Научная статья на тему 'Обоснование параметров притрассовых резервов грунта в системе автоматизированного проектирования'

Обоснование параметров притрассовых резервов грунта в системе автоматизированного проектирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
673
39
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ / ПАРАМЕТР / РЕЗЕРВЫ ГРУНТА / ANALYTICAL DEPENDENCES / PARAMETER / BORROW PITS

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Афоничев Д. Н.

Афоничев Д.Н. ОБОСНО ВАНИЕ ПАРА МЕТРО В ПРИ ТРА ССОВЫХ РЕ ЗЕР ВОВ ГРУНТА В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗИРО ВАНО ГО ПРОЕ КТИРО ВАНИ Я. Приведены аналитические зависимости для обоснования параметров притрассовых (боковых) резервов грунта с учетом поперечного уклона местности, толщины вскрышных пород, которые являются математическим обеспечением САПР, реализующей вычислительные процедуры на ЭВМ при вариантном проектировании с высокой точностью и производительностью проектных работ. Разработан алгоритм расчета параметров боковых резервов грунта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Afonichev D.N. THE PARAMETERS SUBSTANTIATION OF BORROW PITS IN AUTOMATED DESIGN SYSTEMS. The analytical dependences for borrow pits parameter substantiations, taking into account the surface cross fall slopes and capping rock thickness, have been developed. These dependences accomplish mathematical support for automated design systems which in its turn fulfils computerbased mathematical calculations, ensuring high accuracy and labour productivity of variant designing. The algorithm of borrow pits parameters calculations is worked out.

Текст научной работы на тему «Обоснование параметров притрассовых резервов грунта в системе автоматизированного проектирования»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИТРАССОВЫХ РЕЗЕРВОВ ГРУНТА В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Д.Н. АФОНИЧЕВ, доц. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА, д-р техн. наук

vglta@vglta. vrn. ru

Для возведения насыпей автомобильных и железных дорог в зависимости от местных условий, а также возможностей строительной организации используются различные источники грунта: выемки, притрассовые (боковые) резервы, сосредоточенные резервы (карьеры), котлованы, разрабатываемые для объектов промышленного и гражданского строительства, вскрыша карьеров строительных материалов и полезных ископаемых, отходы промышленности. Наибольший объем разработки грунта приходится на резервы. Боковые резервы широко применяются в равнинной и пересеченной местности при возведении насыпей с рабочей отметкой до 3 м автомобильных дорог общего пользования IV, V категорий, сельскохозяйственных и лесных автомобильных дорог, лесовозных железных дорог колеи 750 мм. Строительство насыпей дорог из боковых резервов является наиболее дешевым, так как отличается малым расстоянием перемещения грунта [1, 2].

Притрассовые резервы представляют собой траншеи трапецеидального или треугольного поперечного сечения, располагаемые рядом с насыпями в пределах полосы отвода дороги. Их устраивают с одной стороны (односторонний резерв) от насыпи или с двух сторон (двухсторонний резерв), что определяется требуемым объемом грунта и поперечным уклоном местности на строящемся участке. Односторонний боковой резерв рационально размещать с верховой стороны от насыпи, что позволяет снизить энергозатраты на перемещение грунта и обеспечить водоотвод [1, 2].

Для успешной реализации технологических процессов возведения насыпи и рекультивации нарушенных строительством земель необходимо знать параметры резерва, которые зависят от размеров и конструкции насыпи и местных условий и не являются постоянными на протяжении строящегося участка насыпи. Указанные параметры устанавливаются на стадии проектирования после расчета объемов

земляных работ [3], а их грамотное обоснование должно быть неотъемлемой частью системы автоматизированного проектирования (САПР) дорог. Если на участке длиной Lp (м) требуется объем грунта V (м3) для возведения насыпи, то объем грунта, который нужно выбрать из боковых резервов, составит

Vp = kV - V0 - V , (1)

где k - коэффициент относительного уплотнения грунта [4];

V0 - дополнительный объем выемок при устройстве корыта под основание дорожной одежды, нарезке полок (учитывается при использовании данного грунта в насыпи), м3;

V - объем грунта, поступающий из смежных участков выемок, м3. Требуемая площадь поперечного сечения полезной толщи боковых резервов "LFp (м2), располагаемых с верховой и низовой сторон насыпи, равна

Щ = k0Vp / Lp, (2)

где k0 - коэффициент, учитывающий потери грунта.

Требуемая площадь поперечного сечения полезной толщи одного бокового резерва Fp (м2) определяется по формуле

Fp = kpLFp, (3)

где kp - коэффициент, учитывающий количество резервов и соотношение объемов грунта, выбираемых из резервов.

При поперечном уклоне местности 20 %o и менее (m > 50, 1 : m0 < 1 : 50, m0 -коэффициент заложения косогора) резервы размещаются с обеих сторон насыпи. Для резерва, располагаемого с верховой стороны насыпи, kp = 0,5...0,6, для резерва, размещаемого с низовой стороны - kp = 0,5...0,4. Так как поперечный уклон 1 : m0 близок к нулю, то его влиянием можно пренебречь и ширину резерва по дну ВД (м) рассчитать по формуле

Вд = (Fp / (Нс - Ю) - 0,5(Нс - hB)(mB + тнХ (4)

где Нс - глубина резерва по середине (на половине ширины дна 0,5 ВД), м;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

83

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

hB - толщина слоя вскрыши, которая включает снимаемый растительный слой толщиной hp и слой прочих пород вскрыши h включая слой зачистки кровли полезной толщи, (hB = hp + h ), м; mB, mH - коэффициенты заложения внутреннего (со стороны насыпи) и наружного откосов резерва.

При рабочей отметке насыпи 1 ми менее внутренний откос резерва (кювет-резерва) устраивается как продолжение откоса насыпи, а поэтому mB принимается равным коэффициенту заложения откоса насыпи (mB > 3). Глубину резерва HC целесообразно принимать не более 0,8...1 м с таким расчетом, чтобы ширина резерва по дну Вд составляла 3...10 м [1, 2, 3]. Высоты откосов резерва (м) внутреннего (со стороны насыпи) HB и наружного HH будут равны:

а) для резерва, располагаемого с верховой стороны от насыпи

Hb = (moHc - 0,5Вд) / (mo + mB);

Hh = (moHc + 0,5Вд) / (m0 - mH); (5)

б) для резерва, располагаемого с низовой стороны от насыпи

HB = (mHc + 0,5ВД) / (m0 - mB);

Hh = (m0Hc - 0,5Вд) / (m0 + mH). (6)

Коэффициент заложения наружного откоса резерва mH во всех случаях целесообразно принимать не менее 3 для обеспечения дальнейшего использования территории резерва. Глубина резерва Hc во всех случаях не должна быть больше расчетной глубины залегания грунтовых вод hpB в период разработки и рекультивации резерва (Hc < hpB - 0,1).

При рабочей отметке насыпи более 1 м резервы отделяют от насыпи бермами шириной не менее 2 м с поперечным уклоном поверхности берм к резервам не менее 30 %о. Коэффициент заложения внутреннего откоса резерва mB принимается равным 1,5. Необходимо учитывать, что разность отметок бровки насыпи и дна резерва не должна превышать 4 м. Hc принимается не более 1,5 м с расчетом, чтобы ширина резерва по дну Вд составляла 3...10 м [1, 2, 3].

При поперечном уклоне местности более 20 % (m0 < 50, 1 : m0 > 1 : 50) при расчете параметров резерва необходимо учитывать косогорность местности. С целью снижения

энергозатрат на перемещение грунта необходимо максимально использовать запас полезной толщи резерва, размещаемого с верховой стороны от насыпи, то есть задать максимально допустимые параметры этого резерва, при этом разность отметок бровки насыпи и дна рабочего резерва не должна превышать 4 м и ширина рабочего резерва по дну должна быть не более 10 м. Площадь поперечного сечения полезной толщи резерва F^ ) (м2), размеща-

емого с верховой стороны от насыпи, определяется по формуле

^Р(верх) = В + (HB - ЮЬВД + C(Hb - hв)2, (7)

где HB - высота внутреннего откоса резерва, м.

Коэффициенты уравнения (7) a, b, c рассчитываются по формулам

a = 0,5 / (m0 - mH); b = (m0 + mB) / (m0 - mH);

c = 0,5(m0 + mB)(mB + mH) / (m0 - mH). (8)

Значение HB принимается не более 1,5 м и не более глубины залегания грунтовых вод в период разработки резерва.

Если полученное значение F^ ) боль-

ше ZFp, то верховой резерв полностью удовлетворяет потребность в грунте, то есть достаточно устройства одностороннего резерва. В этом случае необходимо определить ширину резерва по дну Вд, которая будет меньше принятой.

-b(Hв - кв) +

Вд =■

b2(HB - hB )2 - 4a х х[с(Ив - кв )2-IFP ] 2a

, (9)

Если значение Вд получается отрица-

тельным, то надо уменьшить HB.

Высота наружного откоса резерва HH, размещаемого с верховой стороны от насыпи, определяется по формуле

Hh = (HB(m0 + mB) + Вд) / (m0 - mH). (10)

Если значение FD. . меньше ZFD, то необходимо определить площадь поперечного сечения полезной толщи резерва Рр(ню), располагаемого с низовой стороны от насыПИ, ^Р(низ) = Щ - ^Р(верх). Приняв высоту внутреннего откоса резерва HB можно найти ширину резерва по дну Вд

-b(нв - К)+

Вд

b2(HB - Кв)2 - 4a х х[с(Ив - кв)2 - Fp(Hm)]

2a

(11)

84

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

85

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Если значение Вд получается отрицательным, то надо уменьшить H

Коэффициенты a, b, c зависимости (11) рассчитываются по следующим формулам:

a = - 0,5 / (т0 + mH); b = (mo - mB) / (mo + mH);

c = 0,5(mo - mB)(mB + mH) / (mo + mH). (12)

Высота наружного откоса HH резерва, размещаемого с низовой стороны от насыпи, определяется по формуле

Hh = (HB(mo - тв) - Вд) / (mo + mH). (13)

Ширина резерва по верху BB рассчитывается по зависимости

Bb = (Вд + тнНн + mBHB)I-у/1 +!/mo2 1. (14)

При крутизне косогора 1 : 5 и более целесообразно устройство одностороннего резерва треугольного поперечного сечения с выходом дна резерва на естественную поверхность земли. При этом Нв - hB = o, а ширина резерва по дну Вд будет

Вд = 1 +hB U1 + mo2 |. (15)

Высота наружного откоса HH рассчитывается по формуле

Hh = (Вд / (mo - mH)) + hBby/1 +!/mo2 1. (16)

Дну такого резерва придают поперечный уклон не менее 5o %о. В нижней части дна резерва перед бермой устраивается нагорная канава.

Для установления параметров боковых резервов в САПР необходимо сформировать базу исходных данных: Lp, k, V, Vo, Еыем. Независимые (m h hrB) и управляемые (HC, mB, mH) параметры поперечных сечений резерва в базе исходных данных представляются для каждого из выделенных поперечных профилей земляного полотна на участке протяженностью L

На рисунке представлен алгоритм расчета параметров боковых резервов. Символами со «штрихом» обозначены параметры резерва, размещаемого с низовой стороны от насыпи.

Результат расчетов - параметры резервов для каждого из выделенных поперечных

профилей земляного полотна на участке протяженностью Lp: В Нв, Нн, Вв, которые необходимы для разработки технологических процессов земляных работ при строительстве дорог.

Выводы

1. Параметры боковых резервов грунта, необходимые для разработки технологических процессов строительства земляного полотна дорог и рекультивации нарушенных земель придорожной полосы, зависят от требуемого объема грунта для возведения насыпи и условий местности: глубины залегания грунтовых вод, толщины вскрышных пород и косогорности.

2. Приведенные в статье аналитические зависимости позволяют обосновать параметры боковых резервов грунта с учетом поперечного уклона местности, толщины вскрышных пород, что обеспечивает энергосбережение при производстве земляных работ и возможность рекультивации нарушенных земель придорожной полосы для их последующего использования в лесном или сельском хозяйстве.

3. Аналитические зависимости для обоснования параметров боковых резервов грунта являются математическим обеспечением САПР, которое обеспечивает реализацию расчетов на ЭВМ при вариантном проектировании с высокой точностью и производительностью проектных работ.

Библиографический список

1. Сухопутный транспорт леса / Под ред. В.И. Алябьева. - М.: Лесная пром-сть, 199o. - 416 с.

2. Подольский, В.П. Технология и организация строительства автомобильных дорог. Т 1: Земляное полотно / В.П. Подольский, А.В. Глагольев, П.И. Поспелов. - Воронеж: Изд-во ВГУ 2oo5. - 528 с.

3. Афоничев, Д.Н. Совершенствование расчета объемов земляных работ в системе автоматизированного проектирования автомобильных дорог / Д.Н. Афоничев. - Воронеж: ВГЛТА, 2oo8. - 117 с.

4. СНиП 2.o5.o2-85*. Автомобильные дороги / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2oo4. - 54 с.

86

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2oo9

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.