительная записка;

обосновывающие материалы и документы;

расчет стоимости работ.

Контрактные материалы состоят из следующих разделов:

технические спецификации (привязка к отраслевым стандартам, СНиП, ГОСТам и т.д.);

основные чертежи;

ведомости проектируемых сооружений и видов работ;

ведомости объемов работ и потребных материалов.

Детальный перечень материалов и документов, включаемых в состав обосновывающих материалов инженерного проекта, приведен в приложении 2.4.

Для разработки инженерного проекта выполняют следующие виды изысканий: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрологические, инженерно-экологические, изыскания грунтовых и других дорожно-строительных материалов.

Дополнительная информация для проектирования объекта на данной стадии может быть взята из Рекомендаций по разработке инженерного проекта на строительство, реконструкцию и ремонт федеральной автомобильной дороги (Минтранс России, Фед. дор. департамент. - М., 1996).

2.4. Разработка рабочих чертежей

Разработку рабочих чертежей по согласованию с Заказчиком производят при окончательном выборе технических решений для сложных участков трассы, в том числе для разработки индивидуальных инженерных решений с подготовкой тендерной документации на проведение конкурса подряда.

При проектировании особо сложных и уникальных сооружений Заказчик совместно с научно-исследовательскими и специализированными организациями должен разрабатывать специальные технические условия, отражающие специфику их проектирования, строительства и эксплуатации.

На этой стадии проектирования могут быть назначены дополнительные инженерно-геологические изыскания, проведение лабораторных испытаний грунтов (см. главу 6) для индивидуального проектирования конструкции насыпи (на основе специально разработанного технического задания). Особенности проектирования в сложных инженерно-геологических условиях изложены в соответствующих главах справочной энциклопедии.

2.5. Состав проектной документации

Состав проектной документации на строительство (реконструкцию) федеральных автомобильных дорог включает следующие разделы и необходимое их содержание:

Раздел 1 . Общая пояснительная записка.

1. Общие сведения.

2. Характеристика действующей дороги (фотоматериалы), данные паспорта дороги, данные диагностики, данные об уровнях удобства и безопасности движения, скоростном режиме, пропускной способности на отдельных участках, данные о ДТП.

3. Природно-климатические факторы, влияющие на выбор проектных решений.

4. Перспективная интенсивность и состав движения в соответствии с утвержденным обоснованием инвестиций, сводная ведомость грузонапряженности, грузооборота, интенсивности движения за отчетный год и на перспективу, в случае разработки проекта более чем через пять лет после утверждения обоснования инвестиций или в случае существенных изменений в интенсивности движения - сравнение данных утвержденных в обосновании инвестиций с данными экономических изысканий.

5. Обоснование проектных решений:

5.1. Категория дороги, основные технические нормативы, предложения по стадийности развития по обоснованию инвестиций (ОИ).

5.2. Схема вариантов трассы в М 1:100 000-1:50 000. Варианты трассы проектируемой дороги:

принятые в соответствии с утвержденным обоснованием инвестиций (ОИ);

дополнительно разработанные варианты трассы, учитывающие изменение условий после утверждения обоснования инвестиций (ОИ) или детализирующие его;

продольный профиль, руководящая рабочая отметка, варианты проектной линии на отдельных участках в виде чертежей;

геодезическое обоснование по направлению принятого варианта. Инженерно-геологические и гидрологические условия проложения трассы, учет природоохранных и других местных особенностей.

5.3. Подготовка территории строительства. Необходимость разборки существующих искусственных сооружений, сноса или переноса зданий, сооружений и насаждений. Мероприятия по переустройству или защите коммуникаций.

5.4. Земляное полотно. Пространственное положение трассы и его оценка с учетом особенностей рельефа местности на прилегающей полосе, ландшафта, обеспечения видимости и зрительной ясности и плавности дороги. Типы земляного полотна. Грунты земляного полотна. Укрепление земляного полотна (откосов, кюветов и т.д.).

5.5. Дорожная одежда. Варианты конструкции дорожной одежды.

Укрепление обочин. Обоснование выбора конструкций для различных условий с учетом наличия местных дорожно-строительных материалов. Чертеж вариантов конструкций дорожной одежды с таблицей сравнения вариантов.

5.6. Водоотвод с проезжей части, полотна дороги и прилегающей территории. Обоснование. Сводная ведомость искусственных сооружений.

5.7. Искусственные сооружения. Обоснование. Сводная ведомость искусственных сооружений.

5.7.1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия.

5.7.2. Технические условия проектирования. Габариты и расчетные нагрузки на сооружения. Габариты мостов и путепроводов.

5.7.3. Вариантные проработки и обоснование конструктивных решений. Технико-экономическое сравнение вариантов (с использованием аналогов или укрупненных расценок).

5.7.4. Ссылка на типовые и повторно применяемые проекты. Мероприятия по защите конструкции от агрессивных вод, обеспечение долговечности сооружения.

5.7.5. Обеспечение смотровыми приспособлениями. Освещение.

5.7.6. Водоотводные сооружения, лестничные сходы, укрепительные работы. Выбор и обоснование типа барьерного ограждения.

5.8. Принятые методы строительства (реконструкции). Сложные вспомогательные сооружения и устройства.

5.9. Специальные инженерные сооружения, обоснование их необходимости.

5.10. Пересечения и примыкания. Схема размещения пересечений и примыканий. Обоснование. Варианты.

5.11. Обстановка, обустройство, безопасность движения.

5.12. Природоохранные мероприятия. Проектные решения, направленные на сокращение площади занимаемых земель, на охрану рыбных запасов, на предотвращение отрицательного воздействия дороги на растительный и животный мир. Водоочистные сооружения. Рекультивация земель.

5.13. Новые технологии, конструкции, материалы.

5.14. Организация строительства. Основные положения по организации строительства. Организация движения на время производства работ. Предложения по разбивке на пусковые комплексы. Решения по охране труда и безопасности в соответствии с СП 12-136-2002.

5.15. Стоимость строительства объекта в целом и по пусковым комплексам.

5.16. Организация работ по содержанию и эксплуатации автомобильной дороги.

5.17. Экономическая и социальная эффективность инвестиций.

5.18. Основные технико-экономические показатели. Таблица сравнения основных технико-экономических показателей объекта, удельных показателей, основных объемов работ и стоимости на единицу протяжения дороги, на единицу площади искусственного сооружения с нормативами удельных затрат, утвержденными в установленном порядке.

Раздел 2 . Документы согласований.

1. Перечень технических условий и документов согласований.

2. Копии технических условий и документов согласований.

Раздел 3 . Отвод земель.

1. Пояснительная записка. Обоснование ширины полосы отвода, придорожной полосы.

2. Акты выбора земельных участков с приложением проекта их границ, каталога координат поворотных точек полос отвода и высот нивелирных пунктов, а также решения о предварительном согласовании места размещения объекта.

3. Ведомость площадей земель, подлежащих отводу в бессрочное и срочное пользование с распределением по землепользователям и угодьям.

4. Ведомость строящихся и переустраиваемых объектов, не относящихся к имуществу федеральных дорог и подлежащих передаче на баланс сторонних балансодержателей.

5. Ведомость имущества строящихся и переустраиваемых объектов, относящихся к имуществу федеральных дорог.

6. Расчет убытков, полученных за счет убыли земель из фонда, учет их; подсчет объемов затрат по переносу сооружений и инженерных коммуникаций.

7. Отчет об оценке рыночной стоимости земельных участков и объектов недвижимого имущества, подлежащего выкупу для целей строительства (реконструкции) автомобильной дороги.

8. Соглашения с собственниками земельных участков и недвижимого имущества, изымаемых для государственных нужд с установлением выкупной цены, сроков и других условий выкупа.

Раздел 4 . Разделение собственности и стоимости строительства (реконструкции) по балансодержателям.

Раздел 5. Охрана окружающей среды.

1. Пояснительная записка (при необходимости).

2. Обоснование природоохранных мероприятий.

3. Ведомость строительства запроектированных сооружений.

4. Рекультивация земель.

5. Объемы работ, распределение по пусковым комплексам.

6. Перечень чертежей. Чертежи природоохранных сооружений.

7. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны и предупреждения чрезвычайных ситуаций (при наличии специальных требований).

Раздел 6. Строительные решения по автомобильной дороге.

6.1. Подготовительные работы:

пояснительная записка (при необходимости);

сводный план переустройства коммуникаций;

спецификация оборудования (при необходимости);

ведомости пересечений и сближений с инженерными коммуникациями, сноса, переноса зданий и сооружений, переустройства коммуникаций, рубки леса, корчевки и т.д.;

объемы работ и распределение по пусковым комплексам;

перечень чертежей. Чертежи (при необходимости).

6.2. План дороги, земляное полотно и дорожная одежда:

пояснительная записка (при необходимости);

генеральный план дороги в М 1:1000 (при необходимости) - 1:2000. водоотводные сооружения;

продольный профиль (по ГОСТ Р 21.1707-97);

земляное полотно и водоотвод, поперечные профили типовых конструкций земляного полотна с учетом местных условий, попикетные поперечные профили по ГОСТ Р 21.1701-97 (при наличии в задании), покилометровые ведомости объемов земляных работ, укрепительных работ с распределением по пусковым комплексам;

дорожная одежда, ведомость проектируемой дорожной одежды, ведомость укрепления обочин, поперечные профили конструкций дорожных одежд с укреплениями обочин и разделительной полосы, ведомость водоотводных сооружений с поверхности дороги, ведомости работ с подразделением по пусковым комплексам;

малые искусственные сооружения, ведомости и объемы работ с распределением по пусковым комплексам, конструкции искусственных сооружений, чертежи.

6.3. Транспортные развязки:

пояснительная записка (при необходимости);

схема интенсивности и состава движения, типы пересечений, варианты транспортных развязок;

принятый вариант, очередность строительства, ведомость пересечений и примыканий;

ведомости объемов работ с распределением по объектам и пусковым комплексам;

перечень чертежей, чертежи плана с таблицей объемов работ, поперечные и продольные профили, конструкции земляного полотна, дорожной одежды.

6.4. Обстановка дороги, организация и безопасность движения:

пояснительная записка (при необходимости);

схема размещения дорожных знаков, ограждений и разметки;

ведомости автобусных остановок и площадок отдыха;

ведомость устройства технологической связи;

ведомость устройства освещения дороги;

графики оценки проектируемой дороги по скорости движения, пропускной способности;

ведомости работ по пусковым комплексам;

перечень чертежей, чертежи.

6.5. Подъезды:

пояснительная записка (при необходимости);

планы, поперечные и продольные профили трассы подъезда, конструкции земляного полотна и дорожной одежды, другие чертежи (при необходимости);

ведомость искусственных сооружений;

ведомости работ по пусковым комплексам;

перечень чертежей.

6.6. Здания и сооружения дорожной службы:

пояснительная записка (при необходимости);

схема размещения комплексов существующей дорожно-эксплуатационной службы (ДЭС), предложения по развитию;

генеральные планы проектируемых комплексов ДЭС с планами внешних сетей;

схема размещения пунктов весового контроля, учета движения, метеорологических наблюдений и другие чертежи;

ведомости работ;

перечень чертежей, чертежи.

Раздел 7. Строительные решения по искусственным сооружениям:

пояснительная записка (при необходимости);

ведомости работ;

чертежи и результаты расчетов, в т.ч.:

план мостового перехода в М 1:500;

общий вид моста, общие и местные размывы, регуляционные сооружения, укрепления;

общие виды опор с размерами, указанием нагрузок на грунт или на свайное основание, несущей способности грунтов, армирования, данные о материалах, тип опорных частей;

общий вид пролетных строений с размерами, поперечным сечением, с данными о материалах, армировании, в случае индивидуального проекта - результаты расчетов;

водоотвод с искусственного сооружения, водоотвод по откосам насыпи.

Раздел 8 . Организация строительства:

пусковые комплексы, последовательность и сроки ввода пусковых комплексов;

строительный генеральный план дороги;

календарные графики строительства автомобильной дороги, мостов и путепроводов;

ведомость потребности в основных ресурсах, строительных конструкциях, изделиях, материалах, оборудовании;

ведомость источника получения основных строительных материалов;

технические условия на временное подключение к источникам водо- и энергоснабжения, график выполнения работ и очередность строительства;

генеральные планы площадок для строительных материалов, места утилизации отходов;

инженерные коммуникации, энергоснабжение строительства;

перечень чертежей, чертежи;

схема организации движения на время строительства;

сводка объемов работ.

Раздел 9 . Сводный сметный расчет (уровень цен определяется заданием):

пояснительная записка;

сводка затрат с учетом иных балансодержателей;

сводные сметные расчеты по пусковым комплексам;

сводный сметный расчет на полное развитие;

единичные расценки по видам работ в текущем уровне цен, разработанные в соответствии с утвержденными техническими спецификациями;

обосновывающие материалы.

Раздел 10 . Локальные и объектные сметные расчеты, в т.ч. ресурсные (раздельно по каждому пусковому комплексу при их наличии).

Раздел 11 . Организация работ по содержанию дороги.

Раздел 12 . Внедрение новых технологий, техники, конструкций и материалов.

Раздел 13 . Тендерная документация:

пояснительная записка;

документы конкурсных торгов;

проектная документация, чертежи;

технические спецификации;

ведомость объемов работ по объектам.

2.6. Оформление проектной документации

Оформление проектной документации регламентируется стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и системы проектной документации для строительства (СПДС). Основные требования к проектной и рабочей документации представлены в ГОСТ 21.101-97 .

Основной текст ГОСТ 21.101-97 включает:

требования к составу документации;

требования к комплектации документации;

правила выполнения документации;

правила выполнения спецификаций на чертежи;

правила внесения изменений в рабочую документацию, выданную Заказчику;

правила привязки рабочей документации;

правила оформления сброшюрованной документации.

Приложения (обязательны):

марки основных комплектов рабочих чертежей;

ведомости общих данных по рабочим чертежам;

перечень стандартов ЕСКД;

перечень допускаемых сокращений слов;

основные надписи и графы.

В состав рабочих чертежей автомобильных дорог (основной комплект рабочих чертежей марки АД) входят:

общие данные по рабочим чертежам;

план автомобильных дорог;

продольный профиль;

поперечные профили земляного полотна;

поперечные профили конструкции земляного полотна, продольные профили водоотводных и нагорных канав.

На плане автомобильных дорог наносят и указывают (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Пример плана трассы

ситуацию местности, рельеф местности (при необходимости), «красные» линии;

вершины углов поворота автомобильных дорог или станции геодезического хода, пикеты, знаки и линии тангенсов, указатели километров;

числовые значения элементов кривых, углов поворота, радиусов, тангенсов, суммарных длин круговых и переходных кривых;

откосы насыпей и выемок (при необходимости);

здания и сооружения (без координационных осей), инженерные сети;

переезды через железнодорожные пути, транспортные развязки;

привязки к указателям километров или пикетам существующих автомобильных дорог, железнодорожных путей и инженерных сетей в местах их пересечений с проектируемой автомобильной дорогой;

указатель направления на север стрелкой с буквой «С» у острия (в левом верхнем углу листа).

На продольном профиле автомобильных дорог наносят и указывают:

линию фактической поверхности земли по оси автомобильной дороги, линии ординат от точек ее переломов и линию проектируемой бровки земляного полотна. На продольных профилях городских и реконструируемых автомобильных дорог вместо линии проектируемой бровки земляного полотна наносят линию проектируемой поверхности дорожного покрытия по оси проезжей части;

разведочные геологические выработки, влажность и консистенцию слоев грунта (условным обозначением), отметки уровня грунтовых вод с датой замера;

наименования слоев грунта и номера их групп (например, суглинок 33а, песок 27б) в соответствии с классификацией грунта по трудности разработки.

Выше проектной линии наносят и указывают:

реперы;

надземные и наземные инженерные сети;

наименования проектируемых искусственных сооружений;

транспортные развязки;

съезды;

переезды через железнодорожные пути;

нагорные и водоотводные канавы, сбросы воды;

водораздельные дамбы;

рабочие отметки насыпи.

Ниже проектной линии наносят и указывают

линии ординат от точек переломов проектной линии;

рабочие отметки выемок;

обозначения искусственных сооружений и наименования существующих искусственных сооружений;

подземные инженерные сети.

Под продольным профилем помещают таблицу (сетку):

для вновь проектируемых автомобильных дорог (рис. 2.2), для реконструируемых (рис. 2.3), для проектируемых на базе САПР (рис. 2.4). При большом количестве плюсовых точек на отдельных пикетах на листе, где помещен продольный профиль, помещают таблицу выноски отметок и расстояний (см. рис. 2.2).

2.2. Пример продольного профиля вновь проектируемых автомобильных дорог

Рис. 2.3. Размеры граф сетки продольного профиля реконструируемых автомобильных дорог

Рис. 2.4. Пример продольного профиля, запроектированного на базе САПР-АД

На поперечном профиле земляного полотна автомобильных дорог (рис. 2.5) наносят и указывают:

линию фактической поверхности земли, линии ординат от точек перелома линии фактической поверхности земли. При реконструкции, кроме того, - контур существующего земляного полотна;

ось проектируемой автомобильной дороги, а при реконструкции, кроме того, - существующей, дороги (при необходимости);

инженерные сети и их наименование;

подошвы слоев грунта, разведочные геологические выработки, влажность и консистенцию слоев грунта, отметки уровня грунтовых вод с датой замера (при необходимости);

наименования слоев грунта и номера их групп (например, суглинок 33а, песок 27б) в соответствии с классификацией грунта по трудности разработки;

контур проектируемого земляного полотна, линии ординат от точки перелома указанного контура, крутизну откосов;

контур срезки плодородного слоя грунта, удаления торфа и замены непригодного грунта;

привязку поперечного профиля к пикетам.

Рис. 2.5. Пример поперечного профиля земляного полотна

Над каждым поперечным профилем земляного полотна, изображенным на листе, слева помещают числовые значения площадей поперечных сечений, например насыпей (Ан); выемок (Ав); кюветов (Ак); банкетов (Аб) с указанием номера групп слоев грунта в соответствии с классификацией грунта по трудности разработки.

Рис. 2.6. Пример типового поперечного профиля конструкции земляного полотна

На типовом поперечном профиле конструкции земляного полотна (рис. 2.6) автомобильных дорог наносят и указывают:

ось проектируемой автомобильной дороги;

линию фактической поверхности земли (условно);

контур проектируемого земляного полотна с указанием крутизны откосов. При реконструкции, кроме того, - контур существующего земляного полотна;

укрепление обочин и откосов (схематично);

ширину земляного полотна и его элементов;

направление и значение уклонов верха земляного полотна;

контур и размер срезки плодородного слоя, удаления торфа и замены непригодного грунта;

границы отвода земли;

конструкцию дорожной одежды, направление и значение уклона по ее поверхности, ширину проезжей части и краевых полос.

Конструкцию дорожной одежды на изображении поперечного профиля конструкции земляного полотна указывают схематично.

На детальном изображении конструкции дорожной одежды наносят и указывают:

материал и толщину слоев, входящих в ее состав, а также дренажные устройства. Материал слоев, входящих в состав дорожной одежды, указывают условным графическим обозначением;

обозначения дорожных одежд, различающихся материалами слоев или другими характеристиками. В обозначение включают слово «Тип» и порядковый номер арабскими цифрами, например «Тип 1», «Тип 2» и т.д.;

границы участков автомобильной дороги, на которых применяется конструкция дорожной одежды (тип дорожной одежды).

На продольном профиле водоотводных и нагорных канав автомобильных дорог наносят и указывают:

линию фактической поверхности земли по оси канав, линии ординат от точек перелома этой линии;

проектную линию дна канавы, линии ординат от точек перелома этой линии;

водопропускные сооружения с отметками входных лотков;

дамбы;

инженерные сети, места выпусков канав, рабочие отметки канав.

В последние годы большое развитие получили методы автоматизированного изготовления проектной документации, что позволяет в несколько раз сократить затраты труда при выполнении графических работ, повысить качество чертежей, сократить сроки их выполнения.

Приложение 2.1.

УТВЕРЖДАЮ

ЗАДАНИЕ
на разработку инженерного проекта капитального ремонта автомобильной дороги М-10 «Россия» в Новгородской области

1. Основание для проектирования

Программа капитального ремонта автодороги Москва - Санкт-Петербург на 2003-2005г.г.

2. Исходные данные для проектирования

Материал диагностики автодороги 2002г.

Сбор исходных данных в необходимой номенклатуре, включая цены на материалы, механизмы и услуги; получение технических условий и согласований с заинтересованными организациями и ГИБДД производит проектная организация.

3. Необходимость выделения пусковых комплексов

Не требуется

4. Необходимость выполнения изысканий

Произвести инженерные изыскания в необходимом объеме

5. Технико-экономические показатели проектируемого объекта:

5.1. Категория дороги

- II (три полосы движения), согласно СНиП 2.05.02-85

5.2. Протяженность участка автодороги

- 12,0 км (уточняется проектом)

5.3. Начальный пункт

- км 432 + 000

5.4. Конечный пункт

- км 444 + 000

5.5. Расчетная скорость

- 120 км/час

5.6. Ширина земляного полотна

- в населенных пунктах по существующему земляному полотну; вне населенных пунктов 18,75 м

5.6.1. Ширина обочин

- Вне населенных пунктов 3,75м (с учетом укрепительных полос) В населенных пунктах 2,0-3,5 м с учетом укрепительных полос по 0,75м (по согласованию с ГУ ГИБДД МВД РФ)

5.6.2. Откосы насыпи

- Согласно СНиП 2.05.02-85

5.7. Ширина проезжей части

- 12,75 (с учетом укрепительных полос)

5.8. Тип конструкции дорожной одежды, вид покрытия, расчетная нагрузка

- Капитальный. Асфальтобетон. А-115кН

5.9. Укрепление обочин

- В местах установки ограждения и в населенных пунктах асфальтобетоном, на остальных участках щебнем

5.10. Габариты мостов и путепроводов.

- Габариты - существующие

Расчетные нагрузки.

А-11, НК-80

5.11. Ориентировочный объем инвестиций в ценах на 01.01.2003 г.

- 220,0 млн.руб. (уточняется проектом)

6. Здания и сооружения дорожной и автотранспортной служб

- Предусмотреть реконструкцию мастерских при комплексе УГП ДРСУ-7 в г.Валдай (объемы и вид работ согласовать с Заказчиком)

7. Год начала капитального ремонта

- 2004 г.

8. Метод определения стоимости капитального ремонта

- по ГЭСН-2001

9. Особые условия проектирования и капитального ремонта

1. Провести усиление дорожной одежды (включая съезды, переходно-скоростные полосы, площадки для остановки автобусов, площадки отдыха и стоянки автотранспорта и т.д.) с укладкой дополнительных слоев покрытия и основания, с исправлением продольных и поперечных неровностей путем фрезерования и выравнивания. Требуемый (общий) модуль упругости определить по ОДН 218-046-01. Фактический модуль упругости дорожной одежды принять по результатам диагностики 2002 года. Предусмотреть доведение ширины проезжей части до указанной в пункте 5.7 (технологию и объемы работ по уширению согласовать с заказчиком), устранение деформаций и разрушений (выбоин, просадок и др.), остановку и предупреждение развития трещин, ликвидацию колей

2. Асфальтобетон для нижнего слоя тип Б1 Марки, верхнего слоя тип А1 Марки на полимерно-битумных вяжущих по ОСТ 218.010-98

3. Расчистка полосы отвода от дикорастущих кустарников и деревьев с необходимой планировкой и сохранением декоративных и снегозащитных посадок, санитарная чистка от сухостоя, сломанных и деформированных деревьев в пределах полосы отвода

4. Обеспечить продольный и поперечный водоотвод

5. Произвести необходимый ремонт и перестройку труб с восстановлением входных и выходных русел

6. Заменить дорожные знаки со второго на третий типоразмер с установкой недостающих знаков по ГОСТ Р 52290-2004

7. Заменить деформированные и несоответствующие ГОСТу ограждения и установить вновь в необходимых местах

8. Горизонтальную разметку выполнить термопластиком, с разработкой и согласованием с областным ГИБДД схемы разметки. Ширину разметки принять, краевые полосы - 20 см, остальные - 15 см

9. Разработать и согласовать с областным ГИБДД и ГУ ГИБДД МВД РФ проект организации движения

10. Предусмотреть применение дорожно-строительных материалов, имеющих сертификат качества

11. Разработать раздел внедрения новых технологий, техники, конструкций и материалов. Отдельно рассмотреть технологию разделки трещин с учетом современного оборудования и материалов

12. Восстановление и ремонт линий электроосвещения в населенных пунктах, на мостах и путепроводах

13. На мостовых сооружениях предусмотреть перечень видов работ, необходимых для приведения их в нормативное техническое состояние, отвечающее безопасным условиям движения (ремонт покрытия, деформационных швов, замена ограждения, восстановление регуляционных сооружений и защитного слоя бетонных конструкций и т.д. по результатам обследования).

14. Определить перечень, состав и балансодержателей объектов (включая наземные и подземные коммуникации и сооружения), подлежащих сносу (переустройству), новому строительству и не относящихся к имуществу федеральных автомобильных дорог. При согласовании с организациями - балансодержателями устраиваемых вновь и переустраиваемых сооружений и коммуникаций получить их обязательства по приемке указанных объектов на свой баланс или внесению изменений в балансовую стоимость объектов.

15. Предусмотреть в схеме водоотведения поверхностных вод с рассматриваемого участка дороги технические решения по водоотведению, очищению стоков с дороги и противоэрозийной защите в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» и Федерального закона Российской Федерации «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002г. № 7-ФЗ.

10. Источник финансирования

- Федеральный бюджет

11. Вид договора подряда

- Государственный контракт с фиксированной ценой

12. Вид надзора за производством работ

- Авторский надзор генпроектировщика, инженерное сопровождение, технический надзор службы Заказчика

13. Срок окончания разработки инженерного проекта

- По договору, согласно календарному графику не позднее 15 сентября 2003 года

14. Количество экземпляров предоставляемых заказчику

- 5 экземпляров

ЗАКАЗЧИК:                                                                     СОГЛАСОВАНО:

Приложение 2.2.

Перечень технических документов, подлежащих использованию при разработке обоснования инвестиций

1. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

3. СНиП II-7-81 *. Строительство в сейсмических районах.

4. СНиП 2.03.11-85*. Защита строительных конструкций от коррозии.

5. СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка в застройках городских и сельских поселений.

6. СНиП 12-01-2004. Организация строительства.

7. СНиП 3.04.03-85. Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии.

8. СНиП 2.05.02-85 *. Автомобильные дороги.

9. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги.

10. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы.

11. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы.

12. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.

13. СН 467-74. Нормы отвода земель для автомобильных дорог.

14. ВСН 3-81. Инструкция по учету потерь народного хозяйства от дорожно-транспортных происшествий при проектировании автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

15. ВСН 25-86. Указания по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах. Минавтодор РСФСР.

16. ВСН 18-84. Указания по архитектурно-ландшафтному проектированию автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

17. ВСН 84-89. Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты. Минтрансстрой СССР.

18. ВСН 178-91. Нормы проектирования и производства буровзрывных работ при сооружении земляного полотна. Минтрансстрой СССР.

19. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. Государственная служба дорожного хозяйства Минтранса России.

20. Методические рекомендации по проектированию дорожных одежд жесткого типа. Минтранс России, Росавтодор, 2004.

21. ОДН 218.1.052-2002. Оценка прочности нежестких дорожных одежд (взамен ВСН 52-89). Минтранс России, Росавтодор.

22. ОДМ. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах. Минтранс России, Росавтодор, 2002.

23. ОДМ. Методические рекомендации по ремонту цементобетонных покрытий автомобильных дорог. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

24. Методические рекомендации по устройству покрытий и оснований из щебеночных, гравийных и песчаных материалов, обработанных неорганическими вяжущими. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

25. ОДМ. Руководство по применению поверхностно-активных веществ при устройстве асфальтобетонных покрытий (взамен ВСН 59-68). Минтранс России, Росавтодор, 2003.

26. ОДМ. Руководство по грунтам и материалам, укрепленным органическими вяжущими. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

27. ОДН 218.3.039-2003. Укрепление обочин автомобильных дорог (взамен ВСН 39-79). Минтранс России, Росавтодор.

28. ОДМ. Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

29. ВСН 23-75. Указания по разметке автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

30. Требования к автомобильным дорогам с регулярным автобусным сообщением. Федеральная дорожная служба России, 1999.

31. ОСТ 218.1.002-2003. Автобусные остановки на автомобильных дорогах. Общие технические требования. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

32. ВСН 103-74. Технические указания по проектированию пересечений и примыканий автомобильных дорог. Минтрансстрой СССР.

33. ВСН 33-87. Указания по производству изысканий и проектированию лесонасаждений вдоль автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

34. ОДМ. Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

35. ВСН 24-88. Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

36. ОДН 218.012-99. Общие технические требования к ограждающим устройствам на мостовых сооружениях, расположенных на магистральных автомобильных дорогах. Федеральная дорожная служба России, 1999.

37. ВСН 32-81. Инструкция по устройству гидроизоляции конструкций мостов и труб на железных, автомобильных и городских дорогах. Минтрансстрой СССР.

38. ВСН 51-88. Инструкция по уширению автодорожных мостов и путепроводов. Минавтодор РСФСР.

39. ВСН 165-85. Устройство свайных фундаментов мостов (из буровых свай). Минтрансстрой СССР.

40. ОДМ. Руководство по защите металлоконструкций от коррозии и ремонту лакокрасочных покрытий металлических пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов. Минтранс России, Росавтодор, 2002.

41. ВСН 2-65. Указания по определению допускаемых (неразмывающих) скоростей водного потока для различных грунтов и облицовок.

42. ВСН 206-87. Нормы проектирования. Параметры ветровых волн, воздействующих на откосы транспортных сооружений на реках. Минтрансстрой СССР.

43. ВСН 8-89. Инструкция по охране природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР.

44. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов. Минтранс России, Федеральный дорожный департамент, 1995.

45. ОДМ. Методические рекомендации по оценке необходимого снижения звука у населенных пунктов и определению требуемой акустической эффективности экранов с учетом звукопоглощения. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

46. ОДН 218.5.016-2002. Показатели и нормы экологической безопасности автомобильных дорог. Минтранс России, Росавтодор.

47. ОДМ. Методические рекомендации по разработке проекта содержания автомобильных дорог. Минтранс России, Росавтодор, 2003.

Приложение 2.3.

Перечень материалов и документов, включаемых в состав обоснования инвестиций (ОИ).

1. Карта-схема транспортной сети района тяготения.

2. Сводная ведомость грузонапряженности, грузооборота, интенсивности движения.

3. Таблица основных технико-экономических показателей.

4. План трассы.

5. Сокращенный продольный профиль (при необходимости).

6. Типовые поперечные профили.

7. Чертеж принятого варианта конструкции дорожной одежды.

8. Ведомость проектируемой дорожной одежды.

9. Покилометровая ведомость оплачиваемых земляных работ.

10. Ведомость мостов и путепроводов.

11. Ведомость основных пересечений, примыканий и транспортных развязок.

12. Ведомость автобусных остановок.

13. Ведомость площадок отдыха (при необходимости).

14. Ведомость грунтовых резервов и месторождений дорожно-строительных материалов (при необходимости).

15. Перечень документов согласований.

16. Копии документов согласований.

17. Ведомость переустройства крупных коммуникаций.

18. Ведомость сноса, переноса зданий и сооружений.

19. Схема сравнения вариантов трассы.

20. Схема временно занимаемых земель (при необходимости).

Примечание: Состав обоснования инвестиций в зависимости от конкретных условий может быть изменен по договоренности Заказчика и проектной организации.

Приложение 2.4.

Перечень материалов и документов, включаемых в состав обосновывающих материалов инженерного проекта (ИП).

1. Копия задания.

2. Карта-схема транспортной сети района тяготения.

3. Сводная ведомость грузонапряженности.

4. Таблица основных технико-экономических показателей

5. План трассы.

6. Продольный профиль.

7. Типовые поперечные профили.

8. Индивидуальные поперечные профили (при необходимости).

9. Варианты конструкций дорожной одежды.

10. Ведомость проектируемой дорожной одежды.

11. Покилометровая ведомость оплачиваемых земляных работ

12. Ведомость искусственных сооружений.

13. Варианты схем мостов, путепроводов длиной более 100 м

14. Варианты схем опор для мостов (при необходимости)

15. Ведомость пересечений и примыканий

16. Варианты схем развязок в разных уровнях.

17. Ведомость автобусных остановок.

18. Ведомость площадок отдыха.

19. Ведомость рубки и корчевки пней.

20. Ведомость переустройства коммуникаций.

21. Чертежи конструкций и сооружений.

22. Технические спецификации

23. Спецификации оборудования представляемого Заказчиком.

24. Ведомость грунтовых резервов представляемых Заказчиком.

25. Инвесторский расчет.

26. График обстановки дороги.

27. График коэффициента аварийности

28. Ведомость сноса, переноса зданий и сооружений

29. Перечень документов согласований

30. Копия документов согласований

31. Схема сравнения вариантов трассы

32. Схема занимаемых земель

33. Технические условия на рекультивацию

ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗЫСКАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

3.1. Особенности традиционной технологии изысканий автомобильных дорог и ее анализ

Комплекс изысканий дорог и сооружений на них включает экономические, инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические изыскания, поиск и разведку местных дорожно-строительных материалов, проведение детальных обследований в районе проектируемой дороги для сбора всех исходных данных, необходимых для составления проекта.

В соответствии со старой (традиционной) технологией проектно-изыскательских работ сбор исходной информации, необходимой для разработки проекта, обычно производят в следующей последовательности.

Перед выездом в поле осуществляют вариантное трассирование автомобильной дороги по топографическим картам М 1:25 000-1:10 000, по топографическим планам М 1:5000-1:2000, а также по материалам старых аэрофотосъемок. В зависимости от стадии проектирования: обоснование инвестиций (ОИ) или технико-экономическая часть проекта (ТЭЧ), инженерный проект (ИП), рабочая документация (РД) или рабочий проект (РП) рассматривают различное количество вариантов и подвариантов трассы. При этом, наименьшим числом вариантов ограничиваются на поздних (предпостроечных) стадиях проектирования.

Осуществляют сопоставление вариантов и подвариантов трассы по весьма ограниченному набору показателей: длина трассы, геометрические характеристики плана и продольного профиля, ориентировочные объемы строительных работ, количество водопропускных труб и малых мостов, средних и больших мостов и путепроводов, развязок движения в разных уровнях, условия пересечения средних и больших водотоков, ориентировочная площадь занимаемых угодий и т.д. При этом, сопоставление вариантов трассы осуществляют при ограниченном объеме, либо при полном отсутствии совершенно обязательной информации о почвенно-грунтовом, гидрогеологическом и инженерно-геологическом строении местности, качестве и стоимостях отчуждаемых земель, состоянии существующих автомобильных дорог и мостовых переходов при их реконструкции и т.д. Тем не менее, на этой стадии уже принимают окончательное решение о выносе в натуру, как правило, одного единственного варианта с выполнением по нему всего комплекса полевых изыскательских работ.

В полевой период осуществляют сбор информации о местности по единственному априорно выбранному варианту трассы:

трассирование (вешение) принятого варианта автомобильной дороги с рубкой (если необходимо) просек и обозначением трассы на местности заменками. Вешение прямых направлений трассы осуществляют с использованием оптических теодолитов типа 2Т-30П, 4Т-30П, 2Т-5КП и т.д. Вешение наиболее надежно и просто осуществляют, сведя к минимуму коллимационную погрешность, переводом трубы «через зенит» при двух кругах теодолита;

закрепление трассы стандартными деревянными или железобетонными осевыми столбами, земляными конусами, привязкой к постоянным предметам при реконструкции (методом линейных засечек) и притрассовыми реперами;

разбивка пикетажа с использованием землемерных 20-и метровых стальных лент типа ЛЗ и в отдельных случаях шкаловых типа ЛЗШ. В ходе разбивки пикетажа осуществляют установку пикетных и плюсовых точек в характерных местах трассы, в главных точках трассы (начало, середина, конец кривых). В ходе разбивки пикетажа ведут пикетажный журнал, в который заносят: пикетные и плюсовые точки, положение вершин углов и направления поворота трассы, съемку притрассовой полосы по 100 м в обе стороны в М 1:2000 (в пределах будущей полосы отвода - инструментально, далее - глазомерно), направление поверхностного стока, знаки закрепления трассы и их схемы и т.д. В пикетажном журнале осуществляют расчеты элементов горизонтальных кривых и пикетажного положения их главных точек.

В последние годы при традиционных изысканиях стал находить распространение «беспикетный» метод полевых работ с применением электронных тахеометров типа Та3М, 3Та5, Sokkia и т.д. и безотражательных светодальномеров.

При изысканиях реконструкции существующих дорог при разбивке пикетажа в последнее время стали широко применять измерительные колеса (полевые курвиметры), механические, типа SK 3 или электронные, типа F 20;

двойное нивелирование по оси трассы (по разбитому пикетажу) с использованием точных и технических нивелиров с цилиндрическими уровнями при трубе, типа Н-3, 2Н-3Л, с компенсаторами типа 3Н-2КЛ, Н-10КЛ, а также электронных (регистрирующих) нивелиров типа RENI 002А, DL -102С и т.д.

В ходе продольного нивелирования трассы первый нивелир фиксирует все точки трассы: пикеты, плюсы, главные точки, репера и т.д., в то время как второй нивелир - только связующие точки;

съемку поперечников иногда осуществляют геометрическим нивелированием (в равнинной местности), но чаще тригонометрическим нивелированием с использованием малогабаритных оптических теодолитов типа 2Т-30, 2Т-30Н, 4Т-30П;

тахеометрические съемки сложных мест (мостовые переходы, развязки движения, участки сложного водоотвода и т.д.). Обычно выполняют крупномасштабные съемки М 1:1000, 1:500 и даже 1:200 с использованием оптических теодолитов или электронных тахеометров;

инженерно-гидрологические работы: морфометрические, гидрометрические, аэрогидрометрические. В рамках старой (традиционной) технологии проектно-изыскательских работ, тем не менее, уже находят эпизодическое применение такие современные методы сбора гидрометрической информации, как ультразвуковое эхолотирование с использованием модернизированного инж. Ю.М. Митрофановым портативного эхолота «Язь», применение электронных скоростемеров, использование методов аэрогидрометрии и т.д.;

инженерно-геологическое обследование по оси трассы: шурфовочные работы, ручное бурение, механическое бурение с использованием легких, переносных станков типа М-1, легких прицепных станков типа БУКС-ЛГТ, самоходных буровых установок типа АВБ-2М (вибрационного бурения), УКБ-12/25 (ударно-канатного бурения) и т.д.

Методы геофизической разведки при традиционных изысканиях автомобильных дорог находят лишь эпизодическое применение и, главным образом, вертикальное электрозондирование (ВЭЗ), а также динамическое и статическое зондирование;

разведка местных дорожно-строительных материалов, где методы геофизической разведки используют чаще и более широко;

согласование проектных решений с землепользователями, заинтересованными организациями и ведомствами. В рамках традиционной технологии проектно-изыскательских работ согласования выполняют путем непосредственных контактов изыскателей с представителями соответствующих организаций и ведомств.

Основные принципиальные недостатки традиционной технологии технических изысканий автомобильных дорог сводятся к следующему:

информация о местности в рамках традиционных изысканий собирается на узкой полосе (60-200 м) вдоль априорно выбранного варианта трассы (как, правило, единственного);

невозможность при последующей разработке проектов использования в полной мере систем автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них (САПР-АД), поскольку отсутствует информация о местности в объеме, достаточном для многовариантной проработки многих принципиальных направлений трассы;

получение при последующем проектировании во многом случайных, неоптимальных инженерных решений;

низкая производительность изыскательских работ, их высокая стоимость и недопустимо длительные сроки производства изысканий, что связано, прежде всего, с недостаточно широким использованием современных методов и технологий сбора изыскательской информации о местности: ГИС-технологий, GPS -технологий, аэрокосмических изысканий, цифровой фотограмметрии, электронной тахеометрии, аэро- и электронной гидрометрии, ультразвукового эхолотирования, геофизических методов инженерно-геологической разведки и т.д.;

невысокая точность получаемой изыскательской информации;

получение изыскательской информации в виде топографических планов, продольных и поперечных профилей, инженерно-геологических разрезов, отчетов о проведенных экономических изысканиях, топографо-геодезических, гидрометеорологических, инженерно-геологических и т.д. работах в виде, требующем последующей обработки для ее представления в электронном (цифровом) виде.

3.2. Особенности технологии изысканий автомобильных дорог при проектировании на уровне САПР-АД

В связи с произошедшим в стране в последние десятилетия реальным переходом на технологию и методы производства проектно-изыскательских работ на уровне САПР-АД старая традиционная технология производства изыскательских работ стала неприемлемой для обеспечения современного качественного проектирования автомобильных дорог и во многом стала сдерживающим фактором для дальнейшего развития проектно-сметного дела.

Быстрое развитие средств автоматизации и вычислительной техники предопределило качественное изменение технологии и методов производства проектно-изыскательских работ для разработки проектов новых и реконструируемых автомобильных дорог.

Системное, автоматизированное проектирование предопределяет обязательную многовариантность проработки принципиальных инженерных решений (при автоматизированном проектировании рассматриваемое число вариантов существенно больше по сравнению с традиционной технологией). Это, прежде всего, касается плана трассы, положения проектной линии продольного профиля, конструктивных элементов автомобильных дорог и т.д. Объем исходной изыскательской информации в связи с этим многократно возрастает и, учитывая сжатые (фиксированные) сроки проектирования, эта информация в необходимом объеме уже не может быть получена традиционными методами производства изыскательских работ с использованием морально устаревшего геодезического и инженерно-геологического оборудования. Кроме того, форма представления изыскательской информации не отвечает требованиям системного автоматизированного проектирования.

При многовариантной проработке на уровне САПР-АД большого числа возможных направлений трассы автомобильной дороги уже недостаточно информации, собираемой на узкой полосе вдоль априорно принятого варианта автомобильной дороги, а необходима информация в весьма широкой полосе варьирования, где могут разместиться конкурирующие варианты автомобильной дороги. Эта информация (экономическая, топографическая, почвенно-грунтовая, гидрогеологическая, инженерно-геологическая, гидрометеорологическая и т.д.) не может быть получена в сжатые сроки при использовании традиционных методов и технологий наземных изысканий.

Технология и методы производства изыскательских работ на уровне САПР-АД получили широкое развитие в большинстве стран ближнего и дальнего зарубежья. В Российской Федерации в последние годы также произошел переход в проектно-изыскательском деле на технологию и методы системного, автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них.

Отличительными особенностями производства изыскательских работ при проектировании на уровне САПР-АД являются:

применение при экономических изысканиях автомобильных дорог и сооружений на них баз данных и геоинформационных систем (ГИС);

получение топографо-геодезической, инженерно-геологической, гидрометеорологической и других видов изыскательской информации в пределах широкой полосы варьирования трассы, без выноса в натуру конкретного варианта трассы. Ширина полосы варьирования может быть особенно значительной (до 1/3 длины трассы) на ранних стадиях проектирования (ОИ), когда рассматриваются принципиальные, конкурирующие направления автомобильной дороги. На этой стадии нередко используют разобщенные зоны варьирования по принципиальным направлениям трассы будущей дороги;

широкое использование методов аэрокосмических изысканий: аэросъемочных, аэрогеодезических, аэрогеологических, аэрогидрометрических и т.д.;

широкое применение методов наземной стереофотограмметрии (фототеодолитных съемок);

широкое применение методов электронной стереофотограмметрии с обработкой материалов аэрокосмических и наземных съемок с использованием автоматизированных систем цифровой фотограмметрии АСЦФ типа « Photomod ». Использование при производстве наземных и аэросъемок электронной (цифровой) съемочной аппаратуры;

повсеместное применение методов электронной тахеометрии (т.е. использование электронных тахеометров, светодальномеров, регистрирующих нивелиров и других электронных приборов, автоматически регистрирующих результаты полевых измерений на магнитные носители информации для прямого ввода в память компьютеров);

автоматизация обработки и регистрация полевой изыскательской информации;

подготовка изыскательской информации в виде, пригодном для оперативного использования при системном автоматизированном проектировании, т.е. получение цифровых (ЦММ) и математических (МММ) моделей местности на полосе варьирования трассы;

широкое применение геофизических методов при инженерно-геологических изысканиях с рациональным использованием всего арсенала методов и средств геофизики (электро-, сейсморазведки и т.д.);

широкое применение методов лазерного сканирования (особенно при изысканиях для разработки проектов реконструкции и капитального ремонта автомобильных дорог);

повсеместное использование в изысканиях автомобильных дорог (экономических, топогеодезических, инженерно-геологических, геологоразведочных, гидрометеорологических и т.д.) технологий и методов, основанных на применении систем спутниковой навигации « GPS ».

Перечисленные выше особенности изысканий позволяют получать громадную по объему информацию для автоматизированного проектирования автомобильных дорог с необходимой точностью и в сжатые (фиксированные) сроки.

Основными задачами дальнейших исследований является разработка новых технологий и методов производства изыскательских работ на базе использования новейшей высокоточной и высокопроизводительной аппаратуры, являющейся продуктом стремительного развития научно-технического прогресса: цифровых и электронных карт, ГИС-технологий, GPS -технологий, лазерного сканирования местности, электронной геофизики, электронной гидрометрии и т.д.

3.3. ГИС-технологии в изысканиях автомобильных дорог

Геоинформационной системой (ГИС) называют интегрированную автоматизированную систему и комплексную компьютерную технологию, базирующуюся на последних достижениях науки и техники в области информатики, космической навигации, электронной тахеометрии, электронной аэрокосмической и наземной стереофотограмметрии, подповерхностного зондирования, связи, организации баз данных и предназначенную для получения, ввода, хранения, обновления, обработки, визуализации различных видов географически привязанной информации для оперативного комплексного анализа, прогнозирования и принятия решений по широкому кругу вопросов, связанных с картографированием, изысканиями, проектированием, строительством и эксплуатацией инженерных объектов, диагностикой, паспортизацией, экономикой, экологией, сервисом, демографией, безопасностью и т.д.

Анализ места ГИС (Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. - М: Финансы и статистика, 1998. - 285 с.) среди других автоматизированных систем позволяет сделать вывод о том, что комплексная автоматизированная обработка информации в ГИС не имеет аналогов с технологиями обработки информации в других автоматизированных системах.

Современные геоинформационные системы представляют собой новый тип автоматизированных интегрированных систем, которые включают в себя как методы обработки данных многих существующих или ранее существовавших систем, таких как АСНИ (научных исследований), САПР (проектирования), АСИС (информационные системы), СУБД (управления базами данных), АСК (картографирования), АСЦФ (фотограмметрические системы), АКС (кадастровые системы) и т.д., так и обладают уникальной спецификой в организации и обработке данных, поставивших их на качественно более высокий уровень как многоцелевых, многоаспектных систем.

Существовавшее до недавнего времени представление о ГИС как об автоматизированных системах управления компьютеризованными базами данных следует считать устаревшим, поскольку в ГИС может входить много баз данных, а полная технология обработки в ГИС значительно шире, чем при работе с конкретной базой данных. Кроме того, любая ГИС обязательно включает в себя систему экспертных оценок, которую реализовать на уровне баз данных не представляется возможным. И, наконец, базы данных в ГИС имеют не только пространственную, но и временную характеристику, что важно, прежде всего, для географических данных.

На основе анализа целей и задач существующих ГИС более правильным следует считать определение ГИС как геоинформационных систем, а не как географических информационных систем, поскольку процент чисто географических данных в них относительно невелик. Поэтому можно дать более короткое определение геоинформационным системам (ГИС).

ГИС - это автоматизированная интегрированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация.

С точки зрения функционального назначения ГИС можно рассматривать как:

систему управления, предназначенную для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению разнообразными пространственными объектами (земельные угодья, природные ресурсы, городские хозяйства, транспорт, экология и т.д.);

автоматизированную информационную систему, объединяющую технологии и технологические процессы известных информационных систем типа САПР, АСНИ, АСИС;

геосистему, включающую технологии (прежде всего технологии сбора информации) таких систем как системы картографической информации (СКИ), автоматизированные системы картографирования (АСК), автоматизированные фотограмметрические системы (АСЦФ), земельные информационные системы (ЗИС), автоматизированные кадастровые системы (АКС) и т.д.;

систему, использующую базы данных, характеризуемую широким набором данных, собираемых с помощью различных методов и технологий, и объединяющие в себе как базы данных обычной (цифровой) информации, так и графические базы данных. При этом особую роль здесь приобретают экспертные системы;

систему моделирования, использующую в максимальном объеме методы и процессы математического моделирования, разработанные и применяемые в рамках других автоматизированных систем;

систему получения проектных решений, использующую методы автоматизированного проектирования в САПР, но и решающую ряд других специфических задач, например, согласование принципиальных проектных решений с землепользователями, заинтересованными ведомствами и организациями;

систему представления информации, являющуюся развитием автоматизированных систем документационного обеспечения (АСДО) и предназначенную, прежде всего, для получения картографической информации с различными нагрузками и в различных масштабах;

интегрированную систему, объединяющую в единый комплекс многообразный набор методов и технологий на базе единой географической информации;

прикладную систему , не имеющую себе равных по широте применения, в частности, на транспорте, навигации, военном деле, топографии, географии, геологии, экономике, экологии, демографии и т.д.;

систему массового пользования , позволяющую применять картографическую информацию на уровне деловой графики для широкого круга пользователей, когда используют картографические данные, далеко не всегда создавая для этой цели топографические карты.

Одним из основных принципов организации пространственной информации в ГИС является послойный принцип (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Пример совокупности тематических слоев, как интегрированной основы графической части ГИС

Концепция послойного представления графической информации была заимствована из систем САПР, однако в ГИС она получила новое качественное развитие, так, например:

тематические слои в ГИС могут быть представлены не только в векторной форме (как в САПР), но и в растровой форме;

векторные данные в ГИС обязательно являются объектными, т.е. несут информацию об объектах, а не об отдельных их элементах, как в САПР;

тематические слои в ГИС являются определенными типами цифровых картографических моделей, построенными на основе объединения пространственных объектов, имеющих общие свойства или функциональные признаки.

Совокупность тематических слоев образует интегрированную основу графической части ГИС, в которых объединяющей основой (подложкой) являются цифровые и электронные карты.

При разработке инженерных проектов (ИП), обоснований инвестиций (ОИ) или технико-экономических частей проектов (ТЭЧ) с непосредственным использованием ГИС решают следующие разделы:

природно-климатические условия района проектирования: климат, рельеф, гидрография, растительность и почвы, инженерно-геологические и гидрогеологические условия;

транспортная сеть района тяготения (автомобильные дороги, железные дороги, трубопроводы, воздушный транспорт, внутренние водные пути сообщения);

состояние сети автомобильных дорог: годы постройки, категория дорог, состояние дорожных покрытий, земляного полотна, обочин, мостов, путепроводов, водопропускных труб и малых мостов, системы поверхностного водоотвода, обстановки и принадлежностей дорог и т.д.;

экономика района тяготения (промышленность, сельское хозяйство, транспорт и т.д.);

грузооборот, пассажирооборот, грузонапряженность на существующей транспортной сети в существующих условиях;

распределение общего объема грузоперевозок по видам грузов: промышленные, сельскохозяйственные, строительные, лесные, торгово-снабженческие;

распределение объемов перевозок по видам транспортных связей: межобластные, межрайонные, внутрирайонные;

транспортно-эксплуатационные показатели участков автомобильных дорог объемы грузовых перевозок, интенсивность и состав существующих транспортных потоков, средняя скорость транспортных потоков;

потери от ДТП;

себестоимость перевозок;

существующие показатели работы автотранспорта: коэффициент использования пробега, коэффициент использования грузоподъемности автотранспорта, средняя грузоподъемность грузового автотранспорта, количество дней работы автотранспорта в году;

существующая интенсивность движения и состав транспортных потоков в узлах и на перегонах существующей транспортной сети.

Одной из главных задач использования ГИС-технологий в изысканиях автомобильных дорог является обеспечение автоматизированных согласований принципиальных проектных решений (план трассы, продольный профиль, условия пересечений существующих железных, автомобильных дорог, коммуникаций, водотоков, снос, отвод земель и т.д.) с заинтересованными организациями, ведомствами, частными пользователями и владельцами.

3.4. Методы обоснования полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы

Размеры полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы в значительной степени определяют как объемы аэро- и наземных изысканий, так и объемы проектных работ по поиску наилучшего положения трассы. Назначение излишне широкой полосы варьирования приводит к неоправданному увеличению объемов проектно-изыскательских работ и сильно осложняет поиск наилучшего проектного решения. При занижении ширины полосы варьирования возникает опасность, что наилучший вариант трассы может оказаться за пределами зоны, освещенной материалами изысканий.

В связи с этим обоснованию размеров зоны варьирования трассы должно уделяться исключительное внимание. Выбранная зона варьирования должна охватывать все участки местности, где могут пройти конкурирующие варианты автомобильной дороги.

Ширину полосы варьирования трассы до недавнего времени устанавливали по топографическим картам (обычно М 1:25 000-1:10 000), по материалам аэросъемок прошлых лет и по результатам воздушных обследований с учетом топографо-геодезических, ситуационных, инженерно-геологических, почвенно-грунтовых, гидрогеологических, гидрометеорологических и других условий. При этом обоснование полосы варьирования осуществлялось, как правило, субъективно без использования аналитических программ и компьютерной техники.

В практике изысканий и проектирования дорог за рубежом (например, в США, Канаде и др.) выбору полосы варьирования трассы на стадии подготовительных работ, предшествующих собственно изысканиям, уделяется огромное внимание. И это не случайно, поскольку при обоснованной полосе варьирования трассы в ходе последующего проектирования удается находить проектные решения, строительная стоимость которых до 10 % ниже стоимости вариантов без предварительного детального обоснования полосы варьирования, при одновременном снижении стоимости изысканий и проектирования, трудовых затрат и сокращения сроков выполнения проектно-изыскательских работ. В США, например, в связи с этим затраты на рекогносцировочные изыскания и обследования полосы варьирования составляют около 50 % от суммы затрат на весь комплекс изыскательских работ.

В связи с произошедшим в стране переходом на технологию и методы системного, автоматизированного проектированияавтомобильных дорог все большее значение начинают приобретать методы аналитического обоснования полосы варьирования трассы с использованием компьютерных программ. Первый аналитический метод обоснования полосы варьирования трассы в нашей стране был разработан Д.Г. Румянцевым (Федоров В.И., Румянцев Д.Г. Инженерные аэроизыскания автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1984. - 240 с. Федотов Г.А. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1986. - 318 с). Суть его сводится к следующему.

С использованием имеющихся топографических карт, цифровых и электронных карт, материалов аэроизысканий прошлых лет, материалов изысканий, выполненных на предшествующих стадиях проектирования, а также результатов воздушных обследований строят предварительную цифровую модель местности (ЦММ), которой охватывают заведомо большую территорию, чем это требуется для установления наилучшего направления трассы. Особенно часто для этой цели используют материалы изысканий предшествующих стадий проектирования, например, материалы рекогносцировочных изысканий на стадии обоснования инвестиций (ОИ), для обоснования полосы варьирования, для разработки инженерного проекта (ИП) и т.д.

При подготовке предварительной ЦММ и аналитического определения границ полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы из рассмотрения сразу же исключают объекты и участки местности, проход трассы автомобильной дороги через которые либо заведомо нецелесообразен (ценные сельскохозяйственные угодья, болота, оползни, осыпи, засоленные почвы, закарстованные участки местности, вечномерзлые грунты и т.д.), либо вовсе невозможен (территории промышленных предприятий, населенные пункты, территории оборонных объектов, заповедные зоны и т.д.), а также устанавливают фиксированные точки и направления, проход трассы через которые обязателен. Рассматривают также участки местности, где в ходе аналитического трассирования необходимо решить вопрос возможности их обхода, либо пропуска через них трассы автомобильной дороги. К таким участкам относят отмеченные выше ценные сельскохозяйственные угодья, болота, оползни, осыпи, засоленные почвы, закарстованные участки и, кроме того, пучинистые участки местности, конусы выноса и т.д. Им придают соответствующие стоимостные значения возведения земляного полотна автомобильной дороги, и появляется возможность автоматического альтернативного решения трассы в пользу обхода участка местности с высокой стоимостью строительных работ, либо в пользу прохождения с трассой по этому участку, если его обход связан со значительным удлинением трассы.

Границы полосы варьирования устанавливают путем аналитического предварительного компьютерного трассирования с использованием предварительной ЦММ, на которой отмечают границы участков, прохождение трассы через которые заведомо нецелесообразно (рис. 3.2, зона а); границы зон с различными стоимостными показателями возведения земляного полотна автомобильной дороги (рис. 3.2, зоны б-д); структурные линии с точками характерных изломов местности. При этом точки излома контуров и рельефа нумеруют по линиям, располагаемым поперек направления воздушной линии.

Рис. 3.2. Предварительная цифровая модель местности для обоснования окончательных границ полосы варьирования трассы

Компьютерное определение границ полосы варьирования производится в следующей последовательности (рис. 3.3):

Рис. 3.3. Вариантный перебор возможных направлений трассы

в каждый образованный угол поворота трассы и в каждый перелом продольного профиля вписывают горизонтальные и вертикальные кривые минимальных радиусов, сообразно категории дороги. Зоны размещения кривых ограничивают концом предыдущей и началом последующей кривых;

все варианты, для которых допустимые радиусы кривых в плане и продольном профиле вписаны быть не могут, а продольные уклоны оказываются больше допустимых, из рассмотрения исключаются;

в пределах полученной таким образом зоны осуществляют перебор всех возможных вариантов с сопоставлением их между собой по укрупненным приведенным затратам. К дальнейшему рассмотрению принимают зону, разместившуюся между лучшим вариантом и прилегающими к нему вариантами, приведенные затраты для которых не отличаются более чем на 15 % от лучшего варианта трассы. При этом могут быть получены разобщенные зоны, каждая из которых определяет свое принципиальное направление трассы. Появление разобщенных зон варьирования характерно для ранних стадий проектирования (ОИ).

Детальный сбор изыскательской информации осуществляют после этого уже только в пределах обоснованной полосы (или полос) варьирования наилучших вариантов трассы. На ранних стадиях проектирования (ОИ) нередко приходится рассматривать значительное число принципиальных направлений трассы.

В связи с необходимостью при проектировании на уровне САПР-АД получения исходной экономической, топографической, инженерно-геологической, гидрогеологической, почвенно-грунтовой, гидрометеорологической и других видов обязательной изыскательской информации на полосе варьирования трассы значительной ширины самой важной на стадии производства полевых работ становится проблема

использования современных, высокопроизводительных и достаточно точных методов автоматизированного сбора, регистрации и обработки исходных данных о местности. Эта задача может быть решена лишь при условии выполнения изыскательских работ силами специализированных организаций, оснащенных парком современного аэросъемочного, электронного геодезического, электронного стереофотограмметрического, навигационно-космического, инженерно-геологического оборудования, а также вычислительной техники, укомплектованной развитым парком периферийного оборудования (лазерными и струйными принтерами, сканерами, плоттерами и т.д.).

Основными задачами дальнейших исследований в этой важнейшей области изысканий являются: научное обоснование дифференцированных в зависимости от стадий проектирования значений отклонений укрупненных приведенных затрат между лучшим вариантом трассы и двумя крайними, оконтуривающими границы зоны варьирования (в настоящее время это 15 %). Очевидно эти отклонения должны быть меньшими для более поздних стадий проектирования;

разработка нового метода обоснования полосы варьирований трассы, основанного на построении экономической модели местности (ЭММ) - «экономической лощины» с использованием принципов сплайн-трассирования.

3.5. Цифровое моделирование рельефа, ситуации и геологического строения местности

Цифровой моделью местности (ЦММ) называют совокупность точек местности с известными трехмерными координатами и различными кодовыми обозначениями, предназначенную для аппроксимации местности с ее природными характеристиками, условиями и объектами.

Кодовые обозначения характеризуют связи между соответствующими точками ЦММ.

Общая ЦММ - это многослойная модель, которая в зависимости от назначения может быть представлена сочетанием частных цифровых моделей (слоев): рельефа, ситуационных особенностей, почвенно-грунтовых, гидрогеологических, инженерно-геологических, гидрометеорологических условий, технико-экономических показателей и других характеристик местности.

Математической моделью местности (МММ) называют математическую интерпретацию цифровых моделей для компьютерного решения конкретных инженерных задач.

В зависимости от инженерного назначения математической модели для одной и той же ЦММ может быть использовано несколько различных МММ.

В рамках системного автоматизированного проектирования (САПР) рациональным образом распределяются функции между инженером-проектировщиком, компьютером и другими средствами автоматизации. Поэтому при решении ряда инженерных задач строительства инженер работает с доступными ему топографическими картами и планами, поручая компьютеру работу с доступными ему цифровыми и математическими моделями тех же участков местности.

Конечным результатом инженерных изысканий при проектировании (САПР) по этой причине является получение крупномасштабных топографических планов и ЦММ на один и тот же участок местности в единой системе координат. Однако нужно иметь в виду, что информационная емкость обшей ЦММ при этом существенно больше информационной емкости самых подробных крупномасштабных топографических планов.

ЦММ и МММ используют, прежде всего, для получения необходимой исходной информации для автоматизированного проектирования (продольного профиля земли по оси трассы («черного» профиля), поперечных профилей, инженерно-геологических разрезов и т.д.).

Возможности цифрового и математического моделирования позволили, в частности, в корне изменить технологию проектирования автомобильных дорог и потребовали изменения технологии и методов сбора, регистрации и представления исходных данных при изысканиях.

3.6. Виды цифровых моделей местности

Конечной целью изысканий автомобильных дорог при проектировании на уровне САПР-АД является, прежде всего, получение крупномасштабного топографического плана местности в пределах широкой полосы варьирования конкурентных вариантов трассы и цифровой модели рельефа, геологического и гидрогеологического строения того же участка местности (ЦММ) в единой системе координат. По ЦММ и получаемым на их основе математическим моделям местности (МММ) в конечном итоге осуществляют системное, автоматизированное проектирование конкурентных вариантов трассы автомобильных дорог. Трудовые затраты на получение с помощью ЦММ необходимой для проектирования информации (профили земли по оси трассы, поперечные профили земли, инженерно-геологические разрезы и т.д.) оказываются в несколько десятков раз меньшими, по сравнению с получением той же информации при использовании топографических планов и стереоскопических моделей по традиционной технологии.

При цифровом моделировании рельефа, геологического и гидрогеологического строения местности в зависимости от сложности рельефа, ситуационных особенностей местности; способа производства изысканий, задач проектирования, наличия парка современных геодезических приборов, приборов спутниковой навигации, средств геофизической подповерхностной разведки, средств автоматизации и вычислительной техники могут быть сформированы ЦММ с использованием самых разнообразных принципов.

Вопросами разработки различных видов ЦММ было посвящено большое количество исследований. При этом, все известные виды ЦММ можно разбить на три большие группы: регулярные, нерегулярные и статистические.

Регулярные ЦММ создают путем размещения точек в узлах геометрически правильных сеток различной формы (треугольных, прямоугольных, шестиугольных), накладываемых на аппроксимируемую поверхность с заданным шагом. Наиболее часто применяют ЦММ с размещением исходных точек в узлах сеток квадратов (рис. 3.4, а) или равносторонних треугольников (рис. 3.4, б). Регулярные ЦММ в узлах правильных шестиугольных сеток (рис. 3.4, в) нашли применение при проектировании нефтепромысловых дорог в условиях равнинного рельефа Западной Сибири.

Рис. 3.4. Виды цифровых моделей местности:
а - в узлах правильных прямоугольных сеток; б - в узлах треугольных сеток; в - в узлах шестиугольных сеток; г -на поперечниках к магистральному ходу; д - на горизонталях; е - на структурных линиях; ж - статистическая; з - на линиях, параллельных оси фотограмметрических координат

Массив исходных данных для регулярных ЦММ (рис. 3,4 а-в) может быть представлен в следующем виде:

F , m , п, х0, у0, Н 11 ,..., Н1 m ,..., Н nm                                                                                                                                                     (3.1)

F - шаг сетки;

m - число точек по горизонтали;

п - число строк по вертикали;

Н 11 ,..., Н1 m ,..., Н nm - высоты точек в узлах сетки.

Регулярные модели (3.1) весьма эффективно использовать при проектировании вертикальной планировки городских улиц, площадей, аэродромов и других инженерных объектов на участках местности с равнинным рельефом. Опыт использования ЦММ с регулярным массивом исходных данных показал, что требуемая точность аппроксимации рельефа достигается лишь при очень высокой плотности исходных точек местности, которая в зависимости от категории рельефа должна быть в 5-20 раз выше по сравнению с нерегулярными ЦММ. Появление высокопроизводительных дигитайзеров и коордиметров с автоматической регистрацией информации по заданным интервалам длины или времени, тем не менее, делает использование регулярных моделей (3.1) весьма перспективным.

Нерегулярные ЦММ, представленные большим числом типов нашли широкое применение в практике автоматизированного проектирования объектов строительства.

Весьма часто используют ЦММ, построенные по поперечникам к магистральному ходу (рис. 3.4, г). Массив исходных данных для ЦММ этого типа представляют в следующем виде:

 где                                                                                    (3.2)

у 1 , у2, ... , у i - расстояние между началом трассы и точками пересечения ее оси и соответствующими поперечниками;

х 11 , х12, ... , xil - расстояния между исходными точками ЦММ на поперечниках и осью трассы, принимаемые положительными влево от трассы и отрицательными - вправо;

Н11, Н12, ... , Hil - высоты исходных точек.

Поскольку магистральный ход в общем случае может иметь углы поворота для представления нерегулярного массива (3.2) необходимо еще задавать и координаты вершин углов поворота. Информацию для криволинейной трассы представляют уже в трехкоординатном виде.

ЦММ, построенные по поперечникам к оси магистрального хода или к оси трассы, находили широкое применение в начальный период перехода на системное автоматизированное проектирование линейных инженерных объектов, когда исходная изыскательская информация собирается в соответствии со старой традиционной технологией изысканий, а также при разработке проектов реконструкции автомобильных дорог.

При наличии крупномасштабных топографических планов и карт часто оказывается весьма эффективным создание ЦММ с массивом исходных точек, размещаемых на горизонталях с регистрацией их плановых координат дигитайзером через определенные интервалы длины (рис. 3.4, д). Массив исходных данных модели записывают в следующем виде:

 где                                                                                       (3.3)

Н1, Н2, ... , Hi - высоты соответствующих горизонталей;

х 11 , y 11 ,... , х21, y 21 ,... , xij , yij - плановые координаты точек на горизонталях.

Массив точек (3.3) может быть сформирован также в ходе рисовки горизонталей на стереофотограмметрическом приборе. Весьма перспективным для создания ЦММ данного типа является использование сканирующих дигитайзеров - автоматов и коордиметров.

При автоматизированном проектировании инженерных сооружений широко используют также цифровые модели на структурных линиях (структурные ЦММ), размещаемых по характерным изломам местности и с учетом ее ситуационных особенностей. Эти ЦММ обладают наименьшей исходной информационной плотностью точек местности (рис. 3.4, е).

Массив исходных точек структурных ЦММ задают:

в явном виде

xi , yi , H i , j , k , l , ... , где                                                                                                         (3.4)

xi, yi, H i - координаты i -й точки массива характерных точек рельефа и ситуации;

j, k, l, ... - номера других точек того же массива, в направлении которых можно вести линейную интерполяцию высот; в неявном виде

 где                                                                                      (3.5)

ПР - признак, определяющий ту или иную последовательность исходных точек той или иной структурной линии рельефа.

Структурные ЦММ (3.4, 3.5) используют главным образом при невысокой степени автоматизации процесса сбора и регистрации исходной информации (например, при использовании материалов обычной тахеометрической съемки, при ручной, либо полуавтоматической фотограмметрической обработке снимков, при дигитализации топографических планов и карт и т.д.).

В зависимости от вида исходного материала, используемого для формирования ЦММ, в практике автоматизированного проектирования применяют и другие виды нерегулярных цифровых моделей, например, ЦММ, построенные на линиях, параллельных координатным осям стереофотограмметрического прибора (рис. 3.4, ж), при использовании для формирования массивов точек материалов аэрофотосъемок.

Статистические ЦММ (3.6) предполагают в своей основе нелинейную интерполяцию второго и третьего и т.д. порядков. При создании массива исходных данных статистической ЦММ точки для ее формирования выбирают в зависимости от случайного распределения, близкого к равномерному (рис. 3.4, д).

Статистические модели являются во многом универсальными. Сфера их применения весьма широка и не ограничивается какими-либо категориями рельефа местности, наличием того или иного исходного материала для создания ЦММ и наличием тех или иных приборов.

Массив исходных данных статистической ЦММ представляют в виде:

х 1 , y 1 , Н2, х 2 , y 2 , Н2, ... , хп , y п , Н п , где                                                                                  (3.6)

х 1 , y 1 , Н2, ... , хп, y п , Н п - координаты точек статистической модели.

3.7. Методы построения цифровых моделей местности

Цифровые модели рельефа и инженерно-геологического строения местности формируют на основе использования материалов наземных и аэрокосмических изысканий. Целесообразно использовать те методы топографических съемок, которые обеспечивают получение информации о местности в электронном виде, что позволяет максимально автоматизировать процесс подготовки топографических планов и ЦММ.

Тахеометрические съемки особенно эффективны, если их выполняют с использованием электронных тахеометров или компьютерных геодезических станций с регистрацией снимаемой информации непосредственно на магнитные носители в режиме реального времени или последующем ее вводе в память базового компьютера.

Фототеодолитные съемки . Обработку результатов фототеодолитных съемок целесообразно выполнять на универсальных стереофотограмметрических приборах с автоматической регистрацией измеряемых координат точек местности или выполнять системную компьютерную обработку, используя для этой цели автоматизированные системы типа « Fotomod ».

Наземное лазерное сканирование трехмерным лазерным сканером, измеряющим трехмерные координаты точек впередилежащей местности с помощью лазерного импульсного безотражательного дальномера, который поворачивается по вертикали и горизонтали с получением плотного массива точек. Это современный оперативный вид съемки местности, который вобрал в себя последние достижения компьютерных технологий. Применение лазерного сканирования местности в настоящее время оказывается особенно эффективным в связи с большими объемами полевых работ по сбору информации для разработки проектов реконструкции и капитального ремонта существующих автомобильных дорог.

Аэрофотосъемки. Определение координат точек местности при обработке стереопар целесообразно производить на универсальных стереофотограмметрических приборах с автоматической регистрацией измеряемых координат на магнитных носителях, либо производить системную компьютерную обработку, используя для этой цели автоматизированные системы типа « Fotomod », предварительно сканировав стереопары или используя для этой цели электронные фотографии.

Наземно-космические съемки с использованием систем спутниковой навигации « GPS » наилучшим образом подходят для создания ЦММ, поскольку обеспечивают получение информации о местности непосредственно в электронном виде на магнитных носителях, что позволяет максимально автоматизировать процесс подготовки моделей.

Инженерно-геологические изыскания выполняют комплексно с использованием методов традиционной инженерно-геологической разведки (механическое бурение, шурфование, устройство расчисток и т.д.), аэрогеологической разведки (цветные, спектрозональные, тепловые аэросъемки) и методов воздушной и наземной геофизики с автоматической регистрацией измерений на магнитные носители (вертикальное электрозондирование, электропрофилирование, сейсморазведка, статическое и динамическое зондирование и т.д.). Использование средств автоматизации и компьютерной обработки данных инженерно-геологических изысканий является совершенно обязательным.

Цифровые и математические модели, представляемые в геодезических прямоугольных координатах без искажения масштабов, тем не менее, могут характеризоваться различной точностью и степенью детализации элементов рельефа, ситуации и геологического строения местности, что связано с категорией рельефа, ситуационными особенностями аппроксимируемого участка местности, масштабами используемых для построения ЦММ топографических планов и материалов аэросъемок, принятым типом цифровой модели, плотностью исходных точек и методикой аппроксимации поверхности.

Необходимая точность модели обязательно должна быть увязана с требуемой точностью решаемых по ней инженерных задач.

При использовании для построения ЦММ материалов традиционных топографических съемок точность ситуационных контуров принимают в соответствии с точностью выполняемых топографических съемок равной 1 мм в масштабе плана. Точность представления рельефа не должна выходить за пределы ¼ высоты сечения горизонталей в равнинной местности, ½ высоты сечения - в пересеченной местности и 1 высоты сечения - в горной. Точность ЦММ при использовании материалов топографических съемок, выполняемых с помощью электронных тахеометров или приемников спутниковой навигации « GPS », учитывая, что запись информации ведется безошибочно на магнитные носители, зависит главным образом от точности используемых приборов.

При построении ЦММ по существующим топографическим планам и картам характерные точки местности снимают с точностью, принимаемой равной: 0,5 мм - для отображения ситуационных особенностей местности и 0,2, 0,3 и 0,5 высоты сечения - для отображения соответственно равнинного, пересеченного и горного рельефов.

При создании ЦММ по материалам аэросъемок или фототеодолитных съемок точность отображения ситуационных особенностей местности и рельефа определяется точностью считывания фотограмметрических координат, которую обеспечивает тот или иной используемый стереофотограмметрический прибор.

Для обеспечения необходимой точности аппроксимации рельефа местности плотность исходного массива точек (среднюю удаленность друг от друга) для регулярных и нерегулярных (статистических) моделей принимают:

в равнинной местности..................................................20-30 м;

в пересеченной местности.............................................10-15 м;

в горной местности.........................................................5-7 м.

3.8. Математическое моделирование местности

Математические связи между исходными точками цифровых моделей описывают линейными, либо нелинейными (степенными) зависимостями. В первом случае связь между смежными точками модели описывается уравнениями плоскостей, проходящими через каждые три смежные точки модели, во втором - криволинейными поверхностями разного порядка, и, таким образом, рельеф местности задается либо множеством пересекающихся между собой плоскостей, либо поверхностей различного порядка кривизны.

Решение наиболее актуальной задачи при математическом моделировании рельефа и инженерно-геологического строения местности заключается в определении высот точек местности, а также уровней грунтовых вод и соответствующих геологических напластований в пикетных и плюсовых точках по оси запроектированных вариантов трассы и на поперечниках.

Подавляющее число регулярных и нерегулярных ЦММ предполагают при последующем математическом моделировании линейную интерполяцию высот между смежными точками модели.

Задача определения высот точек трассы, уровней грунтовых вод и поверхностей геологических напластований сводится к нахождению в каждом случае тех смежных исходных точек модели, между которыми попадает соответствующая искомая точка трассы, в нахождении коэффициентов уравнения плоскости, проходящей через эти три точки, и, наконец, в определении по полученному уравнению искомой высоты заданной точки (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Линейная интерполяция высот между смежными точками ЦММ

Если искомая точка трассы (например, ПК 20) попадает между смежными исходными точками ЦММ с номерами j , k и l , то уравнение искомой плоскости в общем виде может быть представлено:

H = AX + B У + C.                                                                                                                 (3.7)

В уравнении (3.7) известны проектные координаты X и У точки трассы (например, ПК 20), высоту которой нужно определить, но не известны коэффициент А, В и С уравнения плоскости, проходящей через исходные точки j , k и l цифровой модели.

Если в уравнение (3.7) подставить известные координаты трех исходных точек цифровой модели, то получим три уравнения, в которых не известны только три коэффициента А, В и С:

                                                                                                            (3.8)

Система уравнений (3.8) решается в матричной форме или методом «прогонки», в результате чего определяются неизвестные коэффициенты А, В и С.

Уравнение (3.7), подставив в которое проектные координаты X и У искомой точки трассы, определяет ее высоту Н.

Наиболее универсальными являются статистические ЦММ (3.6), математическая реализация которых заключается в использовании метода «плавающего квадрата» или «плавающего круга», в пределах которого строится криволинейная поверхность n -го порядка (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Математическое моделирование рельефа «плавающей» криволинейной поверхностью:
1 - точки статистической ЦММ; 2 - точки трассы; 3 - трасса

Наиболее часто для математического моделирования рельефа используют уравнения поверхности 2-го порядка:

Н = АХ2   + ВХУ + C У2 + DX + E У + F , где                                                                          (3.9)

Х , У - известные проектные координаты точки, высоту которой требуется определить; А, В, С, D , Е, F - коэффициенты уравнения аппроксимирующей поверхности 2-го порядка.

Основная идея «плавающей» аппроксимации заключается в том, что по трассе дороги от точки к точке перемещается круг или квадрат таким образом, что каждая точка трассы, высоту которой требуется определить, размещается в его центре (например, ПК 20 на рис. 3.6). Радиус круга или размеры стороны квадрата автоматически устанавливаются такими, чтобы в их пределы попало не менее 10 исходных точек модели. Поскольку радиус круга или размеры стороны квадрата меняются с дискретным шагом, соответственно D r и D b , то в пределах выделяемых ими площадей может оказаться и более 10 точек модели (например, 11, 12, 13 и т.д.).

Поскольку коэффициенты А, В, С, D , Е, F в аппроксимирующем уравнении (3.9) не известны, то для каждой точки модели, попавшей в пределы круга или квадрата, записывают уравнения:

где                                                                                                                                               (3.10)

А , В, С, D , Е, F - неизвестные коэффициенты уравнения аппроксимируемой поверхности;

Н j, х j , yj ,... , Н п , хп, y п - известные координаты точек модели, попавших в пределы круга или квадрата.

Поскольку число неизвестных в системе (3.10) меньше числа уравнений (которых не менее 10), то система решается методом «наименьших квадратов». Таким образом, определяют неизвестные коэффициенты аппроксимирующего уравнения (3.9), подставив в которое известные проектные координаты X и У точки трассы (например, ПК 20), определяют ее высоту Н.

Далее центр круга или квадрата перемешают в очередную точку трассы (например, на ПК 21) и процедура повторяется. При этом, если плотность исходных точек модели в районе очередной точки трассы уменьшилась, то размеры круга или квадрата автоматически возрастут, а если плотность возросла - то наоборот уменьшатся.

Для математического описания ситуационных, почвенно-грунтовых, гидрогеологических и других условий местности используют контурную индексацию объектов местности с перечнем номеров точек вдоль каждого контура (граница пашни, лес, река, ЛЭП, газопровод и т.д., например: К3; 3; 21; 43; 24; 26. Для замкнутых контуров (здание, сад, огород, пруд и т.д.) точки замыкания повторяются, например: С7; 13; 15; 52; 16; 13.

3.9. Задачи, решаемые с использованием цифровых и математических моделей

В рамках системного автоматизированного проектирования (САПР) автомобильных дорог с помощью цифровых и математических моделей решается широкий круг инженерных задач, которые ранее частично находили решение другими методами и средствами:

оптимальное пространственное трассирование автомобильных дорог. Решение этой актуальной задачи с привлечением математического аппарата оптимизации проектных решений стало возможным благодаря развитию методов цифрового и математического моделирования местности;

получение продольных профилей земли по оси вариантов трассы, запроектированных с использованием крупномасштабных топографических планов. В рамках изысканий при традиционном проектировании продольный профиль по оси трассы получали в результате выполнения трудоемкого комплекса полевых геодезических работ, как правило, средствами традиционной наземной геодезии (трассирование. закрепление трассы, разбивка пикетажа, двойное геометрическое нивелирование и т.д.);

получение поперечных профилей земли. Эта работа при традиционных изысканиях выполнялась, как правило, методом тригонометрического нивелирования (иногда, геометрическим нивелированием);

получение продольных по оси трассы и поперечных инженерно-геологических разрезов. При традиционных изысканиях эту совершенно необходимую для проектирования информацию получали в результате выполнения комплекса чрезвычайно трудоемких и дорогих инженерно-геологических работ путем механического бурения, шурфования, устройства расчисток и т.д.;

получение исходной инженерно-гидрологической информации для проектирования водопропускных сооружений и системы поверхностного водоотвода (площади водосбора, живые сечения, морфостворы и гидростворы, уклоны логов и их склонов и т.д. для математического моделирования стока ливневых и талых вод и т.д.);

проектирование системы дорожного поверхностного водоотвода (кюветы, быстротоки, нагорные и водоотводные канавы и т.д.);

решение задачи распределения земляных масс и подсчеты объемов земляных работ;

решение задач вертикальной планировки при проектировании городских площадей, строительных площадок, городских улиц и дорог;

пространственное моделирование полотна автомобильных дорог и прилегающего ландшафта. Решение этой задачи широко используют при ландшафтном проектировании автомобильных дорог для обеспечения зрительной плавности и ясности трассы и обеспечения гармоничного вписывания полотна автомобильных дорог в прилегающий ландшафт с обеспечением высоких уровней удобства и безопасности движения;

проектирование транспортных развязок автомобильных дорог в одном и разных уровнях.

Развитие и совершенствование методов цифрового и математического моделирования местности во многом предопределили и повлияли на изменение технологии и методов изысканий и проектирования автомобильных дорог, и дальнейший прогресс проектно-изыскательского дела невозможен без широкого использования в ходе выработки проектных решений, их оценки и корректировки цифровых и математических моделей местности.

ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

4.1. Структура экономического обоснования дорожного строительства

Кардинальные изменения социально-экономических условий, произошедшие в нашей стране, требуют корректировки подходов, ранее применявшихся при разработке экономического обоснования дорожного строительства. Необходимо использовать методики расчета экономической эффективности инвестиционных проектов дорожного строительства в соответствии с общепринятыми в мировой практике подходами. С вводом в экономику страны рыночных механизмов существенно усложнилось проведение сбора исходных данных. Нестабильность российской экономики порождает существенную неопределенность прогнозов, особенно долгосрочных. Бурный рост парка легковых автомобилей на фоне падения объемов инвестиций в отрасль приводит к ухудшению качества обслуживания автотранспортных потоков, увеличению экономических потерь от задержек в заторах, особенно в больших городах.

Для повышения качества экономического проектирования, прежде всего, необходимо отказаться от ложного представления об экономии государственных средств за счет необоснованного уменьшения количества полос движения с соответствующим уменьшением ширины проезжей части, земляного полотна и ухудшения других технических параметров дорожных объектов. Негативно на экономические показатели эффективности влияет искусственное увеличение сроков строительства из-за ошибочных подходов к финансированию дорожного строительства. С экономической точки зрения, очевидно, что объект, принятый к реализации, должен вводиться в эксплуатацию в кратчайшие сроки, чтобы общество как можно быстрее стало получать выгоды от сделанных затрат.

Традиционная методика сбора исходных данных не может быть применена в современных условиях, и необходимо использовать более сложные модельные подходы, базирующиеся на методах современного математического, компьютерного моделирования.

Данный раздел призван помочь экономистам транспортного строительства сформировать научные подходы, отвечающие современным требованиям к проведению экономических обоснований инвестиционных проектов дорожного строительства и носит рекомендательный характер. Раздел подготовлен под руководством главного специалиста ОАО "Гипротрансмост" Миножетдинова Х.К., канд. эконом. наук Бушанским С.П., канд. техн. наук Рябиковым Н.А. и д-ром. геогр. наук, проф. Гольцем Г.А.

С целью повышения качества экономического обоснования в настоящее время рекомендуется принимать следующую последовательность экономических исследований:

составление предпроектного предложения, которое должно включать предварительные расчеты стоимости и экономической эффективности проекта;

составление сметы на выполнение экономических изысканий, которая должна соответствовать масштабу проекта;

проведение комплексного обследования района проектирования. Результаты обследования оформляют как и обоснование инвестиций (ОИ) проекта;

ОИ рассматривает экспертиза, которая и принимает решение о целесообразности реализации проекта.

Для повышения качества принимаемых решений в нормативных документах должны найти отражение более жесткие требования к проведению обследований транспортных потоков в зоне тяготения нового дорожного объекта или реконструкции, без соблюдения которых проект не может пройти экспертизу.

Исследования по обоснованию инвестиционных проектов оформляют в виде документации, в которой находят отражение все аспекты проекта, включая организационные. Структура итогового документа должна отражать этапность и содержание проведенного исследования. Рекомендуемый состав экономической части обоснования инвестиций в строительство дорожного объекта следующий:

участники инвестиционного проекта;

аннотация;

история вопроса;

краткая социально-экономическая характеристика региона;

обследование существующих транспортных связей и условий автомобильного движения;

вариантный выбор оптимального местоположения нового дорожного объекта (принципиальные варианты направления трассы);

расчет 20-и летней перспективной интенсивности движения на рассматриваемой транспортной сети;

определение народнохозяйственной (общественной, экономической) эффективности инвестиций;

выводы.

Участники инвестиционного проекта.

Раздел содержит краткие характеристики Заказчика проекта и перечень исполнителей с указанием направлений их деятельности.

Аннотация .

Содержит краткую характеристику проекта с выводами и рекомендациями о целесообразности осуществления проекта. Содержит описание принятых проектных решений (начало строительства, продолжительность, стоимость, основные показатели народнохозяйственной эффективности проекта). Указываются заказчик проекта, предполагаемые источники финансирования, генеральная проектная организация, подрядная строительная организация, задание и основание для проектирования.

История вопроса.

Проектированию крупного транспортного объекта обычно предшествует длительный период обсуждений и разработки проектной документации (в составе генплана, комплексной транспортной схемы и в других проблемных работах), выполненных с разной степенью детализации и, следовательно, степенью обоснованности принимаемых решений. В разделе приводят мотивацию принятых проектных решений. Формулируют цели проекта. Освещают недостатки существующих условий и организации движения транспортных потоков на отдельных участках. Приводят описание ранее реализованных проектов дорожного строительства.

Краткая социально-экономическая характеристика региона .

В разделе анализируют динамику и осуществляют прогноз основных показателей социально-экономического развития региона, в котором намечена реализация проекта: валовой региональный продукт, численность населения, объемы пассажирских и грузовых перевозок, пассажиро- и грузооборот, объемы инвестиций, объемы жилищного строительства, характеристика существующего парка автомобилей.

В раздел включают описание существующих планов перспективного развития транспортных магистралей областей, районов, городов и пригородных зон.

Обследование существующих транспортных связей и условий автомобильного движения .

Сбор исходных данных является наиболее серьезной и трудно решаемой проблемой. Недостаточное внимание к этому вопросу во многом обусловливает низкое качество экономических и транспортных расчетов, а значит, и принимаемых принципиальных решений.

Изучение транспортных потоков обычно начинают с определения объемов зарождений и поглощений грузовых и пассажирских поездок. Для определения объемов зарождений и поглощений грузовых поездок важными являются оценка и прогноз объемов производства промышленной продукции, товаров и услуг для грузообразующих и грузопоглощающих пунктов, а также структуры грузопотоков и численности парка грузовых автомобилей. Для оценки объемов пассажирских перевозок используют следующие данные: численность населения; количество отдельных семей; численность населения, проживающего в личных домах; число работающих жителей; число семей с разбивкой по количеству принадлежащих им легковых автомобилей и доходу. Объемы поглощений пассажирских поездок оценивают на основе данных о численности работников, занятых в различных отраслях производства с распределением их по служащим и рабочим, количестве учащихся, характере использования территорий.

Исследование объемов зарождений и поглощений поездок все же, как правило, не дает полной картины, поскольку все данные о деятельности предприятий и населения собрать сложно. Поэтому всегда производят уточнение собранной информации обследованием сложившихся транспортных связей и потоков автомобилей. Здесь можно выделить четыре основных подхода:

контрольные учеты движения автомобилей;

обследования пассажиропотоков;

анкетирование;

сбор данных о выручке, направлениях, объемах и видах перевозок транспортных предприятий общего пользования.

Проведение контрольных учетов движения автомобилей - важнейший этап разработки инвестиционного проекта нового строительства и реконструкции автомобильных дорог.

При проведении учета на пересечениях трассы основной или проектируемой дороги, в транспортных узлах составляют схемы размещения каждого учетного пункта с указанием дислокации каждого учетчика. Учетчик фиксирует движение по трем направлениям: автомобили идущие в прямом направлении, автомобили поворачивающие вправо и автомобили поворачивающие влево. Затем транспортные потоки по направлениям суммируют и определяется интенсивность движения автомобилей на дороге в целом.

Учет с опросом водителей дает возможность получить данные о направлениях и маршрутах поездок. Анализ государственных номерных знаков автомобилей позволяет приблизительно оценить доли транзитных поездок между регионами.

В последние годы в некоторых регионах стали устанавливать видеокамеры для автоматической круглосуточной регистрации проходящего автотранспорта с выводом информации на компьютер и выделением видов автомобилей и параметров, характеризующих условия движения автомобилей.

Хронометраж транспортных потоков проводят для расчета скоростей движения на отдельных участках дороги, на подходах к транспортным пересечениям, к мостовым переходам или на самих мостах.

Визуальные наблюдения позволяют определять задержки при прохождении транспорта на мостах и паромных переправах, устанавливать количество светофоров, пересечений дорог в одном или разных уровнях, спусков, подъемов, закрытых поворотов или участков с ограниченной видимостью, количество съездов и подъездов, выявлять участки с наиболее загруженным движением, состояние дорожного покрытия, качество содержания дороги, дорожные знаки, ширины проезжей части и обочин, количество ДТП и другие факторы, регулярно снижающие пропускную способность дороги. Визуально можно также оценить среднее количество пассажиров в одном легковом автомобиле. Визуальные наблюдения помогают также определить характер движения или состояние транспортных потоков (свободное движение, частично связанное, движение в колоннах, пачках и т.д.).

Получение более полной количественной информации, как показывает практика разработки ОИ, достигается при использовании ходовых дорожных лабораторий.

Данные хронометража и специальные исследования с помощью ходовых лабораторий помогают установить фактическую пропускную способность дороги и определить качественные и количественные характеристики транспортных потоков.

Цель обследования пассажиропотоков транспорта общего пользования это, прежде всего, сбор данных о количестве входящих и выходящих пассажиров на остановках и заполняемости общественного транспорта. Распределение пассажиров по связям между начальными и конечными пунктами можно оценивать талонным методом учета пассажиропотоков.

Спектр вопросов, исследуемых с помощью анкетирования, очень широк. Далеко неполный их перечень приведен ниже:

виды и частота поездок анкетируемого пассажира (культурно-бытовые поездки, трудовые, деловые, учебные и пр.);

режим пользования собственным автомобилем, если таковой имеется;

пункты отправления и пункты назначения;

маршруты поездок;

используемые виды пассажирского транспорта и количество пересадок;

часы и длительность поездок;

денежные суммы, которые готов платить опрашиваемый за более быструю и/или комфортную поездку (предлагается гипотетический выбор различных видов поездок).

Недостаток метода анкетирования - это относительно небольшая статистическая выборка из-за трудоемкости проведения такого рода исследований.

Дополнительная информация о неравномерности распределения пассажирских и грузовых потоков по дням, неделям, месяцам может быть получена на основе анализа колебаний объемов выручки транспортных предприятий от пассажирских и грузовых перевозок.

Выбор оптимального местоположения нового дорожного объекта.

Выбор направления дороги или мостового перехода является одним из основных факторов, определяющих технико-экономические характеристики будущего сооружения. Предварительно выбор места нового строительства назначают на основании имеющихся архивных, картографических, инженерно-геологических, гидрологических и иных материалов. При этом руководствуются следующими показателями: протяженностью новой трассы, наличием транспортной сети и удобных подходов к предполагаемому месту строительства, стоимостью строительства.

В большинстве случаев рассматривают технические варианты возможных створов пересечения реки с ориентацией на предполагаемую стоимость строительства по каждому створу. При таком подходе не учитывают дорожные условия, которые возникнут после ввода объекта в эксплуатацию. Между тем, более точный выбор предполагаемых зон строительства до начала подробных технических изысканий позволяет избежать лишних затрат на проведение изыскательских работ.

Определение оптимального местоположения новых дорожных объектов задача достаточно сложная, и хотя разработано много моделей оптимизации развития сетей автомобильных дорог, не до конца решенной остается проблема совмещения в одной модели подхода, описывающего поведение потребителей дорожных услуг (водителей, владельцев автомобилей), и нормативного подхода, который определяет перспективное развитие дорог, исходя из критерия максимизации общественных чистых выгод. Другой проблемой является ценовая недоступность соответствующих программных продуктов для большинства практиков-экономистов и сложность самостоятельной разработки таких систем. Ниже изложены упрошенные методы решения задачи выбора оптимального местоположения транспортных объектов.

Расположение нового дорожного объекта на геометрической прямой (обозначим ее как X ), можно определить по формуле (Болдаков Е.В., Федотов Г.А., Перевозников Б.Ф. и др. Технико-экономическое обоснование при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов: Справочное пособие. - М.: Транспорт, 1981):

 где                                                                                                                  (4.1)

h - расстояние от искомой точки оптимального местоположения до заданной точки т, отложенной на прямой X (выбор точки m не влияет на решение);

lр - расстояние от точки m до пересечения прямой X и отрезка, соединяющего начальный и конечный пункты корреспонденции р;

Qp - объемы перевозок грузов или пассажиров между пунктами корреспонденции р;

Qs - суммарные объемы перевозок между корреспонденциями, пересекающими прямую X.

Формула (4.1) удобна для определения оптимального местоположения мостового перехода, где в качестве прямой X принимают русло реки. Для расчетов по формуле (4.1) необходимо, прежде всего, составить ведомость распределения транспортных связей по видам перевозок на отчетный и перспективные годы. На рис. 4.1. представлен пример определения оптимального месторасположения мостового перехода через р. Каму.

Рис. 4.1. Определение оптимального местоположения мостового перехода через р. Каму в республике Удмуртия

Из рис. 4.1 видно, что большинство транспортных связей сосредоточено в зоне, лежащей южнее г. Камбарка, на оси Ижевск-Сарапул-Камбарка-Бирск-Уфа. В перспективе при появлении транспортных коридоров, особенно в широтном направлении, центр тяжести поездок может сместиться севернее Камбарки. Следовательно, экономически обоснованная зона пересечения р. Камы, где целесообразно строительство мостового перехода на 2000 год, находится в районе с. Межная вверх от Камбарки, и на 2020 г. эта зона смещается в междуречье pp. Буй и Белая.

Определив по формуле ( 4.1) возможные зоны нового строительства, необходимо выбрать из альтернативных проектов наилучший. Выбирается вариант i нового строительства, по которому сокращение грузо- или пассажирооборота на единицу инвестиций достигает своего максимума:

 где                                                           (4.2)

  - оценка дополнительно введенной по i-му варианту фактической пропускной способности в час;

Qm - объемы перевозок по направлению m (между парами пунктов) на расчетный год;

kN - коэффициент перевода объемов перевозок в количество поездок автомобилей в часы-пик;

zmi - затраты на перевозку 1 т (1 пассажира) для направления m по i -му варианту;

zm 0 - затраты на перевозку 1 т (1 пассажира) для направления m в существующих условиях;

М - множество направлений, для которых i -й вариант строительства сокращает транспортные затраты, zmi < zm 0 ;

К i - инвестиции на осуществление i -г o варианта строительства. Возможную интенсивность движения на новой дороге принимают максимальной из двух величин: допустимого уровня интенсивности движения в часы-пик, который не должен превышать фактическую пропускную способность дороги, и количества поездок, для которых новый проект дает экономию транспортных затрат.

Расчет перспективной интенсивности движения на рассматриваемой транспортной сети .

На ранних стадиях исследования можно и нужно широко применять принцип многовариантного проектирования. Отбор наилучшего комплексного проекта, состоящего из ряда частных проектных решений, проводят из множества альтернатив. При этом должны быть проанализированы те варианты развития сети, которые могут быть рекомендованы к осуществлению. На основании расчетов перспективной интенсивности движения должен быть решен вопрос о категории проектируемой дороги, определяющей основные технические параметры (количество полос движения, ширину обочин, ширину земляного полотна и т.д.) проекта. Можно производить оценку характеристик, трудно поддающихся количественной оценке (например, архитектура нового сооружения, сочетание с ландшафтом местности). Для этого можно использовать метод весов, где каждому из значимых факторов придается определенное весовое значение, например в пределах от 1 до 10, или от 0,1 до 1. Значение каждого фактора определяют методом экспертных оценок.

Определение народнохозяйственной (общественной, экономической) эффективности инвестиций.

В разделе рассматривают варианты, отобранные на основе уже проведенного анализа транспортных характеристик проектов (см. выше). Рассчитывают показатели общественной эффективности, производят учет рисков и неопределенности.

4.2. Перспективный парк автомобилей

Структурные сдвиги, произошедшие в экономике страны и, прежде всего, изменение форм собственности, повлияли на развитие автомобильного парка как в количественном, так и в качественном отношении. Разгосударствление, приватизация и появление рынка транспортных услуг, лицензируемых малых частных и акционерных перевозчиков с использованием договорных тарифов, привело к формированию новых требований к автомобильному парку. Эти требования сводятся, прежде всего, к тому, что выпускаемые и используемые транспортные средства должны отличаться от старого автомобильного парка более широкой номенклатурой транспортных средств при одновременном снижении их грузоподъемности и пассажировместимости.

Уровень транспортной работы, приходящийся на одного жителя страны, составил: в 2000 г. - 25,0 тыс. ткм, на 2010 г. прогнозируется на уровне 32-33 тыс. ткм. Это означает, что рынок грузовых транспортных услуг увеличится с 3,6 трлн. ткм в 2000 г. до 4,3-4,6 трлн. ткм в 2010 г.

Следует ожидать, что по мере становления «нормальных» механизмов регулирования экономики (как рыночных, так и государственных) доля автомобильного транспорта в междугородных и международных перевозках существенно увеличится. Это связано с тем, что в сравнении с железнодорожным транспортом при дальности 300-350 км сроки доставки на автомобильном транспорте по сравнению с конкурирующим железнодорожным транспортом в 10 раз меньше с учетом участия автомобильных перевозок при подвозе и вывозе грузов и пассажиров со станций. В 2000 г. среднее расстояние доставки тонны груза в международных сообщениях составляло 175 км, к 2010 г. эта дальность увеличится до 200-250 км. В пассажирских перевозках подвижность населения в 2000 г. составляла - 6,23 тыс. пасс.-км на каждого жителя в год. С учетом демографических изменений прогнозируется уровень подвижности в 2010 г. в интервале 8-9 тыс. пасс.-км. Это означает, что пассажирооборот транспортного комплекса увеличится с 0,9 в 2000 г. до 1,2-1,3 трлн. пасс.-км в 2010 г.

Парк грузовых автомобилей.

В перспективе следует ожидать увеличения объемов транспортной работы грузовых автомобилей, особенно, в междугородных и международных логистических цепях. Прогноз развития парка грузовых автомобилей связан с ожидаемой динамикой рынка транспортных услуг по мере восстановления экономики страны, а также с колебаниями технико-эксплуатационных параметров подвижного состава. В последнее время наблюдается резкое снижение технико-эксплуатационных показателей грузового парка. Так, например, в 2000 г. коэффициент использования грузового парка составлял всего 35,2 %, а эксплуатационная скорость 21 км/ч. Перспективный рынок транспортных услуг в 2010 г. прогнозируется в объеме 180-190 млрд. ткм (138,6 млрд. ткм в 2000 г.), что соответствует 3 % темпу прироста ежегодно.

Если полученный парк (табл. 4.1) умножить на коэффициент использования (выпуска) и число ездок в год, то можно прогнозировать транспортный грузовой поток. Для обеспечения пополнения такого парка отечественное производство грузовых автомобилей должно увеличиться с 184 тыс. ед. (2001 г.) до 270-280 тыс.ед. в 2010 г. (без учета импорта, который в 2000 г. составил 23 тыс.ед.).

Таблица 4.1.

Сценарии развития грузового автомобильного парка России на конец года, включая специальные

Наименование

1990 г. отчет

1995 г. отчет

2000 г. отчет

2005 г. прогноз

2010 г. прогноз

2015 г. прогноз

2020 г. прогноз

I

II

I

II

I

II

I

II

Численность парка, тыс. шт.

3744

3860

3856

4500

4600

4800

5200

5400

5600

5800

6000

Структура парка по грузоподъемности, %

до 3,0 т

20,1

31,5

46,1

62,6

75,0

79,5

86,0

от 3,1 до 10,0 т

64,3

55,7

41,6

27,2

17,5

13,9

8,9

10,1 т и более

15,6

12,8

12,3

10.2

7,5

6.6

5,1

Основными разновидностями парка автомобилей будут следующие классы транспортных средств по грузоподъемности: до 2 т (ВАЗ-2233, ИжМЗ-2717, Москвич-2335, УАЗ-3303, ГАЗ-2310 и др.); 2,1-5,0 т (ГАЗ-3310, ЗИЛ-5301 и др.); 5,1-8,0 т (ЗИЛ-4331, КамАЗ-4311, Урал-4320 и др.); 8,1-15,0 т (ЗИЛ-133, КамАЗ-53212, УралАЗ-5423 и др.) и более 15 т (КамАЗ-6520, Ивеко-УралАЗ и др.) и карьерные БелАЗы грузоподъемностью до 200 т.

Проведенные статистические исследования партионности перевозок показали, что основной частью грузового парка будут транспортные средства грузоподъемностью до 3 т, которые составят до 80 % в 2010 г. Единственной сложной проблемой для отечественного грузового парка является его пополнение магистральными тягачами с полуприцепами для обеспечения международных экспортно-импортных перевозок грузоподъемностью до 25-29 т. Парк полуприцепов должен составить 260-290 тыс.ед., а прицепов не менее 1,7 млн. ед. Основными направлениями научно-технического прогресса в области грузового автомобилестроения является выпуск конкурентоспособных автомобилей малой и большой грузоподъемности с весьма широкой номенклатурой специализированных кузовов.

Автобусный парк .

Основным видом муниципального транспорта являются автобусы особо большие, большие и, частично, средние. Так как автобусы обслуживают в основном малообеспеченные слои населения, то определить парк автобусов, исходя из платежеспособного спроса пассажиров, весьма затруднительно. Автобусы используют во внегородском и туристическом обслуживании, а также в виде специальных и школьных транспортных средств.

На основании выполненных расчетов установлено, что к 2010 г. рынок автобусных пассажирских услуг (в основном общего пользования) достигнет 250-270 млрд. пасс.-км (при 204,4 млрд. пасс.-км в 2000 г.) с прогнозируемым 2,5 % ежегодным приростом. Установлен общий прогнозируемый парк (табл. 4.2).

Если полученный парк умножить на коэффициент использования (сейчас он равен 0,623) и число рейсов в год, то получим автобусный транспортный поток. Для реализации указанного прогноза парка с учетом коэффициента выбытия и обновления, равного 1,0 %, производство автобусов должно увеличится с 54 тыс.ед. в 2000 г. до 65-70 тыс.ед. в 2010 г. (без учета импорта, который в 2000 г. составил 3,96 тыс. ед.).

Основными разновидностями автобусов в прогнозируемом парке будут: особо малого класса (длиной до 6 м и вместимостью до 16 чел. - УАЗ, ГАЗ, ЗИЛ, иномарки); малого класса (длиной 6-8 м и вместимостью до 30 чел. - ПАЗ, КАвЗ); среднего класса (длиной 8-10 м и вместимостью до 90 чел. - ПАЗ, иномарки); большого класса (длиной 10-12 м и вместимостью до 120 чел. - ЛиАЗ, Тушино-Авто, ГолАЗ) и особо большого класса (длиной до 18 м и вместимостью до 180-200 чел. - ГолАЗ, Тушино-Авто).

В общем парке основной частью будут автобусы особо малого и малого класса, доля которых составит 65-70 %. Доля автобусов особо большого класса не будет превышать 2-2,3 %. Остальная часть парка будет состоять из автобусов среднего и большого класса. Научно-технический прогресс в области автобусостроения заключается в создании конкурентоспособных автобусов для деловых поездок, городских особо больших автобусов, школьных, а также туристических автобусов 3,4 и 5 классов (табл. 4.2).

Таблица 4.2.

Сценарии развития автобусного парка

Наименование

1990 г. отчет

1995 г. отчет

2000 г. отчет

2005 г. прогноз

2010 г. прогноз

2015 г. прогноз

2020 г. прогноз

I

II

I

II

I

II

I

II

Численность парка, тыс. шт.

445

631

640

670

690

700

730

750

780

800

820

Структура парка по классам, %

Особо малый (длина до 6,0 м)

9,2

10,8

28,4

35,2

36,8

38,4

40,0

Малый и средний (6,1-10,0 м)

68,0

67,0

54,4

47,5

45,1

42,6

39,9

большой и особо большой (10,1-18,0 м)

22,4

22,2

17,2

17,3

18,1

19,0

20,1

Парк легковых автомобилей.

Развитие парка легковых автомобилей - личных, служебных, такси и специальных автомобилей происходит под воздействием различных факторов. Причем, для Российской Федерации характерно применение легкового автомобиля не индивидуального, а семейного потребления. В современных условиях весьма многообещающим выглядят попытки прогнозировать легковой парк, исходя из платежеспособного спроса населения, учитывая сегментацию статистического среднедушевого дохода. В индустриально развитых странах каждые три года потенциальный владелец имеет возможность накопить на покупку нового автомобиля или возврат кредита за этот срок. Однако, как показал выполненный анализ, нельзя обнаружить функциональную связь между среднедушевым доходом (за вычетом на продукты питания и предметы первой необходимости) и темпами роста парка легковых автомобилей, составляющим 1-1,2 млн.ед. в год. Очевидно, что в этом случае работают «быстрые» деньги.

На основании разработанной методической процедуры расчета производительности и прогнозируемого пассажирооборота в объеме 640-680 млрд. пасс.-км в 2010 г. выполнен расчет легкового парка. В табл. 4.3 приведен сценарий развития легкового автомобильного парка до 2020 г.

Таблица 4.3.

Сценарии развития легкового автомобильного парка России на конец года

Наименование

1990 г. отчет

1995 г. отчет

2000 г. отчет

2005 г. прогноз

2010 г. прогноз

2015 г. прогноз

2020 г. прогноз

I

II

I

II

I

II

I

II

Численность парка, тыс.шт

8964

14195

20247

24500

26000

32000

35000

38000

42000

46000

52000

Структура парка по классам, %

А, В, длина до 3900 мм

17,0

17,1

18,2

19,3

20,0

21,0

22,0

С, Д, 3900-4600 мм

78,7

76,5

73,9

71,5

69,7

67,4

65,0

Е - 4600-4900 мм , F+S; SUV; MPV

4,3

6,4

7,9

9,2

10,3

11,6

13,0

Насыщение легковыми автомобилями, ед./1000 чел.

61

116

140

173

182

231

249

274

290

330

370

Если полученный перспективный парк умножить на коэффициент использования, равный 0,6, и число ездок в год, то получим прогнозируемый транспортный поток (без учета числа полос движения).

Для реализации этого прогноза выпуск легковых автомобилей должен увеличится с 969 тыс. в 2001 г. до 1,8-2,0 млн.ед. в 2010 г. (без учета импорта, который в 2000 г. составлял 72 тыс.ед.). Основными разновидностями в парке легковых автомобилей будут следующие классы:

«А» с габаритной длиной до 3,5 м...................................«Ока»;

«В» с габаритной длиной 3,5-3,9 м...............................ВАЗ-1119;

«С» с габаритной длиной 3,9-4,3 м...............................ВАЗ-2105, 2110 и др.;

« D » c габаритной длиной 4,3-4,6 м...............................Москвич 2141, 2142, Донинвести др.;

«Е» с габаритной длиной 4,6-4,9 м...............................ГАЗ-3110, 3111 и др.;

« F + S » высший класс.......................................................ЗИЛ-4110 и др.;

« SUV » - автомобили повышенной проходимости ВАЗ-2123, УАЗ-3160 и др.;

« MPV » - автомобили повышенной вместимости типа «Минивэн» ВАЗ-2120 и др.

В легковом парке будут преобладать автомобили класса «А», «В» и «С» и «Д». Технический прогресс в области отечественного легкового автомобилестроения будет заключаться в выпуске конкурентоспособных транспортных средств по стоимости, топливно-экологическим параметрам, надежности, безопасности и внедрения параметров комфортабельности для автомобилей класса ОКА, ВАЗ и Москвич в стоимостном диапазоне не более 4-9 тыс. долларов.

Прогнозируется, что общий автомобильный парк увеличится с 24,74 млн.ед. в 2000 г. до 37,5-41,0 млн.ед. в 2010 г. Изменение структуры автомобильного парка приведено в табл. 4.4.

Таблица 4.4.

Динамика структуры автомобильного парка России, %

Наименование

1990 г. отчет

1995 г. отчет

2000 г. отчет

2005 г. прогноз

2010 г. прогноз

2015 г. прогноз

2020 г. прогноз

I

II

I

II

I

II

I

II

Легковые

68,2

76,0

81,9

82,5

85,8

86,8

88,3

Грузовые

28,4

20,7

15,5

15,1

12,3

11,5

10,2

Автобусы

3,4

3,3

2,6

2,4

1,9

1,7

1,5

ИТОГО

100

100

100

100

100

100

100

Всего автомобилей, тыс.шт.

13153

18686

24743

29670-31290

37500-40930

44150-48380

52600-58820

Общими направлениями научно-технического прогресса в автомобилестроительной промышленности является учет отечественных специфических особенностей дорожной сети, допускающих осевые нагрузки 6 тс и 10 тс (в странах ЕС - 11,5 тс) и полную массу автопоезда до 38 тс (в ЕС - 40-44 тс), а также выпуск транспортных средств и горюче-смазочных материалов, приспособленных к работе в Северных условиях (за пределами средней январской изотермы России - -20°С). Параметры «безвредности», регулируемые государством, должны рассматриваться как ограничения в развитии легковых парков.

Прогнозируемые показатели легкового парка были получены при использовании натурных критериев, поэтому их необходимо рассматривать с позиций потенциального спроса. После формирования «нормальной» регулируемой рыночной экономики формирование парков будет происходить автоматически, подчиняясь законам платежеспособного спроса. В этом случае будет формироваться платежеспособный спрос на все разновидности автомобилей.

В табл. 4.4. представлена динамика изменения структуры автомобильного парка на период с 2000 по 2020 гг.

4.3. Прогнозирование перспективной интенсивности движения

Важнейшим критерием при обосновании инвестиций в строительство новых или реконструкцию существующих автомобильных дорог является перспективная интенсивность движения. Ввод новых или повышение технического уровня существующих дорог сопровождается значительными изменениями сложившихся потоков автотранспорта по направлениям. Во многих случаях, когда происходит уменьшение времени сообщения между корреспондирующими пунктами, это оказывает влияние на структуру и размещение экономики, темпы экономического развития обслуживаемых дорогами территорий.

В настоящее время разработано много методов прогнозирования интенсивности движения на автомобильных дорогах. Имеются методы, предназначенные для прогнозирования интенсивности движения как на отдельных, конкретных дорогах, так и на сети автомобильных дорог. При этом методы прогноза основывают на учете различных факторов, которые, по мнению их авторов, оказывают существенное влияние на интенсивность движения автотранспорта.

В зависимости от подхода к прогнозированию интенсивности движения используемые методы можно разделить на три группы: методы экстраполяции; балансовые методы; модельные методы.

Методы экстраполяции являются наиболее простыми. Они основаны на условии сохранения во времени существующих тенденций изменения интенсивности движения. Наибольшее распространение среди них получил метод прямой экстраполяции, при использовании которого прогнозирование интенсивности движения осуществляют на основе установления существующей интенсивности, которая увеличивается в соответствии с выявленной за несколько предшествующих лет тенденцией ее изменения. В общем виде идея метода может быть представлена формулой:

N ( t ) = N (0)(1 + m ) t , где                                                                                                        (4.3)

N(t) - ожидаемая интенсивность движения на t -й перспективный год, авт./сут;

N(0) - исходная интенсивность движения, авт./сут;

m - коэффициент среднегодового прироста интенсивности движения;

t - перспективный период, лет.

Метод экстраполяции целесообразно использовать в условиях сложившейся сети автомобильных дорог, когда в перспективе не предполагается выполнение работ по строительству новых и повышению технического уровня существующих дорог.

Балансовый метод определения перспективной интенсивности движения в Российской Федерации имеет примерно такое же распространение, как и метод экстраполяции. Согласно этому методу перспективную среднегодовую суточную интенсивность движения определяют как сумму интенсивностей движения различных типов автомобилей, которые определяют по формуле:

 где                                                                                                           (4.4)

N - среднегодовая суточная интенсивность движения, авт./сут;

Q l - грузо- или пассажиронапряженность участка дороги X по данным экономических изысканий на расчетный год в пересчете на 1 км, ткм, пасс.-км;

Кн - коэффициент учета автомобилей, осуществляющих мелкопартионные, необъемные, повторные и дальние транзитные перевозки;

Ks - коэффициент учета в составе движения специальных транспортных средств;

D - число дней работы дороги в течение года;

q - средняя грузоподъемность или пассажировместимость автомобилей (автобусов), т или пасс;

y - коэффициент использования грузоподъемности или пассажировместимости;

b - коэффициент использования пробега.

Одним из недостатков балансового метода является многоступенчатая система сбора информации обо всех автомобильных перевозках в районе изысканий за отчетный год и на перспективу. Эти данные получают у предприятии и организации, включенных в список грузоотправителей и грузополучателей.

Однако балансовый метод не только трудоемок, но и в ряде случаев не дает достоверных результатов. Причина неточности заключается в ориентировочном характере информации о грузовых перевозках, особенно на перспективу, которой располагают отправители и получатели грузов. Это обусловлено тем, что показатели об объемах и направлении грузовых перевозок не относятся к материалам статистической отчетности и их систематический учет не производится. Планы производства, определяющие перспективные объемы и направления перевозок, у поставщиков и получателей грузов, как правило, отсутствуют. К тому же мелкие грузоотправители и грузополучатели вообще практически не поддаются учету.

Модельные методы основаны на учете зависимости интенсивности движения от некоторых показателей. Они построены на рассмотрении связей между всеми парами населенных пунктов исследуемой территории и требуют выполнения большого количества вычислений, связанных как с рассмотрением всех пар населенных пунктов, так и с определением кратчайшего расстояния между ними. Поэтому разработка этих методов получила распространение только в последнее время в связи с появлением современной компьютерной техники.

Далее излагается один из модельных методов прогнозирования интенсивности движения, разработанный сотрудниками ОАО «Гипродорнии». Этот метод использовался на объектах различного уровня, начиная от обоснования мостовых переходов и обходов городов, до программ совершенствования и развития сети дорог отдельных территорий и России в целом и показал большое соответствие результатов расчета при существующем состоянии сети дорог с фактической интенсивностью движения.

Этот метод позволяет рассчитывать как существующие, так и ожидаемые на соответствующий перспективный период среднегодовую суточную интенсивность и среднюю скорость движения автотранспортных средств на участках сети автомобильных дорог общего пользования, а также объемов грузовых и пассажирских перевозок. При прогнозировании интенсивности движения на перспективной сети автомобильных дорог, включающей планируемые к строительству дороги, этот метод дает возможность оценить ожидаемую интенсивность движения на автомобильных дорогах задолго до их строительства без проведения детальных экономических изысканий в части сбора данных об объемах грузовых и пассажирских перевозок.

В соответствии с этим методом расчета существующей и прогнозирование перспективной интенсивности движения на автомобильных дорогах заключается в определении вероятного количества автотранспортных средств, совершающих поездки между парами корреспондирующих населенных пунктов рассматриваемой территории, корреспонденции между которыми являются значимыми. При этом прогнозирование интенсивности движения сводится к формированию работы имеющегося или перспективного парка автотранспортных средств на соответствующей сети автомобильных дорог рассматриваемой территории.

Реализация программ развития сети автомобильных дорог, особенно в части сокращения перепробега, оказывает существенное влияние на эффективность работы автотранспорта и сопровождается изменениями его интенсивности и маршрутов движения. Эти изменения связаны с генерацией автотранспортных потоков и их перераспределением между дорогами. Чем более существенны изменения в сети дорог, тем значительнее изменения в объемах и маршрутах автотранспортных потоков. Изменения последних могут быть выявлены только в результате учета изменений в условиях движения автотранспорта, совершающего поездки между корреспондирующими пунктами, в том числе и возможности использования более коротких и комфортабельных маршрутов.

При расчете интенсивности движения между парой корреспондирующих населенных пунктов кратчайшее расстояние между ними устанавливают, исходя из времени и комфортабельности сообщения. В связи с этим при расчетах используют приведенную длину участков автомобильных дорог. Коэффициент приведения длины участков дорог устанавливают по соотношению скорости движения на рассматриваемом участке к скорости движения при эталонных условиях движения. В качестве эталонных условий при определении коэффициента приведения длин участков автомобильных дорог принято считать движение по дороге I категории.

Интенсивность движения между корреспондирующими населенными пунктами определяют в зависимости от численности населения в этих пунктах. При прогнозировании интенсивности движения используют сумму численности населения в корреспондирующих пунктах. Однако при равной суммарной численности населения в корреспондирующих пунктах, но разном ее соотношении (300 тыс. чел. + 300 тыс. чел. и 590 тыс. чел. + 10 тыс. чел.), интенсивность движения будет разной. Поэтому интенсивность движения рассчитывают по приведенной суммарной численности населения в двух корреспондирующих населенных пунктах, определяемой по численности населения в меньшем из пунктов и по соотношению численности населения в них.

Интенсивность движения при прочих равных условиях зависит от административной значимости и подчиненности корреспондирующих населенных пунктов, т.е. от уровня их связанности. С целью учета этих факторов населенные пункты рекомендуется подразделять наследующие группы:

1 группа - территориальные центры и города федерального подчинения;

2 группа - районные центры и города территориального подчинения;

3 группа - прочие города, поселки городского типа и центральные усадьбы;

4 группа - прочие сельские населенные пункты.

Рассматриваемую территорию устанавливают с учетом возможности определения интенсивности движения транзитных относительно исследуемой территории автотранспортных средств в зависимости от численности населения в территориальных центрах, разрабатываемых программ развития и совершенствования сети автомобильных дорог или объектов дорожного строительства.

При обосновании инвестиций на развитие отдельной дороги рассматриваемая территория должна включать обслуживаемую дорогой территорию Российской Федерации, а для объектов, обеспечивающих внешние автотранспортные связи, - и территории соседних государств. Ширину обслуживаемой территории следует принимать до 100 км в каждую сторону от рассматриваемой дороги, а при отсутствии параллельных дорог в этой зоне - до параллельных дорог, но не более 500 км. Подлежащие при этом учету населенные пункты определяют по их удаленности от дороги и значимости последней. На территории, прилегающей к дороге, следует учитывать все населенные пункты, а по мере удаления от дороги - только населенные пункты более высокого ранга.

Интенсивность движения на конкретном участке автомобильной дороги формируется в результате суммирования интенсивности движения, рассчитанной между всеми парами населенных пунктов. связь между которыми осуществляется с использованием данного участка.

Формирование работы автотранспорта осуществляют с разделением по типам на легковые автомобили, автобусы и грузовые автотранспортные средства.

Интенсивность движения между парой рассматриваемых корреспондирующих пунктов определяют по формуле:

где                                              (4.5)

Nij - ожидаемая среднегодовая суточная интенсивность движения между i -м и j -м населенными пунктами, авт./сут;

Р p - суммарная приведенная численность населения в i -м и j -м населенных пунктах, чел.;

Кс - коэффициент связанности i -го и j -го населенных пунктов, определяемый в зависимости от их административной значимости и подчиненности;

Q л , Qa , Q г - уровень насыщения территории легковыми автомобилями, автобусами и грузовыми автомобилями соответственно, авт./1000 чел.;

V л , Va , V г - средняя скорость движения легковых автомобилей, автобусов и грузовых автомобилей в эталонных условиях, принимаемая равной 93 км/ч, 60 км/ч и 83 км/ч, соответственно;

t л , t a , t г - средняя продолжительность работы в течение суток легковых автомобилей, автобусов и грузовых автомобилей соответственно, ч/сут;

Кл , К a , Кг - коэффициент, характеризующий пользование легковыми автомобилями, автобусами и грузовыми автомобилями, соответственно;

Lnp - приведенное расстояние между i -м и j -м населенными пунктами, км;

a - показатель степени, используемый при расчете интенсивности движения грузовых автотранспортных средств.

Интенсивность и скорость движения на участках сети автомобильных дорог устанавливают в результате выполнения нескольких итерационных расчетов ожидаемой интенсивности между всеми парами корреспондирующих населенных пунктов. После выполнения расчетов на соответствующем шаге итерации для каждого участка сети автомобильных дорог определяют скорость, которую должен иметь поток рассчитанной интенсивности при данных дорожных условиях, и сопоставляют ее со скоростью, принятой при данном шаге итерационного расчета. В случае, если эти скорости движения отличаются более, чем на 1 км/ч, для данного участка заново определяют скорость движения и его приведенную длину. После рассмотрения всех участков сети автомобильных дорог расчет повторяют.

Итерационные расчеты повторяют до тех пор, пока хотя бы на одном участке сети автомобильных дорог скорость, принятая при расчете интенсивности движения на данном шаге итерации, будет отличаться более, чем на 1 км/ч от скорости, рассчитанной при интенсивности движения, полученной на данном шаге итерации, т.е. до достижения соответствия между скоростью и интенсивностью движения на всех участках сети автомобильных дорог.

Для выполнения непосредственных расчетов интенсивности движения необходимо предварительно подготовить исходные данные.

Суммарную приведенную численность населения для i -го и j -го корреспондирующих населенных пунктов определяют в зависимости от соотношения численности населения в них. При отношении численности населения в большем населенном пункте (Р max ) к численности населения в меньшем населенном пункте (Р min ) меньше 7,38, - по формуле:

                                                                                                         (4.6)

Во всех остальных случаях - по формуле:

Р p = 4· Р min .                                                                                                                            (4.7)

Коэффициент связанности между i -м и j -м корреспондирующими населенными пунктами определяют в зависимости от их административной значимости и подчиненности по табл. 4.5.

Таблица 4.5.

Коэффициенты связанности корреспондирующих населенных пунктов

Административная значимость первого населенного пункта

Территориальная принадлежность населенных пунктов

Значение коэффициента Кс в зависимости от административной значимости второго населенного пункта

Территориальный центр

Районный центр

Центральная усадьба

Местный пункт

Территориальный центр

Одна территория

-

1,0

1,0

0,1

Разные территории

0,4

0,3

0,1

0,01

Районный центр

Одна территория

1,0

1,0

0,3

0,05

Один район

-

-

1,0

0,01

Разные территории

0,3

0,3

0,1

0,01

Центральная усадьба

Одна территория

1,0

0,3

0,1

0,01

Один район

-

1,0

0,5

0,01

Одна центральная усадьба

-

-

-

0,1

Разные территории

0,1

0,1

0,05

0,01

Местный пункт

Одна территория

0,1

0,01

0,01

0,01

Один район

-

0,05

0,01

0,01

Одна центральная усадьба

-

-

0,1

0,05

Разные территории

0,01

0,01

0,01

0,01

Показатели уровня насыщения соответствующими типами автотранспортных средств, при расчете существующей интенсивности движения, устанавливают на основе данных статистической отчетности или материалов ГИБДД МВД России для каждого субъекта федерации, а при прогнозировании интенсивности движения эти данные необходимо увеличивать с учетом прогнозируемого периода.

При отсутствии данных среднюю продолжительность работы в течение суток легковых автомобилей можно принимать равной 1 час в сутки.

Коэффициент, характеризующий пользование легковыми автомобилями в будние дни, определяют по формуле:

Кл = 1 - ( D н + Dp ), где                                                                                                          (4.8)

Dн - доля автомобилей, учтенных в материалах статистической отчетности, но не используемых из-за технических неисправностей (при отсутствии данных можно принимать равной 0,15);

Dp - половина доли автомобилей, используемых с рекреационными целями для выезда на дачные участки в период с апреля по октябрь месяцы, а также с другими целями только в воскресные и праздничные дни (при отсутствии данных можно принимать равной 0,1).

Среднюю продолжительность работы в течение суток автобусов определяют по формуле:

t а = Тна - 2, где                                                                                                                     (4.9)

Тна - средняя продолжительность работы автобусов в наряде, ч;

2 - средняя продолжительность простоя автобусов во время обеда и отдыха водителей, ч.

Коэффициент, характеризующий использование автобусов, определяют по формуле:

Ка = Га·Ки, где                                                                                                                                               (4.10)

Га - коэффициент готовности автобусов (доля технически исправных из учтенных в материалах статистической отчетности или ГИБДД);

Ки, - коэффициент выхода автобусов на линию.

Среднюю продолжительность работы в течение суток грузовых автотранспортных средств определяют по формуле:

t г = Тнг - 1,5, где                                                                                                                                               (4.11)

Тнг - средняя продолжительность работы грузовых автотранспортных средств в наряде, ч;

1,5 - средняя продолжительность простоя грузовых автотранспортных средств во время обеда и отдыха водителей, ч.

Коэффициент, характеризующий использование грузовых автотранспортных средств, определяют по формуле:

Кг = Гг·Квг, где                                                                                                                                               (4.12)

Гг - коэффициент готовности грузовых автотранспортных средств (доля технически исправных из учтенных в материалах статистической отчетности или ГИБДД);

Квг - коэффициент выхода грузовых автотранспортных средств на линию.

Среднюю продолжительность работы в наряде, коэффициенты готовности и выхода на линию автобусов и грузовых автотранспортных средств принимают согласно территориальным статистическим данным.

Приведенное расстояние между корреспондирующими населенными пунктами определяют как сумму приведенных длин участков автомобильных дорог, соединяющих их по кратчайшему маршруту по формуле:

где                                                                                                                                               (4.13)

Lz - приведенная длина z -г o участка, км.

При расстоянии между населенными пунктами менее 10 км принимают расстояние, равное 10 км.

В качестве расчетного участка принимают отрезок автомобильной дороги между точками, являющимися населенными пунктами, пересечениями и примыканиями, или в которых изменяются технические параметры дороги, оказывающие влияние на скорость движения автотранспортных средств.

Приведенную длину участка автомобильной дороги определяют по соотношению средней скорости движения грузовых автотранспортных средств на эталонном и конкретном участке с учетом ее снижения местными условиями:

 где                                                                                                       (4.14)

L ф - физическая длина z -г o участка дороги, км;

Vz - средняя скорость движения грузовых автотранспортных средств на z -м участке дороги, км/ч;

dV - коэффициент снижения скорости движения в населенных пунктах;

dR - коэффициент снижения скорости движения объектами регулирования движения.

На начальном этапе итерационного процесса в качестве средней скорости движения принимают среднюю скорость одиночных грузовых автомобилей средней грузоподъемности, реализуемую при соответствующих технических параметрах участка автомобильной дороги. Эту скорость следует определять в соответствии с действующими методиками оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог. При соответствии технических параметров участков дорог (ровность, коэффициент сцепления и т.п.) определенным категориям эту скорость можно принимать по табл. 4.6.

Таблица 4.6.

Средняя скорость грузового автомобиля

Категория участка дороги

Средняя скорость свободного движения грузовых автотранспортных средств, км/ч

IA, I Б

90

IB

83

II

65

III

60

IV

55

Для участков автомобильных дорог с паромными переправами и прочими объектами, прерывающими движение на длительные отрезки времени (например, пограничные переходы), скорость движения устанавливают с учетом всех видов задержек.

На участках автомобильных дорог, прилегающих к населенным пунктам, скорость движения устанавливают с учетом влияния населенного пункта (внутреннего автомобильного транспорта населенного пункта). При этом определяют коэффициент снижения скорости движения в населенном пункте и длину зоны влияния населенного пункта.

Коэффициент снижения скорости движения в населенных пунктах за счет внутреннего транспорта определяют в зависимости от численности населения в нем Р, чел. При численности населения 3 тыс. чел. и более - по формуле:

dV = 0,8 - 0,0434 [ ln Р - 11,51].                                                                                                                                               (4.15)

При численности населения менее 3 тыс. чел. - принимают равным 0,95.

Длину зоны влияния населенного пункта, Lв, км, определяют в зависимости от численности населения в нем по формулам (4.16, 4.17):

при численности населения 100 тыс. чел. и более

L в = ln Р ;                                                                                                                                               (4.16)

при численности населения менее 100 тыс. чел.

L в = ln Р / (12,51 - lnР ).                                                                                                                                               (4.17)

Значения коэффициентов снижения скорости движения на участках, прилегающих к центрам населенных пунктов и длин зон влияния населенных пунктов при соответствующей их численности приведены в табл. 4.7.

Таблица 4.7.

Коэффициенты снижения скорости

Численность населения в населенном пункте, чел.

Коэффициент снижения скорости движения в населенном пункте, dV

Длина зоны влияния населенного пункта, Lв , км

10 000 000

0,6

16,1

1 000 000

0,7

13,8

100 000

0,8

11,5

10 000

0,9

2,8

3000

0,95

1,7

1000

0,95

1,2

100

0,95

0,6

10

0,95

0,2

Длины участков автомобильных дорог, примыкающих к центрам населенных пунктов, как правило, не равны длинам зон влияния населенных пунктов. В связи с этим необходимо производить корректировку коэффициента снижения скорости движения на этих участках дорог, используя формулы (4.18,4.19):

при зонах влияния больше длин участков дорог

dV = dVL ф /L в ,                                                                                                                                               (4.18)

при зонах влияния меньше длин участков дорог

dV = ( L в dV + L ф - L в )/ L ф .                                                                                                                                               (4.19)

Для участков автомобильных дорог, соединяющих два корреспондирующих пункта, коэффициент снижения скорости движения определяют перемножением коэффициентов снижения скорости, полученных для каждого из пунктов.

Для участков автомобильных дорог, проходящих по территории населенных пунктов, также необходимо учитывать влияние на скорость движения расстояния до застройки, технического состояния улиц и дорог населенного пункта и развитости улично-дорожной сети населенного пункта. По этим причинам скорость движения в пределах многих населенных пунктов составляет всего 20-30 км/ч.

Для участков автомобильных дорог, на которых скорость движения ограничена регулируемыми пересечениями или населенными пунктами, в которых на рассматриваемой дороге имеется светофорное регулирование, коэффициент снижения скорости движения объектами регулирования движения ( dR ) может быть принят равным 0,8. Если участок дороги имеет объекты светофорного регулирования с двух сторон, dR принимают равным 0,65. В остальных случаях коэффициент принимают равным 1,0.

На рис. 4.2 представлен график, позволяющий определять значение коэффициента приведения физической длины участка автомобильной дороги в зависимости от скорости движения автотранспортных средств на нем. Показатель степени при приведенном расстоянии между населенными пунктами при расчете интенсивности движения грузовых автотранспортных средств а принимают в зависимости от этого расстояния:

при расстоянии 63 км и более - принимают равным 2;

при расстоянии меньше 63 км - определяют по формуле:

a = l ,74+17/(2 + L пр ) .                                                                                                                                               (4.20)

При прогнозировании интенсивности движения грузовые автотранспортные средства целесообразно разделять на группы (1-6) по средней грузоподъемности: 1-1,0 т; 2-2,5 т; 3-4,0 т; 4-7,0 т; 5-10,0 т; 6-15 т (автопоезда).

Рис. 4.2. Зависимость коэффициента приведения длины участка дороги от скорости движения автотранспортных средств

При расстоянии между корреспондирующими населенными пунктами 500 км и менее определение доли соответствующих групп грузовых автотранспортных средств можно производить по следующим эмпирическим формулам:

1 группа С1 = 0,4 - 0,0006 L пр ;                                                                                             

2 группа С2 = 0,23-0,0004 L пр ;                                                                                             

3 группа С3 = 0,09 - 0,0001 L пр ;                                                                                           

4 группа С4 = 0,11 - 0,0001 L пр ; где                                                                            (4.21)

5 группа C 5 = 0,13 +0,0001 L пр ;                                                                                           

6 группа С6 = 0,04 + 0,0011 L пр ;                                                                                          

Ск - доля грузовых автотранспортных средств к-ой группы, выполняющих перевозки между i -м и j -м населенными пунктами. Сумма значений С1 -С6 для всех случаев должна быть равна 1.

При расстоянии между населенными пунктами более 500 км доли соответствующих групп в формировании интенсивности движения принимают, как при расстоянии, равном 500 км.

Для территорий, где структура парка грузовых автотранспортных средств значительно отличается от средних по стране показателей, распределение их использования, при необходимости, следует уточнять исходя из существующей и перспективной структуры. При этом долю соответствующих групп грузовых автотранспортных средств устанавливают по фактической структуре потока, уменьшая или увеличивая долю соответствующих групп. Основным условием при распределении интенсивности движения грузовых автотранспортных средств на группы является равенство единице суммы долей всех групп во всем диапазоне расстояний между корреспондирующими пунктами.

При прогнозировании интенсивности движения расчеты следует выполнять в следующей последовательности.

Первоначально устанавливают границу рассматриваемой зоны, т.е. определяют территорию, в пределах которой подлежат учету соответствующие населенные пункты. Границу устанавливают по радиусу зоны ( Ry , км), в пределах которой подлежат учету корреспонденции территориального центра с другими населенными пунктами при разработке территориальных программ, или территориальных центров исследуемой территории при разработке региональных и национальных программ. При этом радиус этих зон может быть определен по формуле:

Ry = 7·( lnPmax )2.                                                                                                                                               (4.22)

Выполнение расчетов целесообразно начинать с более крупных населенных пунктов. В первую очередь выполняют расчет интенсивности по связям принятого населенного пункта со всеми населенными пунктами, находящимися на расстоянии менее Ry , и корреспонденции с которыми являются значимыми. После рассмотрения корреспонденции рассматриваемого населенного пункта со всеми другими населенными пунктами переходят к рассмотрению следующего населенного пункта.

Интенсивность движения, рассчитанную между каждой парой корреспондирующих населенных пунктов, суммируют по типам и группам автотранспортных средств на все участки автомобильных дорог, образующие кратчайшую связь между ними.

Формирование обшей интенсивности движения заканчивают при рассмотрении всех значащих корреспонденции.

После выполнения расчета ожидаемой интенсивности движения автотранспорта на первом итерационном шаге на участках автомобильных дорог оценивают возможность движения этого потока со свободной скоростью. На участках, где движение потока автотранспортных средств ожидаемой интенсивности будет сопровождаться снижением скорости движения, необходимо определить скорость движения, которую поток должен иметь при данной интенсивности в данных дорожно-транспортных условиях и, исходя из этой скорости, скорректировать приведенную длину участка.

Оценку соответствия между интенсивностью и скоростью движения следует производить по приведенной к легковому движению часовой интенсивности, приходящейся на полосу движения. Для перехода от среднегодовой суточной к максимальной часовой интенсивности движения, при отсутствии данных о распределении интенсивности движения в течение суток, можно использовать коэффициент, равный 0,076.

Проверку на возможность движения потока ожидаемой интенсивности с принятой скоростью необходимо производить для всех участков автомобильных дорог, на которых ожидаемая интенсивность движения на полосу движения превышает 300 приведенных автомобилей в час.

Скорость движения потока ожидаемой интенсивности целесообразно определять с использованием основной диаграммы транспортного потока «интенсивность - скорость» для конкретных дорожно-транспортных условий движения.

Скорость движения на участках со светофорным регулированием определяют, исходя из отношения ожидаемой интенсивности движения к пропускной способности полосы движения в сечении линии «стоп». При этом пропускную способность полосы движения в сечении линии «стоп» определяют, исходя из скорости транспортного потока 15 км/ч с учетом продолжительности разрешающего сигнала светофора. Для практических расчетов с достаточной степенью точности можно принять, что продолжительность разрешающего сигнала светофора в течение часа составляет 30 мин, т. е. пропускная способность в сечении линии «стоп», определенная исходя из безостановочного движения, должна быть уменьшена в 2 раза.

Для железнодорожных переездов пропускную способность определяют, исходя из скорости потока 10 км/ч и с учетом продолжительности времени закрытия шлагбаума по формуле:

Х = 2Х10 t ж G /60, где                                                                                                                                               (4.23)

Х - пропускная способность железнодорожного переезда с учетом закрытия шлагбаума, авт./ч;

Х 10 - пропускная способность полосы движения на железнодорожном переезде без перерыва движения, авт./ч;

tж - средняя продолжительность закрытия железнодорожного переезда при прохождении 1 поезда, мин (можно принять равной 2,5 мин);

G - число пар поездов, проходящих через переезд в час «пик».

В процессе прогнозирования интенсивности движения и по ее результатам можно определить показатели грузовых и пассажирских перевозок: объем грузовых и пассажирских перевозок; транспортную работу при выполнении грузовых и пассажирских перевозок. Блок схема расчетов показана на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Блок-схема расчета интенсивности движения

Основная работа автомобильного транспорта осуществляется по связям между территориальными и районными центрами, промышленно развитыми городами. Именно города являются основными генераторами автотранспортных потоков. В городах создают продукцию, в том числе товары сельскохозяйственного производства, которые затем перевозят в соседние города и распределяют по местным населенным пунктам. При этом необходимо учитывать, что чем меньше населенный пункт, в том числе и город, тем меньше его способность к самообеспечению, тем больше он нуждается в продукции, выпускаемой в других более крупных городах.

Обеспечение надежных автотранспортных связей способствует интеграции промышленности не только в пределах одной территории, но и с сопредельными территориями, что наиболее существенно в условиях рынка. Отсутствие надежных транспортных связей с одной стороны снижает возможность в сбыте продукции, что является сдерживающим фактором развития предприятий, с другой приводит к монополии производителей из-за невозможности завоза подобной продукции от других производителей и, как следствие, завышению реальной стоимости выпускаемой продукции.

При формировании федеральной сети автомобильных дорог целесообразно рассматривать следующие варианты их развития:

сохранение существующего направления дорог с приведением их в соответствие с предъявляемыми требованиями, т.е. с их реконструкцией;

строительство специализированных автомагистралей вдоль существующих дорог без дальнейшего их использования;

частичное использование существующих дорог с их реконструкцией.

4.4. Методы оценки общественной эффективности инвестиционных проектов дорожного строительства

Изданные в 1985 году указания по оценке эффективности отраслевых проектов ВСН 21-83 (Указания по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительство и реконструкцию автомобильных дорог: ВСН 21-83/ Минавтодор РСФСР. - М., 1985) требуют существенной корректировки. Предлагаемые далее рекомендации по оценке инвестиционных проектов дорожного строительства опираются на официально изданные в 2000 г. методические рекомендации (Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. 2-я ред./ Минэкономики России, Минфин России, Госстрой России. - М.: ОАО «НПО Издательство «Экономика», 2000), другие отечественные, а также зарубежные исследования в данной области.

Основные положения оценки общественной эффективности инвестиционных проектов .

Инвестиционным процессом называют процесс создания нового, либо обновления уже существующего народнохозяйственного объекта. Процесс вложения средств именуют инвестированием, а сами средства - инвестициями или капиталовложениями. Так как инвестиции всегда ограничены, а потребность общества в инвестиционных проектах превышает инвестиционные возможности, то возникает задача выбора инвестиционного проекта. На практике часто рассматривают небольшой набор альтернативных проектов, один из которых может быть выбран, если будет обоснована целесообразность и возможность его реализации.

Обоснование проекта - это процесс, цель которого определить целесообразность и возможность реализации проекта. Для решения задачи выбора инвестиционного проекта в мировой практике используют систему методов, объединенных общим названием проектный анализ. Он является инструментом принятия разумных решений по рациональному распределению ресурсов для развития экономики страны.

Целесообразность реализации инвестиционного проекта может оцениваться с точки зрения интересов:

участника проекта, оказывающего финансовую или (и) организационную поддержку;

бюджетов различных уровней;

отдельных групп потребителей, включая домашние хозяйства, предприятия и организации;

социально-экономического развития региона, в котором осуществляют проект;

социально-экономического развития страны в целом.

Относительная важность этих аспектов зависит от специфики проекта. Можно выделить следующие виды инвестиционных проектов:

проекты, не оказывающие заметного влияния на экономическое развитие страны или региона, реализация которых тем самым может быть полностью определена частными интересами участников проекта;

проекты, значимые для народного хозяйства, осуществление которых не может быть реализовано без учета регионов или даже интересов общества в целом. Общественно значимые проекты можно разделить на достаточно привлекательные с точки зрения частных инвестиций и те, которые не преследуют коммерческой выгоды и реализация которых может быть осуществлена преимущественно за счет бюджетных инвестиций или инвестиций из внебюджетных фондов, пополняемых за счет налоговых поступлений.

Инвестиционные проекты дорожного строительства или реконструкции относят к некоммерческой сфере, где основная доля инвестиций приходится на долю государства, в том числе в странах с развитой рыночной экономикой. В российских условиях возможности для привлечения частных инвестиций в дорожное строительство существенно меньше, учитывая значительные риски долгосрочных частных инвестиций и соответственно большие проценты за кредит. Поэтому главным критерием выбора инвестиционного проекта дорожного строительства была и остается народнохозяйственная (общественная) эффективность, а коммерческая и бюджетная виды эффективности имеют второстепенное значение.

Основные идеи экономического анализа инвестиционных проектов, разработанные советскими учеными Л.В. Канторовичем и В.В. Новожиловым и общепринятые в мировой практике, состоят в том, что:

цены продаж и приобретения ресурсов, товаров, услуг, формируются ли они в рыночной среде, регулирует ли их государство, могут не совпадать с общественной ценностью ресурсов, товаров, услуг. Поэтому в расчетах необходимо использовать специальные общественные (называемые также экономическими, теневыми, объективно-обусловленными) цены или оценки;

общественные цены должны включать в себя как прямые, так и косвенные издержки. Если проект предусматривает потребление ограниченного ресурса, в его экономической стоимости должны быть отражены не только затраты на его производство, но и потерянные выгоды, которые могло бы получить общество от альтернативного использования данного ресурса.

Сумму затрат на производство ресурса и чистых потерянных выгод называют альтернативной стоимостью. Другим важным понятием экономического анализа являются внешние эффекты или экстерналии, к которым относят воздействия на "третью сторону", не участвующую непосредственно в производстве или потреблении продукции (услуг, товаров).

Выбор наилучшего из проектов производят процедурой сравнения с эталонными условиями, которые получили название в практике обоснования инвестиционных проектов "условия без проекта". При этом исходят из рационального управления ресурсами и возможностями экономики. Полагают, что в условиях без проекта общество рационально затрачивает, а не "экономит" ресурсы. Так, с точки зрения теории экономического анализа инвестиционных проектов постановка вопроса о чрезмерных государственных инвестициях правомерна только при условии, что найден альтернативный, реальный в конкретных социально-экономических условиях способ достижения долгосрочных целей.

Анализ общественной эффективности инвестиционных проектов призван оценивать реальные изменения в экономике. Поэтому понятие инфляции неприменимо к общественным ценам. Это не означает, что все расчеты должны вестись в постоянных ценах. Общественная цена может меняться в результате изменения спроса, повышения производительности труда, внедрения новых технологий, улучшения качества продукции. Например, в расчетах необходимо учитывать рост или падение стоимости трудовых ресурсов, вызванные прогнозируемым ростом или падением валового внутреннего продукта.

Основные критерии оценки проекта - это:

чистая приведенная стоимость ( Net Present Value - NPV );

внутренняя норма доходности (Internal Rate of Return - IRR);

отношение выгод и затрат (Benefit to Cost Ratio - BCR);

срок окупаемости затрат (Pay Back Period).

Чистую приведенную стоимость проекта определяют по формуле (4.24):

 где                                                                                                                                               (4.24)

В t - чистый эффект в году t представляет собой разность между выгодами и затратами проекта;

RD - коэффициент дисконтирования, который учитывает фактор времени и связанное с ним удешевление будущих выгод в сравнении с настоящими.

NPV представляет собой сумму дисконтированных чистых выгод в стоимостном выражении (млн. руб., млн.дол. и т.д.). Положительное значение NPV свидетельствует о целесообразности инвестирования проекта. В качестве года t = 0 рекомендуется брать год проведения расчетов.

При сравнении альтернативных проектов следует отдавать предпочтение тому проекту, который имеет большую величину NPV .

При использовании NPV необходимо заранее определить коэффициент дисконтирования, что представляет собой достаточно сложную проблему.

Достаточно широкое распространение получил метод расчета внутренней нормы доходности IRR . Неотрицательное значение коэффициента дисконтирования, при котором NPV обращается в ноль, называется внутренней нормой доходности проекта. Если значение IRR превышает коэффициент дисконтирования, то данный проект может быть рекомендован к осуществлению.

Если отразить графически зависимость текущей стоимости проекта ( NPV ) от коэффициента дисконтирования ( RD ), то кривая пересечет ось абсцисс в некоторой точке (рис. 4.4). Это точка и есть IRR .

Рис. 4.4. Пример зависимости чистой приведенной стоимости от коэффициента дисконтирования

Отношение выгод и затрат устанавливают по формуле (4.25):

 где                                                                                                                                               (4.25)

INFt - чистые положительные выгоды в году t ;

OUTFt - чистые затраты в году t .

Если в году t чистый эффект В t отрицателен, абсолютное значение В t прибавляют к знаменателю, в противном случае - к числителю. Значение BCR показывает, сколько раз окупаются чистые затраты проекта. BCR имеет много модификаций, имеющих некоторые общие свойства:

в знаменателе суммируют затраты проекта (все затраты или какого-либо вида);

разность между числителем и знаменателем равна NPV ;

знаменатель не должен быть равен 0.

Из второго свойства следует очевидное: если BCR = 1, то NPV = 0; если BCR > 1, то NPV > 0; если BCR < 1, то NPV < 0.

Срок окупаемости РВР определяют по формуле (4.26):

                                                                                                                                              (4.26)

Этот показатель имеет вспомогательное значение при оценке проектов. Утверждение: «проект А выгодней для народного хозяйства, чем проект В, так как окупается за более короткий срок» в общем случае неверно. Проекты дорожного строительства преследуют долгосрочные социально-экономические цели и, как правило, характеризуются длительным сроком окупаемости во всех странах. Поэтому длительный срок народнохозяйственной окупаемости некоммерческих проектов не должен «настораживать» экономиста, эксперта или лицо, принимающее решение о реализации проекта.

Как видно из формул показателей эффективности, своего рода «нормативом» является коэффициент дисконтирования RD .

Фактор дисконтирования удешевляет будущие выгоды по сравнению с настоящими. Для рассматриваемых в экономическом анализе проектов норма дисконта должна быть одинаковой, так как анализируемые альтернативные проекты должны быть сопоставимы между собой. Основные условия сопоставимости проектов - это общие цели, общий период сравнения, общие единицы измерения.

В странах ЕС и США норму дисконта инвестиционных проектов дорожного строительства обычно принимают равной 5-6 %. В плановой экономике в качестве норматива эффективности инвестиционных проектов дорожного строительства применяли показатели, которые отличаются от общепринятых. Основными нормативами были коэффициент приведенного среднегодового эффекта (Е) и обратный к Е показатель (Т), который называли сроком окупаемости.

Показатели, принятые в методических указаниях ВСН 21-83, отменены общими методическими рекомендациями 1994 и 2000 гг. и в современной практике обоснования инвестиционных проектов дорожного строительства не обязательны. Автором подраздела исследован вопрос, какие требования к NPV и IRR соответствуют нормативам эффективности ВСН 21-83 и были установлены приблизительные соответствия (табл. 4.8).

Таблица 4.8.

Соответствие нормативов ВСН 21-83 общепринятым показателям эффективности

Показатели

Значения показателей ВСН 21-83

Е ³ 0,08 (Т £ 12,5)

Е ³ 0,12 (Т £ 8,3)

Е ³ 0,14 (Т £ 7,1)

Е ³ 0,15 (Т £ 6,7)

Норма дисконта

8 %

10 %

11 %

12 %

IRR

³ 8 %

³ 10 %

³ 11 %

³ 12 %

NPV

³ 0

³ 0

³ 0

³ 0

Норма дисконта должна устанавливаться нормативными документами, которые в настоящее время отсутствуют. Значения нормы дисконта, имеющие рекомендательный характер, даны в табл. 4.9.

Таблица 4.9.

Рекомендуемые нормы дисконта для проектов дорожного строительства

Сценарии прогноза ежегодного прироста ВВП

Характеристика территории

неосвоенные и малоосвоенные территории

города с численностью населения более 500 тыс. человек

прочие территории

менее 3 %

6 %

8 %

7 %

3-4 %

7 %

11 %

9 %

5 % и более

8 %

12 %

10 %

4.5. Процедуры учета неопределенности

Для оценки надежности расчетов экономической эффективности учитывают неопределенность, под которой понимают неполноту или неточность информации об условиях реализации проекта, в том числе - связанных с ними затратах и результатах (Виленский П.Л. и др. Оценка эффективности инвестиционных проектов: Теория и практика. - М.: «Дело», 2001).

Стандартные процедуры учета неопределенности - это анализ сценариев, анализ чувствительности, анализ критических значений ( switching values analysis ), укрупненный учет неопределенности.

Анализ сценариев удобен для ситуационного анализа «что будет если». В анализе сценариев моделируют некоторую реальную ситуацию, которая влечет за собой изменения, как правило, нескольких параметров проекта. Сценарии развития проекта должны включать:

основной сценарий, который отражает наиболее вероятное, с точки зрения экономиста, развитие ситуации. С целью укрупненного учета неопределенности в основном сценарии могут быть заложены умеренно-пессимистические значения параметров проекта;

пессимистический сценарий развития экономики. Этот сценарий предполагает пессимистический прогноз темпов прироста валового внутреннего продукта (ВВП) и заработной платы. Соответственно, снижаются темпы прироста объемов грузовых перевозок. Может быть предусмотрено снижение объемов продаж автобусов и легковых автомобилей. Как следствие - снижение темпов прироста интенсивности пассажирского транспорта при сохранении или менее резком снижении объемов пассажирских перевозок;

оптимистический сценарий развития экономики, наоборот, предполагает более высокий рост ВВП, заработной платы;

сценарии вариантов развития транспортной сети, производственной и социальной сферы. Должны быть отражены возможные варианты строительства новых дорог, производств, предприятий, имеющих социальную направленность, влияющие на показатели эффективности проекта. Существует два основных способа моделирования таких сценариев. Первый способ - это включение в проект соответствующих мероприятий, то есть рассматривают комплексные проекты. Недостаток этого подхода состоит в том, что может существовать значительная неопределенность в оценке необходимых инвестиций, что может потребовать дополнительных изысканий. Согласно второму способу предполагается, что дополнительные мероприятия по развитию региона будут реализованы независимо от проекта. Поэтому и инвестиции на дополнительное развитие считают одинаковыми как с проектом, так и без проекта. Задача оценки проекта упрощается, но такое предположение далеко не всегда может быть принято. Конечно, в реальной практике экономического обоснования инвестиционных проектов дорожного строительства вышеназванные способы могут сочетаться;

сценарии использования альтернативных методов расчета затрат и выгод проекта и методов прогноза транспортных потоков. Неопределенность является неотъемлемой характеристикой экономического анализа. Неудивительно поэтому, что в экономической науке применяют разные методы расчета одних и тех же эффектов. Это может быть отражено в сценарном анализе. Такой подход позволяет вводить в практику обоснования инвестиционных проектов новые методы обоснования, не дожидаясь обновления отраслевых рекомендаций. Конечно, это не снимает требований к научной обоснованности новых методов. В основном сценарии проекта следует использовать стандартные методы оценки проектов.

Анализ чувствительности определяет, чему равно значение чистой приведенной стоимости проекта (4.24) NPV (или других показателей эффективности проекта) при некотором конечном изменении параметров в ту и (или) другую сторону. Эта процедура помогает понять, от чего больше всего зависит расчетная эффективность проекта. Два важных практических вывода экономист может сделать из этого анализа:

какие экономические меры нужно предпринять для снижения рисков проекта;

какие дополнительные исследования нужно предпринять, если полученный результат интуитивно может быть оценен как не соответствующий действительности. Анализ чувствительности может включать оценку следующих параметров:

существующая интенсивность;

темпы прироста интенсивности транспортных потоков;

коэффициенты приведения смешанного потока к эквивалентному потоку легковых автомобилей;

пропускная способность;

затраты времени пассажиров в стоимостной форме;

количество пассажиров в одном легковом автомобиле и автобусе;

текущие автотранспортные затраты;

дополнительные капиталовложения в автомобильный транспорт;

средняя продолжительность работы 1 автомобиля в сутки (или за год);

объемы инвестиций в проект;

прочие параметры.

Проведя анализ чувствительности, мы узнаем, какие параметры наиболее сильно влияют на эффективность проекта. Для этих параметров целесообразно дополнительно провести анализ критических значений. Анализ определяет значения параметров, при которых NPV = 0.

Анализ чувствительности и анализ критических значений можно интерпретировать как частный случай сценарного анализа. При составлении конкретных обоснований инвестиций (ОИ) разделение процедур учета рисков и неопределенности вносит упорядоченность и предлагает более удобное для эксперта изложение.

При таком широком подходе к учету рисков и неопределенности, очевидно, будет получен существенный разброс показателей эффективности. Это не является недостатком обоснования. Разработку экономического обоснования инвестиционного проекта нельзя сводить к формальному расчету значений показателей эффективности. Экономист должен всесторонне исследовать проект, сформировать свое

представление и отразить его с той степенью детализации, которая позволила бы эксперту быть уверенным, что от него не скрыты слабые стороны проекта.

Обоснование любого инвестиционного проекта невозможно без расчета затрат и выгод по элементам, отражающим специфику проекта.

4.6. Элементы затрат-выгод инвестиционных проектов дорожного строительства

В качестве затрат-выгод инженерного проекта (ИП) дорожного строительства могут быть рассмотрены следующие элементы.

Инвестиции в основной капитал :

инвестиции в строительство и реконструкцию дорожных объектов;

дополнительные инвестиции в автотранспорт.

Инвестиции в оборотные средства :

инвестиции на увеличение оборотных средств, находящихся в транспортном процессе;

затраты на создание сезонных запасов из-за отсутствия регулярного проезда.

Текущие экономические затраты и выгоды в процессе перевозок :

текущие затраты на перевозку пассажиров и грузов автомобильным транспортом (включая затраты владельцев личных легковых автомобилей);

затраты на погрузку-разгрузку грузов, перевозимых автомобильным транспортом;

затраты на перевалку;

потери перевозимой продукции;

затраты на перевозку пассажиров и грузов другими видами транспорта.

Дополнительные выгоды от улучшения транспортных условий :

выгоды от дополнительных поездок;

выгоды от вложения дополнительных финансовых средств.

Стоимостная оценка затрат времени населения. Социальные и экологические результаты :

ущерб от дорожно-транспортных происшествий;

прочие социальные затраты и выгоды;

экологические результаты.

Прочие затраты и выгоды :

затраты и выгоды от изменения характера землепользования;

изменение рыночной стоимости земель и недвижимости;

затраты и выгоды в связи с выводом объектов из эксплуатации;

расходы на содержание и ремонт дорожных объектов;

затраты по организации и содержанию паромных и ледовых переправ.

Расчет эффективности проекта осуществляют на основе сравнения затрат и выгод в условиях с проектом (проектные условия) и в условиях без проекта (эталонные условия). Затраты и выгоды одинаковые с проектом и без проекта не учитывают. В качестве эталонных условий могут быть выбраны реально возможные условия с минимальными инвестициями для всех альтернативных вариантов. Эталонные условия не должны быть ориентированы на теоретические, очень плохие условия (например, вариант «ничего не строится» может быть маловероятным для относительно развитой сети автомобильных дорог (Проблемы функционирования и развития инфраструктуры России в переходный период/ Под общ. ред. В.Н. Лившица. - М.: «Фолиум», 1996). Должны быть учтены все прогнозируемые эффекты, кроме незначительных. Расчетный период может быть сколь угодно большим.

Капитальные вложения в строительство/реконструкцию дорожных объектов можно разделить на оплачиваемые заказчиком проекта или другими экономическими субъектами и внешние эффекты. В выше названной работе капиталовложения разделены на включенные и не включенные в сметную стоимость. Включение НДС в экономическую стоимость строительства возможно в целях укрупненного учета неопределенности.

Дополнительные инвестиции в автотранспорт :

Этот элемент отражает изменение потребностей в транспортных средствах в связи с изменением требуемого времени на осуществление перевозок. Оценка дополнительных капитальных вложений в автотранспорт Ia ( t ) равна:

 где                                                                                                                                               (4.27)

Iav ( t ) - затраты на приобретение автомобиля и увеличение основных и оборотных фондов для его обслуживания (цена соответствующих товаров и услуг);

U - стоимость утилизации автомобиля, приведенная к году покупки;

Тп - расчетное время работы (часы) в год автомобиля;

W - годовой объем транспортной работы в машино-часах, включая время погрузки и разгрузки. Транспортная работа легковых автомобилей, находящихся в личной собственности, не должна учитываться в формуле (4.27).

Можно предположить, что изменение объемов покупок новых автомобилей происходит с некоторой задержкой (лагом) относительно изменения требуемого на перевозки времени. В этом случае необходимо использовать формулу (4.28):

где                                                                                                                                               (4.28)

Ila ( t ) - дополнительные капитальные вложения с учетом лага;

l - лаг (длительность задержки);

kl - лаговые коэффициенты от 0 до 1, сумма которых равна 1.

Инвестиции на увеличение оборотных средств, находящихся в транспортном процессе , Cu ( t ), оценивают по формуле (4.29):

 где                                                                                                                                               (4.29)

с - стоимость 1 т грузов круглогодичного производства и потребления;

Q - объемы перевозимых грузов;

w - время доставки продукции, включая время погрузки, разгрузки, перевалки и перевозки, ч.

Затраты на создание запасов из-за отсутствия регулярного проезда .

Если возникает необходимость создания сезонных запасов из-за нерегулярного проезда (например, из-за разлива рек), учитывают издержки из-за связывания оборотных средств (4.30):

 где                                                                                                                                               (4.30)

Е z - потери из-за связывания 1 руб. дополнительных оборотных средств;

tz ( t ) - период (дни), на который создаются дополнительные запасы продукции из-за нерегулярного проезда;

cz - стоимость хранения 1 т продукции;

с q - стоимость 1 т запасов;

Qz - объем дополнительных запасов, т.

Коэффициент Е z можно оценивать процентной ставкой за год краткосрочного кредита без учета инфляции (20-30 %). Если в году несколько периодов создания запасов из-за нерегулярного проезда, то формулу (4.30) нужно применять для каждого такого периода и результаты суммировать.

Текущие затраты на перевозку пассажиров и грузов автомобильным транспортом включают оплату труда водителей, затраты на топливо и прочие ГСМ, автомобильные шины, техническое обслуживание и ремонт, восстановление автомобильного парка и зависят от расстояния, скорости, времени, транспортных условий (количество торможений и разгонов, время ожидания в заторах, качество дорожного покрытия). Для более точной оценки времени движения автомобилей следует разбивать год на периоды (например, будние дни летнего периода, выходные дни, ночные и дневные часы и т.д.).

Затраты на погрузо-разгрузочные работы равны произведению затрат на погрузку и разгрузку 1 грузового автомобиля и количества отправленных из пунктов назначения грузовых автомобилей.

Затраты на перевалку грузов равны произведению затрат на перевалку 1 тонны грузов и объемов перевалки в тоннах. Учитывают только затраты, не включенные в стоимость перевозки грузов автомобильным транспортом.

Потери перевозимой продукции в стоимостном выражении включают потери во время погрузочно-разгрузочных работ и потери в течение поездки, кроме потерь, учтенных в других статьях затрат.

Затраты на перевозку пассажиров и грузов прочими видами транспорта.

В методических указаниях ВСН 21-83 затраты на перевозку железнодорожным видом транспорта учитывают как эксплуатационные затраты железнодорожного транспорта. Однако, потребители оплачивают стоимость услуг железнодорожного транспорта, а не стоимость издержек. Определение экономических цен на услуги естественных монополий (например, МПС) имеет свою специфику, но в первом приближении можно использовать в расчетах затраты потребителей на осуществление перевозок.

Выгоды от дополнительных поездок .

Для оценки выгод от дополнительных поездок, порождаемых улучшением транспортных условий, в странах Запада применяют так называемое правило половины ( rule of half ), которое заключается в том, что выигрыш таких поездок составляет некоторую часть от выигрыша существующих поездок (рис. 4.5).

Кривая спроса на рисунке 4.5 иллюстрирует рост числа поездок в зависимости от снижения потребительских затрат (издержек). Прямоугольник А представляет собой суммарное сокращение затрат (или выигрыш) существующих поездок, количество которых отмечено на графике символами F б ; треугольник В - выигрыш дополнительных поездок. Количество дополнительных поездок равно Fn - F б . Это правило не учитывает эффектов, связанных с возможным увеличением производства транспортируемой продукции.

Рис. 4.5. Кривая спроса

Пусть zt б - потребительские затраты на 1 поездку грузового автомобиля без проекта, а zt п - те же затраты с проектом. Исходя из предположения, что потребители выбирают наиболее выгодные альтернативы, чистый потребительский доход от дополнительной поездки составит от 0 до zt б - zt п (обычно принимают равным половине разности zt б - zt п ).

Чистые общественные выгоды от дополнительных грузовых перевозок Е gp (4.31):

 где                                                                                                                                               (4.31)

Fg - количество дополнительных грузовых поездок;

Ех - внешние эффекты (экстерналии) на одну дополнительную поездку.

Выгоды от дополнительных пассажирских поездок Е pp (4.32):

 где                                                                                                                                               (4.32)

Fp - количество дополнительных пассажирских поездок.

Выгоды от вложения дополнительных финансовых средств. Сокращение затрат и увеличение выгод предприятий и организаций дает возможность для дополнительного финансирования экономики. Сокращение денежных затрат на транспорт в домашнем секторе ведет к увеличению совокупного спроса и производству дополнительных товаров и услуг.

Выгоды от вложения в экономику дополнительных финансовых средств Vf (4.33):

Vf = kgcg + kpcp , где                                                                                                                                               (4.33)

kg - коэффициент выгод от вложения в экономику средств, сэкономленных на грузовых перевозках, может быть принят равным ставке процента краткосрочного кредита без учета инфляции (0,2-0,3) исходя из предположения, что альтернативный способ получения дополнительных средств - это взятие краткосрочного кредита;

cg - суммарная экономия финансовых средств, затрачиваемых на грузовые перевозки;

kp - коэффициент выгод от вложения в экономику средств, сэкономленных населением на пассажирских поездках;

cp - суммарная экономия финансовых средств, затрачиваемых населением на пассажирские поездки.

Коэффициент kp :

kp = (1 - vs ) ve + vs bp , где                                                                                                                                               (4.34)

vs - доля сбережений в доходах населения;

v e - доля общественных выгод в рыночной стоимости товаров или услуг;

bp - средний банковский процент (без учета инфляции) по вкладам населения.

По результатам экспертной оценки, коэффициент kp может быть принят равным 0,1.

Формула (4.34) не учитывает фактор увеличения возможностей для экономической деятельности от улучшения транспортной доступности.

С учетом этого фактора формулы (4.32) и (4.34) можно переписать в виде (4.35-4.36):

                                                                                                                                                (4.35)

Vf = (1 - vts )( kgcg + kpcp ), где                                                                                                                                               (4.36)

р - доля поездок, вызванных увеличением производства, от общего числа дополнительных поездок;

с - стоимость 1 т грузов;

z - стоимость в условиях без проекта ресурсов, затраченных на производство 1 т транспортируемой продукции;

 - объемы грузов в одном автомобиле, т;

vts - доля дополнительных финансовых вложений, которая влияет на величину pFg .

Коэффициент, равный (1 - vts) введен в формулу (4.36), чтобы избежать двойного счета эффектов и последовательность вычислений по формуле (4.35) должна быть следующей:

затраты без проекта на 1 поездку zt б ;

затраты с проектом на 1 поездку zt п ;

суммарное сокращение затрат для поездок, общих с проектом и без проекта (включая экстерналии); в соответствии с правилом «половины» - сокращение потребительских затрат (выигрыш) дополнительной поездки по формуле - ½ × ( zt б - zt п );

экономические выгоды от производства 1 т транспортируемой продукции с - z ;

количество дополнительных поездок Fe ;

величина чистого дохода Egp .

Стоимостная оценка затрат времени населения непосредственно связана с оценкой стоимости трудовых ресурсов и может быть произведена с двух точек зрения: народнохозяйственной (экономической) и индивидуальной (потребительской). Экономическая стоимость времени учитывает не только индивидуальную полезность, но и экстерналии, а именно:

потери в производстве продукции или услуг из-за потерь рабочего времени, потраченного на поездки;

потери в производстве продукции или услуг из-за транспортной усталости;

изменения функции общественного благосостояния в зависимости от мобильности населения;

искажения в оплате труда, вызванные неэффективной экономической политикой.

Стоимостную оценку времени населения, принятую в развитых странах, рекомендуется использовать пока не будут проведены соответствующие исследования для России:

в рабочее время - 100-115 % от средней часовой зарплаты плюс дополнительные расходы работодателя;

трудовые и культурно-бытовые поездки - 75 % часовой оплаты для водителя;

35 % часовой оплаты для взрослого пассажира;

25 % - для ребенка до 16 лет.

С учетом специфики российской экономики в сценарных расчетах могут быть использованы более высокие стоимостные коэффициенты (в 1-1,5 раза).

Поездка, требующая повышенных затрат времени, должна оцениваться повышенным коэффициентом стоимостной оценки. При отсутствии эмпирических данных следует использовать формулу (4.37):

                                                                                                                                              (4.37)

s р - стоимостные затраты 1 часа времени пассажиров в худших транспортных условиях;

s - стоимостные затраты в нормальных условиях;

F 0 - количество пассажирских поездок в худших условиях (или без проекта);

F 1 - количество пассажирских поездок в нормальных условиях (например, с проектом).

Социальные и экологические воздействия . Социальные и экологические результаты необходимо рассматривать как самостоятельные критерии оценки инженерного проекта дорожного строительства, но они могут быть включены также в общий список затрат-выгод оценки общественной эффективности. Виды социальных и экологических результатов даны ниже:

ущерб от дорожно-транспортных происшествий;

экологически вредные выбросы автомобилей;

утилизация шин и автомобилей;

загрязнение окружающей среды в результате обслуживания или ремонта автомобилей;

не включенные в рыночную стоимость ресурсов загрязнение среды в процессе добычи, обработки и транспортировки ресурсов, а также влияние на будущие поколения невосполнимое™ некоторых ресурсов;

нарушение естественной природной среды, например, вырубка лесов, нарушение естественной водной среды, эрозия почв и т.д.

Затраты и выгоды изменения характера землепользования учитывают как разность стоимости чистой продукции, которая могла быть произведена на землях с проектом и без проекта (4.38):

где                                                                                                                                               (4.38)

Sz ( t ) - выгоды (>0) или потери (<0) в году t от изменения характера землепользования;

 - стоимость чистой продукции в году t в условиях с проектом;

 - стоимость чистой продукции в году t в условиях без проекта.

Изменение рыночной стоимости земель и недвижимости.

Особенность учета данного эффекта состоит в том, что он является производным от других факторов, которые также могут быть учтены в проектном анализе (например, ухудшение экологической обстановки, изменение длительности поездки). Поэтому при проведении проектного анализа, во избежание двойного счета эффектов, нужно определять, во-первых, влияние каких факторов на экономическое развитие предполагается измерить с помощью прогноза рыночной стоимости земель и недвижимости, во-вторых, нет ли альтернативных подходов, более достоверных, для такой оценки, в-третьих, какая часть прогнозируемого изменения рыночной стоимости земли и недвижимости связана с анализируемыми факторами.

Затраты и выгоды в связи с выводом объектов из эксплуатации учитывают, если эксплуатация определенных объектов становится нецелесообразной или невозможной (например, временные сооружения).

Расходы на содержание и ремонт дорожных объектов в укрупненных расчетах могут быть определены как доли от капитальных вложений или исходя из типов дорог и величин прогнозируемых транспортных потоков. Более точная оценка требует определения сметной стоимости.

Затраты по организации и содержанию паромных и ледовых переправ оценивают по максимальной из двух величин: стоимости организации и содержании переправ и стоимости осуществления переправы.

ГЛАВА 5. ТОПОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТОВ

5.1. Геодезические опорные сети

Геодезическая сеть - система закрепленных на земной поверхности точек - геодезических пунктов, положение которых определено в общей системе координат.

Если пункты геодезической сети несут только плановые координаты X и Y , то такую сеть называют плановой, если только высоты Н, то - высотной. Если пункты геодезической сети имеют все три координаты X , Y и Н, то такую сеть называют планово-высотной.

По своему назначению и точности геодезические сети разделяют на сети государственные, сети сгущения и съемочные сети.

Точную геодезическую сеть, имеющую координаты, распространяемые на всю территорию страны и являющуюся основой для построения других сетей, называют государственной геодезической сетью.

Сеть, полученную в результате развития между пунктами государственной геодезической сети и связывающую их со съемочными сетями, называют геодезической сетью сгущения.

Геодезическую сеть, создаваемую для непосредственного производства топографических съемок, для геодезического обеспечения инженерных работ и решения других научных и практических задач, называют съемочной геодезической сетью.

Государственные геодезические сети страны подразделяются на 1, 2, 3 и 4 классы.

Геодезическая сеть 1 класса проложена рядами триангуляции по параллелям и меридианам, которые образуют звенья длиной по 200-250 км (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема государственной плановой геодезической сети

Звенья, пересекаясь между собой, образуют систему триангуляционных полигонов с периметрами порядка 800-1000 км. На пересечениях звеньев триангуляции измеряют базисные стороны с относительной погрешностью, не превышающей 1:400 000.

Длины сторон полигонометрических ходов 1 класса измеряют с относительной ошибкой 1:300 000. Горизонтальные углы в сетках 1 класса измеряют высокоточными теодолитами со среднеквадратическими ошибками угловых измерений на пунктах триангуляции т b = 0,5" и на пунктах полигонометрии - т b   = 0,7".

Геодезическая сеть 1 класса является геодезической основой для дальнейшего развития сетей в единой системе координат на всей территории страны.

Внутри полигона 1 класса методами триангуляции и полигонометрии создается геодезическая сеть 2 класса. Базисные стороны в сетях 2 класса измеряют не реже чем через 25 треугольников с относительной погрешностью не боле 1:300 000, а стороны полигонометрии - не более 1:250 000.

Горизонтальные углы в триангуляции и полигонометрии 2 класса измеряют высокоточными теодолитами с погрешностью не превышающей т b   = 1,0".

Сеть геодезических пунктов 2 класса сгущают пунктами геодезических сетей 3 и 4 классов. Относительную допустимую ошибку измерения длин базисных сторон в триангуляции принимают 1:200 000, а в полигонометрии - 1:200 000 и 1:150 000 соответственно. Горизонтальные углы измеряют точными теодолитами с допустимой среднеквадратической ошибкой т b   = 1,5" для сетей 3 класса и т b   = 2,0" для сетей 4 класса.

Данные, характеризующие правила и точность построения государственных геодезических сетей, представлены в таблице 5.1.

Геодезические пункты государственной геодезической сети устанавливают таким образом, чтобы они по возможности равномерно покрывали территорию страны.

Таблица 5.1.

Точность построения государственных геодезических сетей

Характеристика

Метод создания геодезической сети триангуляции (полигонометрия)

1 класс

2 класс

3 класс

4 класс

Длина звена, км

200-250

Длина стороны, км

20

7-20

5-8 (3-8)

2-5

Относительная ошибка длины стороны

1:400 000

(1:300 000)

1:300 000

(1:250 000)

1:200 000

(1:150 000)

1:200 000

(1:150 000)

Средняя квадратическая ошибка измерения угла, с

0,7 (0,4)

1,0

1,5

2,0

Государственные высотные (нивелирные) геодезические сети создают и развивают методами геометрического нивелирования и разделяют на сети I, II, III и IV классов.

Нивелирная сеть I класса создается нивелированием I класса (высокой точности) с применением высокоточных современных приборов и методик.

Нивелирные ходы I класса образуют полигоны периметром порядка 800 км и служат основой для высотных ходов II класса. Невязка в превышениях не превышает ± 0,5 мм  ( где L - длина двойного нивелирного хода, км).

Нивелирные сети II класса создают нивелированием II класса. Нивелирные ходы II класса прокладывают внутри сетки I класса, как правило, вдоль железных и автомобильных дорог, при этом они образуют полигоны периметром порядка 500-600 км. Невязка в превышениях не превышает ± 5 мм .

Нивелирные сети II класса сгущают нивелирными сетями III класса, которые в свою очередь сгущают нивелирными сетями IV класса.

Невязка в превышениях нивелирных сетей III класса не превышает ± 10 мм . Невязка в превышениях нивелирных сетей IV класса не превышает ± 20 мм  .

5.2. Обозначение пунктов государственных геодезических сетей на местности

Геодезические пункты государственных сетей выбирают по возможности на открытых возвышенных местах местности, таким образом, чтобы с каждого из них была обеспечена прямая видимость, по меньшей мере, до трех соседних пунктов.

Геодезические пункты для долговременной сохранности надежно закрепляют на земной поверхности геодезическими центрами (рис. 5.2), представляющими собой железобетонные монолиты, закладываемые ниже глубины сезонного промерзания. Геодезический центр несет координаты геодезического пункта.

Рис. 5.2. Геодезические центры государственной геодезической сети:
а - для районов с небольшой глубиной промерзания грунта; б - для районов с большой глубиной промерзания грунта;
1 - опознавательный столб; 2 - арматурная сетка; 3 - железобетонный монолит; 4 - соединение на цементном растворе; 5 - фундамент

Над центрами государственных сетей 1-4 классов устанавливают наружные знаки различных конструкций, которые бывают деревянными или металлическими (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Возможные конструкции наружных геодезических знаков:
а - пирамида; б - простой сигнал; в - сложный сигнал

Основное назначение наружных знаков заключается в том, чтобы поднять визирную марку и геодезический прибор на высоту (до 50 м) и произвести измерения на находящиеся в пределах прямой видимости соседние знаки.

Пункты высотной государственной сети закрепляют на местности капитальными грунтовыми реперами, стенными реперами или марками. На всех нивелирных сетях I и II классов капитальные реперы закладывают на устойчивых геологических, как правило, коренных породах, в среднем через 50-80 км. Нивелирные сети III и IV классов закрепляют стандартными реперами и марками в среднем через 7-8 км, в труднодоступных и незаселенных местах - через 10-15 км. Основные типы таких реперов представлены на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Типы нивелирных реперов: а - капитальный грунтовый репер государственной нивелирной сети; б - железобетонный опознавательный столб; в - репер пилонного типа; г - трубчатый репер

Реперы государственных нивелирных сетей закладывают в грунт на 0,5-1,0 м ниже максимально возможной глубины сезонного промерзания (рис. 5.4, а). В одном метре от капитального грунтового репера государственной нивелирной сети устанавливают железобетонный опознавательный столб, к которому на болтах прикрепляют чугунную охранную плиту с надписью (рис. 5.4, б).

В населенных пунктах государственную нивелирную сеть закрепляют стенными реперами или марками (рис. 5.5), которые закладывают в стены и фундаменты капитальных зданий, водонапорных башен, устои мостов и т.д.

Рис. 5.5. Типы нивелирных знаков в населенных пунктах:
а - стенной репер; б - стенная марка

Стенные марки обычно размешают на высоте 2-2,5 м над поверхностью земли. В центре марки имеется отверстие, до которого определяют ее высоту и к которой с помощью штифта крепят специальную рейку. Стенные реперы закладывают обычно на высоте 0,7-1 м над поверхностью земли. Стенные реперы имеют специальный уступ для установки рейки.

Координаты и высоты пунктов государственных геодезических сетей приводятся раздельно в каталогах координат или каталогах высот геодезических пунктов. Каталоги составляют в соответствии со специальной инструкцией. Они содержат описание физико-географических условий района работ, год производства работ, схему обоснования, сведения об использованных геодезических приборах, анализ и оценку точности произведенных работ. В каталоги помещают данные о сохранившихся пунктах старых геодезических сетей и надежно закрепленных на местности временных геодезических знаков.

Каталоги координат и высот пунктов государственных геодезических сетей (в том числе и в электронном виде) хранятся в Госгеофонде, подразделениях ГУГК России, Госгеонадзоре, а также районных администрациях. Данные о соответствующих пунктах государственных сетей могут быть получены по официальному запросу организации, производящей геодезические работы в данном районе.

5.3. Привязка к пунктам государственных геодезических сетей

Для определения координат точек съемочного обоснования на местности производят плановую их привязку к пунктам государственной геодезической сети, координаты которых известны. Из всего многообразия случаев привязки наиболее часто используют следующие.

1. Привязка трассы к одному пункту геодезической сети.

Привязку трассы осуществляют в такой последовательности (рис. 5.6). Дважды в прямом и обратном направлениях измеряют горизонтальную проекцию расстояния d между пунктом геодезической сети Р и точкой М начала трассы.

Рис. 5.6. Схема привязки трассы к одному пункту геодезической сети

Определяют одним из известных способов дирекционный угол направления РМ - a РМ . Для этого обычно измеряют углы b 1 и b 2 на ближайшие пункты государственной геодезической сети Р1 и Р2. Учитывая, что дирекционные углы направлений Р1Р и Р2Р известны - a Р1Р и a Р2Р , легко найти искомый дирекционный угол a РМ , после чего, измерив примычный угол g , определяют дирекционный угол первого направления самой трассы (5.1):

a М N = a РМ - 180° + g .                                                                                                           (5.1)

И, наконец, вычислив приращения координат D Х РМ = d × cos a РМ и D Y PM = d × sin a РМ , определяют координаты первой точки трассы М (5.2):

Х M = Х Р + D Х РМ ;   Y M = Y Р + D Y PM .                                                                                        (5.2)

2. Привязка трассы к двум пунктам геодезической сети способом прямой засечки.

Привязку трассы к двум пунктам геодезической сети осуществляют в такой последовательности (рис. 5.7). В пунктах с известными координатами Р1 и Р2 измеряют горизонтальные углы b 1 и b 2 на точку трассы М. Решив обратную геодезическую задачу для пунктов Р1 и Р2, находят горизонтальную проекцию расстояния между ними d, дирекционный угол линии a Р1Р2 и дирекционные углы направлений a Р1 M и a Р2 M . Измерив в точке М примычные углы b и g , дважды определяют направление линии трассы МN (5.3):

Рис. 5.7. Схема привязки трассы к пунктам геодезической сети способом засечек

a М N = a Р1 M - 180° + ( b + g ); a М N = a Р2 M -180°+ g .                                                             (5.3)

Решив треугольник Р1Р2М определяют длины его сторон d1 и d2. Далее вычисляют приращения координат

Р1 M = d1cos a Р1 M; DY Р1 M = d1sin a Р1 M,

Р2 M = d2cos a Р2 M; DY Р2 M = d2sin a Р2 M,

и затем дважды определяют координаты точки М трассы (5.4):

Х M = Х Р1 + D Х Р1 M ; Y M = Y Р1 + D Y Р1 M ;                                                                                      

Х M = Х Р2 + D Х Р2 M ; Y M = Y Р2 + D Y Р2 M .                                                                               (5.4)

3. Привязка трассы к двум пунктам геодезической сети способом обратной засечки.

Привязка трассы способом обратной засечки состоит в определении координат точки М трассы по известным координатам двух пунктов геодезической сети Р1 и Р2 (см. рис. 5.7). В данном способе угловые измерения ведут только в точке М трассы, определяя примычные углы b и g , но при этом измеряют горизонтальное расстояние до одного из пунктов, например d1.

Решив обратную геодезическую задачу, определяют расстояние между пунктами геодезической сети d и дирекционный угол этой линии a Р1Р2 . Далее из теоремы синусов устанавливают , откуда .

Определив теперь угол b 1   = 180°- b 2 - b , по формулам ( 5.1) и ( 5.2) вычисляют искомое направление трассы a МN и координаты точки М (ХM, YM).

4. Привязка трассы к пунктам геодезической сети наземно-космическим способом.

В настоящее время наиболее простым, быстрым и дешевым является наземно-космический метод привязки трассы к пунктам геодезической сети.

При использовании систем спутниковой навигации "NAVSTAR" (США) или "ГЛОНАСС" (Россия) для привязки трасс к пунктам государственной геодезической сети, ее удается осуществить с необходимой точностью даже при использовании дешевых приемников "GPS" сравнительно невысокой точности (например, класса ГИС) в режиме работы с базовыми станциями "DGPS".

Базовую станцию устанавливают в одном из пунктов геодезической сети с известными координатами, которая получая информацию с навигационных искусственных спутников, корректирует ее и передает уточняющие поправки к координатам приемникам "GPS", установленным в точках трассы. Таким образом, определяют координаты точек трассы ХM, YM и XN, YN и далее, решив обратную геодезическую задачу, находят дирекционный угол направления a МN .

Для длинных трасс, с целью исключения накопления ошибок в координатах точек, спутниковая навигационная привязка легко может быть применена для ряда точек по длине трассы с использованием нескольких пунктов геодезической сети в качестве базовых станций "DGPS".

5.4. Планово-высотное обоснование топографических съемок

Планово-высотное обоснование тахеометрических съемок, со съемочных точек которого осуществляют съемку подробностей рельефа и ситуации местности, обычно создают двумя способами:

прокладкой теодолитного хода (разомкнутого или замкнутого) с измерением горизонтальных углов полным приемом оптического теодолита или электронного тахеометра и промерами горизонтальных проекций сторон землемерной лентой или светодальномером. Высоты съемочных точек определяют геометрическим нивелированием;

прокладкой теодолитного хода с измерением горизонтальных углов полным приемом теодолита, определением горизонтальных расстояний между съемочными точками нитяным дальномером оптического теодолита или светодальномером электронного тахеометра (если тахеометрическую съемку выполняют электронным тахеометром). Высоты съемочных точек определяют методом тригонометрического нивелирования. Таким образом, в этом случае планово-высотное обоснование создают, используя один прибор - оптический теодолит или электронный тахеометр.

Съемочное обоснование по первому способу создают при тахеометрических съемках для проектирования объектов строительства, занимающих большие площади (средние и большие мостовые переходы, транспортные развязки движения в разных уровнях, аэропорты и т.д.), а также при съемках в населенных пунктах.

Съемочное обоснование по второму способу создают при относительно небольших площадях тахеометрических съемок (места со сложными инженерно-геологическими условиями, небольшие карьеры и резервы, пересечения и примыкания автомобильных дорог в одном уровне, малые водопропускные сооружения и т.д.).

Съемочным обоснованием тахеометрических съемок могут служить: трасса линейного сооружения, замкнутый полигон, сеть микротриангуляции и висячий ход. Выбор того или иного типа съемочного обоснования связан со стадией проектирования, рельефом местности, размерами и требуемым масштабом съемок.

Ориентирование съемочного обоснования тахеометрических съемок и определение координат съемочных точек обычно осуществляют привязкой к трассе линейного сооружения, либо к пунктам государственной геодезической сети. При съемках небольших площадей допускается ориентирование съемочного обоснования по магнитному азимуту с вычислением условных координат съемочных точек.

Минимальное число съемочных точек в зависимости от масштаба съемки приведено ниже:

Масштаб съемки.............................................................1:500     1:1000     1:2000      1:5000

Минимальное число съемочных точек:

на 1 км2............................................................................142           80             50            22

на 1 планшет...................................................................9               20             50            89

Съемочные точки обоснования размещают, как правило, на возвышенных участках местности с хорошо обеспеченной видимостью. Расстояния между съемочными точками не должны быть больше 350 м и меньше 50 м. В исключительных случаях минимальное расстояние между точками съемочного обоснования допускают до 20 м, но с обязательным центрированием теодолита на карандаш, вставляемый взамен вынутой шпильки и с визированием не на веху, а на шпильку.

Трассу линейного сооружения в качестве съемочного обоснования (рис. 5.8, а) используют в следующих случаях: при съемках притрассовой полосы дорог для проектирования системы поверхностного водоотвода; для целей камерального трассирования на сложных участках местности; на участках местности со сложным инженерно-геологическим строением; при съемках для проектирования малых искусственных сооружений; для проектирования пересечений и примыканий автомобильных дорог в одном уровне и т.д. Трассу нередко используют и как часть съемочного обоснования другого типа.

Рис. 5.8. Виды съемочного обоснования тахеометрических съемок:
а - трасса линейного объекта: Р1, Р2 - пункты геодезической сети; Cт I - Cт VIII - съемочные точки; В уг1 - В уг3 - вершины углов поворота трассы;
б - замкнутый полигон: 1 - трасса линейного объекта; 2 - полигон; 3 - диагональный ход;
в - микротриангуляция: 1 - трасса линейного объекта; 2 - триангуляционная сеть;
г - висячий ход: 1 - трасса линейного объекта; 2 - теодолитный ход

Съемочное обоснование в виде замкнутого полигона используют при съемках участков местности для проектирования объектов строительства, занимающих большие площади (рис. 5.8, б). В ряде случаев в полигон включают и часть трассы линейного сооружения. При расположении снимаемого участка местности в стороне от трассы осуществляют привязку съемочного обоснования к трассе, либо к ближайшим пунктам государственной геодезической сети. Для съемки удаленных от основного съемочного обоснования подробностей ситуации и рельефа назначают диагональные или висячие теодолитные ходы, при этом последние могут размещаться как внутри полигона, так и вне его пределов. Увязку угловых измерений, длин линий и превышений осуществляют как для всего полигона в целом, так и для каждой его части в отдельности.

Съемочное обоснование по типу микротриангуляции (рис. 5.8, в) создают на местности, неудобной для измерения длин линий землемерной лентой или рулеткой, например, при пересеченном или горном рельефах. По форме треугольники сети должны приближаться по возможности к равносторонним с размещением их вершин на возвышенных точках местности для обеспечения прямой видимости соседних вершин и большего охвата снимаемой площади. Одну из сторон обоснования размещают на удобном для измерения длины участке местности и принимают в качестве базиса. Его промеряют дважды в прямом и обратном направлениях с относительной невязкой не более 1:2000 и в случае необходимости вводят поправки за угол наклона линий. Все углы измеряют полным приемом теодолита с последующим аналитическим вычислением остальных длин сторон и координат всех съемочных точек обоснования.

При съемках относительно узких полос, вытянутых в поперечном направлении от трассы или от одной из сторон замкнутого полигона, в качестве съемочного обоснования тахеометрической съемки этого участка местности принимают висячий ход (рис. 5.8, г), т.е. теодолитный ход с числом сторон не более трех, опирающийся в своем начале на основное съемочное обоснование, либо на трассу линейного сооружения. За начало висячего хода удобно принимать одну из съемочных точек основного обоснования или трассы линейного сооружения.

Привязку висячего хода к основному съемочному обоснованию и измерение его углов осуществляют полным приемом теодолита, а длины линий лентой или дальномером в прямом и обратном направлениях.

Висячий ход размещают по возможности в середине полосы съемки, при этом если ширина последней превышает двойной предел отсчета по рейке (150 ´ 2 = 300 м), то кроме основного висячего хода прокладывают поперечные ходы.

Висячие ходы допускают для съемок масштабов 1:1000 и 1:2000. Для масштаба 1:500 допускают лишь одну выносную съемочную точку на расстояние не более 200 м от основного съемочного обоснования.

Предельную ошибку измерений углов при создании съемочного обоснования тахометрических съемок принимают (5.5):

 где                                                                                                                 (5.5)

п - число измеренных углов обоснования.

Допустимую невязку в превышениях принимают (5.6):

 мм, где                                                                                                          (5.6)

L - длина двойного нивелирного хода, км.

Допустимую невязку в определении расстояний принимают (5.7):

 м, где                                                                                                             (5.7)

S d - общая длина теодолитного хода, м.

Закрепление точек съемочного обоснования первоначально осуществляют сторожками и точками, при этом в центр точки вбивают гвоздь, над которым центрируют теодолит с точностью ±0,5 см. При ответственных съемках больших площадей, когда съемочные точки необходимо сохранить, последние закрепляют стандартными деревянными или железобетонными столбами. На лицевой части сторожков и столбов закрепления надписывают сокращенное название организации, выполняющей изыскания, номер съемочной точки и год производства съемки.

При создании съемочного обоснования по типу микротриангуляции закрепление съемочных точек целесообразно делать обрезками газовых труб, вбиваемых в землю, при этом исключается необходимость перестановки вех при переходе с одной съемочной точки на другую (вехи вставляют в отверстия труб).

5.5. Электронная тахеометрическая съемка

Произошедший в последние годы повсеместный переход на качественно новую технологию и методы системного автоматизированного проектирования объектов строительства (на уровень САПР) предопределил и коренное изменение технологии изысканий с многократным увеличением объемов изыскательской информации, собираемой в поле для разработки проектов. В связи с этим стала весьма острой проблема увеличения производительности полевых изыскательских работ, решение которой заключается в максимальной автоматизации процесса тахеометрических съемок, автоматизации обработки материалов полевых измерений, начиная с обработки полевых журналов, кончая автоматической подготовкой ЦММ и топографических планов на графопостроителях.

Автоматизация процесса тахеометрических съемок обеспечивается, в частности, внедрением в практику изысканий методов электронной тахеометрии: электронных тахеометров со встроенной памятью, позволяющей фиксировать информацию о более чем 3000 точек местности (типа SET 5 F -32 M 2 RUS ); электронных тахеометров с накопителями на магнитных носителях информации - электронными полевыми журналами (типа SDR 33 с объемом памяти до 4 Mb ).

Использование такого рода приборов позволяет исключить все рутинные промежуточные операции, свойственные обычным тахеометрическим съемкам, выполняемым с помощью оптических теодолитов или номограммных тахеометров, связанные со считыванием отсчетов, записью в полевые тахеометрические журналы, обработкой полевых журналов, ручной подготовкой топографических планов, дигитализацией планов при подготовке ЦММ. Все эти рутинные операции не только резко снижают производительность работ, но и неизбежно приводят к появлению определенного количества грубых ошибок и просчетов, т.е. к снижению качества конечной продукции.

Электронные тахеометрические съемки выполняют с использованием основных правил производства обычных тахеометрических съемок. Однако электронным тахеометрическим съемкам присущи некоторые специфические особенности.

При создании планово-высотного обоснования электронных тахеометрических съемок нет необходимости в частом размещении съемочных точек обоснования. Это связано с тем, что современные электронные тахеометры обеспечивают измерение горизонтальных расстояний до 1,5-5 км с обычной среднеквадратической погрешностью 5 мм ± 3 рр m и горизонтальных углов и зенитных расстояний со среднеквадратической погрешностью 4-6". Все это обеспечивает определение координат точек местности и их высот с необходимой точностью при размещении съемочных точек с шагом более 500 м. Поэтому размещение точек съемочного обоснования электронных съемок и их число определяются, прежде всего, условиями видимости снимаемой местности.

Планово-высотное обоснование электронных съемок создают двумя способами:

в виде теодолитных ходов и замкнутых полигонов, создаваемых с помощью электронного тахеометра;

в виде теодолитных ходов и замкнутых полигонов (при очень больших размерах съемки), создаваемых с помощью электронного тахеометра (плановое обоснование) и нивелира (высотное обоснование).

Привязку планово-высотного обоснования тахеометрических съемок к пунктам государственной геодезической сети легко производят с помощью одного лишь электронного тахеометра прямыми или обратными засечками.

На каждой съемочной точке обоснования осуществляют следующие операции:

устанавливают электронный тахеометр и центрируют его над точкой;

с помощью цилиндрического уровня горизонтального круга приводят прибор в рабочее положение;

с помощью силового кабеля подключают аккумуляторную батарею и включают прибор (если тахеометр не имеет встроенной батареи);

устанавливают опорное вертикальное направление (место зенита), ориентируя прибор на одну и ту же точку при двух положениях круга КЛ и КП, каждый раз нажимая кнопки " Z " и "Отсчет" на панели управления;

устанавливают опорное горизонтальное направление (ориентируют прибор) при двух положениях круга КЛ и КП, каждый раз нажимая кнопки " b " и "Отсчет" на пульте управления;

вводят в память тахеометра: Н0 - высоту съемочной точки, А0 - азимут (дирекционный угол) опорного направления, Х0, Y 0 - координаты съемочной точки, Кп - коэффициент, учитывающий температуру и атмосферное давление, ( i - l ) - разность высоты прибора и отражателя, когда высота отражателя

телескопической вехи (тахеометрической вехи) не равна высоте прибора. Обычно высоту отражателя тахеометрической вехи l принимают равной высоте прибора i .

Съемку реечных точек ведут в обычном порядке, но вместо реек используют тахеометрические вехи с одним отражателем. В ходе съемки подробностей местности ведут кодирование семантической информации.

Создание съемочного обоснования и привязку его к пунктам государственной геодезической сети осуществляют в режиме "Полное последовательное измерение" тахеометра, съемку реечных точек осуществляют в режиме "Слежение".

Экспорт данных полевых измерений в память полевого или базового компьютера и последующую их окончательную обработку осуществляют с использованием соответствующего программного обеспечения.

5.6. Наземно-космическая съемка

В последние годы в практике изысканий автомобильных дорог стали находить все более широкое использование технологии современных топографических съемок с использованием систем спутниковой навигации « GPS ». Технологии спутниковой навигации при производстве полевых работ обеспечивают высочайшую производительность труда и получение информации в электронном виде, максимально приспособленном для последующей обработки с использованием средств автоматизации и вычислительной техники.

Для производства полевых геодезических работ с использованием орбитального комплекса США « NAVSTAR » или России «ГЛОНАСС» проектно-изыскательские организации и фирмы должны располагать необходимым количеством приемников « GPS » требуемой точности.

В настоящее время по точности определения координат и назначению различают приемники следующих классов:

навигационного класса с точностью определения координат 150-200 м;

класса картографии и ГИС с точностью определения координат 1-5 м;

геодезического класса с точностью определения координат до 1 см.

Приемники навигационного класса дешевы и компактны, однако, призваны решать, главным образом, навигационные задачи на транспорте, в народном хозяйстве (например, при поиске полезных ископаемых и т.д.) и отдыхе.

Приемники класса точности картографии и ГИС также относительно дешевы и доступны проектно-изыскательским и строительным организациям (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Одночастотный 12-канальный GPS-приемник класса точности картографии и ГИС " Pathfinder ProXL":
1 - компактная антенна с обтекателем; 2 - полуметровая сборная стойка; 3 - сумка для переноса системы; 4 - накопитель TDC1; 5 - кабель загрузки данных

Точность приемников класса картографии и ГИС может быть существенно повышена при базовом варианте их использования. В случае применения базовых станций (см. ниже) успешно могут быть использованы при решении большинства инженерно-геодезических задач, включая задачи, решаемые в режиме реального времени (например, съемка плана и продольного профиля существующей автомобильной дороги с движущегося автомобиля).

Приемники геодезического класса точности весьма недешевы, однако даже в автономном режиме работы обеспечивают определение координат точек местности с точностью до 1-3 см в кинематическом режиме и до 1 см при статических измерениях и, поэтому применимы для решения практически любых инженерно-геодезических задач.

При огромном многообразии приемников " GPS ", обеспечивающих выполнение инженерно-геодезических задач на изысканиях и в строительстве, нужно стремиться приобретать приемники и геодезические системы, работающие не только с орбитальным комплексом США " NAVSTAR ", но, прежде всего, работающие с отечественной навигационной системой "ГЛОНАСС".

Использование сравнительно недорогих GPS -приемников класса точности определения координат картографии и ГИС, дающих ошибки до нескольких метров оказывается возможным и для измерений геодезического класса точности (до 1 см), если использовать методику дифференциального (относительного) позиционирования в режиме работы с базовыми станциями, получившими название " Differential GPS " - " DGPS ".

Технология дифференциального позиционирования основана на том, что ошибки определения абсолютных координат разными приемниками одних и тех же марок в пределах одного локального участка местности практически одинаковы. Тогда, если установить DGPS -приемник (базовую станцию) в точке с точно известными координатами, можно определять разницу между эталонными и GPS - координатами и ретранслировать поправки по радиоканалам на другие (ведомые) GPS -приемники.

Базовую DGPS -станцию устанавливают на точке с точно известными высотой и плановыми координатами (например, на пункте государственной геодезической сети) либо на пункте, специально созданном в любом удобном месте и привязанном традиционными методами наземной геодезии к пунктам государственной геодезической сети.

Сверхточные измерения с использованием приемников относительно невысокой точности сводятся к непрерывному сбору данных в течение некоторого отрезка времени при неподвижном приемнике и точном знании координат некоторой "опорной" точки, в которой установлена DGPS -станция. Современные GPS -приемники геодезического класса и даже класса картографии и ГИС уже позволяют выполнять съемочные работы в режиме "кинематической съемки", т.е. в режиме перемещения реечников от точки к точке, в каждой из которых координаты мгновенно регистрируются геодезистом на магнитные носители простым нажатием кнопки. То же самое можно делать и при выполнении съемки в реальном масштабе времени плана и профиля существующих автомобильных дорог при их реконструкции с движущегося автомобиля при скорости до 30 км/ч.

Высокую точность определения координат точек местности при использовании базовых DG PS -станций можно обеспечить приемниками умеренной точности, находящимися на расстоянии в пределах до 10 км от базовой DGPS -станции. Корректирующий сигнал автоматически устраняет все возможные ошибки системы, независимо от того, связаны ли они с уходом часов, ошибками эфемерид или ионосферными и тропосферными задержками радиосигналов. Именно по этой причине в качестве ведомых могут использоваться не только дорогие двухчастотные, но и относительно дешевые одночастотные приемники (см. рис. 5.9).

Работу с базовыми опорными DGPS -станциями организуют двумя способами.

В первом способе с опорной станции по телеметрическим каналам ведомым приемникам передаются сообщения об ошибках, а затем их компьютеры обрабатывают эти сообщения совместно с собственными данными о местоположении, определенном по спутниковым сигналам.

Во втором способе базовая DGPS -станция работает в режиме "псевдоспутника". Станция передает сигналы той же структуры, что и спутники, т.е. содержащие псевдослучайные коды и информационные сообщения. Ведомые приемники обрабатывают сигналы базовой станции в одном из своих неиспользованных каналов, т.е. получают данные коррекции тем же путем, что и данные об эфемеридах от навигационных спутников орбитального комплекса.

В рамках современной технологии изысканий автомобильных дорог при проектировании на уровне САПР-АД, а также при традиционных изысканиях, наряду с широким применением электронной наземной геодезии (электронные тахеометры, светодальномеры, регистрирующие нивелиры и т.д.), аэрофотосъемки и наземной стереофотограмметрии GPS -технологии в настоящее время стали находить все более широкое применение для решения следующих задач:

топографические крупномасштабные съемки местности на полосе варьирования трассы и для проектирования различных сооружений автомобильных дорог;

привязка геологических выработок и пунктов геофизических измерений на полосе варьирования трассы;

создание планово-высотных обоснований аэросъемок, фототеодолитных и тахеометрических съемок местности;

использование в качестве аэронавигационного оборудования при производстве аэросъемок различных видов и назначения;

разбивка трасс автомобильных дорог с продольным GPS -нивелированием;

съемка поперечников;

привязка геологических выработок и точек геофизических измерений по трассе автомобильных дорог;

привязка водопостов, съемка гидростворов и морфостворов, GPS -сопровождение гидрометрических работ (подводные съемки, измерения направлений, скоростей течения и расходов воды в реках, измерения расходов руслоформирующих наносов и т.д.);

планово-высотная привязка следов выдающихся и исторических паводков на местности;

съемка пересечений коммуникаций;

кинематические (с движущегося автомобиля) съемки плана и профиля дорог при изысканиях реконструируемых автомобильных дорог;

измерение траекторий автомобилей, параметров и режимов движения транспортных потоков на существующих автомобильных дорогах.

Следует иметь в виду, что в ближайшем будущем GPS -технологии будут постепенно вытеснять традиционные методы и технологии производства изыскательских работ на автомобильных дорогах.

Наземно-космические топографические съемки местности с использованием технических средств и технологий спутниковых навигационных систем " NAVSTAR " (США) и отечественной "ГЛОНАСС" производят в системе координат 1942 г. (с эллипсоидом Ф.Н. Красовского в качестве поверхности относимости и прямоугольной проекции Гаусса-Крюгера). Высоты точек местности определяются в Балтийской системе высот 1971 г.

Топографическая съемка местности с использованием GPS -систем уровня точности картографии и ГИС типа " Pathfinder ProXL " (см. рис. 5.9) может осуществляться по нескольким технологическим схемам.

Топографическая съемка открытой местности . Планово-высотное обоснование этой съемки заключается в установке дифференциальной базовой DGPS -станции на одном из пунктов государственной геодезической сети, либо на специальном пункте сети сгущения, размещаемом на возвышенном месте с привязкой его к пунктам государственной геодезической сети традиционными методами наземной геодезии.

Базовая DGPS -станция обеспечивает ретрансляцию поправок к собственным измерениям координат переносными GPS -приемниками по псевдодальностям до рабочего созвездия спутников. Съемкой охватывается участок местности в радиусе до 10 км с субдециметровой точностью, достаточной для подготовки крупномасштабных планов инженерного назначения и цифровых моделей местности ЦММ. Число реечников ограничивается только количеством имеющихся в наличии у организации производящей работы GPS -приемников (рис. 5.10). Съемочные работы можно производить практически при любых погодных условиях: в туман, в дождь, при снегопаде, сильной запыленности и в темное время суток.

Рис. 5.10. Схема геодезических измерений с использованием базовой станции « DGPS»

Для обеспечения работы по производству топографических съемок в реальном масштабе времени (т.е. в движении) необходимо перед началом съемочных работ произвести инициализацию (присвоение начальных значений) переносных GPS -приемников, которую осуществляют с помощью контроллера, где кроме того выбирают единицы измерений и системы координат, в которых предполагается выполнение топографической съемки.

Реечники перемещаются по заранее намеченным маршрутам, фиксируя как при обычной тахеометрической съемке все характерные точки местности (переломные точки рельефа, ситуационные и другие характерные точки местности). Координаты точек местности, появляющиеся на дисплее контроллера, записываются на магнитные носители информации простым нажатием кнопки.

Получение информации о местности в цифровом виде на магнитных носителях информации обеспечивает возможность проведения постизмерений в камеральных условиях для уточнения полученных результатов и последующую автоматизированную подготовку топографических планов на плоттерах и подготовку ЦММ для автоматизированного проектирования.

Схему опережающего создания съемочных геодезических сетей используют при производстве топографических съемок в закрытой местности, где необходима рубка визирок и просек, установка и закрепление точек съемочного планово-высотного обоснования. Дальнейшая топографическая съемка в лесу может осуществляться комбинированным способом, т.е. с использованием традиционных методов и схем наземной тахеометрии и методами GPS -съемки с использованием GPS -систем, типа " Pathfinder ProXL ", обеспечивающих работу под кронами деревьев.

Схему постизмерений используют по окончании полевых работ, для чего информацию с подвижных GPS - приемников и базовых DGPS -станций заносят в память компьютера и с использованием специального программного обеспечения добиваются повышения точности спутникового позиционирования.

5.7. Наземное лазерное сканирование

Наземное лазерное сканирование трехмерным лазерным сканером, измеряющим трехмерные координаты точек впередилежащей местности с помощью лазерного импульсного безотражательного дальномера, который поворачивается по вертикали и горизонтали с получением плотного массива точек. Это современный оперативный вид съемки местности, который вобрал в себя последние достижения компьютерных технологий. Применение лазерного сканирования местности в настоящее время оказывается особенно эффективным в связи с большими объемами полевых работ по сбору информации для разработки проектов реконструкции и капитального ремонта существующих автомобильных дорог.

Трехмерный сканер измеряет трехмерные координаты по выбранному фрагменту местности с помощью безотражательного дальномера, который поворачивается по вертикали и горизонтали с получением плотного массива точек, имеющим три координаты и информацию о цвете.

Как и во всякой современной технологии в основе наземного лазерного сканирования лежат две составляющие - аппаратная и программная.

Суть технологии лазерного сканирования заключается в определении пространственных координат точек местности (поверхности объекта). Это реализуется посредством измерения расстояний до всех определяемых точек местности с помощью лазерного безотражательного дальномера. При каждом измерении луч дальномера отклоняется от своего предыдущего положения так, чтобы пройти через узел некоторой воображаемой сетки, называемой сканирующей матрицей. Количество строк и столбцов матрицы может регулироваться. При этом, чем выше плотность точек матрицы, тем выше плотность точек на поверхности объекта и тем выше точность результатов измерений снимаемого объекта. Все измерения производятся с очень высокой скоростью - до нескольких даже десятков тысяч измерений в секунду.

Прибор, реализующий на практике приведенную выше технологию измерений, называют лазерным сканером (рис. 5.11). В конструкции сканера отсутствуют обязательные атрибуты традиционных геодезических приборов: зрительная труба, устройство наведения (визир, целик и т.д.), устройство центрирования, метка на корпусе для измерения высоты прибора, уровень.

Рис. 5.11. Лазерный сканер Leica HDS2500

Результатом работы сканера является множество точек (пикселей) с вычисленными трехмерными координатами. Такие наборы точек принято называть облаками точек или сканами. Обычно количество точек в одном скане может варьироваться от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов. В начале координаты точек каждого скана определяются в условной системе координат самого сканера.

В большинстве конструкций сканеров используют импульсный лазерный безотражательный дальномер. На пути к снимаемому объекту импульсы лазерного излучения проходят через систему зеркал, которые осуществляют пошаговое отклонение лазерного луча. Чаще всего конструкция лазера состоит из двух подвижных зеркал, приводимых в движение прецизионными сервомоторами, обеспечивающими точное наведения лазерного луча на тот или иной узел сканирующей матрицы. Зная углы разворота зеркал в момент наблюдения и измерения расстояния, процессор вычисляет трехмерные координаты каждой точки.

Все управление работой прибора осуществляется посредством специального портативного компьютера с соответствующим программным обеспечением. Полученные трехмерные значения координат точек местности передаются на компьютер по интерфейсному кабелю и накапливаются в специальной базе данных. При этом объемы данных, получаемых со сканера, могут измеряться сотнями мегабайт, а порою и гигабайт.

Каждый сканер имеет определенную область обзора или поле зрения. Предварительное наведение сканера на исследуемые объекты осуществляется либо с помощью встроенной цифровой фотокамеры, либо по результатам предварительного сканирования. Работа по сканированию нередко происходит в несколько сеансов из-за ограниченного поля зрения и из-за специфической формы объекта. Для обеспечения процесса «сшивки» сканов, снятых с разных позиций сканера, в пределах зон взаимного перекрытия размещают специальные мишени, координаты которых обычно определяют с помощью безотражательного тахеометра. Поскольку при сканировании координаты точек вычисляются в системе координат самого сканера (рис. 5.12), для перевода всего массива данных в нужную систему координат нужно определить координаты, как минимум, трех мишеней.

Рис. 5.12. Система координат лазерного сканера

Целесообразность использования этой новой технологии в инженерном деле основана на следующих уникальных ее возможностях:

в технологии полностью реализован принцип дистанционного зондирования, позволяющий собирать информацию об исследуемом объекте, находясь на расстоянии от него. При этом информацию о местности сразу получают в цифровом виде, что значительно расширяет возможности дальнейшей компьютерной обработки;

по полноте и подробности получаемой информации с лазерным сканированием не может сравниться ни один из известных геодезических методов съемки;

лазерное сканирование отличается непревзойденной скоростью работы. Информация об объекте в виде облака точек собирается за считанные минуты;

лазерное сканирование отличается высокой точностью измерений ± 6 мм;

обеспечивает получение готового материала непосредственно в полевых условиях;

оперативно обеспечивает определение «мертвых» зон и их устранение.

Благодаря своей универсальности и высокой степени автоматизации процессов измерений, лазерный сканер является не просто геодезическим прибором, а инструментом оперативного решения широкого круга прикладных инженерных задач:

съемка сложных инженерных объектов с большим количеством коммуникаций;

съемка автомобильных дорог и дорожных объектов (мостов, путепроводов, развязок движения и т.д.) для разработки проектов их реконструкции и капитального ремонта;

съемка железных дорог и сооружений на них;

съемка открытых и закрытых горных разработок;

топографическая съемка местности;

исполнительные съемки строящихся объектов.

ГЛАВА 6. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТОВ

6.1. Общие сведения об организации и составе инженерно-геологических изысканий

Инженерно-геологические изыскания должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий района проектируемой автомобильной дороги, включая геологическое строение, сейсмотектонические, геоморфологические и гидрогеологические условия, состав, состояние и свойства грунтов, геологические и инженерно-геологические процессы и составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой с целью получения необходимых и достаточных материалов для обоснования проектной подготовки строительства, в том числе мероприятий инженерной защиты объекта строительства и охраны окружающей среды.

Состав и характер инженерно-геологических изысканий зависят от стадии разработки проекта, сложности и степени изученности природных условий района изысканий.

Состав инженерно-геологических изысканий следующий:

сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет;

дешифрирование материалов аэрокосмических съемок;

рекогносцировочное обследование, включая аэровизуальные и маршрутные наблюдения;

проходка горных выработок;

геофизические исследования;

полевые исследования грунтов;

гидрогеологические исследования;

стационарные наблюдения (локальный мониторинг компонентов геологической среды);

лабораторные исследования грунтов, подземных и поверхностных вод;

обследование грунтов оснований и фундаментов существующих зданий и сооружений;

составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;

камеральная обработка материалов и составление технического отчета (заключения).

Сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет . В состав материалов, подлежащих сбору и обработке, входят следующие документы:

материалы инженерно-геологических изысканий прошлых лет (технические отчеты об инженерно-геологических изысканиях, гидрогеологических, геофизических и сейсмологических исследованиях, стационарных наблюдениях и другие данные, находящиеся в государственных и ведомственных фондах и архивах);

результаты геолого-съемочных работ в виде геологических карт крупных масштабов;

аэрокосмические съемки территории;

научно-исследовательские работы и научно-техническая литература, в которых обобщаются данные о природных и техногенных условиях территорий и приводятся результаты новых разработок по методике и технологии выполнения инженерно-геологических изысканий.

Дешифрирование материалов аэрокосмических съемок и аэровизуальные наблюдения следует предусматривать при изучении и оценке инженерно-геологических условий значительных по протяженности территорий, а также при необходимости изучения динамики изменения этих условий.

Дешифрирование материалов аэрокосмических съемок выполняют для:

уточнения границ распространения генетических типов четвертичных отложений;

уточнения и выявления тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости пород;

установления распространения подземных вод, областей их питания, транзита и разгрузки;

выявления участков развития геологических и инженерно-геологических процессов;

установления видов и границ ландшафтов, уточнения границ геоморфологических элементов;

изучения динамики изменения инженерно-геологических условий, установление последствий техногенных воздействий, характера хозяйственного освоения территорий, преобразования рельефа, почв, растительного покрова и т.д.

Рекогносцировочные обследования территории включают:

осмотр места изыскательских работ;

визуальную оценку рельефа;

описание имеющихся обнажений, в том числе карьеров, строительных выработок и т.д.;

описание водопроявлений и геоботанических индикаторов гидрогеологических и экологических условий;

описание внешних проявлений геодинамических процессов;

опрос местного населения о проявлении опасных геологических и инженерно-геологических процессов.

Маршрутные наблюдения осуществляют в процессе рекогносцировочных обследований и инженерно-геологической съемки для выявления и изучения основных особенностей инженерно-геологических условий исследуемой территории. При маршрутных наблюдениях необходимо выполнять описание естественных и искусственных обнажений горных пород, выходов подземных вод, искусственных водных объектов, проявлений геологических и инженерно-геологических процессов, типов ландшафтов, геоморфологических условий.

Проходку горных выработок выполняют с целью:

установления и уточнения геологического разреза, условий залегания грунтов и грунтовых вод;

определения глубин залегания уровней грунтовых вод;

отбора образцов грунтов для определения их состава, состояния и свойств, а также проб грунтовых вод для их химического анализа;

проведения полевых исследований свойств грунтов, определения гидрогеологических параметров водоносных горизонтов, зон аэрации и производства геофизических исследований;

выполнения стационарных наблюдений;

выявления и оконтуривания зон проявления геологических и инженерно-геологических процессов.

Проходку горных выработок осуществляют, как правило, механизированным способом. Виды, глубины и назначение горных выработок при инженерно-геологических изысканиях определяют в соответствии с требованиями СП 11-105-97 (Инженерно-геологические изыскания для строительства. Ч. 1. Общие правила производства работ: СП 11-105-97. - М.: ПНИИИС Госстроя России, 1997. - 47 с.) (табл. 6.1).

Таблица 6.1.

Виды, глубины и назначение горных выработок

Виды горных выработок

Максимальная глубина горных выработок, м

Условия применения горных выработок

Закопушки

0,6

Для вскрытия грунтов при мощности перекрывающихся отложений не более 0,5 м

Расчистки

1,5

Для вскрытия грунтов на склонах при мощности перекрывающихся отложений не более 1 м

Канавы

Траншеи

3,0

6,0

Для вскрытия крутопадающих слоев грунтов при мощности перекрывающихся отложений не более 2,5 м

Шурфы и дудки

20

Для вскрытия грунтов, залегающих горизонтально или моноклинально

Шахты

Определяется программой изысканий

В сложных инженерно-геологических условиях

Подземные горизонтальные горные выработки

Определяется программой изысканий

В сложных инженерно-геологических условиях

Скважины

Определяется программой изысканий

Определяется программой изысканий

Геофизические исследования выполняют на всех стадиях изысканий в сочетании с другими видами инженерно-геологических работ с целью:

определения состава и мощности рыхлых четвертичных отложений;

выявления литологического строения массивов горных работ, тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости и обводненности;

определения глубин залегания грунтовых вод, водоупоров и направления движения потоков подземных вод, гидрогеологических параметров грунтов и водоносных горизонтов;

определения состава, состояния и свойств грунтов в массивах и их изменений;

выявления и изучения геологических и инженерно-геологических процессов и их изменений;

проведения мониторинга опасных геологических и инженерно-геологических процессов;

сейсмического микрорайонирования территории.

Полевые исследования грунтов следует проводить при изучении массивов грунтов с целью:

расчленения геологического разреза, оконтуривания линз и прослоев грунтов;

определения физических, деформационных и прочностных свойств грунтов в условиях естественного залегания;

оценки пространственной изменчивости свойств грунтов и т.д.

Полевые исследования грунтов рекомендуется, как правило, сочетать с другими способами определения свойств грунтов: лабораторными и геофизическими с целью выявления взаимосвязи между одноименными характеристиками.

Гидрогеологические исследования необходимо выполнять в тех случаях, когда подземные воды могут оказать существенное влияние на проектируемый объект и его эксплуатацию. Подземные воды влияют на изменение свойств грунтов, а также на интенсивность развития геологических и инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, оползни, пучение и т.д.).

Стационарные наблюдения необходимо выполнять в сложных инженерно-геологических условиях для изучения:

динамики развития опасных геологических процессов (карст, оползни, обвалы, сели и т.д.);

развития подтопления, осадки и просадки территорий, в том числе вследствие сейсмической активности;

изменения состояния и свойств грунтов, уровненного, температурного и гидрохимического режимов подземных вод, глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов;

осадки, набухания и других изменений состояния грунтов.

Лабораторные исследования грунтов и камеральная обработка полученных материалов подробно изложены в разделах 6.6 и 6.8.

6.2. Современные технические средства, применяемые при инженерно-геологических изысканиях

Инженерно-геологические изыскания выполняют с применением прогрессивных методов производства работ, современных приборов и оборудования.

Одним из эффективных методов инженерно-геологических изысканий и поиска месторождений строительных материалов являются космические съемки и аэрогеологические методы.

Космические съемки применяют для выявления линий тектонических разломов, гидрогеологических условий, мест образования наледей.

Аэрокосмические методы значительно снижают объем трудоемких полевых работ и повышают качество инженерно-геологических изысканий.

При инженерно-геологическом дешифрировании аэрофотоснимков устанавливают типы геоморфологических элементов, контуры генетических и литологических разновидностей грунтов, характер современных физико-геологических явлений, общие инженерно-геологические условия.

По аэрофотоснимкам на основе анализа тона изображений и своеобразному растительному покрову могут быть выявлены участки местности с сырыми и избыточно-увлажненными грунтами, а по характеру рельефа - участки со скальными породами или мягкими грунтами. Сравнительно легко выявляют сухие места с обеспеченным хорошим поверхностным стоком, без признаков заболачивания и с глубоким залеганием грунтовых вод, а также сырые участки с необеспеченным стоком поверхностных вод и с признаками заболачивания даже при достаточно глубоком залегании грунтовых вод. Намечают последовательность и направление наземных маршрутов для поисков месторождений строительных материалов и резервов грунта.

Однако основной объем разведочных инженерно-геологических и инженерно-гидрогеологических изысканий выполняют бурением скважин. Для этого используют самоходные и переносные станки механического бурения. Перечень рекомендуемых станков для проходки скважин в зависимости от преобладающих грунтов приведен в табл. 6.2.

Таблица 6.2.

Станки для механического бурения

Глубина скважин, м

Скальные грунты

Крупнообломочные и песчаные грунты

Глинистые грунты

Мерзлые грунты

До 10

УКБ-12/25

АВБ-2М, М-1, УРБ-1, УРБ-М, БУКС-ЛГТ

Булиз-15,М-1,АВБ-2М, БУКС-ЛГТ

Булиз-15, М-1, М-1, АВБ-2М

От 10 до 30 м

УКБ-12/25, УГБ-1ВС, БСК-2М-100, БЕКГМ-1-100

АВБ-2М, УГБ-1ВС, БУКС-ЛГТ

АВБ-2М, УГБ-1ВС, БУКС-ЛГТ, Булиз-15

УГБ-1ВС

От 30 до 100м

УГБ-1ВС, АВБ-Т, БСК-2М-100

УГБ-1ВС, УРБ-2А2, АВБ-ТМ

УГБ-1ВС, АВБ-ТМ, АВБ-2М

УГБ-1ВС, АВБ-М

Свыше 100 м

УРБ-3АМ, УРБ-3А3

УРБ-3АМ

УРБ-3АМ, УРБ-2А2

УРБ-3АМ

Переносные станки:

УКБ-12/25 и М-1 - легкие (массой до 20 кг), обеспечивают начальный диаметр скважин 100 мм, используемые способы бурения - колонковый, шнековый;

БСК-2М-100 и БЕКГМ-1-100 - тяжелые (масса 400-500 кг).

Прицепные станки:

Станок БУКС-ЛГТ - легкий, начальный диаметр устраиваемой скважины 150 мм, применяемый способ бурения - ударно-канатный.

Самоходные станки:

это станки на базе автомобилей ГАЗ-66 и ЗИЛ-131, способы бурения - ударно-канатный и колонковый, начальный диаметр скважин 300 мм (исключение составляют станок АВБ-2М с вибрационным способом бурения и станок Булиз-15 на базе ГАЗ-69 с комбинированным способом бурения и начальным диаметром устраиваемых скважин 150 мм).

Для испытаний грунтов в условиях естественного залегания применяют пенетрометры динамического и статического типа, установки лопастного типа, проводят штамповые и прессиометрические испытания грунтов в буровых скважинах.

Динамическое зондирование позволяет определять сопротивление грунта зонду, используемое при расчете глубины забивки свай, а также в первом приближении плотность грунта, удельное давление на глинистый грунт, угол внутреннего трения и модуль деформации. Установки динамического зондирования, предусматривающие автоматическое сбрасывание молота, приведены в табл. 6.3.

Таблица 6.3.

Установки динамического зондирования

Тип установки

Глубина зондирования, м

Тип оборудования

Масса молота, кг

Высота падения молота, см

Мощность двигателя. кВт

Масса установки, кг

УБП-15М

20

Основное

60

80

5,8

1100

НАП-10

10

Основное

60

80

Привод от автомобиля

140

АОЗ-10-15

15

Основное

60

80

5,8

450

АДЗ-2Т-25

25

Тяжелое

120

100

5,8

600

АДЗ-ЗЛ-8

8

Легкое

30

40

2,3

50

ФГУП «Росстройизыскания» внедрило в производство зондировочно-буровую геотехническую установку, которая может бурить вертикально, наклонно, с использованием практически всех видов бурения. Позволяет вести статическое зондирование с усилием до 15 и даже при необходимости 20 тонн. Совмещенное бурение со статическим зондированием позволяет проходить те слои, которые не поддаются статическому зондированию, то есть переходить на буровое зондирование, впервые примененное в нашей стране. Смысл бурового зондирования заключается в том, что установка, снабженная датчиками, позволяет измерять все основные параметры режима бурения по глубине, то есть фактически строить график затрат энергии.

Радиоуправляемая самоходная многоцелевая буровая установка GM -50 GT (производство Финляндии) производит буровые работы колонковым, ударно-канатным и шнековым способами, снабжена зондами для статического и динамического зондирования. Установка позволяет считать число полуоборотов на каждые 5 см заглубления зонда. Диаметр бурения 89 мм, глубина бурения составляет до 20 м, глубина проведения динамического зондирования - 25 м, статического зондирования - 5-6 м. Установка оснащена бортовым компьютером Geoprinter , который сохраняет результаты зондирования и после проведения работ выдает лобовое сопротивление, боковое трение и поровое давление в грунте.

Динамический пенетрометр PDG 1000 фирмы VECTRA (Франция) монтируется на прицепе. Вбивание конической иглы производится с помощью сил гравитации. Откалиброванная масса ударяет с регулярным интервалом по наковальне, связанной со стержнем держателя иглы. Погружение иглы в исследуемый грунт измеряется датчиком перемещения, установленным наверху стойки. Датчик давления фиксирует величину давления в гидравлической цепи в момент поднятия молотка после каждого удара. Установка имеет диаграмму сопротивления при вбивании калибровочной иглы под стандартным нагружением. Определено соотношение между плотностью грунта и сопротивлением вбиванию для всех видов и составов грунтов.

Метод статического зондирования позволяет получить сопротивление грунта, используемое при расчете забивки свай, а также приблизительные плотность грунта, угол внутреннего трения, модуль деформации и удельное давление на глинистые грунты. Метод основан на том, что грунты в зависимости от их структурных особенностей, состава и строения оказывают различное сопротивление прониканию зонда с рабочим наконечником, имеющим обычно форму конуса. Из установок статического зондирования наиболее распространены следующие: С-979, С-832, УСЗК-3, УСЗК-73В, СП-59 и ПИКА-9 (пенетрометроприставка к УГБ-1ВС), которые позволяют выполнить зондирование на глубину до 15-20 м, имеют массу 0,3-2,6 кг. В качестве регистрирующей аппаратуры используются манометры, динамометры, самописцы, манометры-тензодатчики, измерительные головки и т.д.

Для болотных грунтов следует применять пенетрометр П-4 конструкции Тверского государственного технического университета (ТГТУ). Пенетрометр П-4 включает помимо наконечника стержень для оценки трения штанг о грунт, соединительные штанги, упор и рукоятку, витую пружину и индикатор часового типа.

При задавливании конуса в грунт оператор на определенных глубинах фиксирует показания индикатора. В качестве показателя, характеризующего зондирование, вычисляется удельное сопротивление зондированию и строится график изменения по глубине усилия задавливания, а также удельного сопротивления зондированию.

При испытании слабых грунтов на сдвиг в условиях природного залегания используют приборы лопастного типа: сдвигомер-крыльчатка конструкции ТГТУ СК-8, крыльчатка ЦНИИС и сдвигомер-крыльчатка БелдорНИИ.

Испытание заключается в измерении максимального крутящего момента, возникающего при срезе грунта во время вращения в нем крестообразной лопасти. При повороте следят за стрелкой индикатора до тех пор, пока не прекратится ее отклонение и не начнется спад.

Отличительной особенностью сдвигомера-крыльчатки БелдорНИИ является наличие динамометрического устройства и двух крыльчаток с различными диаметрами. Крыльчатку ЦНИИС (комплектуется крыльчатками четырех размеров) используют, когда верхние слои слабой толщи осушены и уплотнены, поэтому при ее применении необходимо предварительное бурение.

ФГУП «Росстройизыскания» разработаны автоматизированные компрессионные сдвиговые приборы «Питон-К», «Питон-В», «Пласт-К», «Пласт-С», которые представляют результаты испытаний в цифровом виде.

Для выполнения гидрогеологических изысканий может быть использован многоканальный датчик « Madosolo » французской фирмы « IRIS INSTRUMENTS », предназначенный для контроля уровня грунтовых вод, как при единичных, так и стационарных наблюдениях. Прибор принимает электрические сигналы с сенсора, непосредственно производимые им самим. Временной интервал снятия показаний программируется от 1 мин до 24 час. Зафиксированные от 13 000 до 28 000 результаты измерений заносятся в электронную память прибора и преобразуются с помощью компьютера в обычные физические величины. Условия работы прибора: температура от -25° до +70°С при влажности от 0 до 100 %, точность измерений 0,2 %.

Помимо буровых и шурфовых работ, пенетрометров и установок лопастного типа используют геофизические методы исследований. Их стали широко применять при системном автоматизированном проектировании. Эти методы позволяют собирать инженерно-геологическую информацию в пределах широкой полосы варьирования трассы для последующего построения цифровых и математических моделей инженерно-геологического и гидрогеологического строения местности. Геофизические методы изысканий описаны в разделе 6.7.

6.3. Инженерно-геологические изыскания на полосе варьирования трассы

Цель инженерно-геологических изысканий - сбор сведений, характеризующих инженерно-геологические условия полосы варьирования в объеме необходимом и достаточном для их оценки и выбора рекомендуемого направления трассы.

Материалы инженерно-геологических исследований территории должны обеспечивать составление карт инженерно-геологического районирования в масштабах 1:50 000-1:20 0000 на основе использования имеющихся геологических, гидрогеологических и других карт соответствующего масштаба.

При недостаточности собранных материалов изысканий прошлых лет, материалов аэрокосмических съемок и других данных следует выполнять рекогносцировочные обследования или инженерно-геологические съемки в соответствии с техническим заданием заказчика.

Разработку документации на строительство осуществляют в три этапа:

определение цели инвестирования;

разработка ходатайства (декларации) о намерениях;

разработка обоснований инвестиций в строительство.

На этапе определения цели инвестирования материалы инженерно-геологических изысканий должны обеспечивать оценку инженерно-геологических условий полосы варьирования трассы, выбора направления автомобильных дорог с учетом необходимости развития инженерной защиты участков автомобильной дороги от вредных природных и техногенных процессов.

При инженерно-геологическом дешифрировании аэрофотоснимков устанавливают типы геоморфологических элементов, контуры генетических и литологических разновидностей грунтов, характер современных физико-геологических явлений, общие инженерно-геологические условия. Выявляют перспективность и направления наземных маршрутов для поиска месторождений строительных материалов и резервов грунта.

Для дешифрирования грунтов и гидрогеологических условий в залесенных районах применяют спектрозональные цветные аэросъемки. Спектрозональные аэрофотосъемки помогают установить необходимые для дешифрирования грунтов геоботанические признаки.

Материалы аэрокосмических съемок используют для объектов протяженностью более 100 км.

При недостаточном объеме имеющихся материалов, а также в связи с необходимостью их обновления могут быть выполнены рекогносцировочные обследования местности.

В процессе инженерно-геологической рекогносцировки производят визуальный осмотр местности, уточняют данные дешифрирования и предварительную инженерно-геологическую карту в отдельных ключевых местах, отмечают границы неблагоприятных в инженерно-геологическом отношении участков, а также границы месторождений и резервов, выявленных по предварительным данным. Выявляют характерные участки для подробных полевых исследований.

По материалам инженерно-геологических изысканий на этапе определения целей инвестирования составляют карты инженерно-геологического районирования территории и рекомендации по выбору района размещения объекта инвестирования.

На этапе разработки ходатайства (декларации) о намерениях с учетом решений, принятых в программах и схемах развития регионов, производят оценку возможности инвестирования в выбранном районе с учетом затрат на инженерную защиту автомобильной дороги и природоохранные мероприятия.

По материалам инженерно-геологических изысканий на этапе разработки ходатайства о намерениях составляют инженерно-геологическую карту в требуемом масштабе и заключение об инженерно-геологических условиях района предполагаемого размещения объекта строительства, включающее данные о необходимости инженерной защиты дороги, условиях природопользования и необходимости природоохранных мероприятий.

Карты должны отражать инженерно-геологические условия на необходимую для проектирования глубину, быть легко читаемыми и понятными для проектировщиков. При этом грунтово-гидрогеологические условия должны быть представлены не только в виде инженерно-геологических карт, но и в виде цифровых моделей инженерно-геологического строения местности.

При изысканиях для разработки обоснования инвестиций (ОИ) в строительство автомобильных дорог точки наблюдения, в том числе горные выработки, следует размещать в пределах полосы варьирования трассы вдоль ее оси, по поперечникам, в местах переходов через водотоки и пересечений других сооружений, а также на характерных элементах рельефа (склоны, борта оврагов, тальвеги, заболоченные участки и др.). Количество точек наблюдений устанавливают, исходя из табл. 6.4, в соответствии с СП 11-105-97.

Таблица 6.4.

Число точек наблюдений при выполнении инженерно-геологических съемок

Категория сложности инженерно-геологических условий

Количество точек наблюдений на 1 кв. км инженерно-геологической съемки (в числителе), в том числе горных выработок (в знаменателе) Масштаб инженерно-геологической съемки

1:200000

1:100000

1:50000

1:25000

1:10000

I

0,5/0,15

1/0,35

2,3/0,9

6/2,4

25/9

II

0,6/0,18

1,5/0,5

3/ 1,4

9/3

30/11

III

1,1/0,35

2,2/0,7

5,3/2

12/4

40/16

На участках развития геологических и инженерно-геологических процессов, распространения специфических грунтов, а также в сложных инженерно-геологических условиях необходимо располагать поперечники из трех-пяти выработок и увеличивать ширину полосы инженерно-геологической съемки.

Полевые методы исследования грунтов следует использовать для оценки физико-механических свойств грунтов в массиве, установления характера пространственной изменчивости свойств грунтов, выявления, уточнения и прослеживания границ литологических тел (пластов, прослоев, линз) и других целей. Для этого рекомендуется применение зондирования, прессиометрии, а также выполнения геофизических исследований.

Количество точек статического и динамического зондирования должно быть не менее шести на каждом геоморфологическом элементе.

Для изысканий грунтово-гидрологических условий полосы варьирования автомобильных дорог проф. А.М. Кулижниковым рекомендована следующая технология выполнения работ с использованием георадаров (патент № 2109872 РФ).

Аналитически обоснованные границы полосы варьирования трассы заносят в память компьютера, при этом всю полосу варьирования разбивают на зоны с различными грунтово-гидрологическими условиями (например, болотистые, оползневые, карстовые и просадочные участки, участки с обеспеченными и необеспеченными поверхностными стоками и т.д.). Координаты границ зон с различными грунтово-гидрологическими условиями также заносят в память компьютера. В каждой зоне устанавливают расстояние между маршрутами движения вездехода, по которым определяют грунтово-гидрологические разрезы. Из рассмотрения в ходе последующих изысканий отбрасываются участки местности, прилегающие к начальной и конечной точкам трассы и образующиеся границей полосы варьирования и прямыми, направленными под углами 35-55° к воздушной линии. Задают начальное направление движения вездехода в зависимости от рельефа и ситуации, например под углом 45° вправо к направлению воздушной линии между начальной и конечной точками трассы.

Вездеход с георадаром движется по начальному направлению к правой границе полосы варьирования трассы, при этом пересекая по возможности самые высокие и низкие места рельефа, обходя встречающиеся деревья и другие ситуационные препятствия. По маршруту движения вездехода на экране дисплея просматривается и записывается на магнитные носители геологический разрез местности, на котором фиксируется положение уровня грунтовых вод. При движении вездехода его положение в декартовой системе координат определяют и заносят на магнитные носители с использованием систем спутниковой навигации GPS (например, американской « NAVSTAR» или российской «ГЛОНАСС») по установленному на вездеходе многоканальному приемнику. Например, приемник ASHTECH Р-12 определяет геодезические координаты с точностью до 5 мм и обладает значительной помехоустойчивостью. Потребляемая приемником мощность менее 12 Вт, питание осуществляется от сети постоянного тока 10-36 В. Помимо маршрутного GPS-приемника в середине полосы варьирования трассы устанавливают базовую станцию DGPS. Базовую станцию устанавливают на открытой возвышающейся над окружающей местностью площадке.

При достижении правой границы полосы варьирования трассы вездеход проходит вдоль границы параллельно воздушной линии, связывающей начальный и конечный пункты трассы.

Далее маршрут следования вездехода проходит через экстремальные точки рельефа в обход препятствий к левой границе полосы варьирования трассы с учетом принятого расстояния между грунтово-гидрологическими разрезами. Вездеход может осуществлять движение по интересующим участкам местности с возможностью маневрирования. При этом контролируют переходы из одной зоны грунтово-гидрологических условий в другую. Достигнув левой границы полосы варьирования, вездеход проходит параллельно воздушной линии и вновь направляется к правой границе полосы варьирования, и так далее до выхода в конечную точку зоны варьирования.

Перед началом, в процессе или после завершения грунтово-гидрогеологических геофизических изысканий выполняют контрольное бурение, по которому калибруют волновую картину геологического разреза для уменьшения погрешности определения залегания кровли и подошвы грунтовых напластований и положения уровня грунтовых вод.

По результатам полевых работ создают интегрированную пространственную математическую модель рельефа, геологии и гидрогеологии местности.

В местах индивидуального проектирования земляного полотна инженерно-геологические работы выполняют по особым программам. В состав работ включают крупномасштабную инженерно-геологическую съемку, горно-буровые работы, геофизическую разведку, полевые методы испытания грунтов. В местах ожидаемого строительства мостов и путепроводов для уточнения типов фундаментов закладывают выработки, применяют геофизические методы разведки и, в частности, пенетрацию.

Гидрогеологические исследования выполняют для ориентировочной оценки водопроницаемости грунтов - коэффициента фильтрации. Допускается применение экспресс-откачек в процессе или после бурения скважин. Количество опытов для водоносного горизонта следует принимать не менее шести.

Из каждого водоносного горизонта в пределах взаимодействия автомобильной дороги с геологической средой следует отбирать не менее трех проб воды на стандартный химический анализ.

Лабораторные методы определения показателей физико-механических свойств грунтов следует выполнять для классификации грунтов в соответствии с ГОСТ 25100-95 (Грунты. Классификация), количественной оценки их состава и физических характеристик согласно ГОСТ 5180-84 (Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик). Количество отобранных в процессе изысканий образцов грунта должно быть не менее шести для каждого основного литологического пласта.

При необходимости оценку прочностных и деформационных свойств грунтов осуществляют в соответствии с региональными таблицами характеристик грунтов, свойственных для исследуемого района, или по показателям физических характеристик в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

Характеристику состава и состояния крупнообломочных и скальных грунтов определяют по результатам их визуального описания, с использованием справочных табличных данных, а также по результатам геофизических исследований.

При определении физико-механических свойств грунтов следует также использовать метод инженерно-геологических аналогий.

Прогноз изменений инженерно-геологических и гидрогеологических условий при изысканиях следует осуществлять, как правило, в форме качественного прогноза с использованием сравнительно-геологических методов (природных аналогов и инженерно-геологических аналогий). Прогноз следует осуществлять на основе обобщения материалов изысканий прошлых лет, материалов аэрокосмических съемок и данных инженерно-геологического картирования исследуемой территории с учетом результатов рекогносцировочного обследования.

В результате прогноза изменений инженерно-геологических условий в районе изысканий устанавливают:

возможность возникновения и развития опасных геологических процессов и явлений определенного вида и масштаба;

направленность и характер возможных изменений состава и состояния грунтов под воздействием природных и техногенных факторов и проявления особых свойств грунтов и их ориентировочные характеристики, а также категорию опасности природных процессов в соответствии со СНиП 22-01-95 и тенденцию изменения отдельных факторов инженерно-геологических условий.

Состав и содержание технического отчета о результатах инженерно-геологических изысканий должен соответствовать требованиям пп. 6.3-6.5 СНиП 11-02-96 и СП 11-105-97. В заключительной части отчета должны быть сформулированы рекомендации и предложения по проведению последующих изысканий.

6.4. Инженерно-геологические изыскания по принятому варианту трассы

Для изучения почвенно-грунтовых условий вдоль принятого варианта трассы закладывают геологические выработки, расчистки, шурфы, прикопки и скважины.

Основным методом изучения грунтово-геологических условий при изысканиях дорог является механическое бурение с непрерывным отбором и осмотром керна и взятием образцов (диаметр не менее 100 мм) с ненарушенной структурой. С этой целью применяют ручные мотобуры, работающие шнековым инструментом, или инструменты ручных комплексов, буровые прицепные установки с приводом от бензиновых двигателей и буровые самоходные установки на гусеничном ходу или на базе автомобилей повышенной проходимости.

На трассе дороги, если отсутствуют грунты текучепластичной или текучей консистенции, илы, торфы и им подобные, то буровые скважины устраиваются через 250-300 м, глубиной до 3 м. Если перечисленные грунты встречаются, то расстояние между скважинами уменьшают до 150-200 м. При вскрытии грунтов, практически не обладающих несущей способностью, проходку выполняют на полную мощность с заглублением в несущие грунты на 1,5-2,0 м.

Если на конкретном участке трассы дороги предполагают устройство выемки, то бурение производят через 100 м, глубиной скважин на 2 м большей проектной глубины выемки или до скальных грунтов.

Буровые скважины и шурфы закладывают в пределах придорожной полосы шириной до 200 м во всех характерных местах рельефа.

Если обследуемые грунтовые напластования имеют незначительную мощность, а также при невозможности, экономической нецелесообразности использования механических буровых станков, закладывают шурфы.

Шурфы закладывают во всех характерных местах рельефа - на водоразделах, склонах, пониженных местах, в тальвегах и оврагах.

При I категории сложности местности по геологическому строению на 1 км трассы необходимо предусматривать не менее 2 шурфов, а при III категории - может потребоваться более 5 шурфов на км.

Шурфы копают размерами: шириной 1 м, длиной 1,5 м и глубиной до 2 м. Шурфы устраивают без крепления стенок до следующих глубин: в песчаных грунтах не более 1 м; в глинистых - не более 2 м; при наличии грунтовых вод до зеркала воды, но не более 2 м; при наличии скальных грунтов до скалы, но не более 2 м. Шурфы закладывают в стороне от оси дороги на расстоянии 10-15 м, располагая их так, чтобы узкая вертикальная стенка шурфа во время описания была освещена солнцем.

Для ускорения и облегчения грунтовых обследований в открытых местах с равнинным рельефом могут быть использованы механические шурфокопатели, смонтированные на шасси автомобилей высокой проходимости, которыми можно отрывать шурфы круглой формы - "дудки", диаметром до 80 см и глубиной до 3 м.

Из каждого генетического горизонта в шурфе берут пробы грунтов и монолит. При изучении Шурфов записывают в журнал визуальные данные о строении почвенно-грунтового разреза, структуре, составе, плотности, пористости, влажности и окраске отдельных слоев почвы, уровне грунтовых вод и интенсивности их притока. В дальнейшем эти данные уточняют количественными характеристиками в лабораторных условиях по взятым образцам грунта с ненарушенной структурой.

Прикопки глубиной 0,5-1,0 м закладывают между шурфами для уточнения мест изменений почвенно-грунтовых условий в среднем через 250-300 м. Если прикопка обнаруживает значительные изменения характера залегания грунтов по сравнению с соседним шурфом, то прикопку увеличивают и углубляют, превращая в шурф.

В местах больших сосредоточенных объемов земляных работ и со сложными грунтово-гидрогеологическими условиями инженерно-геологические изыскания проводят более детально.

При насыпях высотой до 12 м и косогорности положе 1:3 расстояние между выработками грунта .Принимается от 200 до 500 м в зависимости от категории местности при глубине выработки не менее 2 м. Н a участках автомобильных дорог при выемках глубиной до 12 м и длинах до 100 м закладывают не менее одной выработки, при длинах выемок 100-300 м - не менее двух, а при длинах более 300 м - не менее трех, во всех случаях на глубину сезонного промерзания грунтов и ниже предполагаемой глубины выемки, не менее чем на 2 м.

Если земляное полотно устраивают на участке с косогорностью круче 1:3, то на каждом поперечнике берут по три выработки с расстоянием между поперечниками от 100 до 400 м в зависимости от категории местности при глубине выработок не менее 5 м от поверхности земли.

Получен первый опыт использования георадаров при выполнении изыскательских работ. При изысканиях автомобильных дорог георадарные технологии позволяют: устанавливать грунтово-гидрогеологические условия местности; определять положение уровней грунтовых вод; оценивать глубины водоемов или рек в местах будущих мостовых переходов; определять места размещения и размеры инженерных коммуникаций; разведывать и оценивать запасы полезной толщи в карьерах и т.д.

При изысканиях протягивание георадара выполняют ручной буксировкой. Радарограммы по оси трассы в продольном направлении записывают непрерывно при средней длине файлов, соответствующей 200-500 м трассы, а в поперечном направлении фиксируют файлы, соответствующие длине поперечника 60-200 м. Производительность работ в зависимости от рельефа и залесенности территории достигает до 3-5 км в смену.

Результаты изысканий показали, что в лесных районах грунтово-гидрогеологические изыскания могут быть проведены только при расчистке створов прохода георадара от валежника. Протягивание георадара по кочковатой местности, по неровностям из заросших травой валунов существенно не сказывается на полученных результатах. Ограничения в применении подповерхностной радиолокации могут быть лишь при буксировке георадара по крутым склонам. В этих условиях оказывается сложным обеспечить равномерное прохождение его с одинаковой скоростью и целесообразно протягивание георадара снизу вверх. Но даже и в этих случаях направление сигнала не является вертикальным и для устранения данной погрешности разработана специальная программа, корректирующая определение глубин.

При изысканиях может быть использована технология непрерывного и интервального профилирования. Если непрерывное профилирование позволяет получить геологический разрез по всему створу, то интервальное - по отдельным коротким участкам створа. При интервальном профилировании геологический разрез между отдельными участками створа прогнозируется геологом, что сопряжено с возможными ошибками. Непрерывное профилирование требует несколько больших затрат на разметку и расчистку створов, но меньших на привязку. Его целесообразно проводить на малозалесенной местности при незначительном количестве валежника. Интервальное профилирование требует меньших затрат на разметку и расчистку створов, но больших на привязку. Его можно выполнять также и в залесенной местности, даже при большом количестве валежника.

Для резервов грунта при их площадочном распространении расстояние между выработками берут по сетке с шагом 75-150 м в зависимости от категории местности. При этом глубины выработок определяют мощностью полезного слоя грунта, потребностью в нем и способами последующей разработки. При резервах грунтов вытянутой формы (гидронамыв) расстояние между поперечниками принимают 50-100 м, а между выработками - 25-100 м при их глубине до 15 м.

В местах расположения малых искусственных сооружений количество выработок зависит от высоты насыпи и составляет при высоте ее до 6 м - 1-2, от 6 до 12 м - 2-4, более 12 м - 3-5 выработок. Глубина выработок зависит от свойств грунтов и при прочных грунтах составляет всего лишь 4-5 м, в то время как при слабых грунтах - 8-15 м.

При выполнении работ по инженерно-геологическому обследованию мостовых переходов руководствуются инструкцией ВСН 156-88 (Нормы по инженерно-геологическим изысканиям железнодорожных, автодорожных и городских мостовых переходов: ВСН 156-88. - М.: Минтрансстрой, 1988).

Варианты перехода назначают с учетом данных инженерно-геологической съемки, которая должна предшествовать разведочным работам. Масштаб съемки выбирается от 1:500 до 1:25 000 в зависимости от категории геологической сложности. Основой съемки служат аэрофотоснимки и карты. Съемкой охватывают полосу 300 м вверх и 200 м вниз по течению от оси мостового перехода. При выборе места перехода по аэроснимкам и фотосхемам с геологической точки зрения оценивают: положение коренных склонов долины, геологическое строение речной долины, направление руслового и пойменных потоков при расчетном уровне высокой воды, русловые переформирования, границы и протяженность излучин, рукавов и проток реки, наличие оползней, карстов и других неблагоприятных геологических явлений на участках спуска в долину и на подходах к мосту.

Во время разведочных работ выполняют буровые работы для получения разреза по оси мостового перехода с инженерно-геологическими испытаниями грунтов, включающими и полевые методы определения их физико-механических характеристик (пенетрация, зондирование и др.).

На каждом среднем мостовом переходе проходят не менее трех скважин (по берегам и в русле), на большом переходе - не менее пяти скважин. Во всех случаях глубина скважин должна быть не менее 15 м. Образцы отбирают из всех слоев грунта для определения гранулометрического состава, пластичности и естественной влажности. Кроме этого, из слоев, которые могут явиться несущими, отбирают монолиты в количестве не менее шести из каждого слоя для определения угла внутреннего фения и сцепления.

В дополнение к буровым скважинам применяют геофизические и радиометрические методы.

В результате работ по каждому принципиальному варианту мостового перехода представляют: инженерно-геологический паспорт, включающий: инженерно-геологическую карту; геолого-литологический разрез по оси перехода; данные анализа и испытания грунтов; пояснительную записку.

На выбранном варианте мостового перехода выполняют подробные инженерно-геологические изыскания в объеме, достаточном для разработки проекта мостового перехода.

Предварительно для составления сметы объемы буровых работ, ориентировочное количество скважин на мостовом переходе назначают согласно табл. 6.5, при этом, длину моста принимают с коэффициентом 1,3.

Таблица 6.5.

Ориентировочное количество скважин

Длина моста (с учетом коэффициента 1,3), м

Инженерно-геологические условия

Простые

Сложные

25-100

3-5

5-7

100-200

5-7

7-9

Глубины разведочных скважин зависят от характера грунтов и типа проектируемого фундамента и их уточняют в каждом конкретном случае. Необходимое количество выработок назначают, сообразуясь с табл. 6.6.

Таблица 6.6.

Рекомендуемое количество выработок

Длина выделенного морфологического элемента, м

Число выработок, шт.

в пределах проектируемого моста

на подходах к мосту

25

1

1

25-50

1-2

1

50-100

2-3

1-2

100-500

3-5

2-3

более 500

не реже чем через 100 м

не реже чем через 200 м

В результате работ составляют паспорт перехода, который включает: инженерно-геологическую карту; схему расположения выработок; схему размещения точек геофизических наблюдений и пенетрационных работ; геолого-литологические разрезы; расчетные характеристики грунтов; химические анализы воды; пояснения к рекомендациям по проектным работам. Для больших мостовых переходов составляют пояснительную записку, к которой прилагают инженерно-геологическую карту с нанесенными вариантами мостовых переходов, геолого-литологические разрезы и колонки выработок, данные анализов и испытаний грунтов и их расчетные характеристики.

В местах строительства путепроводов выявляют инженерно-геологические условия в объеме, достаточном для определения типа и условий сооружения основания опор, а также для решения вопроса о наиболее целесообразном варианте прохождения трассы поверх пересекаемой дороги или под ней.

В результате работ представляют паспорт пересечения, включающий в себя: инженерно-геологическую карту, схему расположения выработок, геолого-литологические разрезы, данные испытаний грунтов и их расчетные характеристики, химические анализы воды с заключением о ее агрессивности по отношению к бетонам различных марок, данные о сейсмичности района строительства.

При проектировании транспортных развязок движения в разных уровнях к выработкам под конкретные опоры путепровода закладывают дополнительно 4-8 выработок (глубиной 2-4 м) в пределах площадки размещения съездов транспортной развязки.

При изысканиях на стадии рабочей документации (РД) на участках сооружения мостовых переходов и транспортных развязок обследуют места заложения каждой опоры. Количество выработок для каждой опоры назначают в зависимости от ширины фундамента и сложности геологических условий согласно табл. 6.7.

Таблица 6.7.

Количество и глубина скважин для опор мостов и путепроводов

Инженерно-геологические условия места проектируемой опоры

Число скважин

Глубина скважин, м

Простые:

Ширина опоры менее 15 м

1

До 15 м

Сложные:

Слабые грунты, ширина опоры, м:

15

1

На 5 м ниже поверхности и прочных пород, но не более 40 м

15 и более

2

Падение пластов и уклоны поверхности прочных пород, подстилающие аллювий, 15°, наличие глубоких размывов.

2

На 5 м ниже поверхности, но не более 30 м

Пласты каменной соли, гипса, ангидрита и т.п.

2-3

На 5 м ниже подошвы растворимых пород, но не более 30 м

Карстовые полости в теле осадочных пород.

2-3

На 5 м ниже подошвы карстования, но не более 30 м

Наличие линз и пластов подземных льдов, просадочных грунтов

2-3

На 5 м ниже подошвы подземных льдов, толщи просадочных грунтов, но не более 30 м

Расположение под дном долины поверхностей скольжения оползней

3-4

На 5 м ниже нижней поверхности скольжения

Выполняют опытные откачки воды и нагнетания. Продолжают режимы стационарных наблюдений. При наличии вечной мерзлоты замеряют температуру в разведочных выработках. Отбирают образцы грунтов и воды в тех же объемах, что и на стадии инженерного проекта. Для проведения лопастных, штамповых и прессиометрических испытаний, опытных откачек оставляют специальные скважины. Более детально изучают строительные площадки с заложением скважин по сетке 50 ´50 м, 50 ´100 м.

В результате работ представляют:

уточненный геолого-литологический разрез по оси мостового перехода;

поперечные геолого-литологические разрезы основания каждой опоры (устоя);

заключение об инженерно-геологических условиях фундирования каждой опоры и инженерно-геологических условиях площадки с данными лабораторных и полевых испытаний грунтов. К заключению прилагают колонки буровых скважин, графики зондирования и опытных откачек, результаты химического анализа воды.

При инженерно-геологических обследованиях болот необходимо: установить границы участка со слабыми грунтами в пределах рассматриваемой территории;

выявить строение слабой толщи, в том числе наличие включений, а также характер пород и рельеф минерального дна;

установить физико-механические характеристики грунтов, слагающих слабую толщу;

выявить особенности гидрогеологического режима слабой толщи.

Инженерно-геологические изыскания выполняют поэтапно. Выделяют три этапа обследований:

на первом (рекогносцировочном) этапе лабораторных испытаний не ведут;

на втором - лабораторные исследования ограничивают определением показателей состава и состояния грунтов в полевой (нестационарной) лаборатории;

на третьем - выполняют испытания в стационарной лаборатории с целью выяснения показателей физико-механических свойств грунтов.

При двухстадийном проектировании (ИП и РД) первые два этапа обследований целесообразно проводить на первой стадии, а третий этап - на второй стадии проектирования.

На пересечениях трассой участков слабых грунтов должны быть получены: план масштаба 1:2 000 с сечением рельефа через 0,25-0,5 м, продольные и поперечные профили и проведен первый этап инженерно-геологического обследования.

Первый этап обследования. До проведения полевых инженерно-геологических работ изучают крупномасштабные топографические карты и материалы аэрокосмических съемок прошлых лет. Аэрофотоснимки позволяют установить подробную характеристику болотных массивов, исходя из особенностей изображения поверхности болот и своеобразия распределения на ней растительного покрова, микрорельефа, увлажнения и водных пространств. По материалам аэрокосмических съемок устанавливают границы болот, ориентировочную мощность торфяной толщи, приблизительный рельеф дна болот, генезис болот, источники их водного питания, направление и интенсивность внутреннего и поверхностного стока в болотах, относительное увлажнение их отдельных частей, геоморфологический тип болота, его микрорельеф и растительность.

При полевых работах выполняют зондировочное бурение скважин (используют бур геолога, торфяной бур, двухдюймовый буровой комплект без обсадки или буровую установку с бензиновым двигателем) в зоне, примыкающей к трассе. Скважины бурят по сетке от 50 ´50 м до 150 ´150 м в зависимости от размеров заболоченной территории. При этом захватывают зону общей шириной примерно 300 м (по 150 м в каждую сторону от оси).

При проходке зондировочных скважин для установления наименования грунтов и приблизительной оценки их физико-механических свойств отбирают пробы через 0,5-1,0 м по глубине. В это же время изучают особенности гидрогеологического режима толщи. Параллельно с зондировочным бурением или непосредственно вслед за ним по той же сетке проводят статическое зондирование толщи с помощью вдавливания конусных наконечников.

По результатам первого этапа представляют:

рекомендации по расположению трассы, исходя из наиболее благоприятных условий пересечения участка с точки зрения строения, рельефа дна и особенностей гидрологического режима слабой толщи;

предварительное определение типа основания;

предварительное заключение о целесообразности или нецелесообразности проработки варианта, предусматривающего использование слабой толщи в качестве основания.

Второй этап обследования назначают в том случае, если в результате первого этапа установлена целесообразность проработки варианта, предусматривающего использование слабой толщи в качестве основания.

На этом этапе бурят зондировочные скважины для каждого из возможных конкурирующих вариантов трассы, положение которых уточнено по результатам первого этапа. Скважины располагают по оси и на поперечниках, захватывая полосу, равную 1,5-2 размерам ширины насыпи понизу.

Расстояние между скважинами по оси трассы принимают примерно 25-50 м в зависимости от протяженности заболоченного участка и особенностей строения слабой толщи. Поперечники подразделяют на основные и промежуточные. На основных проходят пять-семь скважин, на промежуточных всего одну-три.

При проходке скважин отбирают пробы грунтов, через 0,5-1,0 м (но не менее 3 проб из каждого слоя) с нарушенным сложением и определяют основные показатели их состава и состояния в полевой (нестационарной) лаборатории. Параллельно или непосредственно за проходкой производят зондирование слабой толщи конусным наконечником, а также через каждые 0,5 м по глубине толщи испытывают грунты с помощью сдвиго-крыльчатки.

В лаборатории определяют: влажность, содержание органических веществ, степень волокнистости или степень разложения, пределы пластичности, плотность частиц грунта, плотность грунта, ботанический состав и содержание СаСО3.

По результатам испытаний выделяют расчетные слои и определяют расчетные значения основных показателей состава и состояния грунтов, а также значения физико-механических свойств грунтов в пределах каждого слоя. Уточняют границы расчетных участков и определяют тип основания по устойчивости или строительный тип болота, а также устанавливают место расположения расчетных поперечников и границы наиболее неблагоприятных по своим физико-механическим свойствам слоев.

Уточнив предварительный вывод о целесообразности дальнейшей проработки варианта с использованием слабой толщи в качестве основания, осуществляют третий этап обследований.

Третий этап обследований . На этом этапе проводят следующие работы:

при необходимости дополнительную проходку зондировочных скважин и испытание сдвиго-крыльчаткой;

проходку опорных скважин на расчетных поперечниках с отбором монолитов грунта;

лабораторные испытания монолитов;

при необходимости определение динамических характеристик торфяной толщи.

Если основание относится к типу I , то проводят компрессионные и консолидационные испытания. Количество монолитов и их размеры определяют, исходя из того, чтобы для каждого вида испытаний можно было получить не менее шести образцов для каждого расчетного слоя на каждом расчетном участке.

При основаниях II и III типов, кроме компрессионных и консолидационных испытаний, дополнительно проводят исследования на сдвиг грунта из наиболее слабых слоев. Количество монолитов, отбираемых для сдвиговых испытаний, должно обеспечивать возможность получения не менее 9-12 образцов для каждого расчетного слоя на каждом расчетном участке.

Количество взятых монолитов должно быть увеличено на 25 % на случай их порчи при транспортировке, подготовке и проведении испытаний. Исследования на компрессию, консолидацию и сдвиг проводят в стационарных лабораториях по специальным методикам.

6.5. Разведка местных дорожно-строительных материалов

При строительстве, реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог используют притрассовые и базисные месторождения.

К базисным - относят крупные месторождения каменных материалов (песка и камня), для разработки которых организуют длительно действующие карьеры, находящиеся в ведении как дорожных, так и других организаций. Материалы из таких карьеров транспортируют автомобилями, а на дальние расстояния железнодорожным или водным транспортом.

К притрассовым - относят все месторождения, в том числе месторождения грунта для возведения земляного полотна, расположенные в притрассовой полосе и разрабатываемые только в период строительства или реконструкции автомобильной дороги. Материалы из таких карьеров транспортируются преимущественно автомобилями.

По окончании строительства или реконструкции автомобильной дороги крупные притрассовые карьеры при условии их дополнительной разведки и утверждения запасов территориальной или государственной комиссией по запасам могут перейти в категорию базисных.

Цель поисково-разведочных работ - найти и разведать месторождения, содержащие дорожно-строительные материалы, которые удовлетворяют по запасам и качеству потребности строительства или реконструкции дороги, а разработка и транспортировка которых потребует наименьших затрат труда, средств и времени.

Дорожно-строительные материалы подразделяются на две группы: грунтовые строительные материалы и местные строительные материалы.

На отвод земель под разработку месторождений в начале полевых работ необходимо получить принципиальное письменное согласие землепользователей. Принципиальное согласие землепользователей на отвод земель оформляется на крупномасштабном плане расположения месторождения, составленном на основе имеющихся топографических планов и карт масштабов 1:2 000-1:10 000.

На стадии подготовки ОИ (ТЭР) задачу изыскания дренирующих и каменных материалов решают на основе изучения геологической, а также физико- и экономико-географической литературы и фондовых материалов территориальных геологических управлений, плановых, дорожных и изыскательских организаций. При наличии материалов аэрофотосъемки проводят их камеральное инженерно-геологическое дешифрирование и на его основе выявляют участки возможного залегания местных дорожно-строительных материалов.

В связи с тем, что при изысканиях автомобильных дорог на стадии подготовки ОИ применяют полевые методы, на перспективных участках, выявленных по результатам дешифрирования аэрофотоснимков, проводят геолого-поисковые маршруты и делают единичные расчистки, шурфы, канавы и скважины. Из выработок отбирают пробы для лабораторных исследований.

Поисковые работы ведут, как правило, в полосе варьирования трассы автомобильной дороги на ширине до 10 км.

При выявлении перспективных для следующей стадии проектирования базисных месторождений оценивают их запасы по категории С1. Это означает, что предварительно оцененные запасы, условия залегания, форма и распространение полезного ископаемого устанавливают на основе геологических и геофизических данных, подтвержденных вскрытием полезного ископаемого в отдельных точках, либо по аналогии с изученными участками качество полезного ископаемого определяют по единичным пробам и образцам или по данным соседних разведанных участков.

В отдельных случаях при инженерно-геологических изысканиях на стадии разработки ОИ осуществляют обследования эталонных участков с тем, чтобы результаты этих обследований можно было распространить на весь район проложения трассы автомобильной дороги. В этом случае каждый из выбранных эталонных участков обследуют детальнейшим образом, причем притрассовые месторождения и резервы обследуют со степенью детализации, отвечающей подсчету запасов по категории В2.

По результатам проведенных работ составляют отчет, в котором кратко характеризуют геологическое строение района изысканий, указывают зоны распространения геологических комплексов, перспективных с точки зрения наличия дорожно-строительных материалов, приводят сведения о качестве последних, дают общую оценку обеспеченности района изысканий дорожно-строительными материалами. Все эти данные могут быть нанесены на крупномасштабные инженерно-геологические карты в условных обозначениях.

Общий объем разведанных и согласованных запасов дорожно-строительных материалов в рекомендуемой для поиска полосе проложения вариантов трассы автомобильной дороги должен превышать заявленную потребность в 1,5-2,0 раза.

Поисково-разведочные работы на стадии проектирования выполняют в соответствии со СНиП 1.02.07-87 ( СНиП 1.02.07-87. Инженерные изыскания для строительства. - М.: Госстрой СССР, 1988) на основании технического задания главного инженера проекта. В соответствии с техническим заданием главный геолог экспедиции составляет программу работ, в которой указывает состав и объемы работ, методику их проведения, состав исполнителей, определяемый в зависимости от объема работ и сроков их выполнения.

Поиск и разведка месторождений в полосе варьирования трассы выполняется с целью:

поиска месторождений дорожно-строительных материалов при их достаточно близком расположении;

оценки условий распространения, залегания и транспортировки материалов к трассе, запасов и их качества;

выделения наиболее перспективных участков по технико-экономическим показателям.

Разведку месторождений в поисках грунтов для земляного полотна выполняют со степенью детализации, отвечающей подсчету запасов по категории С2. К этой категории относят запасы при соблюдении следующих условий:

контуры месторождений должны быть нанесены по геологическим или геоморфологическим данным и подтверждены отдельными обнажениями или единичными выработками;

проведена привязка к трассе;

выявлены условия залегания, форма тела полезного ископаемого и литологический состав по описаниям отдельных выработок, геофизической разведки и результатам изучения генетических типов грунтов района;

установлена пригодность грунтов для возведения земляного полотна в соответствии с действующими нормами по результатам испытаний единичных проб или по аналогии с другими участками на основании визуального изучения;

гидрогеологические условия месторождения должны быть ориентировочно известны;

горнотехнические условия предварительно выявлены;

разведанные запасы должны превышать заявленную потребность не менее чем в два раза.

Поисково-разведочные работы выполняют в три этапа (периода): подготовительный, полевой и камеральный.

В подготовительный период на основе дешифрирования аэрофотоснимков по составленной предварительной инженерно-геологической карте намечают маршруты поисков, а также предварительную сеть поисково-разведочных выработок и геофизических профилей.

На основе собранных материалов определяют необходимые объемы работ и составляют программу работ и смету.

Перед непосредственным развертыванием полевых работ изучают материалы фондов местных организаций, уточняют сведения о карьерах, выясняют сколько и какие материалы можно получить при разработке карьера.

Поиск и разведку проводят совместно с геологической рекогносцировкой или инженерно-геологической съемкой.

Основной метод поисковых работ - маршрутное геологическое обследование (рекогносцировка). Поисковые работы ведут по долинам рек и берегам озер, имея в виду нахождение залежей песчаного или гравийно-песчаного аллювия на террасах, в русле, сухих дельтах и конусах выноса, а также выходов скальных пород, слагающих цоколи древних террас или обрывы коренных берегов. В области развития ледниковых отложений объектами поисков являются зандровые участки, моренные песчано-гравийные образования и валунные поля. В горных районах - выходы скальных пород в обнажениях и обрывах, глыбовые россыпи и курумы, осыпи, селевые образования, аллювиальные, элювиальные, делювиальные и пролювиальные рыхлые отложения.

Поисковые маршруты по обеспечению материалов для земляного полотна, как правило, намечают в притрассовой 10-и километровой полосе. Поисковые маршруты по разведке материалов для дорожной одежды и укрепительных работ предусматривают по всей полосе варьирования конкурентных вариантов трассы.

Работы на маршрутах включают дешифрирование аэрофотоснимков, описание обнажений и геоморфологических форм, геофизические исследования, проходку, разведочные выработки и их опробование.

Геофизические работы (вертикальное электрозондирование, радиолокация и т.д.) проводят в целях оконтуривания месторождения, определения мощности полезной толщи и вскрышного слоя, установления уровня грунтовых вод.

В последние годы при разведке запасов дорожно-строительных материалов стали широко применять метод подповерхностной радиолокации, основанный на применении георадаров. Грунтовые радары позволяют зондировать карьеры каменных материалов и грунтов на глубину 0,5-50,0 м с разрешающей способностью соответственно 0,05-2,0 м. При этом метод является неразрушающим и экологически чистым.

Георадары позволяют при разведке оконтуривать на местности границы нахождения кондиционных дорожно-строительных материалов, определять размеры вскрышных работ и объемы запасов полезной толщи в карьерах, а также устанавливать положение уровней грунтовых вод.

Перед выполнением полевых георадарных работ изучают всю имеющуюся документацию по обследуемому району (топографические карты, продольные профили дорог, паспорта существующих карьеров), проводят рекогносцировочные работы, по которым устанавливают границы карьеров и намечают створы прохода георадара длиной 200-1000 м, при этом расстояние между маршрутами в поперечном направлении составляет в пределах 50-300 м. По каждому маршруту производят рубку просек шириной 1,0 м и очистку от валежника.

После выполнения радарных работ производят контрольное бурение 1-3 скважины на 2 га площади карьера. По результатам контрольного бурения и шурфования уточняют глубины залегания кровли и подошвы полезной толщи, а также отбирают образцы для лабораторного анализа.

При поиске грунтов для возведения земляного полотна и строительных песков выработки (шурфы, закопушки, скважины) размещают по всей длине маршрута (не менее одной на 1 км).

При поиске месторождений скальных и крупнообломочных пород сеть поисковых выработок, как правило, размешают по контуру перспективного участка и по двум взаимно перпендикулярным разведочным профилям, пересекающимся в центре участка.

На выявленных месторождениях плотность размещения сети разведочных выработок определяют согласно ВСН 182-91 (Нормы на изыскания дорожно-строительных материалов, проектирование и разработку притрассовых карьеров для автодорожного строительства; ВСН 182-91. - М.: СоюздорНИИ, 1992.-141 с.) по табл. 6.8.

Таблица 6.8.

Рекомендуемая плотность разведочных выработок

Тип месторождения

Характеристика месторождения

Среднее расстояние, м, между

маршрутами

выработками по маршрутам

А. Рыхлые обломочные породы

Занимающие значительные площади и характеризующиеся относительно выдержанным строением толщи и составом пород (морские, озерные, зандровые, золовые, пролювиальные, делювий водоразделов и пологих склонов и др.)

200

200

Характеризующиеся сравнительно выдержанными по составу породами; вытянутые в одном направлении аллювиальные отложения речных террас; делювий шлейфов, склонов и др.

150-200

75-100

Характеризующиеся невыдержанностью строения толщ и состава пород; различные отложения (пойм, русел, береговых валов, моренных холмов, конусов выноса, селей и оврагов, сухих дельт, осыпей и др.)

100

50

Б. Скальные и крупнообломочные породы:

Массивные изверженные и метаморфические породы, однородные по составу и трещиностойкости

1-3 выработки

Пласты осадочных пород, залегающие горизонтально или полого падающие

200

100

Толщи изверженных, метаморфических и осадочных пород неоднородного состава; падающие круто пласты осадочных пород; наличие линзообразных тел, валунных полей, глыбовых россыпей и курумов

100

50-100

Все сведения, получаемые в процессе проведения полевых работ, заносят в журнал поисковых маршрутов и обследования месторождения.

Поисково-разведочные работы выполняют специальные отряды (партии) во главе с геологом.

Камеральные работы на стадии проработки вариантов проложения трассы выполняют в полевых условиях. При этом оформляют следующую поисково-разведочную документацию:

программу, откорректированную в ходе полевых работ;

журнал геологической рекогносцировки и поисковых маршрутов;

журналы буровых, горно-проходческих и геофизических работ;

карту фактического материала;

схематические планы месторождений и предварительные результаты подсчета запасов;

геологические и геофизические разрезы в масштабах: горизонтальный - 1:1000, вертикальный - 1:100);

результаты лабораторных испытаний или сведения о качестве материалов, полученные в местных организациях;

схематический план расположения месторождений и действующих карьеров;

материалы предварительных согласований.

После выбора оптимального варианта проложения трассы определяют перечень тяготеющих к выбранному варианту месторождений и карьеров, материалы из которых могут быть использованы при строительстве дороги.

Разведка месторождений дорожно-строительных материалов по выбранному варианту трассы . Детальную разведку месторождений по выбранному варианту трассы производят для окончательного решения вопросов обеспечения строительства грунтом для возведения земляного полотна и материалами для дорожной одежды и укрепительных работ.

Месторождения местных дорожно-строительных материалов разведывают и испытывают со степенью детализации, отвечающей категории В.

Суммарный запас месторождений должен превышать заявленную потребность не менее чем в 1,2 раза.

Топографическую инструментальную съемку месторождений производят в масштабах 1:2 000.

Месторождения грунтов, предназначенных для сооружения земляного полотна, разведывают со степенью детализации, обеспечивающей отнесение запасов к категории С.

Топографическую инструментальную съемку месторождений в поисках грунтов для возведения земляного полотна производят в масштабах 1:2 000-1:5 000, дренирующих грунтов и материалов для дорожной одежды - в масштабах 1:1 000-1:2 000. Месторождения привязывают к пикетажу трассы в точках примыкания к ней подъездных путей.

Детальную разведку месторождений песка и гравия, а также скальных и крупнообломочных пород для дорожной одежды выполняют согласно ВСН 182-91 по табл. 6.9.

При неоднородном составе полезной толщи количество выработок внутри контура может быть увеличено по усмотрению геолога.

Таблица 6.9.

Рекомендуемые расстояния между выработками и маршрутами

Тип месторождения по табл. 1

Среднее расстояние, м, между

разведочными выработками и точками ВЭЗ

точками ВЭЗ

разведочными маршрутами

выработками

А. Рыхлые осадочные породы:  

100

100

100-200

100

50

50

100-250

50-100

50

25

50-100

25-50

Б. Скальные и крупнообломочные породы:

до 10 точек

До 10 точек

5 выработок

5 выработок

100

50

100

50

50

50

50

25-50

Глубину бурения и расчетную мощность полезной толщи определяют по положению прогнозируемого на период разработки уровня грунтовых вод.

В песчаных аллювиальных месторождениях, подлежащих разработке способом гидромеханизации, мощность полезной толщи определяют техническими возможностями земснаряда. При разведке песчаных месторождений в водоемах выделяют участки с минимальным содержанием прослоев глинистых грунтов.

Для обоснования проекта буровзрывных работ по рыхлению скальных грунтов выполняют сейсмические исследования (25 точек на 1 км разведочного маршрута) и проходят опорные выработки по разрешенной сетке.

В районах распространения вечномерзлых пород для сооружения земляного полотна и дорожной одежды следует использовать разрыхленные скальные породы, мерзлые дренирующие грунты, а также глинистые талые или мерзлые грунты, подвергнутые оттаиванию и просушиванию, с выполнением специальных конструктивных и технологических мероприятий.

Месторождения на местности закрепляют по контуру столбами, на которых подписывают наименование организации, проводившей разведку, номер месторождения и год проведения разведочных работ. Устья буровых скважин и геофизических точек отмечают столбами или кольями.

В процессе полевых работ обследуют условия разработки каждого месторождения и транспортировки материалов на трассу. При этом определяют:

площади для разработки;

способы разработки полезного ископаемого;

местоположение площадок для установки оборудования, складирования готовой продукции и размещения отвалов;

источники электроэнергии, а также возможности снабжения карьера необходимыми материалами и водой;

наличие или состояние подъездных путей, объемы ремонтных работ;

потребность в строительстве новых путей;

условия связи месторождения с ближайшей железнодорожной станцией или пристанью.

В процессе изысканий выполняют следующие камеральные работы:

оформляют поисковые и разведочные журналы;

составляют необходимые выкопировки и схемы;

производят предварительный подсчет запасов по каждому месторождению;

составляют ведомости рекомендуемых месторождений грунта для возведения земляного полотна и материалов для дорожной одежды;

готовят материалы согласований по отводу земель, их утверждению, составляют ведомости постоянного и временного отчуждения земель по намеченному варианту трассы.

В камеральный период обрабатывают и оформляют результаты всех полевых и лабораторных работ с составлением пояснительной записки «Строительные материалы инженерного проекта».

Разведочные работы на стадии разработки рабочей документации. На стадии разработки рабочей документации дополнительные разведочные работы проводят в следующих случаях:

по требованию экспертизы и согласующих проект организаций;

при утверждении запасов и заложения базисных карьеров;

при изменении положения трассы или проектной линии;

при превышении срока, установленного от разработки проекта до включения строительства в титульный список;

при целесообразности расширения отдельных месторождений;

при необходимости уточнить качество материалов и получения дополнительных данных;

при необходимости перевода запасов отдельных месторождений в более высокую категорию (например, А).

При дополнительной разведке месторождений строительных материалов для дорожной одежды, разведку и испытание образцов следует производить в объемах, обеспечивающих отнесение запасов к категории А.

Качество материала для каждого блока должно быть охарактеризовано по всем требуемым показателям в соответствии со СНиП 2.02.01-83 ( СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. - М.: Госстрой СССР, 1985) и соответствующими ГОСТами.

Условия разработки месторождения должны быть изучены таким образом, чтобы на планах масштаба 1:1000-1:2000 можно было составить проект его разработки.

При дополнительных разведочных работах сеть выработок может быть более густой и в особо сложных случаях, в частности, при больших уклонах может доходить до 20 м.

6.6. Лабораторные испытания и полевые методы исследования физико-механических свойств грунтов и материалов

Лабораторные исследования грунтов выполняют с целью определения их состава, состояния, физических, механических, химических свойств для выделения классов, групп, подгрупп, типов, видов и разновидностей в соответствии с ГОСТ 25100-95, определения их нормативных и расчетных характеристик, выявления степени однородности грунтов по площади и глубине, выделения инженерно-геологических элементов, прогноза изменения состояния и свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации автомобильных дорог.

Отбор образцов грунтов из горных выработок и естественных обнажений, а также их упаковку, доставку в лабораторию и хранение следует производить в соответствии с ГОСТ 12071-2000 ( ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов).

Виды лабораторных определений физико-механических свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях согласно СП 11-105-97 приведены в табл. 6.10. Выбор вида и состава лабораторных определений характеристик грунтов производят с учетом вида грунта, стадии проектирования, характера сооружения, условий работы грунта, а также прогнозируемых изменений инженерно-геологических условий территории в результате ее освоения.

Таблица 6.10.

Виды лабораторных определений физико-механических свойств грунтов

Лабораторные определения

Грунты

ГОСТы на методы определения свойств грунтов

Скальные

Крупнообломочные

Песчаные

Глинистые

Гранулометрический состав

-

+

+

С

ГОСТ 12536-79

Петрографический состав

С

С

-

-

-

Минеральный состав

-

С

С

С

-

Валовой химический состав

С

-

С

С

-

Суммарное содержание легко- и средне- растворимых солей

С

С

С

С

-

Емкость поглощения и состав обменных катионов

-

-

-

С

-

Относительное содержание органических веществ

-

С

С

С

ГОСТ 23740-79

Природная влажность

с

+

+

+

ГОСТ 5180-84

Плотность

+

+

+

+

ГОСТ 5180-84

Максимальная плотность (стандартное уплотнение)

-

С

С

С

ГОСТ 22733-2002

Плотность в предельно плотном и рыхлом состоянии

-

С

С

-

-

Плотность частиц грунта

-

+

+

+

ГОСТ 5180-84

Границы текучести и раскатывания

-

С

-

+

ГОСТ 5180-84

Угол естественного откоса

-

-

С

-

-

Максимальная молекулярная влагоемкость

-

-

С

С

-

Коэффициент фильтрации

-

-

С

С

ГОСТ 25584-90

Размокаемость

С

-

-

С

-

Растворимость

С

-

-

-

-

Коэффициент выветрелости

С

С

-

-

-

Коррозийная активность

-

-

С

С

-

Компрессионное сжатие

-

С

С

+

ГОСТ 12248-96

Трехосное сжатие

-

С

С

+

ГОСТ 12248-96

Сопротивление срезу (прочность)

-

С

С

+

ГОСТ 12248-96

Сопротивление одноосному сжатию

+

С

-

С

ГОСТ 12248-96

Лабораторные испытания. Общие положения

+

+

+

+

ГОСТ 30416-96

Примечания : «+» - определения выполняются; «-» - определения не выполняются; «С» - определения выполняются по дополнительному заданию.

Лабораторные анализы и испытания выполняют в полевых и стационарных лабораториях. В полевой период выполняют те виды лабораторных анализов грунтов и материалов, которые не требуют использования сложной аппаратуры. В полевой период проводят лабораторные анализы грунтов, в результате которых определяют: гранулометрический состав, консистенцию, естественную влажность, плотность, стандартное уплотнение, коэффициент фильтрации, химический анализ воды на агрессивность и анализ водных вытяжек. В полевых условиях производят испытания физико-механических свойств грунтов в условиях естественного залегания.

Цели и методы полевых исследований свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях согласно СП 11-105-97 сведены в табл. 6.11.


Таблица 6.11.

Цели и методы полевых исследований грунтов

Методы полевых исследований свойств грунтов

Цели полевых исследований свойств грунтов

Изучаемые грунты

ГОСТ на методы исследований

Расчленение геологического разреза и выделение ИГЭ

Определение показателей

Оценка свойств грунтов

Крупнообломочные

Песчаные

Глинистые

Свойств грунтов

Сопротивления грунтов основания свай

Физических

Деформационных

Прочностных

Пространственной изменчивости

Возможности погружения свай и несущей способности

Статическое зондирование

+

+

+

+

+

+

+

-

+

+

ГОСТ 20069-81

Динамическое зондирование

+

+

+

+

-

+

+

-

+

+

ГОСТ 19912-2001

Испытания штампом

-

-

+

-

-

-

-

+

+

+

ГОСТ 20276-99

Испытания прессиометром

-

-

+

-

-

+

-

-

+

+

ГОСТ 20276-99

Испытания на срез целиков грунта

-

-

-

+

-

-

-

+

+

+

ГОСТ 23741-79

Вращательный срез

+

-

-

+

-

+

-

-

-

+

ГОСТ 21719-80

Поступательный срез

+

-

-

+

-

+

-

-

+

+

ГОСТ 21719-80

Испытание эталонной сваей

-

-

-

-

+

-

+

+

+

+

ГОСТ 5686-94

Испытание натурных свай

-

-

-

-

+

-

+

+

+

+

ГОСТ 5686-94

Примечания : «+» - исследования выполняются; «-» - исследования не выполняются.


В стационарных лабораториях производят испытания образцов пород, требующие использования сложного лабораторного оборудования для определения их компрессионных свойств, определения сопротивления сдвигу, а также испытания образцов строительных материалов для определения временного сопротивления сжатию камня, дробимости щебня, износа в полочном барабане гравия и морозостойкости.

6.7. Геофизические методы инженерно-геологических изысканий

Выбор метода геофизических исследований и их комплектование следует проводить в зависимости от решаемых задач и конкретных инженерно-геологических условий в соответствии с табл. 6.12. согласно СП 11-105-97. Геофизические методы исследований оказываются особенно эффективными при изучении неоднородных геологических объектов, когда их геофизические характеристики существенно отличаются друг от друга.

Таблица 6.12.

Методы геофизических исследований

Задачи исследований

Геофизические методы

Основные

Вспомогательные

Определение геологического строения массива

Рельеф кровли скальных и мерзлых грунтов, мощность нескальных и талых перекрывающихся грунтов

Электроразведка методами электропрофилирования (ЭП) и вертикального электрического зондирования по методу кажущихся сопротивлений (ВЭЗ); сейсморазведка методом преломленных (МПВ) и отраженных (МОГВ) волн

ВЭЗ по методу двух составляющих (ВЭЗ МДС); частотное электромагнитное зондирование (ЧЭМЗ); дирольно-электромагнитное профилирование (ДЭМП); метод Отраженных волн ( MOB ); гравиразведка

Расчленение разреза. Установление границ между слоями различного литологического состава и состояния в скальных и дисперсных породах

ВЭЗ; МПВ; различные виды каротажа - акустический, электрический, радиоизотопный

ВЭЗ МДС; ВЭЗ по методу вызванных потенциалов (ВЭЗ ВП); ЧЭМЗ; вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП); непрерывное сейсмоакустическое профилирование на акваториях

Местоположение, глубина залегания и форма локальных неоднородностей

Зоны трещиноватости и тектонических нарушений, оценки их современной активности

ВЭЗ; ВЭЗ МДС; круговое вертикальное зондирование (ВЭЗ); метод естественного поля (ПС); МВП; МОГТ; ВСП; расходометрия; различные виды каротажа; радиокип; газовоэманационная съемка; георадиолокация

ВЭЗ ВП; радиоволновое просвечивание; ДЭМП; магниторазведка; регистрация естественного импульсного - электромагнитного поля земли (ЕИЭМПЗ)

Карстовые полости и подземные выработки

ЭП; ВЭЗ; ВЭЗ ВСП; расходометрия, резистивиметрия, газовоэманационная съемка

МОГТ; сейсмоакустическое просвечивание; радиоволновое просвечивание; гравиразведка; георадиолокация

Погребенные останцы и локальные переуглубления в скальном основании

МОГТ; ВЭЗ; ВЭЗ МДС; ЭП; гравиразведка, магниторазведка; газовоэманационная съемка

ДЭМП; сейсмическое просвечивание; георадиолокация

Льды и сильнольдистые грунты

ЭП; ВЭЗ; ВЭЗ МДС; МПВ; различные виды каротажа

ВЭЗ ВП; ДЭМП; ЧЭМЗ; микромагнитная съемка, гравиразведка

Межмерзлотные воды и талики

ЭП; ВЭЗ МДС; термометрия

ПС; ВЭЗ ВП

Изучение гидрогеологических условий

Глубина залегания уровня подземных вод

МПВ; ВЭЗ

ВЭЗВП

Глубина залегания, мощность линз соленых и пресных вод

ЭП; ЭП МДС; ВЭЗ; резистивиметрия

ВЭЗ МДС; ВЭЗ ВП; ЧЭМЗ; расходометрия

Динамика уровня и температура подземных вод

Стационарные наблюдения ВЭЗ; МПВ; нейтрон-нейтронный каротаж (НН); термометрия

Направление, скорость движения, места разгрузки подземных вод, изменение их состава

Резистивиметрия; расходометрия; метод заряженного тела (МЗТ); ПС; ВЭЗ

Термометрия; спектрометрия

Загрязнение подземных вод

ВЭЗ; резистометрия

ПС

Изучение состава, состояния и свойств грунтов

Скальные: пористость и трещиноватость, статический модуль упругости, модуль деформации, временное сопротивление одноосному сжатию, коэффициент отпора, напряженное состояние

Различные виды каротажа, МПВ; сейсмоакустическое просвечивание; ВСП; лабораторные измерения удельных электрических сопротивлений (УЭС) и скоростей упругих волн

ВЭЗ

Песчаные, глинистые и пылеватые, крупнообломочные: влажность, плотность, пористость, модуль деформации, угол внутреннего трения и сцепление

Различные виды каротажа, ВСП

МПВ; сейсмическое просвечивание; лабораторные измерения УЭС и скоростей упругих волн

Песчаные и глинистые мерзлые: влажность, льдистость, пористость, плотность, временное сопротивление одноосному сжатию

Различные виды каротажа; ВСП; лабораторные измерения УЭС и скоростей упругих волн

ВЭЗ; ВЭЗ МДС

Коррозийная активность грунтов и наличие блуждающих токов

ВЭЗ; ЭП; ПС; лабораторные измерения плотности поляризующего тока; регистрация блуждающих токов

Изменение напряженного состояния и уплотнения грунтов

МП В; ВСП; сейсмическое просвечивание; различные виды каротажа; резистивиметрия в скважинах и водоемах; гравиметрия

Регистрация естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИ-ЭМПЗ); ПС; эманационная съемка

Оползни

МПВ; ЭП; ВЭЗ; различные виды каротажа

ПС; режимные наблюдения акустической эмиссии; магнитные марки; эманационная съемка; ЕИЭМПЗ

Карст

ВЭЗ МДС; ЭП; ПС; МПВ; ОГП; различные виды каротажа; резистивиметрия в скважинах и водоемах; гравиметрия

ВЭЗ; ВЭЗ ВП; МЗТ; эманационная съемка

Изменение мощности слоя оттаивания, температуры и свойств мерзлых грунтов

ВЭЗ; ЭП; МПВ; ВСП; различные виды каротажа

ПС;ЧЭМЗ

Сейсмическое микрорайонирование территории

МПВ; ВСП; гамма-гамма каротаж (ГГ); регистрация слабых землетрясений, взрывов

Регистрация сильных землетрясений, регистрация микросейсмичности, определение характеристик затухания и поглощения сейсмических волн в грунтах

Для обеспечения достоверности и точности интерпретации результатов геофизических исследований измерения проводят на контрольных участках, на которых осуществляют изучение геологической среды с использованием таких работ, как бурение скважин, проходки шурфов, зондирования, с определением характеристик грунтов в полевых и лабораторных условиях.

Все геофизические методы, применяемые в дорожном строительстве, можно разделить на следующие: сейсмоакустические, электроразведочные, радиолокационные, радиоизотопные и другие.

Сейсмоакустические методы основаны на изучении распространения в различных грунтах упругих волн, вызванных взрывами или ударами. Различные грунты характеризуются разной скоростью прохождения сейсмических волн, зависящей от состава, пористости, влажности, структуры и напряженно-деформированного состояния грунта.

Принцип действия метода заключается в следующем: на поверхности земли создается искусственное землетрясение (удар). Сейсмические волны, проходя через разные слои по глубине, испытывают отражение и преломление. Часть падающей волны отражается от отражающей границы и возвращается к дневной поверхности. Фиксируя время t , прошедшее с момента возбуждения упругого сигнала до момента возвращения полезной отраженной волны, и, зная скорость распространения сейсмических волн в грунте и, легко рассчитать глубину залегания опорного горизонта Н:Н = u ´ t /2. Важной характеристикой упругих свойств грунтов является акустическая жесткость g , представляющая собой произведение скорости распространения сейсмических волн в породе u на ее плотность r , то есть g = u ´ r . Отраженные сейсмические волны возникают только на тех границах, которые различаются по акустической жесткости, т.е. при условии, что u 1 ´ r 1 # u 2 ´ r 2 .

Для грунтов, расположенных выше уровня грунтовых вод, скорость прохождения упругих волн не превышает 1200 м/с (почвенные слои 300-900 м/с, плотные глины 600-1200 м/с). Ниже уровня грунтовых вод скорость выше (крупные пески 1000-2000 м/с, глины 1200-1500 м/с и гравий 1500-1800 м/с).

Из оборудования для сейсморазведки наибольший интерес представляет полностью автоматизированная 96-канальная сейсмическая станция "Горизонт", которая позволяет фиксировать информацию в цифровом виде на магнитном носителе. Успешно применяют и передвижную сейсмическую станцию "Поиск-1" на автомобиле ГАЗ-69. ФГУП «Росстройизыскания» успешно провело испытания и подготовило к серийному выпуску сейсморазведочную станцию «Диоген-24».

Инженерная сейсморазведка изучает особенности строения самой верхней части геологического разреза от нескольких метров до глубины 50 м. В связи с чем, сейсмоакустический метод с успехом применяют для выявления оползневых массивов, при исследованиях мощности торфяных отложений и рельефа дна болота, для определения уровня грунтовых вод и обнаружения карстовых полостей, а также для установления мощности многолетнемерзлых грунтов.

Однако применение сейсмоакустического метода для линейных изысканий геологических и гидрогеологических условий трасс автомобильных дорог малоэффективно из-за низкой его производительности, в то время как для небольших и сложных участков трасс (карстовые, оползневые участки и т.д.), а также территории (например, под карьеры, производственные базы или транспортные развязки) площадью 1-2 км2 сейсмоакустический метод может оказаться незаменимым.

Электроразведка . Суть методов электроразведки заключается в том, что а геологической среде с помощью питающих электродов возбуждается постоянное или низкочастотное переменное поле, а с помощью приемных электродов измеряют разность потенциалов в грунтовой среде между приемными электродами. По разности потенциалов, току, размерам установки электродов вычисляют на соответствующей глубине сопротивление грунта, по которому судят и о его виде. Как правило, удельные сопротивления различных видов грунтов сильно отличаются (табл. 6.13), что и позволяет по результатам измерений определять вид грунта.

Таблица 6.13.

Удельные сопротивления различных видов грунтов

Вид грунта или горной породы

Удельное сопротивление, Ом/м

Глины

0,1-10

Суглинки

10-100

Пески водонасыщенные

100-1000

Пески засоленные

0,1-10

Известняки, песчаники, глинистые сланцы

10-1000

Аргиллиты, алевролиты, мергели

10-100

Граниты, сиениты, диабазы, базальты

100-100000

В зависимости от схемы размещения питающих и приемных электродов различают электропрофилирование (изменение геологических слоев по длине трассы в пределах изучаемой толщи) или электрозондирование (геологический разрез по глубине) грунтов.

При изысканиях трасс автомобильных дорог прибегают к методу электрического зондирования. Электрозондирование проводят через 100-300 м по трассе с разносами электродов не свыше 100 м.

Из всех рассмотренных схем электроразведки методом электропрофилирования с заземленными установками (комбинированное, дипольное, симметричное, электропрофилирование методом срединного градиента и т. д.) наиболее производительным и эффективным для изыскания границ участков с различными гидрогеологическими условиями является метод срединного градиента, который позволяет охватывать при измерениях большие площади без переноса питающих электродов. При электропрофилировании методом срединного градиента следует принимать разнос питающих электродов в пределах АВ = 50-100 м, а приемных MN = 1-3 м, что позволяет фиксировать удельное сопротивление грунта до глубины 5-10 м, при выполнении же изыскательских работ в зимний период возникают сложности с забивкой электродов, поэтому в этом случае целесообразно применять методику бесконтактного измерения электрического поля с незаземленной полупетлей или прямоугольной петлей. Для бесконтактных методов электроразведки целесообразно использовать аппаратуру ЭРА-625. Область применения бесконтактного метода такая же, как и у контактного метода срединного градиента.

Тем не менее и электроразведка может быть рационально использована на участках местности с небольшой площадью до 1-2 км2 при изысканиях границ карьеров дорожно-строительных материалов, карстовых полостей, линз вечномерзлых грунтов, границ болотистых участков и обследовании площадок под производственные базы. При этом сначала методом электропрофилирования определяют в плане либо контуры полезной толщи в карьерах, либо границы смены подстилающих грунтов, а затем методом электрозондирования устанавливают геологические сечения в интересующих точках и разрезах.

Из электроразведочных приборов наибольший интерес представляют: автокомпенсатор электроразведочный АЭ-72 (электрозондирование и электропрофилирование при постоянном токе), аппаратура низкой частоты АНЧ-3 (для низкочастотного электрозондирования и электропрофилирования) и электроразведочная станция "Енисей" на автомобиле УАЗ. В полевых условиях аппаратура низкой частоты АНЧ-3, состоящая из стационарного и переносного генераторов, а также избирательного микровольтметра, показала себя достаточно стабильной к колебаниям влажности и температуры.

Из зарубежного опыта можно отметить выполнение электроразведочных работ с помощью переносного резистометра SYSCAL R 1 (табл. 6.14) французской фирмы IRIS INSTRUMENTS. Французский резистомер положительно отличает возможность хранения сведений непосредственно в памяти прибора, а встроенная в нем подзаряжающаяся аккумуляторная батарея позволяет на протяжении нескольких дней производить до 1000 считываний по 10 сек каждое.

Таблица 6.14.

 Электроразведочные аппараты низкой частоты

Техническая характеристика прибора

Наименование аппаратуры

АНЧ-3

SYSCAL R 1

Рабочая частота, Гц

Максимальная мощность генератора, Вт:

стационарного

переносного

Максимальный ток генератора, А:

стационарного

переносного

Максимальное напряжение генератора, В:

стационарного

переносного

Нестабильность фиксированного значения тока, %

Измеряемое микровольтметром напряжение (разрешающая способность), мкВ

Погрешность измерения напряжения, %

Масса генератора, кг:

стационарного

переносного

Масса микровольтметра, кг

4,88

300

30

2

0,1

350

250

1

10-30000

3

10

6

3,5

-

-

50

-

1

-

200-400

1

1000

1

-

9,5

-

Радиолокационные методы . Суть радиолокационных методов (чаще всего применяют - подповерхностная радиолокация) заключается в том, что радиолокационное устройство (георадар) при помощи антенны излучает электромагнитные волны, которые, распространяясь в грунте, отражаются от многочисленных границ пород с различными электрофизическими свойствами. Определенная часть энергии электромагнитной волны отражается, остальная часть, преломляясь, распространяется глубже до следующего отражающего горизонта, где происходит новый процесс отражения и преломления. Через некоторые промежутки времени начинают приходить сигналы, отраженные от границ геологических слоев. По скорости распространения сигнала и устанавливают тип грунтов, глубину заложения тех или иных геологических слоев и фиксируют глубину залегания уровня грунтовых вод.

Сам георадар состоит из антенно-передающего, антенно-приемного модулей, блоков управления, отображения и регистрации. Антенно-передающие и антенно-приемные модули в процессе работы устанавливают на устройства передвижения и перемешаются по поверхности грунта по маршруту движения транспортного средства. Модули соединены с блоками управления, отображения и регистрации.

Вычислительный комплекс георадара построен на базе персонального компьютера. Регистрация информации осуществляется на магнитном носителе, визуальное отображение - на экране монитора с цветной индикацией радарограммы.

Ведущими зарубежными фирмами, занимающимися производством георадаров, являются GSSI (Нью Гемпшир , США ), Sensor and Software Inc. ( Канада ), Era Technology ( Великобритания ), Mala ( Швеция ), Radar Systems ( Латвия ), OYO софогаПоп (Zondas) и Geozondas ( Литва ).

Компания GSSI выпускает георадары с маркировкой Sir systems с модификациями Sir systems -2, -2Р, -3, 3 R , 3 I , -10А, -10Н, -10В, 2000 и т.д.

Компания Sensor and Software производит новейшие георадарные системы ЕККО и Noggin различных модификаций.

Компания Radar Systems производит георадары «Зонд» различных модификаций. В настоящее время она выпускает георадар «Зонд-12С» с набором различных антенных блоков.

В России георадары «ЗОНД», «ГЕОН» и «ОКО» производит ООО «Логические системы» совместно с НИИ приборостроения (г. Жуковский), георадары «Грот» - НПО «Инфизприбор» (г. Троицк), георадары «Лоза» - институт механизированного инструмента ВНИИСМИ и георадары «Локас-2» - Правдинский завод радиорелейной аппаратуры.

Технические характеристики георадаров «ОКО», разработчики ООО «Логические системы» и НИИ приборостроения г. Жуковский сведены в табл. 6.15, георадаров «Грот» - в табл. 6.16, георадаров « Sirsystems » - в табл. 6.17, георадара «Зонд-12С» - табл. 6.18.

Таблица 6.15.

Технические характеристики георадаров «ОКО»

Антенный блок

Параметры георадара

Центральная частота, МГц

Глубина зондирования, м

Разрешающая способность, м

АБД

25-100

30

0,5-2,0

АБ-150

150

12

0,35

АБ-250

250

8

0,25

АБ-400

400

5

0,17

АБ-500

500

4

0,12

АБ-700

700

3

0,1

АБ-900

900

2

0,07

АБ-1200

1200

1

0,05

Таблица 6.16.

Технические характеристики георадаров «Грот»

Характеристики среды

Глубина зондирования, м

Разрешение по глубине, м

Разрешение по горизонтали, м

Пресноводный лед

250

0,1

0,5

Известняк

>60

0,1

0,5

Сухой песок

>50

0,1

0.5

Влажный песок

25

0,1

0.5

Глина

8

0,1

0.5

Таблица 6.17.

Технические характеристики георадаров « Sir systems»

Модель

Глубина зондирования, м

Центральная частота, МГц

Габариты, см

Вес, кг

5100

до 0.50

1500

3,8 ´ 10 ´ 16,5

1,8

4108

до 1

1000

60 ´ 22 ´ 19

5,0

3101 D

до 1

900

8 ´ 18 ´ 33

2,3

5103

до 3

400

30 ´ 30 ´ 20

4,6

5106

до 9

200

60 ´ 60 ´ 30

20

3207АР

до 15

100

25 ´ 96 ´ 200

28

Suberho -70

до 25

70

120 ´ 15 ´ 26

4

Suberho -40

до 35

40

200 ´ 15 ´ 26

5

3200 MLF

до 40

16,20,35,40,80

120-600

17-25

Таблица 6.18.

 Технические характеристики георадаров «Зонд-12С»

Антенная система

Размеры, см

Вес, кг

2000 МГц

27 ´ 13 ´ 13

1,5

1000 МГц

30 ´ 20 ´ 17

4,0

900 МГц

43 ´ 22 ´ 4

2

500 МГц

69 ´ 32 ´ 4

4

300 МГц

98 ´ 52 ´ 4

10

28-150

-

3-6

Достоинствами применения георадаров в инженерно-геологических изысканиях являются: универсальность, позволяющая определять георадарами загрязнение почв, поиск карстовых воронок и пустот под автомобильными и железными дорогами, обнаружение пластиковых и металлических труб, кабелей и других объектов коммунального хозяйства, определение утечек из нефте- и водопроводов, установление границ залежей полезных ископаемых, определение мест захоронения экологически опасных отходов и т.д.;

высокая производительность работ, достигающая в трудных условиях грунтово-гидрогеологических изысканий автомобильных дорог (залесенные участки, пересеченная местность и т.д.) до 3 км в смену, а в легких условиях (открытая местность, равнинные участки и т.д.) до 30 км в смену;

практически доступный диапазон частот 15-2500 МГц соответственно для глубин зондирования 1-40 м, незначительная потребляемая мощность 4-36 Вт;

небольшая численность обслуживающего персонала, составляющая в зависимости от условий местности 1-3 человек;

большая разрешающая способность (фиксируется малая мощность геологических слоев толщиной 4-8 см) и малая погрешность при выполнении измерений, не превышающая 3%;

возможность применения георадаров как в зимнее, так и в летнее время практически при любых погодно-климатических условиях (диапазон температур от -30 до +50 °С), на любых грунтах (ледники, торфы, пески, глины и т.д.);

малая масса и относительно небольшие габариты приборов, которые обусловливают большую маневренность в случае использования георадаров при ручной транспортировке, а также совместно с вездеходами или малогабаритными автомобилями;

представление полученной информации в цифровом (электронном) виде.

Метод подповерхностной радиолокации является наиболее приемлемым для геологической и гидрологической разведки трасс автомобильных дорог, но в то же время он может быть использован и на небольших территориях для обследований точечных объектов.

Радиоизотопные методы . Принцип действия радиоизотопных экспресс-методов заключается в излучении на заданных грунтовых горизонтах быстрых нейтронов или гамма-квантов и регистрации потоков медленных нейтронов или рассеянных гамма-квантов, образующихся в результате взаимодействия с электронами атомов вещества среды.

Радиоизотопные приборы позволяют определять на различных глубинах изменение влажности (например, поверхностно-глубинный влагомер ВПГР-1) и плотности (например, поверхностно-глубинный плотномер ППГР-1) песчаных и глинистых грунтов в полевых условиях, а также измерять одновременно плотность и влажность грунтов (например, влагоплотномер РВПП-1).

Работа ВГПР-1 основана на зависимости потока медленных нейтронов от объемного содержания в почвах и грунтах водорода, входящего преимущественно в состав воды. При этом поток медленных нейтронов является результатом упругого рассеяния потока быстрых нейтронов ядрами водорода контролируемой среды. В качестве источника быстрых нейтронов используется плутониево-бериллевый источник, а детектора медленных нейтронов - высокоэффективный гелиевый газоразрядный счетчик. Переход от количества зарегистрированных в единицу времени электрических импульсов к влажности контролируемой среды осуществляется при помощи градуировочного графика.

Основные технические характеристики нейтронных влагомеров приведены в табл. 6.19.

Таблица 6.19.

Технические характеристики нейтронных влагомеров

Тип влагомера

Основная погрешность прибора, % объемной влажности

Схема измерений

ВПГР-1

1-100

Не более 2,5 % (в диапазоне 1-50 %);

не более 4,0 % (в диапазоне 50-100 %)

Глубинная

УР-70

3-100

Не более 2,5 % (в диапазоне 3-50 %);

Не более 4 % (в диапазоне 50-100 %)

Глубинная

Работа ППГР-1 основана на зависимости потока рассеянных гамма-квантов от плотности грунта. Так вокруг источника гамма-излучения, помещенного в почву или грунт, образуется "облако" рассеянных гамма-квантов, как результат комптоновского взаимодействия с электронами атомов вещества среды, причем количественно такое взаимодействие определяется плотностью вещества контролируемой среды. В приборе использован источник гамма-излучения с изотопом цезий. В качестве детектора гамма-излучения применен монокристалл NaJ в блоке с электронным фотоумножителем. Плотность грунта определяется по количеству зарегистрированных в единицу времени электрических импульсов также при помощи градуировочного графика.

Основные технические характеристики радиоизотопных плотномеров приведены в табл. 6.20.

Таблица 6.20.

Технические характеристики радиоизотопных плотномеров

Тип плотномера

Диапазон измерений, кг/м3

Основная погрешность прибора, кг/м3

Схема измерений

ППГР-1

600-2500

50

Глубинная, поверхностная

УР-70

800-2500

50

Глубинная

РПП-2

1000-25000

40

Поверхностная комбинированная

РПП-1

500-1500

30

Поверхностная

Приборы, которые позволяют измерять одновременно плотность и влажность грунтов, получили название влагоплотномеры. Их основные технические характеристики представлены в табл. 6.21.

Таблица 6.21.

Основные технические характеристики влагоплотномеров

Тип влагоплотномера

Диапазон измерений

Основная погрешность

Схема измерений

Влажности, %

Плотности, кг/м3

Влажности, %

Плотности, %, кг/м3

Влажности

Плотности

РВПП-1

1-30

1000-2500

2,5

3,0%

поверхностная

Поверхностная, комбинированная

МАК-80

0-60

1400-2300

2,0 (в диапазоне 1-25 %);

5,0 (в диапазоне 25-60 %)

50,0 кг/м3

Глубинная

ПИКА-14

1-100

800-2400

2,5

50,0 кг/м3

Глубинная

ЛСК-1К

2-100

800-2500

3,0

3 % при доверительной вероятности 0,95

Глубинная

Из зарубежного оборудования известен гаммаденсиметр МС-3 фирмы VECTRA (Франция), который дает точные данные о плотности и влажности грунтов и строительных материалов на глубине 20-30 см. В прибор встроены два источника радиоактивности: цезий 137 ( Cs 137) для измерения плотности и америций 241-бериллий ( Am 241- Be ) для измерения влажности.

Однако наряду с высокой точностью и стабильностью в работе при применении радиоизотопных приборов, сдерживающими факторами являются обязательное предварительное бурение скважин для последующего зондирования и укладки в них обсадных труб, а также невозможность выполнения измерений на глубинах ниже уровня грунтовых вод.

На основе обобщения вышеизложенного материала можно заключить, что существующие геофизические методы и аппаратура позволяют получать исходную информацию для достоверного описания геологических и гидрогеологических условий местности. При использовании современных геофизических приборов можно сократить трудозатраты на инженерные геологические и гидрогеологические изыскания (например, участка автомобильной дороги протяжением 10 км до 100 чел.-смен), но в то же время получить исходную информацию в широкой полосе варьирования трассы, значительно превышающей ширину полосы отвода.

6.8. Камеральная обработка и представляемые материалы

Камеральную обработку полученных материалов осуществляют в процессе производства полевых работ (текущую, предварительную), а после их завершения и выполнения лабораторных исследований - окончательную камеральную обработку и составление технического отчета или заключения о результатах инженерно-геологических изысканий.

Текущую обработку материалов необходимо производить с целью обеспечения контроля за полнотой и качеством инженерно-геологических работ и своевременной корректировки программы изысканий в зависимости от получаемых промежуточных результатов изыскательских работ.

В процессе текущей обработки материалов изысканий осуществляют систематизацию записей маршрутных наблюдений, просмотр и проверку описаний горных выработок, разрезов естественных и искусственных обнажений, составление графиков обработки полевых исследований грунтов, каталогов и ведомостей горных выработок, образцов грунтов и проб воды для лабораторных исследований, увязку между собой результатов отдельных видов инженерно-геологических работ (геофизических, горных, полевых исследований грунтов и др.), составление колонок горных выработок, предварительных инженерно-геологических и гидрогеологических карт и пояснительных записок к ним.

В результате полевой камеральной обработки представляют:

полевую пояснительную записку с указанием объема выполненных работ, кратким описанием инженерно-геологических условий строительства проектируемой дороги, предварительными рекомендациями по обеспечению устойчивости земляного полотна на отдельных неблагоприятных участках (болота, оползни, карсты и т.д.);

ведомость полевых лабораторных испытаний грунтов и анализов воды;

графики пенетрационных испытаний грунтов;

ведомости образцов грунтов, направляемых в стационарную лабораторию;

планы топографической съемки с нанесенными выработками отдельных сложных мест индивидуального проектирования, а также характерные геолого-литологические разрезы;

планы и предварительные геолого-литологические разрезы мостовых переходов;

продольные грунтовые профили по трассам вариантов или по выбранному варианту;

предварительную инженерно-геологическую карту полосы варьирования с нанесением выявленных месторождений строительных материалов и резервов грунтов;

цифровую модель геологии и гидрогеологии в полосе варьирования трассы;

полевые журналы, колонки скважин, фотоснимки и видеоматериалы.

При окончательной камеральной обработке производят уточнение и доработку представленных предварительных материалов (в основном по результатам лабораторных исследований грунтов и проб подземных и поверхностных вод), оформление текстовых и графических приложений и составление текста технического отчета о результатах инженерно-геологических изысканий, содержащего все необходимые сведения и данные об изучении, оценке и прогнозе возможных изменений инженерно-геологических условий, а также рекомендации по проектированию и проведению строительных работ в соответствии с требованиями СНиП 11-02-96, предъявляемыми к материалам инженерных изысканий для строительства на соответствующем этапе разработки документации. Наряду с вышеперечисленным, представляют уточненный продольный профиль по трассе, инженерно-геологические паспорта мест индивидуального проектирования земляного полотна, мостовых переходов и путепроводов, строительных площадок, месторождений строительных материалов и грунтов, намеченных к использованию, а также цифровые и математические модели геологических и гидрогеологических условий местности под строительство.

При графическом оформлении инженерно-геологических карт, разрезов и колонок условные обозначения элементов геоморфологии, гидрогеологии, тектоники, залегания слоев грунтов, а также обозначения видов грунтов и их литологических особенностей следует принимать в соответствии с ГОСТ 21.302-96 ( ГОСТ 21.302-96. Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям).

ГЛАВА 7. ИНЖЕНЕРНО-ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТОВ

7.1. Состав инженерно-гидрометеорологического обоснования проектов

Основными задачами инженерно-гидрометеорологических обоснований проектов являются:

определение характеристик гидрометеорологических условий района изысканий для выбора трассы автомобильной дороги; обоснование выбора типа переходов через водотоки;

обоснование количества и местоположения водопропускных сооружений;

подготовка исходных данных для обоснования генеральных размеров водопропускных сооружений на водотоках, подходов к ним, регуляционных и укрепительных сооружений, а также для проектирования системы поверхностного водоотвода.

В состав работ, выполняемых при инженерно-гидрометеорологических обоснованиях проектов автомобильных дорог и мостовых переходов, входят:

сбор, анализ и обобщение данных о гидрометеорологических условиях района проектирования на основе картографических, фондовых, архивных, литературных данных и материалов изысканий прошлых лет;

инженерно-гидрологическое обследование малых водосборов, пересекаемых трассой дороги, для проектирования малых водопропускных сооружений;

инженерно-гидрологическое обследование пересекаемых средних и больших водотоков для проектирования мостовых переходов;

обследование существующих водопропускных сооружений, расположенных вблизи проектируемых;

камеральная обработка материалов полевых инженерно-гидрометеорологических обследований;

гидрологические расчеты малых водопропускных сооружений;

гидравлические расчеты малых водопропускных сооружений;

гидравлические расчеты отверстий малых мостов;

гидрологические расчеты мостовых переходов;

морфометрические расчеты мостовых переходов;

гидравлические и русловые расчеты, обосновывающие генеральные размеры сооружений мостовых переходов;

подготовка отчетной документации.

В зависимости от типа дорожного сооружения и его конструкции различают следующие виды инженерно-гидрометеорологических обоснований.

Гидрометеорологическое обоснование малых водопропускных сооружений (труб, малых мостов, переливаемых и фильтрующих сооружений и т.д.) заключается, главным образом, в определении максимальных (расчетных) расходов и объемов стока ливневых и талых вод.

Гидрометеорологическое обоснование мостовых переходов сводится к определению следующих основных характеристик водотока: характерных расчетных уровней (высокой воды - РУВВр%, наинизшей межени - НУВМ, высокого ледохода - РУВЛ, низкого ледохода - РУНЛ, уровня первой подвижки льда (УППЛ), судоходного - РСУ и т.д.); расчетных расходов воды - Qp % ; уклонов свободной поверхности - I б ; скоростей течения на поймах и в русле V пб и V рб ; распределение расхода между руслом и поймами -  данных о ледовом, ветровом и волновом режимах, карчеходе, русловом процессе, судоходстве и т.д.

Гидрометеорологическое обоснование земляного полотна автомобильных дорог на не подтопляемых участках местности заключается, главным образом, в определении господствующего направления ветров и ожидаемой (расчетной) толщины снегового покрова. Конструкцию земляного полотна на подтопляемых участках назначают на основании данных о расчетных уровнях воды (с учетом подпора), скоростях течения, волнобое, ледоходе и карчеходе.

Гидрометеорологическое обоснование системы поверхностного водоотвода автомобильных дорог заключается, главным образом, в определении максимального стока ливневых вод с поверхности полотна дороги и прилегающих с верховой стороны участков местности.

Морфометрические, гидравлические и русловые расчеты генеральных размеров различных типов Дорожных сооружений рассмотрены в соответствующих разделах Справочной энциклопедии.

7.2. Технология инженерно-гидрометеорологических изысканий

Инженерно-гидрологические изыскания для разработки проектов автомобильных дорог и мостовых переходов осуществляют в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. Инженерно-гидрологические изыскания проводят с учетом наличия и размещения сети опорных станций и постов гидрометеослужбы России с использованием материалов многолетних наблюдений.

В подготовительный период инженерно-гидрологических изысканий выполняют следующие работы:

изучают, анализируют и обобщают материалы гидрометеорологических изысканий, выполненных на предшествующих стадиях проектирования;

осуществляют сбор, систематизацию и обработку материалов многолетних наблюдений Гидрометеослужбы России по станциям и водомерным постам в районе проектирования объекта, которые могут быть привлечены для его гидрометеорологического обоснования. Сбору и обработке подлежат результаты многолетних наблюдений за характерными уровнями, расходами воды, скоростями течения, продольными уклонами свободной поверхности, расходами руслоформирующих наносов, толщинами снега и льда, осадками за различные интервалы времени, скоростями и направлениями ветров, ходом температур воздуха;

осуществляют изучение района изысканий на основе картографических, фондовых, литературных и архивных данных, а также материалов изысканий прошлых лет, выполненных другими организациями.

В процессе изучения этих материалов должны быть собраны сведения: о геоморфологических особенностях района изысканий; гидрологических, метеорологических условиях и размерах существующих водопропускных и других гидротехнических сооружений, характеристике и условиях судоходства и сплава, сети станций и постов Гидрометеослужбы России в районе изысканий. На основе изучения собранных материалов составляют задание и программу выполнения инженерно-гидрологических изысканий.

Состав и технология полевых инженерно-гидрологических изысканий несколько различны при традиционном и автоматизированном проектировании. Эти различия связаны, прежде всего, с объемом собираемой в поле информации и используемыми для этих целей техническими средствами. Если при традиционном проектировании сбор гидрометеорологической информации приурочен к конкретной трассе или створу (створам), то при автоматизированном проектировании в период изысканий положение трассы или конкретных створов перехода еще не известно и гидрометеорологическая информация должна быть собрана в пределах полосы размещения (варьирования) конкурентных вариантов трассы. Это обстоятельство накладывает определенные особенности на технологию и используемые технические средства сбора информации.

Однако независимо от принятой в каждом конкретном случае технологии проектно-изыскательских работ, в полевой период надлежит выполнять следующие работы:

рекогносцировочные обследования вдоль оси предполагаемой трассы либо в пределах полосы варьирования. Рекогносцировочные обследования могут быть наземными и аэровизуальными. Использование аэровизуальных обследований является обязательным при изысканиях на полосе варьирования для системного автоматизированного проектирования. Основными задачами рекогносцировочных обследований является выбор пригодных мест перехода через большие водотоки и выбор конкурентных направлений трассы с учетом гидрометеорологических особенностей района изысканий либо уточнение границ полосы варьирования при автоматизированном проектировании. В результате рекогносцировочных обследований уточняют программу и состав полевых работ;

обследование малых водосборов по всем вариантам трассы на пересечениях водотоков. При системном автоматизированном проектировании большую часть необходимой информации о водосборах получают камеральным путем с использованием аэрофотоснимков, крупномасштабных планов и цифровых моделей местности (ЦММ) на полосе варьирования. Комплекс работ, выполняемых на этой стадии, следующий: установление мест пересечений логов и малых водотоков; определение положений водоразделов и геоморфологических характеристик бассейнов; морфометрические работы; определение высоких уровней паводков прошлых лет; определение уклонов логов на расстоянии размеров ожидаемого распространения пруда и уклонов свободной поверхности на малых водотоках; определение характеристик ледохода, карчехода и образования наледей; определение характеристик формирования максимального стока на малых водосборах (залесенности, заболоченности, озерности, почвенно-грунтовых условий, искусственной зарегулированности и т.д.); выполнение топографических съемок для проектирования малых водопропускных сооружений; выявление ожидаемых изменений гидрологических и гидравлических условий в течение расчетного срока службы сооружений в результате антропогенных изменений характеристик водосборов; обследование существующих искусственных сооружений;

гидрологические обследования больших и средних водотоков. В ходе изысканий больших и средних мостовых переходов через водотоки выполняют следующий комплекс полевых работ: установление рациональных вариантов трассы мостовых переходов с учетом судоходства, лесосплава, ледохода и карчехода; разбивку и съемку морфостворов и гидростворов, размещаемых, как правило, по оси перехода; проведение краткосрочных водомерных наблюдений для установления связи уровней по оси перехода с опорным водомерным постом с длительным периодом непрерывных наблюдений; измерение уклонов свободной поверхности, скоростей течения и расходов; определение уровней исторических паводков по следам на местности и путем опроса старожилов; сбор данных по судоходству, лесосплаву, волнообразованию, ледоходу и карчеходу; сбор данных по характеристикам руслового процесса; выполнение топографических и русловых съемок для проектирования подходов, мостов, регуляционных и укрепительных сооружений; выявление ожидаемых изменений гидрологических, гидравлических и русловых условий в течение расчетного срока службы мостового перехода; обследование существующих искусственных сооружений, расположенных вблизи проектируемого мостового перехода.

Следует иметь в виду, что при системном автоматизированном проектировании гидрометеорологическую информацию о больших и средних водотоках собирают в переделах довольно широкой полосы варьирования при отсутствии конкретных створов перехода. Поэтому в таких случаях обязательным является использование высокопроизводительных и точных методов сбора информации: аэрокосмических съемок различного назначения; методов аэрогидрометрии; наземной стереофотограмметрии; электронной тахеометрии; цифровой фотограмметрии; лазерного сканирования; наземно-космических съемок с использованием систем спутниковой навигации « GPS », ультразвукового эхолотирования и т.д.

В камеральный период выполняют следующий комплекс работ:

обработка результатов обследования малых водосборов;

подготовка крупномасштабных планов и ЦММ малых водосборов;

определение расчетных максимальных расходов и объемов стока ливневых и талых вод, а при автоматизированном проектировании - расчетных гидрографов стока;

обработка материалов водомерных, морфометрических и гидрометрических работ с построением водомерных графиков, кривых связей уровней и расходов, продольных профилей реки, морфостворов, кривых скоростей и расходов, планов течений и траекторий судов и т.д.;

определение характерных уровней воды и расходов расчетной вероятности превышения;

определение характеристик судоходства, лесосплава, ледохода и карчехода;

определение характеристик руслового процесса (тип руслового процесса, количественные показатели, измеренные расходы наносов и т.д.);

обработка результатов обследований существующих искусственных сооружений;

подготовка крупномасштабных планов и ЦММ при автоматизированном проектировании.

7.3. Морфометрические работы

При изысканиях мостовых переходов выполняют, как правило, морфометрические работы, дополняя их в необходимых случаях данными гидрометрических работ. Морфометрические работы обычно выполняют в межпаводочный период. На основании морфометрических работ определяют количественные соотношения между морфометрическими и гидравлическими характеристиками русла и пойм, а также другие необходимые для проектирования данные.

Морфометрические работы служат для определения гидрологического режима водотоков и русловых характеристик и включают в себя:

выбор и съемку морфостворов; определение характерных уровней, скоростей течения и расходов воды;

построение продольного профиля реки;

определение типа руслового процесса и его расчетных параметров;

обследование существующих водопропускных сооружений и получение гидрологических данных о водотоке.

Предварительно морфостворы выбирают по крупномасштабным картам или аэрокосмическим снимкам, располагая их нормально к предполагаемому направлению руслового и пойменных потоков. Для этого в ряде случаев назначают ломаные створы.

На обследуемом участке водотока морфостворы разбивают с целью решения следующих задач:

определения распределения расчетного расхода между элементами речной долины (рустом и поймами);

определения уровней, скоростей течения и расходов воды;,

построения интегральных кривых расходов при расчетах групповых отверстий;

построения профиля свободной поверхности потока при уровне расчетной вероятности превышения.

Во всех случаях главным является морфоствор, расположенный непосредственно в месте перехода. Дополнительные морфостворы (если они необходимы) размещают выше и ниже оси перехода.

Морфостворы при изысканиях больших мостовых переходов снимают, выполняя обычный комплекс полевых геодезических работ при линейных изысканиях: вешение морфоствора, закрепление, разбивка пикетажа, двойное нивелирование и т.д., с привязкой в плановом и высотном отношении к трассе мостового перехода.

Морфостворы на средних и малых мостовых переходах обычно снимают теодолитами методом тригонометрического нивелирования и привязывают в плановом и высотном отношениях к трассе мостового перехода. При автоматизированном проектировании морфостворы обычно снимают методами аэрокосмической либо наземной фотограмметрии, а также наземно-космическими методами с использованием систем спутниковой навигации « GPS ».

Границами размещения морфостворов являются высоты (отметки) земли, превышающие на 1-3 м наивысшие расчетные уровни воды.

При съемках морфостворов снимают прилегающую ситуацию по 100 м в каждую сторону от оси с описанием ситуационно-морфологических особенностей строения русел и пойм, выделяя: пойменные озера, староречья, протоки и т.д.; характеристики пойменной растительности; характеристики грунтов, слагающих русло и поймы; границы участков морфоствора с различными гидравлическими сопротивлениями.

Расчеты морфостворов выполняют в соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 16.3. Образец оформления профиля морфоствора представлен на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Профиль морфоствора

Характерные уровни воды в месте перехода устанавливают по данным многолетних наблюдений на ближайших к оси перехода водомерных постах Гидрометеослужбы России с перенесением их на ось перехода по кривым связи водомерных постов, по уклонам свободной поверхности потока, методом аналогии, опросом старожилов и по следам на местности. Наиболее надежными являются данные многолетних наблюдений за уровнями и расходами на водомерных постах Гидрометеослужбы России, перенос которых на ось перехода осуществляют с использованием кривых связей соответственных уровней и расходов, построенных по результатам краткосрочных водомерных наблюдений и измерений уровней, скоростей и расходов воды по оси главного морфоствора, выполняемых в период изысканий.

Уровни высокой воды УВВ прошедших выдающихся паводков устанавливают также по данным опроса старожилов, охватывая возможно большее их число на обеих берегах реки, выбирая надежные места показаний высоких уровней: стены домов, ступени крылец, колодцы, бани, погреба, отдельно стоящие деревья и т.д. При отсутствии населенного пункта вблизи мостового перехода, а также в сомнительных случаях уровни высоких паводков определяют по следам на местности, к которым относят: наносник (обломки тростника, пучки трав, ветки, ил и т.д.) на стволах и ветвях деревьев; отложения наносов или следы нефти; следы «загара» на скальных берегах; следы подмыва крутых берегов; границы распространения пойменной растительности и т.д.

Точки уровней высокой воды УВВ, показанные старожилами и установленные по следам на местности, фиксируют соответствующими знаками и привязывают в высотном и плановом отношении к оси мостового перехода. При этом крайне важным является установление даты (года) прохода соответствующего выдающегося паводка.

Чтобы определить уклоны свободной поверхности, необходимые при выполнении морфометрических расчетов, снимают продольный профиль по руслу реки. Для этой цели:

снимают продольный профиль реки по урезным кольям в русле. При изысканиях в период паводков профиль свободной поверхности снимают несколько раз при различных уровнях на разных фазах паводка (на подъеме, на пике и на спаде паводка);

промеряют глубины по фарватеру;

определяют высоты (отметки) бровок берегов и пониженных участков современных прирусловых валов;

на продольный профиль наносят: линии свободной поверхности и берегов; точки УВВ, установленные по данным опроса старожилов и по следам на местности; положение створа перехода, морфостворов. водопостов и существующих искусственных сооружений; линию свободной поверхности по точкам УВВ.

Протяженность съемки продольного профиля реки устанавливают, руководствуясь следующими соображениями: необходимостью охвата нескольких плесов и перекатов в зависимости от размера водотока; возможностью включения опорных водомерных постов Гидрометеослужбы России и существующих искусственных сооружений при относительно близком их расположении к оси мостового перехода; возможностью учета подпора от материнской реки, либо заторных уровней, приуроченных к определенным участкам русла; необходимостью охвата точек УВВ, зафиксированным по данным опроса старожилов или по следам на местности и т.д.

Пример оформления продольного профиля реки представлен на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Продольный профиль реки

Тип руслового процесса и его расчетные параметры устанавливают на основе морфометрического обследования русел и пойм рек, данных русловых съемок, материалов аэросъемок, топографических планов и карт, а также лоцманских карт за разные годы.

Целью морфометрического обследования существующих сооружений (малых мостов и труб, мостовых переходов, некапитальных плотин, переходов коммуникаций и т.д.) являются: учет при проектировании опыта эксплуатации существующих мостовых переходов; учет взаимодействия проектируемого и существующих сооружений при близком их расположении; оценка вредного влияния проектируемого сооружения на другие сооружения и объекты (например, оценка возможного размыва попадающих в зону влияния проектируемого мостового перехода существующих переходов коммуникаций; учет экстремальных расчетных Условий при проектировании (например, учет последствий прорыва расположенной выше перехода плотины некапитального типа); сбор дополнительных данных о гидрологическом режиме водотока, природных Деформациях русел, а также данных об общих и местных размывах под существующими мостами и т.д.

Морфометрические обследования существующих инженерных сооружений осуществляют с использованием как традиционных геодезических методов, так и современных методов наземной стереофотограмметрии, цифровой фотограмметрии, лазерного сканирования, а также наземно-космических съемок с использованием систем спутниковой навигации « GPS ».

7.4. Гидрометрические работы

Гидрометрические работы на мостовых переходах позволяют получать следующую информацию о водотоке: данные об изменениях уровней воды в течение года и за многолетний период; данные о скоростях течения и расходах потока в целом для всего сечения долины реки и для характерных его частей, данные о геометрических характеристиках потока (площадях живых сечений, ширине, глубине и уклонах свободной поверхности); данные о характеристиках руслового процесса. В связи с этим гидрометрические работы подразделяют на следующие: водомерные наблюдения (измерение уровней воды и уклонов свободной поверхности речного потока); промеры глубин; измерение скоростей, направлений течения и расходов; измерение твердого стока (расходов наносов).

Гидрометрические работы выполняют в два этапа.

До начала паводка:

выбор, разбивку, закрепление и съемку гидростворов. Устройство в случае необходимости тросовых перетяжек;

устройство и геодезическую привязку водомерных постов;

сооружение вышек для поплавковых наблюдений и наблюдений за траекториями льдин, судов и плотовых составов;

производство подводной съемки меженного русла;

измерение толщин льда.

В период паводка выполняют:

водомерные наблюдения на водомерных постах (наблюдения за изменениями уровней воды);

измерения мгновенных уклонов свободной поверхности потока;

измерения скоростей течения и вычисление расходов воды;

измерения поверхностных скоростей и направлений течения поплавками, наблюдения за траекториями льдин, судов и плотовых составов;

промеры глубин (подводную съемку русла);

измерения твердого стока (расходов влекомых и взвешенных руслоформирующих наносов).

Изыскательские партии, выполняющие комплекс морфометрических и гидрометрических работ, должны быть снабжены плавучими средствами: весельными и моторными лодками, а на больших реках - катерами и понтонами. Должны иметь необходимый парк геодезических и гидрометрических приборов. При этом по возможности в изыскательских партиях целесообразно иметь светодальномеры, электронные тахеометры, приемники спутниковой навигации « GPS », современные фототеодолитные комплекты, лазерные сканеры, эхолоты, электронные скоростемеры, приборы геофизической разведки и т.д.

Для изучения гидрологического, гидравлического и руслового режима рек проводят регулярные наблюдения за изменениями уровней воды, определяют уклоны рек, измеряют скорости и направления скоростей течения, определяют расходы воды и расходы твердого стока (руслоформирующих наносов), измеряют толщины льда и т.д.

На участке изысканий мостового перехода, как правило, устраивают не менее трех водомерных постов. Один из них размещают по оси моста, а два других (для определения уклонов свободной поверхности) располагают выше и ниже от оси на расстояниях, в зависимости от уклона реки, не менее:

Уклон, ‰....................0,05    0,06     0,08     0,10    0,20     0,30     0,50    0,80    1,5 и более

Расстояние, км...........5,5       4,1      2,7       2,0      0,9       0,5       0,3      0,2            0,1

Указанные расстояния обеспечивают измерение уклона свободной поверхности с точностью до 10 % при измерении уровней воды с точностью до 1 см.

Если в створе проектируемого мостового перехода на излучине меандрирующей реки имеет место разность уровней воды на противоположных берегах более 2 см, то устанавливают по три водомерных поста на каждом берегу.

На реках со сложной свободной поверхностью воды (горные, блуждающие реки, реки с широкими поймами и при наличии поперечного уклона) количество и размещение водомерных постов определяют в зависимости от местных условий. При этом, если направление течения на пойме отличается от течения в главном русле, то по концам обследуемого участка реки на поймах устанавливают водомерные посты реечного типа

Различают водомерные посты:

свайные на беспойменных нескальных берегах рек (рис. 7.3);

реечные на поймах, в руслах при сравнительно небольшой амплитуде колебания уровней воды или на скальных берегах;

свайно-реечные на высоких пойменных берегах.

Водомерные посты размещают в местах, не подверженных размывам, навалу льдин, вне заводей, при отсутствии волнобоя, подпоров и обратных течений и т.д., по возможности на берегах с откосами 1:5 - 1:2.

Водомерные посты устраивают обязательно до начала паводка.

Рис. 7.3. Схема свайного водомерного поста:
а - свайный водомерный пост; б - схема промеров; в - определение толщины льда:
1 - водомерные рейки; 2 - линейка; 3 - уровень; 4 - ледомерная рейка; 5 - лунка; 6 - индекс; 7 - поверхность льда; 8 - нижняя кромка льда

Свайный водомерный пост состоит из ряда свай, забитых в створе, перпендикулярном урезу воды (см. рис. 7.3, а). Для устройства свайных водомерных постов используют железобетонные призматические мостовые сваи заводского изготовления, обрезки рельсов или деревянные сваи из прочного дерева, которые забивают в грунт ниже глубины сезонного промерзания. На торцах свай записывают их номера, при этом счет ведут сверху вниз от первой сваи. Последнюю сваю устанавливают ниже уровня наименьшей межени. Превышения между торцами соседних свай не должны быть больше 0,5 м, при этом сами сваи не должны возвышаться над поверхностью земли более чем на 0,25 м.

При измерениях уровней воды на свайных водомерных постах используют переносные рейки с сантиметровыми делениями, которые нередко изготавливают ромбического поперечного сечения для лучшего обтекания водой на течении.

Реечный водомерный пост представляет собой рейку с сантиметровыми делениями и прямой оцифровкой длиною 2-3 м, укрепляемую на опоре моста, а на пойменных участках на стволе дерева или на забитой в грунт деревянной свае. Для этой цели часто используют обычные цельные 3-х метровые нивелирные рейки.

Для непрерывной автоматической фиксации колебаний уровней воды иногда применяют специальные автоматические приборы - ламниграфы, записывающие результаты измерений на магнитные носители информации.

При устройстве водомерного поста, для контроля неизменности положения реек или свай, вблизи него устанавливают репер, который закладывают по общим правилам устройства грунтовых реперов, обязательно в месте не подверженном затоплению в паводки. Реперы водомерных постов увязывают между собой и привязывают к пунктам государственной нивелирной сети двойным геометрическим нивелированием IV класса. Невязка разности суммы превышений между прямым и обратным нивелирными ходами не должна превышать  где L - длина двойного нивелирного хода, км.

Высоты нуля рейки и головок свай устанавливают двойным геометрическим нивелированием технической точности, которое производят дважды до и после прохода паводков.

Измерения уровней воды в период межени производят 2 раза в сутки (в 8 и 20 часов). Во время паводка количество измерений увеличивают до 4, 6, 12 или 24 раз в сутки в зависимости от скорости подъема или спада уровней.

Если наблюдения производят при волнении, то отсчеты по рейке берут дважды при набеге и откате волны, и за окончательный отсчет принимают среднее значение. Отсчеты заносят в специальный водомерный журнал и по окончании водомерных наблюдений строят графики изменения уровней воды (водомерные графики) Н = f ( t ) по всем водомерным постам.

При необходимости производства гидрометрических работ на местности разбивают и закрепляют гидрометрические створы (рис. 7.4).

Гидрометрические створы на местности трассируют теодолитом, разбивают пикетаж и снимают двойным геометрическим нивелированием. Створы закрепляют вехами по две на каждом берегу, а при широком разливе устанавливают дополнительные вехи на поймах. По результатам съемки гидрометрического створа строят его профиль (см. рис. 7.4).

Рис. 7.4. Гидрометрический створ

На заросших поймах прорубают просеки шириной 5-6 м для свободного плавания лодок в ходе производства гидрометрических работ. На гидростворах намечают и закрепляют промерные вертикали плавающими вехами (рис. 7.5, а) или створными знаками (рис. 7.5, б).

Рис. 7.5. Схемы закрепления промерных вертикалей:
а - плавающими вехами; б - створными знаками

Число промерных вертикалей в руслах рек устанавливают в зависимости от ширины русла:

Ширина русла, м. Число вертикалей

До 100...............................................................5

100 - 300............................................................7

300 - 600............................................................9

600 - 1000.........................................................11

Более 1000.......................................................13 (Но не реже, чем через 200 м).

Число промерных вертикалей на поймах назначают также в зависимости от их ширины, но не реже чем через 200 м.

Съемку русел рек, каналов и водохранилищ производят с целью последующего проектирования различных гидротехнических инженерных сооружений (в том числе и мостовых переходов).

Плановое обоснование съемок русел создают методами триангуляции, трилатерации и полигонометрии, высотное - геометрическим нивелированием III , IV классов и техническим нивелированием.

Вдоль рек и каналов прокладывают теодолитно-нивелирные ходы с разбивкой пикетажа. При ширине реки свыше 800 м теодолитные ходы прокладывают по обеим берегам.

Плановое обоснование съемок водохранилищ разбивают способами триангуляции и трилатерации (линейной триангуляции). Триангуляцию используют также для обоснования съемок рек и каналов, при этом вершины треугольников располагают по обеим берегам (см. рис. 5.8, в).

Нивелирные ходы закрепляют грунтовыми реперами, устанавливаемыми в среднем через 2-3 км.

Для составления плана береговой линии рек и водохранилищ выполняют тахеометрическую съемку. При этом съемочные точки размешают таким образом, чтобы с них хорошо просматривалась береговая линия, которую затем снимают. На реках снимают также прирусловой вал по бровкам русла. Наиболее производительной и эффективной такая съемка оказывается при использовании электронных тахеометров.

Измерение глубин речного русла дает возможность построить план дна реки в горизонталях или изобатах. При наличии плана пойм в горизонталях и плана дна русла можно составлять поперечные сечения долины реки по любому интересующему проектировщиков створу.

Промеры глубин, как правило, производят с весельных или моторных лодок. В зависимости от характера реки используют три способа подводных съемок: по поперечникам при сравнительно небольших скоростях течения (рис. 7.6, а), косыми галсами при средних скоростях течения (рис. 7.6, б) и продольными галсами при больших скоростях и глубинах реки (рис. 7.6, в).

Рис. 7.6. Схемы промеров глубин рек:
а - поперечниками; б - косыми галсами; в - продольными галсами

Первые два способа применяют при небольшой ширине водного зеркала, когда лодку можно устанавливать в конкретных створах, а ориентирование ее осуществлять визуально по створным вехам, установленным на берегах. Расстояния между промерами глубин не должны быть более 1/10 ширины русла. Фактически во многих случаях фиксируют значительно большее число промерных точек.

Промеры по поперечникам выполняют прямыми угловыми засечками положения лодки теодолитом со съемочной точки на берегу, положение которой выбирают так, чтобы угол между промерным створом и направлением от лодки на теодолит составлял порядка 30-50°. Лодку устанавливают в промерном створе по береговым створным вехам. Наблюдатель в лодке подает сигналы флажком о производимых промерах наблюдателю у теодолита, который считывает углы по горизонтальному кругу теодолита. Расстояния между поперечниками принимают не более половины ширины русла реки (см. рис. 7.6, а). На сравнительно нешироких реках промеры нередко ведут, передвигая лодку по натянутому поперек реки размеченному тросу.

Промеры по косым галсам выполняют после расстановки на берегах специальных поворотных и створных вех, позволяющих перемещать лодку по практически прямым линиям, ориентируясь по береговым вехам. Промеры при этом ведут непрерывно, а теодолитом фиксируют положение каждой десятой промерной точки. Промежуточные промерные точки распределяют на равных расстояниях между зафиксированными теодолитом (см. рис. 7.6, б).

При широком водном зеркале, в частности при промерах во время паводков, когда ориентирование лодки по береговым створным вехам становится затруднительным или невозможным, подводную съемку осуществляют продольными галсами (лодка при этом не управляется, а перемещается только силой течения реки). Для фиксирования положения лодки прямыми угловыми засечками требуется наличие на берегах уже двух теодолитов (см. рис. 7.6, в).

Для всех трех способов подводных съемок русел рек целесообразно использовать электронные тахеометры. На лодке устанавливают отражатель, а засечки ведут с одной точки полярным способом в режиме работы электронного тахеометра - «Слежение».

Еще более эффективным является использование Для определения положения лодки многоканальных приемников систем спутниковой навигации " GPS ", устанавливаемых на лодке и фиксирующих ее положение в режиме реального времени, с записью координат на магнитные носители информации (дискеты).

При отсутствии ультразвуковой аппаратуры промеры глубин до 3-4 м осуществляют наметкой, а свыше 3-4 м - лотом.

Наиболее производительно и эффективно можно производить измерения глубин с применением эхолотов, принцип действия которых состоит в определении глубин по времени прохождения ультразвукового импульса от излучателя до дна реки и обратно. В последние годы для этой цели используют портативный эхолот «Язь», модернизированный инж. Ю.М. Митрофановым и позволяющий измерять глубины от 0,8 до 40 м (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Портативный эхолот "Язь "

Запись глубин осуществляется на непрерывно перемещающуюся ленту в виде продольного профиля дна реки по маршруту следования лодки - батиграммы (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Батиграмма эхолота:
1 - линия записи дна; 2 - линия поверхности воды; 3 - отметки промерных точек в момент теодолитной засечки; 4 - характерные точки дна; 5 и 6 - толщины льда соответственно 20 и 40 см; 7 - отсутствие отраженного сигнала (недостаток усиления); 8 - кратный сигнал, отраженный от дна при неправильной регулировке усиления (избыток усиления)

Модернизированный эхолот «Язь» обеспечивает фиксацию на батиграмме положения промерных створов в момент теодолитной засечки. Эхолот позволяет производить промеры глубин зимой со льда при ледяном покрове толщиной до 1 м, но не менее безопасной толщины для производства работ. При промерах глубин со льда в месте измерения на лед наливают немного воды и на смоченную поверхность устанавливают вибратор.

Глубины с батиграммы снимают с помощью палетки в виде круговой кривой с радиусом, равным радиусу движения пера эхолота при записи на ленту.

При обработке материалов промерных работ определяют линейную невязку, которую находят из сравнения общей длины промерного створа и той же длины, полученной суммированием расстояний между промерными точками. При измерениях скоростей течения для последующего вычисления коэффициентов шероховатости, расходов воды и выполнения гидравлических расчетов, а также для определения направлений течений для правильного размещения оси сооружения нередко используют наиболее простой и дешевый одноточечный поплавковый способ измерения скоростей течения. Его основным недостатком является зависимость точности измерений от погодных условий.

Рис. 7.9. Схема засечек поплавков одноточечным способом

Определение направлений и измерения поверхностных скоростей течения воды в реке одноточечным способом осуществляют с помощью поплавков с засечками их приблизительно через равные интервалы времени по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита, устанавливаемому на специальной вышке или на высоком крутом берегу (рис. 7.9). Одновременно при производстве засечек берут отсчеты по секундомеру.

Поплавки изготавливают из дерева в виде круглого диска диаметром около 25 см и толщиной порядка 5 см. В центре диска укрепляют стержень высотой до 15 см с белым флажком. В ветреную погоду для придания поплавку большей устойчивости к нему прикрепляют небольшой груз.

При расстояниях от теодолита до поплавков более 1 км применяют поплавки треугольной формы при длине каждой из сторон по 0,5 м. В вершинах треугольных поплавков устанавливают стержни высотой 15-20 см с разноцветными флажками.

При сильном ветре поплавковые измерения скоростей течения не производят.

Поплавковые измерения производят в количестве:

двух во время ледохода с засечками плывущих льдин;

двух на подъеме паводка;

двух на пике;

трех-четырех на спаде паводка до межени.

Длину участка поплавковых наблюдений принимают:

при ширине русла до 200 м ...........................................0,5-1 км

                    -"-         до 500 м............................................1-2 км

                    -"- свыше 500 м............................................2-3 км

Участок наблюдений выбирают таким образом, чтобы 2/3 его протяженности располагалось выше оси сооружения и 1/3 ниже. Число траекторий поплавков в русле при одном цикле измерений должно быть не менее:

при ширине русла до 200 м.............................................7-9 траекторий

                      -"-       до 500 м.............................................9-11     -"-

                      -"-    до 1000 м.............................................11-13   -"-

                       свыше 1000 м.............................................13-15   -"-

Траектории размещают равномерно по ширине потока. На открытых поймах количество траекторий назначают в зависимости от местных условий.

Максимальные интервалы времени между засечками поплавков назначают в зависимости от принятого масштаба поплавкового планшета и поверхностной скорости течения и лежат в пределах от 120 до 20 секунд.

Определение положения поплавков производят способом полярных координат по горизонтальному углу j , отсчитываемому от створа засечного пункта (вышки) и расстоянию от центра вышки до поплавка d (см. рис. 7.9), которое определяют по формуле:

 где                                                                                                          (7.1)

hT - высота прибора над рабочим уровнем воды в створе вышки;

a - вертикальный угол;

j - горизонтальный угол между створом засечного пункта и направлением на поплавок;

I - продольный уклон свободной поверхности потока.

В формуле (7.1) знак минус применяют для поплавков ниже засечного створа, а плюс - выше створа.

Высоту рабочего уровня воды вычисляют как среднее значение высот уровней в начале и конце наблюдений.

Измерения скоростей течения гидрометрическими вертушками (рис. 7.10) или электронными скоростемерами производят на строго закрепленных промерных вертикалях (см. рис. 7.5) в тех случаях, когда уровень воды в реке меняется быстро и ширина ее велика. В остальных случаях можно устанавливать лодку в гидрометрическом створе по береговым створным вехам, не закрепляя определенных вертикалей, а положение лодки на створе определять теодолитом угловой засечкой.

Рис. 7.10. Типы гидрометрических вертушек:
а - штанговая; б - подвесная (тросовая)

Измерения скоростей гидрометрическими вертушками или электронными скоростемерами ведут шеститочечным или пятиточечным способами. При шеститочечном способе измерения скоростей на каждой промерной вертикали ведут: у поверхности воды на 0,2 - 0,4 - 0,6 - 0,8 глубины и у дна (при пятиточечном способе точку на 0,4 глубины исключают). При незначительных глубинах число промерных точек на вертикали уменьшают: так при глубине потока на вертикали от 1 до 3 м - до трех (поверхность, 0,6 глубины, дно), при глубине менее 1 м - до одной (0,6 глубины). Вертушку или скоростемер опускают на тросе с помощью гидрометрической лебедки, а при глубинах до 3 м - на штанге.

По результатам измерения скоростей на каждой промерной вертикали строят эпюры скоростей (рис. 7.11).

Рис. 7.11. Нормальная эпюра скоростей на промерной вертикали

По площади такой эпюры w определяют элементарный расход q и среднюю скорость течения Vc р на каждой промерной вертикали, используемые в последующих гидравлических расчетах. Невязку распределяют пропорционально измеренным расстояниям.

Поскольку промерный процесс занимает определенный отрезок времени, уровни воды в реке за это время могут измениться, поэтому уровни фиксируют на водомерных постах по меньшей мере дважды - перед началом и по окончании промерных работ. Если эти уровни различаются более чем на 2 см, то необходимо вводить поправки к результатам измерения глубин с тем, чтобы привести измерения глубин к одному моменту времени.

7.5. Аэрогидрометрические работы

Учитывая исключительную ценность данных гидрометрических наблюдений на реках для разработки проектов, а также высокую стоимость этих работ, их многодельность и приуроченность к периоду прохождения паводков на водотоке, особую значимость при производстве гидрометрических работ приобретает применение аэрометодов (Шумков И.Г. Речная аэрогидрометрия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 208 с).

Аэрофотосъемка позволяет оперативно определять скорости и направления течений, расходы воды, высоты уровней, направления судовых ходов и направления льдин (Пособие по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки: ПМП-91 (к СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы)/ ПКТИТС. - М., 1992. - 413 с). Аэрофотосъемку для получения натурных гидрометрических данных применяют на реках с шириной русла более 100 м.

Летно-съемочные гидрометрические работы выполняют в пасмурные дни с высокой сплошной облачностью. В солнечную погоду аэрогидрометрические работы целесообразно проводить утром или вечером, когда солнечные блики не попадают в объектив аэрофотокамеры (АФА).

Перед началом летно-съемочных работ готовят сосуды с индикатором в количестве (7.2):

N = 2·а·п, где                                                                                                                                               (7.2.)

а - число промерных точек (вертикалей) на створе наблюдений;

п - общее число измерений в период прохождения паводка.

Перед вылетом сосуды заполняют жидким индикатором и устанавливают в самолете или вертолете для последующего их сброса при измерениях скоростей.

Сосудом для индикатора служит бутыль емкостью 0,75 л с пластмассовой пробкой с отверстиями по окружности на верхней ее поверхности. Чтобы индикатор беспрепятственно выходил из бутыли, она должна занять на дне вертикальное положение, для чего к нижней ее части прикрепляют балласт.

Поверхностные скорости определяют на основе измерения по перекрывающимся аэрофотоснимкам смещения мелких, плывущих по течению реки предметов (специально пущенных поплавков, льдин, пены, щепок, струй индикатора и т.д.) (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Изображение поверхностных поплавков на смежных аэрофотоснимках I и II:
О, О' - главные точки снимков; m - точки, фиксированные индикатором; а-а и а'-а'- постоянный створ

Разность расстояний (х' - х) представляет собой смешение поплавков в масштабе аэрофотоснимков за интервал времени аэросъемки. Поверхностную скорость течения в данной точке речного потока определяют по формуле (7.3):

 где                                                                                                             (7.3)

- высота полета, м;

fk - фокусное расстояние АФА, мм;

D t - интервал аэрофотосъемки, с.

Смещение поплавков на аэрофотоснимках под воздействием течения аналогично разности продольных параллаксов Dр. При стереофотограмметрическом методе измерений поверхностную скорость (в м/с) определяют по формуле (7.4):

 где                                                                                                                 (7.4)

Dр - разность продольных параллаксов, мм.

Определение поверхностных скоростей таким способом возможно лишь в том случае, если в зоне взаимного перекрытия аэрофотоснимков изображены оба берега реки или какие-либо опорные точки (острова, бакены, буйки и т.д.). Точность определения поверхностных скоростей при таком способе составляет ± 0,05 м/с.

Определение расходов воды с помощью аэрофотосъемки основано на работе поплавков-интеграторов, представляющих собой жидкость, которая выливается из сосудов при соприкосновении их с дном. В зависимости от скорости всплытия поплавка uno д , глубины потока и средней скорости течения на вертикали поплавок появится на поверхности на расстоянии Ln от места его выпуска (рис. 7.13, а).

Рис. 7.13. Измерение расходов воды методом поплавков-интеграторов:
а - траектория выхода поплавка-интегратора на поверхность; б - эпюра элементарных расходов

Элементарный расход (м2/с) на вертикали определится:

q = 0,135 Ln .                                                                                                                          (7.5)

Если соединить кривой точки выхода поплавков на поверхность воды, можно получить эпюру элементарных расходов в масштабе аэрофотоснимка (рис. 7.13, б). Общий расход в заданном сечении находят, определив площадь этой эпюры.

Летно-сьемочные работы при измерении расходов воды производят в следующей последовательности:

пролетают над створом наблюдений и сбрасывают сосуды с жидким индикатором;

фотографируют точки падения сосудов на поверхность воды;

после набора самолетом заданной высоты через 3-4 минуты после сбрасывания поплавков вновь фотографируют исследуемый участок русла с тем, чтобы установить точки выхода индикатора.

Высоты уровней воды УВ устанавливают относительно репера, выбранного вблизи одного из урезов воды. Превышение между ними определяют на стереофотограмметрическом приборе. Высота уровня воды (7.6) определится как:

УВ = Нрп + h ср , где                                                                                                              (7.6)

Нрп - высота репера;

hср - среднее из нескольких измерений превышение между репером и урезом воды. Глубины в точках вертикалей находят при определении расходов воды поплавками-интеграторами по формуле (7.7):

 где                                                                                                                  (7.7)

Vnoв - поверхностная скорость на вертикали.

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 8. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТАМ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

8.1. Элементы плана автомобильных дорог

План трассы автомобильной дороги - это горизонтальная проекция оси дороги на плоскость.

При традиционном проектировании плана автомобильных дорог переломы трассы в плане смягчают, вписывая в углы поворота круговые кривые (рис. 8.1), либо круговые кривые, сопряженные с прямыми участками трассы посредством вспомогательных переходных кривых (рис. 8.2). При этом непосредственно круговое закругление в плане без переходных кривых допускается при R > 3000 м для дорог I категории и при R > 2000 м - для дорог остальных категорий. Минимально допустимые значения радиусов кривых в плане нормируются СНиП (см. п.8, табл. 8.4).

Рис. 8.1. Круговая кривая:
А - точка начала кривой (НК); В - вершина угла; С - точка конца кривой (КК)

Рис. 8.2. Круговая кривая с вспомогательными переходными кривыми

При проектировании плана автомобильных дорог согласно требованию СНиП рекомендуется устраивать кривые с радиусами, как правило, не менее 3000 м, что обеспечивает безопасные условия движения автомобилей с расчетными скоростями. Основные элементы таких наиболее простых типов закруглений (см. рис. 8.1):

 где

Т - тангенс кривой;

Б - биссектриса кривой;

R - радиус круговой кривой;

a - угол поворота.

Между длиной трассы по тангенсам и по кривой существует следующая связь:

Д = 2Т - К, где                                                                                                                     (8.1)

Д - домер.

Основные элементы закруглений в плане с радиусами круговых, требующими сопряжения с прямыми участками трассы посредством вспомогательных переходных, представлены на рис. 8.2. При устройстве переходных вспомогательных кривых сокращается длина основной круговой кривой, при этом ее центральный угол a 0 будет меньше на величину 2 j :

 где

j - угол между касательной в конце переходной кривой и тангенсом;

L - длина переходной кривой;

R - радиус круговой кривой.

Таким образом, для разбивки круговой кривой со вспомогательными переходными необходимо условие a ³ 2 j .

При применении переходных кривых происходит сдвижка кривой в сторону ее центра на величину р:

p = y0 - R(1 - cos j );

общая длина тангенса Т при этом составит:

Т = Т 1 + t , где                                                                                                                       (8.2)

х 0 , у0 - координаты точки конца переходной кривой (см. п. 8.8);

t - смещение начала закруглений после вписывания переходных кривых:

t = х 0 - R ·sin j .

Биссектриса закругления

Общая длина кривой

 где                                                                                   (8.3)

К 0 - длина круговой вставки.

Домер Д определяют по формуле (8.1) соответственно со значениями Т и К, определенными по формулам (8.2) и (8.3).

Разбивку круговых кривых, а также переходных кривых со вспомогательными переходными осуществляют на микрокалькуляторах либо с использованием специальных таблиц (Ксенодохов В.И. Таблицы для клотоидного проектирования и разбивки плана и профиля автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1981.).

8.2. Элементы поперечных профилей

Поперечный профиль - это сечение автомобильной дороги вертикальной плоскостью, перпендикулярной ее оси (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Поперечные профили автомобильных дорог:
а - категории IA, IБ, IB с ограждениями; б - категории IA, IБ без ограждений; в - категории IB без ограждений; г - категории II с ограждениями при четырех полосах движения; д - категории IIбез ограждений при четырех полосах движения; е - категории Не ограждениями при двух полосах движения; ж - категории II без ограждений при двух полосах движения; з - категории III с ограждениями; и - категории III без ограждений; к - категории IV с ограждениями; л - категории IV без ограждений; м - категории V; РП - разделительная полоса; ПБ - краевая полоса у разделительной полосы; ПЧ - проезжая часть; КП - краевая полоса у обочины; п - число полос движения; bрп - ширина разделительной полосы; bогр - ширина ограждения с учетом требований ГОСТ 23475;

На верхней части земляного полотна можно выделить проезжую часть (ПЧ), т.е. ту полосу, на которой устраивается дорожная одежда и осуществляется непосредственное движение автотранспорта. На автомагистралях проезжую часть устраивают раздельно для обеспечения движения автомобилей в каждом направлении, предусматривая сооружение между ними разделительной полосы (РП).

По бокам к проезжей части примыкают обочины - полосы земляного полотна, предназначенные для временной стоянки автомобилей, размещения дорожно-строительных материалов во время дорожных ремонтно-восстановительных работ и способствующие безопасности движения. Вдоль проезжей части на обочинах предусматривают краевые полосы (КП), предотвращающие разрушение кромок проезжей части и позволяющие полностью использовать для проезда проезжие части автомобильных дорог.

Для обеспечения стока с верхней части земляного полотна проезжей части и обочинам придают поперечные уклоны (обычно в обе стороны от оси дороги к бровкам земляного полотна). При устройстве виражей на закруглениях верхней части полотна автомобильных дорог придают односторонний поперечный уклон, направленный в сторону центра закруглений.

Проезжая часть и обочины примыкают к прилегающей местности правильно спланированными наклонными плоскостями - откосами. Крутизну откосов назначают в зависимости от высоты насыпи или глубины выемки из соображений незаносимости земляного полотна снегом, гармоничного сочетания его с прилегающим ландшафтом, обеспечения безопасности движения, устойчивости откосов, а также с учетом экономических требований. Откосы могут иметь переменную крутизну, при этом для обеспечения устойчивости на откосах высоких насыпей и глубоких выемок нередко устраивают полки (шириной 2-3 м) - бермы.

Для обеспечения минимально необходимого возвышения поверхности покрытия над уровнем поверхностных вод вдоль невысоких насыпей, а также в выемках устраивают боковые канавы - кюветы, предназначенные для осушения земляного полотна и быстрого отвода воды.

Все параметры поперечного профиля земляного полотна нормируются действующими нормативными документами. Ширину проезжей части, обочин, краевых полос, разделительных полос и ширину земляного полотна в целом назначают в зависимости от категории дороги (см. п. 8.4). Поперечные уклоны элементов поперечного профиля автомобильных дорог назначают в зависимости от категории дорог, дорожно-климатической зоны района проектирования, типа покрытия, типа укрепления и т.д. (см. п. 8.6).

Разницу между высотой (отметкой) поверхности земли по оси дороги и высотой (отметкой) бровки земляного полотна, определяющей высоту насыпи или глубину выемки, называют рабочей отметкой (рис. 8.4.).

Рис. 8.4. Схемы к определению рабочей отметки земляного полотна:
а - в выемке; б - в насыпи

На участках закруглений в плане при устройстве виражей рабочие отметки обычно исчисляют по внутренней бровке земляного полотна.

8.3. Элементы продольного профиля

Продольный профиль дороги - это развернутый в плоскость чертежа вертикальный разрез по оси дороги (в отметках бровки земляного полотна).

Продольный профиль автомобильной дороги принято изображать в виде специального чертежа (см. рис. 2.6), являющегося одним из основных документов, по которым осуществляется строительство автомобильной дороги. Чертеж продольного профиля обязательно содержит следующие данные о местности и проектных решениях:

проектные данные о системе поверхностного водоотвода, искусственных сооружениях (трубах, мостах, путепроводах), съездах и переездах и рабочих отметках;

изображение проектной линии продольного профиля по бровке земляного полотна;

изображение черного профиля земля по оси дороги, представляемого двойной линией;

грунтово-геологический разрез по оси дороги;

специальную таблицу, содержащую графы: развернутый план трассы; грунт верхней части земляного полотна; тип дорожной одежды; типы поперечных профилей земляного полотна; укрепление кюветов; уклоны кюветов; отметки кюветов; уклоны и вертикальные кривые (проектной линии дороги); отметки по бровке земляного полотна; отметки земли по оси дороги; расстояния; пикеты, кривые, километры.

Таблицы чертежа продольного профиля несколько различаются для традиционного (см. рис. 2.2) и автоматизированного проектирования (см. рис. 2.4). На рис. 2.2 показаны основные размеры граф таблицы чертежа продольного профиля, соблюдение которых является обязательным при изготовлении чертежа.

Проектную линию продольного профиля обычно представляют сопряженными между собой в точках с одинаковыми продольными уклонами элементами: параболическими кривыми и прямыми. Возможные случаи сопряжения элементов продольного профиля между собой, схемы их оформления представлены на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Вертикальные кривые:
а - выпуклая вертикальная кривая с восходящей и нисходящей ветвями; б - выпуклая кривая с нисходящей ветвью; в - вогнутая кривая с нисходящей и восходящей ветвями; г - вогнутая кривая с восходящей ветвью; д - сопряжение вертикальных кривых в точке с одинаковыми продольными уклонами

Для аналитического расчета вертикальных кривых используют формулы (8.4-8.7) (рис. 8.6):

расстояние от начала вертикальной кривой до ее вершины

l 0 = R·i1;                                                                                                                                (8.4)

превышение между точкой начала кривой и ее вершиной

                                                                                                                              (8.5)

превышение h между точкой на произвольном расстоянии l от вершины и вершиной вертикальной кривой

                                                                                                                                 (8.6)

уклон в той же точке

i = l·R.                                                                                                                                   (8.7)

Рис. 8.6. Схема к разбивке вертикальной кривой

При использовании некоторых методов автоматизированного проектирования оптимального продольного профиля автомобильных дорог (например, метода «граничных итераций» и т.д.) в результате отказа от традиционного класса функций (прямых и параболических кривых), в котором ищется проектное решение при традиционном проектировании, проектная линия в общем случае на существенной части своего протяжения может быть представлена вертикальными кривыми переменного радиуса.

8.4 Ширина проезжей части и земляного полотна

Для автомобильных дорог общего пользования ширину проезжей части и земляного полотна устанавливают в зависимости от категории проектируемой дороги и расчетной интенсивности движения в соответствии с действующими нормативными документами ( СНиП 2.05.02-85*, ГОСТ Р 52398-2005 и ГОСТ Р 52399-2005) (табл. 8.1).

Таблица 8.1.

Параметры элементов поперечного профиля проезжей части и земляного полотна автомобильных дорог

Параметры элементов дороги

Автомагистраль

Скоростная дорога

Автомобильные дороги обычного типа (нескоростная дорога)

Категории

IA

I Б

IB

II

III

IV

V

Общее число полос движения п, шт

4 и более

4 и более

4 и более

4

2 или 3

2

2

1

Ширина полосы движения, м

3,75

3,75

3,75

3,5

3,75

3,5

3,0

4,5 и более

Ширина проезжей части, м

3,75·п

3,75·п

3,75·п

3,75·п

3,75·п

3,5·п

3,5·п

не менее 4,5

Ширина обочины, м

3,75

3,75

3,75

3,0

3,0

2,5

2,0

1,75

Ширина краевой полосы у обочины, м

0,75

0,75

0,75

0,5

0,5

0,5

0,5

-

Ширина краевой части обочины, м

2,5

2,5

2,5

2,0

2,0

1,5

1,0

-

Наименьшая ширина центральной разделительной полосы без дорожных ограждений, м

6,0

6,0

5,0

5,0

-

Наименьшая ширина центральной разделительной полосы с ограждением по оси дороги, м

2 м + ширина ограждения

Ширина краевой полосы безопасности у разделительной полосы, м

1,0

Примечания: 1 Ширина полосы безопасности входит в ширину разделительной полосы, а ширина краевой полосы - в обочину.

2. Ширину обочин на особо трудных участках горной местности, участках, проходящих по особо ценным земельным угодьям, а также в местах с переходно-скоростными полосами и с дополнительными полосами на подъем при соответствующем технико-экономическом обосновании с разработкой мероприятий по организации и безопасности движения допускается уменьшать до 1,5 м для автомобильных дорог категорий IB , IB , и II и до 1,0 - для дорог остальных категорий

3. Ограждения на обочинах дорог располагают на расстоянии не менее 0,50 м и не более 0, 85 м от бровки земляного полотна в зависимости от жесткости конструкции дорожных ограждений.

На участках автомобильных дорог I и II категорий, где интенсивность движения на первые 5 лет эксплуатации дорог достигает 50 % и более от расчетной перспективной в местах, определяемых и обоснованных проектом, а также в местах пересечений, примыканий и съездов с дорог I и II категорий (при отсутствии переходно-скоростных полос) на обочинах на расстоянии не менее 100 м в обе стороны следует предусматривать устройство твердых покрытий (остановочных полос) шириной 2,5 м.

Число полос движения на дорогах I категории устанавливают в зависимости от интенсивности движения и рельефа местности (табл. 8.2). Строительство дорог с многополосной проезжей частью надлежит обосновывать сопоставлением с вариантами сооружения дорог по раздельным направлениям.

Таблица 8.2.

Число полос движения

Рельеф местности

Интенсивность движения, прив. ед./сут

Число полос движения

Равнинный и пересеченный

Свыше 14 000 до 40 000

4

» 40 000 до 80 000

6

» 80 000

8

Горный

Свыше 14 000 до 34 000

4

» 34 000 до 70 000

6

» 70 000

8

При наличии данных число полос движения допускается устанавливать в зависимости от расчетной часовой интенсивности движения N прив , коэффициента загрузки дороги движением z и расчетной пропускной способности полосы движения Р.

 где

п - количество полос движения.

Дополнительные полосы проезжей части для грузового движения в сторону подъема при смешанном составе транспортного потока предусматривают на участках дорог II категории, а при интенсивности движения более 4000 прив.ед./сут, достигаемой в первые 5 лет эксплуатации и на дорогах III категории с продольным уклоном более 30 ‰ при длине участка свыше 1 км и с уклонами более 40 ‰ при длине участка свыше 0,5 км.

Ширину дополнительной полосы движения принимают равной 3,5 м на всем протяжении подъема. Протяжение дополнительной полосы за подъемом принимают в зависимости от интенсивности движения:

Интенсивность движения в сторону подъема, прив.ед/сут.......3000    5000    6500     8000 и более

Общее протяжение полосы за пределами подъема, м...............50         100      150            200

Переход к уширенной проезжей части осуществляют на участке длиной 60 м.

Ширину проезжей части в пределах средней части вогнутых кривых в продольном профиле, сопрягающих участки продольных уклонов с алгебраической разностью 60 ‰ и более, увеличивают для дорог II и III категорий на 0,5 м, а для дорог IV и V категорий на 0,25 м с каждой стороны по сравнению с нормами в табл. 8.1. Длина участков с уширенной проезжей частью для дорог II и III категорий - не менее 100 м, а для дорог IV и V категорий - не менее 50 м. Переход к уширенной проезжей части осуществляют на участке длиной 25 м для дорог II и III категорий и на 15 м - для дорог IV и V категорий.

Ширину обочин дорог на особо трудных участках горной местности, на участках, проходящих по ценным земляным угодьям, а также на участках дорог с переходно-скоростными полосами на подъем допускается уменьшать до 1,5 м на дорогах I и II категорий и до 1,0 м - на дорогах остальных категорий.

Ширину разделительной полосы на участках дорог IA и I Б категорий принимают равной 6,0 м, а для дорог IB категории 5,0 м, там, где в перспективе может потребоваться увеличение числа полос в связи с ростом интенсивности движения, следует увеличивать на 7,5 м по сравнению с нормами, приведенными в табл. 8.1 и принимать равными для дорог IA категории не менее 13,5 м и для дорог I Б категории - не менее 12,5 м. Ширину разделительной полосы на участках дорог проложенных по ценным землям, особо трудных участках дорог в горной местности, больших мостах, при прохождении дорог по застроенным территориям и т.д. допускается уменьшать до ширины, равной ширине полосы для установки ограждений плюс 2,0 м. Переход от уменьшенной ширины разделительной полосы к ширине полосы, принятой для дорог по табл. 8.1, осуществляют с обоих сторон: при разделительной полосе шириной 5,0 м - на участках Длиной по 100 м; при разделительной полосе шириной 6,0 м - на участках длиной по 150 м. Виды разделительных полос представлены на рис 8.7.

Рис 8.7. Виды разделительных полос:
а - на участках с перспективой увеличения числа полос движения; б - в обычных условиях; в - в стесненных условиях

Ширина насыпей автомобильных дорог поверху на длине не менее 10 м от начала и конца мостов и путепроводов должна превышать расстояния между перилами моста или путепровода на 0,5 м в каждую сторону. При необходимости земляное полотно следует уширять, при этом отгон уширения осуществляют на длине 15-25 м.

8.5. Остановочные, краевые полосы и бордюры

Состояние обочин автомобильных дорог является важным фактором, в значительной степени влияющим на долговечность дорожных одежд, скорости движения автомобилей, пропускную способность, уровни удобства и безопасность движения. При отсутствии надлежащего сопряжения проезжей части с обочинами выезд автомобилей за пределы кромки проезжей части приводит к ряду негативных последствий: разрушаются края покрытия, выносится на дорогу грязь и нередко образуются чрезвычайно опасные колееобразные углубления вдоль кромок проезжей части.

Учитывая важность этого вопроса, в необходимых случаях предусматривают устройство остановочных полос с твердым покрытием шириной по 2,5 м и краевых полос (рис. 8.8), ширина которых нормируется в зависимости от категории дороги (см. табл. 8.1).

Рис. 8.8. Укрепление обочин и сопряжение проезжей части с обочинами и разделительной полосой

Для устройства остановочных (рис. 8.8, а,д) и краевых полос (рис. 8.8, б,в,е) рекомендуется щебень преимущественно крупных фракций (25-40 мм) из местных каменных, гравийных, шлаковых и других материалов, укрепленных органическими вяжущими или цементом. При устройстве краевых полос поверхность остальной части обочин укрепляют засевом трав, щебнем, гравием, шлаком и другими дешевыми местными дорожно-строительными материалами. При этом на участках дорог, проходящих в пределах населенных пунктов и по территориям с ценными сельскохозяйственными культурами, тип укрепления обочин должен исключать интенсивное образование пыли при движении.

Для предохранения обочин и откосов земляного полотна от размыва на участках дорог I - III категорий с продольными уклонами более 30 ‰ с насыпями высотой более 4 м и в местах вогнутых кривых в продольном профиле проектируют продольные лотки (рис. 8.8, г) для сбора и отвода стекающей с проезжей части воды, а для отвода из лотков - откосные лотки.

На автомобильных дорогах высоких категорий в последнее время получили распространение краевые полосы, устраиваемые по типу основной проезжей части. Однако в этом случае выделение краевой полосы от основной проезжей части осуществляют устройством разметки в виде сплошной полосы.

Проезжие части на дорогах I категорий сопрягают с разделительной полосой через краевые полосы шириной 1,0 м, выполняемые с поперечным уклоном 100-150 ‰ в сторону проезжей части (рис. 8.8, ж). Краевые полосы устраивают из цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими. Эти полосы отличаются по цвету и по конструкции от покрытия проезжей части.

Конструкция краевых полос должна быть достаточно прочной, рассчитана на условия заездов на них одиночных автомобилей и по возможности должна создавать условия движения, отличные от условий на основной проезжей части.

С целью обеспечения безопасности и четкой организации движения на сложных участках дорог для выделения отдельных элементов (разделительных полос; тротуаров, расположенных на земляном полотне; направляющих островков; автобусных остановок и т.д.) целесообразно применять бордюры (рис. 8.8, з). Бордюры следует устанавливать только в случае действительной необходимости в них, поскольку они уменьшают используемую ширину проезжей части при движении с высокими скоростями, затрудняют работу водителей, осложняют и ухудшают механизированную очистку проезжей части от снега. Поэтому в местах, не требующих обязательного применения бордюров, по условиям безопасности движения предпочтительнее сопряжение проезжей части с обочинами и разделительными полосами путем устройства краевых полос.

При установке бордюров высотой более 10 см над проезжей частью их смещают от кромки проезжей части на расстояние не менее двукратной их высоты. Этого достигают либо изготовлением бордюров специального профиля (рис. 8.9), либо установкой между бордюром и проезжей частью плит.

Рис. 8.9. Бордюр

Рекомендуются следующие типы бордюров:

бордюр барьерного типа I высотой 20 см и более рекомендуется применять вдоль прилегающих к проезжей части тротуаров, у зон безопасности пешеходов на переходах, для выделения и поднятия посадочных площадок на автобусных остановках, на искусственных сооружениях и в других местах, где съезд автомобиля может повлечь тяжелую аварию;

бордюр типа 2 высотой 15 см следует применять на пересечениях дорог для выделения направлений движения (направляющие островки, разделительные полосы на второстепенных дорогах), в местах устройства автобусных остановок в районах с непродолжительным снежным покровом (отделяющие островки), при узких разделительных полосах.

8.6. Поперечные уклоны элементов дороги

Для обеспечения стока воды с поверхности дороги проезжей части, краевым полосам, обочинам и примыкающим элементам придают поперечные уклоны. На прямолинейных в плане участках дорог и, как правило, на горизонтальных кривых с радиусами 3000 м и более для дорог I категории и с радиусами 2000 м и более для дорог остальных категорий, где не требуется устройство виражей, проезжей части придают очертание двускатного поперечного профиля.

На кривых в плане с меньшими радиусами предусматривают устройство виражей с односкатным поперечным профилем, исходя из условия обеспечения безопасности движения автомобилей с расчетными скоростями при данных радиусах горизонтальных кривых.

Поперечные уклоны проезжей части (кроме участков кривых в плане, на которых требуется устройство виражей), назначают в зависимости от числа полос движения и климатических условий (табл. 8.3).

Таблица 8.3.

Поперечные уклоны проезжей части

Категории дороги и число полос проезжей части

Поперечный уклон, ‰ , в климатических зонах

I

II, III

IV

V

Дороги IA , I Б и IB категорий:

а) при двускатном поперечном профиле для каждой проезжей части;

15

20

25

15

б) при односткатном профиле:

первая и вторая полоса (от разделительной полосы);

15

20

20

15

третья и последующие полосы;

20

25

25

20

Дороги II , III , IV категорий

15

20

20

15

Примечание . На гравийных и щебеночных покрытиях, покрытиях из грунтов, укрепленных местными материалами и на мостовых из колотого и булыжного камня поперечный уклон принимают 30-40 ‰.

Поперечный уклон обочин при двускатном поперечном профиле дорог должен быть на 10-30 ‰ больше уклона проезжей части. В зависимости от климатических условий и типа укрепления обочин принимают следующие значения поперечных уклонов: 30-40 ‰ при укреплении обочин с применением вяжущих; 40-60 ‰ при укреплении обочин гравием, щебнем, шлаком, мощением каменными материалами или бетонными плитами; 50-60 ‰ при укреплении обочин одерновкой или засевом трав по растительному грунту.

Для районов с небольшой продолжительностью снежного покрова и отсутствием гололеда для укрепления одерновкой обочин допускается поперечный уклон 50-80 ‰. При устройстве земляного полотна из крупнозернистых и среднезернистых песков, а также тяжелых суглинистых грунтов и глин уклон обочин, укрепленных засевом трав, может быть принят равным 40 ‰.

На автомобильных дорогах I категории, расположенных на одном земляном полотне, проезжую часть для разных направлений движения, как правило, устраивают с односкатным относительно разделительной полосы профилем. При размещении каждого направления движения на самостоятельном земляном полотне двускатный профиль придается для каждого направления движения аналогично поперечному профилю дорог II категории.

Грунтовая разделительная полоса между укрепленными полосами при ширине 5-6 м и с бордюрами при ширине менее 5 м планируется горизонтально с расположением поверхности земли на 3-6см ниже верхних граней укрепленных полос или бордюров. При устройстве подземного водоотвода и водоприемных решеток по оси разделительной полосы в случаях достаточной ее ширины в районах, обеспечивающих надежную работу водоотводных систем, проезжую часть для каждого направления движения устраивают с двускатным профилем, а разделительной полосе придают вогнутое очертание с уклоном к ее середине (см. рис. 8.7, а).

Разделительной полосе, укрепленной щебеночным и гравийным материалами, обработанными различными вяжущими, придают выпуклое очертание с поперечным уклоном в зоне примыкания к проезжей части большим, чем ее поперечный уклон.

Краевые полосы в зоне сопряжения с обочинами имеют поперечный уклон, равный поперечному уклону проезжей части.

Поперечные профили верхней части земляного полотна автомобильных дорог II - V категорий представлены на рис. 8.7, б,в.

8.7. Нормы проектирования плана и продольного профиля

В соответствии с требованиями СНиП план и продольный профиль автомобильных дорог проектируют из условия наименьшего ограничения и изменения скорости, обеспечения безопасности движения, удобства водоотвода и наилучшей защиты дороги от снежных и песчаных заносов.

При назначении элементов плана и продольного профиля в качестве основных параметров дорог II - V категорий принимают:

продольный уклон - не более 30 ‰;

расстояние видимости поверхности дороги - не менее 450 м;

радиусы кривых в плане - не менее 1000 м;

радиусы кривых в продольном профиле:

выпуклых - не менее 10 000 м;

вогнутых - не менее 3000 м;

длины вертикальных кривых в продольном профиле:

выпуклых - не менее 300 м;

вогнутых - не менее 100 м;

длина кривых в плане - не менее 300 м.

Переломы проектной линии продольного профиля при алгебраической разности уклона 5 ‰ и более - на дорогах I , II категорий, 10 ‰ и более - на дорогах III категории, 20   ‰ и более - на дорогах IV и V категорий сопрягают вертикальными кривыми.

Если по условиям местности не представляется возможным выполнить указанные выше требования или их выполнение связано со значительными объемами работ и стоимостью строительства дороги, при проектировании допускается снижение норм на основе технико-экономического сопоставления вариантов в соответствии с табл. 8.4.

Таблица 8.4.

Предельные нормы для проектирования плана и продольного профиля

Расчетная скорость км/ч

Наибольший продольный уклон, ‰

Наименьшее расстояние видимости, м

Наименьшие радиусы кривых, м

в плане

в продольном профиле

для остановки

встречного автомобиля

основные

в горной местности

выпуклых

вогнутых

основные

в горной местности

140

30

275

-

1200

1000

30 000

8000

4000

120

40

250

450

800

600

15 000

5000

2500

100

50

200

350

600

400

10 000

3000

1500

80

60

150

250

300

250

500

2000

1000

60

70

85

170

150

125

2500

1500

600

50

80

75

130

100

100

1500

1200

400

40

90

55

110

60

60

1000

1000

300

30

100

45

90

30

30

600

600

200

Примечания . 1. Наименьшее расстояние видимости для остановки должно обеспечивать видимость любых предметов, имеющих высоту 0,2 м и более, находящихся на середине полосы движения, с высоты глаз водителя 1,2 м от поверхности проезжей части.

2. В горной местности (за исключением мест с абсолютными отметками более 3000 м над уровнем моря) для участков протяженностью до 500 м допускается увеличение наибольших продольных уклонов против норм, приведенных в таблице, но не более чем на 20 ‰.

3. При проектировании в горной местности участков подходов дорог к тоннелям наибольшее допустимое значение продольного уклона не должно превышать 45   ‰ на протяжении 250 м от портала тоннеля.

В особо трудных условиях горной и пересеченной местности (за исключением местности с абсолютными высотами более 3000 м над уровнем моря) для участков протяженностью до 500 м при соответствующем обосновании допускается увеличение наибольших продольных уклонов против норм табл. 8.4, но не более чем на 20 ‰.

При проектировании в горной и пересеченной местности раздельных проезжих частей дорог I категории продольные уклоны для направлений спуска допускается увеличивать по сравнению с уклонами на подъем, но не более чем на 20 ‰. При проектировании в горной местности участков подходов дорог к тоннелям наибольший допустимый продольный уклон не должен превышать 45 ‰ на протяжении 250 м от портала тоннеля.

Малые и средние мосты, а также трубы под насыпями допускается располагать при любых сочетаниях плана и профиля. На участках дорог со сложными дорогостоящими сооружениями (тоннели, мосты, путепроводы, виадуки, эстакады и т.д.) места расположения этих сооружений, а также дороги на местности следует выбирать на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Переходные кривые следует предусматривать при радиусах кривых в плане 2000 м и менее, а на подъездных дорогах всех категорий - 400 м и менее.

Наименьшие длины переходных кривых следует предусматривать по табл. 8.5, однако, для обеспечения зрительной плавности и ясности трассы длины переходных кривых, по возможности, следует предусматривать не менее удвоенной длины по сравнению с нормами по табл. 8.5.

Таблица 8.5.

Наименьшая нормативная длина переходных кривых

Радиус круговой кривой, м

Длина переходной кривой, м

Радиус круговой кривой, м

Длина переходной кривой, м

30

30

250

80

50

35

300

90

60

40

400

100

80

45

500

ПО

100

50

600-1000

120

150

60

1000-2000

100

200

70

Наибольшие продольные уклоны на участках кривых в плане с малыми радиусами следует уменьшать по сравнению с нормами, указанными в табл. 8.4:

Радиусы кривых в плане, м.....................................................................     50     45     40    35     30

Уменьшение наибольших продольных уклонов,   ‰, не менее чем на        10    15     20     25     30

Длины участков с затяжными уклонами в горной местности назначают в зависимости от продольного уклона и высоты дороги над уровнем моря, но не более значений, приведенных в табл. 8.6.

Таблица 8.6.

Наибольшие длины участков с затяжными уклонами

Продольный уклон, ‰

Длина участка, м, при высоте над уровнем моря, м

1000

2000

3000

4000

60

2500

2200

1800

1500

70

2200

1900

1600

1300

80

2000

1600

1500

1100

90

1500

1200

1000

-

Размеры площадок для остановки автомобилей определяют расчетом. Они должны быть рассчитаны на остановку не менее чем на 3-5 грузовых автомобилей. Их расположение выбирают из условий безопасности стоянки, исключающих возможность появления осыпей, камнепадов, схода снежных лавин и по возможности у источников воды.

Независимо от наличия площадок на затяжных спусках с уклонами более 50 ‰ предусматривают противоаварийные съезды, которые устраивают перед кривыми малого радиуса, расположенными в конце спуска через каждые 0,8-1,0 км.

Радиусы выпуклых кривых в продольном профиле на дорогах I категории в местах пересечений с железными и другими дорогами допускается уменьшать по сравнению со значениями, приведенными в табл. 8.4, но не менее, чем до 15 000 м.

В зависимости от рельефа местности, геологических, гидрогеологических, гидрологических, ситуационных особенностей местности и других условий положение проектной линии продольного профиля устанавливают, руководствуясь следующими соображениями.

В равнинной местности на участках продольного профиля земли с уклонами меньшими, чем нормируемые по табл. 8.4 , проектную линию устанавливают по принципу «обертывающей» в невысоких насыпях.

Возвышение насыпи над расчетным уровнем снежного покрова назначают: не менее 1,2 м - для дорог с шириной земляного полотна 25-28 м и более; 0,7 м - при ширине земляного полотна 15 м; 0,6 м - при ширине земляного полотна 12 м; 0,5 м - при ширине земляного полотна 10 м; 0,4 м - при ширине земляного полотна 8 м.

Поверхность покрытия должна возвышаться над уровнем грунтовых и поверхностных вод на 0,3- 2,4 м в зависимости от места расположения дороги (дорожно-климатической зоны) и применяемых для возведения земляного полотна грунтов (см. главу 11).

В пересеченной местности положение проектной линии в ряде случаев можно устанавливать по принципу «секущей», как правило, с обеспечением баланса объемов земляных работ на смежных участках насыпей и выемок. Следует по возможности избегать «мокрых» выемок (пересечения выемкой грунтовых вод) во избежание оплывов откосов, образования наледей и необходимости устройства дорогостоящих подкюветных либо откосных дренажей.

В горной местности на крутых косогорах положение проектной линии продольного профиля желательно устанавливать таким образом, чтобы земляное полотно оказывалось расположенным в полунасыпи-полувыемке с обеспечением поперечного баланса объемов земляных работ. Принципиальные положения по установлению проектной линии продольного профиля учитываются уже на стадии трассирования автомобильных дорог для выбора наиболее целесообразных инженерных решений: строительства тоннелей, эстакад, галерей, балконов, укладки трассы серпантинами и т.д.

Положение проектной линии продольного профиля обязательно увязывают с высотами контрольных точек (фиксированных либо ограничивающих точек и зон), к которым относятся: начальная и конечная точки трассы, высоты проезда на мостах и путепроводах, минимальные высоты насыпей над трубами, минимальные высоты бровок земляного полотна на подходах к мостам, высоты головок рельса на пересечениях в одном уровне железных дорог, высоты оси пересекаемых в одном уровне автомобильных дорог, высоты ограничивающих зон, обеспечивающих необходимое возвышение низа дорожной одежды над уровнем грунтовых вод и т.д.

Проектную линию продольного профиля в настоящее время проектируют, как правило, автоматизированно с использованием компьютерных программ (см. главу 28).

Во всех случаях по возможности необходимо стремиться к использованию компьютерных программ, позволяющих находить оптимальное решение положения проектной линии продольного профиля, обеспечивающее при соблюдении всех технических требований и нормативов минимум объемов земляных работ, строительной стоимости или приведенных затрат.

8.8. Переходные кривые

При въезде с прямой на круговую кривую водитель постепенно поворачивает передние колеса автомобиля, при этом автомобиль описывает траекторию, соответствующую кривой переменного радиуса от R = ¥ до R = Rk при входе на круговую кривую. Для обеспечения соответствия плана трассы автомобильных дорог фактической траектории автомобиля круговые кривые сопрягают с прямыми участками трассы посредством переходных кривых.

Наименьшую длину переходных кривых устанавливают из условия обеспечения нормируемого значения величины нарастания центробежного ускорения автомобиля, при котором еще обеспечивается комфортабельное и безопасное движение по дороге:

 где

V - расчетная скорость движения, км/ч;

I - нормируемое значение нарастания центробежного ускорения ( I = 0,8 м/с3 - для автомагистралей и скоростных дорог, I = 1,0 м/с3 - для дорог обычного типа);

R - радиус кривой, м.

При больших радиусах круговых кривых минимально необходимая длина переходной кривой невелика, а ее траектория незначительно отличается от прямой. Именно по этой причине СНиП разрешает устраивать закругления без переходных кривых при радиусах более 3000 м на дорогах I категории и более 2000 м - для дорог остальных категорий. При меньших значениях радиусов переходные кривые являются обязательным элементом закруглений и минимальные длины их нормируются СНиП и представлены в табл. 8.5 настоящей Справочной энциклопедии.

При современном клотоидном трассировании переходные кривые используют наряду с прямыми и круговыми кривыми в качестве самостоятельных элементов трассы, при этом длины их оказываются значительно больше, чем это требуется согласно табл. 8.5 (см. главу 9 ).

Для обеспечения зрительной ясности и плавности трассы минимальные длины переходных кривых, нормируемые СНиП и представленные в табл. 8.5, нужно увеличивать не менее чем в два раза. Наибольшее распространение для проектирования основных элементов плана автомобильных дорог получили переходные кривые типа клотоиды, которые характеризуются линейным законом нарастания кривизны по длине и наилучшим образом отвечают условию движения автомобилей с постоянными (расчетными) скоростями (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Клотоида

Уравнение клотоиды в параметрическом виде имеет вид:

А2 = RL, где

А - параметр клотоиды, м;

R - радиус кривизны на расстоянии L от начала клотоиды, м.

Координаты клотоиды в прямоугольной системе координат определяются:

Для разбивки переходных кривых иногда используют специальные таблицы (Ксенодохов В.И. Таблицы для клотоидного проектирования и разбивки плана и профиля автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1981. - 431 с).

8.9. Виражи

В действующих нормативных документах устройство виражей предусмотрено на всех кривых в плане для дорог I категории при радиусах менее 3000 м и на дорогах остальных категорий при радиусах менее 2000 м (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Схема виража
 1 - отгон виража, переходная кривая; 2 - круговая кривая

Поперечные уклоны проезжей части на виражах следует назначать в зависимости от радиусов кривых в плане (табл. 8.7).

Таблица 8.7.

Поперечный уклон проезжей части на виражах

Радиусы кривых в плане, м

Основной, наиболее распространенный,   ‰

В районах с частыми гололедами

на дорогах I - V категорий

на подъездных дорогах промышленных предприятий

От 3000 до 1000 м для дорог I категории

20-30

-

20-30

От 2000 до 1000 м для дорог II - V категорий

20-30

-

20-30

От 1000 до 800

30-40

-

30-40

от 800 до 700

30-40

20

30-40

от 700 до 650

40-50

20

40

от 650 до 600

50-60

20

40

от 600 до 500

60

20-30

40

от 500 до 450

60

30-40

40

от 450 до 400

60

40-60

40

от 400 и менее

60

60

40

Примечание . Меньшие значения поперечных уклонов на виражах соответствуют большим радиусам кривых, а большие значения меньшим радиусам.

Уклон виража назначают не менее поперечного уклона покрытия на участках с двускатным профилем (см. табл. 8.3) и не более 60 ‰ в соответствии с табл. 8.7. В районах с незначительной длительностью снежного покрова и единичными случаями снежного гололеда наибольший уклон проезжей части на виражах допускается принимать до 100 ‰.

Когда две соседние кривые, обращенные в одну сторону, расположены близко друг к другу и прямая вставка между ними незначительна, односкатный профиль устраивают и на прямой вставке между ними, но предпочтительнее увеличение радиуса с целью исключения прямой вставки и создания лучших условий для движения.

На горных дорогах при расположении кривой у обрыва на участках виражей предусматривают ограждения.

Переход от двускатного профиля дороги к односкатному осуществляется на протяжении переходной кривой, а при отсутствии ее (при реконструкции дорог) - на прилегающем к кривой прямом участке (рис. 8.12).

Рис. 8.12. Схема отгона виража:
I- IV - поперечные профили на участке отгона виража;
1 - ось дороги; 2 - внешняя бровка; 3 - внешняя кромка; 4 - внутренняя кромка; 5 - внутренняя бровка

Виражи на многополосных дорогах I категории, как правило, проектируют раздельно для проезжих частей раздельных направлений с необходимым изменением поперечных уклонов разделительных полос.

Поперечные уклоны обочин на виражах принимают одинаковыми с уклонами проезжей части. Переход от нормального уклона обочин при двускатном профиле к уклону проезжей части осуществляют на протяжении 10 м до начала отгона виража.

Дополнительный продольный уклон наружной кромки проезжей части по отношению к проектному продольному уклону на участках отгона виража не должен превышать: для дорог I и II категорий - 5 ‰; для дорог III категории - 10 ‰; в горной местности - 20 ‰.

8.10. Уширение проезжей части

При радиусах кривых в плане 1000 м и менее необходимо предусматривать уширение проезжей части с внутренней стороны за счет обочин таким образом, чтобы оставшаяся ширина обочин была не менее 1,5 м на дорогах I и II категорий и не менее 1 м на дорогах остальных категорий. При недостаточной ширине обочин для размещения уширения проезжей части необходимо соответствующее уширение земляного полотна. В горной местности в виде исключения допускается уширение проезжей части за счет внешней обочины.

Полное уширение двускатной проезжей части дорог на закруглениях следует принимать согласно табл. 8.8.

Таблица 8.8.

Уширение дорог на кривых

Радиусы кривых в плане, м

Уширение, м, для автомобилей и автопоездов длиной l

£ 7 (для автомобилей)

£ 11 (для автопоездов)

13 м

15 м

18 м

23 м

1000

-

-

-

0,4

0,6

800-900

-

0,4

0,4

0,5

0,7

700-600

0,4

0,5

0,5

0,7

0,8

600-550

0,5

0,6

0,6

0,8

1,0

400-450

0,5

0,7

0,7

0,9

1,3

300-350

0,6

0,8

0,9

1,1

1,6

200-250

0,8

1,0

1,1

1,5

2,2

125-150

0,9

1,4

1,5

2,2

3,0

100-90

1,1

1,8

2,0

3,0

-

80

1,2

2,0

2,3

3,5

-

70

1,3

2,2

2,5

-

-

60

1,4

2,8

3,0

-

-

50

1,5

3,0

3,5

-

-

40

1,8

3,5

-

-

-

30

2,2

-

-

-

-

Примечание . Длина l - расстояние от переднего буфера до задней оси автомобиля, полуприцепа или прицепа.

Для дорог с четырьмя и более полосами движения размер полного уширения увеличивают соответственно числу полос.

В пределах основной кривой уширение должно иметь полную ширину. Отвод уширения выполняют на длине переходных кривых. При этом уширение проезжей части увеличивают пропорционально расстоянию от начала переходной кривой таким образом, что полное значение уширения достигается к началу круговой кривой.

Уширение проезжей части может быть выполнено несколькими способами (рис. 8.13).

Основным способом является отвод уширения пропорционально длине переходной кривой, а при ее отсутствии - по прямой. Однако при этом в точках А и D кромка проезжей части имеет перелом, что в ряде случаев негативно сказывается на восприятии плавности дороги (рис. 8.13, а). С тем, чтобы исключить этот недостаток, пользуются вторым способом отвода уширения - по касательной к кромке проезжей части на круговой кривой (рис. 8.13, б). При этом получается более плавное сопряжение, однако, за счет сокращения длины участка с полным уширением на величину d .

Рис. 8.13. Способы устройства уширений на кривых:
1 - основная кривая; AD - отвод; е - уширение

8.11. Серпантины

При проектировании автомобильных дорог в горной местности с целью смягчения больших продольных уклонов на затяжных участках крутых склонов в некоторых случаях приходится существенно развивать трассу, представляя ее зигзагообразной линией с острыми внутренними углами поворотов. Вписывание кривых внутрь образовавшихся острых углов не дает желаемого результата, поскольку при этом не обеспечивается должное развитие трассы в связи с тем, что длины кривых оказываются несоизмеримо меньшими суммы тангенсов. В таких случаях предусматривают сложные закругления с внешней стороны угла, называемые серпантинами.

Серпантина представляется основной кривой К, огибающей с внешней стороны центральный угол у двумя вспомогательными (как правило обратными) кривыми К0 и вставками между основной кривой и вспомогательными т, необходимыми для размещения переходных кривых (если таковые нужны), отгонов виражей и отвода уширений проезжей части (рис. 8.14).

Рис. 8.14. Серпантины:
а - симметричные первого рода; б - несимметричные второго рода

Для устройства серпантин выбирают наиболее пологие, устойчивые участки местности. Проектирование серпантин заключается в назначении таких значений ее элементов, при которых обеспечивается размещение на местности земляного полотна со всеми его элементами с обеспечением по возможности минимальных объемов строительных работ. Очертание серпантины обязательно приспосабливают к рельефу местности, стремясь назначать возможно больший радиус основной кривой. Поэтому иногда устраивают серпантины не только с вспомогательными кривыми с выпуклостью вовнутрь закругления (рис. 8.14, а) - серпантины первого рода, но и с выпуклостью в одну сторону (рис. 8.14, б) - серпантины второго рода.

При расчетах элементов серпантин задаются радиусами основной R и вспомогательных кривых r , длиной вставки m и в результате находят углы вспомогательных кривых b , тангенс вспомогательной кривой Т и полную длину серпантины S .

Углы вспомогательных кривых:

Тангенс вспомогательной кривой

Длина основной кривой К и вспомогательной кривой К0:

Полная длина серпантины:

S = 2(K0 + m) + K.

Серпантины характеризуются применением кривых минимальных радиусов, большими углами поворота трассы и сильным ее удлинением, что предопределяет снижение скоростей, безопасности движения и увеличение перепробегов автомобилей. Поэтому, как правило, более предпочтительным вариантом трассы является вариант, имеющий возможно меньшее число серпантин. Серпантины можно устраивать только на автомобильных дорогах II - V категорий. Расстояние между концом вспомогательной кривой одной серпантины и началом вспомогательной кривой другой серпантины принимают не менее 400 м для дорог II и III категорий, 300 м для дорог IV категории и 200 м для дорог V категории.

Параметры геометрических элементов серпантин нормируются СНиП и приведены в табл. 8.9.

Таблица 8.9.

Геометрические элементы серпантин

Элементы серпантин

Нормы проектирования серпантин при расчетной скорости км/ч

30

20

15

Наименьший радиус основной кривой в плане, м

30

20

15

Поперечный уклон проезжей части на вираже,  

60

60

60

Длина переходной кривой, м

30

25

20

Уширение проезжей части, м

2,2

3,0

3,5

Наибольший продольный уклон в пределах серпантин,   ‰

30

35

40

Примечание . Серпантины с радиусом 30 м и менее допускаются только на дорогах IV и V категорий при запрещении движения автопоездов длиной более 11 м.

Детально серпантины проектируют по крупномасштабным топографическим планам и цифровым моделям местности (ЦММ), размещая все элементы в соответствии с особенностями рельефа местности. Наивыгоднейшее расположение и форму серпантин устанавливают путем сравнения различных вариантов.

Расчеты и разбивку элементов серпантин осуществляют с использованием соответствующих компьютерных программ или с помощью специальных таблиц (Митин Н.А. Серпантины. - М.: Транспорт, 1972. - 192 с).

8.12. Мосты и трубы

Мосты и трубы на автомобильных дорогах проектируют в соответствии с требованиями СНиП 32-05-2002. Количество и размеры водопропускных сооружений на пересечениях водотоков определяют на основе гидрологических, гидравлических и русловых расчетов. При этом необходимо учитывать последующее влияние проектируемых сооружений на окружающую среду и другие объекты и сооружения.

Малые мосты1 и трубы допускается проектировать при любых сочетаниях плана и профиля. Размещение их, как правило, полностью подчиняется общему направлению трассы автомобильной дороги.

1 - Мосты: малые - длиной до 25 м, средние свыше 25 до 100 м, большие - длиной свыше 100 м. Автодорожные мосты (в том числе городские) длиной менее 100 м, но с пролетами более 60 м также относятся к большим мостам. Длина моста принимается между концами береговых опор (закладных щитов), при этом переходные плиты в Длину моста не включаются.

Таблица 8.10.

Габариты мостов и путепроводов

Расположение моста

Категория дороги или улицы

Общее число полос движения

Ширина расчетного автомобиля d , м

Габарит

Ширина, м

Полос безопасности, П

Проезжей части bn

Автомобильные дороги общего пользования, подъездные и внутренние автомобильные дороги промышленных предприятий (без обращения автомобилей особо большой грузоподъемности)

I

6

2,5

Г-(13,25+С+13,25)

2(Г-15,25)

2,0

11,25 ´ 2

4

Г-(9,5+С+9,5)

2(Г-11,5)

7,5 ´ 2

II

III

IV

2

Г-11,5

Г-10

Г-8*

2,0

1,5

1,0

7,5

7,0

6,0

V

1

Г-6,5**

Г-4,5

1,0

0,5

4,5

3,5

Автомобильные внутрихозяйственные дороги в сельскохозяйственных предприятиях и организациях

I - c

2

2,5

Г-8*

1,0

6,0

II - c

1

Г-6,5**

Г-4,5

1,0

0,5

4,5

3,5

III - c

1

Г-4,5

0,5

3,5

Улицы и дороги в городах, поселках и сельских населенных пунктах

Магистральные дороги скоростного движения и улицы общегородского значения непрерывного движения

8

2,5

Г-(16,5+С+16,5)

2(Г-18)

1,5

15 ´ 2

6

Г-(12,75+С+12,75)

2(Г-14,25)

11,25 ´ 2

4

Г-(9,0+С+9,0)

2(Г-10,5)

7,5 ´ 2

Улицы и дороги в городах, поселках и сельских населенных пунктах

Магистральные дороги скоростного движения и улицы общегородского значения регулируемого движения

8

2,5

Г-(15,0+С+15,0)

2(Г-16)

1,0

14 ´ 2

6

Г-(11,5+С+11,5)

2(Г-12,5)

10,5 ´ 2

4

Г-(8,0+С+8,0)

2(Г-9)

7 ´ 2

2

Г-9

7

Магистральные транспортно-пешеходные улицы районного значения, улицы и дороги научно-производственных, промышленных и коммунально-складских районов, в жилой застройке местного значения, парковые дороги

4

2,5

Г-16

Г-(8,0+С+ 8,0)

2(Г-9)

1,0

14

7 ´ 2

2

Г-9

7

2

Г-10

8

2

Г-8

6

Для средних и больших мостов предъявляются более жесткие требования.

Выбор места перехода, разбивку мостов на пролеты, назначение положения сооружения в плане и профиле выполняют с учетом требований трассирования дороги и принятых градостроительных и планировочных решений, строительных и эксплуатационных показателей вариантов, а также гидрологических, русловых, гидрогеологических, ландшафтных и других местных условий, влияющих на технико-экономические показатели соответствующего участка дороги. При выборе места перехода через судоходные реки ось перехода следует располагать по возможности перпендикулярно течению воды (с косиной не более 10°) на прямолинейных участках с устойчивым руслом, в местах с неширокой (мало затопляемой) поймой и удаленных от перекатов на расстоянии не менее 1,5 длины расчетного судового или плотового состава. Во всех случаях подчинение общего направления трассы створу, благоприятному для сооружения среднего или большого моста, обосновывается технико-экономическими расчетами.

При проектировании продольного профиля продольный уклон проезжей части должен быть не более 30 ‰ - для больших автодорожных мостов; 40 ‰ - для городских мостов; 20 ‰ - для всех мостов с деревянными настилами. При возможных частых обледенениях проезжей части продольный уклон на мостах принимают не более 20 ‰.

Габариты по ширине мостов, расположенных на автомобильных дорогах общего пользования, на внутрихозяйственных дорогах колхозов, совхозов и других сельскохозяйственных предприятий и организаций, дорогах промышленных предприятий, а также на улицах и дорогах в городах, поселках и сельских населенных пунктах при отсутствии трамвайного движения, принимают по табл. 8.10.

Полосы безопасности шириной меньшей, чем указано в табл. 8.10, допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании назначать:

для мостов длиной свыше 100 м на дорогах I- III категорий и длиной свыше 50 м на дорогах IV категории, если мосты расположены на расстоянии свыше 100 км от крупнейших городов и свыше 50 км от других городов, а расчетная интенсивность движения транспортных средств в 2 раза и более ниже, чем на пригородных участках указанных дорог;

в случае расположения мостов на участках дорог с уменьшенной шириной обочин;

при переустройстве мостов;

на путепроводах при наличии переходно-скоростных полос (со стороны этих полос);

на мостах с дополнительной полосой движения на подъеме (со стороны этой полосы).

При этом ширина полос безопасности должна быть не менее: 1,0 м на мостах дорог I- III категорий и 0,75 м на мостах дорог IV категории.

При расположении мостов на кривых в плане проезжая часть должна быть уширена в зависимости от категории дорог в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85* и СНиП II-60-75. Проезжую часть автодорожных мостов допускается уширять за счет уменьшения полос безопасности при соблюдении перечисленных выше требований.

На мостах предусматривают с каждой стороны тротуары или служебные проходы, ограждаемые с наружных сторон перилами высотой не менее 1,10 м. Ширину тротуаров назначают по расчету в соответствии с расчетной перспективной интенсивностью движения пешеходов в час пик из расчета пропускной способности 1 м ширины тротуара 2000 чел./ч. При этом ширину многополосных тротуаров принимают кратной 0,75 м. На мостах, расположенных в городах, поселках и сельских населенных пунктах, ширину тротуаров принимают не менее 1,5 м.

Земляное полотно на протяжении 10 м от задней грани устоев с каждой стороны от начала и конца автодорожных и городских мостов должно иметь ширину не менее расстояния между перилами плюс 0,5 м с каждой стороны. Переход от уширенного к неуширенному полотну делают плавным и осуществляют на длине не менее 15-20 м.

Положение элементов мостов над уровнями воды и ледохода на несудоходных реках, а также в несудоходных пролетах на судоходных водных путях определяют в зависимости от местных условий и выбранной схемы моста. Размеры возвышений отдельных элементов мостов над расчетными уровнями воды и ледохода во всех случаях должны быть не менее значений, указанных в табл. 8.11.

Таблица 8.11.

Возвышение элементов мостов над расчетными уровнями воды и ледохода

Части или элементы мостов

Возвышение частей или элементов, м

над расчетным уровнем воды (с учетом подпора и высоты волны)

над наивысшим уровнем ледохода

Низ пролетных строений:

при глубине подпертой воды 1 м и менее

0,50

то же более 1 м

0,50

0,75

при наличии на реке заторов льда

0,75

1,00

при наличии карчехода

1,00

при селевых потоках

1,00

Верх площадки для установки опорных частей

1,00

0,50

Низ пят арок и сводов

-

0,25

Низ продольных схваток и выступающих элементов конструкций в пролетах деревянных мостов

0,25

0,75

Примечания : 1. Для малых мостов наименьшее возвышение низа пролетных строений допускается определять без учета высоты ветровой волны.

2. При наличии явлений, вызывающих более высокие уровни воды (вследствие подпора от нижележащих рек, озер или водохранилищ, нагона воды ветром, образования заторов или прохождения паводков по руслам, покрытым льдом), указанные возвышения следует отсчитывать от этого уровня, вероятность которого устанавливают в соответствии с табл. 16.1.

3. При определении возвышения верха площадки для установки опорных частей уровень воды определяют с учетом набега потока на опору моста.

Возвышение низа пролетных строений над наивысшим статическим уровнем водохранилища у мостов, расположенных в несудоходных и несплавных зонах водохранилища, должно быть не менее 0,75 высоты расчетной ветровой волны с увеличением на 0,25 м.

Наименьшее возвышение низа пролетных строений при наличии наледей необходимо назначать с учетом их возможной высоты.

При наличии карчехода и наледных явлений размеры возвышения, приведенные в табл. 8.11, следует увеличивать не менее чем на 0,50 м, а расстояние между опорами в свету назначать не менее 15 м,

Габариты приближения конструкций под путепроводами через железные дороги должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9238-83. Габариты приближения конструкций под путепроводами через автомобильные дороги должны соответствовать схеме, представленной на рис. 8.15.

Рис. 8.15. Габариты приближения конструкций под путепроводами через автомобильные дороги

Габариты сооружений для пропуска полевых дорог и прогона скота при отсутствии специальных требований принимают не менее:

для полевых дорог: ширину 6,0 м; высоту 4,5 м;

для прогона скота: ширину 4,0 м; высоту 2,5 м.

Подмостовые габариты для мостов через судоходные реки следует назначать в зависимости от класса внутреннего пути в соответствии с нормами ( ГОСТ 26775-97. Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях. Нормы и технические требования), данные из которого представлены на рис. 8.16 и в табл. 8.12.

Очертания и размеры подмостовых габаритов судоходных неразводных и разводных пролетов в зависимости от класса внутреннего водного пути должны соответствовать указанным в табл. 8.12 и на рис. 8.16. При этом надводная высота подмостового габарита h должна отсчитываться от расчетного судоходного уровня (РСУ), а гарантированная глубина судового хода d - от наинизшего (меженнего) уровня воды (НСУ).

Рис. 8.16. Габариты приближения конструкций под мостами через судоходные реки:
а - для мостов с неразводными пролетными строениями; б - для мостов с разводными (раскрывающимися) пролетами; в - для мостов с разводными (вертикально-подъемными) пролетными строениями; AEFKLD и ABCD - контуры подмостового габарита; РСУ - расчетный судоходный уровень воды; НСУ - наинизший (меженний) судоходный уровень воды; h - высота подмостового габарита над РСУ; b - ширина подмостового габарита; d - гарантированная глубина судового хода; а - амплитуда колебаний уровней воды между РСУ и НСУ

Таблица 8.12.

Подмостовые габариты

Класс внутреннего водного пути

Глубина судового хода водного пути, м

Высота подмостового габарита, м

Ширина подмостового габарита, b , м

гарантированная, d

средненавигационная

для неразводного пролета

для разводного пролета

основного

смежного

I

Свыше 3,2

Свыше 3,4

16,0

140

120

60

II

Свыше 2,5 до 3,2

Свыше 2,9 до 3,4

14,5

140

100

60

III

Свыше 1,9 до 2,5

Свыше 2,3 до 2,9

13,0

120

80

50

IV

Свыше 1,5 до 1,9

Свыше 1,7 до 2,3

11,5

120

80

40

V

Свыше 1,1 до 1,5

Свыше 1,3 до 1,7

10,0

100

60

30

VI

Свыше 0,7 до 1,1

Свыше 0,9 до 1,3

7,5

60

40

VII

От 0,5 до 0,7

От 0,6 до 0,9

5,0

40

30

Если по гарантированной и средненавигационной глубинам судового хода участок водного пути относится к разным классам, то его следует относить к более высокому из этих классов.

При применении типовых пролетных строений неразрезной конструкции, а также при отсутствии пропуска плотовых составов ширину основного и смежного неразводных судоходных пролетов мостов, располагаемых на водных путях IV - VII классов, допускается уменьшать не более чем на 10 м.

Для мостовых переходов через несудоходные каналы ширину подмостового габарита допускается принимать меньше указанной в табл. 8.12, но не менее суммарной ширины канала и береговых полос с каждой его стороны (необходимых для работ, связанных с судоходством и лесосплавом), выделяемых в установленном порядке.

Для мостовых переходов через реки IV и V классов, по которым в полноводный период навигации возможен заход крупнотоннажных судов транспортного флота с водных путей более высокого класса, допускается увеличивать минимальную высоту подмостовых габаритов до 11,5 м для водных путей V класса и до 9,0 м - для водных путей VI класса, что должно быть подтверждено комплексным технико-экономическим обоснованием, согласованным с министерством (ведомством), регулирующим судоходство на соответствующем водном пути.

Неразводные мосты следует проектировать не менее чем с двумя судоходными пролетами: основным - для низового направления движения судов, судовых и плотовых составов; смежным - для взводного направления движения.

Если ширина водного пути с гарантированными глубинами недостаточна для размещения двух судоходных пролетов, а также для разводных мостов, следует предусматривать один судоходный пролет.

Очертание подмостового габарита должно быть прямоугольного очертания (соответствовать указанному на рис. 8.16 б, в контуру ABCD ).

На водных путях I - IV классов для неразводных пролетов мостов с криволинейным очертанием нижнего пояса пролетных строений, располагаемых в стесненных условиях (в пределах городов и подходов к ним, вблизи транспортных узлов, на автомобильных дорогах с развязками, на берегах и в других обоснованных случаях), допускается принимать очертание подмостового габарита по контуру AEFKLD согласно рис. 8.16 а.

Класс внутреннего пути, на котором предусматривается строительство моста, гарантированная (и средненавигационная) глубина судового хода (с учетом возможного дноуглубления) на всей ширине каждого судоходного пролета, а также соответствующая высота (отметка) наинизшего судоходного уровня воды (НСУ) в пределах всего участка водного пути, отнесенного к данному классу, устанавливается министерством (ведомством), регулирующим судоходство на соответствующем внутреннем водном пути или организацией, уполномоченной указанным министерством (ведомством).

Высоту (отметку) РСУ следует определять по методике, приведенной в ГОСТ 26775-97 .

Трубы под насыпями проектируют независимо от категории дорог на полную ширину земляного полотна с засыпкой (считая от верха звена трубы до низа дорожной одежды): не более 0,5 м - на автомобильных дорогах общего пользования, на дорогах и улицах в городах, поселках и сельских населенных пунктах, а также на автомобильных дорогах промышленных предприятий; не менее 0,2 м - на внутрихозяйственных автомобильных дорогах колхозов, совхозов и других сельскохозяйственных предприятий и организаций.

Отверстие (высоту труб) назначают, как правило, не менее 1,0 м - при длине трубы до 20 м; 1,25 м - при длине трубы 20,0 м и более.

Отверстия труб на автомобильных дорогах ниже II категории допускается принимать равными: 1,0 м - при длине до 30 м; 0,75 м - при длине до 15 м; 0,50 м -на съездах при устройстве в пределах трубы быстротока (уклон 10 ‰ и более) и ограждений на входе.

Отверстия труб и малых мостов допускается увеличивать для использования их в качестве пешеходных переходов, скотопрогонов, в случае технико-экономической целесообразности - для пропуска

автомобилей и низких узкозахватных сельскохозяйственных машин с обеспечением соответствующих габаритов.

Возвышение бровки земляного полотна на подходах к малым мостам и трубам над расчетным уровнем подпертой воды принимают не менее 0,5 м при безнапорном режиме протекания потока, а для труб при полунапорном и напорном режимах - не менее 1,0 м.

8.13. Тоннели

Автодорожные тоннели проектируют в соответствии с требованиями СНиП 32-04-97. В плане и продольном профиле тоннели проектируют с соблюдением дополнительных требований, перечисленных ниже.

При проектировании плана предпочтение отдают расположению автодорожных тоннелей на прямолинейных участках дорог. В случае необходимости радиусы кривых в плане для автодорожных тоннелей должны быть не менее 250 м и в исключительных случаях при технико-экономическом обосновании

- не менее 150 м.

Наибольший допустимый уклон проектной линии допускается сохранять в тоннелях длиной менее 300 м. При длине тоннеля 300 м и более уклон в тоннеле не должен превышать значения наибольшего уклона, умноженного на следующие коэффициенты при длине тоннеля: от 0,3 км до 1 км - 0,9; свыше 1 км до 3 км - 0,85; свыше 3 км - 0,8-0,75 (в зависимости от длины тоннеля).

Продольный профиль тоннелей длиной до 300 м проектируют односкатным, а длиной более 300 м

- односкатным или двускатным (в горных тоннелях - с подъемом к середине) с уклонами не менее 3 и не более 40 ‰. При длине тоннелей до 500 м, располагаемых в трудных топографических и инженерно-геологических условиях, допускается увеличивать продольный уклон до 60 ‰ .

Габарит приближения конструкций автодорожных тоннелей устанавливают в зависимости от категории дороги и принимают в соответствии с рис. 8.17 и табл. 8.13.

Рис. 8.17. Габариты приближения конструкций автодорожных тоннелей

Таблица 8.13.

Габариты приближения конструкций автодорожных тоннелей

Категория автомобильной дороги

Число полос движения

Расстояние Г между бортовыми камнями, мм

I

4

16 000 + С

I

3

12 000

I

2

8000

II

2

8000

III

2

7000

IV

2

7000

Примечания : 1. Расстояния Г между бортовыми камнями автомобильных дорог I категории при двух- и трехполосном движении указаны для каждого направления при раздельных тоннелях.

2. Расстояние Г между бортовыми камнями, указанное для тоннелей с четырехполосным движением, включает в себя ширину С разделительной полосы между разными направлениями движения, принимаемую не менее 1200 мм.

3. Размеры поперечного сечения тоннелей на кривых участках автомобильных дорог следует принимать с учетом уширения (см. табл. 8.8).

4. Тротуар шириной 1000 мм (в том числе защитная полоса шириной 250 мм) предназначен для служебного пешеходного движения, а также для использования в аварийных ситуациях.

Число полос движения в тоннелях на автомобильных дорогах I категории обосновывается путем сравнения технико-экономических показателей конкурирующих вариантов проектных решений. Тоннели на дорогах III - IV категорий следует проектировать для двух полос движения.

Тоннели должны быть защищены от проникновения в них поверхностных и подземных вод, в них также предусматривают устройства (лотки и трубы) для отвода воды к порталам, выпуска и сброса ее за пределы тоннеля. Дно лотков и труб в пределах горизонтальной разделительной площадки должно иметь уклон не менее 3 ‰. При одностороннем продольном уклоне следует исключать попадание воды в тоннель из верховой предпортальной выемки.

В районах с суровыми климатическими условиями предусматривают мероприятия по предотвращению замерзания воды в дренажных устройствах и образования наледей на проезжей части.

Проезжую часть автодорожных тоннелей проектируют с цементобетонным (монолитным или сборным) или асфальтобетонным осветленным покрытием с шероховатой поверхностью.

На подходах к автодорожным тоннелям устанавливают постоянные дорожные знаки, регламентирующие режим движения транспортных средств.

Систему вентиляции транспортных тоннелей (с естественным или механическим побуждением) в зависимости от длины тоннеля предусматривают:

с естественным побуждением - при длине тоннеля до 150 м;

с естественным побуждением при обосновании расчетами - при длине свыше 150 м до 400 м;

с механическим побуждением - при длине тоннеля свыше 400 м.

Питание электроэнергией силовых и осветительных устройств предусматривают от энергетических систем или промышленных, коммунальных и других электростанций. При отсутствии вблизи тоннеля источников электроснабжения необходимой мощности при технико-экономическом обосновании допускается проектировать собственные электростанции, сооружаемые вблизи тоннеля.

В автодорожных тоннелях предусматривают общее электрическое стационарное освещение с обеспечением горизонтальной освещенности на уровне верха покрытия проезжей части не менее значений приведенных в табл. 8.14.

Таблица 8.14.

Горизонтальная освещенность тоннелей, лк

Режим освещения

Расстояние от въездного портала тоннелей с односторонним движением или от порталов со встречным движением, м

Расстояние от выездного портала тоннелей с односторонним движением, м

0

25

50

75

100 и более

100 и более

75

50

25

0

Дневной

750

600

400

200

30

30

100

150

250

400

Ночной

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

Примечание . Значения освещенности указаны на уровне верха покрытия проезжей части: при двух и трех полосах движения - по оси тоннеля: при четырех полосах движения и более - по оси проезда в каждом направлении.

В автодорожных тоннелях длиной более 1000 м устанавливают громкоговорители местного вещания, расстояние между которыми определяется проектом. Оповещение ведется из помещения дежурного.

Порталы автодорожных тоннелей для регулирования движения оборудуют световыми сигналами, управляемыми дистанционно из помещения дежурного.

В автодорожных тоннелях протяженностью более 300 м предусматривают заградительную сигнализацию, предназначенную для включения устанавливаемых перед порталами световых сигналов, запрещающих въезд транспортных средств в случае возникновения аварийной ситуации в тоннеле. Кнопки заградительной сигнализации располагают по длине тоннеля через 60 м возле телефонных аппаратов.

Автодорожные тоннели длиной 300 м и более должны иметь телефонную связь с помещением службы технического надзора. Телефонные аппараты устанавливают у обоих порталов, а также в тоннеле на расстоянии не более 150 м один от другого. Противопожарные средства предусматривают для тоннелей длиной более 300 м.

ГЛАВА 9. ПЛАН АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ. ПРИНЦИПЫ ЛАНДШАФТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

9.1. Выбор направления трассы

Выбор направления трассы является комплексной задачей, при решении которой конкурирующие варианты автомобильной дороги в пределах полосы варьирования трассы детально оценивают по основным показателям (приведенным затратам, строительной стоимости, транспортно-эксплуатационным расходам, материалоемкости строительства, уровням удобства и безопасности движения, степени загрязнения окружающей среды и т.д.).

Общее направление трассы и ширину полосы варьирования конкурирующих вариантов устанавливают на основе аналитических расчетов по результатам экономических изысканий и разрабатываемых на их основе обоснований инвестиций (ОИ) или технико-экономических частей проектов (ТЭЧ), выполняемых в соответствии со схемами развития и размещения сети автомобильных дорог, развития и размещения производительных сил данного региона, схемами районной планировки и благоустройства.

Выбор общего направления автомобильной дороги выполняют в соответствии с основными законодательными актами Российской Федерации по землепользованию, основами водного и лесного законодательства, а также с основными актами по охране недр и окружающей среды.

При нанесении вариантов трассы автомобильной дороги в пределах полосы варьирования принимают во внимание следующие условия:

возможность проектирования автомобильной дороги с соблюдением требований действующих нормативных документов;

трассирование по возможности по кратчайшему направлению между заданными пунктами;

природные условия района трассирования: климатические, топографические, инженерно-геологические, гидрогеологические, инженерно-гидрологические и метеорологические;

ситуационные особенности района проектирования;

варианты пересечения крупных водотоков;

требования трассирования в районах промежуточных пунктов для наилучшего обслуживания местных сетей и транзитного движения;

требования по обеспечению удобства и безопасности движения;

требования ландшафтного проектирования автомобильных дорог.

Уже на стадии трассирования варианты автомобильной дороги оценивают по степени удовлетворения ими требований удобства и безопасности движения. Всестороннюю оценку каждого варианта по этим критериям удается сделать при системном, автоматизированном проектировании (см. главу 23). Для того чтобы дорога наилучшим образом удовлетворяла требованиям удобства и безопасности движения размеры ее элементов должны обеспечивать возможность движения одиночных автомобилей с расчетными скоростями и транспортных потоков со средними расчетными скоростями, нормируемыми в зависимости от категории дороги, а сочетания элементов плана и продольного профиля должны правильно ориентировать водителей в части дальнейшего направления трассы за пределами фактической видимости.

При проектировании безопасной для автомобильного транспорта трассы автомобильной дороги следует избегать:

кривых малого радиуса в конце затяжных спусков;

резких поворотов дороги за переломами продольного профиля;

пересечений дорог в одном уровне, особенно в условиях необеспеченной видимости;

участков переплетений и слияний транспортных потоков местного и транзитного движения с резко различными скоростями;

длинных прямых, сопрягаемых в конце с кривыми в плане малого радиуса.

Одним из радикальных средств обеспечения удобства и безопасности движения является ландшафтное проектирование (см. разд. 9.4), принципы которого получили развитие в работах проф. В.Ф. Бабкова, доц. Н.П. Орнатского и др. и нашли свое отражение в действующих нормативных документах.

9.2. Элементы клотоидной трассы

Решение плана трассы автомобильных дорог является одним из наиболее ответственных этапов проектирования, поскольку во многом определяет приведенные затраты, строительную стоимость, транспортно-эксплуатационные расходы, уровни удобства и безопасность движения, а также степень вредного воздействия дороги на окружающую среду.

Одним из наиболее эффективных средств получения при трассировании наилучших инженерных решений является обеспечение зрительной плавности и ясности верхней части полотна автомобильной дороги. Решить эту задачу традиционными методами трассирования обычно не представляется возможным в связи с тем, что план трассы при традиционном проектировании представляется сочетанием жестких элементов - прямых и круговых кривых. Последние при радиусах R £ 2000 сопрягаются с прямыми участками трассы посредством относительно коротких переходных кривых, нормируемых действующими нормативными документами из условия допустимого значения нарастания центробежного ускорения, принимаемого J £ 0,5 м/с3.

При проектировании автомобильных дорог нашли широкое применение как в Российской Федерации, так и за рубежом переходные кривые типа клотоиды (см разд. 8.8), характеризуемые линейным законом изменения кривизны по длине переходной кривой и наилучшим образом отвечающие условиям движения по ним автомобилей с постоянными расчетными скоростями (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Изменение кривизны по длине переходной кривой:
а - клотоида; б - диаграмма кривизны

При этом кривую на участке от ее начала (с R = ¥ ) до любой точки с радиусом R = R к принято называть клотоидой. Кривую же от любой точки с радиусом R = R к 1 до произвольной точки с радиусом R = R к 2 называют отрезком клотоиды.

Если при традиционном проектировании плана трассы автомобильных дорог переходные кривые являются вспомогательными элементами, обеспечивающими приведение в соответствие плана трассы траектории автомобиля на переходных участках закруглений (вход с прямой на круговую кривую и обратно), то при клотоидном трассировании переходные кривые, имеющие существенно большие длины, уже выступают как самостоятельные элементы наравне с прямыми и круговыми кривыми, при этом длины клотоид и их параметры принимают существенно большими, чем минимально нормируемые действующими нормативными документами.

По сравнению с традиционной трассой для клотоидной трассы характерно наличие существенно большего числа типов закруглений, которые к тому же являются предельно гибкими и которые поэтому легко приспосабливать к конкретным особенностям рельефа и ситуации местности:

биклотоида симметричная при А1 = А2; несимметричная А1 ¹ А1 (рис. 9.2, а);

биклотоида с круговой вставкой, симметричная при А1 = А2; несимметричная при А1 ¹ А1 (рис. 9.2, б);

коробовая (составная) клотоида (рис. 9.2, в);

комбинированное закругление (рис. 9.2, г).

Рис. 9.2. Типы закруглений клотоидной трассы

Гибкость клотоидной трассы при одних и тех же углах поворота и радиусах сопряжений достигается изменением соотношений параметров соседних клотоид.

Клотоидную трассу проектируют по крупномасштабным топографическим планам обычно масштаба 1:2000 и 1:5000, аэрофотоснимкам, а на ранних стадиях проектирования по крупномасштабным картам масштаба 1:10000. Рассмотренные выше типы закруглений определяют положение магистрального хода, который представляют в общей системе координат, выносят в натуру и закрепляют на местности стандартными знаками.

Каждое закругление определяет один угол поворота магистрального хода, от которого осуществляют детальную разбивку трассы для строительства.

При больших длинах кривых нередко вынос трассы в натуру производят от магистрального хода (рис. 9.3), представленного касательными к главным точкам трассы (точкам сопряжения элементов).

Рис. 9.3. Представление магистрального хода по касательным к главным точкам закругления трассы

В существующих системах САПР-АД предусмотрен также случай выноса в натуру трассы от произвольного магистрального хода. Аналитический автоматизированный расчет трассы при этом является обязательным.

Таким образом, клотоидная трасса в общем случае представляется сочетанием сопряженных между собой, соизмеримых по длине элементов: клотоид, отрезков клотоид, круговых кривых и прямых. Представление о клотоидной трассе как состоящей только из одних клотоид является неправильным.

9.3. Принципы трассирования

Традиционный принцип трассирования автомобильных дорог, который можно назвать принципом «тангенциального трассирования», состоит в том, что на план либо карту наносят с помощью линейки ломаный (тангенциальный) ход, в изломы которого вписывают круговые кривые либо круговые кривые со вспомогательными переходными. Минимальные радиусы закруглений принимают не менее значений, определяемых действующими нормативами для автомобильных дорог соответствующих категорий.

Основной недостаток принципа «тангенциального трассирования» состоит в том, что магистральный ход, укладываемый сообразно рельефу и ситуации, во многом определяет положение самой трассы автомобильной дороги в плане (рис. 9.4, а).

Рис. 9.4. Трасса автомобильной дороги, запроектированная методами:
а - «тангенциального трассирования»; б - «гибкой линейки»

Это обстоятельство почти всегда приводит к получению негибкой пространственной линии автомобильной дороги с невыдержанными принципами обеспечения зрительной ясности и плавности трассы, которая, в частности, нередко характеризуется наличием длинных прямых и коротких круговых кривых минимальных радиусов, наличием закруглений за переломами продольного профиля, повышенными объемами земляных работ, повышенной аварийностью и т.д. Принцип «тангенциального трассирования» применим лишь на некоторых участках трассы в случаях, когда направления трассы, определяющие углы поворота, жестко фиксированы ситуационными условиями (например, в населенных пунктах или в некоторых случаях при реконструкции). В остальных случаях свободного трассирования принцип «тангенциального трассирования» использовать не следует ни при ручном, ни тем более при автоматизированном проектировании.

Принцип «гибкой линейки» существенно отличен от идеи «тангенциального трассирования» и является основой автоматизированного проектирования плана автомобильных дорог. Суть принципа «гибкой линейки» состоит в том, что на крупномасштабном плане либо карте, сообразуясь с рельефом и ситуацией, вписывают плавную линию от руки или с помощью специальной гибкой линейки - сплайна (рис. 9.4, б). При этом положение магистрального хода - углы поворота, положение их вершин, а также параметры закруглений определяются трассой автомобильной дороги, уложенной в рельеф и ситуацию, а не наоборот, как это принято при тангенциальном трассировании.

Принцип «гибкой линейки» с успехом используют и при неавтоматизированном проектировании, когда закругления трассы представлены лишь в виде обычных круговых кривых либо круговых кривых со вспомогательными переходными. Для этого по плавной эскизной линии трассы автомобильной дороги устанавливают положение магистрального хода, измеряют углы поворота q и по масштабу значения биссектрис Б на закруглениях. По известным значениям q и Б определяют радиусы закруглений с последующим их округлением до кратных значений (9.1):

                                                                                                                   (9.1)

Принцип «гибкой линейки» является фундаментальной основой определения положения клотоидных трасс автомобильных дорог, обеспечивающих их наибольшую зрительную плавность и ясность, уровни удобства и безопасность движения и т.д. Укладку и расчет клотоидной трассы осуществляют по крупномасштабным планам как вручную с использованием прозрачных шаблонов клотоид и круговых кривых, так и автоматизированно на компьютерах.

Получившие распространение методы автоматизированного проектирования плана автомобильных дорог, базирующиеся на принципе «гибкой линейки» (например, «однозначно определенной оси» или «сглаживания эскизной линии») различаются, главным образом, способами аппроксимации эскизной трассы, однако в результате автоматизированной увязки план дороги в конечном итоге представляется сочетанием обычных элементов клотоидной трассы: клотоидами, отрезками клотоид, круговыми кривыми и прямыми.

9.4. Цели и задачи ландшафтного проектирования*

Ландшафтным проектированием называют трассирование дорог на местности, обеспечивающее плавность сопряжения между собой элементов автомобильных дорог и гармоничное сопряжение самой дороги с окружающим ландшафтом. При этом к элементам дорожного ландшафта относят формы рельефа местности, растительный покров, водные и заболоченные поверхности, а также возникшие в результате деятельности человека сельскохозяйственные угодья, лесные разработки и горные выработки, населенные пункты и промышленные предприятия. Цель ландшафтного проектирования - создание трассы, которая обеспечивает высокие транспортно-эксплуатационные качества дороги, удобство и безопасность движения, не утомительна для водителей и пассажиров, способствует сохранению цельного и живописного ландшафта.

* (Разд. 9.4 - 9.7 подготовлены с использованием материалов проф. В.Ф. Бабкова.

Современная автомобильная дорога является местом работы и отдыха многих тысяч людей и должна удовлетворять не только техническим, но и эстетическим требованиям. Установлено, что дорога с пространственно плавной трассой, хорошо сочетающаяся с ландшафтом, менее утомительна для водителей, обеспечивает меньший риск дорожных происшествий и обеспечивает экономичность перевозок.

Ландшафтное проектирование автомобильных дорог в наибольшей степени обеспечивает возможность выполнения требований, вытекающих из принятых в Российской Федерации законов об охране природы и землепользовании. Оно дает возможность строить дороги, не только не нарушая сложившихся природных ландшафтов, но и способствовать их украшению и повышению плодородности. Ландшафтное проектирование дорог, как правило, обеспечивает снижение строительной стоимости и приведенных затрат за счет уменьшения объемов строительных работ и снижения транспортно-эксплуатационных расходов. Для автомагистралей и автомобильных дорог I категорий это достигается, в частности, ступенчатым расположением земляного полотна на косогорных участках, для дорог более низких категорий - снижением рабочих отметок в результате плавного вписывания трассы дороги в конкретные формы рельефа.

Удовлетворение эстетическим критериям при ландшафтном проектировании не является самоцелью, оно способствует, прежде всего, наилучшему удовлетворению функциональных требований к дороге.

Не следует считать, что обязательность соблюдения принципов ландшафтного проектирования относится только к проектам новых дорог высших категорий. При интенсивной автомобилизации страны и быстром росте грузо- и пассажиропотоков на дорогах необходимо уже при строительстве новой дороги предвидеть пути ее последующей реконструкции. Опыт показывает, что полоса местности, прилегающая к дороге, быстро застраивается, засаживается ценными культурами, и даже минимальные последующие исправления трассы оказываются затруднительными или невозможными. Поэтому для дорог любых категорий следует исходить из рекомендуемых нормативными документами значений параметров плана и продольного профиля и соблюдать требования ландшафтного проектирования.

Ландшафтное проектирование автомобильных дорог включает в себя ряд совместно решаемых задач:

соблюдение требований к плавному сочетанию между собой элементов трассы в целях обеспечения высоких уровней удобства и безопасности движения автомобилей с высокими скоростями;

обеспечение «зрительного ориентирования» водителя - ясности в направлении дороги на достаточно больших расстояниях и даже за пределами фактической видимости, чтобы при движении водитель не мог встретиться с неожиданным для себя изменением дорожных условий, требующим резкого изменения режима движения. Видимые участки дороги и придорожной полосы должны заблаговременно подсказывать водителю изменения направления движения за пределами фактической видимости;

проложение трассы дороги и назначение ее элементов таким образом, чтобы не возникали зрительные искажения вида отдельных участков в перспективе и у водителя не создавалось бы впечатления, что впереди имеются необоснованно крутые изломы дороги;

обеспечение плавного вписывания дороги в ландшафт местности для повышения удобства движения, лучшего раскрытия перед участниками движения красоты природы, устранения нарушений дорогой закономерностей сложившегося придорожного ландшафта, соблюдение требований охраны окружающей среды;

сохранение исторических и культурных памятников, ценных сельскохозяйственных угодий, сведение к минимуму вредного воздействия дороги на окружающую среду;

дополнение и улучшение природного ландшафта посадками деревьев и кустарников на придорожной полосе, планировочными и осушительными работами, созданием водоемов, раскрытием или маскировкой вида с дороги отдельных участков ландшафта. Для этой цели на дорогах высоких категорий, как правило, с большой долей легкового движения, производят разреживание леса или срезку откосов выемок, закрывающих красивые виды (рис. 9.5), а также маскировку растительными посадками некрасивых выработок или больших обнаженных откосов (рис. 9.6 и 9.7).

Рис. 9.5. Расчистка леса для раскрытия вида на памятник архитектуры

Рис. 9.6. Маскировка грунтового карьера посадкой деревьев:
а - придорожная полоса после строительства дороги; б - после декоративных посадок

Рис. 9.7. Способы маскировки высоких обнаженных откосов насыпей и выемок растительными посадками:
а - некрасивый обнаженный откос выемки; б - посадка на откосе деревьев и кустарников; в - посадка вдоль дороги высокорослых деревьев; г - уменьшение видимой высоты откоса устройством бермы и засаживанием части откоса, расположенного выше бермы деревьями и кустарниками; д - то же, с устройством на откосе нескольких берм

Первые три пункта направлены на обеспечение плавности и психологической ясности дороги для водителей («внутренняя гармоничность трассы»).

Два последующих преследуют цель согласования дороги с придорожной полосой («внешняя гармоничность трассы»).

При решении всех этих задач должны соблюдаться требования действующих нормативных документов.

Ведущим в процессе ландшафтного проектирования является инженер-дорожник - автор проекта. При сравнении возможных вариантов дороги и уточнении проектных решений отдельных ее участков желательно также участие архитектора, оценивающего их с точки зрения удовлетворения эстетическим критериям и дающего советы в отношении осуществления лучшей увязки дороги с ландшафтом и архитектурной композицией придорожной полосы. При этом дорога со всеми ее элементами (трасса, искусственные сооружения, придорожные постройки, обстановка пути, снегозащитные и декоративные посадки) должна рассматриваться как единый архитектурный ансамбль, который должен обладать определенным единством.

Попытки улучшения неудачно запроектированной дороги средствами ландшафтной архитектуры, в первую очередь маскирующими декоративными посадками, как правило, обречены на неудачу и сводятся к украшательству.

9.5. Согласование элементов трассы с ландшафтом

Согласование дороги с ландшафтом основывается на закономерностях сочетания элементов ландшафта. Трасса дороги должна соответствовать изменению общего ритма взаимного расположения элементов рельефа, сглаживания их в соответствии с требованиями пространственной плавности и ясности трассы. Трасса в пространстве должна представлять плавную линию с отсутствием резких изгибов и переломов, нарушающих ее общий ритм. Она может состоять из сочетающихся прямых, круговых и переходных кривых с закономерно изменяющейся кривизной или быть кривой непрерывно изменяющейся кривизны, участки которой описываются двух или трехмерными сплайнами.

При следовании вдоль водотоков или по берегам больших водоемов трассу удаляют примерно на одинаковое расстояние от водного зеркала, пересекая узкие заливы мостами или насыпью. В некоторых случаях осью ландшафта, в непосредственной близости к которой трассируется автомобильная дорога, могут быть и существующие другие инженерные сооружения: мелиоративные, ирригационные и судоходные каналы, железные дороги, линии электропередачи и т.д.

Идея согласования дороги с ландшафтом отнюдь не означает полного ее подчинения формам рельефа или элементам ситуации. В каждом ландшафте есть основные, характеризующие его элементы, на которые и следует ориентироваться при трассировании дороги. Автомобильная дорога должна следовать крупным формам рельефа, не считаясь с множеством малых и мельчайших складок местности или извилин границ леса. Степень согласования дороги и ландшафта во многом определяется значением дороги.

Чем выше категория дороги, тем более строгие требования к согласованию должны предъявляться. В отдельных случаях, например, в курортных районах и в заповедниках, трассирование дороги может быть полностью подчинено задаче внезапного раскрытия перед участниками движения красивых видов и при этом могут даже предусматриваться специально размещаемые с этой целью смотровые площадки.

В число многочисленных задач дорожного озеленения входит и использование древесных и кустарниковых посадок как средства согласования дороги с ландшафтом, его украшения и дополнения. Тщательно подобранные совместно со специалистом-озеленителем древесно-кустарниковые посадки позволяют:

закрывать вид с дороги на некрасивые или неудачные места придорожного ландшафта или сооружения самой дороги: выработанные придорожные карьеры, обнаженные откосы выемок на покрытых растительностью склонах холмов, насыпи подходов к пересекающих дорогу путепроводам, складские территории вблизи границ полосы отвода и т.д.;

устранять монотонные и однообразные виды длинных прямых участков в лесных районах путем посадки декоративных групп деревьев и расчистки границ просек;

создавать в однообразной степной местности на придорожной полосе отдельные декоративные группы, привлекающие и активизирующие внимание водителей;

на подъездах к городам и курортным поселкам подчеркивать приближение к цели путешествия, а в некоторых случаях и создавать настроение торжественности, используя для этих целей посадки аллей из высоких деревьев на прямых участках автомобильных дорог;

создавать зрительные ориентиры в виде «барьерных» посадок, показывающих водителям предстоящие изменения направления трассы и крутизну поворота за пределами фактической видимости, «обозначающих» посадок, указывающих в степных районах места пересечений и примыканий второстепенных дорог в одном уровне и т.д.

9.6. Особенности трассирования автомобильных дорог в характерных ландшафтах

Из всего многообразия факторов (как природных, так и возникших в результате деятельности человека), которые определяют современные географические ландшафты, необходимо выделить, прежде всего, высотные и плановые препятствия, между которыми должна быть уложена трасса автомобильной дороги. Выделяемые далее типичные ландшафты могут встречаться в различных географических зонах, что придает общность описываемым приемам трассирования.

Выделяют следующие основные типы характерных ландшафтов, идентичные по принципам трассирования автомобильных дорог: равнинные (степной, низменный заболоченный, лесисто-болотистый); холмистые (пересеченная лесостепь, сильно холмистый, моренный ландшафт, ландшафт речных долин); горные (предгорья, морские побережья, долины горных рек, высокогорные перевальные участки).

В степных районах рельеф и ситуация местности не вносят существенных ограничений при трассировании автомобильных дорог как в плане, так и в продольном профиле. В этих районах, как правило, отсутствуют какие-либо препятствия при трассировании дорог длинными прямыми протяжением иногда до нескольких десятков километров. Однако движение по длинным прямым в открытой однообразной равнинной местности для водителей грузовых автомобилей сопряжено с повышенной утомляемостью, снижением внимательности, а в отдельных случаях даже с впадением в дремотное состояние. Водители легковых автомобилей нередко теряют контроль над скоростью. В ночное время на длинных прямых участках повышается опасность ослепления водителей светом фар встречных автомобилей. Все это приводит к увеличению числа дорожно-транспортных происшествий на длинных прямых участках автомобильных дорог.

Предельную длину прямых в плане рекомендуется ограничивать согласно таблице 9.1. Рекомендуется также ограничивать суммарную длину прямых, сопрягаемых короткими кривыми в плане. Если длина кривой в плане менее 300 м, суммарная длина двух сопрягаемых ею прямых также не должна превышать величин указанных в таблице 9.1. более чем на 20 %.

Таблица 9.1.

Предельные длины прямых в плане

Категория дороги

Предельная длина прямой в плане на местности, м

Равнинной

Пересеченной

Автомобильные дороги I категории

3500-5000

2000-3000

Автомобильные дороги II и III категорий

2000-3500

1500-2000

Примечание . Большие длины прямых применяют при наличии в транспортном потоке грузового движения менее 30 %, меньшие - более 30 %.

Установлено, что длина прямых не должна превышать расстояний, проходимых автомобилями с расчетной скоростью за 3-4 минуты и составлять не более длин, рекомендуемых табл. 9.1.

Выполнение этих требований, как правило, не требует искусственного искривления трассы, так как при детальном изучении микрорельефа равнинной местности обычно всегда обнаруживается достаточно много причин, делающих обоснованным искривление трассы (участки поверхностного заболачивания и пятен избыточного засоления, места с необеспеченным стоком поверхностных вод, лесные массивы и рощи в степных районах, мелкие элементы рельефа, не находящие отражения на топографических картах, но влияющие на условия поверхностного водоотвода, ценные сельскохозяйственные угодья, населенные пункты, понижения местности, над которыми в безветренные летние ночи образуются туманы, ограничивающие видимость и т.д.).

Допустимая длина прямых участков трассы связана также с окружающей местностью. Всякие выделяющиеся элементы местности привлекают к себе внимание водителей и способствуют повышению их сосредоточенности. В связи с этим, всегда оправдывает себя направление дороги на хорошо заметные из далека ориентиры - «доминанты», выделяющиеся на общем фоне местности - горы, высокие здания и заводские сооружения, шахтные терриконы, соборы и церкви (рис. 9.8).

Рис. 9.8. Трассирование автомобильной дороги на «доминанту». Издалека видно дальнее сооружение, расположенное на горе; вблизи доминирующее влияние оказывает нижнее, свидетельствующее о повороте дороги

При отсутствии на местности естественных ориентиров их создают искусственно в виде декоративных групп деревьев на придорожной полосе (рис. 9.9) или в виде памятников и обелисков, указывающих на расположенные в стороне от дороги достопримечательности местности.

Рис. 9.9. Примеры групповых декоративных придорожных насаждений:
а - из двух деревьев и высокого кустарника; б - из двух деревьев и низкого кустарника; в - из одного дерева; г -из деревьев без посадки кустарника

Радиусы смежных кривых в плане должны различаться не более чем в 1,3 раза. Параметры смежных переходных кривых при сопряжении кривых в плане разных знаков рекомендуется назначать одинаковыми.

При малых углах поворота (менее 7°) радиусы кривых в плане рекомендуется назначать в зависимости от величины угла поворота по таблице 9.2.

Таблица 9.2.

Наименьшие радиусы кривых в плане при малых углах поворота трассы

Угол поворота, град

1

2

3

4

5

6

7

Наименьший радиус круговой кривой, м

30 000

20 000

10 000

6000

5000

3000

2500

Рекомендуется избегать коротких прямых вставок между кривыми в плане одного знака. При длине прямой менее 100 м рекомендуется заменять смежные кривые одной кривой большего радиуса, при длине прямой вставки от 100 до 300 м последнюю целесообразно заменять переходными кривыми соответствующей суммарной длины.

Глубокие долины малых рек и широкие балки нецелесообразно пересекать длинными прямыми, так как затяжные спуски, в которых глубокие выемки переходят в нижней части спуска в высокие насыпи, характеризуются повышенной аварийностью.

Опасными являются участки перехода из выемок в насыпи и на съездах с мостов со сплошными перильными ограждениями, на которых автомобили могут подвергнуться внезапному приложению боковой ветровой нагрузки.

Желательность искривления плана дороги на крутых подъемах после пересечения долин связана также с возникновением в этом случае зрительным обманом. Взгляд водителя направлен при движении в направлении спуска в долину параллельно проезжей части, поэтому последующий подъем представляется ему значительно более крутым, чем есть на самом деле. У водителей создается иллюзия, что он движется по горизонтальному участку, а впереди ожидается подъем с крутизной, равной сумме фактических уклонов подъема и спуска (рис. 9.10).

Рис. 9.10. Кажущееся увеличение продольного уклона при спуске по прямым участкам дороги разной крутизны

В ряде случаев это приводит к тому, что в нижней части склонов водители развивают опасно высокие скорости с намерением форсировать кажущиеся крутые подъемы с помощью инерции.

Местные дороги пересекают магистрали по путепроводам с высокими насыпями на подходах. Желательно в таких случаях маскировать эти насыпи декоративными посадками, расположенными у подошвы насыпи (рис. 9.11).

Рис. 9.11. Маскировка высокой насыпи в равнинной местности на подходах к пересечению в разных уровнях:
а - деревья, посаженные на насыпи, зрительно увеличивают ее высоту и делают еще более бросающейся в глаза и некрасивой; б - высокие деревья, посаженные у подошвы насыпи, маскируют ее

Ландшафты осваиваемых заболоченных низменностей и орошаемых районов характеризует ярко выраженная созидательная деятельность человека, превращающего системой ирригационных и мелиоративных каналов ранее заболоченные или пустынные территории в плодородные сельскохозяйственные угодья.

Соображения экономии производства строительных работ и обеспечения лучшей организации сельскохозяйственного производства в большинстве случаев предопределяют трассирование дорог, по возможности, в непосредственной близости и параллельно направлению каналов, хотя это заметно ухудшает водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог. На вновь осваиваемых территориях это требует совместного решения дорожных и ирригационно-мелиоративных проблем. Дороги высших категорий трассируют в соответствии с требованиями экономичности перевозок, пересекая каналы.

Трассы местных дорог подчиняют ирригационно-мелиоративной сети. Они состоят из прямых участков, обычно окаймленных рядами деревьев и сопряженных кривыми минимальных радиусов. Плоский характер местности и неблагоприятные гидрогеологические условия в связи с высокими уровнями грунтовых вод обусловливают расположение дорог в невысоких насыпях.

В лесисто-болотистых и лесных районах в равнинной и слабо холмистой местности автомобильные дороги трассируют по длинным однообразным лесным просекам. Обязательными мерами устранения однообразности и монотонности вида дороги являются посадки по краям просек декоративных растительных групп, отличающихся цветом листвы от основного фона леса. Впечатление прямолинейности коридора может быть исключено посредством посадки выступающих групп деревьев или вырубкой, по договоренности с органами управления лесным хозяйством, в основном лесном массиве углублений - «бухт» (рис. 9.12).

Рис. 9.12. Устранение прямолинейных краев просек и исправление прямолинейных границ вырубок:
а - устройством местных уширений и посадкой деревьев; б - улучшением придорожных полян приданием их контурам неправильной формы, а также посадкой деревьев и кустарников

Ландшафт лесостепи характеризуется наличием развитых малых форм рельефа и частых долин постоянных и временных водотоков: рек, заросших балок и действующих оврагов. Леса в этой зоне расположены своеобразными островами, представляющими в связи с их относительно малыми площадями значительную ценность. Поскольку элементы рельефа не создают существенных препятствий для трассирования, за редким исключением дороги трассируют с соблюдением допустимых продольных уклонов, не затрагивая лесных массивов.

Наиболее целесообразным является трассирование дорог вдоль опушек лесных массивов, что не мешает сельскому хозяйству, так как не вызывает необходимости перепланирования полей и не отрезает от них узких полос, дальнейшее использование которых в сельскохозяйственном обороте становится затруднительным в связи с невозможностью их механизированной обработки.

В южных районах целесообразно обходить даже небольшие рощи. При необходимости их пересечения нельзя делить лес прямой сквозной просекой на зрительно изолированные друг от друга части. Дорога должна входить в лес на закруглении (рис. 9.13).

Рис. 9.13. Особенности проектирования автомобильных дорог на участках входа в лес:
а - прямолинейное пересечение леса; б - вход в лес на кривой; в - посадка деревьев и кустарников на входных участках

При неизбежности прохода дороги через небольшие рощи прямыми участками некрасиво выглядят как пересечение их точно посередине, так и резко ассиметричные, при которых отрезаются узкие полоски леса.

Чтобы предотвратить заносы дорог снегом, переносимом вдоль опушек леса, отклоняющих общее направление ветрового потока, на участках автомобильных дорог, которые прилегают к лесу, располагают групповые посадки деревьев и кустарников. По мере приближения к лесу эти посадки должны становиться все более густыми и увеличивающимися по высоте. Их назначение состоит в смягчении перехода от открытого пространства к узкой лесной просеке и плавном изменении боковой ветровой нагрузки на автомобиль.

В южной части лесостепной и степной зон большое значение приобретает сохранение не только существующих лесов, но даже отдельных групп деревьев. В большинстве случаев бывает достаточно незначительного смещения трассы в сторону для сохранения красивой группы деревьев. При реконструкции дорог необходимо стремиться к использованию существующих придорожных насаждений.

Холмистый ландшафт складывается из более развитых элементов рельефа. Для сокращения объемов земляных работ рекомендуется осуществлять трассирование в виде кривых преимущественно больших радиусов с вписыванием их в элементы ситуации и рельефа с обязательным прохождением между крупными элементами ландшафта.

Основная трудность трассирования дорог в холмистой местности заключается в выявлении основных форм рельефа, с которыми должна быть увязана трасса без подчинения мелким второстепенным элементам. Чем выше категория дороги и шире земляное полотно, тем с более крупными элементами рельефа должна увязываться трасса. Это обусловлено тем, что для обеспечения плавности широкого земляного полотна требуется вводить кривые больших радиусов, чем при узком земляном полотне. Влияние пересекаемых дорогой небольших впадин и отрогов холмов обычно уничтожается планировочными работами и плавным сопряжением земляного полотна с прилегающей местностью.

Дорога в холмистой местности в результате сочетания подъемов и спусков с кривыми в плане обычно открыта для обзора на значительном протяжении, особенно на спусках с водоразделов. Непродуманное сочетание элементов плана и продольного профиля с элементами ландшафта в этом случае особенно резко бросается в глаза.

В условиях холмистого ландшафта наиболее целесообразным является проектирование трассы в плане сопрягающимися кривыми с введением переходных кривых большой длины и с большими параметрами, типа клотоид и сплайнов.

При сильно извилистых трассах на местности с пересеченным рельефом иногда бывает трудно обеспечить видимость дороги на большом расстоянии. В таких случаях целесообразно предусматривать обгонные участки с увеличенными расстояниями видимости, располагаемые на прямых или кривых в плане больших радиусов. Длины этих участков в зависимости от категории дороги должны быть не менее Утроенного расстояния видимости встречного автомобиля.

К прямым участкам следует относить в данном случае и так называемые «квазипрямые» - конечные участки переходных кривых, в пределах которых ось дороги отклоняется от действительно прямого направления не более чем на 1 м.

В горной местности высотные элементы ландшафта преобладают настолько, что любое неподчинение им дороги сопряжено с резким увеличением сметной стоимости строительства. Согласование с ландшафтом для горных дорог сводится к огибанию элементов горного рельефа с отклонением от них на минимальные расстояния, необходимые для соблюдения требований к элементам плана и продольного профиля в трудных условиях рельефа.

При обеспечении достаточно высоких технических нормативов для автомагистралей геометрическая правильность их очертания приобретает решающую роль в формировании нового ландшафта горной местности. Дорога становится господствующим и организующим элементом крутых склонов горного ландшафта, не затронутого деятельностью людей. Монументальные инженерные сооружения - серпантины, подпорные стенки, мосты, балконы, тоннели, противолавинные и противоселевые галереи, выделяясь на однообразной поверхности горных склонов, сосредоточивают внимание и определяют характер ландшафта. В данном случае гармоничное сочетание дороги с ландшафтом достигается контрастностью между геометрически правильными элементами дороги и хаотичностью горного ландшафта.

В согласовании дорог с ландшафтом в горной и сильно пересеченной местности существенное значение приобретает оформление откосов и обнажений склонов получившихся при устройстве земляного полотна на полках косогоров. Средством маскировки обнажений могут быть посадки кустарника и ползучих растений в грунт, которыми заполняют выдолбленные в откосе карманы.

9.7. Согласование земляного полотна с ландшафтом

Одним из главных принципов увязки дороги с ландшафтом является условие, чтобы дорога не выделялась резко на общем фоне местности. Поэтому целесообразен поперечный профиль земляного полотна с округленными очертаниями пологих поперечных откосов, плавно переходящих в поверхность прилегающих элементов рельефа (рис. 9.14).

Рис 9.14. Обтекаемые поперечные профили земляного полотна, принятые в России:
а - невысокая насыпь с лотком вместо боковой канавы; б - невысокая насыпь с пологими откосами; в - насыпь высотой до 2 м; г - высокая насыпь с откосами переменной крутизны: д - выемка с лотками и округленными кромками откосов

Пологие обтекаемые откосы имеют следующие преимущества по сравнению с обычно применяемыми откосами постоянной крутизны: обеспечивают безопасность движения, поскольку при отсутствии боковых канав автомобиль, потерявший управление, имеет возможность съехать по пологому откосу с насыпи на прилегающую полосу отвода; возрастает уверенность водителя в управлении автомобилем, так как он видит весь откос, а не только бровку земляного полотна, закрывающую от него вид на откос насыпи; обеспечивается лучшее обтекание земляного полотна снеговетровым потоком и снег переносится через дорогу, не откладываясь на проезжей части.

При индивидуальном проектировании земляного полотна, например, в парковых зонах, мелкие выемки и невысокие насыпи обязательно устраивают с пологими откосами. Коэффициент заложения откосов принимают тем большим, чем ниже насыпь. У мелких насыпей откосам придают заложение 1:4 - 1:6. Высокие насыпи устраивают или с постоянным по высоте заложением откосов, или даже делают откосы ломаными с крутизной уменьшающейся по мере приближения к подошве. Откосы выемок чаще всего устраивают с откосами постоянной крутизны.

Большое внимание уделяют сопряжению земляного полотна с прилегающими формами рельефа, добиваясь их плавного слияния. Для этого верхнюю часть откосов выемок и подошву насыпей плавно сопрягают с прилегающей поверхностью грунта по круговым кривым малого радиуса, обычно принимаемого равным одной-двум величинам рабочих отметок.

При сильно пересеченном рельефе местности для лучшего вписывания дороги в ландшафт крутизну откосов выемок и насыпей следует изменять как по высоте, так и по протяжению дороги в зависимости от значения рабочих отметок. Для наилучшего сочетания форм земляного полотна с ландшафтом необходимо:

устраивать более пологие откосы, чем меньше рабочие отметки насыпей и выемок. Наиболее просто достигнуть этого можно, приняв постоянный размер подошвы откоса, соответствующий крутизне откоса 1:1,5 в месте наибольшей глубины выемки;

наряду с округлением кромок земляного полотна использовать плавные формы перехода элементов земляного полотна в окружающие элементы рельефа, например, заполняя пазухи с верховых сторон насыпей на косогорах или срезая бугры, образующиеся в выемках на косогорах у низовых сторон откосов;

на участках перехода из выемок в насыпи устраивать очень пологие откосы с заложением от 1:7 до 1:12, что способствует уменьшению заносимости дороги снегом;

в местах, где дорога пересекается путепроводами, прилегающим участкам земляного полотна придавать геометрически правильные очертания, плавно переходящие через 20-40 м в обтекаемые поперечные профили;

при длинных затяжных выемках примерно постоянной глубины, которые приходится устраивать с откосами постоянного заложения, для расчленения однообразного вида откосов использовать посадку декоративных групп деревьев и кустарников;

избыточный грунт, получаемый при разработке выемок, в первую очередь, использовать для засыпки пониженных мест рельефа с одновременной рекультивацией для передачи сельскому хозяйству, а при невозможности этого - отсыпать вблизи дороги отвалы, оформляемые на основе проектов, разработанных ландшафтным архитектором;

применять раздельное трассирование проезжих частей автомагистралей на косогорных участках, поскольку трассирование по склонам в сильно пересеченной местности автомагистралей с разделительной полосой требует выполнения значительных объемов земляных работ для размещения широкого земляного полотна на полке и в полувыемке-полунасыпи. При этом дорога начинает резко выделяться на местности, ухудшая вид ландшафта большими обнаженными поверхностями откосов. Особенно заметно это бывает на склонах, покрытых лесом. Более экономичное решение достигается при расположении проезжих частей уступами на разных уровнях, что эффективно уже при разностях высот проезжих частей более 0,1 м. Переход от общей трассы к участкам ступенчатого, раздельного трассирования допускается только на участках кривых в плане (рис. 9.15).

Рис. 9.15. Способы перехода от обычного расположения проезжих частей к ступенчатому на автомагистралях с разделительной полосой:
а, б, в - продольные профили и планы трассы; г - поперечный профиль

При этом не должна нарушаться плавность трассы обеих направлений, и каждая из проезжих частей должна удовлетворять нормативам плана и продольного профиля, принятым для автомагистрали в целом.

В сложных условиях рельефа также применяют самостоятельное трассирование обеих проезжих частей. В этом случае ведется трассирование как бы двух параллельных дорог, по каждой из которых происходит одностороннее движение в соответствующих направлениях. Сложным является в данном случае обеспечение впечатления единой дороги. Для этого проезжие части должны периодически сближаться.

9.8. Правила обеспечения зрительной плавности и ясности трассы

Основные требования, которым должна удовлетворять трасса дороги в пространстве сводятся к следующему:

Ритмичность изменения размеров элементов трассы («внутренняя гармония трассы») - закономерность чередования и изменения элементов трассы (длин, углов поворота, радиусов кривых);

согласованность с ландшафтом («внешняя гармония трассы») - соответствие элементов дороги элементам рельефа и ситуации;

зрительная плавность трассы - отсутствие искажений вида дороги в перспективе, создающих у водителей ошибочное впечатление о необходимости в дальнейшем резкого изменения режима движения;

психологическая ясность трассы - создание продолжением дороги, придорожной обстановкой и озеленением у водителей уверенности в дальнейшем направлении дороги за пределами фактической видимости, что позволяет прогнозировать режимы движения.

Для выполнения этих требований необходимо движение по дороге осуществлять практически с постоянной скоростью, исключив необходимость частых торможений и последующих разгонов. Водитель должен быть ориентирован в направлении дороги и в дорожной обстановке на расстоянии, существенно превышающем нормативное расстояние видимости, что обеспечивает возможность уверенного управления автомобилем.

При проектировании необходимо исключать зрительные искажения вида впереди лежащих участков дороги, связанные с тем, что водители воспринимают их в перспективе под малым углом зрения, причем оптическая ось глаза направлена не по горизонтали, как в обычных условиях, а параллельно уклону того участка дороги, на котором автомобиль в данный момент находится. В результате изменения вида дороги в перспективе круговые кривые представляются водителям деформированными, длина кривых уменьшенной, а крутизна поворота значительно возросшей. Угол поворота в несколько градусов, искажаясь в перспективе, кажется поворотом в 15-20° и более. Короткая кривая между длинными прямыми воспринимается как крутой изгиб дороги, а сравнительно пологие поднимающиеся участки за длинными спусками - как крутые подъемы. Эти особенности восприятия отражаются на избираемых водителями режимах движения, как правило, более напряженных, чем позволяют фактические дорожные условия (см. рис. 9.10).

По предложению проф. Е.М. Лобанова за критерий зрительной плавности принимают изменение кривизны линий, образующих изображение дороги на картинной плоскости, на которую как бы проецируется дорога при взгляде водителя. Из контурных линий, определяющих вид дороги, наиболее характерной является внутренняя кромка дороги - «ведущая линия» (рис. 9.16), математической характеристикой изображения которой является радиус в точке с наибольшей видимой кривизной (в «экстремальной точке»).

Рис. 9.16. Характеристики изображения в картинной плоскости, определяющие зрительную плавность дороги

 где

R - радиус кривой в плане, м;

Н - высота глаза водителя над поверхностью проезжей части, м;

Sa - расстояние от водителя до экстремальной точки, м;

 - коэффициент перехода к градусным единицам измерения.

Вид дороги считается зрительно плавным при соблюдении условия (9.2):

 где                                                                                                             (9.2)

 - видимая ширина проезжей части, м.

По мере сокращения расстояния от автомобиля до критической точки зрительная плавность дороги возрастает. Желательно, чтобы она была обеспечена при взгляде с границ ландшафтного бассейна и, во всяком случае, на расстоянии не меньшем видимости из условия обгона.

Трассу автомобильной дороги следует рассматривать как плавную линию в пространстве. Недопустимо проектировать план, продольный профиль и поперечные профили земляного полотна независимо друг от друга, без учета их взаимного влияния, создаваемых условий движения и зрительного восприятия дороги. Рациональное сочетание элементов дорог в плане и продольном профиле всегда подразумевает вертикальные и горизонтальные проекции плавной пространственной линии. Плавность трассы должна быть обеспечена в пределах видимых водителем участков местности («ландшафтных бассейнов»), на которые ее расчленяют естественные препятствия - элементы рельефа и ситуации.

Следует избегать использования предельно допустимых норм на элементы плана и продольного профиля (минимальные радиусы кривых в плане и продольном профиле, максимальные продольные уклоны). Необходимо всегда стремиться применять максимально возможные по местным условиям и не вызывающие чрезмерного удорожания строительства радиусы кривых в плане и профиле, желательно не меньше указанных в СНиП 2.05.02-85 . Наибольшая плавность в продольном профиле достигается при проектировании его из вогнутых и выпуклых кривых, непосредственно сопрягающихся друг с другом без промежуточных прямых вставок.

Чем меньше разность смежных уклонов, тем большими должны быть радиусы вертикальных кривых.

Обертывающая проектная линия, точно следующая очертанию форм поверхности земли, нерациональна, так как это часто приводит к получению участков с недостаточной видимостью или неприятной для взгляда волнистой поверхностью. В то же время длинные участки, запроектированные с постоянными продольными уклонами, нерациональны даже при слабо пересеченном рельефе, поскольку их устройство связано с необходимостью строительства высоких насыпей и глубоких выемок.

Наибольшая плавность трассы бывает обеспеченной при совпадении вертикальных и горизонтальных кривых. Желательно, чтобы длина горизонтальной кривой превышала длину выпуклой вертикальной кривой, а радиус выпуклой кривой превышал радиус кривой в плане не менее чем в 8 раз. Несовпадение вершин кривых допустимо не более чем на 1/4 длины наименьшей из них. Взаимное смешение вершин горизонтальных и вогнутых вертикальных кривых допустимо только в исключительных случаях, но при этом поворот влево следует разбивать перед вогнутостью продольного профиля, а поворот вправо - за ней (рис. 9.17).

Рис. 9.17. Сочетание кривых в плане с вогнутыми вертикальными кривыми:
1 - рекомендуемое; 2 - допустимое

Вогнутые кривые на прямых участках допустимы, если сумма продольных уклонов тангенсов вертикальных кривых не превышает максимального допустимого уклона. В противном случае вогнутую кривую целесообразно совмещать с кривой в плане большого радиуса. Наилучшая плавность достигается, если радиусы вертикальных вогнутых кривых не менее чем в 6 раз превышают соответствующие радиусы горизонтальных кривых.

Следует избегать сопряжений концов кривых в плане с началом выпуклых или вогнутых вертикальных кривых, расположенных на последующих прямых участках. В первом случае для водителей автомобилей, следующих в сторону вертикальной кривой, не ясно дальнейшее направление дороги. Во втором случае создаются участки с плохой видимостью ночью при свете фар.

Для обеспечения на дороге видимости на большом расстоянии следует избегать сочетания элементов трассы, в результате которых для водителей остается неопределенным дальнейшее направление дороги. К их числу относятся: короткие вогнутые участки в продольном профиле на прямых и кривых в плане большого радиуса, которые создают впечатление карманов или просадок; резкие снижения продольного уклона на подъемах, при которых нарушается видимость проезжей части на большом расстоянии; крутые выпуклые участки, как бы упирающиеся в небо, на вершинах выпуклых кривых малого радиуса или на путепроводах пересечений дорог в разных уровнях.

Количество переломов в плане и продольном профиле должно быть по возможности одинаковым. Нарушение этого принципа обычно приводит к неудачным решениям, в ряде случаев характеризующимися низкими уровнями удобства и безопасности движения.

Частые переломы продольного профиля на длинных прямых в плане создают при обертывающем проектировании проектной линии неспокойную волнистую поверхность проезжей части (рис. 9.18).

Рис. 9.18. Волнистый вид участка дороги в результате частых переломов продольного профиля на длинных прямых

Если при постоянном продольном уклоне точек перелома в плане больше чем в продольном профиле, получаются S -образные кривые или извилистые участки, вид которых представляется участникам движения логически неоправданным. При регулярном изменении направления трассы на пересечениях цепи холмов («биение трассы») дорога оказывается весьма неудобной и опасной для движения (рис. 9.19).

Рис. 9.19. «Биение трассы» при регулярном изменении направления дороги

Длины прямых и кривых участков дороги в плане должны соответствовать друг другу. Следует избегать:

сочетаний элементов дороги в плане и профиле, которые из-за искажения их вида в перспективе кажутся неплавными, имеющими крутые изломы;

коротких кривых в плане, располагаемых между длинными прямыми, которые водителям издалека кажутся резкими переломами дороги и вызывают необоснованное снижение скорости движения. Поэтому повороты дороги на малые углы должны смягчаться вписыванием кривых больших радиусов (рис. 9.20).

Рис. 9.20. Изменение вида дороги в зависимости от радиуса кривой в плане при малом угле поворота:
а - при малой длине круговой вставки, при радиусе 1000 м; б - то же при увеличении радиуса до 5000 м; 1 - обочина; 2 - краевая полоса; 3 - проезжая часть; 4 - ось дороги; 5 - продольный профиль; 6 - план трассы

В равнинной местности рекомендуются соотношения (табл. 9.3):

Таблица 9.3.

Рекомендуемые соотношения параметров кривых, расположенных на малых углах поворота трассы между длинными прямыми

Длина меньшей из двух прямых, м

Наименьшая длина кривой, м

Наименьший радиус кривой

³ 2000

500

2Rmin

1000

400

1,2Rmin

£ 500

350

R min

Примечание . R min - минимальный радиус для дороги соответствующей категории согласно «Методическим рекомендациям»

коротких прямых вставок между кривыми в плане одного знака. Зрительная плавность не нарушается лишь в том случае, если видимые угловые размеры вставки менее 0,1 Ra ближайшей к водителю кривой. Иначе они воспринимаются как неприятный для взгляда излом дороги (рис. 9.21). Особенно неблагоприятны такие сочетания при совпадении их с вогнутыми вертикальными кривыми. В этих случаях целесообразно заменять круговые кривые с короткой прямой вставкой между ними кривыми больших радиусов трехзвенными коробовыми кривыми;

Рис. 9.21. Вид участка дороги с короткой прямой вставкой между двумя кривыми, направленными в одну сторону:
а - продольный профиль и план трассы; б - вид дороги

коротких прямых вставок между смежными кривыми. Условия движения становятся более благоприятными, если увеличить радиусы направленных в одну сторону кривых таким образом, чтобы они непосредственно сопрягались друг с другом. Прямые вставки между обратными кривыми могут быть оставлены, если они воспринимаются как самостоятельный элемент трассы (700 м для дорог I категории с многополосной проезжей частью и 300 м для дорог II , III и IV категорий).

Недопустимы резкие переходы от кривых большого радиуса в плане к кривым малого радиуса. Желательно, чтобы радиусы сопрягаемых или расположенных поблизости друг от друга кривых различались не более чем в 1,3 раза. Это необходимо как для обеспечения зрительной плавности дороги, так и для плавного изменения скоростей движения на смежных участках дороги (не более чем на 10-15 %). Если в каком-либо месте извилистой дороги неизбежно значительное снижение скорости, радиусы предшествующих кривых должны постепенно уменьшаться, чтобы водитель, снижая скорость на каждой последующей кривой по отношению к предыдущей, подъехал к указанному участку с существенно уменьшенной скоростью.

Недопустимы сочетания элементов дорог, при которых в каком-то месте требуется неожиданное Для водителя и не оправданное предыдущим положением дороги резкое снижение скорости, например, расположение кривых малого радиуса среди группы кривых, допускающих движение с высокими скоростями, или устройство кривой малого радиуса на затяжном спуске. Такие места всегда характеризуются повышенной аварийностью. Поэтому радиусы кривых, расположенные в конце спусков длиной более 500 м и с уклонами более 30 ‰, следует увеличивать не менее чем в 1,5 раза по сравнению с минимальными.

Необходимо избегать сочетаний элементов трассы, создающих у водителей ошибочное представление о дальнейшем направлении дороги за пределами фактической видимости (рис. 9.22).

Рис. 9.22. Примеры неудачных сочетаний элементов дорог, которые создают у водителей неправильное представление о дальнейшем направлении дороги:
а, б - незаметный издалека поворот основной дороги (водителю кажется, что она не меняет направления); в - спуск дороги по склонам оврага, когда начало спуска не видно водителю (линия связи, пересекающая овраг по прямому направлению, создает ошибочное представление, что и дорога продолжается прямо); г - примыкание второстепенной дороги на гребне водораздела (водителю кажется, что основная дорога круто поворачивает в сторону); д - скрытый поворот дороги за водоразделом (у водителя создается впечатление, что дорога идет прямо);
1 - основная дорога; 2 - примыкающая второстепенная дорога; 3 - кажущееся водителю направление дороги; 4 - горизонтали местности

При трассировании автомобильной дороги и последующем размещении озеленительных посадок и расстановке оборудования дороги следует соблюдать принцип «зрительного ориентирования» - создания комплекса опорных точек для взгляда водителя, подсказывающего ему последующее направление дороги. При продуманном размещении эти точки могут ориентировать водителей в направлении дороги на сравнительно большом расстоянии за пределами фактической видимости. Для этого края дороги обозначают при помощи видимых издалека предметов - направляющими столбиками, ограждениями бордюрного типа, растительными посадками и т.д.

Средствами зрительного ориентирования являются:

полотно дороги в целом. Например, в случае, когда начало кривой в плане, частично перекрывающееся вертикальной кривой, расположено за пределами продольного профиля, направление движения остается непонятным для водителей (рис. 9.23, а). Ясность в направлении дороги может быть достигнута увеличением радиуса кривой в плане или смещением ее вершины таким образом, чтобы начало кривой располагалось до перелома продольного профиля (рис. 9.23, б). При этом угол поворота видимого участка кривой должен быть не менее 3°;

Рис. 9.23. Обеспечение видимости кривой в плане, расположенной за выпуклым переломом продольного профиля путем выноса ее начала за вершину вертикальной кривой

сигнальные столбики, боковые ограждения барьерного типа. Установленные на обочинах, они, сливаясь в перспективе, создают цепь опорных точек, скользя по которым взглядом и мысленно экстраполируя их дальнейшее направление, водители получают представление о дальнейшем направлении дороги;

придорожная растительность, особенно высокие деревья. Изменения направления проезжей части иногда бывают плохо видны с большого расстояния, так как луч зрения водителя, направленный под очень острым углом к полотну дороги, может прерываться выпуклыми переломами продольного профиля или неровностями поверхностями земли на придорожной полосе. Возвышающиеся вершины деревьев хорошо видны издалека и, привлекая к себе внимание водителей, указывают дальнейшее направление дороги (рис. 9.24);

Рис. 9.24. Обозначение направления дороги вершинами деревьев:
а - поворот за переломом профиля, хорошо заметный по положению крон деревьев; б - Т-образный перекресток, обозначенный группой деревьев; в - участок дороги большой протяженности, обозначенный группами деревьев, расположенными с интервалами; г - вершина кривой малого радиуса, обозначенная группой деревьев

ориентирование дороги на отдельные возвышающиеся предметы, повышающие внимательность водителей. Появляющийся на горизонте силуэт ориентира, вначале трудноразличимый, заинтересовывает водителя и, сосредоточивая на себе внимание, способствует устранению усыпляющего влияния однообразной придорожной обстановки. Для этой цели около дорог в степной местности иногда устанавливают обелиски и скульптурные группы.

Наибольшая плавность трассы дороги обеспечивается введением длинных переходных кривых, описанных по клотоиде с уравнением в параметрическом виде А2 = RL . Значение параметра А переходных кривых должно находиться в пределах от 0,4 R до 1,4 R , причем параметры смежных кривых не должны различаться более чем в 1,5 раза.

Для зрительной плавности дороги угол поворота трассы при вписывании переходных кривых должен составлять не менее 3°. Длина каждой переходной кривой должна быть не менее 1/4 длины круговой кривой. При сопряжении переходными кривыми обратных S -образных кривых желательно, чтобы обе переходные кривые имели одинаковые значения параметров А. При этом радиусы сопрягаемых кривых должны находиться в соотношении R 1 £ 3 R 2 .

При сопряжении переходными кривыми круговых кривых одного знака следует соблюдать соотношения

0,5 R 1 < A < R2;

А 1 £ А2 £ 1,2А.

При R 1 £ 2 R 2 круговые кривые можно сопрягать между собой непосредственно. Длина прямой вставки между обратными клотоидами с параметрами А 1 и А2 не должна превышать

L = (А 1 + А2)/2.

При этом параметры А 1 и А2 не должны различаться более чем в два раза.

Расположение малых и средних мостов должно полностью подчиняться общему направлению трассы. Прямолинейные мосты небольшой длины, расположенные между кривыми в плане, или горизонтальные мосты в пределах вертикальной кривой резко нарушают зрительную плавность полотна дороги, а при резком несоответствии ухудшают условия и безопасность движения. Совершенно недопустимо устройство кривых малых радиусов перед въездами на мосты.

Малые и средние мосты следует располагать в соответствии с общим направлением дороги - на кривых в плане и профиле, на переходных кривых с устройством виражей. Неизбежное усложнение конструкции моста оправдывается в этом случае улучшением трассы дороги. Строительство мостов на кривых повышает безопасность движения и транспортно-эксплуатационные характеристики дороги и позволяет едущим в полной мере оценить красоту этих оригинальных инженерных сооружений.

Большие мосты через реки, особенно судоходные, являются весьма дорогими и уникальными сооружениями и их расположение обосновывают выбором наиболее рационального мостового перехода. Трасса дороги соответственно должна быть подчинена на достаточно большом расстоянии рациональному створу мостового перехода без резкого ее изменения вблизи моста.

В горных районах широкое применение должны находить высокие мосты и эстакады, пересекающие глубокие долины без изменения общего направления трассы. Они требуют меньшего отвода земли по сравнению с высокими насыпями, что очень важно, в частности, для курортных районов и при высокопродуктивных землях. При строительстве мостов не нарушаются условия устойчивости горных склонов, в то время как отсыпка высоких насыпей, перегружая склоны, иногда вызывает развитие оползневых явлений.

Пересечения автомобильных дорог в разных уровнях, расположенных на прямых участках, являются местами с необеспеченной видимостью, так как водители подъезжающих автомобилей видят дорогу только до верхней точки путепровода. Участок за путепроводом остается невидимым, что существенно снижает уровни удобства и безопасности движения. Поэтому целесообразно располагать путепроводы на кривых в плане с радиусами более 1000 м и углами поворота, близкими к 30°.

ГЛАВА 10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

10.1. Принципы проектирования продольного профиля

Определение положения проектной линии продольного профиля - один из наиболее ответственных и сложных этапов проектирования автомобильных дорог. На положение проектной линии продольного профиля влияет большое число факторов и условий.

Топографические условия проложения трассы в сильной степени определяют положение проектной линии продольного профиля. На участках местности со спокойными плавными формами рельефа продольный профиль проектируют «по обертывающей», следующей очертанию земли и, наоборот, на участках с резко пересеченным рельефом положение проектной линии устанавливают «по секущей» с устройством чередующихся выемок и насыпей. При проектировании «по обертывающей» руководящую отметку назначают из условия незаносимости земляного полотна снегом (см. разд. 8.7) либо из условия минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод в соответствии с табл. 11.15.

Гидрогеологические условия в ряде случаев вынуждают ограничивать глубину выемок в связи с необходимостью обеспечения нормируемого возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод. Несоблюдение этого условия требует строительства дорогостоящих откосных и подкюветных дренажей.

Почвенно-грунтовые и геологические условия во многом влияют не только на положение проектной линии продольного профиля, но и на конструкцию земляного полотна: ограничивают высоту насыпей на слабых основаниях и вынуждают по возможности уменьшать глубину выемок в грунтах, непригодных для отсыпки насыпей на прилегающих участках дороги, а в местах, где качество грунтов позволяет возводить насыпи из притрассовых резервов, дают возможность проектировать продольный профиль «по обертывающей» с минимальной руководящей отметкой и т.д.

Климатические факторы оказывают ощутимое влияние на положение проектной линии продольного профиля. На участках, подверженных снежным заносам, всегда стремятся избегать профиля, особенно в отношении предотвращения снегозаносов на будущей дороге, выемок (особенно мелких), а при проектировании «по обертывающей» руководящую отметку назначают из условия незаносимости земляного полотна снегом.

Гидрологические условия определяют минимальное возвышение бровки земляного полотна над трубами. Во многом определяют высоты бровок земляного полотна на подходах к мостам, а также высоты проезда на самих мостах.

Ситуационные особенности района проложения трассы диктуют прохождение линии продольного профиля через определенные фиксированные точки (пересечения и примыкания автомобильных дорог, пересечения железных дорог, входы в города и населенные пункты, условия прохождения через населенные пункты и т.д.).

Общими требованиями по установлению положения проектной линии продольного профиля независимо от используемого метода проектирования являются:

соблюдение технических норм проектирования (допустимые продольные уклоны, минимальные радиусы вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, минимальное расстояние видимости и т.д.);

обеспечение минимальных объемов земляных работ и рационального распределения земляных масс;

прохождение проектной линии через контрольные точки (фиксированные, полуфиксированные, ограничивающие зоны и т.д.);

ограничение длин участков с предельными допустимыми уклонами;

ограничение минимальных длин вертикальных кривых одного знака (шаг проектирования) во избежание получения «неспокойной» проектной линии;

обеспечение зрительной плавности и ясности трассы и связанных с ними уровней удобства и безопасности движения. Эта задача, как правило, решается совместно с проектированием плана автомобильных дорог.

10.2. Критерии оптимальности

Выбор критерия оптимальности является важнейшим элементом проектирования, во многом определяющим его результаты. Для оптимизации положения проектной линии продольного профиля автомобильных дорог (при фиксированном плане) могут быть использованы следующие критерии: приведенные затраты; стоимость строительства; транспортно-эксплуатационные расходы; стоимость отчуждения земель под земляное полотно; затраты на борьбу со снежными заносами; уровни удобства и безопасности движения; обеспечение зрительной плавности и ясности трассы.

Наиболее полным критерием оптимальности являются приведенные затраты, учитывающие как стоимость строительства, так и эксплуатационные расходы.

Среди составляющих единовременных затрат в наибольшей степени реагируют на изменение положения проектной линии продольного профиля стоимость возведения земляного полотна, искусственных сооружений, укрепление откосов, стоимость отчуждения земель под земполотно и в целом дорожных одежд.

Среди составляющих текущих затрат от положения проектной линии продольного профиля зависят ежегодные расходы на снегоборьбу, стоимость перевозок, народнохозяйственные потери, связанные со временем нахождения в пути пассажиров и потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями.

Таким образом, общий критерий оптимальности при поиске положения проектной линии продольного профиля автомобильных дорог может быть представлен в виде приведенных затрат (10.1):

 где                                                                                                                                               (10.1)

 - стоимость сооружения земляного полотна;

 - стоимость строительства искусственных сооружений;

 - стоимость укрепительных работ;

 -стоимость отчуждения земель под земляное полотно автомобильной дороги;

 -стоимость дорожной одежды;

 - ежегодные затраты на снегоборьбу;

 - ежегодные транспортные расходы;

 - народнохозяйственные потери, связанные с затратами времени пассажиров в пути следования;

 - народнохозяйственные потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями;

Енп = 0,08 - коэффициент приведения разновременных затрат.

Стоимость возведения земляного полотна

где

qi - стоимость единицы объема земляных работ на i -м участке продольного профиля, зависящая от категории грунта и способа производства земляных работ;

Vi - профильный объем i -го массива земляного полотна;

п - количество массивов земляного полотна.

Стоимость искусственных сооружений (водопропускных труб, мостов и путепроводов)

 где

 - стоимость входного и выходного оголовков i -й трубы;

- стоимость укрепления верхнего и нижнего бьефов;

- стоимость единицы длины трубы, включая фундамент;

li = В + f (у i ) - длина основной части трубы;

В - ширина земляного полотна в бровках;

у i - рабочая отметка;

п - количество труб;

 - стоимость устоев j -го моста;

 - стоимость одного пролетного строения;

n ' = f (у i )   - число пролетов j -го моста;

 - стоимость одной опоры;

 - стоимость укрепительных работ.

Стоимость укрепления откосов насыпей и выемок

 где

 - стоимость единицы площади укрепления;

- длины укрепляемой части откосов в i -м и i +1-м сечениях земляного полотна;

D li - длина i -го участка.

Стоимость отчуждения земель под земляное полотно автомобильной дороги

 где

- стоимость единицы площади отводимой земли на i -м участке;

В i , В i +1 - общая ширина всех элементов земляного полотна в i -м и i +1-м сечениях;

слагаемое «2» означает, что в постоянный отвод входит еще дополнительная ширина по 1 м от крайних элементов земляного полотна;

D li - длина i -го участка.

Стоимость дорожной одежды

 где

  - стоимость 1 пм дорожной одежды для i -й насыпи;

D li -длина i -й насыпи;

п - общее количество участков трассы в насыпях;

  - стоимость 1 п.м. дорожной одежды для j -й выемки;

D lj - длина j -й выемки;

m - количество участков трассы в выемках.

Ежегодные затраты на борьбу со снегозаносами

 где

Эсн - ежегодные расходы на снегоборьбу на единицу длины снегозаносимых выемок и насыпей;

L сн - общая протяженность снегозаносимых выемок, нулевых участков и насыпей высотой до 0,1 м;

Li - длина i -го участка насыпи высотой от 0,1 м до у = h сн + D ;

yi - средняя высота насыпи на i -м участке;

h сн - высота снегового покрова 5 %-й обеспеченности;

D - нормируемое возвышение бровки земляного полотна над расчетным уровнем снега.

Транспортно-эксплуатационные расходы

Li - длина i -го проектируемого участка дороги;

Nkt - среднегодовая суточная интенсивность движения автомобиля k -го типа в t -м году эксплуатации;

 - себестоимость перевозок на единице длины i -го участка для k -го типа автомобиля, зависящая от конкретных дорожных условий.

Потери народного хозяйства связанные с затратами времени на проезд пассажиров по дороге.

 где

N л t , Nat - интенсивность движения легкового автотранспорта и автобусов в t -м году эксплуатации автомобильной дороги;

L - длина проектируемого участка дороги;

V л , Va - средняя скорость движения легковых автомобилей и автобусов;

tn л , tna - суммарные потери времени, связанные с простоями на пересечениях дорог в одном уровне, на несовершенных переходах через водотоки, паромных переправах и т.д.;

Рл , Ра - среднее количество пассажиров в одном легковом автомобиле и в одном автобусе;

Эп -средние потери народного хозяйства, приходящиеся на единицу времени пребывания в пути одного пассажира.

Потери народного хозяйства, связанные с дорожно-транспортными происшествиями

 где

Li - длина i -го участка дороги;

ati = 0,009·К2 - 0,27К + 34,5 - количество дорожно-транспортных происшествий на 100 млн.авт.-км в t -м году эксплуатации автомобильной дороги;

К - итоговый коэффициент аварийности, определяемый путем построения линейного графика итогового коэффициента аварийности (см. глава 24);

Cti - средний размер потерь от дорожно-транспортных происшествий;

Nti - среднегодовая суточная интенсивность движения в t -м году эксплуатации автомобильной дороги.

Зрительная плавность и ясность трассы, оптимальное сочетание элементов ее плана и продольного профиля, наилучшее вписывание полотна дороги в окружающий ландшафт при автоматизированном проектировании обеспечиваются на стадии оценки проектных решений путем построения перспективных или перцептивных изображений, либо киноперспектив или киноперцептив автомобильной дороги. В случае обнаружения неудачных сочетаний элементов автомобильной дороги между собой или с окружающим ландшафтом, необеспечения видимости эти участки перепроектируют, добиваясь лучших результатов даже ценой увеличения объемов работ и строительной стоимости.

10.3. Комплекс технических ограничений

К положению проектной линии продольного профиля выдвигается целый ряд требований и условий со стороны автомобильного транспорта, технологических особенностей строительства и со стороны эксплуатации автомобильных дорог. Оптимальное положение проектной линии продольного профиля при автоматизированном проектировании и проектное решение при ручной технологии всегда отыскиваются в рамках соответствующего комплекса технических ограничений, который включает:

допустимые продольные уклоны. Уклон ни в одной точке продольного профиля не должен превышать значения нормируемого для данной категории дорога (см. разд. 8.7 настоящей Справочной энциклопедии):

i £ iдоп;

допустимую наибольшую кривизну вертикальных выпуклых и вогнутых кривых. Радиусы вертикальных выпуклых и вогнутых кривых ни в одной точке продольного профиля не должны быть меньше нормируемых (см. разд. 8.7 настоящей Справочной энциклопедии);

Rвып ³ Rвып доп,

Rвог ³ Rвог доп;

руководящую отметку. При проектировании продольного профиля на спокойных участках рельефа «по обертывающей» необходимое возвышение бровки земляного полотна определяется из условия незаносимости снегом (см. разд. 8.7) либо из условия минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод (см. табл. 11.15);

фиксированные контрольные точки. Прохождение проектной линии через фиксированные контрольные точки, назначаемые по ситуационным условиям, является обязательным;

ограничивающие точки и зоны. Прохождение проектной линии продольного профиля допускается не ниже ограничивающих точек и зон (обычно это минимальные высоты над трубами, на мостах и путепроводах);

контурные ограничения. Это ограничения высоты насыпей и глубины выемок при неудовлетворительных геологических, гидрогеологических, почвенно-грунтовых условиях и т.д.;

допустимые наибольшие длины участков с предельными уклонами продольного профиля. Допустимая длина таких участков нормируется (см. табл. 8.6);

наименьшая длина вертикальных кривых одного знака (шаг проектирования).

При традиционной технологии проектирования продольного профиля автомобильных дорог (например, по методу Союздорпроекта) определяющим является визуальный контроль за положением проектной линии. При субъективной оценке качества решения проектной линии продольного профиля возможны сильные ее отклонения от оптимального положения.

Автоматизированное проектирование продольного профиля автомобильных дорог с использованием оптимизирующих алгоритмов и компьютерных программ исключает субъективизм и связанную с ним неоднозначность проектных решений при одной и той же исходной информации и обеспечивает получение оптимальных проектных решений по различным критериям.

10.4. Техника проектирования продольного профиля в традиционном классе функций

Определение положения проектной линии продольного профиля автомобильных дорог осуществляют, сообразуясь с основными принципами проектирования продольного профиля с обязательным учетом топографических, гидрогеологических, почвенно-грунтовых и геологических, климатических, гидрологических и ситуационных условий (см. разд. 10.1). При этом среди огромного множества возможных инженерных решений инженер-дорожник должен получать проектные решения, обеспечивающие приближение к минимуму целевой функции (приведенных затрат) либо наиболее существенных в данных условиях ее составляющих (см. разд. 10.1). Степень приближения к минимуму при этом, естественно, оказывается различной при традиционном (неавтоматизированном) проектировании даже в случае использования одинакового набора технических ограничений (см. разд. 10.1). Степень приближения к минимуму целевой функции при традиционном проектировании во многом зависит от опыта проектировщика и всегда оказывается меньшей, чем при автоматизированном проектировании, где для этой цели привлекается специальный математический аппарат оптимизации проектных решений.

В качестве исходных данных для ручного проектирования служит черный профиль земли по оси дороги, вычерченный на наклеенной на картон миллиметровой бумаге в масштабах: горизонтальный - 1:5000, вертикальный - 1:500 и грунтово-геологический - 1:50. На чертеж черного профиля в нужных местах наносят фиксированные контрольные точки, прохождение проектной линии продольного профиля через которые является обязательным, ограничивающие точки и зоны, а также контурные ограничения, прохождение проектной линии ниже которых не допускается. Эта информация также выступает в качестве обязательной и для автоматизированного проектирования. И, наконец, к исходным данным относятся также требования технических норм к геометрическим параметрам проектной линии сообразно категории проектируемой дороги: допустимые продольные уклоны и радиусы вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, допустимые длины участков с предельными уклонами и т.д.

Графо-аналитический метод проектирования продольного профиля автомобильных дорог Союздорпроекта (автор инж. Н.А. Боровков) все еще используется в настоящее время наряду с методами автоматизированного проектирования. Для этой цели используют специальный набор прозрачных лекал, изготовленных в масштабе продольного профиля, с нанесенными на них штрихами в точках кривых с соответствующими уклонами (рис. 10.1) и прозрачный треугольник с нанесенными на нем также в масштабе профиля линиями различных уклонов (рис. 10.2).

Рис. 10.1. Шаблон для проектирования линии продольного профиля автомобильных дорог

Рис. 10.2. Шаблон для проектирования прямолинейных участков продольного профиля:
1 - рабочая сторона треугольника; 2 - лучи-уклоны; 3 - вертикальная шкала

Пользование шаблонами вертикальных кривых и треугольником уклонов предполагает обязательным тщательное выполнение чертежно-графических работ. Для этой цели нижний обрез шаблона или треугольника должен быть точно сориентирован по горизонтальной сетке миллиметровки, смежные вертикальные кривые должны обязательно сопрягаться между собой в точках с одинаковыми продольными уклонами, прямолинейные участки продольного профиля с заданными уклонами должны сопрягаться со смежными вертикальными кривыми в точках с теми же уклонами и т.д.

Технология графо-аналитического проектирования линии продольного профиля автомобильных дорог сводится к следующему:

1. На чертеж черного профиля земли по оси дороги наносят все контрольные фиксированные точки, ограничивающие точки и зоны, а также наносят линии контурных ограничений.

2. От руки, сообразуясь с контрольными точками и зонами, на профиль земли по оси дороги наносят эскизную проектную линию, стремясь при этом обеспечить: минимальные объемы земляных работ; продольную компенсацию объемов земляных работ на смежных участках выемок и насыпей; минимальные объемы работ по искусственным сооружениям; минимальные площади отчуждаемых под земляное полотно земель; сочетание элементов продольного профиля с планом автомобильной дороги и т.д. В сомнительных местах эскизную линию контролируют и в необходимых случаях корректируют по допустимой кривизне и допустимым продольным уклонам с использованием шаблонов вертикальных кривых минимальных радиусов для данной категории дороги и треугольника уклонов.

3. Осуществляют графо-аналитическую аппроксимацию эскизной линии с использованием шаблонов вертикальных кривых соответствующих радиусов и треугольника уклонов с одновременным определением координат (пикетажного положения, высот и уклонов) главных точек проектной линии продольного профиля: точек сопряжения элементов и вершин вертикальных кривых. Для этой цели используют либо специальные таблицы, либо элементы продольного профиля непосредственно рассчитывают по формулам ( 8.4) - ( 8.7).

4. Оформляют чертеж продольного профиля, заполняя графы таблицы продольного профиля «Уклоны и вертикальные кривые» и «Отметки по бровке земляного полотна» в местах положения ординат главных точек профиля.

5. Рассчитывают проектные и рабочие отметки продольного профиля с заполнением графы «Отметки по бровке земляного полотна» с использованием специальных таблиц, либо по формулам ( 8.4) - ( 8.7) с определением точек нулевых работ и с записью рабочих отметок над графическим изображением проектной линии продольного профиля - для участков насыпей и под изображением проектной линии - для участков выемок (см. рис. 2.2).

6. Оформляют чертеж продольного профиля в соответствии с рекомендациями разд. 2.5 (см. рис. 2.2).

7. При графо-аналитическом проектировании продольного профиля автомобильных дорог наиболее часто приходится решать следующие геометрические задачи (решение их не представляет труда и изложено в специальной литературе(Проектирование и разбивка вертикальных кривых на автомобильных дорогах / Н.М. Антонов, Н.А. Боровков, Н.Н. Бычков, Ю.Н. Фриц, - М.: Транспорт, 1968. - 200 с):

определение местоположения точек нулевых работ, т.е. перехода из насыпи в выемку и наоборот;

увязка проектных отметок в местах сопряжения участков продольного профиля при встречном проектировании;

сопряжение двух вертикальных кривых прямым участком профиля, совпадающего с общей с ним касательной;

проектирование прямого участка продольного профиля из заданной точки, совпадающего с касательной к вертикальной кривой заданного радиуса и т.д.

ГЛАВА 11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

11.1. Элементы земляного полотна и общие требования к нему

Основные элементы земляного полотна представлены на рис. 11.1:

Рис. 11.1. Элементы земляного полотна:
а - насыпь; б - выемка; 1 - верхняя часть земляного полотна (рабочий слой); 2 - откосные части; 3 - основание насыпи; 3 ¢ - основание выемки; 4 - ядро насыпи;
До - дорожная одежда; Об - обочина

верхняя часть земляного полотна 1 (рабочий слой) - зона, ограниченная по высоте снизу глубиной, равной 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м, считая от верха покрытия; для выемок, участков с нулевыми отметками или низких насыпей в рабочий слой могут попадать грунты в природном залегании с ненарушенной структурой;

откосная часть 2 - зоны, ограниченные поверхностями откосов и вертикалями, проходящими через бровки насыпей или выемок; снизу откосные зоны ограничены основанием насыпи или выемки;

ядро насыпи 4 - зона, расположенная ниже рабочего слоя и ограниченная снизу основанием насыпи, а с боков - вертикалями, проходящими через бровки насыпи;

основание насыпи 3 - зона, расположенная под насыпью в пределах естественной грунтовой толщи; мощность основания, принимаемую в расчет, устанавливают в зависимости от инженерно-геологических условий, в частности - от свойств грунтов, но не менее ширины насыпи по низу;

основание выемки 3' - зона, расположенная ниже нижней границы рабочего слоя; мощность основания, учитываемую при проектировании, устанавливают в зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтового массива и может достигать размера, равного заложению откоса.

В состав земляного полотна входят также система поверхностного водоотвода (лотки, кюветы, канавы) и различного типа специальные удерживающие и поддерживающие конструкции, предназначенные для обеспечения устойчивости самого земляного полотна или склонов, на которых оно расположено.

Земляное полотно должно быть прочным, устойчивым и стабильным, т.е. его элементы не должны разрушаться или давать деформации, недопустимые с точки зрения нормальных условий эксплуатации дороги с учетом условий и срока ее службы.

Для обеспечения устойчивости различных элементов земляного полотна предусматривают соответствующие мероприятия, отвечающие механизму нарушения прочности и устойчивости данного элемента. В число таких мероприятий входят: соответствующий выбор грунтов для насыпей; обеспечение правильного расположения и требуемой степени уплотнения грунта; защита грунта от источников увлажнения устройством дренажей, гидроизоляции и т.д.; защита от опасных температурных воздействий, от эрозии, волновых воздействий, правильного назначения геометрических параметров, конструкции поперечного сечения, а также высоты насыпей и глубины выемок. Указанные мероприятия необходимо проводить комплексно с учетом местных условий, а также категории дороги, типа дорожной одежды и др.

Земляное полотно устраивают в виде насыпей или в выемках. Высоту насыпей и глубину выемок определяют в результате проектирования продольного профиля. Наиболее рациональное решение при сложном рельефе получают при проектировании продольного профиля совместно с земляным полотном.

При назначении конструкции земляного полотна учитывают категорию дороги, тип дорожной одежды, высоту насыпи или глубину выемки, свойства грунтов, используемых в земляном полотне, особенности инженерно-геологических условий того или иного участка дороги (характер и условия залегания грунтов, наличие подземных и поверхностных вод, возможное влияние опасных геологических процессов и т.д.), комплекс природных особенностей района строительства. Кроме того, учитывают условия производства работ (сезонность, наличие строительной техники, сроки производства работ и т.д.), а также опыт эксплуатации дорог в данном районе.

Геометрическая форма земляного полотна и его конструкция должны способствовать незаносимости дороги снегом, безопасности движения, а также отвечать эстетическим и экологическим требованиям.

При проектировании применяют либо типовые конструкции земляного полотна либо индивидуальные решения. В ряде случаев используют типовые конструкции с индивидуальной привязкой, при которой уточняют некоторые параметры (например, осадку основания насыпи и т.д.). Для типовых решений головные проектные организации разрабатывают альбомы типовых конструкций.

Индивидуальные решения или индивидуальную привязку типовых решений осуществляют во всех случаях, когда необходимы проверка устойчивости откосов или склона, на котором расположено земляное полотно, оценка устойчивости или деформаций основания насыпи, учет возможных осадок за счет доуплотнения во времени слоев грунта самой насыпи, меры по защите земляного полотна от опасных геологических процессов, специальный учет неблагоприятных свойств особых грунтов, в случаях применения нетрадиционных конструктивных мер и т.д.

Для насыпей такие решения необходимы в следующих случаях:

при их высоте более 12 м;

на участках временного подтопления, а также при пересечении постоянных водотоков и водоемов;

при наличии слабых оснований или оснований, сложенных просадочными грунтами;

на болотах глубиной более 4 м при применении выторфовывания;

на болотах при поперечном уклоне минерального дна болота более 1:10;

при использовании в насыпях грунтов повышенной влажности; при недостаточном возвышении земляного полотна над уровнем грунтовых или поверхностных вод (низкие насыпи и так называемые «нулевые места»);

при применении конструкции земляного полотна со специальными прослойками (термоизолирующими, гидроизолирующими, армирующими и т.д.) или при специальном поперечном профиле (откосы повышенной крутизны, сложный поперечный профиль и т.п.);

при использовании в насыпи грунтов особых разновидностей.

Индивидуальные решения для выемок применяют:

при глубине выемок более 12 м в нескальных и 16 м в скальных грунтах при благоприятных инженерно-геологических условиях;

при слоистой толще с наклоном пластов в сторону проезжей части;

в случае наличия водоносных горизонтов в основании выемки или водоносных горизонтов, вскрываемых выемкой;

при глинистых грунтах с коэффициентом консистенции более 0,5;

при глубине выемок более 6 м в глинистых и пылеватых грунтах в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания;

в глинистых и скальных размягчаемых грунтах, теряющих прочность под воздействием погодно-климатических факторов;

в набухающих грунтах при опасности их увлажнения.

Наряду с этим индивидуальные решения применяют также во всех случаях сооружения земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях: на косогорах круче 1:3, при наличии или возможности развития опасных геологических процессов (оползни, обвалы, карст, осыпи, сели, снежные лавины, наледи, вечная мерзлота или подземный лед и т.д.).

Индивидуально проектируют также земляное полотно, сооружаемое взрывными методами и средствами гидромеханизации.

11.2. Грунты для сооружения земляного полотна

Грунты при проектировании земляного полотна классифицируют в соответствии с общей инженерно-геологической классификацией грунтов согласно ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». При этом выделяют четыре класса грунтов:

I класс природных скальных грунтов с жесткими структурными связями (кристаллизационными или цементационными);

II класс природных дисперсных грунтов с водноколлоидными и механическими структурными связями;

III класс природных мерзлых грунтов с криогенными структурными связями;

IV класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов с различными структурными связями.

В классе природных скальных грунтов выделяют группы (скальные и полускальные), подгруппы (по генезису), типы (по минералогическому составу), виды (по наименованию) и разновидности (по прочности, плотности, выветрелости, размягчаемости, водопроницаемости, засоленности, структуре и текстуре, температуре).

В классе природных дисперсных грунтов выделены группы (по связности), типы (по минералогическому составу и содержанию органики), виды (по наименованию) и разновидности (по зерновому составу, его неоднородности, по числу пластичности, по наличию включений, по показателю текучести, по набухаемости, по просадочности, степени водонасыщения, коэффициенту пористости и степени плотности, по выветрелости, по истираемости, по содержанию органических веществ, по степени разложения, по степени зольности, по степени засоленности, по пучинистости при промерзании, по температуре).

В классе природных мерзлых грунтов различают группы (по характеру структурных связей), подгруппы (по генезису), типы (по названию), виды и разновидности (по льдистости за счет видимых ледяных включений, температурно-прочностным свойствам, степени засоленности и криогенной текстуре).

В классе техногенных грунтов различают грунты (по характеру структурных связей), подгруппы (по особенностям образования), типы, виды и разновидности (как соответствующие разновидности классов природных грунтов с учетом специфических особенностей и свойств техногенных грунтов).

В классе природных дисперсных грунтов в качестве видов выделяют:

глинистые грунты;

илы, сапропели, заторфованные грунты;

торфы и другие органические грунты;

пески, крупнообломочные грунты.

Крупнообломочный грунт - несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты делят на разновидности:

валунный (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый) - при массе частиц крупнее 200 мм более 50 %;

галечниковый (при преобладании неокатанных частиц - щебенистый) - масса частиц крупнее 10 мм более 50 %:

гравийный (при преобладании неокатанных частиц - дресвяный) - масса частиц крупнее 2 мм более 50 %.

Песок - несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 %.

Различают пески:

гравелистый - масса частиц крупнее 2 мм более 25 %;

крупный - масса частиц крупнее 0,5 мм более 50 %;

средней крупности - масса частиц крупнее 0,25 мм более 50 %;

мелкий - масса частиц крупнее 0,1 мм 75 % и более;

пылеватый- масса частиц крупнее 0,1 мм менее 75 %.

По степени неоднородности гранулометрического состава крупнообломочных грунтов и песков различают: однородный Си < 3; неоднородный Си > 3 (Си - коэффициент неоднородности - отношение диаметра частиц, меньше которого в грунте содержится более 60 % частиц, к диаметру, меньше которого содержится 10 % частиц по массе).

Глинистый грунт - связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности более 1.

Глинистые грунты делятся на разновидности: супеси - с числом пластичности от 1 до 7; суглинки-с числом пластичности от 7 до 17; глины - с числом пластичности более 17.

Супеси, суглинки и глины делят по содержанию песчаных частиц (2-0,5 мм), по наличию крупнообломочных включений и по относительному содержанию органических веществ.

Глинистые грунты делят на разновидности по показателю текучести (консистенции), по относительному набуханию, по относительной просадочности, по степени засоления, по температуре и льдистости, по степени цементации льдом.

В число дисперсных связных грунтов входят также виды: сапропели, илы, заторфованные грунты и торфы. Внутри выделяются соответствующие разновидности по особенностям состава и состояния.

Наряду с использованием общей инженерно-геологической классификации применяют дополнительно отраслевые классификации грунтов по отдельным признакам, важным с точки зрения проектирования земляного полотна (табл. 11.1 - 11.9). При различиях в отражении этих признаков в общей классификации и в отраслевой в расчет принимают отраслевую классификацию.

При оценке грунтов, используемых в дорожном строительстве, наряду с обычными грунтами, представленными в основном четвертичными отложениями, выделяют особые грунты, которые обладают специфическими свойствами, требующими дополнительного учета при проектировании.

К особым грунтам относят: торфяные и заторфованные грунты, сапропели, илы, иольдиевые глины, лёссы, аргиллиты и алевролиты, мергели, глинистые мергели и мергелистые глины, трепел, тальковые и пирофиллитовые грунты, дочетвертичные глинистые грунты, глинистые сланцы и сланцевые глины, черноземы, барханные пески, техногенные грунты (отходы промышленности).

При использовании обычных грунтов в типовых случаях проектные решения принимают на основе оценки грунтов по составу и состоянию с выходом на количественные показатели физико-механических свойств по табличным данным (классификации и типизации), приводимым в соответствующих нормативных документах.

При использовании особых грунтов, независимо от того относится ли конструкция земляного полотна по своим геометрическим параметрам к типовому или индивидуальному случаю, требуются дополнительные данные, отражающие особенности их свойств и специфику их поведения в том или ином элементе земляного полотна. Такие оценки делают на основе непосредственных испытаний конкретного грунта или по специальным типизациям, обобщающим изучение свойств того или иного особого грунта.

Таблица 11.1.

Разновидности глинистых грунтов, используемых в рабочем слое земляного полотна автомобильных дорог

Разновидности

Показатели

Содержание песчаных частиц, % по массе

Число пластичности

Супесь:

легкая крупная

Более 50

1-7

легкая

Более 50

1-7

пылеватая

50-20

1-7

тяжелая пылеватая

Менее 20

1-7

Суглинок:

легкий

Более 40

7-12

легкий пылеватый

Менее 40

7-12

тяжелый

Более 40

12-17

Глина:

песчанистая

Более 40

17-27

пылеватая

Менее 40

17-27

жирная

Не нормируется

Более 27

Примечания : 1. Для супесей легких крупных учитывается содержание песчаных частиц размером 2-0,25 мм, 2. При содержании в грунте 20- 50 % (по массе) частиц крупнее 2 мм к названию видов глинистых грунтов, устанавливаемых по табл. 11.1, добавляется слово «гравелистый» (при окатанных частицах) или «щебенистый» (при неокатанных частицах).

Таблица 11.2.

Разновидности грунта, используемого в земляном полотне, по степени засоления

Разновидность грунта

Суммарное содержание легкорастворимых солей, % от массы сухого грунта

Хлоридное, сульфатно-хлоридное засоление

Сульфатное, хлоридно-сульфатное. Содовое засоление

Слабозасоленные

0,5-2,0

0,3-1,0

0,5-1,0

0,3-0,5

Среднезасоленные

2,0-5,0

1,0-5,0

1,0-3,0

0,5-2,0

Сильнозасоленные

5,0-10,0

5,0-8,0

3,0-8,0

2,0-5,0

Избыточно засоленные

>8,0

>10,0

>8,0

>5,0

Примечание . В числителе даны значения для V дорожно-климатической зоны, в знаменателе - для остальных зон.

Таблица 11.3.

Разновидности грунта, используемого в рабочем слое, по просадочности при замачивании

Разновидность грунта

Коэффициент уплотнения

Относительная деформация просадки, % от толщины слоя промачивания

Непросадочный

Слабопросадочный

Просадочный

Сильнопросадочный

Более 0,92-0,95

0,85-0,91

0,80-0,84

Менее 0,75-0,79

Менее 2

2-7

8-12

Более 12-15

Примечание . Классификация не распространяется на скальные водоустойчивые грунты и грунты с включением водонерастворимых цементирующих веществ, просадочность которых оценивают поданным лабораторных испытаний.

Таблица 11.4.

Разновидности грунта, используемого в рабочем слое, по набухаемости

Разновидности грунта по набухаемости (при влажно сти 0,5 w о )

Относительная деформация набухания, % от толщины слоя увлажнения

Ненабухающие

Слабонабухающие

Средненабухающие

Сильнонабухающие

Менее 2

2-4

5-10

Более 10

Примечание . w о - оптимальная влажность.

Таблица 11.5.

Классификация грунтов, используемых в верхней части земляного полотна, по степени пучинистости при промерзании

Группы грунта по степени пучинистости

Наименование грунта по пучинистости

Относительное морозное пучение образца

I

Непучинистый

< 1

II

Слабопучинистый

1 -4

III

Пучинистый

4-7

IV

Сильнопучинистый

7-10

V

Чрезмерно пучинистый

> 10

Примечания : 1. Испытание на пучинистость при промерзании грунта. Допускается группу грунта по степени пучинистости при промерзании определять по табл. 11.6 без испытаний в лаборатории по специальной методике с подтоком воды.

2. При оценке морозного пучения расчетом испытание грунтов на интенсивность морозного пучения ведут по специальной методике.

Таблица 11.6.

Группы грунтов по степени пучинистости.

Грунты

Группа по степени пучинистости

Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2 %

I

Песок гравелистый, крупный, средней крупности и мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15 %

Супесь легкая крупная

II

Супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый

III

Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок тяжелый пылеватый

IV

Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый

V

Примечание . Коэффициент морозного пучения щебенистых, гравелистых, дресвяных песков при содержании частиц мельче 0,05 мм свыше 15 % ориентировочно принимают как для пылеватого песка и проверяют в лаборатории.

Таблица 11.7.

Ориентировочные значения морозного пучения земляного полотна

Грунт рабочего слоя

Среднее значение относительного морозного пучения зоны промерзания при ее глубине 1,6 м

Песок: гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2 %

1

1

гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15 %

1

1-2

мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2 %

1

1-2

мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм менее 15 %

1-2

2-4

пылеватый

2-4

7-10

Супесь:

легкая крупная

1-2

2-4

легкая

1-2

4-7

Супесь:

пылеватая

2-4

7-10

тяжелая пылеватая

4-7

10

Суглинок:

легкий

2-4

4-7

легкий пылеватый

4-7

10

тяжелый

2-4

4-7

тяжелый пылеватый

2-4

7-10

Глины

2-4

4-7

Примечание . Числитель - при 1-й схеме увлажнения верхней части земляного полотна (по табл. 11.12). Знаменатель - при 2-й и 3-й схемах.

Таблица 11.8.

Классификация грунтов, используемых в земляном полотне, по степени увлажнения

Разновидность грунта по степени увлажнения

Влажность

Недоувлажненные

Грунты нормальной влажности

Повышенной влажности

Переувлажненные

Менее wo

От 0,9 wo до w доп

От w доп до w пр

Более w пр

Примечание : wo - оптимальная влажность: w пр - максимально возможная влажность грунта при коэффициенте уплотнения 0,9; w доп - максимальная влажность, при которой обеспечивается еще возможность уплотнения грунта до требуемого нормами коэффициента уплотнения.

Таблица 11.9.

Определение допустимой влажности в зависимости от состава грунта

Виды грунтов по составу

Допустимая влажность w доп в долях от оптимальной при требуемом коэффициенте уплотнения грунта

1,02-1,0

1,0-0,98

0,95

до 0,90

Пески пылеватые, супеси легкие крупные

1,30

1,35

1,60

1,60

Супеси легкие и пылеватые

1,20

1,25

1,35

1,60

Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие и легкие пылеватые

1,0-1,10

1,15

1,30

1,50

Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые, глина

0,95-1,0

1.05

1,20

1,30

Примечания . 1. При возведении насыпей из непылеватых песков в летних условиях допустимая влажность не ограничивается.

2. Возможность применения связных грунтов с влажностью более (1,2-1,3) wo должна быть проверена пробным уплотнением.

3. Настоящие ограничения не распространяются на насыпи, возводимые гидронамывом.

4. При возведении насыпей в зимних условиях допускаемая влажность не должна быть более 1,3 wo для песчаных и непылеватых супесчаных, 1,2 wo - для супесчаных пылеватых и суглинков легких и 1,1 wo - для других связных грунтов.

Грунты, используемые в основании дорожных насыпей, делят на прочные и слабые.

К слабым относят связные грунты (глинистые и органические), имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании вращательным срезом) или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации менее 5,0 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам относят: торф, заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.

Все грунты делят на дренирующие и недренирующие. К дренирующим относят грунты, имеющие при плотности соответствующей максимальной при стандартном уплотнении ( ГОСТ 22733), коэффициент фильтрации не менее 0,5 м/сут.

При использовании песчаных грунтов в рабочем слое к однородным наряду с песками, имеющими коэффициент неоднородности Си < 3 (см. выше), относят также мелкие пески с содержанием не менее 90 % по массе частиц размером 0,1-0,25 мм.

11.3. Природные условия, учитываемые при проектировании земляного полотна

Для общей оценки природных условий района строительства используют дорожно-климатическое районирование (табл. 11.10).

Для конкретизации особенностей гидрологических и гидрогеологических условий на различных участках трассы проектируемой дороги используют классификацию типов местности по условиям увлажнения (табл. 11.11).

Инженерно-геологические условия района строительства оценивают, используя следующие данные:

виды, свойства и условия залегания грунтов в пределах грунтовой толщи, которая будет подвергаться техногенному воздействию при строительстве и последующей эксплуатации дороги;

виды, характер и интенсивность опасных геологических процессов, воздействие которых должно быть учтено в проекте (оползневые явления, обвалы, сели, лавины, ветровая эрозия, водная эрозия, подтопление территории, абразия, сейсмические явления, геокриологические процессы);

условия залегания, особенности режима подземных вод и возможное их влияние на земляное полотно;

наличие и режим поверхностных вод с учетом строительства дороги и возможное их влияние на земляное полотно.

При оценке геоморфологических условий учитывают характер и динамику развития рельефа. При этом различают: равнинные территории, пересеченную и горную местности.

Таблица 11.10.

Дорожно-климатическое районирование

Дорожно-климатическая зона и подзона

Примерные географические границы

I

Севернее линии, соединяющей: Нивский - Сосновка - Новый Бор - Щельябож - Сыня - Суе-ватпуль - Белоярский - Ларьяк - Усть-Озерное - Ярцево - Канск - Выезжий Лог - Усть - Золотая - Сарыч - Сеп - Новоселово - Артыбаш - Иню - государственная граница - Симоново - Биробиджан - Болонь - Многовершиный. Включает географические зоны тундры, лесотундры и северо-восточную часть лесной зоны с распространением вечномерзлых грунтов

I 1

Расположена севернее линии: Нарьян-Мар - Салехард - Курейка - Трубка Удачная - Верхоянск - Дружина - Горный Мыс - Марково

I 2

Расположена восточнее линии: устье р. Нижняя Тунгуска - Ербогачен, Ленек - Бодайбо - Богдарин и севернее линии: Могоча - Сковородино - Зея - Охотск - Палатка - Слаутсткое. Ограничена с севера I 1 подзоной

I 3

От южной границы вечной мерзлоты до южной границы подзоны I 2

II

От границы I зоны до линии, соединяющей: Львов - Житомир - Тула - Н.Новгород - Ижевск - Томск - Канск. На Дальнем Востоке от границы I зоны до государственной границы. Включает географическую зону лесов с избыточным увлажнением грунтов

II 1

С севера и востока ограничена I зоной, с запада - подзоной II 3 с юга - линией Рославль - Клин - Рыбинск - Березники - Ивдель

II 2

Ограничена с севера подзоной II 1 с запада - подзоной II 4 с юга - III зоной, с востока южной границей I зоны

II 3

С севера ограничена государственной границей, с запада -границей с подзоной II 5 , с юга - линией Рославль - Клин - Рыбинск, с востока - линией Псков - Смоленск - Орел

II 4

Ограничена с севера подзоной II 3 с запада - подзоной II 6 , с юга - границей с III зоной, с востока - линией Смоленск - Орел - Воронеж

II 5

С севера и запада ограничена государственной границей, с востока - линией Минск - Бобруйск - Гомель, с юга - линией Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск

II 6

С севера ограничена подзоной II 5 , с запада - государственной границей, с юга - границей с III зоной, с востока - линией Минск - Бобруйск - Гомель

III

От южной границы II зоны до линии, соединяющей: Кишинев - Кировоград - Белгород - Самара - Магнитогорск - Омск - Бийск - Туран. Включает лесостепную географическую зону со значительным увлажнением грунтов в отдельные годы

III 1

Ограничена с севера зоной II 2 с запада - подзоной III 2 , с юга - IV зоной, с востока - I зоной

III 2

Ограничена с севера зоной II , с запада - подзоной III 3 , с юга - зоной IV , с востока - линией Смоленск - Орел - Воронеж

III 3

Ограничена с севера зоной II , с запада - государственной границей, с юга - зоной IV , с востока - линией Бобруйск - Гомель - Харьков

IV

Расположена от границы III зоны до линии, соединяющей: Джульфа - Степанакерт - Кизляр - Волгоград и далее проходит южнее на 200 км линии, соединяющей: Уральск - Актюбинск - Караганда. Включает географическую степную зону с недостаточным увлажнением грунтов.

V

Расположена к юго-западу и югу от границы IV зоны и включает пустынную и пустынно-степную географические зоны с засушливым климатом и распространением засоленных грунтов

Таблица 11.11.

Классификация типов местности по условиям увлажнения

Тип местности

Признаки в зависимости от дорожно-климатических зон

I

II

III

1

Поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи грунтов; мощность деятельного слоя более 2,5 м при непросадочных грунтах с влажностью менее 0,7 WL ( WL - влажность при границе текучести)

Поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы слабо- и среднеподзолистые или дерново-подзолистые без признаков заболачивания

Поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы серые лесные, слабоподзолистые, в северной части зоны темно-серые лесные и черноземы оподзоленные и выщелоченные

2

Поверхностный сток не обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы тундровые с резко выраженными признаками заболачивания; мощность сезонно-оттаивающего слоя от 1,0 до 2,5 м при наличии глинистых просадочных грунтов с влажностью более 0,8 WL .

Поверхностный сток не обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы средне- и сильноподзолистые и полуболотные с признаками заболачивания

Поверхностный сток не обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи: почвы подзолистые или полуболотные с признаками оглеения, в южной части - лугово-черноземные, солонцы и солоди

3

Грунтовые или длительно (более 30 сут.) стоящие поверхностные воды оказывают влияние на увлажнение верхней толщи грунтов: почвы тундровые и болотные, торфяники: мощность сезонно-оттаивающего слоя до 1 м при наличии глинистых сильно просадочных грунтов с линзами льда толщиной более 10 см

Грунтовые воды или длительно (более 30 сут.) стоящие поверхностные воды влияют на увлажнение верхней толщи; торфяно-болотные или полуболотные почвы

То же, что для II зоны

Тип местности

Признаки в зависимости от дорожно-климатических зон

IV

V

1

Поверхностный сток обеспечен: грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы - черноземы тучные или мощные, в южной части зоны - южные черноземы, темнокаштановые и каштановые почвы

Грунтовые воды не влияют на увлажнение; почвы в северной части - бурые, в южной светло-бурые и сероземы

2

Поверхностный сток не обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы - сильносолонцеватые черноземы, каштановые, солонцы и солоди

Грунтовые воды влияют на увлажнение верхней толщи; почвы - солонцы; такыры, солончаковые солонцы и реже - солончаки

3

Грунтовые воды или длительно (более 30 сут.) стоящие поверхностные воды влияют на увлажнение верхней толщи; почвы - полуболотные или болотные, солончаки и солончаковые солонцы

Грунтовые воды или длительно (более 30 сут.)

стоящие грунтовые или поверхностные воды

влияют на увлажнение верхней толщи; почвы -

солончаки, солончаковые солонцы; постоянно

орошаемые территории

Примечания : 1. Участки, где залегают песчано-гравийные или песчаные грунты (за исключением мелких пылеватых песков) мощностью более 5м при расположении уровня грунтовых вод на глубине более 3 м во II - III зонах и более 2 м в IV - V зонах, относят к I типу независимо от наличия поверхностного стока (при отсутствии длительного подтопления),

2. Грунтовые воды не оказывают влияния на увлажнение верхней толщи грунтов в случае, если их уровень в предморозный период залегает ниже глубины промерзания не менее чем: на 2,0 м при глинах, суглинках тяжелых пылеватых и тяжелых; на 1,5 м в суглинках легких пылеватых и легких, супесях тяжелых пылеватых и пылеватых; на 1,0м в супесях легких, легких крупных и песках пылеватых.

3. Поверхностный сток считается обеспеченным при уклонах поверхности грунта в пределах полосы отвода более 20 ‰.

11.4. Учет водно-теплового режима при проектировании верхней части земляного полотна

Под вводно-тепловым режимом земляного полотна понимают характер изменения во времени влажности и температуры грунта под воздействием погодно-климатических факторов, влияющих на рабочий слой. Изменение влажности и температуры сопряжено со вторичными процессами: набуханием и усадкой, морозным пучением и просадкой при оттаивании, просадкой при замачивании, изменением плотности, прочностных и деформационных характеристик грунта. В конечном итоге через вторичные процессы водно-тепловой режим оказывает влияние на изменения прочности дорожной одежды, ее ровности и долговечности.

Верхняя часть земляного полотна (рабочий слой) должна быть запроектирована таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая прочность этого слоя (сопротивление нагрузкам) и его устойчивость (стабильность), под которой понимается исключение недопустимых деформаций в результате воздействия погодно-климатических факторов.

При оценке водно-теплового режима большое значение имеет учет источников увлажнения рабочего слоя. Различают три расчетные схемы увлажнения верхней части земляного полотна (табл. 11.12).

Таблица 11.12.

Расчетные схемы увлажнения верхней части земляного полотна

Номер схемы и источники увлажнения рабочего слоя

Условия отнесения к данному типу

1. Атмосферные осадки

Для насыпей на участках 1-го типа местности по условиям увлажнения (см. табл. 11.11)

Для насыпей на участках 2-го и 3-го типов по условиям увлажнения: при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых и поверхностных вод или над поверхностью земли не менее, чем в 1,5 раза превышающем требования т абл. 11.15 .

Для насыпей на участках 2-го типа при расстоянии до бровки земляного полотна от уровня поверхности воды (отсутствующей в летний период не менее 2/3 этого периода) более 5-10 м при супесях, 2-5 м при легких пылеватых суглинках и 2 м при тяжелых пылеватых суглинках и глинах (меньшие значения следует принимать для грунтов с большим числом пластичности; при залегании различных грунтов принимать наибольшие значения).

В выемках в песчаных и глинистых грунтах в I - III дорожно-климатических зонах при уклонах кюветов более 20 % и при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод более чем в 1,5 раза превышающем требования т абл. 11.15

При применении специальных методов регулирования водно-теплового режима (капилляропрерывающие, гидроизолирующие, термоизолирующие и армирующие прослойки, дренаж и т.п.), назначаемых по специальным расчетам

2. Кратковременно стоящие (до 30 сут.) поверхностные воды; атмосферные осадки

Для насыпей на участках 2-го типа местности по условиям увлажнения (см. табл. 11.11) при возвышении поверхности покрытия не ниже требований т абл. 11.15 и не более, чем в 1,5 раза превышающем эти требования и при крутизне откосов не менее 1; 1,5 при простом (без берм) поперечном профиле насыпи.

Для насыпей на участках 3-го типа местности и при применении специальных мероприятий по защите от грунтовых вод (капилляропрерывающие и гидроизолирующие слои, дренаж), назначаемых по специальным расчетам, отсутствии длительно (более 30 сут.) стоящих поверхностных вод и выполнении условий предыдущего абзаца.

В выемках в песчаных и глинистых грунтах в I - III зонах при уклонах кюветов менее 20 ‰ и возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод более чем в 1,5 раза превышающем требования т абл. 11.15

3. Подземные или длительно (более 30 сут.) стоящие поверхностные воды; атмосферные осадки

Для насыпей на участках 3-го типа местности по условиям увлажнения (см. табл. 11.11) при возвышении поверхности покрытия, отвечающем требованиям т абл. 11.15 , но не превышающем их более чем в 1,5 раза.

То же для выемок, в основании которых имеется уровень грунтовых вод, расположение которого по глубине не превышает более чем в 1,5 раза требований т абл. 11.15

Сущность учета водно-теплового режима при проектировании земляного полотна заключается в том, чтобы обеспечить при возникающем в конструкции водно-тепловом режиме заданную прочность и устойчивость (стабильность) рабочего слоя. При этом могут быть реализованы два принципа проектирования:

проектирование, исходя из заданного тем или иным способом уровня прочности и стабильности рабочего слоя (например, уровня, обеспечивающего возможность применения заданной типовой конструкции дорожной одежды);

проектирование конструкции рабочего слоя совместно с конструкцией дорожной одежды в целях оптимизации проектного решения. Для создания оптимального водно-теплового режима необходимо его регулирование. Наиболее простой метод регулирования предусматривает выполнение одновременно трех условий: применение в пределах рабочего слоя грунтов, обладающих повышенной устойчивостью к воздействию погодно-климатических факторов; обеспечение требуемой степени уплотнения этих грунтов; обеспечение требуемого возвышения земляного полотна над расчетным уровнем подземных и поверхностных вод или над уровнем земли (на участках местности 2-го типа).

Для обеспечения первого условия в верхней части рабочего слоя следует использовать устойчивые грунты в соответствии с табл. 11.13.

Таблица 11.13.

Грунты, допускаемые в верхнюю часть рабочего слоя при простейшем способе регулирования воднотеплового режима

Дорожно-климатическая зона

Рабочий слой до глубины от поверхности покрытия, м

Допускаемый грунт

II

1,2/1,0

Непучинистый или слабопучинистый ( I и II группы по пучинистости, см. т абл. 11.15 , 11.6)

III

1,0/0,8

Тоже

IV - V

1,0/0,8

Ненабухающий (см. табл. 11.4), непросадочный (см. табл. 11.3)

Примечание . В числителе - при цементобетонных покрытиях, в знаменателе - при асфальтобетонных.

Для соблюдения второго условия степень уплотнения грунта рабочего слоя должна отвечать требованиям, приведенным в табл. 11.14.

Таблица 11.14.

Наименьший коэффициент уплотнения грунта

Часть земляного полотна

Глубина расположения слоя от поверхности покрытия, м

Капитальные дорожные одежды

Облегченные и переходные дорожные одежды

Дорожно-климатические зоны

I

II-III

IV-V

I

II-III

IV-V

Рабочий слой

До 1,5

0,98-0,96

1,00-0,98

0,98-0,95

0.95-0,93

0,98-0,95

0,95

Неподтапливаемая часть насыпи

1,5-6,0

Более 6,0

0,95

0,93-0,95

0,95 0,98

0,95

0,95

0,93

0,93

0,95

0,95

0,90

0,90

Подтапливаемая часть насыпи

1,5-6,0

Более 6,0

0,96-0,95

0,96

0,98-0,95

0,98

0,95

0,98

0,95-0,93

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

В рабочем слое выемки ниже зоны сезонного промерзания

До 1,2

До 0,8

-

-

0,95

-

-

0,96-0,92

-

-

0,95-0,92

-

-

0,90

Примечания : 1. Большие значения коэффициента уплотнения грунта принимают в случаях применения цементобетонных покрытий и цементогрунтовых оснований, а также при дорожных одеждах облегченного типа, меньшие - во всех остальных случаях.

2. В районах поливных земель при возможности увлажнения земляного полотна требования к плотности принимают такими же, как указано в графе для II - III дорожно-климатических зон.

3. В IV - V дорожно-климатических зонах следует рассматривать вопрос о повышении плотности грунта по сравнению с данными таблицы при соответствующем технико-экономическом обосновании и при условии защиты связного набухающего грунта от дополнительного увлажнения в процессе эксплуатации. Для V зоны следует предусматривать повышение степени уплотнения (до 1-1,05) верхней части рабочего слоя толщиной 0,2-0,3 м. То же следует предусматривать на дорогах I категории во всех дорожно-климатических зонах.

4. Требуемую степень уплотнения крупнообломочных природных и техногенных грунтов устанавливают по результатам пробного уплотнения.

5. Для земляного полотна, сооружаемого в районах распространения островной высокотемпературной вечной мерзлоты, коэффициенты уплотнения следует принимать такими же, как для II дорожно-климатической зоны.

Для выполнения третьего условия должны быть обеспечены требования по возвышению поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых и поверхностных вод и поверхностью земли в соответствии с т абл. 11.15.

Таблица 11.15.

Возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод и поверхностью земли

Грунт рабочего слоя

Возвышение поверхности покрытия, м, для дорог, расположенных в пределах дорожно-климатических зон, не менее

I

II

III

IV

V

Песок мелкий, супесь легкая крупная, супесь легкая

1,4

1,2

1,1

0,9

0,9

0,7

0,75

0,55

0,5

0,3

Песок пылеватый, супесь пылеватая

1,8

1,5

1,5

1,2

1,2

1,0

1,1

0,8

0,8

0,5

Суглинок легкий, суглинок тяжелый, глины

2,5

1,7

2,2

1,6

1,8

1,4

1,5

1,1

1,1

0,8

Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый, суглинок тяжелый пылеватый

2,7

1,9

2,4

1,8

2,1

1,5

1,8

1,3

1,2

0,8

Примечания : 1. Числитель - возвышение поверхности покрытия над уровнем подземных вод или длительно (более 30 сут.) стоящих поверхностных вод, знаменатель - то же над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 сут.),стоящих поверхностных вод.

2. За расчетный уровень подземных вод надлежит принимать максимально возможный (за срок между капитальными ремонтами) осенний (перед промерзанием) уровень.

3. Возвышение поверхности покрытия на участках насыпей, проектируемых с откосами крутизной менее 1:1,5, а также с бермами допускается уточнять на основании данных расчета.

4. Наименьшие возвышения поверхности покрытия для дорог IV и V категорий с дорожными одеждами переходного и низшего типов допускается уменьшать по сравнению с нормами т абл. 11.15 на основании практического опыта эксплуатации дорог в районах строительства, но не более чем в 1,5 раза.

5. В районах искусственного постоянного орошения возвышение поверхности покрытия над зимне-весенним УГВ или над уровнем поверхностных вод в IV - V дорожно-климатических зонах должно быть на 0,4 м, а в III зоне на 0,2 м больше, чем указано в т абл. 11.15 .

6. Возвышение поверхности покрытия над уровнем подземных вод или уровнем поверхностных вод при слабо- и среднезасоленных грунтах должно быть увеличено на 20 % (для суглинков и глин - 30 %), а при сильно засоленных грунтах - на 40-60 % по сравнению с требованиями данной таблицы.

При выполнении указанных трех условий производить специальные расчеты водно-теплового режима не требуется. При этом разрешается определять расчетные значения влажности, прочностных и деформативных характеристик грунта рабочего слоя при расчете дорожных одежд по табличным данным, приводимым в нормативных документах по проектированию дорожных одежд.

При невозможности или нецелесообразности выполнения всех трех условий необходимость и характер специальных мероприятий по учету водно-теплового режима устанавливают в результате специальных расчетов (Методические рекомендации по осушению земляного полотна и оснований дорожных одежд в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов /Союздорнии. - М., 1974. - 120 с; Методические рекомендации по проектированию и устройству теплоизолирующих слоев на пучиноопасных участках автомобильных дорог/ Союздорнии. - М., 1976. - 96 с).

При этом задаются некоторой конструкцией земляного полотна и дорожной одежды и определяют для этой конструкции расчетные значения плотности - влажности грунта и пучения. Первоначально в расчет вводят плотность грунта в момент постройки дороги и при этой плотности определяют эпюру влажности грунта перед промерзанием. При 1-й схеме увлажнения рабочего слоя эпюру влажности устанавливают только от осадков, выпадающих на проезжую часть, обочины и разделительную полосу. При 2-й схеме эту эпюру суммируют с эпюрой влажности от поверхностных вод, застаивающихся вблизи дороги. При 3-й схеме суммируют эпюру влажности от осадков и грунтовых вод или верховодки, а при необеспеченном поверхностном стоке - и от поверхностных вод.

В районах, где наблюдаются частые продолжительные оттепели, за расчетный следует принимать максимальный весенний уровень подземных вод за период между капитальными ремонтами. Гидрологический прогноз следует выполнять на основе многолетних наблюдений за режимом грунтовых вод по опорной сети соответствующих ведомств, а также разовых краткосрочных замеров в период изысканий. Обязательной частью исходных материалов должны быть региональные прогнозы режима грунтовых вод. При отсутствии указанных данных, а также при наличии верховодки за расчетный допускается принимать уровень, определяемый по верхней линии оглеения грунтов.

В районах с незначительной (менее толщины дорожной одежды) глубиной промерзания в качестве расчетного принимают наивысший уровень требуемой вероятности превышения в период его сезонного максимума.

Получив суммарную эпюру влажности, рассчитывают температурное поле и определяют значения плотности, влажности и пучения грунта для конца зимы. Затем вычисляют плотность грунта после осадки его весной и усадку в летний период. Расчет заканчивают при получении значения коэффициента уплотнения грунта в летний период такого же, как и перед промерзанием.

В результате расчетов получают искомые значения пучения, влажности и плотности грунта в расчетный период и при необходимости уточняют конструкцию верхней части земляного полотна и дорожной одежды, принимая специальные меры по регулированию водно-теплового режима или по снижению последствий воздействия его факторов.

Могут быть рекомендованы следующие мероприятия по защите верхней части земляного полотна и дорожной одежды в зависимости от источников увлажнения:

при воздействии атмосферных осадков - гидроизолирующие слои, дренирующие слои;

при воздействии поверхностных вод - капилляропрерывающие слои, гидроизолирующие слои, применение специального поперечного профиля (бермы, уположенный откос), поверхностный водоотвод;

при воздействии подземных вод - дренаж (понижение уровня воды), капилляропрерывающие слои, гидроизолирующие слои;

при промерзании - морозозащитные слои дорожной одежды, термоизолирующие слои, армирующие прослойки (для снижения неравномерности морозного пучения), улучшение и укрепление грунта рабочего слоя.

11.5. Поперечные профили земляного полотна в обычных условиях

Поперечные профили назначают в зависимости от высоты насыпи или глубины выемки, а также от грунтовых условий с учетом природных особенностей района строительства и категории дорог.

Крутизна откосов насыпей и выемок в типовых решениях не должна быть более указанной в табл. 11.16 и 11.17 ( СНиП 2.05.02-85).

Таблица 11.16.

Наибольшая крутизна откосов насыпей

Грунт насыпи

Высота насыпи до 6м

Высота насыпи до 12 м

в нижней части (0-6 м)

в верхней части (6-12 м)

Глыбы из слабовыветривающихся пород

1:1-1:1,3

1: 1,3-1: 1,5

1:1,3-1: 1,5

Крупнообломочные и песчаные (за исключением мелких и пылеватых песков)

1:1,5

1:1,5

1:1,5

Песчаные мелкие и пылеватые. Глинистые и лёссовые

1:1,5

1:1,75

1:1,75

1:2

1:1,5

1: 1,75

Примечания : 1. В знаменателе даны значения для пылеватых разностей грунтов во II и III дорожно-климатических зонах и для однородных мелких песков. Крутизну откосов насыпей из мелких барханных песков в районах с засушливым климатом следует принимать не более 1: 2 независимо от высоты.

2. Нормы таблицы предполагают укрепление откосов методом травосеяния или одерновки. При применении других, более мощных методов укрепления крутизна может быть увеличена при соответствующем технико-экономическом обосновании.

3. Крутизну откосов насыпей высотой до 3 м на дорогах I - III категорий следует назначать с учетом обеспечения безопасности движения, как правило, не круче 1:4, а для дорог остальных категорий при высоте насыпей до

Таблица 11.17.

Наибольшая крутизна откосов выемок

Грунты

Высота откоса, м

Наибольшая крутизна откосов

Скальные: слабовыветривающиеся

до 16

1:0,2

легковыветривающиеся неразмягчаемые

до 16

1,05-1:1,5

легковыветривающиеся размягчаемые

до 6

1:1

от 6 до 12

1:1,5

Крупнообломочные

до 12

1:1-1:1,5

Песчаные, глинистые, однородные твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции

до 12

1:1,5

Пески мягкие барханные

до 2

1:4

от 2 до 12

1:2

Лёсс

до 12

1:0,1-1:0,5

1:0,5-1:1,5

Примечания : 1. Для лёсса - в числителе в засушливой зоне, в знаменателе - вне засушливой зоны.

2. В скальных слабовыветривающихся грунтах допускаются вертикальные откосы.

3. На территориях с закрепленными растительностью песками допускается наибольшую крутизну при высоте откоса до 12 м принимать 1:2.

Схемы поперечных профилей типовых насыпей и выемок показаны на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Принципиальные схемы поперечных профилей типовых насыпей и выемок:
1 - гидроизолирующая прослойка; 2 - крупный гравий или щебень на выходе прослойки: 3 - капилляропрерывающий слой из гравия, щебня и т.п. толщиной 15-20 см: 4 - противозаиливающие слои; 5 - глинистый грунт; 6 - дренирующий грунт; 7 - гидроизолирующая прослойка;
а - насыпь из привозных грунтов; б - насыпь высотой до 1,5 м в пригородных зонах и местах, подверженных снежным заносам; в - насыпь на устойчивом косогоре крутизной от 1:5 до 1:3; г - насыпь высотой более 6 м; д - насыпь из боковых резервов: е - насыпь из бокового резерва на косогоре крутизной от 1:10 до 1:5; ж - раскрытая выемка глубиной до 1 м; з - выемка глубиной от 2 до 12 м в легковыветривающихся скальных грунтах, переувлажненных глинистых грунтах, в пылеватых и лёссовидных грунтах и в лессах; и - выемка в глинистых грунтах; к - насыпь с гидроизолирующей прослойкой: л - насыпь с капилляропрерывающей прослойкой; м - насыпь из глинистого переувлажненного грунта

11.6. Проектирование насыпей на слабых основаниях

К слабым относят основания насыпей, сложенные полностью или частично слабыми грунтами (см. разд. 11.2). К насыпям на слабых основаниях предъявляются следующие дополнительные требования:

должна быть обеспечена устойчивость основания, т.е. должно быть исключено боковое выдавливание слабого грунта из-под насыпи (если это не предусмотрено как способ удаления слабого грунта);

должна быть обеспечена стабильность основания, т.е. интенсивная часть осадки должна завершиться до устройства покрытия (исключение допускается при применении сборных покрытий в условиях двухстадийного строительства). За завершение интенсивной части осадки допускается принимать момент достижения 90 % консолидации основания или интенсивности осадки не более 2 см/год при капитальных дорожных одеждах и 80 % консолидации или интенсивности осадки не более 5 см/год при одеждах облегченного типа;

упругие колебания земляного полотна при движении транспортных средств не должны превышать значения, допускаемого для данного типа покрытия (для насыпей на торфяных основаниях).

Соблюдение условий проверяют расчетами. При расчете устойчивости определяют коэффициент безопасности:

Кбез = p без / p расч , где                                                                                                                                               (11.1)

p без - безопасная нагрузка на основание;

p расч   - расчетная нагрузка на основание.

Коэффициент безопасности определяют для двух экстремальных схем приложения нагрузки к слабому основанию:

для схемы быстрой (условно-мгновенной) отсыпки насыпи на полную высоту с запасом на осадку

для схемы медленной отсыпки насыпи, при которой скорость передачи нагрузки соответствует скорости нарастания прочности основания в результате процесса консолидации

В соответствии с этим p без и p расч также устанавливаются для этих режимов.

Устойчивость основания считается обеспеченной при условии Кбез ³ 1 (соответственно при быстрой отсыпке  при медленной ).

Безопасная нагрузка

 где                                                                                                                                               (11.2)

с и j - расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения слабого грунта на расчетном горизонте z ;

g Т - удельный вес грунта слабой толщи;

b - функция глубины расположения расчетного горизонта z , геометрических параметров насыпи и расчетного угла внутреннего фения грунта основания; для насыпей трапецеидального очертания р определяют по графикам (рис. 11.3);

q - расчетная нагрузка на толщу от боковых пригрузочных призм при их наличии.

Рис. 11.3. Графики для определения коэффициента b в зависимости от относительной глубины расположения V = z/ b и очертания насыпи 2а/В при различных q:

Знак min у первого слагаемого правой части означает, что должен быть найден такой горизонт z , для которого отношение, стоящее в скобках, будет иметь минимальное значение.

При оценочных расчетах p без можно определять по зависимостям, имеющим упрощающие допущения, идущие в запас прочности, представленным в табл. 11.18. При использовании таблицы следует иметь в виду, что степень приближенности формул в таблице увеличивается снизу вверх, т.е. запас, содержащийся в самих зависимостях, увеличивается от формулы (7) к формуле (1). Формулы, приведенные в таблице, относятся к насыпям без боковых пригрузочных призм.

При использовании табл. 11.18 во всех случаях, когда в качестве допущения принято условие ( j = 0 или g Т = 0, в расчет следует вводить приведенное сцепление cnp = с(1 + sin j ).

Таблица 11.18.

Формулы для оценки p без

Расчетная формула

Основные упрощения

p без = 3,14с

(1)

Эпюра нагрузки в виде прямоугольника: j =0; слабая толща в виде полупространства; с - постоянно по глубине

(2)

Эпюра нагрузки в виде прямоугольника: слабая толща в виде полупространства; g Т = 0; с - постоянно по глубине

(3)

Слабая толща в виде полупространства: j = 0; с - постоянно по глубине

(4)

Слабая толща в виде полупространства: j = 0; с - постоянно по глубине; g Т = 0

(5)

j = 0; с - постоянно в пределах слабого слоя

(6)

Слабая толща: g Т = 0

(7)

с и j постоянны в пределах слабого слоя

Примечания : 1. b max ( j ) - максимальное значение коэффициента b , определяемое для данного j при 2а/В = 0.

2. b max ( o ) (2а/В) - максимальное значение коэффициента b , определяемое по графикам для j = 0 при заданном значении 2а/В.

3. b o - коэффициент b , определяемый по графикам для j = 0 при заданном значении 2а/В для расчетной глубины z .

4. b ( j , z , 2а/В) - значение b для заданных, j , с и 2а/В.

При расчетной нагрузке p рас < 0,075 МПа и сцеплении с ³ 0,012 МПа приведенное сцепление:

Максимальное значение b при различных значениях j и 2а/В.

при 2а/В < 3 можно применять упрощенную формулу:

при высоте насыпей менее 2,5-3,5 м

b max = 0,310 - 0,006 j,

При определении p без для быстрой отсыпки насыпи в расчетные формулы подставляют значения j и с, отвечающие природному состоянию грунта слабой толщи по плотности - влажности j нач и снач.

При определении p без для медленной отсыпки подставляют значения j и с, определяемые в опыте по схеме консолидированных сдвигов с дренажом: кажущийся угол трения j ' и кажущееся сцепление с'. Допускается также использовать значения ( j кон и скон, отвечающие конечной плотности - влажности слабого грунта после завершения его уплотнения под проектной нагрузкой от насыпи.

Расчетная нагрузка для условий быстрой отсыпки

p рис = g н ( hpac + S кон ), где                                                                                                                                               (11.3)

gн - удельный вес грунта насыпи;

hpac - расчетная высота насыпи;

Sкон - расчетная конечная осадка основания под проектной нагрузкой от насыпи.

Для условий медленной отсыпки

p рис = g н ( hpac + z г.в. ) + g н (вз) ( S кон - z г.в. ), где                                                                                                                                               (11.4)

gн(вз) - удельный вес грунта насыпи ниже расчетного уровня грунтовых вод;

zг.в. - глубина залегания расчетного уровня грунтовых вод от поверхности земли (принимается наиболее низкое залегание грунтовых вод за период до капитального ремонта с 90 %-й обеспеченностью).

При толщине насыпного слоя более 2,5 м (включая эквивалентную толщину дорожной одежды) за расчетную высоту насыпи hpac принимают фактическую (проектную) ее высоту, включая дорожную одежду по оси над поверхностью земли. При меньшей толщине учитывают влияние подвижной нагрузки:

 где

s о - расчетное давление на поверхности проезжей части от колеса (или гусеницы) расчетного транспортного средства;

 - коэффициент приведения подвижной нагрузки.

Для колесной нагрузки:

при Н > В/4

при Н > В/4

 где

Н - мощность слабой толщи;

В - ширина земляного полотна;

h - толщина насыпи по оси (с дорожной одеждой);

D - диаметр расчетного отпечатка колеса.

В зависимости от значений  и  определяют тип основания по устойчивости (табл. 11.19).

Таблица 11.19.

 Тип основания по устойчивости

Тип основания

Определяющий признак

Характеристика устойчивости

Возможность использования слабой толщи в качестве основания

I

Устойчивость обеспечена при любом режиме отсыпки насыпи

Можно использовать в качестве основания при учете осадки

II

Устойчивость при быстрой отсыпке не обеспечена, но обеспечена при медленной отсылке

Можно использовать в качестве основания при обеспечении допустимого режима отсыпки, устанавливаемого расчетом, и учете осадки

III

Устойчивость не обеспечена ни при каком режиме отсыпки

Без конструктивных мероприятий в качестве основания использовать нельзя. Нужно удалить слабый слой или изменить конструкцию насыпи

Примечание . При приближенном определении типа основания по результатам испытаний слабого грунта в полевых условиях значение   устанавливают без учета повышения прочности грунта (учитывают только эффект взвешивания). В этом случае тип II делят на два подтипа II -А и II -В. К подтипу II -В относят основания при  При  основание относят к III типу. Подтип II -В после уточнения по данным лабораторных испытаний окончательно относят к типу II или III .

Прогноз конечной осадки

где

 - модуль осадки слоя, устанавливаемый по компрессионной кривой при нагрузке, отвечающей вертикальному нормальному напряжению на уровне середины i -г o слоя;

Н i - мощность этого слоя.

Для определения  необходимо:

установить расчетные вертикальные напряжения на данном горизонте от расчетной нагрузки

р z = a ×ррас, где

a - безразмерный коэффициент, зависящий от относительной глубины расположения горизонта, определяемый по графику (рис. 11.4);

Рис. 11.4. Графики для определения коэффициента а в зависимости от расчетной глубины горизонта U=2 z/ B при различных очертаниях насыпи (2а/В)

определить напряжения от собственного веса слабой толщи

рс.в = gср z, где

gср - средневзвешенный удельный вес слоев, расположенных выше горизонта (с учетом в зоне между уровнем грунтовых вод и водоупором эффекта взвешивания);

определить по компрессионной кривой модули осадки при р z и рс.в и их разность принять за расчетное значение .

Если осадка насыпи превышает 10 % ее высоты, необходимо учитывать в расчете нагрузку от просевшей части насыпи. Проще всего расчет выполняется графическим методом. Для этого вышеописанным способом определяют осадки для трех-четырех нагрузок р0 и строят график осадки в зависимости от р0. На тот же график наносят линейную зависимость нагрузки на поверхности от осадки, определяемую по формулам ( 11.3)-( 11.4). Точка пересечения этих двух функций определит искомую осадку и расчетное значение нагрузки.

При насыпях высотой до 5 м и мощности слабой толщи не более двойной ширины насыпи понизу для прогноза осадки можно использовать формулу:

 где

Ешт - штамповый модуль деформации грунта слабой толщи;

Нрас - расчетная мощность слабой толщи.

Прогноз хода осадки во времени выполняют раздельно для двух участков кривой осадки: участка первичной консолидации и участка вторичной консолидации. При мощности сжимаемой толщи меньше или равной ширине насыпи по средней линии для прогноза можно использовать одномерную схему. На участке первичной консолидации время достижения сжимаемым слоем Н относительной осадки l = S / H составляет

 где

 - консолидационный параметр, значение которого зависит от нагрузки р и относительной деформации l , устанавливаемый в опытах на одномерную консолидацию при нагрузке р;

H ф - расчетный путь фильтрации воды, отжимаемой из слоя в результате консолидации, принимаемый равным мощности сжимаемой толщи Н при одностороннем дренировании или половине этой мощности Н/2 при двустороннем дренировании.

При приближенных прогнозах осадки на стадии первичной консолидации консолидационный параметр:

 где

С k - коэффициент консолидации, определяемый непосредственно путем консолидационных испытаний;

К u - коэффициент, зависящий от степени консолидации U = l i / l 1

( l i - относительная деформация на любой заданный момент времени первичной консолидации;

l 1 - конечная относительная деформация, отвечающая моменту завершения первичной осадки).

Значения коэффициента К u

U , %

0,20

0,30

0,40

0,5

0,6

0,7

0,8

0,85

0,9

0,95

К u

0,03

0,07

0,12

0,20

0,29

0,40

0,57

0,69

0,85

1,13

При прикидочных расчетах без учета вторичной консолидации и без испытаний на консолидацию принимают l 1  = l кон ( l кон - конечная относительная осадка сжимаемой толщи под расчетной нагрузкой р), а значение С k определяют так:

 где

Кф - коэффициент фильтрации данного грунта;

 - коэффициент уплотнения грунта;

 - средний коэффициент пористости грунта;

e н и e р - коэффициенты пористости соответственно в природном (начальном) состоянии и после приложения расчетной нагрузки р;

рн - природная нагрузка;

D в - удельный вес воды.

Вместо последней формулы можно использовать выражение:

где

р - сжимающая удельная нагрузка, МПа;

ер - модуль осадки грунта, мм/м.

Для обеспечения возможности использования слабого грунта в основании насыпи рекомендуются следующие конструктивно-технологические решения:

предварительная консолидация (возведение насыпи в замедленном режиме, определяемом скоростью консолидации, и упрочнения основания);

временная пригрузка;

снижение высоты насыпи;

уположение откосов;

грунтовые сваи в основании;

частичная замена слабых грунтов;

песчаные сваи-дрены;

вертикальные дрены;

насыпи из легких материалов;

боковые пригрузочные призмы;

распределяющая плита в основании;

предварительное осушение дорожной полосы;

дренажные прорези;

устройство свайного основания для насыпи (в том числе с гибким ростверком);

увеличение толщины насыпи.

Условия применения этих решений приведены в табл. 11.20.

Временная пригрузка. Требуемое значение временной пригрузки рпр, обеспечивающей возможность достижения реальным слоем Нф заданной осадки за требуемое время Ттр .

Таблица 11.20.

Классификация и условия применения конструктивно-технологических решений, обеспечивающих возможность использования слабых грунтов в основании насыпи

Основное назначение конструктивно-технологических решений

Определяющий результат

Рекомендуемые решения

технологические

конструктивные

Повышение устойчивости основания

Уменьшение нагрузки

3; 9; 14

Улучшение характера напряженного состояния

4; 10; 5;

6; 11

Увеличение сопротивляемости сдвигу грунта основания

1

5; 8; 13

Ускорение достижения допустимой интенсивности осадки

Уменьшение конечной осадки:

уменьшение нагрузки

-

3; 9;14

улучшение характера напряженно-

-

5; 11

деформированного состояния

Уменьшение мощности сжимаемой

-

6

толщи (активной зоны)

уменьшение сжимаемости грунта

12

7

Ускорение процесса консолидации:

увеличение уплотняющей толщи

2

-

улучшение условий удаления поровой воды

-

8; 13; 6

Уменьшение влияния динамического воздействия транспортной нагрузки

Снижение напряжений от транспортной нагрузки

-

15; 11

Повышение динамической устойчивости основания насыпи

5; 7; 6

Примечание . Цифры в таблице соответствуют порядковым номерам конструктивно-технологических решений, приведенных выше на странице 191

 где                                                                                                                                               (11.5)

b l и р l - консолидационные параметры, устанавливаемые в опыте на консолидацию при нагрузке ррас;

Нф - расчетная мощность сжимаемого слоя (с учётом условий дренирования).

Для ориентировочных расчетов можно использовать зависимость

                                                                                                                                                (11.6)

Расчет режима возведения насыпи методом предварительной консолидации. Влажность грунта на момент времени t , соответствующий осадке St .

 где                                                                                                                                               (11.7)

W н - начальная влажность грунта основания;

Wk - конечная его влажность при расчетной нагрузке;

Sk - конечная осадка при той же нагрузке.

Расчет выполняют графоаналитическим методом в такой последовательности:

задавшись тремя-четырьмя значениями осадки St и зная расчетную (конечную) осадку Sk , вычисляют по формуле (11.7) значения расчетной влажности, отвечающие этим осадкам;

по экспериментальным кривым j w = f ( W ) и cw = f ( W ) определяют значения j w и cw для найденных влажностей;

при найденных значениях j w и cw по формуле ( 11.2) определяют значения безопасной нагрузки p без и строят зависимость p без = f ( St );

полученную кривую заменяют ступенчатой линией, отображающей реальный режим отсыпки, таким образом, чтобы ее абсциссы не отличались более чем на 10% от абсцисс заменяемой кривой;

определяют расчетные значения вертикальных сжимающих напряжений в слое при принятых ступенях нагрузки и строят консолидационные кривые для ступеней в виде зависимостей осадки основания от времени при различных нагрузках на поверхности;

используя график реального режима отсыпки и построенные графики консолидации, строят график осадки во времени с учетом режима нагружения.

Полученный график дает возможность получить искомую зависимость режима нагружения и функции от времени, которую можно перестроить в технологический график (толщина насыпи от времени).

Расчет боковых пригрузочных призм . Требуемая толщина призмы:

 где

po - проектная нагрузка на основание насыпи;

p без - безопасная нагрузка для проектируемой насыпи без боковых пригрузочных призм;

g пр - удельный вес грунта пригрузочной призмы.

Максимально допустимая толщина пригрузочной призмы

при этом   где

j - угол внутреннего трения слабого грунта;

с - его сцепление.

Требуемая ширина пригрузочной призмы:

при мощности слабой толщи Н > Н m ах .

при Н < Н m ах .

 где

b с p - полуширина проектной насыпи (без пригрузочных призм по средней линии);

a - угол видимости:

Угол видимости a определяют, решая графическим способом уравнение:

Искомое значение a определяется первой от начала координат точкой пересечения синусоиды (левая часть равенства) и линейной (правая часть) функции от a .

Расчет вертикальных дрен . Для предварительной оценки эффективности применения дрен используют зависимость:

 где

То и ТД - время достижения заданной степени консолидации соответственно без дрен и с дренами;

Нф - расчетный путь фильтрации воды из толщи без дрен;

l - расстояние между дренами.

Уточненный расчет выполняют в форме проверки правильности назначения расстояния между дренами, при котором достигается заданная степень консолидации в заданное время.

Общая степень консолидации

Uоб = 100 - 0,01(100 - Uг)(100 - Uв), где

Uв - степень консолидации основания в заданный момент времени Т без дрен при вертикальной фильтрации воды из основания при расчетной нагрузке;

Uг - то же при горизонтальной фильтрации к дренам.

Значения Uг и Uв устанавливают по графикам рис. 11.5.

Рис. 11.5. Графики для расчета вертикальных песчаных дрен:
штриховая линия - для определения Uв; п - отношение расстояния между дренами (в свету) к их диаметру

Факторы времени, необходимые для определения Uг и Uв :

 где

Св и Сг - коэффициенты консолидации при вертикальной и горизонтальной фильтрации.

Диаметр песчаных дрен принимают в пределах 0,15-0,80 м. Для заполнения дрен используют песок с Кф ³ 6 м/сут.

Расчет дренажных прорезей выполняют аналогично расчету дрен. При этом для определения степени консолидации при горизонтальной фильтрации используют график рис. 11.6.

Рис. 11.6. График для расчета дренажных прорезей

Расчет конструкции свайного основания с гибким ростверком насыпи на участке слабых грунтов.

1. Исходные данные:

мощность слабой толщи Н, м;

модуль деформации слабого грунта Ео, т/м2;

высота насыпи h н , м;

удельный вес и угол внутреннего трения грунта насыпи g , т/м3; j °.

2. Задаваемые параметры:

диаметр сваи D , м;

расстояние между сваями в осях L , м;

жесткость геополотна, используемого для ростверка G , т/м;

допустимая осадка межсвайного пространства D, м.

3. Проверка условия возникновения арочного эффекта:

При его соблюдении дальнейшие расчеты ведут по нижеприведенным формулам.

4. Определение расчетного давления грунта насыпи на сваи и проверка условия прочности свай по формуле:

sсв £ Ro, где

Ro - прочность материала свай на одноосное сжатие, т/м2.

При соблюдении условия прочности ведем дальнейшие расчеты.

5. Расчетное давление на межсвайном пространстве:

6. Осадка поверхности межсвайного пространства:

7. Проверка условия допустимости осадки основания насыпи: D £ [ D]

Для определения [ D] используется зависимость:

 где

 [ d ] - допустимая осадка поверхности насыпи, принимаемая:

при жестких дорожных одеждах 0,02 м;

при капитальных нежестких одеждах 0,04 м;

при переходных одеждах 0,1 м.

При соблюдении условия допустимости осадки принимается конструкция без ростверка.

8. При не соблюдении условия допустимости осадки предусматривают устройство гибкого ростверка. Для этого задается величина допустимой осадки основания [ D ] и вычисляется расчетное относительное удлинение полотна по формуле:

Полученное значение l сравнивают с величиной

При l < l min в расчет принимается l min .

9. Определяют усилие растяжения в геополотне по формуле:

или по формуле:

При R < R min b расчет принимается R min .

10. Подбирают такое геосинтетическое полотно, которое при расчетном значении l развивает полученную величину сопротивления R (т/м) при условии, что R меньше прочности полотна на растяжение Ro ( t / m ).

При необходимости может быть применено двойное, тройное и т.д. полотно.

11. Определяют дополнительную нагрузку на сваю от ростверка и дополнительно проверяют прочность материала сваи:

11.7. Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок

В зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтовой толщи, образующей откос и его основание, и от гидрогеологических условий работы откосы насыпей и выемок классифицируют в соответствии с табл. 11.21.

Таблица 11.21.

Классификация откосов насыпей и выемок

Тип земляного полотна

Вид строения откоса по наличию слоистости

Разновидность по характеру слоистости

Разновидность по воздействию грунтовых и поверхностных вод

Насыпь (Н)

А. Однородный

Б. Слоистый

-

-

1. Безводный

2. Подверженный силовому воздействию воды

Выемка (В)

А. Однородный

I Горизонтальные слои

II Падение в сторону выемки

1. Безводный

Б. Слоистый

III Падение от выемки

IV Сложное расположение слоев

2. Несущий поток грунтовых вод

По табл. 11.21 устанавливают индекс классификационной группы откоса. Например, откосу выемки, сложенному горизонтальными слоями, не несущему грунтовой воды, соответствует индекс (В)-Б-М.

Различают общую и местную устойчивость откоса. В результате нарушения обшей устойчивости происходит смещение значительных по размерам массивов грунта, слагающего откос. Нарушения местной устойчивости возникают в приоткосной зоне, непосредственно подверженной воздействию погодно-климатических факторов, вызывающих циклические процессы набухания-высушивания, промерзания, оттаивания и связанного с ними нарушения сплошности и снижения прочности грунта (выветривание).

Основные формы нарушения общей устойчивости: скольжение; выдавливание; расползание.

Расчет по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС) находит наиболее широкое применение.

Коэффициент устойчивости

 где

Qi - вес i -го блока; a i - средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i -го блока к горизонту; j i и с i - угол трения и сцепление грунта на поверхности скольжения в пределах i -го блока.

Для выделения блоков предварительно ограничивают отсек обрушения проведением дуги скольжения из вероятного центра вращения. Отсек делят на блоки вертикальными сечениями. Ширина блоков принимается примерно одинаковой (не более 2-3 м). Желательно, чтобы границы блоков проходили через точки перелома линии поперечного профиля откоса и через точки пересечения различных слоев, слагающих откос, с поверхностью скольжения.

В целях упрощения расчета центр наиболее опасной поверхности скольжения целесообразно определять, используя график Н. Янбу (рис. 11.7).

Рис. 11.7. График Н. Янбу для определения центра опасной кривой скольжения в методе КЦПС

Порядок использования графика:

определяют параметр  где

Н - высота откоса;

g - расчетное значение удельного веса грунта;

j и с - угол внутреннего трения и сцепление;

зная l ср и среднюю крутизну откоса b по графику определяют относительные координаты центра опасной дуги скольжения: х0 и у0;

умножая х0 и у0 на Н, получают абсолютные координаты центра х и у;

из найденного центра проводят расчетную дугу скольжения через нижнюю бровку откоса, делят отсек на блоки и вычисляют коэффициент устойчивости, используя зависимость ( 11.6).

При малых значениях с, когда l ср > 8, разрешается использовать кривую, отвечающую условию l ср = 8.

Для откоса, неоднородного в геологическом отношении по высоте, расчет выполняют в два этапа:

находят средневзвешенные значения g , с и j :

где

h 1 , h 2 ,..., h п - мощности отдельных слоев в пределах высоты откоса;

g 1 , g 2 ,..., g п - удельный вес грунта в пределах этих слоев;

с 1 , с2,...., сп и tg j 1 , tg j 2 ,..., tg j n - сцепление и коэффициенты трения грунтов в пределах слоев;

по средневзвешенным значениям g ср , сср и tg j cp находят осредненное значение:

по l ср и b ср (по графику) определяют хо и уо и затем х и у;

из найденного центра проводят дугу скольжения и для этой кривой уточняют расчет, определяя средневзвешенные значения tg j cp и с cp по дуге скольжения:

где

ln - длина отрезка кривой скольжения в пределах n -го слоя;

a n -средний угол наклона этого отрезка к горизонту;

Qn - вес блока, ограниченного кривой скольжения и вертикальными гранями, проходящими через концы отрезка ln ;

вычисляют исправленное значение :

и по графику Н. Янбу находят уточненные координаты центра опасной кривой скольжения, относительно которой и определяют расчетный коэффициент устойчивости. При необходимости можно определить  и  по вновь полученной кривой скольжения, сопоставить их с  и   и при большом различии повторить расчет.

Расчет по графику Д. Тейлора может быть осуществлен для однородного ненагруженного откоса. Зная число устойчивости с/ g Н , требуемый минимальный коэффициент устойчивости Ky и угол внутреннего трения j , можно по графику (рис. 11.8) найти угол наклона откоса к горизонту i , отвечающий заданному коэффициенту устойчивости Ky . Для этого значения с и tg j уменьшают в Ky раз и по параметрам  и  определяют для трех возможных вариантов прохождения кривой скольжения при пологом откосе (зона В); через нижнюю бровку откоса (кривая 1), ниже этой точки (кривая 2) и при наличии на уровне подошвы откоса прочного грунта (кривая 3). При крутом откосе рассматривают один вариант (зона А).

Рис. 11.8. График Д. Тейлора для расчета устойчивости по методу КЦПС

Расчет по методу плоских поверхностей скольжения (ППС) выполняют, используя метод горизонтальных сил (Маслова - Берера). Коэффициент устойчивости

 где

Hi - распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками трения и сцепления; Ri - не погашенная трением и сцеплением часть распора;

Qi - вес блока;

a i - угол наклона поверхности скольжения данного блока к горизонту;

y pi - угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения данного блока при нормальном давлении р от его веса.

Последовательность расчета:

на основе анализа инженерно-геологических условий (характер слоистости, наклон слоев, наличие слабых прослоек и т.д.) намечают наиболее вероятные поверхности скольжения в виде одной плоскости или комбинации нескольких плоскостей;

для каждой расчетной поверхности скольжения отсек обрушения разделяют вертикальными сечениями на отдельные блоки с таким расчетом, чтобы границы блоков соответствовали местам перелома поверхностей скольжения и в пределах каждого блока на поверхности скольжения сохранялись постоянными значения сдвиговых характеристик грунта;

в пределах каждого блока определяют:

значение a i принимая его положительным при наклоне поверхности скольжения в сторону общего смещения отсека и отрицательным при наклоне в противоположную сторону (в пассивной зоне):

значение y pi :

 где

ci и j i - расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения на поверхности скольжения в пределах i -го блока;

li - длина участка поверхности скольжения в пределах i -г o блока.

Во втором слагаемом, стоящем в скобках и числителе, подразумевается еще один сомножитель, равный единице длины блока.

Расчет на выдавливание грунта основания из-под подошвы откоса осуществляется по методу Союздорнии (В.Д. Казарновский) аналогично расчету устойчивости насыпей на слабых грунтах (см. разд. 11.6). Метод основан на ограничении развития в основании зон предельного равновесия.

Степень устойчивости откоса в целом оценивают по минимальному значению коэффициента стабильности, определяемому для различных горизонтов:

Kст = рбез/р o, где

рбез - максимальная нагрузка на поверхности основания, при которой на данном горизонте отсутствует запредельное состояние;

р o - проектная нагрузка на основание (р o = g ср h ); h - высота откоса; g ср - средневзвешенный удельный вес грунта откоса.

Безопасная нагрузка

где

с и j - сцепление и угол внутреннего трения грунта основания на данном горизонте;

g ср - средневзвешенный удельный вес грунта основания откоса выше рассматриваемого горизонта;

z - глубина расположения рассматриваемого горизонта от поверхности основания откоса;

b - функция очертания поперечника насыпи или выемки, значения угла внутреннего трения на рассматриваемом горизонте и относительной глубины этого горизонта.

Рис. 11.9. График для определения коэффициента b при расчете откосов выемок по схеме выдавливания

При простом (трапецеидальном) очертании поперечного профиля насыпи или выемки значения р определяют по графикам рис. 11.3 (для насыпей) и рис. 11.9 (для выемок).

При сложном очертании поперечного профиля (переменная крутизна откосов, бермы и т. п.) функция b может быть определена в первом приближении путем алгебраического суммирования значений b , полученных для данного горизонта при некоторых простых эпюрах (трапецеидальных), дающих в сумме расчетную эпюру нагрузки. При разделении фактической эпюры на простые необходимо, чтобы все эпюры имели общую ось симметрии, а основание их совпадало бы с фактической поверхностью основания (рис. 11.10).

Рис. 11.10. Схема замены сложной эпюры простыми ( ADEFGK = ADGK + MEFN - MDGN)

Если j , с и g изменяются по глубине основания, расчет устойчивости следует проводить, используя графическое построение (рис. 11.11). Для этого строят график изменения по глубине z величины f 1 = с + g ср z tg j и график изменения по глубине b , после чего по нескольким точкам строят график изменения по глубине отношения этих функций (т.е. p без ). Минимальное значение p без определит расчетный горизонт, а отношение p без к проектной нагрузке ро - значение Кбез.

Рис. 11.11. Графическое построение для определения Кбез при слоистой толще

Опасность выдавливания полностью исключается при условии Кбез ³ 1.

В некоторых случаях в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий, особенностей строительства и ответственности сооружения могут быть допущены некоторые зоны разрушения в основании, т.е. зоны, в которых Кст < 1. Для анализа размеров зон используется их построение с помощью таблиц или графиков напряжений или с помощью компьютерного расчета.

Расчет насыпи на расползание по основанию ведут, определяя коэффициент устойчивости

 где

g - удельный вес грунта насыпи;

h и В - ее высота и ширина поверху;

m - крутизна откоса;

с и j - сцепление и угол внутреннего трения на границе насыпи и ее основания (принимаются в зависимости от конкретных условий наименьшие из значений для грунтов основания или насыпи);

x - коэффициент бокового давления.

Проверку по условию равноустойчивости (метод Fp осуществляют для оценки рациональности очертания откоса и выявления наиболее напряженных участков. Степень соблюдения принципа равноустойчивости оценивают для различных участков откоса по высоте по значению коэффициента запаса:

 где

j - угол внутреннего трения на данном горизонте;

g ср - средний удельный вес грунта;

с - сцепление грунта на данном горизонте;

z - глубина данного горизонта, считая от верха откоса;

a - угол наклона поверхности откоса к горизонтали на уровне данного горизонта. Построение равноустойчивого откоса осуществляют графическим методом в такой последовательности (рис. 11.12):

Рис. 11.12. Построение равноустойчивого откоса по методу Fp

массив, в котором проектируют откос, разбивают на расчетные слои по высоте с учетом геологического строения, но не более 2-3 м;

для каждого из расчетных горизонтов (границы расчетных слоев) определяют угол сопротивления сдвигу:

y pz = arctgFp = tg j z + с/р z, где

Fp - коэффициент сдвига;

р z = g ср - природная нагрузка на данном горизонте; строят равноустойчивый откос ( a = y pz ), начиная с нижней точки.

Выбор метода расчета зависит от конкретных условий работы сооружения. Применять один метод расчета можно лишь в тех случаях, когда с большой вероятностью известна форма нарушения устойчивости.

В сложных случаях необходимо проводить комплексный расчет по вероятным схемам. При выборе метода расчета можно руководствоваться табл. 11.22.

Таблица 11.22.

Условия применения различных методов расчета

Метод расчета

Индекс классификационной группы по табл. 11.21

Условия применения

Насыпь

Выемка

КЦПС

А-1,2

А-1,2

Заведомо прочное основание

ППС

-

Б -I

Б -II-1,2

Поверхность скольжения явно предопределена геологической структурой откоса и заведомо прочным основанием

Комплексный расчет по КЦПС и ППС

Б-1.2

-

Заведомо прочное основание, но заранее трудно установить форму наиболее вероятной поверхности скольжения

Комплексный расчет по КЦПС, ППС и Fp

-

Б -I, II, III, IV-1,2

Тоже

Расчет на выдавливание

А, Б-1,2

А, Б- I , II , III , IV -1,2

В комплексе с любым методом во всех случаях, когда заранее нет уверенности в абсолютной устойчивости основания откоса

Расчет на расползание

А, Б-1,2

А, Б- I , II , III , IV -1,2

В комплексе с любым методом при наличии в основании откоса глинистых грунтов пластичной консистенции или при использовании в нижней части насыпи глинистых грунтов пластичной консистенции

Примечания : 1. Заведомо прочным можно считать основание из скальных, полускальных и песчано-гравийных грунтов.

2. Из оснований, сложенных глинистыми грунтами, к прочным следует относить основания, отвечающие условию с ³ g h/М j, где с - сцепление грунта; g - удельный вес грунта насыпи; h - ее высота; М j - коэффициент, являющийся функцией угла внутреннего трения j; при j =0°С М j  =3,14; при j = 10°С М j  = 4,2: при j = 20°С М j  = 8,7; при j = 30°С М j  = 7,9.

Учет в расчетах силового воздействия воды необходим при подтоплении откосов. Силовое воздействие воды может быть в виде эффекта взвешивания, фильтрационного давления или того и другого.

Возможны три расчетные схемы:

полное и постоянное затопление части откоса;

наличие в откосе водоносных горизонтов с установившимся режимом фильтрации;

мгновенный спад уровня воды при ранее затопленном откосе.

Учет силового воздействия воды (взвешивающий эффект) по первой схеме заключается в том, что учитывают взвешивающий эффект при определении как сдвигающих, так и удерживающих сил. Учет силового воздействия по второй и третьей схемам сводится к определению сдвигающих сил без учета взвешивания, а удерживающих сил с учетом взвешивания. По третьей схеме за расчетный горизонт воды на откосе принимают горизонт подтопления до его мгновенного спада.

Во всех случаях в зоне обводнения значения j  и с принимают с учетом обводнения (т.е. при влажности W, соответствующей полному водонасыщению).

Взвешивающее воздействие воды учитывают путем введения в расчет уменьшенного значения удельного веса .

Для несвязных грунтов

 где

п -пористость в долях единицы;

gо - удельный вес твердой фазы;

gск - то же сухого грунта;

Dв - то же воды.

Для глинистых грунтов

 где

g W - удельный вес влажного грунта;

Dв - то же воды,

При расчете по методу Fp учет фильтрационного давления воды осуществляют, вводя в расчет фиктивный угол трения:

 где

рв - вес грунта с учетом взвешивания в зоне обводнения;

р i - то же без учета взвешивания;

j - фактический угол трения.

Учет сейсмических воздействий осуществляют, умножая сдвигающие силы на сейсмический коэффициент Кс. Значения Кс принимаются в зависимости от расчетной сейсмичности:

j рас , баллы..................... 7           8          9         10         11       12

Кс ...................................1,03      1,05     1,1      1,25      1,5      1,5

При определении расчетной сейсмичности j рас необходимо учитывать грунтовые условия:

j рас = j о + j т, где

j о - сейсмичность района;

j т - сейсмическая характеристика грунтовой толщи.

Значения j т зависят от вида грунта:

Аллювиальные отложения, щебенистые или песчаные грунты........1-2

Глинистые, мергелистые и лёссо-видные грунты.............................1-3

Болотистые и водонасыщенные грунты............................................3-4

При расчете вновь проектируемых насыпей или выемок необходимо обеспечивать определенное значение коэффициента устойчивости, значение которого зависит от применяемого метода расчета и инженерно-геологических условий и может определяться по табл. 11.23.

Таблица 11.23.

Требуемые значения коэффициента устойчивости, Ку

Метод расчета

Инженерно-геологические условия

Однородный сухой откос, сложенный песчаными грунтами при прочном основании

Прочие случаи

1. Метод КЦПС

-

1,3

2. Метод ППС (Маслова - Берера)

1.2

1,3

3. Расчет на расползание

-

1,3

4. Метод « F р »

-

1,0

5. Расчет на выдавливание (метод Союздорнии)

-

1,0 (коэффициент безопасности)

Примечания : 1. При учете сейсмических сил требуемый коэффициент устойчивости по методам 1-3 принимается равным 1,1.

2. Приведенные значения коэффициентов устойчивости предусматривают введение в расчет гарантированных значений j и с.

Выбираемое мероприятие по повышению устойчивости высоких откосов должно отвечать механизму и вероятной форме нарушения устойчивости.

Эффект повышения общей устойчивости может обусловливаться либо улучшением напряженного состояния, либо повышением сдвиговых характеристик грунта.

Рекомендуемые мероприятия:

для улучшения напряженного состояния откоса - уположение откоса; устройство разгрузочных берм; устройство контрбанкетов; снижение высоты откоса; использование в откосе легких материалов; защита от насыщения грунта водой с поверхности; дренирование для снижения силового воздействия подземных вод;

для повышения сдвиговых характеристик грунтов откоса - дренирование с целью снижения влажности грунта; защита от проникания воды в грунт откоса с поверхности; использование в насыпи грунтов с повышенными значениями ср и с; укрепление грунта откоса.

11.8. Земляное полотно на склонах

Мероприятия по борьбе с оползневыми явлениями. При проектировании земляного полотна в виде насыпей или выемок на склонах необходимо предусматривать меры по обеспечению устойчивости самого склона, на котором сооружается земляное полотно, или защищать земляное полотно от оползневых процессов, возникающих на склоне в его природном состоянии.

Выяснение необходимости и характера противооползневых мероприятий начинается с оценки устойчивости склона. Для оценки устойчивости склона используют те же методы расчета что и для оценки устойчивости откосов (см. разд. 11.7).

В результате расчета должны быть определены коэффициенты устойчивости склона до устройства земляного полотна и после его устройства. В тех случаях, когда оползневых подвижек на склоне не имеется, требуемый коэффициент устойчивости можно принимать в соответствии с табл. 11.23.

При наличии проявившихся оползневых подвижек на природном склоне земляное полотно проектируют в комплексе с противооползневыми мероприятиями, исходя из необходимости обеспечить коэффициент устойчивости не ниже 1,05. Если расчетные значения Ку оказываются меньше требуемых, назначают соответствующие активные противооползневые мероприятия или прибегают к пассивной защите (обход опасного участка, проход над неустойчивым склоном по эстакаде или под ним с помощью тоннеля).

Основные мероприятия по борьбе с оползневыми явлениями на дорогах:

устройство водоотвода - система поверхностного водоотвода; дренаж подземных вод;

изменение профиля склона - планировка склона; террасирование; устройство контрбанкетов; рациональное расположение земляного полотна по высоте склона;

закрепление грунтов склона - инъецирование вяжущих; обжиг;

закрепление поверхности склона - агролесомелиорация; устройство защитных слоев; применение специальных конструкций для укрепления поверхности;