Геодезические работы при строительстве дорог

Восстановление трассы

Между проектированием и строительством дороги проходит определенный, иногда значительный промежуток времени, за который точки закрепления трассы на местности, выполненные при полевом трассировании, утрачиваются. Поэтому перед началом строительных работ трассу восстанавливают, принимая за основную окончательно выбранную и закрепленную при полевом трассировании. При этом руководствуются документами рабочего проекта: планом и профилем трассы, ведомостью прямых и кривых, схемой закрепления трассы. Эта задача решается в подготовительный период строительства.

Трасса дороги, вынесенная на местность и надежно закрепленнаяна ней типовыми знаками, является геодезической основой для разбивки осей всех сооружений, разбивочных и контрольных геодезических работ в процессе строительства.

Геодезические работы при сооружении транспортных объектов должны обеспечивать разбивку и контроль в процессе строительства в соответствии с рабочими чертежами и требованиями соответствующих инструкций и включать в себя:

- восстановление и закрепление осей сооружений;

- установку временных реперов и определение проектных отметок сооружений;

- детальную разбивку контуров и элементов сооружений;

- рабочие разбивки и надзор в процессе строительства, контроль за работой машин, связанных с геодезическими измерениями;

- контрольные промеры в процессе строительства;

- промежуточные и окончательные замеры объемов выполненных работ, составление сдаточных ведомостей и актов;

- ведение исполнительной документации;

-геодезический контроль за сооружением с целью выявления осадок, смещений и других деформаций в процессе и после окончания строительства.

Восстановление трассы начинают с отыскания на местности вершин углов поворота трассы. Те вершины, на которых не сохранились знаки закрепления, находят промерами от постоянных местных предметов согласно абрисам их привязки или прямой засечкой по проектным углам из двух соседних вершин трассы. В том случае, если знаки не сохранились на нескольких расположенных рядом углах поворота и их невозможно восстановить от местных предметов, то вновь выполняют трассирование этого участка, придерживаясь углов поворота и расстояний, взятых с проекта.

Восстановленные на местности вершины углов поворота трассы закрепляют деревянными столбами, устанавливаемыми по два на продолжении тангенсов или под углами 90^о к ним (рисунок 10.1). На кривых закрепляются выносными столбами начало, середина, конец кривой и точки сопряжения круговой и переходной кривых.

В равнинных районах вершина угла поворота может быть закреплена с внешней стороны двумя столбами на биссектрисе угла. Одновременно с восстановлением вершин измеряют углы поворота трассы и сравнивают полученные значения с проектными. При обнаружении значительных расхождений направление трассы на местности не изменяют, а исправляют значение проектного угла поворота и пересчитывают по исправленному углу все элементы кривой.

При восстановлении трассы может быть проведена некоторая ее корректировка и улучшение расположения на местности для уменьшения объема земляных работ и улучшения эксплуатационных характеристик. Так, могут быть спрямлены некоторые участки, найден более удачный переход или обход мест, не устойчивых в геологическом отношении, несколько изменены радиусы кривых и уклоны продольного профиля и т. д.

Все изменения, внесенные в проект при восстановлении трассы, передаются в проектную организацию для согласования. Затем приступают к разбивке пикетажа. На закруглениях трассы выполняют детальную разбивку переходных и круговых кривых. При радиусе более 500 м кривую разбивают через 20 м, при радиусе менее 500 м – через 10 м, при радиусе менее 100 м – через 5 м.

Наиболее часто применяют следующие способы детальной разбивки кривых: способ прямоугольных координат, способ углов и хорд, способ продолженных хорд.

Способ прямоугольных координат.В этом способе положение точек на кривой через заданный интервал дуги k определяется прямоугольными координатами x₁, y₁; x₂, y₂ и т. д. (рисунок 10.2).Линию тангенса принимают за ось абсцисс с началом в точке НК или КК (разбивку ведут симметрично от начала и конца кривой к вершине угла)

Координаты точек 1, 2 и т. д. кривой вычисляют, как это видно из рисунка 10.2, по формулам

x = R sin φ; (10.1)

y = R (1 – cos φ). (10.2)

При заданном радиусе R дуге k будет соответствовать центральный угол

φ = k 180^о/ πR.

По данным формулам составлены таблицы (таблица 5 [3]), в которых по аргументам R и φ вычислены значения координат x и y. Для совместной детальной разбивки переходных и круговых кривых данные берут из [3]. Последовательность разбивки следующая: вдоль тангенсов откладывают по направлению к вершине угла поворота длины кривых k, соответствующие интервалу разбивки, отмеряя назад значения k – x. В найденных точках восстанавливают перпендикуляры и откладывают ординаты y, тем самым определяя точки кривой.

Способ прямоугольных координат является наиболее распространенным способом детальной разбивки кривых. Преимущество этого способа состоит в том, что каждая точка строится независимо от предыдущих, что

исключает накопление погрешностей. Но быстрое возрастание от точки к точке длин ординат делает невозможным использование этого способа в стесненных условиях, туннелях, лесистой местности, по насыпи.

В этих случаях применяют способ углов и хорд. Кривую в этом способе разбивают через заданный интервал S по хорде.

При разбивке данным способом длина хорды S не должна превышать длину мерного прибора (обычно принимают S = 20 м). Затем вычисляют центральный угол φ, опирающийся на хорду (рисунок 10.3):

sinφ/2 = S / 2R. (10.3)

Далее, установив теодолит в начале кривой, наводят зрительную трубу по направлению тангенса на вершину угла поворота и откладывают значение первого разбивочного угла φ/2. Вдоль полученного направления откладывают длину хорды S, получая первую точку на кривой. Далее теодолитом откладывают угол φ и получают положение точки 2 линейно-угловой засечкой, откладывая каждый раз от предыдущей точки кривой длину хорды S. Следует отметить, что в этом способе погрешности построения последующих точек содержат погрешности предыдущих.

Способ продолженных хорд.Задавшись интервалом S детальной разбивки кривой радиуса R, вычисляют угол по формуле (10.3) и, пользуясь выражениями (10.1) и (10.2), разбивают точку 1 кривой способом прямоугольных координат (рисунок 10.4).

Затем по продолжению первой хорды откладывают отрезок S и закрепляют полученную точку 2'. Удерживая задний конец рулетки в точке 1, определяют положение точки 2 линейной засечкой радиусами S и d. Вновь откладывают отрезок S, но уже от точки 2, и вдоль направления второй хорды. Из точек 2 и 3' на пересечении дуг радиусов S и d получают положение точки 3 и т. д.

Величина отрезка d, называемого промежуточным перемещением, постоянна для всех точек кривой и определяется по формуле

d = S² / R.

Способ продолженных хорд удобен тем, что все сопутствующие ему измерения выполняются в непосредственной близости от кривой. Это позволяет использовать его в стесненных условиях, там, где другие способы применить невозможно. Кроме того выполнение разбивки не требует специальных инструментов – ее производят при помощи рулеток.

Недостатком этого способа состоит в быстром накоплении погрешностей разбивки, по мере увеличения числа разбиваемых точек. После восстановления пикетажа и детальной разбивки кривых трассу закрепляют. Так как ось трассы дороги является геодезической основой для разбивки всех сооружений ее закрепление должно быть надежным. Знаки закрепления устанавливают вне зоны земляных работ так, чтобы они сохранялись на все время строительства.

Одновременно с закреплением трассы для удобства обслуживания строительных работ сгущают сеть рабочих реперов с таким расчетом, чтобы на 4-5 пикетов трассы приходился один репер. Кроме того, необходимо устанавливать по одному реперу у каждого малого и по два у среднихибольших мостов, на станционной площадке и у всех насыпей и выемок с рабочими отметками более 5 м.

В качестве реперов можно использовать различные местные предметы, устойчивые по высоте и установленные ниже глубины промерзания. Реперы искусственного сооружения должны быть пронумерованы и зарегистрированы в ведомости реперов с указанием их отметок, описания вида и местоположения.

Разбивка земляного полотна

Для выполнения земляных работ кроме восстановления пикетажа и детальной разбивки кривых производят детальную разбивку земляного полотна или, как говорят, разбивку строительных поперечников. Эта разбивка состоит в обозначении на местности в плане и по высоте всех характерных точек поперечного профиля земляного полотна: оси, бровок, подошвы насыпей, кюветов и т. д.

На прямолинейных участках трассы поперечники разбивают через 20 –40 м и на всех переломах продольного профиля. Для этого при помощи теодолита и рулетки разбивают плюсовые точки между пикетами, например +20, +40, +60, +80 м. Сами же поперечники разбивают вправо и влево от этих точек, перпендикулярно к оси трассы.

На закруглениях трассы поперечник разбивают через 10–20 м в зависимости от радиуса кривой. На этих участках поперечники должны располагаться по направлению к центру кривой, то есть перпендикулярно касательной к кривой в точке разбивки поперечника. При разбивке поперечников на кривой их располагают через равные отрезки. Для задания направления поперечника в осевой точке кривой измеряют угол между хордами, соединяющими эту точку с двумя соседними. Затем делят угол пополам и строят на местности его биссектрису. Направление биссектрисы и будет совпадать с направлением радиуса кривой, вдоль которого от осевой точки и разбивают поперечник.

Одновременно с разбивкой поперечников выносят в натуру проектные отметки соответствующие отметке бровке дорожного полотна в законченном виде. Рассмотрим особенности разбивки поперечников в насыпи и в выемке.

Разбивка поперечников в насыпи. При разбивке поперечников в насыпи (рисунок 10.5) на ровных (без поперечных уклонов) участках местности закрепляют положение проекции осевой точки О', проекции осевой точки А', А'₁, точек подошвы насыпи К, К₁ и проекции точек кюветов D, C, E, F. Для этого от оси трассы О' рулеткой откладывают отрезки В/2(В – ширина насыпи по верху) до бровок А'₁ и А' и отрезки h x m до подошвы точек К, К₁. Здесь h высота насыпи, 1:m – крутизна (уклон) откоса. Суммарные расстояния от оси до подошвы насыпи одинаковы:

О'К₁ = О'К = В/2 + hm.

На косогорных участках разбивка насыпи несколько усложняется. Вследствие поперечного наклона местности на угол v (рисунок 10.6) расстояние от оси О' до подошвы насыпи К и К₁ будут различны. Положение точек К и К₁ может быть найдено, если отложить по наклонной местности отрезки О'К и О'К₁. Если обозначить угол откоса через β, то по теоремесинусов будем иметь

О'К = (В/2 + hm) sin β / sin (β + v);

О'К₁= (В/2 + hm) sin β / sin (β+ v).

Чтобы получить на наклонной местности проекции бровок А' и А'₁, необходимо от осевой точки О' отложить расстояние

О'А' = О'А'₁ = (В/2) / cos v.

Разбивка поперечников в выемке.При разбивке поперечников в выемке на поверхности земли фиксируют осевую точку трассы О' (рисунок 10.7).

От осевой точки трассы откладывают отрезки

О'А' = О'А'₁ = В/2 + D,

где D – ширина кювета поверху, и отрезки

О'С = О'С' = В/2 + D + h₀ m,

где h₀ – глубина выемки.

На косогорах расстояние от оси до границы выемки будет меньшим в сторону понижения ската и большим в нагорную сторону.

Наклонные расстояния от оси до бровок выемки могут быть определены (рисунок 10.8) по следующим формулам:

О''С = (В/2 +D + h₀m) sin β / sin (β + v);

О''С₁ = (В/2 + D + h₀m) sin β / sin (β– v).

По мере разработки грунта механизмами повторяют разбивку осевых точек А и А₁ и указывают оставшуюся глубину выемки. Когда выемка в основном закончена и осталось добрать до проектной отметки 10–20 см, для чистовой отделки намечают точки, которые определяют положение кюветов, корыта и обочин (или сливной призмы) и при помощи нивелира эти точки устанавливают на уровень проектных отметок. Проектные отметки характерных точек поперечного профиля земляного полотна вычисляют от проектной отметки бровки по проектным уклонам и ширине отдельных частей дороги.

Проектные отметки земляного полотна выносятся в натуру с погрешностью не более 1 см.