Геодезичні роботи при дослідженнях і будівництві доріг і мостів

КАМЕРАЛЬНЕ ТРАСУВАННЯ

Камеральне трасування виконують в основному на стадії проекту. При цьому використовують топографічні карти масштабу 1:25000 або 1:50000, фотосхеми, а також цифрову модель місцевості.

Трасування по топографічній карті залежно від умов місцевості виконують або способом спроб або побудовою лінії припустимого ухилу.

Спосіб спроб, застосовуваний у рівнинній місцевості, полягає в наступному. Між заданими точками намічають на карті найкоротшу трасу, по якій становлять поздовжній профіль із проектом лінії майбутньої дороги. На підставі аналізу поздовжнього профілю виявляють місця, у яких трасу доцільно зрушити вправо або вліво, щоб позначки місцевості збіглися із проектними. Ці місця знову трасують і становлять поліпшений проект траси.

В умовах місцевості зі складним рельєфом найпоширеніший прийом камерального трасування - побудова на топографічній карті в заданому напрямку лінії гранично припустимого ухилу для даної категорії траси. Для цього по карті даного масштабу 1: М и по висоті перетину рельєфу А визначають величину закладення а для гранично припустимого ухилу і_пред. Наприклад, для карти масштабу 1:25000 при h = 5м й i_пред=0,020а=5000:(0,020х25000)=10мм.

По знайденому закладенню а на карті виділяють ділянки, що відрізняються по характері трасування, так називані ділянки вільного й напруженого ходів. Ділянки місцевості, для яких середній ухил i_мeст більше гранично припустимого ухилу і_пред, називають напруженим ходом. Ділянки, де i_мeст менше і_пред називають ділянками вільного ходу.

На ділянці вільного ходу трасу намічають по найкоротшому напрямку, обходячи лише контурні перешкоди. При цьому, щоб подовження траси було мінімальним, кути повороту траси повинні бути не більше 15...25.

На ділянках напруженого ходу для дотримання граничного ухилу попередньо намічають лінію нульових робіт, для якої заданий проектний ухил витримують без пристрою насипів і виїмок (грабарств).

Наприклад, необхідно на карті із точки А (рис. 25.1) провести трасу до точки К с заданим гранично припустимим ухилом. Для цього, дотримуючись основного напрямку траси, із точки А розчином циркуля, рівним закладенню а, засікають сусідню горизонталь. З отриманої точки Б знову засікають цим же розчином циркуля точку В наступній горизонталі й т.д. При перетинанні ярів (ділянка ВГ) до тальвегу не спускаються, а переходять на іншу сторону, засікаючи однойменну горизонталь. Так само надходять при перетинанні рік, прагнучи, щоб траса була приблизно перпендикулярна напрямку плину ріки. У місцях, де відстань між горизонталями більше величини закладення (ділянка ГД), тобто і_мест менше і_пред, точки вибирають за принципом вільного ходу.

У такий спосіб одержують на карті точки А, Б, В, Г, Д, ..., К, твірну лінію нульових робіт. Однак лінія нульових робіт ще не може бути віссю майбутньої дороги, тому що сну складається з великої кількості коротких ланок, сполучення яких кривими неможливо через обмеження мінімальних радіусів. Тому лінію нульових робіт заміняють ділянками більше довгих прямих (спрямляють). Випрямлення викликає необхідність грабарств. Після випрямлення лінії нульових робіт транспортиром вимірюють кути повороту траси й, дотримуючи нормативних вимог, призначають радіуси кругових кривих.

Потім по трасі намічають положення пікетів і характерних точок рельєфу. Пікет - точка осі траси, призначена для закріплення заданого інтервалу. Характерні перегини рельєфу або контурні точки, що визначають пересічні трасою споруди, водотоки, границі вгідь, лінії зв'язку й т.д., називають

Рис. 25.1. Трасування заданим ухилом

плюсовими точками. Пікетаж траси - система позначення й закріплення її точок (розбивка пікетажу, побудова поздовжнього профілю й проектування профілю дороги розглянуті в § 12.3). Для того щоб не завантажувати креслення, розбивку пікетажу по карті роблять скорочено: через два або п'ять пікетів. Закріплення пікетів починають із нульового. Плюсові точки позначають по номері попереднього пікету й відстані до нього в метрах, наприклад, ПК2+35.7.

Позначки пікетів і плюсових точок знаходять інтерполяцією по горизонталях. По позначках і пікетажу будують поздовжній профіль місцевості по трасі, а потім, керуючись технічними нормативами, проектують профіль майбутньої дороги.

Трасування може бути виконане в декількох варіантах, з яких після складання поздовжнього профілю й проектування проектної лінії може бути обраний найкращий (оптимальний).

У цей час є автоматизовані системи проектування трас. Ці системи засновані на поданні всієї інформації про місцевості у вигляді цифрової моделі, застосуванні ЕОМ великої потужності для розрахунків і проектування варіантів і графобудівника для автоматичного складання проектної документації.

ПОЛЬОВЕ ТРАСУВАННЯ

Польове трасування ведуть на стадії робочого проектування для пошуку місцевих поліпшень траси, її остаточного перенесення й закріплення на місцевості.

Основою для польового трасування служать матеріали камерального трасування. Проект траси, розроблений у камеральних умовах, виносять у натуру (на місцевість) по даним прив'язок кутів повороту до пунктів геодезичної основи або найближчих контурів місцевості. Перевагу віддають виносу точок траси від пунктів геодезичної основи як більше надійному й точному.

У поле починають зі знаходження необхідних геодезичних або контурних точок, від яких роблять відповідні кутові й лінійні побудови для визначення положення вихідних точок траси, у тому числі й початкової. На точках траси, знайдених на місцевості, установлюють віхи й обстежать намічені напрямки, зокрема, переходи через водотоки і яри, перетинання існуючих магістралей й інші складні місця. Іноді доводиться трохи зміщати недоважену лінію й пересувати вершини кутів повороту, щоб зручніше розмістити елементи плану й профілю траси й забезпечити мінімальний обсяг будівельних робіт.

Рис. 25.2 Визначення кутів повороту по трасі

Остаточно обране положення вершив кутів повороту закріплюють на місцевості дерев'яними або залізобетонними стовпами й становлять абрис прив'язки цих точок до місцевих предметів.

Між закріпленими вершинами кутів ВУ (рис. 25,2) повороту траси прокладають теодолітний хід, вимірюючи праві по ходу кути β₁ ,β₂ і т.д. і довжини сторін L₁ ,L₂ и т. д. Кути повороту φ траси визначають як доповнення правого кута до 180°. При повороті лінії вправо φ_п=180°-β; при повороті вліво φ_л=0 —180°. Кути вимірюють одним прийомом із середньої квадратичної помилки 0,5'.

Для контролю кутових вимірів одночасно по бусолі вимірюють прямі й зворотні магнітні азимути сторін траси.

На довгих прямих ділянках у межах безпосередньої видимості через 500...800 м установлюють створні точки (додаткові кути), які задають відкладенням кута 180° при двох колах теодоліта. Кут ходу на створній точці також вимірюють одним прийомом. Він не повинен відрізнятися від 180° більш ніж на Г, У противному випадку створну точку переміщають на місцевості.

Відстані між вершинами кутів повороту й створними точками вимірюють мірною стрічкою, рулеткою або далекомірами із граничною відносною погрішністю 1/1000..Л/2000. На ділянках траси з нахилом більше 2° у безпосередньо обмірювані довжини вводять виправлення за нахил зі знаком плюс. За результатами вимірів кутів і ліній і даним планової прив'язки траси до пунктів геодезичної основи обчислюють координати вершин кутів повороту.

При польовому трасуванні розбивають пікетаж траси. Початкова точка траси служить нульовим пікетом. Її фіксують, як всі пікети й полюсові точки, за допомогою кола діаметром 30мм, довжиною 150мм, що забивають майже урівень із землею. Поруч із колом на відстані 200мм по напрямку ходу забивають сторожок - кіл довжиною 300...500мм. На сторожку пишуть номер пікету, так щоб напис був звернений назад по ходу « точці пікету. Пікет обкопують канавкою.

Для розбивки пікетажу кожну лінію траси провішують за допомогою теодоліта.

Розбивку пікетажу ведуть із застосуванням сталевої стрічки або рулетки. Пікети розбивають через 100м. Для більше детального відбиття профілю місцевості додатково фіксують плюсові точки.

Для того щоб уникнути виміру кутів нахилу й введення виправлень через нахил, на похилих ділянках ведуть розбивку пікетажу, укладаючи стрічку горизонтально й проектуючи схилом на землю піднятий кінець мірного приладу.

На кутах повороту трас вставляють кругові й перехідні криві. Як кругові криві застосовують дуги окружностей більших радіусів. У якості перехідних використовують криві змінного радіуса, що може змінюватися від нескінченності до радіуса даної кругової кривої. За допомогою перехідних кривих більш плавно сполучають прямолінійні ділянки дорожньої траси із кругової кривої.

Основні елементи кругової кривої траси (рис. 25.3): φ - кут повороту, вимірюваний у натурі; R - радіус кривої, призначуваний залежно від умов місцевості й категорії дороги; А = СВ=Т - довжина дотичних, названа тангенсом й обчислювальна за формулою Т=Rtg(φ/2)\ АFВ=K - довжина кругової кривої, обумовлена за формулою K=R(πφ/180); СF=Б- довжина бісектриси, що обчислюють за формулою Б=R(sесφ/2- 1); Д=2Т-К- домір; Д=Rх(2tg φ/2 - πφ/180).

У практиці елементи кругових трас знаходять по таблицях, складеним по аргументах R и φ. Точки початку НК, середини СК і кінця КК кругової кривої називають головними.

На круговий кривий пікетаж розбивають по лініях тангенсів. Спочатку за обмірюваним значенням кута повороту φ і прийнятому радіусу R з таблиць кругових кривих вибирають елементи кривої: тангенс Т, довжину кривої K, бісектрису Б и домір Д. Потім по вже певному пікетажному значенню вершини кута ВУ (ПК ВУ... 14+25.00) розраховують пікетажні найменування головних точок кривій (рис. 25.4, а) і, знайшовши їх на місцевості, закріплюють. При цьому початок кривій НК знаходять проміром від уже закріпленого найближчого пікету, а середину кривій СК - відкладенням відстані Б по бісектрисі кута повороту.

Розбивку пікетів від вершини кута по іншому тангенсі починають із відкладення від вершини кута ВУ доміру Д, уважаючи, що його кінець має те ж пікетажне значення, що й вершини кута. Від кінця відкладають відстань,

Рові. 25.3. Розрахунок пікетажу на кривій (а) і перенесення пікетів з тангенса на криву (б)

Ряс. 25.4. Основні елементи кругової кривої

відсутнє до найближчого цілого пікету (на Рис. 25.4, а ця відстань дорівнює 75,00м до пікету ПК15). Далі звичайним шляхом розбивають пікети до наступного кута повороту. Знаючи пікетажне значення кінця кривій КК, по ходу розбивки знаходять його на лінії

тангенса й закріплюють.

Розбиті в такий спосіб пікети розташовані на дотичних, а вони повинні перебувати на осі траси, тобто на кривій. Пікети переносяться з дотичних на криву методом прямокутних координат. Дані одержують зі спеціальних таблиць (рис. 25.4, б). По прийнятому радіусі кривій R= 1000м і довжині До ділянки кривої від початку (або симетрично від кінця) її до пікету, що виносить, по таблиці вибирають значення (К-х) - кривій без абсциси й y - ординати. Так, для пікету 10K=64м (К-х) = 0,05м и y=2,05 м; для пікету 11K=164 м (К-x)=0,74 м и y=13,42 м. Криву без абсциси (К- х) відкладають рулеткою від відповідного пікету, тимчасово закріпленого на дотичній, убік, протилежну вершині кута, тобто до початку (або кінцю) кривій, а ординату у відкладають зі знайденої точки по перпендикулярі до дотичної. Перпендикуляр до дотичної при y<5м намічають «на око», а при y>5м напрямок перпендикуляра задають за допомогою екера або теодоліта.

Для характеристики поперечного ухилу місцевості розбивають поперечні профілі (рис. 25.5) в обидва боки від траси на 15...30 м і більше залежно від характеру схилу й типу дороги. Поперечні профілі призначають на такій відстані один від іншого, щоб місцевість між ними мала одноманітний ухил.

У процесі розбивки пікетажу ведуть журнал, у якому показують всі основні елементи траси, пункти геодезичної основи, ситуацію, окремі елементи рельєфу в смузі шириною по 50...100 м з кожної сторони від осі майбутньої дороги. Всі дані надалі поміщають у відповідних графах поздовжнього профілю.

Пікетажний журнал (рис. 25.6) складається зі зшитих аркушів картатого паперу. Вісь траси показують у вигляді прямої лінії, розташованої по середині сторінки. На пряму лінію в масштабі (звичайно одна клітка дорівнює 20м) наносять всі пікетні й полюсові точки, кути повороту, поперечні профілі й т.д. Запис у журналі ведуть знизу нагору, щоб права й ліва сторони сторінки відповідали правій і лівій сторонам траси по ходу пікетажу. Кути повороту позначають стрілками, спрямованими вправо й уліво від середньої осьової лінії залежно від того, у яку сторону повертає траса. Біля кутів повороту виписують прийняті основні елементи кривих: кут повороту із вказівкою правий або лівий, радіус, тангенс, криву, бісектрису, домір, тут же підраховують пікетажні значення початку й кінця кривій.

Ця ж інформація може бути записана в електронному журналі або блокнотному комп'ютері.

Розбивку пікетажу ведуть по тій же лінії, по якій виконують безпосередній промір між вершинами кутів при прокладанні теодолітного ходу, що дозволяє контролювати лінійні виміри. Відстань L_контр між суміжними вершинами кута повинне бути дорівнює різниці їхніх пікетажних значень плюс домір на задній вершині: L_контр =ПК_n+1-ПК_n+D_n.

Різниця ∆L, безпосередньо вимірюваної лінії й отриманої по вищенаведеній формулі у відносній мері не повинна перевищувати 1/1000 - у сприятливих умовах вимірів, 1/500 - у несприятливих умовах.

Розбивка пікетажу через 100м утрудняє використання далекомірів. Тому іноді застосовують безпікетний спосіб польового трасування, при якому на місцевості розбивають не кожен стометровий пікет, а тільки точки, розташовані на характерних формах рельєфу й важливих для проектування елементах ситуації.

На планах і поздовжніх профілях пікети наносять камерально, їхньої позначки визначають інтерполяцією між найближчими плюсовими точками. Якщо пікети необхідні для будівництва дороги, їх розбивають на місцевості при відновленні траси.

Рис. 25.5. Розбивка поперечного профілю траси

Для складання поздовжнього й поперечного профілів траси й визначення позначок реперів, встановлюваних уздовж траси, переводять технічне нівелювання с використанням, як правило, двох нівелірів (Н-10 або Н-10K). Першим приладом нівелюють всі сполучні точки (пікети, плюсові точки, репери), другим - всі проміжні точки (деякі плюсові точки, поперечні профілі, геологічні вироблення на трасі). Кілометрові пікети й репери як сполучні точки обов'язково нівелюють обома нівелірами, що дозволяє надійно контролювати перевищення в ході.

Нівелювання по ходу звичайно ведуть методом із середини, установлюючи рівність плечей «на око». Відстань до сполучних точок приймають рівним 100...150м. Якщо нівелювання по трасі роблять одним нівеліром, перевищення між сполучними й всіма пікетними точками визначають по чорній і червоній сторонах рейок, а при роботі з однобічними рейками - при двох горизонтах нівеліра. Рейки застосовують шашкові, триметрові, двосторонні; у пересіченій місцевості зручні чотирьохметрові складні рейки. При передачі висот через водні перешкоди спостереження виконують або по спеціальній програмі, або користуються рівнем води, думаючи, що у взаємно протилежних берегів він має однакові позначки.

Полевой контроль нівелювання роблять на станції й у ході між реперами з відомими позначками. Розбіжності між перевищеннями, отриманими на станції з

Рис. 25.6. Пікетажний журнал (умовний приклад)

спостережень двома нівелірами або по двох сторонах рейок, не повинні перевищувати 7...10мм. Нев'язання в ході між реперами с відомими позначками не повинна перевищувати 50 мм, де L - довжина ходу, км, а розбіжність між сумами перевищень, отриманими з нівелювання першим і другим нівелірами, - 70 мм.

На трасі дороги можуть бути розташовані різні споруди: дільничні станції, роз'їзди, майстерні, станції обслуговування, заправні стовпчики, споруди (мости, труби), селища, водовідвідні пристрої й ін. Для проектування цих об'єктів необхідно мати великомасштабні плани відповідних ділянок місцевості. Зйомка таких ділянок ведеться в масштабах 1:2000-1:500 тахеометричним способом з опорою на точки траси.

Для зйомки більших площадок створюють планово-висотне обґрунтування у вигляді теодолітних і нівелірних полігонів. Зйомку вузької смуги уздовж траси ведуть по поперечних профілях, що розбивають на пікетах і плюсових точках траси. При наявності великомасштабних фотопланів докладних знімальних робіт на трасі не ведуть. На фотопланах обновляють і доповнюють ситуацію, у необхідних місцях малюють рельєф.

По закінченні польових робіт матеріали трасування обробляють: перевіряють польові журнали, зрівнюють нівелірні й теодолітні ходи, обчислюють позначки й координати точок траси, становлять плани, поздовжній і поперечний профілі ділянок дороги.

Поздовжній профіль розбитої на місцевості траси - основний документ, отриманий у результаті досліджень. Ним постійно користуються при проектуванні й будівництві залізної й автомобільної дорогий, а також у процесі експлуатації. Профіль становлять у масштабах: горизонтальному - 1:5000 для автомобільної дороги й 1:10000 для залізниці; вертикальному - відповідно 1:500 й 1:1000.

На поздовжній профіль (рис. 25.7) у відповідні графи вписують всі дані, необхідні для проектування дороги. У графі «Ситуація» показують контурну частину плану в смузі шириною по 100м з кожної сторони від осі траси. Кути повороту в цій графі відзначають стрілкою, а вісь траси вичерчують червоними кольорами. При заповненні графи «План лінії» проставляють довжини й щирі румби прямих ділянок; на кривих показують їхні основні елементи: φ, R, T, К. Криву вичерчують униз, якщо траса повертає вліво, і нагору, якщо траса повертає вправо. У графу «Позначки землі» виписують позначки пікетів і плюсових точок, певні в процесі нівелювання по трасі. На поздовжньому профілі відзначають також номера пікетів, відстані між ними й кілометраж по трасі. Проектні дані показують у відповідних графах червоними кольорами. «План лінії» також вичерчують червоними кольорами.

По позначках землі й пікетажу будують фактичний профіль. При цьому початок масштабу висот вибирають так, щоб сама нижча точка фактичного профілю не доходила до першої графи на 20...30мм.

Червону лінію профілю проектують відповідно до технічних умов на даний вид і категорію дороги. Крім того, при проектуванні виконують наступні правила: проектні ухили задають із точністю до 0,001; проектні позначки відносять до брівки земляного полотна; алгебраїчна різниця ухилів на двох сусідніх ділянках проектної лінії не повинна перевищувати заданого граничного ухилу; на ділянках планових кривих гранично припустимий ухил повинен бути зм'якшений, зменшений для залізниць на 700/R, де R - радіус кривої, для автомобільних доріг - від 10 до 50% ; обсяг насипів і виїмок повинен бути мінімальним.

Проектування починають від місць із заданими позначками, наприклад, від початкової точки траси, мостового переходу через водну перешкоду. Далі приблизно намічають перша ділянка проектної лінії. По різниці позначки землі наприкінці першої ділянки й початкової проектної позначки, а також відстані між цими позначками підраховують ухил. Якщо він виявиться припустимим, його округляють до 0,001 і записують у відповідну графу профілю, указуючи одночасно відстані. Знаком ухил не супроводжують, його заміняє відповідна діагональна лінія в графі ухилів. За прийнятим значенням ухилу й відстані обчислюють перевищення й, додавши його з відповідної

Рис. 25.7. Поздовжній профіль ділянки траси залізниці

знаком до першої проектної позначки, знаходять оцінку кінця першої ділянки червоної лінії. Подальше проектування виконують подібним чином.

Різниця проектної й фактичної позначок даної точки профілю називається робочою оцінкою. Позитивна робоча позначка показує висоту насипу, негативна - глибину виїмки. Робочі позначки намічають на самому профілі. Точку перетинання проектної лінії з лінією профілю називають точкою нульових робіт; робоча позначка цієї точки дорівнює нулю. Точки нульових робіт іноді відзначають на профілі траси, тому що вони вказують початок насипу або виїмки.

У ході проектування, щоб забезпечити розміщення вертикальних кривих, витримують крок проектування - мінімально припустима відстань між переломами проектної лінії.

На профілі доріг проектують також водовідвідні канави (кювети), указуючи при необхідності у відповідних графах поздовжнього профілю їхні проектні ухили, відстані й позначки на пікетах.