Геодезическое сопровождение строительных процессов

СЫКТЫВКАРСКИЙ ЛЕСНОЙ ИНСТИТУТ
____________________________
КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ
И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
Сборник описаний лабораторных работ
для подготовки дипломированного специалиста по направлению
653600 «Транспортное строительство»
специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы»
СЫКТЫВКАР 2007
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СЫКТЫВКАРСКИЙ ЛЕСНОЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ
ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С. М. КИРОВА»
КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ
И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
Сборник описаний лабораторных работ
для подготовки дипломированного специалиста по направлению 653600
«Транспортное строительство»
специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы»
СЫКТЫВКАР 2007
1
УДК 528.45
ББК 35.58
Г35
Рассмотрен и рекомендован к печати кафедрой инженерной графики и автоматизированного проектирования Сыктывкарского лесного института 23 октября 2006 г.
(протокол № 2).
Утвержден к печати методической комиссией лесотранспортного факультета
Сыктывкарского лесного института 25 декабря 2006 г. (протокол № 4).
Составитель:
В. В. Кириллова, преподаватель
Г35
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ : сб. описаний
лабораторных работ для подготовки дипломированного специалиста по направлению 653600
«Транспортное строительство» спец. 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» / сост.
В. В. Кириллова ; СЛИ. – Сыктывкар, 2007. – 32 с.
УДК 528.45
ББК 35.58
Издание содержит тематику, задания и методику выполнения лабораторных работ по
учебной дисциплине «Геодезическое сопровождение строительных процессов». Способствует
усвоению материала и закреплению знаний, организует самостоятельную работу студентов в
процессе лабораторных занятий.
Для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы».
Темплан 2006/07 учеб. г. Изд. № 133.
2
 В. В. Кириллова, составление, 2007
 СЛИ, 2007
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................................5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Обработка пикетажного журнала. Разбивка
горизонтальных круговых кривых ...................................................................................................6
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. Составление ведомости углов поворота,
прямых и кривых................................................................................................................................9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. Обработка журнала нивелирования
по трассе автомобильной дороги....................................................................................................11
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. Составление продольного профиля
по оси трассы автомобильной дороги............................................................................................14
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. Геодезические расчеты при проектировании трассы.........16
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. Расчет вертикальных кривых ...............................................20
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. Построение топографического плана
по результатам нивелирования поверхности ................................................................................23
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. Геодезические расчеты при проектировании
горизонтальной площадки ..............................................................................................................27
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................................................32
4
ВВЕДЕНИЕ
Инженерно-геодезические работы являются неотъемлемой частью комплекса работ по изысканиям, проектированию и строительству автомобильных
дорог.
Целью лабораторных работ по дисциплине «Геодезическое сопровождение
строительных процессов» является обеспечение практической подготовки выпускника специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы».
Лабораторные работы по дисциплине «Геодезическое сопровождение
строительных процессов» должны обеспечить будущему инженеру основы его
геодезической подготовки в области получения, обработки и использования
геодезической информации как исходной основы принятия и реализации оптимальных решений при практической деятельности инженера дорожного дела.
5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
2 часа
ОБРАБОТКА ПИКЕТАЖНОГО ЖУРНАЛА.
РАЗБИВКА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КРУГОВЫХ КРИВЫХ
Цель работы: получить представление обработки материалов пикетажного журнала и разбивки горизонтальных круговых кривых.
Задачи работы
1. Овладеть методикой обработки материалов пикетажного журнала;
2. Приобрести навыки разбивки горизонтальных круговых кривых.
Обеспечивающие средства: лист миллиметровой бумаги, рабочая тетрадь,
калькулятор, чертежные принадлежности.
Задание: обработать материалы пикетажного журнала и вычертить его на
миллиметровой бумаге. Рассчитать элементы горизонтальных кривых.
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради,
пикетажный журнал – на миллиметровой бумаге.
Теоретический материал
После завершения работ по трассированию участка автомобильной дороги,
измерения углов поворота трассы и назначения радиусов закруглений приступают к разбивке пикетажа по трассе с расчетом и разбивкой на местности горизонтальных кривых.
Результаты измерений заносят в специальный пикетажный журнал (рис.
1.1), изготовленный из миллиметровой бумаги, вдоль середины каждой страницы которого проведена красная линия, изображающая условную выпрямленную ось трассы. Повороты трассы отмечают стрелками с надписями величин
элементов закруглений. На трассе в пикетажном журнале также показывают
пикеты и их номера, плюсовые точки, номера и пикетажное положение вершин
углов, притрассовые реперы. Кроме того, отмечают: границы угодий, ручьи,
реки, овраги, болота, железные и автомобильные дороги, пересекаемые коммуникации, здания и сооружения и другие отдельные строения и объекты и т. д.
Стрелками показывают направление поверхности стока.
Технология работы
1. По заданным значениям углов поворота и радиусов кривых произвести
расчет элементов кривых и выписать их в журнал слева от оси трассы.
Элементы кривых вычисляют по формулам
6
α
Т = Rtg ,
2
α 

Б = R sec − 1,
2


К=
πRα
180
o
,
D = 2T – К. (1)
2. По элементам кривых и пикетажным значениям вершин углов поворота
вычислить пикетажное значение главных точек кривых (начала кривой НК,
конца кривой КК и середины кривой СК) и произвести контроль полученных
значений.
ВУ
ПК
–Т
________________
НК
ПК
+К
________________
КК
ПК
– 0,5К
________________
СК
ПК
Контроль
ВУ
ПК
+Т
_______________
ПК
–Д
_______________
КК
ПК
– 0,5К
_______________
СК
ПК
+ 0,5Д
_______________
ВУ ПК
Задание. Обработать пикетажный журнал и определить пикетажное значение главных точек кривой (рис. 1.1).
Вариант № 1. Длина трассы L = 700 м, вершина угла поворота ВУП 1 –
ПК2+50, угол поворота право, α = 40°5', радиус R = 300 м. Вершина угла поворота ВУП 2 – ПК5+35, угол поворота лево, α =3 8°15', радиус R = 500 м.
Вариант № 2. Длина трассы L = 700 м, вершина угла поворота ВУП 1 –
ПК2+50, угол поворота лево, α = 35°24', радиус R = 400 м. Вершина угла поворота ВУП 2 – ПК5+35, угол поворота право, α = 58°35', радиус R = 600 м.
Пример выполнения работы.
Вершина угла поворота ПК2+50.
Угол поворота α = 42°27' право.
Радиус кривой R = 300 м.
По формулам (1) находим значение элементов кривых: Т = 116,51 м,
Б = 21,83 м, К = 222,27 м, D = 10,75 м.
Определив элементы кривой, вычисляем пикетажные значения главных
точек кривых.
Определяем пикетажные значения главных точек кривой:
7
ВУ
ПК 2+50,00
–Т
1+16,51
__________________
НК
ПК1+33,49
+К
2+22,27
__________________
КК
ПК3+55,76
– 0,5К
1+11,14
__________________
СК
ПК2+44,62
Контроль
ВУ
ПК2+50,00
+Т
1+16,51
___________________
ПК3+66,51
–Д
10,75
___________________
КК
ПК3+55,76
– 0,5К
1+11,14
__________________
СК
ПК2+44,62
+ 0,5Д
5,38
__________________
ВУ ПК 2+50,00
Рис. 1.1. Выкопировка из пикетажного журнала
8
Пикетажные значения КК и СК, определенные для контроля, не должны
отличаться от полученных значений при расчете больше чем на 0,01 м. При
больших значениях разницы необходимо найти ошибку в вычислениях и устранить ее.
Контрольные вопросы
1. Что такое пикетажный журнал и плюсовая точка?
2. Как разбивают пикетаж, выбирают углы поворота и радиусы кривых?
3. Как определяют элементы круговой кривой и положение главных точек
кривой на местности?
Библиографический список: [1], [2].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
2 часа
СОСТАВЛЕНИЕ ВЕДОМОСТИ УГЛОВ ПОВОРОТА,
ПРЯМЫХ И КРИВЫХ
Цель работы: получить представление о ведомости углов поворота, прямых и кривых.
Задача работы: освоить методику составления ведомости углов поворота,
прямых и кривых.
Обеспечивающие средства: рабочая тетрадь, калькулятор, чертежные
принадлежности.
Задание: составить ведомость углов поворота, прямых и кривых.
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради
в виде таблицы.
Теоретический материал
Результаты измерений и вычислений (углы поворота, радиусы кривых,
тангенсы, биссектрисы, домеры) при трассировании автомобильных дорог сводят в специальную ведомость углов поворота, кривых и прямых.
Технология работы
1. По данным пикетажного журнала рассчитать ведомость углов поворота, прямых и кривых (табл. 2.1).
Графы 1–11 – данные пикетажного журнала.
Графа 12 – длина прямой вставки, определяется как разность пикетажных
значений начала последующей кривой и конца предыдущей кривой.
9
Графа 13 – расстояние между вершинами углов, определяется как разность
пикетажных значений соседних вершин углов поворота плюс домер предыдущей кривой или как сумма прямой вставки и двух прилегающих тангенсов.
0+00
1 2+50
К
Д
Б
6
7
8
9
10
11
12
13
Начало трассы
Азимуты
5
Расстояние между
вершинами углов, м
4
Длина прямой
вставки, м
3
Т
конец, пикет
и плюс, м
R
Кривые
начало, пикет
и плюс, м
2
Элементы кривых, м
вправо
Вершина
угла поворота
1
Величина угла
поворота
влево
Номер угла поворота
Ведомость углов поворота, прямых, кривых
Румбы
Таблица 2.1
14
15
СВ:
133,49 250,00
35°30'
35°30'
42°27' 300 116,51 222,27 10,75 21,83 1+33,49 3+55,76
2 5+35
Для вычисления румбов последующих прямых участков трассы (графа)
румб начального участка необходимо пересчитать в азимут и последовательно
определить азимуты последующих прямых:
Апосл = Апред + φпр или Апосл = Апред + φлев,
где φпр, φлев – углы поворота вправо и влево.
Вычисленные азимуты перевести в румбы.
2. Произвести проверки правильности составления ведомости.
• Сумма углов вправо минус сумма углов влево равна разности азимутов
конечного и начального участков трассы.
• Сумма прямых и кривых равна длине трассы по пикетажу.
• Сумма прямых плюс удвоенная сумма тангенсов равна сумме расстояний между вершинами углов.
• Сумма расстояний между вершинами углов минус сумма домеров равна
длине трассы по пикетажу.
Задание. Заполнить ведомость углов поворота, прямых и кривых (исходные данные взять из лабораторной работы № 1).
Контрольные вопросы
1. Как рассчитать длины и румбы прямых вставок?
2. Какие проверки следует произвести для контроля правильности составления ведомости?
Библиографический список: [1], [2].
10
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
2 часа
ОБРАБОТКА ЖУРНАЛА НИВЕЛИРОВАНИЯ
ПО ТРАССЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
Цель работы: получить представление обработки журнала нивелирования.
Задача работы: освоить методику обработки журнала нивелирования.
Обеспечивающие средства: рабочая тетрадь, калькулятор, чертежные
принадлежности.
Задание: составить журнал нивелирования.
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради
в виде таблицы.
Теоретический материал
Для изображения рельефа на топографических картах, при проектировании
и строительстве инженерных сооружений необходимо знать высоты точек местности.
Определение разности высот (превышений h) точек местности называется
нивелированием. Методы нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, барометрическое, гидростатическое.
Технология работы
1. Переписать данные полевых измерений, данные преподавателем в
журнал технического нивелирования, при этом каждую страницу начинать задними отсчетами по рейке, а заканчивать передними.
2. Для контроля правильности отсчетов на связующих точках вычислить
разности отсчетов по красной и черной шкалам, которые не должны отличаться
от значения пятки контрольной шкалы. В случае, когда разность составляет более 5 мм, допущена ошибка при переписывании, т.к. контроль выполняется в
полевых условиях на станции нивелирования. Необходимо выявить ошибку и
устранить ее.
3. Вычислить отметки связующих точек, пользуясь соотношением:
Hi+1 = Hi + ai – bi+1,
где Hi+1, Hi – отметки последующей и предыдущей связующих точек, ai – задний отсчет по черной шкале на предыдущей связующей точке, bi+1 – передний
отсчет по черной шкале на последующей связующей точке.
11
Для станции, где имеются промежуточные точки, фиксируются отметка
горизонта прибора по формуле
НГП = Нi + ai.
4. Произвести постраничный контроль вычислений по формуле:
∑ач – ∑bч = Нк – Нн,
где ∑ач и ∑bч – суммы задних и передних отсчетов по черной стороне рейки, Нк
и Нн – отметки конечной и начальной связующих точек на странице.
В случае несоблюдения равенства необходимо проверить вычисления и
устранить ошибки.
5. Вычислить отметки промежуточных точек по формуле
Нпром = НГП – с,
где с – отсчет по рейке на промежуточной точке.
6. Вычислить фактическую fh выч и допустимую fh
нивелирного хода по формулам
fh выч = Hрп2 выч – Нрп2 зад;
доп
высотные невязки
fh доп = 100√L,
где Hрп2 выч и Нрп2 зад – вычисленная в журнале и заданная отметка репера 2; L –
длина нивелирного хода в км.
Фактическую невязку сравнивают с допустимой. Если соблюдается условие fh выч< fh доп, то при необходимости вычисленные отметки уравнивают. При
коротких ходах уравнивание отметок можно не производить.
Вычисление отметок связующих точек через превышения выполняется в
следующей последовательности.
- Для каждой станции вычислить превышения hч и hк передних точек над
задними по формулам
hч = aч – bч,
hк = aк – bк,
где aч и aк – отсчеты по черной и красной сторонам задней рейки; bч и bк – отсчеты по черной и красной сторонам передней рейки.
Полученные превышения записать с их знаками против передних отсчетов,
при этом должно соблюдать условие:│ hч – hк │ = ±5 мм.
- Вычислить для каждой станции среднее превышение:
hср = (hч – hк)/2.
- Вычислить отметки связующих точек:
Hi+1 = Hi + hср.
12
Задание. Обработать журнал нивелирования (табл. 3.1). Номер варианта
отметок реперов № 1; № 2 выдается преподавателем (табл. 3.2).
Реп.1
1587
6288
ПК 0
1621 1252
6325 5954
ПК 1
1521 1106
6223 5806
ПК2
2072 0820
6775 5523
ПК 3
1375 1626
6080 6330
+20
ПК 4
+75
ПК 5
ПК 6
Превышения, мм
вычисленные
+
средние
–
+
–
Горизонт
инструмента
ГИ, м
Отметки, Н,
м
промежуточные
передние
Отсчеты
по рейке, мм
задние
Номера нивелируемых точек
Номер станций
Журнал геометрического нивелирования
Таблица 3.1
Примечания
Нивелир НЗ № 3445,
рейки раскладные длиной 3 м, двусторонние
с разностью пяток
2510
0340 2260
5043 6963
2975
0350 2745
5051 7450
0345 2700
5045 7403
ПК 7
1343 2740
6046 7440
Реп. 2
2536
7237
Постраничный контроль
Σhср =
Σhт =
ƒh = Σhср – Σhт =
ƒh доп = 50√L
Таблица 3.2
Вариант
Отметки реперов
Репер № 1
Репер № 2
94,740
87,53
87,44
80,22
1
2
13
Контрольные вопросы
1. Какие точки трассы называют связующими и промежуточными?
2. Как вычисляют отметки связующих и промежуточных точек?
3. Как определяется фактическая и допустимая невязки?
Библиографический список: [1], [3].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
2 часа
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ
ПО ОСИ ТРАССЫ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
Цель работы: получить представление о построении продольного профиля автомобильной дороги.
Задачи работы
1. Освоить методику обработки материалов полевого трассирования;
2. Приобрести навыки оформления геодезических материалов по изысканию трасс линейных сооружений.
Обеспечивающие средства: лист миллиметровой бумаги, рабочая тетрадь,
калькулятор, чертежные принадлежности.
Задание: построить продольный профиль автомобильной дороги.
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради,
продольный профиль вычерчивается на миллиметровой бумаге.
Теоретический материал
Развернутая проекция оси трассы на вертикальную плоскость, изображенная в уменьшенном масштабе называется продольным профилем дороги.
Продольный профиль является наиболее полной характеристикой дороги,
в нем показаны уклоны дороги, вертикальные кривые, водопропускные сооружения, водоотвод, показаны грунты по трассе и вносится условный план.
Продольный профиль строится на миллиметровой бумаге в масштабе
1:5000 для горизонтальных расстояний и 1:500 для высот точек (рис. 4.1).
Технология работы
1. В нижней части листа произвести разграфку профильной сетки.
Верхняя линия сетки – линия условного горизонта – вычерчивается на
утолщенной горизонтальной линии, начало линии условного горизонта располагается на утолщенной вертикальной линии.
14
Рис. 4.1. Пример оформления продольного профиля
15
2. Заполнить графу «Расстояния» по данным пикетажного и нивелирного
журнала. При наличии плюсовых точек записываются расстояния между каждыми двумя соседними точками профиля.
3. Заполнить графу «Отметки земли по оси дороги» данными из журнала
нивелирования, округляя отметки до сотых долей метра.
4. Графу «Ситуация» заполнить данными из пикетажного журнала.
5. Начертить условный план дороги (графа «Прямые и кривые в плане»),
используя данные ведомости углов поворота, прямых и кривых.
Кривые условно обозначают скобками, обращенными при поворотах трассы вправо – выпуклостью вверх, при поворотах влево – выпуклостью вниз. Под
каждой кривой записываются значения элементов кривой. У начала и конца
кривой выписываются расстояния до ближайшего предыдущего пикета. На
прямых участках трассы выписывают их длину и румб направления.
6. По фактическим отметкам земли вычертить вертикальный разрез местности по оси трассы, откладывая высоты точек в масштабе 1:500 по вертикали
от линии условного горизонта. При этом отметка линии условного горизонта
должна быть кратной 10 м и выбирается в зависимости от фактических отметок
с таким расчетом, чтобы самая нижняя точка профиля отстояла от этой линии
не ближе 6 см. Для удобства построений слева на профиле можно нанести
вспомогательную шкалу отметок, подписав их, начиная от линии условного горизонта.
Контрольные вопросы
1. Что такое продольный профиль автомобильной дороги?
2. Что такое рабочая отметка?
3. В каком масштабе вычерчивается продольный профиль?
Библиографический список: [1], [2], [3].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
2 часа
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАССЫ
Цель работы: получить представление о продольных уклонах, проектных
и рабочих отметок, точек нулевых работ.
Задача работы: освоить элементы проектирования линейных сооружений.
Обеспечивающие средства: рабочая тетрадь, калькулятор, чертежные
принадлежности.
Задание: нанесение на продольный профиль проектной линии будущей
трассы.
16
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради,
продольную линию вычертить на продольном профиле.
Теоретический материал
Запроектировать продольный профиль – значит зафиксировать относительно поверхности земли такое положение проектной линии (бровки земляного полотна), при котором профиль будет обладать наилучшими техникоэкономическими и эксплутационными качествами, обеспечивающими минимальные объемы строительных работ, безопасность и комфортабельность движения на автодороге.
Графическое изображение продольного профиля является одним из основных проектных документов, на основе которых осуществляется строительство
автомобильной дороги.
Из-за устройства насыпей и выемок, отметки дороги и земли в соответствующих сечениях не совпадают между собой. Разница между отметками бровки земляного полотна и отметками поверхности земли по оси дороги называется рабочими отметками.
Элементы проектной линии, имеющие различные продольные уклоны, сопрягаясь между собой, образуют переломы продольного профиля.
Переломы продольного профиля, образующиеся при изменении уклона,
вызывают ряд неудобств для движения: выпуклые места на дороге ограничивают видимость расположенного впереди участка дороги, а на переломах,
имеющих сравнительно малый радиус кривизны, при высоких скоростях движения возникает опасность потери управляемости автомобилем в связи с разгрузкой передней оси; на вогнутых переломах из-за внезапного изменения движения возникает толчок, неприятный для пассажиров и перегружающий подвеску автомобиля. Поэтому переломы продольного профиля смягчают введением сопрягающих вертикальных кривых.
На профиль наносятся отметки земли, проектные и рабочие отметки, реперы, наименования и условные обозначения искусственных сооружений, транспортные развязки, съезды, переезды через железные дороги и другие пути сообщения, нагорные и водоотводные канавы и тому подобные сооружения.
На продольном профиле показываются участки по различным условиям
увлажнения грунтов. Различают три типа участков по условиям увлажнения:
– сухие участки;
– сырые участки с избыточным увлажнением в отдельные периоды;
– мокрые участки, с избыточным постоянным увлажнением.
На профиле указываются элементы проектной линии (прямые, вертикальные кривые).
Технология работы
Нанесение проектной линии начинают с нанесения контрольных, или
опорных высотных точек, и установления необходимых возвышений земляного
полотна в зависимости от грунтово-гидрологических условий местности и ус17
ловий снегозаносимости дороги в зимнее время. Эти возвышения принято называть руководящими отметками.
Контрольными точками являются начальная и конечная точки трассы; пересечения трассы с реками и периодически действующими водотоками; пересечения с автомобильными и железными дорогами границы различных контурных зон и ограничивающие точки, ниже которых не допускается прохождение
проектной линии. Высотное положение контрольных точек позволяет ориентировочно наметить проектную линию и установить ориентировочную рабочую
отметку в данном сечении.
Наименьшая высота насыпи у водопропускных труб определяется в зависимости от типа трубы. Для безнапорных труб, которые заполнены водой лишь
частично, она определяется по формуле
Н pmin = d + δ + ∆,
где d – диаметр круглой трубы или высота в свету прямоугольной трубы, м (определяем гидравлическим расчетом в зависимости от расчетного расхода воды); δ –
толщина стенки трубы; ∆ – толщина засыпки трубы у входного оголовка, м; принимаемая равной 0,5 м при толщине дорожной одежды менее 0,5 м. При толщине
дорожной одежды более 0,5 м толщину засыпки следует принимать ∆ > hдо.
Задание. Запроектировать дорогу IV категории с шириной проезжей части
6,0 м, обочины – 2,0 м, земляного полотна – 10 м, расчетная скорость – 80 км/ч,
наибольший предельно допустимый уклон 60 ‰, наименьшие радиусы кривых
в продольном профиле: выпуклых – 5000 м; вогнутых – 2000 м.
Переломы проектной линии в продольном профиле не должны превышать
20 ‰.
Проектная линия наносится на весь участок с выделением проектных элементов, и производятся расчеты в следующей последовательности:
1. Определить уклоны каждого элемента на участках прямых и кривых по
формуле
i=
Hк − Hн
,
d
где Нк – отметка конечной точки элемента, определяемая графически с использованием сетки миллиметровки и вертикального масштаба; Нн – отметка начальной точки элемента, заданная для первого элемента; d – длина элемента.
2. Вычислить проектные отметки точки перелома проектной линии
Нп = Нн + ind,
где Нп – определяемая проектная отметка текущей точки, Нн – отметка начальной точки элемента профиля, in – проектный уклон, выраженный в целых тысячных (учитывается со знаком).
18
3. Вычислить проектные отметки в пределах каждого элемента
профиля, применяя предыдущую формулу, где d – расстояние от начальной
точки элемента до точки, для которой определяется отметка.
4. Для расчета проектной линии на участках вертикальных кривых
используют следующие соотношения:
• расстояние от начала вертикальной кривой до ее вершины:
l0 = Ri1;
• превышение между точками начала кривой и ее вершиной:
l02
;
h=
2R
• превышение h между точкой на произвольном расстоянии l от вершины
кривой и вершиной вертикальной кривой:
l2
h=
,
2R
где R – радиус сопрягающей кривой (выпуклой или вогнутой) (рис. 5.1).
Рис. 5.1
5. Вычислить рабочие отметки (высоты насыпей и глубины выемок) на
всех точках профиля:
hp = Hпр – Нф,
где Нпр – проектная отметка в точке, Нф – отметка земли в той же точке.
Рабочие отметки выписывают на профиле над проектной линией в насыпях
и под проектной линией в выемках.
6. Определить положение точек нулевых работ:
19
la =
hв
d,
hн + hв
где hн и hв – рабочие отметки в точках, между которыми находится точка нулевых работ; d – расстояние между этими точками (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Определение точек нулевых работ
7. Оформить продольный профиль по ГОСТ 21.511–83.
- профиль вычерчивается одним черным цветом или разными цветами –
исходные данные черным цветом, проектные – красным;
- толщина линии – 0,2 мм, для проектной линии, ее ординат и плана трассы
– 0,5 мм, высота цифр и букв – 2,5 мм.
Контрольные вопросы
1. Что такое проектная линия?
2. Как определяется продольный уклон?
3. Как вычисляется проектная отметка точки перелома проектной линии?
4. Как определить положение нулевых работ?
Библиографический список: [1], [3].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
2 часа
РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КРИВЫХ
Цель работы: получить представление о вертикальных кривых.
Задача работы: освоить методику построения кривых в продольном профиле.
Обеспечивающие средства: рабочая тетрадь, калькулятор, чертежные
принадлежности.
20
Задание: осуществить разбивку вертикальных кривых первого порядка.
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради.
Теоретический материал
Переломы продольного профиля, образующиеся при изменении уклона,
вызывают ряд неудобств для движения: выпуклые места на дороге ограничивают видимость расположенного впереди участка дороги, а на переломах,
имеющих сравнительно малый радиус кривизны, при высоких скоростях движения возникает опасность потери управляемости автомобилем в связи с разгрузкой передней оси; на вогнутых переломах из-за внезапного изменения движения возникает толчок, неприятный для пассажиров и перегружающий подвеску автомобиля. Поэтому переломы продольного профиля смягчают введением сопрягающих вертикальных кривых.
Технология работы
1. Преподавателем задаются исходные данные:
- радиус вертикальной вогнутой или выпуклой кривой;
- уклон в начальной точке кривой (слева от вершины) i1;
- уклон в конечной точке кривой (справа от вершины) i2;
2. Определяют разность уклонов
∆i = i1 – i2.
По таблицам разбивки вертикальных кривых или с помощью микрокалькулятора вычисляются основные элементы вертикальных кривых (кривую,
тангенс, биссектрису).
Формулы для вычисления элементов вертикальных кривых:
К = R ∆i;
T = 0,5К;
Б = Т2/(2R).
3. Определяют расстояние до вершины кривой.
Переломы продольного профиля, образующиеся при изменении уклона,
вызывают ряд неудобств для движения: выпуклые места на дороге ограничивают видимость расположенного впереди участка дороги, а на переломах,
имеющих сравнительно малый радиус кривизны, при высоких скоростях движения возникает опасность потери управляемости автомобилем в связи с разгрузкой передней оси; на вогнутых переломах из-за внезапного изменения движения возникает толчок, неприятный для пассажиров и перегружающий подвеску автомобиля. Поэтому переломы продольного профиля смягчают введением сопрягающих вертикальных кривых.
Расстояние до вершины кривой определяется по формуле
lв = iiR,
21
где lв – расстояние до вершины кривой, м; ii – уклон кривой, ‰; R – радиус
кривой, м.
Вершина кривой смещается в сторону с меньшим уклоном.
4. Вычисляют отметки вертикальных кривых. На выпуклых переломах рабочие отметки уменьшаются на величину биссектрисы, а на вогнутых кривых
увеличивается.
5. Превышение вершины над другими точками определяется по формуле
∆h = x2/(2R).
6. Вычисляется отметка вершины кривой.
Пример проектирования вертикальной кривой первого порядка (рис. 6.1).
Исходные данные: R = 5000 м, рабочая отметка насыпи – 1,24 м.
1,24
Рис. 6.1
∆i = 20 ‰ (30 – 10 = 20 ‰).
К = 100 м; Т = 50 м; Б = 0,25 м.
На выпуклых кривых насыпь срезаем на величину домера:
1,24 – 0,25 = 0,99 (рис. 6.2).
0,99
Рис. 6.2
На вогнутых кривых грунт досыпаем на величину домера.
22
Задание. Запроектировать вертикальную кривую первого порядка (вариант
задания выдается преподавателем).
Вариант № 1. R = 5000 м, рабочая отметка насыпи h = 1,49 м (рис. 6.3).
Вариант № 2. R = 3000 м, рабочая отметка насыпи равна h = 1,15 м (рис. 6.3).
Вариант № 3. R = 4000 м, рабочая отметка насыпи равна h = 1,39 м (рис. 6.1).
h
Рис. 6.3
Контрольные вопросы
1. Что такое вертикальные кривые?
2. Какие вертикальные кривые бывают?
3. Что такое тангенс, биссектриса?
Библиографический список: [1], [2], [3].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
2 часа
ПОСТРОЕНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ПЛАНА
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НИВЕЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
Цель работы: получить представление о построении топографического
плана способом нивелирования поверхности по квадратам.
Задачи работы: приобрести навыки построения плана с изображением
рельефа местности.
Обеспечивающие средства: абрис съемки ситуации местности, журнал
нивелирования поверхности, рабочая тетрадь, чертежные принадлежности, чертежная бумага.
Задание: составить топографический план масштаба 1:500 с сечением
рельефа через 0,25 м.
23
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради,
план – на чертежной бумаге.
Теоретический материал
Нивелирование поверхности выполняется для получения крупномасштабных топографических планов масштабов 1:500, 1:1 000 и 1:2 000 в равнинной
местности. Плановое положение точек определяют путем проложения теодолитных ходов, высоты точек – геометрическим нивелированием с использованием технических нивелиров.
Технология работы
Для нивелирования на местности разбивают сетку квадратов и закрепляют
их вершины. Наиболее часто используют квадраты со сторонами 20 и 40 м.
Одновременно с разбивкой квадратов выполняют съемку ситуации способами перпендикуляров (створов) и линейных засечек со сторон сетки. При
съемке ведут абрис (рис. 7.1), на котором показывают сетку квадратов, ее обозначение, элементы ситуации и их привязки к вершинам квадратов и сторонам
сетки.
Рис. 7.1. Абрис нивелирования поверхности
При нивелировании по участку съемки прокладывают нивелирный ход с
промежуточными точками в вершинах квадратов. Результаты измерений выписывают в специальный журнал нивелирования поверхности.
Для составления топографического плана в масштабе 1:500 с высотой сечения рельефа 0,25 м на местности разбивается сетка квадратов со сторонами
20 м. (Абрис съемки ситуации приведен на рис. 7.1, а журнал нивелирования
поверхности – на рис. 7.2. Нивелирный ход проложен между реперами 8 и 10
через связующую точку (вершину квадрата В3) Стороны нивелирного хода в
журнале показаны сплошной линией, направления на промежуточные точки –
24
пунктиром. Отметки реперов выписаны под названиями репера, а отсчеты по
черной и красной сторонам рейки записаны справа от точки. При наблюдениях
для контроля вычислялись разности отсчетов и сравнивались с теоретическим
значением 4783).
Рис. 7.2. Образец журнала нивелирования поверхности
Вычисления отметок вершин квадратов и составление плана участка выполняют в следующей последовательности.
В нивелирном ходе по отсчетам черной и красной сторон вычисляют превышения, берут среднее значение и выписывают его в ведомость журнала
(табл. 7.1). Затем вычисляют сумму превышений, теоретическую сумму превышений и невязку хода fh = –80 – (–70) = –10 мм. Полученное значение сравнивают с допустимой невязкой fдоп = 10√n =14 мм и распределяют невязку на
измеренные превышения. Далее по отметкам реперов вычисляют отметку связующей точки В3.
25
Таблица 7.1
Ведомость вычислений отметок
Название точки
Рп8
Превышения
–0105
Поправка
+5
В3
Отметка
110, 612
110,512
+0025
+5
Рп10
110,542
∑h = –0080
∑hт = –0070
fh = –10
+10
fдоп = 10√2 = мм
При вычислении отметок промежуточных точек (вершин квадратов) для
каждой станции отдельно вычисляют горизонты прибора (ГП) по черным и
красным сторонам рейки.
Для станции I по черным сторонам реек горизонт прибора по точкам Рп8 и
Т равен
ГПчРп = 110,612 + 0,835= 111,45;
ГПчВ = 110,512 + 0,942 = 111,454.
За окончательное принимают среднее значение 111,450 и выписывают его
слева от точки в числителе. Аналогичным образом вычисляют горизонт прибора по красной стороне ГПК = 116,232 и записывают его в знаменателе у точки.
Для контроля находят разность полученных значений и сравнивают ее с разностью нулей рейки 4783.
Такие же вычисления выполняют для станции II и выписывают полученные результаты на схему в журнале нивелирования.
Используя горизонты прибора, по черной и красной сторонам последовательно вычисляют отметки вершин квадратов (промежуточных точек). Для
вершины Д 1 имеем
Hч = ГПч – сч = 111,450 – 0,865 = 110,585;
ГПК = 116,232 – 5,652 = 110,580.
Расхождения в отметках промежуточных точек не должны превышать
20 мм. Полученные значения выписывают в журнал нивелирования поверхности справа от отсчетов по рейкам.
При построении топографического плана на листе чертежной бумаги строят в соответствующем масштабе сетку квадратов. Сообразуясь с зарисовками и
результатами измерений на абрисе, наносят на план контуры и предметы мест26
ности. Построения выполняют как при составлении плана по результатам горизонтальной съемки.
У вершин квадратов выписывают отметки с округлением до 0,01 м и приступают к интерполированию. Для этого предварительно намечают положение
горизонталей и определяют направления скатов. По линиям наибольшего ската
производят интерполирование, а полученные точки с одноименными отметками соединяют плавными кривыми.
Образец плана участка дан на рис. 7.3.
ПРИНЯЛ:
1:500
Высота сечения рельефа 0,25 м
План составил студент
ПГС, 1 к, д/о Иванов И. И.
Рис. 7.3. Образец плана участка
Задание. По результатам нивелирования поверхности, приведенным на
рис. 7.2, и отметкам реперов из табл. 7.2 в соответствии с номером варианта задания, выданным преподавателем, составить топографический план масштаба
1:500 с сечением рельефа через 0,25 м.
27
Отметки реперов съемочной сети
Вариант
1
2
3
4
5
Название репера
8
10
8
10
8
10
8
10
8
10
Таблица 7.2
Отметка репера, м
95,84
95,751
87,44
87,349
91,99
91,903
92,29
92,202
94,50
94,409
Последовательность выполнения работы
1. Построить сетку квадратов на чертежной бумаге в масштабе 1:500, с высотой сечения рельефа 0,25 м.
2. Нанести на план контуры и предметы местности.
3. Провести на плане горизонтали и определить направление линий наибольшего ската.
4. Оформить план в красках.
Контрольные вопросы
1. Перечислите способы съемки ситуации.
2. Какова цель нивелирования поверхности?
3. Что такое интерполирование и как оно производится при построении
горизонталей на плане?
4. Как вычисляют горизонт прибора на станции при нивелировании поверхности?
Библиографический список: [1], [2].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
2 часа
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
Цель работы: получить представление проектирования горизонтальной
площадки.
Задачи работы: освоить методику выполнения геодезических расчетов
при проектировании горизонтальных площадок.
28
Обеспечивающие средства: лист миллиметровой бумаги, рабочая тетрадь,
калькулятор, чертежные принадлежности.
Задание: запроектировать горизонтальную площадку при условиях минимума земляных работ и баланса масс.
Требования к отчету: лабораторную работу оформить в рабочей тетради,
горизонтальную площадку – на листе миллиметровой бумаге.
Теоретический материал
Проектирование горизонтальной площадки при условиях минимума земляных работ и баланса масс (равенства объемов выемок и насыпи) является частной задачей вертикальной планировки. Такие площадки приходится проектировать при строительстве спортивных сооружений, стоянок автотранспорта при
благоустройстве гражданских и промышленных сооружений.
Планируемую территорию разбивают на квадраты со сторонами 10, 20, 40
и 50 м в зависимости от сложности рельефа (рис. 8.1). Определяют фактические
высоты вершин квадратов по горизонталям на топографических планах.
Технология работы
1. Определяем проектную высоту горизонтальной площадки по формуле
Н n = H min +
∑ hу(1) + 2∑ hy( 2) + 3∑ hy(3) + 4∑ hy( 4) ,
4n
где Hmin – наименьшая высота вершины квадрата; hу – условная отметка вершин
квадратов; (1), (2), (3), (4) – показывают количество квадратов, для которых эта
отметка является общей; n – число квадратов.
2. Определяем условные отметки по формуле
hу = Hi – Hmin,
где Hi – высота поверхности в вершине данного квадрата.
3. Вычисляем рабочие отметки вершин квадратов:
h = Hп – Hi.
4. Определяем положение линии нулевых работ. Для этого находим положение точек нулевых работ на тех сторонах квадратов вершины которых имеют
рабочие отметки с разными знаками. Расстояние до точек нулевых работ от
ближайшей вершины определяется по формулам
l1 =
h1
a;
h1 + h2
l2 =
h2
a;
h1 + h2
29
l1 + l2 = a,
где а – сторона квадратов; h1 и h2 – абсолютные значения рабочих отметок двух
соседних вершин квадратов.
При соединении точек нулевых работ по оси квадратов получается линия
нулевых работ, которая является границей выемки и насыпи.
5. Вычисляем объем грунта в полном квадрате по формуле
V=
∑h
4
p
Sk ,
где ∑hp – сумма рабочих отметок; Sk – площадь квадрата.
6. Результаты измерений записываем в ведомость вычисления объема
грунта (табл. 8.1).
Таблица 8.1
Пример заполнения ведомости вычисления объема грунта
Номера
фигур
1
2
3
4
Площадь
Средние рабочие
Объем земляных работ, м3
фигуры
отметки, м
выемка (–)
насыпь(+)
400
–0,87
348
42,0
–0,07
2,9
99,0
–0,17
16,8
158,0
+0,28
44,2
Аналогично заполняем ведомость для других квадратов.
∑671,6
∑683,2
При проектировании горизонтальной площадки с соблюдением баланса
земляных работ задача сводится к определению отметки горизонтальной плоскости, при котором соблюдается условие баланс земляных работ:
∆V =
VВ − VН
⋅100% ,
VВ + VН
где VВ – объем выемки; VН – объем насыпи.
Баланс земляных работ не должен превышать ∆V ≤ 5 %.
Посчитав общий объем земляных работ и определив баланс земляных работ, составляется картограмма перемещения земляных масс (рис. 8.2), на которой указывается положение линии нулевых работ, значение объемов насыпи и
выемок и стрелкой показывается перемещение грунта из выемки в насыпь (выемку заштриховывают).
Пример оформления работы
Определяем фактические высоты вершин квадратов по горизонталям на
топографических планах (рис. 8.1).
Проектная высота горизонтальной площадки равна
30
H n = 117,8 +
6,45 + 15,50 + 3,60 + 9,00
= 119,53.
4⋅5
Рис. 8.1. План площадки
Для стороны квадрата В2–В3 при а = 20 м.
Тогда линии нулевых работ будут l1 = 4,2 м, , l 2 = 15,8 м,
Откладываем от стороны В2 расстояние, равное 4,2 м, а от В3 – 15,8 м
(рис. 8.2).
Рис. 8.2. Картограмма земляных работ
Вычисляем объем грунта в полном квадрате и результаты измерений записываем в ведомость вычисления объема грунта (табл. 8.1).
Определяем баланс земляных работ и сравниваем его с допустимым значением ∆V ≤ 5 %.
31
∆V =
671,6 − 683,2
100 % = 0,8 %;
971,6 + 683 / 2
∆V ≤ 5 %.
Условие выполнено.
Задание. Выполнить проектирование горизонтальной площадки. Варианты
планов площадок выдаются преподавателем.
Вариант № 1
Вариант № 2
Рис. 8.3 Варианты планов площадок
Контрольные вопросы
1. Что такое рабочая отметка?
2. Как определить положение точек нулевых работ?
3. Что такое баланс земляных масс?
Библиографический список: [3].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Федотов, Г. А. Инженерная геодезия [Текст] : учебник для вузов / Г. А.
Федотов. – М. : Высш. шк., 2002. – 463 с.
2. Инженерная геодезия [Текст] : метод. указания для студ. заоч. отделения / сост. В. В. Рыльщиков [и др.] ; АГТУ. – Архангельск : АГТУ, 2003. –
100 с.
3. Лабораторный практикум по инженерной геодезии [Текст] : учеб. пособие для вузов / сост. В. Ф. Лукьянов [и др.]. – М. : Недра, 1990. – 334 с.
32
Учебное издание
Составитель КИРИЛЛОВА Валентина Валерьевна
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
Сборник описаний лабораторных работ
для подготовки дипломированного специалиста по направлению
653600 «Транспортное строительство»
специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы»
___________________________________________________________________________________________
Сыктывкарский лесной институт – филиал государственного образовательного учреждения высшего
профессионального образования «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия
имени С. М. Кирова» (СЛИ)
167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39
institut@sfi.komi.com, www.sli.komi.com
___________________________________________________________________________________________
Подписано в печать 02.07.07. Формат 60 × 90 1/16. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 16. Заказ №
.
___________________________________________________________________________________________
Редакционно-издательский отдел СЛИ.
Отпечатано в типографии СЛИ
33