Đồ án môn học Thiết kế hình học công trình đường - Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị

Đồ án môn học Thiết kế hình học công trình đường - Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị của Đại học Xây dựng Hà Nội với những kiến thức và thông tin bổ ích giúp sinh viên tham khảo, ôn luyện và phục vụ nhu cầu học tập của mình cụ thể là có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học và làm bài tốt trong những bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, từ đó học tập tốt và có kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức mình đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!

82 41 lượt tải Tải xuống

Chia sẻ Báo cáo tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG ĐÔ THỊ

ĐỒÁNMÔNHỌC

THIẾT KẾ HÌNH HỌC CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG

___________________

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH CHUNG...................................................6

1.1. Đặc điểm tự nhiên khu vực tuyến đi qua :......................................................6

1.1.1. Điều kiện về địa hình .....................................................................................

1.1.2. Thổ nhưỡng ...................................................................................................

1.1.3. Đặc điểm về thủy văn ....................................................................................

1.1.4. Đặc điểm khí hậu ...........................................................................................

1.2. Sơ lược về điều kiện kinh tế -xã hội và hiện trạng giao thông khu vực .........7

1.2.1. Điều kiện kinh tế xã hội .................................................................................

1.2.2. Hiện trạng giao thông ....................................................................................

1.3. Vai trò của tuyến đường trong sự phát triển của địa phương .........................8

1.4. Nhiệm vụ thiết kế ..........................................................................................8

CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ.................................10

2.1. SỐ LIỆU VÀ LỰA CHỌN CẤP THIẾT KẾ CỦA ĐƯỜNG.......................10

2.2. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT DÙNG ĐỂ THIẾT KẾ TUYẾN 11

2.2.1. Xác định quy mô mặt cắt ngang....................................................................

2.2.1.1. Xác định số làn xe........................................................................................11

2.2.1.2. Tính bề rộng phần xe chạy...........................................................................11

2.2.1.3. Lề đường......................................................................................................13

2.2.1.4. Dốc ngang phần xe chạy..............................................................................13

2.2.2. Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế mặt cắt ngang..............................................

2.2.2.1. Siêu cao........................................................................................................14

2.2.2.2. Độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong...............................................14

2.2.3. Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế bình đồ:........................................................

2.2.3.1. Xác định tầm nhìn xe chạy..............................................................................15

2.2.3.2. Tính các bán kính đường cong nằm nhỏ nhất: Rmin,Rkscmin, Rttmin...........17

2.2.4. Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế trắc dọc........................................................

CHƯƠNG 3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ THIẾT KẾ..................................22

3.1. Các kết quả thiết kế tuyến bình đồ................................................................22

3.1.1. Nguyên tắc thiết kế.......................................................................................

3.1.1.1. Phân tích và hoàn thiện bình đồ...................................................................22

3.1.1.2. Xác định đường hướng dẫn tuyến.................................................................23

3.1.1.3. Phóng tuyến và định đỉnh.............................................................................24

3.1.2. Bố trí cong nằm và rải cọc trên tuyến........................................................... 3.1.3.

Tính toán các yếu tố đường cong nằm..........................................................

3.1.4. Kết quả thiết kế.............................................................................................

CHƯƠNG 4. QUY HOẠCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC. 28

4.1.1. Xác định vị trí đặt cống trên bình đồ.............................................................

4.1.1.1. Nguyên tắc....................................................................................................28

4.1.1.2. Xác định lưu lượng tính toán 𝑸𝑸%...............................................................29

4.1.2. Lựa chọn loại, khẩu độ công trình................................................................

4.1.3. Bố trí công trình trên trắc ngang, trắc dọc.....................................................

4.1.3.1. Nguyên tắc bố trí..........................................................................................32

4.1.3.2. Xác định cao độ khống chế tại vị trí cống....................................................32

1.1.1.1. Mặt cắt cống.................................................................................................33

4.2. THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC........................................................................33

4.2.1. Các căn cứ thiết kế........................................................................................ 4.2.2.

Mục tiêu và số liệu đầu vào..........................................................................

4.2.3. Đề xuất phương án tuyến..............................................................................

4.2.3.1. Phương pháp thiết kế trắc dọc......................................................................34

4.2.3.2. Đề xuất.........................................................................................................35

4.2.3.3. Thiết kế đường cong đứng............................................................................35

4.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG..................................................................36

4.3.1. Các căn cứ thiết ké........................................................................................

4.3.2. Các thông số mặt cắt ngang tuyến D2-D4.....................................................

4.3.3. Tổng hợp trắc ngang điển hình trên tuyến....................................................

4.4. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐÀO ĐẮP.................................39

CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG..................42

5.1. Cơ sở thiết kế................................................................................................42

5.1.1. Quy trình, quy phạm áp dụng để thiết kế...................................................... 5.1.2.

Thiết kế các phương án kết cấu áo đường.....................................................

5.1.3. Yêu cầu đối với áo đường.............................................................................

5.2. Số liệu thiết kế..............................................................................................43

5.2.1. Số liệu đất nền..............................................................................................

5.2.2. Số liệu tải trọng xe........................................................................................

b. Tính toán lưu lượng xe............................................................................................44

5.2.3. Đặc điểm vật liệu kết cấu áo đường..............................................................

5.3. Giải pháp thiết kế kết cấu áo đường..............................................................47

5.3.1. Xác định cấp mặt đường............................................................................... 5.3.2.

Xác định E

..................................................................................................

5.3.3. Phương án đầu tư tập trung (15 năm)............................................................

Phương án 1 : 48

Phương án 2 : 55

5.4. So sánh 2 phương án và lựa chọn phương án cuối cùng...............................60

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................61

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 3-1. Hoàn thiện bình đồ......................................................................................22

Hình 3-2. Đường dẫn tuyến theo bước compa sơ bộ .................................................... 24

Hình 3-3. Bố trí đường cong nằm và rải cọc trên tuyến ............................................... 26

Hình 3-4. Các yếu tố đường cong nằm ......................................................................... 27

Hình 3-5. Diện tích lưu vực F1,F2 và F3 ...................................................................... 29

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3-1. Tổng hợp các yếu tố bình đồ.......................................................................25

Bảng 3-2. Các yếu tố cơ bản của đường cong nằm.....................................................25

Bảng 3-3. Bảng cao độ tự nhiên trên mặt cắt dọc.......................................................26

Bảng 3-4. Bảng vị trí cống trên tuyến.........................................................................27

Bảng 3-5. Bảng thông số các lưu vực..........................................................................30

Bảng 3-6. Bảng kết quả tính toán thủy văn công trình cầu cống.................................30

Bảng 3-7. Bảng thống kê lựa chọn loại, khẩu độ công trình.......................................31

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH CHUNG

1.1. Đặc điểm tự nhiên khu vực tuyến đi qua : 1.1.1. Điều kiện về địa hình .

Dự án xây dựng tuyến đường qua hai điểm B7 – B11 là một dự án giao thông trọng

điểm phục vụ cho tuyến đường giao thương đi qua Thị Xã Duy Tiên – Tỉnh Hà Nam

Thị xã Duy Tiên nằm ở cửa ngõ phía bắc tỉnh Hà Nam, là vùng trọng điểm phát

triển công nghiệp dịch vụ của tỉnh Hà Nam. Địa hình của thị xã chủ yếu là đồng bằng.

Thị xã Duy Tiên nằm cạnh sông Hồng và trên địa bàn thị xã còn có sông Châu Giang

chảy qua.

Địa hình của thị xã được chia thành 2 tiểu địa hình.

Vùng ven đê sông Hồng và sông Châu Giang bao gồm các xã Mộc Bắc, Mộc Nam,

Chuyên Ngoại, Trác Văn, Yên Nam, Tiên Sơn... và phường Châu Giang có địa hình

cao hơn, đặc biệt là khu vực núi Đọi, núi Điệp thuộc các xã Tiên Sơn và Yên Nam.

Vùng có địa hình thấp bao gồm các phường như Tiên Nội, Yên Bắc và xã Tiên

Ngoại chiếm phần lớn diện tích tự nhiên của thị xã cao độ phổ biến từ 1,8 - 2,5 m, địa

hình bằng phẳng, xen kẽ là các gò nhỏ, ao, hồ, đầm.

1.1.2. Thổ nhưỡng .

Thị xã có địa hình đặc trưng của vùng đồng bằng thuộc khu vực châu thổ Sông

Hồng. Nhìn chung địa hình của thị xã khá thuận lợi cho phát triển sản xuất nông

nghiệp, đặc biệt là trồng lúa và cây vụ đông.

1.1.3. Đặc điểm về thủy văn .

Vào mùa mưa, Duy Tiên thường hứng chịu ảnh hưởng của những cơn giông tố và

áp thấp nhiệt đới, gây mưa lớn và lũ lụt. Trong khi đó, mùa khô thì rất khô và nóng.

Nhiệt độ trung bình hàng năm là khoảng 23 độ C, với mùa đông lạnh hơn và mùa hè

nóng hơn.

Khí hậu: Thị xã Duy Tiên có khí hậu gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình từ 23-25

độ C, độ ẩm trung bình từ 82-84%. Thời gian mưa tập trung chủ yếu vào các tháng từ

5-10.

Lượng mưa: Năm 2020, thị xã Duy Tiên có tổng lượng mưa trung bình từ 1.365mm-

1.684mm, với lượng mưa cao nhất thường xảy ra vào tháng 7 và tháng 8.

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264

Sông và hồ: Thị xã Duy Tiên có nhiều sông và hồ, trong đó sông Hồng chảy qua địa

bàn với chiều dài khoảng 5 km. Hồ nước lớn nhất là hồ Đầm Tằm có diện tích khoảng

43 ha.

Thủy điện: Thị xã Duy Tiên không có nhà máy thủy điện nào trên địa bàn.

Nạn ngập lụt: Thị xã Duy Tiên cũng thường xuyên bị ảnh hưởng bởi lũ lụt làm mưa

lớn. Tuy nhiên, vì diện tích đất lành của thị xã khá nhỏ nên ảnh hưởng không lớn. Địa

phương cũng đã đầu tư vào công tác phòng chống bão để đảm bảo an toàn cho người

dân và tài sản.

1.1.4. Đặc điểm khí hậu .

Duy Tiên nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều, thuộc

tiểu khí hậu vùng đồng bằng Bắc Bộ, chịu ảnh hưởng sâu sắc của gió mùa đông bắc và

gió mùa đông nam. Với các đặc điểm nhiệt đới gió mùa, nắng và bức xạ mặt trời lớn,

thuận lợi cho phát triển một nền nông nghiệp đa dạng với nhiều loại cây trồng, vật

nuôi và tạo điều kiện tốt cho thâm canh tăng vụ. Tuy nhiên, sự biến động mạnh mẽ với

nhiều hiện tượng thời tiết như bão, dông, lượng mưa tập trung theo mùa... kết hợp với

địa hình thấp gây ra ngập úng cục bộ, một số vùng đòi hỏi phải có biện pháp phòng

tránh kịp thời.

1.2. Sơ lược về điều kiện kinh tế -xã hội và hiện trạng giao thông khu vực .

1.2.1. Điều kiện kinh tế xã hội .

Năm 2019: Tốc độ tăng trưởng kinh tế đạt 15,1%; cơ cấu kinh tế chuyển dịch tích

cực theo hướng tăng tỷ trọng công nghiệp, thương mại, dịch vụ, giảm tỷ trọng nông

nghiệp; đến hết năm 2019 Công nghiệp xây dựng chiếm 73,6%; Dịch vụ chiếm 24,3%,

Nông, lâm nghiệp giảm còn 2,1%; có 4 Khu công nghiệp và 2 cụm công nghiệp, đã thu

hút 960 doanh nghiệp trong và ngoài nước vào đầu tư, tạo việc làm cho trên 5 vạn lao

động; tổng thu ngân sách nhà nước trên địa bàn đạt trên 3.000 tỷ đồng; thu nhập đầu

bình quân đầu người năm 2019 ước đạt 50,8 triệu đồng/người/năm; Văn hoá - xã hội

diễn ra nhiều hoạt động sôi nổi: Lễ hội Tịch điền Đọi Sơn, Lễ hội đền Lảnh Giang

được ghi danh di sản văn hóa phi vật thể Quốc gia; chùa Long Đọi Sơn được xếp hạng

di tích Quốc gia đặc biệt. Ngành Giáo dục - Đào tạo tiếp tục đạt nhiều thành tích nổi

bật, năm thứ 7 liên tiếp là lá cờ đầu của tỉnh. Quốc phòng được giữ vững. An ninh

chính trị, trật tự an toàn xã hội được đảm bảo. Công tác xây dựng Đảng, chính quyền,

MTTQ và các đoàn thể nhân dân tiếp tục được củng cố; đời sống vật chất và tinh thần

của Nhân dân ngày càng được nâng cao. Hạ tầng đô thị đã và đang được đầu tư, chỉnh

trang; các trung tâm thương mại, khu đô thị mới, công trình phúc lợi công cộng, hệ

thống cây xanh, chiếu sáng đã và đang được đầu tư đồng bộ hiện đại, tạo diện mạo

mới và khẳng định Duy Tiên là địa phương năng động, đang ngày càng khởi sắc, mang

tầm vóc của một trung tâm kinh tế, thương mại lớn của tỉnh Hà Nam.

1.2.2. Hiện trạng giao thông .

Duy Tiên có tuyến trục giao thông là Quốc lộ 1, đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh

Bình và đường sắt Thống Nhất chạy qua. Bên cạnh đó còn có tuyến Quốc lộ 38 từ

Đồng Văn đi Hòa Mạc - cầu Yên Lệnh - Hưng Yên và quốc lộ 38B nối từ Hải Dương

qua Hưng Yên, Hà Nam, Nam Định tới Ninh Bình. Về đường thủy, Duy Tiên có sông

Hồng, sông Nhuệ, sông Châu Giang.

1.3. Vai trò của tuyến đường trong sự phát triển của địa phương .

Dự án xây dựng tuyến đường qua hai điểm D17 – D15 là một dự án giao thông trọng

điểm phục vụ cho tuyến đường giao thương đi qua Thị Xã Duy Tiên – Tỉnh Hà

Nam,

Tuyến đường hoàn thành không chỉ góp phần quan trọng đáp ứng nhu cầu đi lại và

vận chuyển hàng hóa liên tỉnh mà còn đảm bảo quốc phòng, an ninh và phục vụ công

tác PCLB mà còn góp phần quan trọng trong việc thực hiện thắng lợi các mục tiêu

phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh; là điểm nhấn trong việc nâng cấp cơ sở hạ tầng kỹ

thuật, cải thiện môi trường đầu tư nhằm thu hút đầu tư về địa bàn nông thôn để đẩy

nhanh tốc độ xây dựng NTM . Để làm cơ sở kêu gọi các nhà đầu tư và tạo điều kiện

thuận lợi cho công tác đầu tư thì việc tiến hành quy hoạch xây dựng và lập dự án khả

thi xây dựng tuyến đường D17-D15 là hết sức quan trọng và cần thiết.

Dự án hứa hẹn sẽ đem lại khả năng kết nối giữa hai khu vực trọng điểm về dân cư

và công nghiệp của vùng, giảm thiểu ách tắc tại tuyến đường trong thị trấn, thúc đẩy

phát triển kinh tế, và giao lưu hàng hóa giữa hai khu vực nói riêng và với các huyện và

tỉnh lân cận nói chung đồng thời thu hút đầu tư các dự án của huyện; thúc đẩy du lịch

nhờ hệ thống giao thông an toàn tiện lợi.

1.4. Nhiệm vụ thiết kế .

Với nhu cầu cấp thiết về việc đi lại tuyến đường cần sớm được đầu tư xây dựng, tốc

độ phát triển kinh tế luôn ở mức cao đòi hỏi hệ thống giao thông phải theo kịp tốc độ

phát triển.Các con đường cũ dường như đã và đang trong tình trang quá tải với lượng

lưu thông hành khách và hàng hóa lớn như vậy. Điều này đặt ra vấn đề phải xây dựng

và cải tạo những tuyến đường trong vùng.

Sự cạnh tranh về mặt thu hút đầu tư giữa các tỉnh và các khu vực vừa là thuận lợi

vừa là khó khăn trong sự định hướng quy hoạch của thị xã Duy Tiên. Muốn thu hút

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264

được vốn thì cơ sở hạ tầng phải hoàn thiện, việc xây dựng cũng tạo áp lực về nguồn

vốn và ngân sách.

Việc xây dựng tuyến thúc đẩy lưu thông hành khách và hàng hóa thuận tiện hơn.

Với sức ép lớn về vân chuyển hàng hóa và hành khách các con đường cũ đã hầu như

quá tải và xuống cấp. Cần mở tuyến để giảm áp lực cho giao thông các trục chính.

Như vậy nhu cầu cấp thiết trên, tuyến đường cần sớm được đầu tư và xây dựng trong

đó có việc thiết kế đoạn tuyến đi qua 2 điểm B7-B11 của chúng ta.

Hình 1- 1. Bình đồ khu vực tuyến B7-B11

CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ

2.1. SỐ LIỆU VÀ LỰA CHỌN CẤP THIẾT KẾ CỦA ĐƯỜNG

Tuyến đường thiết kế qua điểm đầu B7 và điểm cuối B11 là 1 đoạn nối giữa hai trung tâm

kinh tế, văn hóa chính trị của địa phương với nhau có độ dài đường chim bay là 1.650 km Lưu

lượng xe thiết kế năm thứ 15: N15 = 1267 xe/ngđ. Thành phần dòng xe gồm :

+ Xe con : 30%

+ Xe tải nhẹ (NT) : 25%

+ Xe tải trung (MT) : 30%

+ Xe tải nặng (SU1) : 15%

+ Tổng : 100%

Hệ số quy đổi lấy tương ứng với địa hình đồi. Để tính toán ta quy đổi các loại xe tải ra xe

con dựa vào các hệ số quy đổi như sau:

Bảng 2- 1. Hệ số quy đổi xe

Xe con

Xe tải nhẹ

Xe tải

trung

Xe tải nặng

1,0

2,0

Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (năm thứ 15) là :

N N

=1267.( 0,3.1+0,25.2+0,3.2+0,15.2)=2156.43(xcqđ /ngày đêm)

Căn cứ vào: Chức năng của tuyến đường : Đường tỉnh

Điều kiện địa hình nơi đạt tuyến: địa hình đồi

Lưu lượng xe thiết kế N

xcqđ/ngđ

=2156(xcqđ/ngđ) <3000(xcqđ/ngđ)

Dựa vào bảng 3 và bảng 4 TCVN 4054, kiến nghị lựa chọn như sau:

Cấp thiết kế: Cấp IV

Tốc độ thiết kế: 60 km/h

2.2. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT DÙNG ĐỂ THIẾT KẾ TUYẾN

Nhiệm vụ của chương này là xác định các nhóm chỉ tiêu kĩ thuật cần thiết gồm có như sau:

2.2.1. Xác định quy mô mặt cắt ngang

2.2.1.1. Xác định số làn xe

Đối với đường cấp IV số làn xe tối thiểu là 2 (làn)

Tính toán hệ số sử dụng khả năng thông hành Z:

Trong đó:

Z - là hệ số sử dụng năng lực thông hành của đường

cdg

- là lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm của năm tính toán được quy đổi ra xe con thông

qua các hệ số quy đổi

Khi không có nghiên cứu đặc biệt có thể lấy: N

cdg

= (0.10

0.12) N

tbnđ

, do đó:

cdg

= 0,11 2156 237 (xcqđ/h)

- là số làn xe yêu cầu;

lth

- là năng lực thông hành thực tế của một làn xe (xcqđ/h). Khi không có nghiên cứu, tính

toán có thể lấy như sau: trường hợp không có dải phân cách trái chiều và dải phân cách đường

ô tô chạy với xe thô sơ thì chọn N

= 1000 xcqđ/h/làn.

Chọn Z= 0,77 là hệ số sử dụng năng lực thông hành giới hạn cho tuyến có V= 60 Km/h ở

vùng có địa hình đồi

Thay số vào công thức:

n= =0,307<2

Vậy tuyến thiết kế với n

= 2 làn xe đảm bảo lưu thông được lượng xe như đã dự báo. Kiến

nghị: chọn số làn xe là: n

= 2 (làn)

2.2.1.2. Tính bề rộng phần xe chạy

Sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy: Tính toán được tiến hành theo 3 sơ đồ xếp xe và cho 2

loại xe:

+ Xe con có kích thước bé nhưng chạy với tốc độ cao, V

= 60Km/h

+ Xe tải có kích thước lớn nhưng chạy với tốc độ thấp (xe tải chọn để tính toán là xe

tải Maz200), V= 40Km/h

Bề rộng 1 làn xe được xác định theo công thức:

b+c

+x+y

B1làn= 2 (m)

Trong đó:

b - là chiều rộng thùng xe

c - là cự ly giữa 2 bánh xe

x - là cự ly từ sườn thùng xe đến làn xe bên cạnh

y - là khoảng cách từ giữa vệt bánh xe đến mép phần xe chạyTheo

Zamakhaev đề nghị: x = y = 0,5 + 0,005 V Tính toán theo các sơ đồ:

• Sơ đồ 1: Hai xe tải đi ngược chiều nhau trên 2 làn và gặp nhau;

Tính cho xe Maz200 với các thông số b = 2,65 m, c=1,95 m, V=40 km/h

x=y=0,5+0,0005×40=0,7m

Hình 2- 1. Sơ đồ I hai xe tải đi ngược chiều

Vậy trong điều kiện bình thường ta có:

= +0,7+0,7=3,7 (m)

Bề rộng phần xe chạy:

B=B

=3,7+3,7=7,4m

• Sơ đồ 2: Hai xe con đi ngược chiều nhau và gặp nhau;

Hình 2- 2. Sơ đồ II hai xe con đi ngược chiều

Tính toán cho xe con Volga với các thông số: b = 1.54m, c = 1.22m, V= 60Km/h

Do đó: x=y=0,5+0,0005×60=0,8m

Vậy trong điều kiện bình thường ta có:

= +0,8+0,8=2,98 (m)

Bề rộng phần xe chạy là: B=B

=2,98+2,98=5,96m

• Sơ đồ 3: xe tải và xe con đi ngược chiều và gặp nhau:

Hình 2- 3. Sơ đồ III xe tải và xe con đi ngược chiều

Như vậy bề rộng phần xe chạy:

B=B

=2,98+3,7=6,68m

Theo TCVN 4054-05: đồi với đường cấp IV ở vùng có địa hình đồi chiều rộng tối thiểu 1 làn

xe B

1làn

=3,5m, giá trị này đã tính tới yếu tố kinh tế và có xét tới việc lái xe giảm tốc độ,.. Do

vậy sơ bộ có thể chọn chiều rộng làn xe theo TCVN 4054 B

làn

=3,5m.

2.2.1.3. Lề đường

Lấy theo bảng 6 của TCVN-4054, đối với loại đường cấp IV đồng bằng thì chiều rộng lề là 1

m trong đó lề gia cố là 0,5 m

2.2.1.4. Dốc ngang phần xe chạy

Độ dốc ngang phần xe chạy của các bộ phận trên mặt cắt ngang ở các đoạn đường thẳng được

lấy như trong bảng 9 của TCVN 4054 - 2005 phụ thuộc vào vật liệu làm lớp mặt và vùng mưa

(giả thiết trước mặt đường sẽ sử dụng là mặt đường bêtông nhựa). Vậy lựa chọn độ dốc ngang

của mặt đường là 2%.

Vậy: Với đường cấp thiết kế IV, V

= 60 Km/h ta xác định được quy mô mặt cắt ngang như

Bảng 2- 2. Bảng tổng hợp quy mô mặt cắt ngang

Cấp thiết kế

(Km/h)

(làn)

làn

(m)

pxc

(m)

lề

(m)

nền

(m)

3,5

Hình 2- 4. Minh họa mặt cắt ngang

2.2.2. Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế mặt cắt ngang

2.2.2.1. Siêu cao

Giới hạn lớn nhất của độ dốc siêu cao là đảm bảo phương tiện không bị trượt khi mặt

đường bị trơn và giới hạn nhỏ nhất đảm bào khả năng thoát nước của mặt đường.

Công thức tính độ dốc siêu cao: V 2

= −μ gR

Trong đó:

V- tốc độ thiết kế, km/h; R-

bán kính đường cong, m; μ-

hệ số lực ngang tính toán.

Trong công thức trên ta thấy tốc độ tỷ lệ thuận với bán kính và với độ dốc siêu cao, nếu độ

dốc siêu cao lớn sẽ khiến xe chạy chậm vì vậy độ dốc siêu cao lớn nhất không quá 8%.

Độ dốc siêu cao ta lấy tương ứng với bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế theo

TCVN 4054-2005.

2.2.2.2. Độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong

Độ mở rộng bố trí cả ở hai bên , phía lưng và phía bụng đường cong.

Đối với đường có 2 làn xe, độ mở rộng E được tính theo công thức gần đúng :

L xV E= +

(m)

R √R

Trong đó:

– chiều dài tính từ trục sau xe tới giảm xóc đằng trước, m;

R – bán kính đường cong, m;

V – tốc độ thiết kế, km/h.

Theo TCVN 4054, độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm đối với đường 2

làn xe và xe con và xe tải chiếm ưu thế lấy như sau:

Giá trị độ mở rộng theo TCVN 4054 thường lớn hơn các giá trị tính toán do đã xét đến nhiều

loại xe khác nhau và thiên về tính an toàn nên vì vậy ta chọn theo TCVN 4054 như sau:

Bảng 2- 3. Độ mở rộng phần xe chạy, E

(m)

250

200

175

150

125

(m)

0,6

0,8

1,0

2.2.3. Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế bình đồ:

2.2.3.1. Xác định tầm nhìn xe chạy -

Tầm nhìn hãm xe, S

Hình 2- 5. Sơ đồ tầm nhìn hãm xe S

+ Đường cấp IV, địa hình đồi có vận tốc thiết kế V

=60km/h;

+ Hệ số sử dụng phanh chọn k=1,2;

+ Hệ số bámφ=0,5;

+ Độ dốc dọc i=2%;

+ Chiều dài đoạn dự trữ an toàn l

=10m.

V kV

60 1,2×60

Ta có: S

= + +l

= + +10=62,1(m)

3,6 254 (φ−i) 3,6 254 (0,5−0,02)

Theo Bảng 10 TCVN 4054-2005 S

=75m với đường thiết kế cấp IV, tốc độ thiết kế

=60km/h

Kiến nghị chọn S

=75m

-Tầm nhìn trước xe ngược chiều, S

Hình 2- 6. Sơ đồ tầm nhìn trước xe ngược chiều S

V kV

φ 60 1,2×60

×0,5

S2=1,8 + 254(φ2−i2) +lo=1,8+ 254(0,52−0,022) +10=77,4 (m)

Theo Bảng 10 TCVN 4054-2005 S

=150m với đường thiết kế cấp IV, tốc độ thiết kế

=60km/h

Kiến nghị chọn S

=150m -Tầm

nhìn vượt xe, S

Hình 2- 7. Sơ đồ tính tầm nhìn vượt xe

Giả thiết xe con chạy với vận tốc V

=60km/h chạy sang làn ngược chiều để vượt xe tải

chạy chậm hơn với tốc độ V

=40km/h

Sxv=

V631×,5(×V(1φ+−Vi2))+l0=6360,5××((060,5+−400,02) )+10=206 (m)

Theo Bảng 10 TCVN 4054-2005 S

=350m với đường thiết kế cấp IV, tốc độ thiết kế

=60km/h

Kiến nghị chọn S

=350m

2.2.3.2. Tính các bán kính đường cong nằm nhỏ nhất: R

min

ksc

min

-Bán kính tối thiểu giới hạn khi có siêu cao:

+Vận tốc tính toán: V=V

=60km/h

+Hệ số lực ngang lớn nhất:μ=0,15

+Độ dốc siêu cao tối đa: i

max

=0,07

Ta có:

V 2 602 Rmin=

127(μ+imax

)

=127× (0,15+0,07) =128,85 (m)

Theo bảng 11 trong TCVN 4054-2005 R

min

=125m

Kiến nghị chọn R

min

=130m

-Bán kính tối thiểu khi không có siêu cao:

Đây là trường hợp khi có điều kiện làm bán kính lớn và không cần thiết phải bố trí siêu cao,

lúc đó mặt cắt ngang làm hai mái và i

=−i

, độ dốc ngang tối thiểu thoát nước.

+Vận tốc tính toán:V=V

=60km/h

+Hệ số lực ngang: μ=0,08 +Độ dốc

ngang mặt đường: i

=0,02 Ta có:

2 2

Rminksc = V = 60 =472,4 (m)

127(μ−i

) 127×(0,08−0,02)

Theo Bảng 11 TCVN 4504-2005 R

min

ksc

=1500m

Kiến nghị chọn R

min

ksc

=1500m

-Bán kính tối thiểu thông thường:

Đây là trị số khuyến khích nên dùng, trong đó tốc độ tính toán cộng thêm 20km/h, theo tốc độ

đó chọn hệ số lực ngang, siêu cao là trị số tối đa trừ đi 2%.

+Vận tốc tính toán V=V

+20=60+20=80km/h;

+Hệ số lực ngang ứng với V=80km/h là μ=0,135;

+Độ dốc siêu cao: i

max

−2%=7 %−2%=5%

min V

Ta có: R

= ==272,4 (m)

127×(μ+i

) 127× (0,135+0,05)

Theo Bảng 11 TCVN 4504-2005 R

min

=250m

Kiến nghị chọn R

min

=273m

C, Tính toán chiều dài đường cong chuyển tiếp và đoạn nối siêu cao -

Đoạn nối siêu cao:

Độ dốc dọc trên đường cấp IV: I

=1% Chiều

dài đọan nối siêu cao:

H isc ×b 0,05×9

Lnsc= ip = ip= 0,01 =45(m)

Chiều dài đoạn quay phía lưng đường cong từ dốc ngang −i

đến 0:

×b 0,02×9

= i

= 2i

=2×0,01=9(m)

Chiều dài đoạn quay phía lưng đường cong từ dốc ngang 0 đến i

×b

0,02×9

= ip

2ip

2×0,01=9(m)

Chiều dài đoạn quay phía lưng đường cong từ dốc ngang 0 đến i

nsc

−(L

)=45−(9+9)=27 ( m)

Theo bảng 14 TCVN 4054-2005 với i

=5%, V

=60km/h thì L

nsc

=55m>45m.

Giá trị đoạn nối siêu cao theo TCVN 4054 lớn hơn giá trị tính toán đã xét đến nhiều yếu tố và

thiên về an toàn vì vậy ta chọn theo TCVN 4054.

Bảng 2- 4. Độ dốc siêu cao (i

) và chiều dài đoạn nối siêu cao (L

nsc

)

R (m)

Isc

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

nsc

(m)

D, Xác định chiều dài đoạn chêm giữa 2 đường cong nằm

Đoạn thẳng tối thiểu cần chêm giữa hai đường cong có siêu cao là:

L1 L2 +

m ¿ 2 2 (m)

Trong đó:L

(m) lần lượt là chiều dài chọn bố trí đoạn nối siêu cao ứng với bán

kính R

, R

(m)

Vì chưa cắm được tuyến cụ thể trên bình đồ nên chưa thể biết giá trị cụ thể của bán kính

và R

là bao nhiêu, do vậy để tiện dụng về sau, ở đây cho một nhóm bán kính này (R

) ghép

với bất kỳ một nhóm bán kính khác (R

) từ đó tính ra trị số m tương ứng. Sau này trong giai

đoạn thiết kế bình đồ tuyến, tuỳ từng trường hợp cụ thể ta sẽ vận dụng bảng 2.5 để kiểm tra

chiều dài các đoạn chêm m xem có đủ không.

Bảng 2- 5. Trị số chiều dài tối thiểu đoạn chêm

R (m)

L(m

)

62.5

57.5

62.5

57.5

52.5

2.2.4. Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế trắc dọc

A, Xác định độ dốc lớn nhất cho phép (i

dmax

)

Độ dốc dọc i

dmax

tính toán được xác định từ giá trị nhỏ hơn trong 2 điều kiện sau:

+Điều kiện sức kéo của ô tô

+Điều kiện sức bám của ô tô với mặt đường

-Theo điều kiện sức kéo: sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản của đường

Khi xe chạy với vận tốc không đổi thì: i

=D−f

D- là nhân tố động lực của xe f – là hệ số sức

cản lăn

-Theo điều kiện sức bám: Để đảm bảo bánh xe không quay tại chỗ khi leo dốc trong điều

kiện bất lợi nhất thì sức kéo phải nhỏ hơn sức bám của bánh xe với mặt đường.

ibmax=D'−f

-Theo TCVN 4054 đối vời đường cấp IV, địa hình đồng bằng và đồi quy định độ dốc dọc lớn

nhất là 7% lớn hơn các giá trị tính toán cho một số loại xe tải. Do vận tốc tính toán không

phải là vận tốc xe chạy thực nên có thể dùng giá trị độ dốc dọc lớn nhất theo TCVN 4054.

B, Tính bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu

Bán kính đường cong đứng lồi thiết kế cần đảm bảo tầm nhìn ban ngay trên đường cong, tức

là người lái phải nhìn thấy chướng ngại vật cố định. Bán kính đường cong lồi được xác định

như sau:

min S

62,1

lồi

= 2d=2×1,2=1606,84(m)

-tầm nhìn hãm xe, m; d-chiều cao mắt người lái

trên mặt đường, d=1,2m.

C, Tính bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu

Bảo đảm hạn chế mức độ gia tăng gia tốc ly tâm: trên đường cong đứng lõm, lực ly tâm gia

thêm vào tải trọng, gây khó chịu cho hành khách và gây nên siêu tải cho lò xo của xe. Để hạn

chế gia tốc ly tâm không được vượt quá 0,5÷0,7m/s

, khi đó bán kính trên đường cong đứng

lõm cần lơn hơn giá trị sau:

V 2 602

lõm

= = =533,85 (m)

13×a 13×0,5

Đồng thời bán kính đường cong đứng lõm cũng phải đảm bảo điều kiện tầm nhìn xe chạy

ban đêm

S21 62,12

Rr=2(hp+S1

sinα)=2×(0,75+75×sin1o)=936,5(m)

- tầm nhìn hãm xe, m h

- chiều cao đèn pha, đối với xe

con h

=0,75m; α- góc tỏa của chùm sang đèn pha (theo

chiều đứng) α=1

Bảng 2- 6. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ

thuật của tuyến đường

STT

Các chỉ tiêu kĩ thuật

Đơn vị

Tính

toán

Tiêu chuẩn

Kiến nghị

lựa chọn

Cấp hạng đường

Cấp thiết kế

Vận tốc thiết kế

km/h

Lưu lượng xe năm thứ 15

xeqđ/ngđ

2156

>500

2156

Bề rộng một làn xe

3.34

3.5

Bề rộng phần xe chạy

Bnền đường

Blề gia cố

0,5

Blề đất

0,5

Số làn xe

làn

0.383

Rminnằm giớihạn

128,85

125

130

Bán kính không siêu cao,

472,4

1500

Bán kính nằm tối thiểu tt,

272,4

250

273

Tầm nhìn 1 chiều, S

62,1

Tầm nhìn trước xe ngược chiều S

77,4

150

Tầm nhìn vượt xe, S

206

350

BK đường cong đứng lồi min,R

min

lồi

1606,84

2500

Bk đường cong lõm min,R

min

lõm

936,5

1000

idmax

i ngang mặt đường và lề gia cố

i ngang lề đất

Chiều dài đoạn nối siêu cao

Xem chi tiết

bảng 2.4

Xem bảng

tra tiêu

chuẩn

Xem bảng

tra tiêu

chuẩn

Chiều dài đoạn chêm tối thiểu

Xem chi tiết

bảng 2.5

Độ mở rộng phần xe chạy E

Xem chi tiết

bảng 2.3

Xem bảng

tra tiêu

chuẩn

Xem bảng

tra tiêu

chuẩn

CHƯƠNG 3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ THIẾT KẾ

3.1. Các kết quả thiết kế tuyến bình đồ

3.1.1. Nguyên tắc thiết kế

3.1.1.1. Phân tích và hoàn thiện bình đồ

Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật đã chọn ở chương 2.

Tránh các khu vực dân cư, khu vực di tích lịch sử.

Bảo đảm các chỉ tiêu về kinh tế, giảm thiểu chiếm dụng đất canh tác và di

dời nhà cửa, tránh đền bù giải toả, giảm thiểu kinh phí xây dựng.

Hệ số triển tuyến hợp lý.

Qua các điểm nơi khống chế: các điểm khống chế có thể là các điểm sau:

+ Điểm đầu và điểm cuối tuyến

+ Vị trí vượt sông thuận lợi

+ Cao độ khu dân cư, thị trấn, thành phố

+ Nơi giao nhau với các tuyến giao thông khác

Tránh qua các khu vực có địa chất phức tạp, đầm lầy, ao hồ, điạ hình

không ổn định, mực nước ngầm cao.

Thực hiện công việc điền cao độ bình đồ xác định khoảng cách giữa 2

điểm tuyến B7- B11:

+ Cao độ B7: 330 (m)

+ Cao độ B11: 340 (m)

Khoảng cách theo đường chim bay từ B7-B11: 2,258(km)

3.1.1.2. Xác định đường hướng dẫn tuyến

Cao độ giữa các điểm khống chế.

Vị trí hai điểm khống chế nằm dọc theo 1 bên theo hướng phân thủy hoặc

đường tụ thủy của địa hình.

Vị trí hai điểm khống chế nằm ở 2 bên đường phân thủy hoặc tụ thủy.

Tại những vùng có khó khăn về bình đồ phải tiến hành đi bước compa:

ΔH 1

λ= ×

Trong đó: H - là chênh cao giữa hai đường đồng mức liên tiếp, H = 5m

M - là tỷ lệ bản đồ

()

- là độ dốc dọc đều của tuyến, i

= i

max

– 0,02= 0,05

5 1

Do đó: λ =

0,05

10000

= 1 cm (trên bình đồ)

Hướng tuyến sơ bộ trên Hình 3-2.

Hình 3-2. Đường dẫn tuyến theo bước compa sơ bộ

3.1.1.3. Phóng tuyến và định đỉnh

Phương án tuyến sơ bộ trên Hình 3-2

Nhận xét sơ bộ về phương án tuyến:

+ Phương án tuyến có sự bám địa hình tốt nhất, vượt qua các vị trí đèo thích

hợp nhất. Đồng thời, phương án tuyến này ít phải cắt qua các điểm tụ thủy, tuyến nằm

song song phân thủy nhiều giúp thoát nước mặt đường tốt, hạn chế phải bố trí cống thoát

nước. Phương án tuyến nằm trên vùng có sự ổn định tốt về địa chất. Đảm bao cho công

tác thi công cũng như khi đưa vào khai thác công trình.

→ Kết luận phù hợp với các yếu tố về kỹ thuật và kinh tế. Vậy lựa chọn phương

án tuyến trên đi qua 2 điểm B7-B11. 3.1.2. Bố trí cong nằm và rải cọc trên tuyến

Sau khi triển tuyến trên bình đồ, đo các góc chuyển hướng (góc ngoặt), dựa vào

địa hình tại các đỉnh ta chọn được bán kính đường cong nằm phù hợp.

Sau khi xác định các đoạn thẳng cong, tiến hành rải cọc trên tuyến:

Cọc lý trình thể hiện KM1

Cọc 100m được ký hiệu H1 H9.

Cọc yếu tố đường cong bao gồm TD1 TD3, P1 P3, TC1 TC3.

Cọc cống được kí hiệu C1.

Được thể hiện cụ thể trên Hình 3-3.

Hình 3-3. Bố trí đường cong nằm và rải cọc trên tuyến

3.1.3. Tính toán các yếu tố đường cong nằm

Chọn R

nằm

cố gắng bố trí R

nằm

lớn để đảm bảo điều kiện xe chạy (nên chọn 2

đường cong liền kề có tỷ số giữa hai bán kính R

và R

i+1

≤ 2.0)

π×R×α

Chiều dài đường cong: K =

180

(m)

R×−1

) Phân cự: P =

cos

(m)

Chiều dài đoạn tiếp tuyến: T = R tg(m)

Hình 3-4. Các yếu tố đường cong nằm

3.1.4. Kết quả thiết kế

Các kết quả được tổng hợp Bảng 3-1, Bảng 3-2, Error: Reference source not

found .

Bảng 3-1. Tổng hợp các yếu tố bình đồ

STT

Chỉ tiêu

Phương án tuyến

Chiều dài tuyến (m)

2258

Hệ số triển tuyến

1.104

Số góc ngoặt

Rnằmmin (m)

150

Bảng 3-2. Các yếu tố cơ bản của đường cong nằm

STT

Lý trình

đỉnh

Góc chuyển hướng

Các yếu tố cơ bản

của đường cong

Trái

Phải

R(m

)

T(m)

P(m)

K(m)

Km0+375.3

50'34.22''

250

84,93

14,0

163,7

Km0+814.3

136˚3'7.74''

250

40,27

3,22

79,86

Km1+112.4

133

13'56.31''

200

117,0

31,7

211,8

Km1+687.4

133

13'56.31''

200

86,68

17,9

163,0

Bảng 3-3. Bảng cao độ tự nhiên trên mặt cắt dọc

STT

Tên cọc

Khoảng cách lẻ

(m)

Khoảng cách

cộng dồn (m)

Cao độ tự nhiên

(m)

Km 0+0

329.939

100

336.1247

100

200

337.1374

TD1

93.47

293.47

333.5886

6.5

300

333.3297

75.3

375.3

332.4678

24.65

400

332.8854

TC1

57.22

457.22

334.9958

42.7

500

336.7341

100

600

338.5153

100

700

338.7475

TD2

74.54

774.54

339.3654

25.45

800

339.5285

14.7

814.7

339.5245

TC2

39.3

854.4

339.3086

45.5

900

339.6168

Km 1

100

1000

339.1323

TD3

1032

338.3491

67.01

1100

334.5475

12.43

1112.43

333.9887

42.73

1155.17

331.5015

TC3

36.7

1191.8

334.9846

8.11

1200

336.087

100

1300

345.7325

100

1400

350.5844

100

1500

350.729

100

1600

350.0092

TD4

6.04

1604

349.9624

81.8

1687

351.0448

1700

351.3952

TC4

69.65

1769

354.0703

30.34

1800

355.1211

100

1900

355

Km 2

100

2000

355.0262

100

2100

352.3345

100

2200

345.4406

KM2 +285

2285z

340

CHƯƠNG 4. QUY HOẠCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH THOÁT

NƯỚC

4.1.1. Xác định vị trí đặt cống trên bình đồ

4.1.1.1. Nguyên tắc

Công trình thoát nước ngang đường nhằm mục đích không gây đọng nước

trong phạm vi đường và không để dòng chảy gây phá hoại các hạng mục đường, vị trí

đặt công trình:

Nơi tuyến cắt ngang đường tụ thủy.

Nơi địa hình không hình thành tụ thủy rõ ràng nhưng khi tuyến đường xuất hiện

tạo nên túi nước, gây đọng nước trên đường.

Dựa trên tuyến đường thực tế trên bình đồ, ta lựa chọn được 3 khu vực cần đặt

cống thoát nước.

Do tuyến đường khó bố trí đi lên trên đường phân thủy, nên khi tuyến men theo

sườn dốc thì có suất hiện túi nước gây đọng nước. Yêu cầu bố trí cống tại điểm có lý

trình.

Vị trí cần đặt cống là những nơi có suối nhỏ và nơi có tụ thủy mà tuyến đi qua.

Kết quả xác định vị trí đặt cống được thể hiện trong Bảng 3-4 và Hình 3-5.

Bảng 3-4. Bảng vị trí cống trên tuyến

Cống

Lý trình

Km 1+155.1

Hình 3-5. Diện tích lưu vực F1,F2 và F3

4.1.1.2. Xác định lưu lượng tính toán 𝑸𝑸%

Theo tiêu chuẩn tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ TCVN 9845-2013, lưu

lượng tính toán ứng với tần suất xuất hiện p% tại vị trí công trình như sau:

𝑸𝑸% = 𝑸. 𝑸𝑸%. 𝑸. 𝑸𝑸%. 𝑸

Trong đó: 𝑸𝑸- lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế p% của trạm đại

diện cho lưu vực tính toán;

F- diện tích lưu vực tính toán;

𝑸- hệ số dòng chảy lũ; 𝑸- hệ số xét tới làm giảm lưu lượng đỉnh lũ do

ao hồ trong khu vực;

𝑸𝑸- mô đun đỉnh lũ với tần suất thiết kế.

Với các giá trị trong biểu thức được tính toán và lựa chọn như sau:

Theo quy định về tần suất lũ tính toán p% (bảng 30- TCVN 4054-2005) quy

định: Với đường có cấp thiết kế IV và tính tần suất cho cầu nhỏ và cống 𝑸% = 4%.

Lượng mưa ngày lớn nhất tương ứng với tần suất thiết kế 4% của trạm đại

diện gần khu vực Duy Tiên-Hà Nam là trạm Đồng Văn (theo danh sách trạm đại diện

trong phụ lục B - TCVN 9845-2013) → 𝑸

= 285 𝑸𝑸 (theo số liệu phụ lục 15 [4]).

Khu vực Duy Tiên-Hà Nam nằm trong vùng mưa VIII: vùng biển từ Hải

Phòng đến Thanh Hóa (theo bảng 3 trong TCVN-9845-2013).

Do không có số liệu thực tế khảo sát để tham khảo, ta chọn cấp III là cấp đất

đại diện để tính toán.

Diện tích lưu vực:

• Lưu vực : F1=6,56km

Hệ số dòng chảy lũ thiết kế được tra trong bảng A.1 TCVN-9845-2013 với

giá trị 𝑸

= 285 𝑸𝑸, cấp đất III và 1≤𝑸 ≤ 10 𝑸𝑸

là 𝑸 = 0,85 đối với lưu vực 1.

Hệ số triết giảm lưu vực do ao hồ trên khu vực, do trên lưu vực không có

aohồ, đầm lầy nên chọn 𝑸 = 1.

Độ nhám sườn dốc trên lưu vực: Tính thiên về an toàn và sự thay đổi theo

thời gian và với đồ án không có nhiều thông tin khảo sát nên ta chọn được 𝑸

𝑸𝑸

= 0,2.

Độ nhám lòng suối: Theo phân cấp trong tiêu chuẩn TCVN 9845-2013, với

lòng sông có cỏ mọc, có đá, chảy không lặng, suối không có nước thường xuyên. Suối

chảy quanh co, không thường xuyên và lòng tắc nghẽn. Vậy ta chọn 𝑸

𝑸𝑸

= 8 để tính toán.

Độ dốc sườn dốc lưu vực: Thực hiện đo trung bình độ dốc và hướng sườn

dốc trong lưu vực. Ta thu được kết quả cho 3 lưu vực như sau:

• Lưu vực F1: J

𝑸𝑸

= 0.03%

Độ dốc lòng suối: Thực hiện đo độ dốc trung bình của các đoạn suối chính

trên các lưu vực. Ta thu được các kết qua sau:

• Lưu vực F1: J

𝑸𝑸

= 0.08%

Chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực:

=1,8

¿¿

(với sườn dốc 2 mái)

1000 F

= 0,9

¿¿

(với sườn dốc 1 mái)

Xác định đặc trưng địa mạo sườn dốc 𝑸

𝑸𝑸

: Hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc

được xác định theo công thức sau:

Φsd= 0,3

msd J sd ¿¿

Kết quả tính toán Bảng 3-5.

Bảng 3-5. Bảng thông số các lưu vực

Lưu vực

Diện tích

lưu vực

𝑸 (𝑸𝑸

)

Chiều dài

lòng chính

𝑸 (𝑸)

Chiều dài

suối nhánh

l (𝑸)

𝑸

𝑸𝑸

(𝑸)

𝑸

𝑸𝑸

𝑸𝑸𝑸

0.65

1076

805

117,6

8,1

Xác định đặc trưng địa mạo thủy văn lòng suối 𝑸

𝑸𝑸

1000L

1/3

1/4

mls I ls F

¿¿

Các giá trị thông số địa mạo thủy văn lòng sông như sau:

• Lưu vực F1: 1000L

Φls= 1/3

1/4 mls Jls F

¿¿

Xác định mô đun tương đối của dòng chảy lớn nhất 𝑸

• Lưu vực F1: Từ 𝑸

𝑸𝑸

= 1,7, 𝑸

𝑸𝑸

= 61 và vùng mưa XVIII, mô đun tương đối

của dòng chảy lớn nhất là 𝑸

= 0,170.

Xác định 𝑸

• Lưu vực F1: 𝑸

= 𝑸

× 𝑸 × 𝑸

= 0,170 × 0,74 × 160× 0,116 × 1

= 2,3 (m

/s)

Các kết quả tính toán được thống kê Bảng 3-6.

Bảng 3-6. Bảng kết quả tính toán thủy văn công trình cầu cống

STT

(km

)

(km)

∑l

(km)

𝑸

𝑸𝑸

𝑸

𝑸𝑸

𝑸𝑸𝑸

𝑸4%

𝑸

𝑸𝑸𝑸𝑸

(𝑸

/s)

0.65

0,054

0,2

0,117

0,74

1,7

8,1

0,170

12.26

4.1.2. Lựa chọn loại, khẩu độ công trình

Dự kiến dùng cống tròn BTCT theo loại miệng thường, chế độ chảy không áp

Căn cứ vào Qd đã tính, chọn các phương án khẩu độ cống đảm bảo:

Số lỗ cống không nên quá 3 lỗ.

Số đốt cống là chẵn và ít nhất.

Kết quả lựa chọn thống kê Bảng 3-7.

Bảng 3-7. Bảng thống kê lựa chọn loại, khẩu độ công trình

Lưu

vực

4 %

/s)

Loại cống

Đường kính

12.26

I –2,5 m × 2

2,5

2.54

3,84

4.1.3. Bố trí công trình trên trắc ngang, trắc dọc

4.1.3.1. Nguyên tắc bố trí

Bố trí cửa ra của cống trùng với mặt đất tự nhiên.

Khi dốc dọc của khe suối tại vị trí làm cống nhỏ hơn 10% khe suối thẳng

thường bố trí cống theo độ dốc của suối. Như vậy thì giảm được khối lượng đất đào ở

cửa vào của cống, và dòng chảy trong cống gần với dòng chảy tự nhiên của suối.

4.1.3.2. Xác định cao độ khống chế tại vị trí cống

Với cống, cao độ nền đường tối thiểu phải thỏa mãn ba yêu cầu:

• 𝑸𝑸ề𝑸 𝑸𝑸𝑸 = Hnước dâng + 0,5𝑸

• 𝑸𝑸ề𝑸 𝑸𝑸𝑸 = Hđỉnh cống + Hđấp

• 𝑸𝑸ề𝑸 𝑸𝑸𝑸 = Háo đường + 30c𝑸

Việc xác định cao độ khống chế trên cống và bố trí cống trên mặt cắt ngang được cho

trong phần phụ lục. Bảng 3- 6. Cao độ nền đường tối thiểu

STT

Lý trình

Loại

cống

CĐTN

CĐĐC

CĐKC

Hnềnmin

Km1+155,1

I-2,5m

331.41

331.53

334.61

1.1.1.1. Mặt cắt cống

Hình 3- 6. Mặt cắt ngang nền đường tại vị trí cống số 1

4.2. THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC

4.2.1. Các căn cứ thiết kế

Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005

Dựa vào yêu cầu thiết kế của tuyến B7-B11

Dựa vào bình đồ tỉ lệ 1/10000, trắc dọc tự nhiên, thiết kế thoát nước của tuyến

Dựa vào số liệu địa chất, thuỷ văn

4.2.2. Mục tiêu và số liệu đầu vào

Thiết kế mặt cắt dọc dựa trên bình đồ tuyến đường thiết kế, ta tiến hành

vạch đường đỏ đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật của cấp đường và đáp ứng các mục

tiêu kinh tế trong công trình.

Thiết kế trắc dọc tuân thủ các yếu tố kĩ thuật sau đây:

Trong mọi trường hợp bán kinh đường cong lồi, đường cong lõm không được vị

phạm tiêu chuẩn giới hạn quy định đối với cấp đường thiết kế;

Chiều dài đoạn đổi dốc: 150 (m) đối với V=60km/h đường cấp IV- khu vực đồng

bằng và đồi (TCVN 4054 – 2005);

Độ dốc dọc lớn nhất i

max

=6%;

Đảm bảo thoát nước rảnh dọc: Trong đường đào, nửa đào nữa đắp, đắp thấpi

dốcmin

≥ 0.5% ( cá biệt là 0.3% nhưng chỉ được bố trí trên chiều dài < 50 m )

Đảm bảo cao độ khống chế tại các vị trí như đầu tuyến, cuối tuyến, các nút giao,

đường ngang, đường ra vào các khu dân cư, cao độ mặt cầu, cao độ nền đường

tối thiểu trên cống, cao độ nền đường tối thiểu tại các đoạn nền đường đi dọc

kênh mương, các đoạn qua cánh đồng ngập nước; Các cao độ khống chế sau

đây:

Cao độ khống chế tại điểm đầu D2: 445

Cao độ không chế tại điểm cuối D4: 445

Cao độ khống chế tại các điểm cống:

Khi vạch đường đỏ phải cố gắng bám sát địa hình để đảm bảo các yêu cầu về

kinh tế cũng như sự thuận lợi cho thi công

Trắc dọc tuyến phải thỏa mãn yêu cầu cho sự phát triển bền vững của khu vực,

phù hợp với sự phát triển quy hoạch của các đô thị và công nghiệp hai bên tuyến

Kết hợp hài hòa với các yêu tố hình học của tuyến tạo điều kiện thuận lợi nhất

cho phương tiện và người điều khiển, giảm thiểu chi phí vận doanh trong quá

trình khai thác.

Kết hợp hài hoà với các yếu tố cảnh quan, các công trình kiến trúc trong khu vực

tuyến đi qua.’

4.2.3. Đề xuất phương án tuyến

4.2.3.1. Phương pháp thiết kế trắc dọc

Ở vùng đồi thấp có độ dốc địa hình nhỏ, mặt cắt dọc mặt đất tự nhiên thường

nhỏ hơn độ dốc giới hạn lớn nhất cho phép đối với cấp đường, vì vậy thường thiết kế

theo phương pháp đi bao tức là đường đổ gần như song song với đường đen. Phương

pháp này đào đắp ít, dễ ổn định, ít làm thay đổi cảnh quan môi trường, chế độ thủy nhiệt

thuận lợi.

4.2.3.2. Đề xuất

Xác định vị trí các điểm khống chế:

Các điểm không chế bao gồm: điểm đầu tuyến, điểm cuối tuyến, các vị trí đắp trên cống

(đã được xác định trong bước tính thủy văn và bố trí công trình thoát nước).

Xác định vị trí các điểm mong muốn:

Độ dốc ngang sườn nơi tuyến đi qua có độ dốc < 30%, vì thế để thuận lợi cho thi công và

giá thành xây dựng là nhỏ nhất cố gắng đi đường đỏ để tạo được nền đường có dạng chữ L

hoặc nửa đào nửa đắp.

Cân bằng đào đắp dọc tuyến áp dụng với các tuyến đường vùng đồi núi, tận dụng đất đào

chuyển sang đắp sẽ có lợi trên các mặt: Cải thiện độ dốc dọc thiết kế, hạn chế tác động môi

trường do đổ thải hoặc do khai thác mỏ đất, chủ động tổ chức trong công trường.

Từ các cao độ mong muốn này, chấm lên trên trắc dọc. Khi đi đường đỏ sẽ cố gắng đi qua

càng nhiều các điểm khống chế mong muốn càng tốt, nhưng cũng phải đảm bảo tới cao độ

khống chế trên trắc dọc.

4.2.3.3. Thiết kế đường cong đứng

Đường cong đứng được bố trí theo yêu cầu hạn chế lực ly tâm, đảm bảo tầm nhìn

ban ngày và ban đêm. Ngoài ra việc bố trí đường cong đứng còn làm cho trắc dọc được

liên tục hài hoà hơn.

Đường cong đứng thường thiết kế theo đường cong tròn.

Các yếu tố đặc trưng của đường cong đứng xác định theo các công thức sau:

Chiều dài đường cong đứng tạo bởi 2 dốc : K = R (i

- i

) (m)

R×(i

−i

)

Tiếp tuyến đường cong: T =

(m)

Phân cự: p = 2R (m)

Kết quả thiết kế đường cong đứng :

Trên tuyến có tất cả đường cong đứng ( 3 đường cong lồi và 3 đường cong lõm)

trong đó bán kính lớn nhất là R= 4000 m và nhỏ nhất là 1500 m.

Bảng 3- 8. Các thông số đường cong đứng

Lý trình

Bán kính

(%)

K (m)

T (m)

p (m)

R(m)

đỉnh

Lồi

Lõm

Km0+200

2500

1.82

-2.17

75.3

41.30

0.34

Km0+375

1500

-2.17

1.43

59.68

28.22

0.26

Km0+800

4000

1.43

-1.64

80.88

54.4

0.39

Km1+154,28

1500

-1.64

5.94

61.92

57.28

1.09

Km1+400

2500

5.94

1.71

80.98

60.85

0.74

Km2

4000

1.71

3.96

55.6

100.7

1.26`

4.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG

4.3.1. Các căn cứ thiết ké

Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005

Dựa vào yêu cầu của tuyến B7 – B11 về quy mô mặt cắt ngang

Dựa vào điều kiện địa chất, thuỷ văn, tình hình thoát nước…

4.3.2. Các thông số mặt cắt ngang tuyến B7 – B11

Mặt cắt ngang được thiết kế cho toàn tuyến như sau:

Bề rộng chung nền đường: B = 9 m

Độ dốc ngang mặt đường phần xe chạy và lề gia cố: i = 2%

Độ dốc ngang phần lề đất: i = 6%

Bề rộng phần xe chạy: 2 3.5 = 7 m

Bề rộng phần lề gia cố: 2 0.5 m Bề

rộng phần lề đất : 2 0.5 m

Độ dốc mái taluy nền đào: 1:1

Độ dốc mái taluy nền đắp: 1:1.5

Rãnh dọc hình thang đáy nhỏ 0.4 m, độ dốc là 1:1

Chiều dày bóc hữu cơ là 0.3 m

Hình 3- 9. Mặt cắt ngang thiết kế

4.3.3. Tổng hợp trắc ngang điển hình trên tuyến

Hình 3- 10. Nền đào hoàn toàn

Hình 3- 11. Nền đắp hoàn toàn

Hình 3- 12. Nền nửa đào nửa đắp

Hình 3- 13. Mặt cắt ngang trong đường cong có siêu cao

4.4. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐÀO ĐẮP

Khối lượng đào đắp được tính cho từng mặt cắt ngang, sau đó tổng hợp trên toàn

tuyến, công thức tính:

V= F1+2F2 ×L12(m3)

Trong đó :

vàF

- là diện tích đào đắp tương ứng trên 2 trắc ngang kề nhau (đơn vị m

) L

- là khoảng cách giữa 2 trắc ngang đó (m)

Với sự trợ giúp của phần mềm ADS civil, việc tính được khối lượng đào đắp khá

chính xác. Kết quả được thể hiện trong bảng dưới đây

Bảng 3- 9. Bảng tổng hợp khối lượng đào đắp

BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG

琀

Tên cọc

Kc.lẻ

Diện 琀 ch thực 琀 nh

Diện 琀 ch trung bình

Khối lượng

Đào

nền

Đắp

nền

Vét

hữu

cơ

Đào

nền

Đắp

nền

Vét

hữu

cơ

Đào nền

Đắp nền

Vét hữu

cơ

Km 0+0

60.5

5.8

100.0

5.6

30.3

2.9

561.4

3025.5

289.8

11.2

100.0

9.1

1.0

0.4

910.6

97.2

39.3

7.0

1.9

0.8

93.5

3.5

16.8

2.7

326.4

1570.4

251.4

TD1

31.7

4.6

6.523

32.8

4.7

0.0

214.3

30.4

34.0

4.7

75.3

0.2

30.0

4.5

17.3

2261.1

342.8

0.5

26.0

4.4

24.7

0.6

22.8

4.1

13.8

563.1

101.7

0.7

19.7

3.9

57.2

4.3

11.2

2.4

243.8

641.7

139.5

TC1

7.9

2.7

1.0

42.8

15.8

1.4

0.5

674.0

58.2

21.5

23.7

100

26.1

2612.0

28.6

100

19.9

1985.9

11.1

74.5

8.7

1.4

0.5

648.8

105.7

39.0

TD2

6.3

2.8

1.0

25.5

6.6

2.4

0.9

167.0

60.0

23.0

6.8

1.9

0.8

14.5

7.0

1.4

0.6

101.1

20.6

8.7

7.1

1.0

0.4

39.9

7.9

0.6

0.3

314.8

25.0

11.6

TC2

8.6

0.3

0.1

45.6

16.4

0.1

749.1

6.6

3.2

24.2

100.0

34.0

3399.0

Km 1

43.8

33.0

42.2

0.0

1390.4

0.0

TD3

40.5

0.0

67.0

20.7

2.9

1.2

1387.9

195.5

81.5

0.9

5.8

2.4

12.4

0.6

9.3

3.0

7.6

115.8

37.0

0.3462

12.8

3.5

42.7

0.2

39.1

4.8

7.4

1672.1

206.2

65.5

6.1

36.7

0.0

44.9

5.2

0.0

1647.6

190.1

TC3

24.3

4.2

8.1

0.0

19.2

3.9

0.0

155.9

31.4

14.2

3.5

100.0

23.3

7.1

1.8

2332.8

708.2

177.0

46.7

100.0

43.713

4371.3

40.8

100.0

27.9

0.0

2788.3

0.0

15.0

0.0

100.0

7.7

7.8

1.8

767.8

776.0

179.1

0.4

15.5

3.6

6.0

0.2

16.6

3.7

1.1

100.5

22.2

TD4

17.7

3.8

81.8

0.2

16.1

3.7

15.6

1312.9

301.9

0.4

14.4

3.6

12.2

0.4

12.9

3.5

5.1

157.2

42.3

0.5

11.5

3.3

69.7

11.0

5.7

1.7

767.8

399.9

116.3

TC4

21.6

0.0

30.3

26.8

0.0

812.0

0.0

31.9

0.0

100.0

23.2

0.0

2318.3

0.0

14.4

0.0

100.0

15.0

0.0

1501.1

0.0

Km 2

15.6

0.0

100.0

16.7

0.0

1671.8

0.0

17.9

0.0

100

8.9

13.5

2.1

893.0

1350.0

206.7

27.0

4.1

85.5

0.0

46.3

5.1

0.0

3962.1

435.7

2+285.54

65.6

6.1

Tổng

33764.3

21202.9

3329.2

CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

5.1. Cơ sở thiết kế

5.1.1. Quy trình, quy phạm áp dụng để thiết kế

+ Đường ô tô - yêu cầu thiết kế: TCVN 4054-2005 [1]

+ Thiết kế đường ô tô tập 2 [2]

+ Áo đường mềm - các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế: 22TCN 211-2006 [3]

5.1.2. Thiết kế các phương án kết cấu áo đường

Mặt đường là bộ phận trực tiếp chịu sự phá hoại thường xuyên của các phương

tiện giao thông và các yếu tố của môi trường tự nhiên, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất

lượng vận hành và khai thác của đường cũng như giá thành xây dựng công trình.

5.1.3. Yêu cầu đối với áo đường

- Có đủ cường độ để chống lại sự biến dạng trượt kéo, uốn và ổn định vềcường

độ (tính theo trạng thái giới hạn của vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi).

- Mặt đường phải đảm bảo độ nhám để nâng cao hệ số bám giữa bánh xe vớimặt

đường. Lớp trên cùng phải có một lớp tạo nhám để đảm bảo chiều sâu rắc cát trung bình H

đạt tiêu chuẩn theo quy định trong Bảng 28 [1].

Bảng 4.1: Yêu cầu về độ nhám của mặt đường

Tốc độ thiết kế V

(Km/h)

Chiều sâu rắc cát trung

bình H

(mm)

Đặc trưng độ nhám bề mặt

60 V < 80

0,35 H

Nhẵn

- Đảm bảo độ bằng phẳng: Phải đảm bảo đủ thông qua trị số gồ ghề quốc tế

IRI (mm/Km) được quy định ở Bảng 29 [1]

Bảng 4.2: Yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường theo chỉ số IRI

Tốc độ thiết kế V

(Km/h)

Chỉ số IRI yêu cầu (đường xây dựng mới)

2,5

Độ bằng phẳng cũng được đánh giá bằng thước dài 3,0m theo TCVN

88642011. Đối với mặt đường cấp cao A1 (bê tông nhựa và bê tông xi măng): 70% số

khe hở phải dưới 3mm và 30% số khe hở còn lại phải dưới 5mm.

- Đối với đường cấp VI vùng núi, đảm bảo vận tốc thiết kế V

= 60 Km/h.

- Yêu cầu về vệ sinh: càng ít bụi càng tốt, không độc hại...

- Đảm bảo điều kiện kinh tế (sử dụng đơn giá xây dựng cơ bản tỉnh QuảngNinh

tháng 6 năm 2018).

5.2. Số liệu thiết kế

5.2.1. Số liệu đất nền

Giả thiết đất nền là loại đất á cát, có loại hình chế độ thủy nhiệt và điều kiện

gây ẩm loại II (ẩm ướt theo mùa, không đảm bảo thoát nước mặt trên mặt đất nhưng

mực nước ngầm ở sâu). Các tính chất cơ lý và chế độ thủy nhiệt của loại đất này sau khi

được đầm lèn với độ ẩm tốt nhất và đạt được độ chặt yêu cầu đối với nền đường. Môdun

đàn hồi của loại đất này phụ thuộc vào sự thay đổi độ ẩm tương đối, các đặc trưng của

nền đất được chọn như sau:

Bảng 4.3: Bảng thông số đặc trưng của đất nền

Loại đất

Độ chặt

Độ ẩm tương đối a=

E(MPa)

Lực dính c

(MPa)

Góc ma sát

Á cát

0,98

0,65

0,02

5.2.2. Số liệu tải trọng xe

a. Tải trọng tính toán

Tải trọng trục tiêu chuẩn 100kN

Áp lực tính toán lên mặt đường p = 0,6 MPa

Đường kính vệt bánh xe D = 33 cm

Các số liệu tính toán: lưu lượng xe năm thứ 15 là 1267 xe/ng.đ Trong

đó:

Xe con

: 30%

Xe tải nhẹ

: 25% (trục trước 18kN, trục sau 56kN, bánh đôi)

Xe tải trung

: 30% (trục trước 25,8kN, trục sau 69,6kN, bánh đôi)

Xe tải nặng

: 15% (trục trước 48,2kN, trục sau 100kN, bánh đôi)

Hệ số tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm : q = 8%

Đặc trưng của các loại xe thiết kế chỉ xét đến các trục có trọng lượng trục từ 25 kN trở

lên, nên ta chỉ xét tới các loại xe tải trong thành phần dòng xe.

Bảng 4.4: Sự phân bổ tải ng lên các trục của các loại xe tải

Loại xe

Ptrục trước

(kN)

Ptrục

(kN)

Số trục

Số bánh của

mỗi cụm bánh ở

trục sau

K/c

giữa các

trục sau

(m)

Tải nhẹ (25%)

18,0

56,0

Cụm bánh đôi

Tải trung (30%)

25,8

69,6

Cụm bánh đôi

Tải nặng loại (15%)

48,2

100,0

Cụm bánh đôi

b. Tính toán lưu lượng xe

Công thức tính lưu lượng theo thời gian: N

= N

.(1+q)

(xe/ng.đ)

lưu lượng xe năm thứ nhất

= N

.(1+q)

=1267/(1+0.08)

=399 xe/ngđ.

Năm

399

587

862

1267

Xe con

120

176

259

380

Xe tải nhẹ

100

147

216

317

Xe tải trung

120

176

259

380

Tải nặng loại 1

129

190

c. Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn

Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo biểu thức 3.1[3]

(trục tiêu chuẩn/ngày đêm)

Trong đó:

: là số lần tác dụng của tải trọng trục i có tải trọng Pi cần quy đổi về tải trọng trục

tính toán Ptt

: hệ số trục được xác định theo biểu thức sau: C

= 1 + 1,2.(m – 1)

Với m là số trục của cụm trục i (cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như

nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m = 1, 2, 3)

Bất kể xe gì khi khoảng cách giữa các trục ≥ 3,0m thì việc quy đổi thực hiện riêng rẽ

đối với từng trục.

Khi khoảng cách giữa các trục < 3,0m (giữa các trục của cụm trục) thì quy đổi

gộp m trục có trọng lượng bằng nhau như một trục với việc xét đến hệ số trục C

như

công thức trên.

: hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh, với cụm bánh chỉ

có 1 bánh lấy C

= 6,4; với các cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì lấy C

= 1,0;

với cụm bánh có 4 bánh lấy C

= 0,38.

Các xe tính toán có trục trước có 1 bánh, trục sau có cụm bánh đôi.

Bảng 4.6: Bảng tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100KN năm thứ 15

Loại xe

(kN)

Tải nhẹ

Trục trước

6,4

317

Không quy đổi

Trục sau

317

Tải trung

Trục trước

25,8

6,4

380

Trục sau

69,6

380

Tải nặng loại 1

Trục trước

48,2

6,4

190

Trục sau

100,0

190

Tổng

347

Kết quả thu được N

= 347 ( trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm.2

chiều) d. Số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên một làn Xác định

theo biểu thức:

= N

(trục/làn.ngày đêm)

Trong đó:

- f

là hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe. Với đường cấp III trên phần

xe chạy có 2 làn xe, không có dải phân cách thì lấy f

= 0,55.

- N

là tổng số trục xe quy đổi từ các loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán trong

một ngày đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở cuối năm cuối của thời hạn thiết kế

= N

= 347 (trục xe tiêu chuẩn / ngày đêm)

Vậy N

= 347x0,55 = 191 (trục/ làn.ngđ)

e. Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán là 15 năm

Tỷ lệ tăng xe tải hàng năm là q = 0,08 ta tính N

theo biểu thức (A-3) [3]

=¿¿

= 0.73x10

(trục tiêu chuẩn/làn)

f. Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1

Dự kiến tầng mặt cấp cao A1 đặt trên lớp móng là cấp phối đá dăm loại I thì tổng bề dày

tầng mặt lấy theo bảng 2-2 [3].

Do tổng số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong 15 năm trên 1 làn xe N

= 0.73x10

0.5.10

≤ N

nên bề dày tối thiểu của 2 lớp bê tông nhựa là 8 cm.

5.2.3. Đặc điểm vật liệu kết cấu áo đường

Để phù hợp với cấp đường đã chọn và điều kiện nguồn nguyên liệu của địa

phương cũng như trình độ thi công của nhà thầu có thể dùng một số vật liệu làm kết cấu

áo đường có các đặc trưng tính toán sau:

Bảng 4.8: Các đặc trưng của kết cấu áo đường

STT

Tên vật liệu

E (MPa)

(MPa)

(độ)

Tính

độ

võng

t =

Tính

trượt

t =

Tính

kéo

uốn ở

nhiệt

độ

thấp

Bê tông nhựa AC 12.5

420

300

1800

2.2

Bê tông nhựa AC 19

350

250

1600

2.0

Cấp phối đá dăm GCXM

(5%)

600

0.8

Cấp phối đá dăm loại I

300

Cấp phối đá dăm loại II

250

Cấp phối thiên nhiên

200

0,05

Nền đất á sét

0.032

5.3. Giải pháp thiết kế kết cấu áo đường

5.3.1. Xác định cấp mặt đường

- Cấp thiết kế của đường là cấp IV vùng đồi, V

= 60Km/h

- Thời hạn thiết kế là 15 năm

- Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một làn xe trong thời hạn thiết kế

là0,66.10

(trục xe tiêu chuẩn/làn)

Dựa vào bảng 2-1 [3] và ý nghĩa quan trọng của tuyến đường ta kiến nghị chọn

mặt đường cao cấp loại A1.

- BTNC AC 9.5 làm lớp mặt trên

- BTNC AC 12.5 làm lớp mặt dưới

5.3.2. Xác định E

- Tra bảng 3-4 với P

= 100 kN, mặt đường Cấp cao A1, số trục xe tính toán N

= 191, ta được:

= 159 (MPa)

- Tra bảng 3-5 với loại đường: Đường ô tô, cấp đường: Đường cấp IV, mặt đường: Cấp cao A1

ta được module đàn hồi tối thiểu:

yc min

=130 (MPa)

- Module đàn hồi yêu cầu dùng để tính toán:

Eyctt = max(Eyc, Eyc min) =159(MPa)

5.3.3. Phương án đầu tư tập trung (15 năm)

Dự kiến kết cấu áo đường

Tầng mặt gồm hai lớp bê tông nhựa AC 9.5 và AC 12.5 là hai lớp đắt tiền, nên khi

thiết kế nếu quá dầy sẽ không kinh tế. Vì vậy, ta cố định chiều dày của các lớp bêtông

nhựa theo bề dầy tối thiểu đảm bảo cấu tạo, cường độ và thi công rồi thay đổi và tính

toán chiều dầy các lớp dưới. Theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên

1 làn xe N

= 0,73.10

thì tổng bề dày tối thiểu 2 lớp bê tông nhựa phải là 8 cm. Đề xuất

chọn bề dày 11 cm. Theo bảng 2-4[3] ta chọn bề dày các lớp tầng mặt :

Lớp mặt trên : Bê tông nhựa chặt loại I AC 12.5, dày 5 cm.

Lớp mặt dưới : Bê tông nhựa chặt loại I AC 19, dày 6 cm.

Đề ra các giải pháp thiết kế kết cấu áo đường rồi so sánh môđun đàn hồi chung của

cả kết cấu áo đường với môđun đàn hồi yêu cầu và so sánh chi phí xây dựng ban đầu

giữa các giải pháp. Từ đó chọn ra giải pháp rẻ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu đề ra.

Phương án 1 :

Tổng số lớp áo đường: 4 lớp

Bảng các lớp kết cấu áo đường

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(cm

)

(MPa

)

(MPa

)

(MPa

)

(MPa

)

(MPa

)

(độ

)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥

50%)

420

300

2200

2.8

BTN chặt loại I (đá dăm ≥

35%)

350

250

2000

2.0

Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4

Mpa)

600

0.8

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.0

Kiểm tra kết cấu áo đường theo 3 trạng thái giới hạn

1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đường:

a. Quy đổi về hệ 2 lớp:

Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo công thức sau:

= E

.[(1+k.t

1/3

)/(1+k)]

(3.5)

Trong đó: k = h

; t = E

= h

+ h

Kết quả tính đổi thể hiện ở

bảng sau:

STT

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa

)

t =

E2/E1

(cm)

k =

h2/h1

(cm)

(MPa)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%)

420

1.130

0.122

376.76

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%)

350

0.932

0.171

371.70

Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa)

600

2.400

0.750

375.50

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.00

b. Tính E

đc

H/D = 46 / 33 = 1.394

Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b:

b = 1.160

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta

có:

= 376.76

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

= b * E'

= 437.05

Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về hệ 2 lớp, với lớp trên:

(MPa)

- Chiều dày: H

= 46

- Module đàn hồi trung bình: E

đc

437.05

Tính E

ch.m

của kết cấu:

= E

đc

= 437.05

= 49 / 437.05 = 0.112

H/D = 46 / 33 = 1.394

Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E

ở trên, ta xác định được:

Ech.m/E1 = 0.436

Module đàn hồi chung của kết

cấu:

ch.m

= 0.436 * 437.05 = 190.55 (MPa)

d. Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi:

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-2 được hệ số cường độ về độ võng:

Kcđđv

= 1.17

Kcđđv * Eyc

= 1.17 * 159 =

186.00

(MPa)

ch.m

190.55

Kcđđv * Eyc

> =

186.00

(MPa)

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.

2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:

a. Kiểm tra đất nền:

Tính đổi các lớp bên trên về 1 lớp, thể hiện ở bảng sau:

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa

)

t =

E2/E1

(cm

)

k =

h2/h1

(cm)

(MPa)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%)

300

0.845

0.122

348.76

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%)

250

0.666

0.171

355.04

Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa)

600

2.400

0.750

375.50

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.00

H/D = 46 / 33 = 1.394

Tra bảng 3-6, ta được hệ số điều chỉnh b:

b = 1.160

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có:

= 348.76

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

b * E'

= 404.56

Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau:

H/D = 46 / 33 = 1.394

(MPa)

= E

đc

= 404.56

(MPa)

= E

= 49

= 404.56 / 49 = 8.256

= 30 (độ)

Tra toán đồ, ta được:

/p = 0.0162

p = 0.6 (MPa)

Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

(MPa)

= 0.0162 * 0.6 = 0.0097

Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số:

(MPa)

H = 46 (cm) và =

30 (độ)

Tra được ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

= -0.0018

Lực dính tính toán: C

= C.K

(MPa)

Trong đó: C = 0.02

(MPa)

= 0.60

Kết cấu áo đường

= 191

(trục/làn.ngày đêm)

= 0.8

Đất nền là: Á cát

Do đó: K

= 1.5

(tra bảng 3-

Vậy: C

= 0.02*0.6*0.8*1.5 =

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-7, ta được hệ số cường độ về cắt trượt:

Kcđtr = 1.00

Kiểm tra điều kiện về cắt trượt:

0.014

(MPa)

+ T

= 0.0097 + (-0.0018) =

0.0079

(MPa)

cđ

= 0.014 / 1.00 =

0.014

(MPa)

+ T

= 0.0079 <

Ctt/Kcđtr

= 0.014

Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.

3. Kiểm tra tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối:

a. Kiểm tra lớp 1: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%): Xác định

ch.m

ở trên mặt lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau:

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa)

t =

E2/E1

(cm)

k =

h2/h1

(cm)

(MPa)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%)

2000

5.326

0.171

512.48

Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa)

600

2.400

0.750

375.51

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.00

H/D = 41 / 33 = 1.242

Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b:

b = 1.135

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có:

= 512.48

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

= b * E'

= 581.66

(MPa)

= E

đc

= 581.66

= 49 / 581.66 = 0.084

H/D = 41 / 33 = 1.242

Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được:

= 0.356

Module đàn hồi chung của kết cấu:

(MPa)

= 0.356 * 581.66 = 207.07

Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau:

(MPa)

= E

= 2200.00

ch.m

= 2200.00 / 207.07 = 10.624

h/D = 5 / 33 = 0.152

(MPa)

Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị:

[ s

] = 2.443

Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn)

Do đó: k

= 0.85

Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):

= [ s

] * p * k

= 2.443 * 0.6 * 0.85 = 1.246 (MPa)

Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)

= ([(1+q)

-1]/[q*(1+q)

(t-1)

])*365*Ntt

= ([(1+0.08)

-1]/[0.08*(1+0.08)

(15-1)

])*365*191

= 644462 (Trục)

Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%), vậy hệ số k

= 11.11 / N

0.22

= 0.586

= 1

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):

Rttku = k1 * k2 * Rku

= 0.586 * 1 * 2.8

= 1.640 (MPa)

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn:

Kcđku = 1

Rttku/Kcđku = 1.640 / 1 = 1.640 (MPa)

sku = 1.246 < Rttku/Kcđku = 1.640 (MPa)

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

b. Kiểm tra lớp 2: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

Xác định E

ch.m

ở trên mặt lớp Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa):

Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau:

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa)

t =

E2/E1

(cm)

k =

h2/h1

(cm)

(MPa)

Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa)

600

2.400

0.750

375.51

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.00

H/D = 35 / 33 = 1.061

Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b:

b = 1.114

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có:

= 375.51

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

= b * E'

= 418.31

(MPa)

= E

đc

= 418.31

= 49 / 418.31 = 0.117

H/D = 35 / 33 = 1.061

Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được:

= 0.379

Module đàn hồi chung của kết cấu:

(MPa)

= 0.379 * 418.31 = 158.54

Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau:

(MPa)

= S(E

)/Sh = 2200.00

ch.m

= 2200.00 / 158.54 = 13.877

h/D = 11 / 33 = 0.333

(MPa)

Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị:

[ s

] = 2.261

Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn)

Do đó: k

= 0.85

Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

= [ s

] * p * k

= 2.261 * 0.6 * 0.85 = 1.153 (MPa)

Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)

= ([(1+q)

-1]/[q*(1+q)

(t-1)

])*365*Ntt

= ([(1+0.08)

-1]/[0.08*(1+0.08)

(15-1)

])*365*191

= 644462 (Trục)

Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%), vậy hệ số k

= 11.11 / N

0.22

= 0.586

= 1

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

Rttku = k1 * k2 * Rku = 0.586 * 1 * 2

= 1.171 (MPa)

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn:

Kcđku = 1

cđ

= 1.171 / 1 = 1.171 (MPa)

sku = 1.153 < Rttku/Kcđku = 1.171 (MPa)

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn c. Kiểm tra lớp 3: Đá dăm gia cố XM

(Rn ≥ 4 Mpa):

Xác định E

ch.m

ở trên mặt lớp Cấp phối đá dăm loại II:

E1 = Eku vl = 250 (MPa)

= 49 / 250 = 0.196

H/D = 20 / 33 = 0.606

Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được:

= 0.366

Module đàn hồi chung của kết cấu:

= 0.366 * 250.00 = 91.50 (MPa)

Tra toán đồ hình 3-6 với các thông số sau:

h = Sh

= 26 (cm)

= S(E

)/Sh = 2090.91 (MPa)

= 600 (MPa)

= E

ch.m

= 91.50 (MPa)

h/D = 26 / 33 = 0.788

E1/E2

= 2090.91 / 600.00 =

3.485

E2/E3

= 600.00 / 91.50 =

6.557

Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị:

[ s

] = 0.439

Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn)

Do đó: k

= 0.85

Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa):

= [ s

] * p * k

= 0.439 * 0.6 * 0.85 = 0.224 (MPa)

Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục

= ([(1+q)

-1]/[q*(1+q)

(t-1)

])*365*Ntt

= ([(1+0.08)

-1]/[0.08*(1+0.08)

(15-1)

])*365*191

= 644462 (Trục)

Vật liệu kiểm tra là Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa), vậy hệ số k

k1 = 2.86 / Ne0.11

= 0.657

= 1

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa):

Rttku = k1 * k2 * Rku

= 0.657 * 1 * 0.8

= 0.525 (MPa)

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn:

Kcđku = 1

Rttku/Kcđku = 0.525 / 1 = 0.525 (MPa)

sku = 0.224 < Rttku/Kcđku = 0.525 (MPa)

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

Kết luận chung: kết cấu mặt đường của phương án 1 thỏa mãn các điều kiện: tiêu chuẩn

độ võng đàn hồi giới hạn, điều kiện cân bằng giới hạn về trượt trong nền đất và điều

kiện chịu kéo khi uốn.

Phương án 2 :

Tổng số lớp áo

đường: 4 lớp

Bảng các lớp kết cấu áo đường

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(cm

)

(MPa

)

(MPa

)

(MPa

)

(MPa

)

(MPa

)

(độ

)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥

50%)

420

300

2200

2.8

BTN chặt loại I (đá dăm ≥

35%)

350

250

2000

2.0

Cấp phối đá dăm loại I

300

0.0

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.0

Kiểm tra kết cấu áo đường theo 3 trạng thái giới hạn

1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đường:

Quy đổi về hệ 2

a. lớp:

Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo công thức sau:

= E

.[(1+k.t

1/3

)/(1+k)]

(3.5)

Trong đó: k = h

; t = E

= h

+ h

Kết quả tính đổi thể hiện ở bảng sau:

STT

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa)

t =

E2/E1

(cm)

k =

h2/h1

(cm)

(MPa)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%)

420

1.504

0.102

290.7

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%)

350

1.295

0.140

279.2

Cấp phối đá dăm loại I

300

1.200

0.720

270.1

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.0

b. Tính E

đc

H/D = 54 / 33 = 1.636

Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b:

b = 1.189

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có:

= 290.70

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

= b * E'

= 345.65

Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về hệ 2 lớp, với lớp trên:

(MPa)

- Chiều dày: H

= 54

(cm

)

- Module đàn hồi trung bình:

Etbđc

= 345.65

(MPa

)

Tính E

ch.m

của kết cấu:

E1 = Etbđc =

345.65

= 49 / 345.65 =

0.142

H/D = 54 / 33 =

1.636

Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E

ở trên, ta xác định được:

Ech.m/E1 =

Module đàn hồi chung của kết cấu:

0.541

ch.m

= 0.541 * 345.65 =

186.99

(MPa)

Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi:

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-2 được hệ số cường độ về độ võng:

Kcđđv = 1.17

cđ

đv

* E

= 1.17 * 159 =

186.00

(MPa)

Kcđđv * Eyc

ch.m

= 186.99 > =

186.00

(MPa)

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.

2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết: a.

Kiểm tra đất nền:

Tính đổi các lớp bên trên về 1 lớp, thể hiện ở bảng sau:

STT

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa)

t =

E2/E1

(cm)

k =

h2/h1

(cm)

(MPa)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%)

300

1.121

0.102

270.54

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%)

250

0.925

0.140

267.65

Cấp phối đá dăm loại I

300

1.200

0.720

270.19

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.00

H/D = 54 / 33 = 1.636

Tra bảng 3-6, ta được hệ số điều chỉnh b:

b = 1.189

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có:

= 270.54

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

b * E'

= 321.67

(MPa)

Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau:

H/D = 54 / 33 = 1.636

= E

đc

= 321.67

(MPa)

= E

= 49

= 321.67 / 49 = 6.565

= 30 (độ)

Tra toán đồ, ta được:

/p = 0.0141

p = 0.6 (MPa)

Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

(MPa)

= 0.0141 * 0.6 = 0.0085

Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số:

(MPa)

H = 54 (cm) và =

30 (độ)

Tra được ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

= -0.0022

Lực dính tính toán: C

= C.K

(MPa)

Trong đó: C = 0.02

(MPa)

= 0.60

Kết cấu áo đường

= 191

(trục/làn.ngày đêm)

= 0.8

Đất nền là: Á cát

Do đó: K

= 1.5

(tra bảng 3-

Vậy: C

= 0.02*0.6*0.8*1.5 =

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-7, ta được hệ số cường độ về cắt trượt:

Kcđtr = 1.00

Kiểm tra điều kiện về cắt trượt:

0.014

(MPa)

+ T

= 0.0085 + (-0.0022) =

0.0063

(MPa)

cđ

= 0.014 / 1.00 =

0.014

(MPa)

+ T

= 0.0063 <

Ctt/Kcđtr

= 0.014

Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.

3. Kiểm tra tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối:

a. Kiểm tra lớp 1: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):

Xác định E

ch.m

ở trên mặt lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau:

STT

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa)

t =

E2/E1

(cm)

k =

h2/h1

(cm)

(MPa)

BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%)

2000

7.402

0.140

375.74

Cấp phối đá dăm loại I

300

1.200

0.720

270.19

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.00

H/D = 49 / 33 = 1.485

Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b:

b = 1.175

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có:

= 375.74

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

= b * E'

= 441.49

(MPa)

= E

đc

= 441.49

= 49 / 441.49 = 0.111

H/D = 49 / 33 = 1.485

Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được:

= 0.450

Module đàn hồi chung của kết cấu:

(MPa)

= 0.450 * 441.49 = 198.67

Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau:

(MPa)

= E

= 2200.00

ch.m

= 2200.00 / 198.67 = 11.074

h/D = 5 / 33 = 0.152

(MPa)

Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị:

[ s

] = 2.519

Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn)

Do đó: k

= 0.85

Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):

= [ s

] * p * k

= 2.519 * 0.6 * 0.85 = 1.285 (MPa)

Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)

= ([(1+q)

-1]/[q*(1+q)

(t-1)

])*365*Ntt

= ([(1+0.08)

-1]/[0.08*(1+0.08)

(15-1)

])*365*191

= 644462 (Trục)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264

Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%), vậy hệ số k

= 11.11 / N

0.22

= 0.586 k

= 1

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):

Rttku = k1 * k2 * Rku

= 0.586 * 1 * 2.8

= 1.640 (MPa)

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn:

Kcđku = 1

Rttku/Kcđku = 1.640 / 1 = 1.640 (MPa)

sku = 1.285 < Rttku/Kcđku = 1.640 (MPa)

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

b. Kiểm tra lớp 2: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

Xác định E

ch.m

ở trên mặt lớp Cấp phối đá dăm loại I:

Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau:

STT

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

(MPa)

t =

E2/E1

(cm)

k = h2/h1

(cm)

(MPa)

Cấp phối đá dăm loại I

300

1.200

0.720

270.19

Cấp phối đá dăm loại II

250

0.000

250.00

H/D = 43 / 33 = 1.303

Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b:

b = 1.145

Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có:

= 270.19

Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

(MPa)

đc

= b * E'

= 309.37

(MPa)

= E

đc

= 309.37

= 49 / 309.37 = 0.158

H/D = 43 / 33 = 1.303

Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được:

= 0.496

Module đàn hồi chung của kết cấu:

(MPa)

= 0.496 * 309.37 =

Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau:

153.45

(MPa)

= S(E

)/Sh =

2200.00

(MPa)

ch.m

= 2200.00 / 153.45 =

14.337

h/D = 11 / 33 =

0.333

Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị:

[ s

] = 2.292

Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn)

Do đó: k

= 0.85

Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

= [ s

] * p * k

= 2.292 * 0.6 * 0.85 = 1.169 (MPa)

Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)

= ([(1+q)

-1]/[q*(1+q)

(t-1)

])*365*Ntt

= ([(1+0.08)

-1]/[0.08*(1+0.08)

(15-1)

])*365*191

= 644462 (Trục)

Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%), vậy hệ số k

= 11.11 / N

0.22

= 0.586 k

= 1

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):

Rttku = k1 * k2 * Rku

= 0.586 * 1 * 2

= 1.171 (MPa)

Độ tin cậy thiết kế = 0.95

Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn:

Kcđku = 1

Rttku/Kcđku = 1.171 / 1 = 1.171 (MPa)

sku = 1.169 < Rttku/Kcđku = 1.171 (MPa)

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

Kết luận chung: kết cấu mặt đường của phương án 2 thỏa mãn các điều kiện: tiêu chuẩn

độ võng đàn hồi giới hạn, điều kiện cân bằng giới hạn về trượt trong nền đất và điều

kiện chịu kéo khi uốn.

5.4. So sánh 2 phương án và lựa chọn phương án cuối cùng

Nhận thấy phương án 1 có tổng chiều dày kết cấu nhỏ hơn, thi công dễ dàng hơn tuy

hơn phương án. Vậy ta chọn phương án 1 có giá thành rẻ hơn.

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Đường ô tô - yêu cầu thiết kế: TCVN 4054 - 2005

2. Thiết kế đường ô tô tập 1 3.

Thiết kế đường ô tô tập 2 4.

Thiết kế đường ô tô tập 3 5.

Thiết kế đường ô tô tập 4

Bấm Tải xuống để xem toàn bộ.

Thông tin :

65 trang 8 tháng trước

Môn:

Thiết kế hình học công trình đường

Trường:

Đại học Xây Dựng Hà Nội

Tác giả:

Tiến Dũng

| 1/65

| | Tải xuống

Preview text:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒÁNMÔNHỌC
THIẾT KẾ HÌNH HỌC CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ___________________ MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH CHUNG...................................................6 1.1.
Đặc điểm tự nhiên khu vực tuyến đi qua :......................................................6
1.1.1. Điều kiện về địa hình .....................................................................................
1.1.2. Thổ nhưỡng ...................................................................................................
1.1.3. Đặc điểm về thủy văn .................................................................................... 1.1.4.
Đặc điểm khí hậu ........................................................................................... 1.2.
Sơ lược về điều kiện kinh tế -xã hội và hiện trạng giao thông khu vực .........7 1.2.1.
Điều kiện kinh tế xã hội ................................................................................. 1.2.2.
Hiện trạng giao thông .................................................................................... 1.3.
Vai trò của tuyến đường trong sự phát triển của địa phương .........................8 1.4.
Nhiệm vụ thiết kế ..........................................................................................8
CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ.................................10 2.1.
SỐ LIỆU VÀ LỰA CHỌN CẤP THIẾT KẾ CỦA ĐƯỜNG.......................10 2.2.
XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT DÙNG ĐỂ THIẾT KẾ TUYẾN 11 2.2.1.
Xác định quy mô mặt cắt ngang.................................................................... 2.2.1.1.
Xác định số làn xe........................................................................................11 2.2.1.2.
Tính bề rộng phần xe chạy...........................................................................11
2.2.1.3. Lề đường......................................................................................................13
2.2.1.4. Dốc ngang phần xe chạy..............................................................................13 2.2.2.
Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế mặt cắt ngang..............................................
2.2.2.1. Siêu cao........................................................................................................14
2.2.2.2. Độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong...............................................14 2.2.3.
Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế bình đồ:........................................................
2.2.3.1. Xác định tầm nhìn xe chạy..............................................................................15 2.2.3.2.
Tính các bán kính đường cong nằm nhỏ nhất: Rmin,Rkscmin, Rttmin...........17 2.2.4.
Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế trắc dọc........................................................
CHƯƠNG 3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ THIẾT KẾ..................................22 3.1.
Các kết quả thiết kế tuyến bình đồ................................................................22 3.1.1.
Nguyên tắc thiết kế....................................................................................... 3.1.1.1.
Phân tích và hoàn thiện bình đồ...................................................................22
3.1.1.2. Xác định đường hướng dẫn tuyến.................................................................23
3.1.1.3. Phóng tuyến và định đỉnh.............................................................................24
3.1.2. Bố trí cong nằm và rải cọc trên tuyến........................................................... 3.1.3.
Tính toán các yếu tố đường cong nằm.......................................................... 3.1.4.
Kết quả thiết kế.............................................................................................
CHƯƠNG 4. QUY HOẠCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC. 28 4.1.1.
Xác định vị trí đặt cống trên bình đồ.............................................................
4.1.1.1. Nguyên tắc....................................................................................................28
4.1.1.2. Xác định lưu lượng tính toán 𝑸𝑸%...............................................................29 4.1.2.
Lựa chọn loại, khẩu độ công trình................................................................ 4.1.3.
Bố trí công trình trên trắc ngang, trắc dọc..................................................... 4.1.3.1.
Nguyên tắc bố trí..........................................................................................32 4.1.3.2.
Xác định cao độ khống chế tại vị trí cống....................................................32
1.1.1.1. Mặt cắt cống.................................................................................................33
4.2. THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC........................................................................33
4.2.1. Các căn cứ thiết kế........................................................................................ 4.2.2.
Mục tiêu và số liệu đầu vào.......................................................................... 4.2.3.
Đề xuất phương án tuyến.............................................................................. 4.2.3.1.
Phương pháp thiết kế trắc dọc......................................................................34 4.2.3.2.
Đề xuất.........................................................................................................35
4.2.3.3. Thiết kế đường cong đứng............................................................................35
4.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG..................................................................36 4.3.1.
Các căn cứ thiết ké........................................................................................ 4.3.2.
Các thông số mặt cắt ngang tuyến D2-D4..................................................... 4.3.3.
Tổng hợp trắc ngang điển hình trên tuyến.................................................... 4.4.
XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐÀO ĐẮP.................................39
CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG..................42 5.1.
Cơ sở thiết kế................................................................................................42
5.1.1. Quy trình, quy phạm áp dụng để thiết kế...................................................... 5.1.2.
Thiết kế các phương án kết cấu áo đường..................................................... 5.1.3.
Yêu cầu đối với áo đường............................................................................. 5.2.
Số liệu thiết kế..............................................................................................43 5.2.1.
Số liệu đất nền.............................................................................................. 5.2.2.
Số liệu tải trọng xe........................................................................................
b. Tính toán lưu lượng xe............................................................................................44 5.2.3.
Đặc điểm vật liệu kết cấu áo đường.............................................................. 5.3.
Giải pháp thiết kế kết cấu áo đường..............................................................47
5.3.1. Xác định cấp mặt đường............................................................................... 5.3.2.
Xác định Eyc.................................................................................................. 5.3.3.
Phương án đầu tư tập trung (15 năm)............................................................ Phương án 1 : 48 Phương án 2 : 55 5.4.
So sánh 2 phương án và lựa chọn phương án cuối cùng...............................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................61 MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 3-1. Hoàn thiện bình đồ......................................................................................22
Hình 3-2. Đường dẫn tuyến theo bước compa sơ bộ .................................................... 24
Hình 3-3. Bố trí đường cong nằm và rải cọc trên tuyến ............................................... 26
Hình 3-4. Các yếu tố đường cong nằm ......................................................................... 27
Hình 3-5. Diện tích lưu vực F1,F2 và F3 ...................................................................... 29
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1. Tổng hợp các yếu tố bình đồ.......................................................................25
Bảng 3-2. Các yếu tố cơ bản của đường cong nằm.....................................................25
Bảng 3-3. Bảng cao độ tự nhiên trên mặt cắt dọc.......................................................26
Bảng 3-4. Bảng vị trí cống trên tuyến.........................................................................27
Bảng 3-5. Bảng thông số các lưu vực..........................................................................30
Bảng 3-6. Bảng kết quả tính toán thủy văn công trình cầu cống.................................30
Bảng 3-7. Bảng thống kê lựa chọn loại, khẩu độ công trình.......................................31
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH CHUNG 1.1.
Đặc điểm tự nhiên khu vực tuyến đi qua : 1.1.1.
Điều kiện về địa hình .
Dự án xây dựng tuyến đường qua hai điểm B7 – B11 là một dự án giao thông trọng
điểm phục vụ cho tuyến đường giao thương đi qua Thị Xã Duy Tiên – Tỉnh Hà Nam
Thị xã Duy Tiên nằm ở cửa ngõ phía bắc tỉnh Hà Nam, là vùng trọng điểm phát
triển công nghiệp dịch vụ của tỉnh Hà Nam. Địa hình của thị xã chủ yếu là đồng bằng.
Thị xã Duy Tiên nằm cạnh sông Hồng và trên địa bàn thị xã còn có sông Châu Giang chảy qua.
Địa hình của thị xã được chia thành 2 tiểu địa hình.
Vùng ven đê sông Hồng và sông Châu Giang bao gồm các xã Mộc Bắc, Mộc Nam,
Chuyên Ngoại, Trác Văn, Yên Nam, Tiên Sơn... và phường Châu Giang có địa hình
cao hơn, đặc biệt là khu vực núi Đọi, núi Điệp thuộc các xã Tiên Sơn và Yên Nam.
Vùng có địa hình thấp bao gồm các phường như Tiên Nội, Yên Bắc và xã Tiên
Ngoại chiếm phần lớn diện tích tự nhiên của thị xã cao độ phổ biến từ 1,8 - 2,5 m, địa
hình bằng phẳng, xen kẽ là các gò nhỏ, ao, hồ, đầm.
1.1.2. Thổ nhưỡng .
Thị xã có địa hình đặc trưng của vùng đồng bằng thuộc khu vực châu thổ Sông
Hồng. Nhìn chung địa hình của thị xã khá thuận lợi cho phát triển sản xuất nông
nghiệp, đặc biệt là trồng lúa và cây vụ đông.
1.1.3. Đặc điểm về thủy văn .
Vào mùa mưa, Duy Tiên thường hứng chịu ảnh hưởng của những cơn giông tố và
áp thấp nhiệt đới, gây mưa lớn và lũ lụt. Trong khi đó, mùa khô thì rất khô và nóng.
Nhiệt độ trung bình hàng năm là khoảng 23 độ C, với mùa đông lạnh hơn và mùa hè nóng hơn.
Khí hậu: Thị xã Duy Tiên có khí hậu gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình từ 23-25
độ C, độ ẩm trung bình từ 82-84%. Thời gian mưa tập trung chủ yếu vào các tháng từ 5-10.
Lượng mưa: Năm 2020, thị xã Duy Tiên có tổng lượng mưa trung bình từ 1.365mm-
1.684mm, với lượng mưa cao nhất thường xảy ra vào tháng 7 và tháng 8.
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC
SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264
Sông và hồ: Thị xã Duy Tiên có nhiều sông và hồ, trong đó sông Hồng chảy qua địa
bàn với chiều dài khoảng 5 km. Hồ nước lớn nhất là hồ Đầm Tằm có diện tích khoảng 43 ha.
Thủy điện: Thị xã Duy Tiên không có nhà máy thủy điện nào trên địa bàn.
Nạn ngập lụt: Thị xã Duy Tiên cũng thường xuyên bị ảnh hưởng bởi lũ lụt làm mưa
lớn. Tuy nhiên, vì diện tích đất lành của thị xã khá nhỏ nên ảnh hưởng không lớn. Địa
phương cũng đã đầu tư vào công tác phòng chống bão để đảm bảo an toàn cho người dân và tài sản.
1.1.4. Đặc điểm khí hậu .
Duy Tiên nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều, thuộc
tiểu khí hậu vùng đồng bằng Bắc Bộ, chịu ảnh hưởng sâu sắc của gió mùa đông bắc và
gió mùa đông nam. Với các đặc điểm nhiệt đới gió mùa, nắng và bức xạ mặt trời lớn,
thuận lợi cho phát triển một nền nông nghiệp đa dạng với nhiều loại cây trồng, vật
nuôi và tạo điều kiện tốt cho thâm canh tăng vụ. Tuy nhiên, sự biến động mạnh mẽ với
nhiều hiện tượng thời tiết như bão, dông, lượng mưa tập trung theo mùa... kết hợp với
địa hình thấp gây ra ngập úng cục bộ, một số vùng đòi hỏi phải có biện pháp phòng tránh kịp thời. 1.2.
Sơ lược về điều kiện kinh tế -xã hội và hiện trạng giao thông khu vực .
1.2.1. Điều kiện kinh tế xã hội .
Năm 2019: Tốc độ tăng trưởng kinh tế đạt 15,1%; cơ cấu kinh tế chuyển dịch tích
cực theo hướng tăng tỷ trọng công nghiệp, thương mại, dịch vụ, giảm tỷ trọng nông
nghiệp; đến hết năm 2019 Công nghiệp xây dựng chiếm 73,6%; Dịch vụ chiếm 24,3%,
Nông, lâm nghiệp giảm còn 2,1%; có 4 Khu công nghiệp và 2 cụm công nghiệp, đã thu
hút 960 doanh nghiệp trong và ngoài nước vào đầu tư, tạo việc làm cho trên 5 vạn lao
động; tổng thu ngân sách nhà nước trên địa bàn đạt trên 3.000 tỷ đồng; thu nhập đầu
bình quân đầu người năm 2019 ước đạt 50,8 triệu đồng/người/năm; Văn hoá - xã hội
diễn ra nhiều hoạt động sôi nổi: Lễ hội Tịch điền Đọi Sơn, Lễ hội đền Lảnh Giang
được ghi danh di sản văn hóa phi vật thể Quốc gia; chùa Long Đọi Sơn được xếp hạng
di tích Quốc gia đặc biệt. Ngành Giáo dục - Đào tạo tiếp tục đạt nhiều thành tích nổi
bật, năm thứ 7 liên tiếp là lá cờ đầu của tỉnh. Quốc phòng được giữ vững. An ninh
chính trị, trật tự an toàn xã hội được đảm bảo. Công tác xây dựng Đảng, chính quyền,
MTTQ và các đoàn thể nhân dân tiếp tục được củng cố; đời sống vật chất và tinh thần
của Nhân dân ngày càng được nâng cao. Hạ tầng đô thị đã và đang được đầu tư, chỉnh
trang; các trung tâm thương mại, khu đô thị mới, công trình phúc lợi công cộng, hệ
thống cây xanh, chiếu sáng đã và đang được đầu tư đồng bộ hiện đại, tạo diện mạo
mới và khẳng định Duy Tiên là địa phương năng động, đang ngày càng khởi sắc, mang
tầm vóc của một trung tâm kinh tế, thương mại lớn của tỉnh Hà Nam.
1.2.2. Hiện trạng giao thông .
Duy Tiên có tuyến trục giao thông là Quốc lộ 1, đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh
Bình và đường sắt Thống Nhất chạy qua. Bên cạnh đó còn có tuyến Quốc lộ 38 từ
Đồng Văn đi Hòa Mạc - cầu Yên Lệnh - Hưng Yên và quốc lộ 38B nối từ Hải Dương
qua Hưng Yên, Hà Nam, Nam Định tới Ninh Bình. Về đường thủy, Duy Tiên có sông
Hồng, sông Nhuệ, sông Châu Giang. 1.3.
Vai trò của tuyến đường trong sự phát triển của địa phương .
Dự án xây dựng tuyến đường qua hai điểm D17 – D15 là một dự án giao thông trọng
điểm phục vụ cho tuyến đường giao thương đi qua Thị Xã Duy Tiên – Tỉnh Hà Nam,
Tuyến đường hoàn thành không chỉ góp phần quan trọng đáp ứng nhu cầu đi lại và
vận chuyển hàng hóa liên tỉnh mà còn đảm bảo quốc phòng, an ninh và phục vụ công
tác PCLB mà còn góp phần quan trọng trong việc thực hiện thắng lợi các mục tiêu
phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh; là điểm nhấn trong việc nâng cấp cơ sở hạ tầng kỹ
thuật, cải thiện môi trường đầu tư nhằm thu hút đầu tư về địa bàn nông thôn để đẩy
nhanh tốc độ xây dựng NTM . Để làm cơ sở kêu gọi các nhà đầu tư và tạo điều kiện
thuận lợi cho công tác đầu tư thì việc tiến hành quy hoạch xây dựng và lập dự án khả
thi xây dựng tuyến đường D17-D15 là hết sức quan trọng và cần thiết.
Dự án hứa hẹn sẽ đem lại khả năng kết nối giữa hai khu vực trọng điểm về dân cư
và công nghiệp của vùng, giảm thiểu ách tắc tại tuyến đường trong thị trấn, thúc đẩy
phát triển kinh tế, và giao lưu hàng hóa giữa hai khu vực nói riêng và với các huyện và
tỉnh lân cận nói chung đồng thời thu hút đầu tư các dự án của huyện; thúc đẩy du lịch
nhờ hệ thống giao thông an toàn tiện lợi. 1.4.
Nhiệm vụ thiết kế .
Với nhu cầu cấp thiết về việc đi lại tuyến đường cần sớm được đầu tư xây dựng, tốc
độ phát triển kinh tế luôn ở mức cao đòi hỏi hệ thống giao thông phải theo kịp tốc độ
phát triển.Các con đường cũ dường như đã và đang trong tình trang quá tải với lượng
lưu thông hành khách và hàng hóa lớn như vậy. Điều này đặt ra vấn đề phải xây dựng
và cải tạo những tuyến đường trong vùng.
Sự cạnh tranh về mặt thu hút đầu tư giữa các tỉnh và các khu vực vừa là thuận lợi
vừa là khó khăn trong sự định hướng quy hoạch của thị xã Duy Tiên. Muốn thu hút
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC
SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264
được vốn thì cơ sở hạ tầng phải hoàn thiện, việc xây dựng cũng tạo áp lực về nguồn vốn và ngân sách.
Việc xây dựng tuyến thúc đẩy lưu thông hành khách và hàng hóa thuận tiện hơn.
Với sức ép lớn về vân chuyển hàng hóa và hành khách các con đường cũ đã hầu như
quá tải và xuống cấp. Cần mở tuyến để giảm áp lực cho giao thông các trục chính.
Như vậy nhu cầu cấp thiết trên, tuyến đường cần sớm được đầu tư và xây dựng trong
đó có việc thiết kế đoạn tuyến đi qua 2 điểm B7-B11 của chúng ta.
Hình 1- 1. Bình đồ khu vực tuyến B7-B11
CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ 2.1.
SỐ LIỆU VÀ LỰA CHỌN CẤP THIẾT KẾ CỦA ĐƯỜNG
Tuyến đường thiết kế qua điểm đầu B7 và điểm cuối B11 là 1 đoạn nối giữa hai trung tâm
kinh tế, văn hóa chính trị của địa phương với nhau có độ dài đường chim bay là 1.650 km Lưu
lượng xe thiết kế năm thứ 15: N15 = 1267 xe/ngđ. Thành phần dòng xe gồm : + Xe con : 30% + Xe tải nhẹ (NT) : 25% + Xe tải trung (MT) : 30% + Xe tải nặng (SU1) : 15% + Tổng : 100%
Hệ số quy đổi lấy tương ứng với địa hình đồi. Để tính toán ta quy đổi các loại xe tải ra xe
con dựa vào các hệ số quy đổi như sau:
Bảng 2- 1. Hệ số quy đổi xe Xe tải Xe con Xe tải nhẹ Xe tải nặng trung 1,0 2,0 2,0 2,0
Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (năm thứ 15) là : N
Ni .Ki=1267.( 0,3.1+0,25.2+0,3.2+0,15.2)=2156.43(xcqđ /ngày đêm)
Căn cứ vào: Chức năng của tuyến đường : Đường tỉnh
Điều kiện địa hình nơi đạt tuyến: địa hình đồi
Lưu lượng xe thiết kế N xcqđ/ngđ=2156(xcqđ/ngđ) <3000(xcqđ/ngđ)
Dựa vào bảng 3 và bảng 4 TCVN 4054, kiến nghị lựa chọn như sau: Cấp thiết kế: Cấp IV
Tốc độ thiết kế: 60 km/h 2.2.
XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT DÙNG ĐỂ THIẾT KẾ TUYẾN
Nhiệm vụ của chương này là xác định các nhóm chỉ tiêu kĩ thuật cần thiết gồm có như sau:
2.2.1. Xác định quy mô mặt cắt ngang
2.2.1.1. Xác định số làn xe
Đối với đường cấp IV số làn xe tối thiểu là 2 (làn)
Tính toán hệ số sử dụng khả năng thông hành Z: Trong đó:
Z - là hệ số sử dụng năng lực thông hành của đường
Ncdg - là lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm của năm tính toán được quy đổi ra xe con thông qua các hệ số quy đổi
Khi không có nghiên cứu đặc biệt có thể lấy: Ncdg = (0.10 ¿ 0.12) Ntbnđ , do đó:
Ncdg = 0,11 2156 237 (xcqđ/h)
nlx - là số làn xe yêu cầu;
Nlth - là năng lực thông hành thực tế của một làn xe (xcqđ/h). Khi không có nghiên cứu, tính
toán có thể lấy như sau: trường hợp không có dải phân cách trái chiều và dải phân cách đường
ô tô chạy với xe thô sơ thì chọn Nth = 1000 xcqđ/h/làn.
Chọn Z= 0,77 là hệ số sử dụng năng lực thông hành giới hạn cho tuyến có V= 60 Km/h ở vùng có địa hình đồi Thay số vào công thức: n= =0,307<2
Vậy tuyến thiết kế với n = 2 làn xe đảm bảo lưu thông được lượng xe như đã dự báo. Kiến lx
nghị: chọn số làn xe là: nlx = 2 (làn)
2.2.1.2. Tính bề rộng phần xe chạy
Sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy: Tính toán được tiến hành theo 3 sơ đồ xếp xe và cho 2 loại xe:
+ Xe con có kích thước bé nhưng chạy với tốc độ cao, V tk= 60Km/h
+ Xe tải có kích thước lớn nhưng chạy với tốc độ thấp (xe tải chọn để tính toán là xe tải Maz200), V= 40Km/h
Bề rộng 1 làn xe được xác định theo công thức: b+c +x+y B1làn= 2 (m) Trong đó:
b - là chiều rộng thùng xe
c - là cự ly giữa 2 bánh xe
x - là cự ly từ sườn thùng xe đến làn xe bên cạnh
y - là khoảng cách từ giữa vệt bánh xe đến mép phần xe chạyTheo
Zamakhaev đề nghị: x = y = 0,5 + 0,005 V Tính toán theo các sơ đồ: •
Sơ đồ 1: Hai xe tải đi ngược chiều nhau trên 2 làn và gặp nhau;
Tính cho xe Maz200 với các thông số b = 2,65 m, c=1,95 m, V=40 km/h
x=y=0,5+0,0005×40=0,7m
Hình 2- 1. Sơ đồ I hai xe tải đi ngược chiều
Vậy trong điều kiện bình thường ta có: B1=B2= +0,7+0,7=3,7 (m) Bề rộng phần xe chạy:
B=B1+B2=3,7+3,7=7,4m •
Sơ đồ 2: Hai xe con đi ngược chiều nhau và gặp nhau;
Hình 2- 2. Sơ đồ II hai xe con đi ngược chiều
Tính toán cho xe con Volga với các thông số: b = 1.54m, c = 1.22m, V= 60Km/h Do đó:
x=y=0,5+0,0005×60=0,8m
Vậy trong điều kiện bình thường ta có: B1=B2= +0,8+0,8=2,98 (m)
Bề rộng phần xe chạy là: B=B1+B2=2,98+2,98=5,96m •
Sơ đồ 3: xe tải và xe con đi ngược chiều và gặp nhau:
Hình 2- 3. Sơ đồ III xe tải và xe con đi ngược chiều
Như vậy bề rộng phần xe chạy:
B=B1+B2=2,98+3,7=6,68m
Theo TCVN 4054-05: đồi với đường cấp IV ở vùng có địa hình đồi chiều rộng tối thiểu 1 làn
xe B1làn=3,5m, giá trị này đã tính tới yếu tố kinh tế và có xét tới việc lái xe giảm tốc độ,.. Do
vậy sơ bộ có thể chọn chiều rộng làn xe theo TCVN 4054 Blàn=3,5m.
2.2.1.3. Lề đường
Lấy theo bảng 6 của TCVN-4054, đối với loại đường cấp IV đồng bằng thì chiều rộng lề là 1
m trong đó lề gia cố là 0,5 m
2.2.1.4. Dốc ngang phần xe chạy
Độ dốc ngang phần xe chạy của các bộ phận trên mặt cắt ngang ở các đoạn đường thẳng được
lấy như trong bảng 9 của TCVN 4054 - 2005 phụ thuộc vào vật liệu làm lớp mặt và vùng mưa
(giả thiết trước mặt đường sẽ sử dụng là mặt đường bêtông nhựa). Vậy lựa chọn độ dốc ngang của mặt đường là 2%.
Vậy: Với đường cấp thiết kế IV, V = 60 Km/h ta xác định được quy mô mặt cắt ngang tk như sau:
Bảng 2- 2. Bảng tổng hợp quy mô mặt cắt ngang n B B Cấp thiết kế V lx làn B lề Bnền tk pxc (Km/h) (làn) (m) (m) (m) (m) IV 60 2 3,5 7 1 9
Hình 2- 4. Minh họa mặt cắt ngang
2.2.2. Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế mặt cắt ngang 2.2.2.1. Siêu cao
Giới hạn lớn nhất của độ dốc siêu cao là đảm bảo phương tiện không bị trượt khi mặt
đường bị trơn và giới hạn nhỏ nhất đảm bào khả năng thoát nước của mặt đường.
Công thức tính độ dốc siêu cao: V 2 isc= −μ gR Trong đó:
V- tốc độ thiết kế, km/h; R-
bán kính đường cong, m; μ-
hệ số lực ngang tính toán.
Trong công thức trên ta thấy tốc độ tỷ lệ thuận với bán kính và với độ dốc siêu cao, nếu độ
dốc siêu cao lớn sẽ khiến xe chạy chậm vì vậy độ dốc siêu cao lớn nhất không quá 8%.
Độ dốc siêu cao ta lấy tương ứng với bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế theo TCVN 4054-2005.
2.2.2.2. Độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong
Độ mở rộng bố trí cả ở hai bên , phía lưng và phía bụng đường cong.
Đối với đường có 2 làn xe, độ mở rộng E được tính theo công thức gần đúng : L xV E= + (m) R √R Trong đó:
LA – chiều dài tính từ trục sau xe tới giảm xóc đằng trước, m;
R – bán kính đường cong, m;
V – tốc độ thiết kế, km/h.
Theo TCVN 4054, độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm đối với đường 2
làn xe và xe con và xe tải chiếm ưu thế lấy như sau:
Giá trị độ mở rộng theo TCVN 4054 thường lớn hơn các giá trị tính toán do đã xét đến nhiều
loại xe khác nhau và thiên về tính an toàn nên vì vậy ta chọn theo TCVN 4054 như sau:
Bảng 2- 3. Độ mở rộng phần xe chạy, Emr (m) R 250 200 175 150 125 Emr (m) 0,6 0,8 0,8 1,0 1,0
2.2.3. Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế bình đồ:
2.2.3.1. Xác định tầm nhìn xe chạy -
Tầm nhìn hãm xe, S1:
Hình 2- 5. Sơ đồ tầm nhìn hãm xe S1
+ Đường cấp IV, địa hình đồi có vận tốc thiết kế V tk=60km/h;
+ Hệ số sử dụng phanh chọn k=1,2;
+ Hệ số bámφ=0,5;
+ Độ dốc dọc i=2%;
+ Chiều dài đoạn dự trữ an toàn lo=10m. V kV 2 60 1,2×602 Ta có: S1= + +lo= + +10=62,1(m)
3,6 254 (φ−i) 3,6 254 (0,5−0,02)
Theo Bảng 10 TCVN 4054-2005 S1=75m với đường thiết kế cấp IV, tốc độ thiết kế
V tk=60km/h
Kiến nghị chọn S1=75m
-Tầm nhìn trước xe ngược chiều, S2:
Hình 2- 6. Sơ đồ tầm nhìn trước xe ngược chiều S2 V kV 2 φ 60 1,2×602×0,5 S2=1,8 +
254(φ2−i2) +lo=1,8+ 254(0,52−0,022) +10=77,4 (m)
Theo Bảng 10 TCVN 4054-2005 S2=150m với đường thiết kế cấp IV, tốc độ thiết kế
V tk=60km/h
Kiến nghị chọn S2=150m -Tầm
nhìn vượt xe, Sxv:
Hình 2- 7. Sơ đồ tính tầm nhìn vượt xe
Giả thiết xe con chạy với vận tốc V 1=60km/h chạy sang làn ngược chiều để vượt xe tải
chạy chậm hơn với tốc độ V2=40km/h Sxv=
V631×,5(×V(1φ+−Vi2))+l0=6360,5××((060,5+−400,02) )+10=206 (m)
Theo Bảng 10 TCVN 4054-2005 Sxv=350m với đường thiết kế cấp IV, tốc độ thiết kế
V tk=60km/h
Kiến nghị chọn Sxv=350m
2.2.3.2. Tính các bán kính đường cong nằm nhỏ nhất: Rmin ,Rminksc ,Rmintt
-Bán kính tối thiểu giới hạn khi có siêu cao:
+Vận tốc tính toán: V=V tk=60km/h
+Hệ số lực ngang lớn nhất:μ=0,15
+Độ dốc siêu cao tối đa: imaxsc =0,07 Ta có: V 2 602 Rmin= 127(μ+imaxsc )
=127× (0,15+0,07) =128,85 (m)
Theo bảng 11 trong TCVN 4054-2005 Rmin=125m
Kiến nghị chọn Rmin=130m
-Bán kính tối thiểu khi không có siêu cao:
Đây là trường hợp khi có điều kiện làm bán kính lớn và không cần thiết phải bố trí siêu cao,
lúc đó mặt cắt ngang làm hai mái và isc=−in, độ dốc ngang tối thiểu thoát nước.
+Vận tốc tính toán:V=V tk=60km/h
+Hệ số lực ngang: μ=0,08 +Độ dốc
ngang mặt đường: in=0,02 Ta có: 2 2 Rminksc = V = 60 =472,4 (m) 127(μ−in) 127×(0,08−0,02)
Theo Bảng 11 TCVN 4504-2005 Rminksc =1500m
Kiến nghị chọn Rminksc =1500m
-Bán kính tối thiểu thông thường:
Đây là trị số khuyến khích nên dùng, trong đó tốc độ tính toán cộng thêm 20km/h, theo tốc độ
đó chọn hệ số lực ngang, siêu cao là trị số tối đa trừ đi 2%.
+Vận tốc tính toán V=V tk+20=60+20=80km/h;
+Hệ số lực ngang ứng với V=80km/h là μ=0,135;
+Độ dốc siêu cao: isc=imaxsc −2%=7 %−2%=5% min V 2 802 Ta có: Rtt = ==272,4 (m)
127×(μ+isc ) 127× (0,135+0,05)
Theo Bảng 11 TCVN 4504-2005 Rmintt =250m
Kiến nghị chọn Rmintt =273m
C, Tính toán chiều dài đường cong chuyển tiếp và đoạn nối siêu cao -
Đoạn nối siêu cao:
Độ dốc dọc trên đường cấp IV: I p=1% Chiều dài đọan nối siêu cao: H isc ×b 0,05×9 Lnsc= ip = ip= 0,01 =45(m)
Chiều dài đoạn quay phía lưng đường cong từ dốc ngang −in đến 0: h1 in ×b 0,02×9 L1= i p =
2i p =2×0,01=9(m)
Chiều dài đoạn quay phía lưng đường cong từ dốc ngang 0 đến in: h1 in ×b 0,02×9 = =
L2=L1= ip 2ip 2×0,01=9(m)
Chiều dài đoạn quay phía lưng đường cong từ dốc ngang 0 đến in:
L3=Lnsc−(L1+L2)=45−(9+9)=27 ( m)
Theo bảng 14 TCVN 4054-2005 với isc=5%, V tk=60km/h thì Lnsc=55m>45m.
Giá trị đoạn nối siêu cao theo TCVN 4054 lớn hơn giá trị tính toán đã xét đến nhiều yếu tố và
thiên về an toàn vì vậy ta chọn theo TCVN 4054.
Bảng 2- 4. Độ dốc siêu cao (i ) và chiều dài đoạn nối siêu cao (L sc nsc) R (m) Isc 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 Lnsc(m) 70 60 55 50 50 50
D, Xác định chiều dài đoạn chêm giữa 2 đường cong nằm
Đoạn thẳng tối thiểu cần chêm giữa hai đường cong có siêu cao là: L1 L2 + m ¿ 2 2 (m)
Trong đó:L1. L2 (m) lần lượt là chiều dài chọn bố trí đoạn nối siêu cao ứng với bán kính R1 , R2 (m)
Vì chưa cắm được tuyến cụ thể trên bình đồ nên chưa thể biết giá trị cụ thể của bán kính
R1 và R2 là bao nhiêu, do vậy để tiện dụng về sau, ở đây cho một nhóm bán kính này (R1) ghép
với bất kỳ một nhóm bán kính khác (R ) từ đó tính ra trị số m tương ứng. Sau này tron 2 g giai
đoạn thiết kế bình đồ tuyến, tuỳ từng trường hợp cụ thể ta sẽ vận dụng bảng 2.5 để kiểm tra
chiều dài các đoạn chêm m xem có đủ không.
Bảng 2- 5. Trị số chiều dài tối thiểu đoạn chêm R (m) L(m 70 60 55 50 50 50 ) 70 70 65 62.5 60 60 60 60 65 60 57.5 55 55 55 55 62.5 57.5 55 52.5 52.5 52.5 50 60 55 52.5 50 50 50 50 60 55 52.5 50 50 50 50 60 55 52.5 50 50 50
2.2.4. Nhóm chỉ tiêu kĩ thuật thiết kế trắc dọc
A, Xác định độ dốc lớn nhất cho phép (idmax)
Độ dốc dọc idmax tính toán được xác định từ giá trị nhỏ hơn trong 2 điều kiện sau:
+Điều kiện sức kéo của ô tô
+Điều kiện sức bám của ô tô với mặt đường
-Theo điều kiện sức kéo: sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản của đường
Khi xe chạy với vận tốc không đổi thì: id=D−f
D- là nhân tố động lực của xe f – là hệ số sức cản lăn
-Theo điều kiện sức bám: Để đảm bảo bánh xe không quay tại chỗ khi leo dốc trong điều
kiện bất lợi nhất thì sức kéo phải nhỏ hơn sức bám của bánh xe với mặt đường.
ibmax=D'−f
-Theo TCVN 4054 đối vời đường cấp IV, địa hình đồng bằng và đồi quy định độ dốc dọc lớn
nhất là 7% lớn hơn các giá trị tính toán cho một số loại xe tải. Do vận tốc tính toán không
phải là vận tốc xe chạy thực nên có thể dùng giá trị độ dốc dọc lớn nhất theo TCVN 4054.
B, Tính bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu
Bán kính đường cong đứng lồi thiết kế cần đảm bảo tầm nhìn ban ngay trên đường cong, tức
là người lái phải nhìn thấy chướng ngại vật cố định. Bán kính đường cong lồi được xác định như sau: min S21 62,12 Rlồi =
2d=2×1,2=1606,84(m)
S1-tầm nhìn hãm xe, m; d-chiều cao mắt người lái
trên mặt đường, d=1,2m.
C, Tính bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu
Bảo đảm hạn chế mức độ gia tăng gia tốc ly tâm: trên đường cong đứng lõm, lực ly tâm gia
thêm vào tải trọng, gây khó chịu cho hành khách và gây nên siêu tải cho lò xo của xe. Để hạn
chế gia tốc ly tâm không được vượt quá 0,5÷0,7m/s2, khi đó bán kính trên đường cong đứng
lõm cần lơn hơn giá trị sau: V 2 602 Rlõm= = =533,85 (m) 13×a 13×0,5
Đồng thời bán kính đường cong đứng lõm cũng phải đảm bảo điều kiện tầm nhìn xe chạy ban đêm S21 62,12
Rr=2(hp+S1
sinα)=2×(0,75+75×sin1o)=936,5(m)
S1- tầm nhìn hãm xe, m hp- chiều cao đèn pha, đối với xe
con hp=0,75m; α- góc tỏa của chùm sang đèn pha (theo
chiều đứng) α=1o Bảng 2- 6. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ
thuật của tuyến đường STT
Các chỉ tiêu kĩ thuật Đơn vị Tính
Tiêu chuẩn Kiến nghị toán lựa chọn 1 Cấp hạng đường Cấp thiết kế - - IV IV Vận tốc thiết kế km/h - 60 60 2
Lưu lượng xe năm thứ 15 xeqđ/ngđ 2156 >500 2156 3 Bề rộng một làn xe m 3.34 3.5 3.5 4 Bề rộng phần xe chạy m - 7 7 5 Bnền đường m - 9 9 6 Blề gia cố m - 0,5 0,5 7 Blề đất m - 0,5 0,5 8 Số làn xe làn 0.383 2 2 9 Rminnằm giớihạn m 128,85 125 130 11 m 472,4 1500 1500 Bán kính không siêu cao, 12 m 272,4 250 273
Bán kính nằm tối thiểu tt, 13
Tầm nhìn 1 chiều, S1 m 62,1 75 75 14
Tầm nhìn trước xe ngược chiều S2 m 77,4 150 150 15
Tầm nhìn vượt xe, Sxv m 206 350 350 16
BK đường cong đứng lồi min,Rminlồi m 1606,84 2500 2500 17
Bk đường cong lõm min,Rminlõm m 936,5 1000 1000 18 idmax % 6 6 6 19
i ngang mặt đường và lề gia cố % - 2 2 20 i ngang lề đất % - 6 6 21
Chiều dài đoạn nối siêu cao m Xem chi tiết Xem bảng Xem bảng bảng 2.4 tra tiêu tra tiêu chuẩn chuẩn 22
Chiều dài đoạn chêm tối thiểu m Xem chi tiết - 70 bảng 2.5 23
Độ mở rộng phần xe chạy E m Xem chi tiết Xem bảng Xem bảng bảng 2.3 tra tiêu tra tiêu chuẩn chuẩn
CHƯƠNG 3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ THIẾT KẾ 3.1.
Các kết quả thiết kế tuyến bình đồ
3.1.1. Nguyên tắc thiết kế
3.1.1.1. Phân tích và hoàn thiện bình đồ
Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật đã chọn ở chương 2.
Tránh các khu vực dân cư, khu vực di tích lịch sử.
Bảo đảm các chỉ tiêu về kinh tế, giảm thiểu chiếm dụng đất canh tác và di
dời nhà cửa, tránh đền bù giải toả, giảm thiểu kinh phí xây dựng.
Hệ số triển tuyến hợp lý.
Qua các điểm nơi khống chế: các điểm khống chế có thể là các điểm sau:
+ Điểm đầu và điểm cuối tuyến
+ Vị trí vượt sông thuận lợi
+ Cao độ khu dân cư, thị trấn, thành phố
+ Nơi giao nhau với các tuyến giao thông khác
Tránh qua các khu vực có địa chất phức tạp, đầm lầy, ao hồ, điạ hình
không ổn định, mực nước ngầm cao.
Thực hiện công việc điền cao độ bình đồ xác định khoảng cách giữa 2 điểm tuyến B7- B11: + Cao độ B7: 330 (m) + Cao độ B11: 340 (m)
Khoảng cách theo đường chim bay từ B7-B11: 2,258(km)
3.1.1.2. Xác định đường hướng dẫn tuyến
Cao độ giữa các điểm khống chế.
Vị trí hai điểm khống chế nằm dọc theo 1 bên theo hướng phân thủy hoặc
đường tụ thủy của địa hình.
Vị trí hai điểm khống chế nằm ở 2 bên đường phân thủy hoặc tụ thủy.
Tại những vùng có khó khăn về bình đồ phải tiến hành đi bước compa: ΔH 1 λ= × id M
Trong đó: H - là chênh cao giữa hai đường đồng mức liên tiếp, H = 5m 1
M - là tỷ lệ bản đồ ()
id - là độ dốc dọc đều của tuyến, id = imax – 0,02= 0,05 5 1 Do đó: λ = 0,05 ×
10000 = 1 cm (trên bình đồ)
Hướng tuyến sơ bộ trên Hình 3-2.
Hình 3-2. Đường dẫn tuyến theo bước compa sơ bộ
3.1.1.3. Phóng tuyến và định đỉnh
Phương án tuyến sơ bộ trên Hình 3-2
Nhận xét sơ bộ về phương án tuyến:
+ Phương án tuyến có sự bám địa hình tốt nhất, vượt qua các vị trí đèo thích
hợp nhất. Đồng thời, phương án tuyến này ít phải cắt qua các điểm tụ thủy, tuyến nằm
song song phân thủy nhiều giúp thoát nước mặt đường tốt, hạn chế phải bố trí cống thoát
nước. Phương án tuyến nằm trên vùng có sự ổn định tốt về địa chất. Đảm bao cho công
tác thi công cũng như khi đưa vào khai thác công trình.
→ Kết luận phù hợp với các yếu tố về kỹ thuật và kinh tế. Vậy lựa chọn phương
án tuyến trên đi qua 2 điểm B7-B11. 3.1.2. Bố trí cong nằm và rải cọc trên tuyến
Sau khi triển tuyến trên bình đồ, đo các góc chuyển hướng (góc ngoặt), dựa vào
địa hình tại các đỉnh ta chọn được bán kính đường cong nằm phù hợp.
Sau khi xác định các đoạn thẳng cong, tiến hành rải cọc trên tuyến:
Cọc lý trình thể hiện KM1
Cọc 100m được ký hiệu H1 H9.
Cọc yếu tố đường cong bao gồm TD1 TD3, P1 P3, TC1 TC3.
Cọc cống được kí hiệu C1.
Được thể hiện cụ thể trên Hình 3-3.
Hình 3-3. Bố trí đường cong nằm và rải cọc trên tuyến
3.1.3. Tính toán các yếu tố đường cong nằm
Chọn Rnằm cố gắng bố trí Rnằm lớn để đảm bảo điều kiện xe chạy (nên chọn 2
đường cong liền kề có tỷ số giữa hai bán kính Ri và Ri+1 ≤ 2.0) π×R×α
Chiều dài đường cong: K = 180 (m) 1 R×−1 Phân cự: P = cos α ) (m) 2
Chiều dài đoạn tiếp tuyến: T = R tg(m)
Hình 3-4. Các yếu tố đường cong nằm
3.1.4. Kết quả thiết kế
Các kết quả được tổng hợp Bảng 3-1, Bảng 3-2, Error: Reference source not found .
Bảng 3-1. Tổng hợp các yếu tố bình đồ STT Chỉ tiêu Phương án tuyến 1 Chiều dài tuyến (m) 2258 2 Hệ số triển tuyến 1.104 3 Số góc ngoặt 4 4 Rnằmmin (m) 150
Bảng 3-2. Các yếu tố cơ bản của đường cong nằm Các yếu tố cơ bản Góc chuyển hướng Lý trình của đường cong STT đỉnh R(m Trái Phải ) T(m) P(m) K(m) Km0+375.3 14,0 163,7 1 8 92˚50'34.22'' 250 84,93 3 4 Km0+814.3 2 6 136˚3'7.74'' 250 40,27 3,22 79,86 Km1+112.4 117,0 31,7 211,8 3 4 133˚13'56.31'' 200 9 5 7 Km1+687.4 17,9 163,0 4 4 133˚13'56.31'' 200 86,68 7 6
Bảng 3-3. Bảng cao độ tự nhiên trên mặt cắt dọc Khoảng cách lẻ Khoảng cách Cao độ tự nhiên STT Tên cọc (m) cộng dồn (m) (m) 1 Km 0+0 0 0 329.939 2 H1 100 100 336.1247 3 H2 100 200 337.1374 4 TD1 93.47 293.47 333.5886 5 H3 6.5 300 333.3297 6 P1 75.3 375.3 332.4678 7 H4 24.65 400 332.8854 8 TC1 57.22 457.22 334.9958 9 H5 42.7 500 336.7341 10 H6 100 600 338.5153 11 H7 100 700 338.7475 12 TD2 74.54 774.54 339.3654 13 H8 25.45 800 339.5285 14 P2 14.7 814.7 339.5245 15 TC2 39.3 854.4 339.3086 16 H9 45.5 900 339.6168 17 Km 1 100 1000 339.1323 18 TD3 32 1032 338.3491 19 H1 67.01 1100 334.5475 20 P3 12.43 1112.43 333.9887 21 C1 42.73 1155.17 331.5015 22 TC3 36.7 1191.8 334.9846 23 H2 8.11 1200 336.087 24 H3 100 1300 345.7325 25 H4 100 1400 350.5844 26 H5 100 1500 350.729 27 H6 100 1600 350.0092 28 TD4 6.04 1604 349.9624 29 P4 81.8 1687 351.0448 30 H7 12 1700 351.3952 31 TC4 69.65 1769 354.0703 32 H8 30.34 1800 355.1211 33 H9 100 1900 355 34 Km 2 100 2000 355.0262 35 H1 100 2100 352.3345 36 H2 100 2200 345.4406 37 KM2 +285 85 2285z 340
CHƯƠNG 4. QUY HOẠCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC
4.1.1. Xác định vị trí đặt cống trên bình đồ 4.1.1.1. Nguyên tắc
Công trình thoát nước ngang đường nhằm mục đích không gây đọng nước
trong phạm vi đường và không để dòng chảy gây phá hoại các hạng mục đường, vị trí đặt công trình:
Nơi tuyến cắt ngang đường tụ thủy.
Nơi địa hình không hình thành tụ thủy rõ ràng nhưng khi tuyến đường xuất hiện
tạo nên túi nước, gây đọng nước trên đường.
Dựa trên tuyến đường thực tế trên bình đồ, ta lựa chọn được 3 khu vực cần đặt cống thoát nước.
Do tuyến đường khó bố trí đi lên trên đường phân thủy, nên khi tuyến men theo
sườn dốc thì có suất hiện túi nước gây đọng nước. Yêu cầu bố trí cống tại điểm có lý trình.
Vị trí cần đặt cống là những nơi có suối nhỏ và nơi có tụ thủy mà tuyến đi qua.
Kết quả xác định vị trí đặt cống được thể hiện trong Bảng 3-4 và Hình 3-5.
Bảng 3-4. Bảng vị trí cống trên tuyến Cống Lý trình C1 Km 1+155.1
Hình 3-5. Diện tích lưu vực F1,F2 và F3
4.1.1.2. Xác định lưu lượng tính toán 𝑸𝑸%
Theo tiêu chuẩn tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ TCVN 9845-2013, lưu
lượng tính toán ứng với tần suất xuất hiện p% tại vị trí công trình như sau:
𝑸𝑸% = 𝑸. 𝑸𝑸%. 𝑸. 𝑸𝑸%. 𝑸
Trong đó: 𝑸𝑸- lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế p% của trạm đại
diện cho lưu vực tính toán;
F- diện tích lưu vực tính toán;
𝑸- hệ số dòng chảy lũ; 𝑸- hệ số xét tới làm giảm lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ trong khu vực;
𝑸𝑸- mô đun đỉnh lũ với tần suất thiết kế.
Với các giá trị trong biểu thức được tính toán và lựa chọn như sau:
Theo quy định về tần suất lũ tính toán p% (bảng 30- TCVN 4054-2005) quy
định: Với đường có cấp thiết kế IV và tính tần suất cho cầu nhỏ và cống 𝑸% = 4%.
Lượng mưa ngày lớn nhất tương ứng với tần suất thiết kế 4% của trạm đại
diện gần khu vực Duy Tiên-Hà Nam là trạm Đồng Văn (theo danh sách trạm đại diện
trong phụ lục B - TCVN 9845-2013) → 𝑸4% = 285 𝑸𝑸 (theo số liệu phụ lục 15 [4]).
Khu vực Duy Tiên-Hà Nam nằm trong vùng mưa VIII: vùng biển từ Hải
Phòng đến Thanh Hóa (theo bảng 3 trong TCVN-9845-2013).
Do không có số liệu thực tế khảo sát để tham khảo, ta chọn cấp III là cấp đất
đại diện để tính toán. Diện tích lưu vực:
• Lưu vực : F1=6,56km2.
Hệ số dòng chảy lũ thiết kế được tra trong bảng A.1 TCVN-9845-2013 với
giá trị 𝑸4% = 285 𝑸𝑸, cấp đất III và 1≤𝑸 ≤ 10 𝑸𝑸2 là 𝑸 = 0,85 đối với lưu vực 1.
Hệ số triết giảm lưu vực do ao hồ trên khu vực, do trên lưu vực không có
aohồ, đầm lầy nên chọn 𝑸 = 1.
Độ nhám sườn dốc trên lưu vực: Tính thiên về an toàn và sự thay đổi theo
thời gian và với đồ án không có nhiều thông tin khảo sát nên ta chọn được 𝑸𝑸𝑸 = 0,2.
Độ nhám lòng suối: Theo phân cấp trong tiêu chuẩn TCVN 9845-2013, với
lòng sông có cỏ mọc, có đá, chảy không lặng, suối không có nước thường xuyên. Suối
chảy quanh co, không thường xuyên và lòng tắc nghẽn. Vậy ta chọn 𝑸𝑸𝑸 = 8 để tính toán.
Độ dốc sườn dốc lưu vực: Thực hiện đo trung bình độ dốc và hướng sườn
dốc trong lưu vực. Ta thu được kết quả cho 3 lưu vực như sau:
• Lưu vực F1: J𝑸𝑸 = 0.03%
Độ dốc lòng suối: Thực hiện đo độ dốc trung bình của các đoạn suối chính
trên các lưu vực. Ta thu được các kết qua sau:
• Lưu vực F1: J𝑸𝑸 = 0.08%
Chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực: F
Lsd =1,8¿¿ (với sườn dốc 2 mái) 1000 F
Lsd = 0,9¿¿ (với sườn dốc 1 mái)
Xác định đặc trưng địa mạo sườn dốc 𝑸𝑸𝑸: Hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc
được xác định theo công thức sau: L0Sd,6 Φsd= 0,3 msd J sd ¿¿
Kết quả tính toán Bảng 3-5.
Bảng 3-5. Bảng thông số các lưu vực Lưu vực Diện tích Chiều dài Chiều dài 𝑸𝑸𝑸 (𝑸) 𝑸𝑸𝑸 lưu vực lòng chính suối nhánh 𝑸𝑸𝑸 𝑸 (𝑸𝑸2) 𝑸 (𝑸) l (𝑸) F1 0.65 1076 805 117,6 8,1 61
Xác định đặc trưng địa mạo thủy văn lòng suối 𝑸𝑸𝑸: 1000L = Φls 1/3 1/4 mls I ls F ¿¿
Các giá trị thông số địa mạo thủy văn lòng sông như sau:
• Lưu vực F1: 1000L Φls= 1/3 1/4 mls Jls F ¿¿
Xác định mô đun tương đối của dòng chảy lớn nhất 𝑸4%:
• Lưu vực F1: Từ 𝑸𝑸𝑸 = 1,7, 𝑸𝑸𝑸 = 61 và vùng mưa XVIII, mô đun tương đối
của dòng chảy lớn nhất là 𝑸4% = 0,170. Xác định 𝑸4%:
• Lưu vực F1: 𝑸4% = 𝑸4% × 𝑸 × 𝑸4% × 𝑸 × 𝑸
= 0,170 × 0,74 × 160× 0,116 × 1 = 2,3 (m3/s)
Các kết quả tính toán được thống kê Bảng 3-6.
Bảng 3-6. Bảng kết quả tính toán thủy văn công trình cầu cống STT F L ∑l 𝑸 𝑸 𝑸 L 𝑸𝑸 𝑸 (km) sd 𝑸𝑸𝑸 (km2) 𝑸 (km) mls msd 𝑸𝑸 𝑸𝑸𝑸 𝑸4% (km) (𝑸3/s) 1 0.65 0,054 0 8 0,2 0,117 0,74 1,7 8,1 61 0,170 1 12.26
4.1.2. Lựa chọn loại, khẩu độ công trình
Dự kiến dùng cống tròn BTCT theo loại miệng thường, chế độ chảy không áp
Căn cứ vào Qd đã tính, chọn các phương án khẩu độ cống đảm bảo:
Số lỗ cống không nên quá 3 lỗ.
Số đốt cống là chẵn và ít nhất.
Kết quả lựa chọn thống kê Bảng 3-7.
Bảng 3-7. Bảng thống kê lựa chọn loại, khẩu độ công trình Lưu
Q4 %(m3/s) Loại cống Đường kính H v vực F1 12.26 I –2,5 m × 2 2,5 2.54 3,84
4.1.3. Bố trí công trình trên trắc ngang, trắc dọc
4.1.3.1. Nguyên tắc bố trí
Bố trí cửa ra của cống trùng với mặt đất tự nhiên.
Khi dốc dọc của khe suối tại vị trí làm cống nhỏ hơn 10% khe suối thẳng
thường bố trí cống theo độ dốc của suối. Như vậy thì giảm được khối lượng đất đào ở
cửa vào của cống, và dòng chảy trong cống gần với dòng chảy tự nhiên của suối.
4.1.3.2. Xác định cao độ khống chế tại vị trí cống
Với cống, cao độ nền đường tối thiểu phải thỏa mãn ba yêu cầu:
• 𝑸𝑸ề𝑸 𝑸𝑸𝑸 = Hnước dâng + 0,5𝑸
• 𝑸𝑸ề𝑸 𝑸𝑸𝑸 = Hđỉnh cống + Hđấp
• 𝑸𝑸ề𝑸 𝑸𝑸𝑸 = Háo đường + 30c𝑸
Việc xác định cao độ khống chế trên cống và bố trí cống trên mặt cắt ngang được cho
trong phần phụ lục. Bảng 3- 6. Cao độ nền đường tối thiểu STT Lý trình Loại CĐTN CĐĐC CĐKC Hnềnmin cống 1 Km1+155,1 I-2,5m 331.41 331.53 334.61 2
1.1.1.1. Mặt cắt cống
Hình 3- 6. Mặt cắt ngang nền đường tại vị trí cống số 1 4.2.
THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC
4.2.1. Các căn cứ thiết kế
Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005
Dựa vào yêu cầu thiết kế của tuyến B7-B11
Dựa vào bình đồ tỉ lệ 1/10000, trắc dọc tự nhiên, thiết kế thoát nước của tuyến
Dựa vào số liệu địa chất, thuỷ văn
4.2.2. Mục tiêu và số liệu đầu vào
Thiết kế mặt cắt dọc dựa trên bình đồ tuyến đường thiết kế, ta tiến hành
vạch đường đỏ đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật của cấp đường và đáp ứng các mục
tiêu kinh tế trong công trình.
Thiết kế trắc dọc tuân thủ các yếu tố kĩ thuật sau đây:
Trong mọi trường hợp bán kinh đường cong lồi, đường cong lõm không được vị
phạm tiêu chuẩn giới hạn quy định đối với cấp đường thiết kế;
Chiều dài đoạn đổi dốc: 150 (m) đối với V=60km/h đường cấp IV- khu vực đồng
bằng và đồi (TCVN 4054 – 2005);
Độ dốc dọc lớn nhất imax=6%;
Đảm bảo thoát nước rảnh dọc: Trong đường đào, nửa đào nữa đắp, đắp thấpidốcmin
≥ 0.5% ( cá biệt là 0.3% nhưng chỉ được bố trí trên chiều dài < 50 m )
Đảm bảo cao độ khống chế tại các vị trí như đầu tuyến, cuối tuyến, các nút giao,
đường ngang, đường ra vào các khu dân cư, cao độ mặt cầu, cao độ nền đường
tối thiểu trên cống, cao độ nền đường tối thiểu tại các đoạn nền đường đi dọc
kênh mương, các đoạn qua cánh đồng ngập nước; Các cao độ khống chế sau đây:
Cao độ khống chế tại điểm đầu D2: 445
Cao độ không chế tại điểm cuối D4: 445
Cao độ khống chế tại các điểm cống:
Khi vạch đường đỏ phải cố gắng bám sát địa hình để đảm bảo các yêu cầu về
kinh tế cũng như sự thuận lợi cho thi công
Trắc dọc tuyến phải thỏa mãn yêu cầu cho sự phát triển bền vững của khu vực,
phù hợp với sự phát triển quy hoạch của các đô thị và công nghiệp hai bên tuyến
Kết hợp hài hòa với các yêu tố hình học của tuyến tạo điều kiện thuận lợi nhất
cho phương tiện và người điều khiển, giảm thiểu chi phí vận doanh trong quá trình khai thác.
Kết hợp hài hoà với các yếu tố cảnh quan, các công trình kiến trúc trong khu vực tuyến đi qua.’
4.2.3. Đề xuất phương án tuyến
4.2.3.1. Phương pháp thiết kế trắc dọc
Ở vùng đồi thấp có độ dốc địa hình nhỏ, mặt cắt dọc mặt đất tự nhiên thường
nhỏ hơn độ dốc giới hạn lớn nhất cho phép đối với cấp đường, vì vậy thường thiết kế
theo phương pháp đi bao tức là đường đổ gần như song song với đường đen. Phương
pháp này đào đắp ít, dễ ổn định, ít làm thay đổi cảnh quan môi trường, chế độ thủy nhiệt thuận lợi. 4.2.3.2. Đề xuất
Xác định vị trí các điểm khống chế:
Các điểm không chế bao gồm: điểm đầu tuyến, điểm cuối tuyến, các vị trí đắp trên cống
(đã được xác định trong bước tính thủy văn và bố trí công trình thoát nước).
Xác định vị trí các điểm mong muốn:
Độ dốc ngang sườn nơi tuyến đi qua có độ dốc < 30%, vì thế để thuận lợi cho thi công và
giá thành xây dựng là nhỏ nhất cố gắng đi đường đỏ để tạo được nền đường có dạng chữ L
hoặc nửa đào nửa đắp.
Cân bằng đào đắp dọc tuyến áp dụng với các tuyến đường vùng đồi núi, tận dụng đất đào
chuyển sang đắp sẽ có lợi trên các mặt: Cải thiện độ dốc dọc thiết kế, hạn chế tác động môi
trường do đổ thải hoặc do khai thác mỏ đất, chủ động tổ chức trong công trường.
Từ các cao độ mong muốn này, chấm lên trên trắc dọc. Khi đi đường đỏ sẽ cố gắng đi qua
càng nhiều các điểm khống chế mong muốn càng tốt, nhưng cũng phải đảm bảo tới cao độ
khống chế trên trắc dọc.
4.2.3.3. Thiết kế đường cong đứng
Đường cong đứng được bố trí theo yêu cầu hạn chế lực ly tâm, đảm bảo tầm nhìn
ban ngày và ban đêm. Ngoài ra việc bố trí đường cong đứng còn làm cho trắc dọc được liên tục hài hoà hơn.
Đường cong đứng thường thiết kế theo đường cong tròn.
Các yếu tố đặc trưng của đường cong đứng xác định theo các công thức sau:
Chiều dài đường cong đứng tạo bởi 2 dốc : K = R (i1 - i2) (m) R×(i ) 1−i2 2
Tiếp tuyến đường cong: T = (m) T2 Phân cự: p = 2R (m)
Kết quả thiết kế đường cong đứng :
Trên tuyến có tất cả đường cong đứng ( 3 đường cong lồi và 3 đường cong lõm)
trong đó bán kính lớn nhất là R= 4000 m và nhỏ nhất là 1500 m.
Bảng 3- 8. Các thông số đường cong đứng R(m) đỉnh Lồi Lõm 1 Km0+200 2500 1.82 -2.17 75.3 41.30 0.34 2 Km0+375 1500 -2.17 1.43 59.68 28.22 0.26 3 Km0+800 4000 1.43 -1.64 80.88 54.4 0.39 4 Km1+154,28 1500 -1.64 5.94 61.92 57.28 1.09 5 Km1+400 2500 5.94 1.71 80.98 60.85 0.74 1.26` 6 Km2 4000 1.71 3.96 55.6 100.7 ` ST Lý trình Bán kính i1 (%) i2 (%) K (m) T (m) p (m) T 4.3.
THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG
4.3.1. Các căn cứ thiết ké
Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005
Dựa vào yêu cầu của tuyến B7 – B11 về quy mô mặt cắt ngang
Dựa vào điều kiện địa chất, thuỷ văn, tình hình thoát nước…
4.3.2. Các thông số mặt cắt ngang tuyến B7 – B11
Mặt cắt ngang được thiết kế cho toàn tuyến như sau:
Bề rộng chung nền đường: B = 9 m
Độ dốc ngang mặt đường phần xe chạy và lề gia cố: i = 2%
Độ dốc ngang phần lề đất: i = 6%
Bề rộng phần xe chạy: 2 3.5 = 7 m
Bề rộng phần lề gia cố: 2 0.5 m Bề
rộng phần lề đất : 2 0.5 m
Độ dốc mái taluy nền đào: 1:1
Độ dốc mái taluy nền đắp: 1:1.5
Rãnh dọc hình thang đáy nhỏ 0.4 m, độ dốc là 1:1
Chiều dày bóc hữu cơ là 0.3 m
Hình 3- 9. Mặt cắt ngang thiết kế
4.3.3. Tổng hợp trắc ngang điển hình trên tuyến
Hình 3- 10. Nền đào hoàn toàn
Hình 3- 11. Nền đắp hoàn toàn
Hình 3- 12. Nền nửa đào nửa đắp
Hình 3- 13. Mặt cắt ngang trong đường cong có siêu cao 4.4.
XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐÀO ĐẮP
Khối lượng đào đắp được tính cho từng mặt cắt ngang, sau đó tổng hợp trên toàn tuyến, công thức tính: V=
F1+2F2 ×L12(m3) Trong đó :
F1 vàF2 - là diện tích đào đắp tương ứng trên 2 trắc ngang kề nhau (đơn vị m2) L12
- là khoảng cách giữa 2 trắc ngang đó (m)
Với sự trợ giúp của phần mềm ADS civil, việc tính được khối lượng đào đắp khá
chính xác. Kết quả được thể hiện trong bảng dưới đây
Bảng 3- 9. Bảng tổng hợp khối lượng đào đắp
BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG S Tên cọc Kc.lẻ Diện 琀 ch thực 琀 nh Diện 琀 ch trung bình Khối lượng 琀琀 Vét Vét Đào Đắp Đào Đắp Vét hữu 0 hữu hữu Đào nền Đắp nền nền nền nền nền cơ cơ cơ 1 Km 0+0 0 60.5 5.8 100.0 5.6 30.3 2.9 561.4 3025.5 289.8 2 H1 11.2 0 0 100.0 9.1 1.0 0.4 910.6 97.2 39.3 3 H2 7.0 1.9 0.8 93.5 3.5 16.8 2.7 326.4 1570.4 251.4 4 TD1 0 31.7 4.6 6.523 0 32.8 4.7 0.0 214.3 30.4 5 H3 0 34.0 4.7 75.3 0.2 30.0 4.5 17.3 2261.1 342.8 6 P1 0.5 26.0 4.4 24.7 0.6 22.8 4.1 13.8 563.1 101.7 7 H4 0.7 19.7 3.9 57.2 4.3 11.2 2.4 243.8 641.7 139.5 8 TC1 7.9 2.7 1.0 42.8 15.8 1.4 0.5 674.0 58.2 21.5 9 H5 23.7 0 0 100 26.1 0 0 2612.0 0 0 10 H6 28.6 0 0 100 19.9 0 0 1985.9 0 0 11 H7 11.1 0 0 74.5 8.7 1.4 0.5 648.8 105.7 39.0 12 TD2 6.3 2.8 1.0 25.5 6.6 2.4 0.9 167.0 60.0 23.0 13 H8 6.8 1.9 0.8 14.5 7.0 1.4 0.6 101.1 20.6 8.7 14 P2 7.1 1.0 0.4 39.9 7.9 0.6 0.3 314.8 25.0 11.6 15 TC2 8.6 0.3 0.1 45.6 16.4 0.1 0.1 749.1 6.6 3.2 16 H9 24.2 0 0 100.0 34.0 0 0 3399.0 0 0 17 Km 1 43.8 0 0 33.0 42.2 0.0 0.0 1390.4 0.0 0.0 18 TD3 40.5 0.0 0.0 67.0 20.7 2.9 1.2 1387.9 195.5 81.5 19 H1 0.9 5.8 2.4 12.4 0.6 9.3 3.0 7.6 115.8 37.0 20 P3 0.3462 12.8 3.5 42.7 0.2 39.1 4.8 7.4 1672.1 206.2 21 C1 0 65.5 6.1 36.7 0.0 44.9 5.2 0.0 1647.6 190.1 22 TC3 0 24.3 4.2 8.1 0.0 19.2 3.9 0.0 155.9 31.4 23 H2 0 14.2 3.5 100.0 23.3 7.1 1.8 2332.8 708.2 177.0 24 H3 46.7 0 0 100.0 43.713 0 0 4371.3 0 0 25 H4 40.8 0 0 100.0 27.9 0.0 0.0 2788.3 0.0 0.0 26 H5 15.0 0.0 0.0 100.0 7.7 7.8 1.8 767.8 776.0 179.1 27 H6 0.4 15.5 3.6 6.0 0.2 16.6 3.7 1.1 100.5 22.2 28 TD4 0 17.7 3.8 81.8 0.2 16.1 3.7 15.6 1312.9 301.9 29 P4 0.4 14.4 3.6 12.2 0.4 12.9 3.5 5.1 157.2 42.3 30 H7 0.5 11.5 3.3 69.7 11.0 5.7 1.7 767.8 399.9 116.3 31 TC4 21.6 0.0 0.0 30.3 26.8 0.0 0.0 812.0 0.0 0.0 32 H8 31.9 0.0 0.0 100.0 23.2 0.0 0.0 2318.3 0.0 0.0 33 H9 14.4 0.0 0.0 100.0 15.0 0.0 0.0 1501.1 0.0 0.0 34 Km 2 15.6 0.0 0.0 100.0 16.7 0.0 0.0 1671.8 0.0 0.0 35 H1 17.9 0.0 0.0 100 8.9 13.5 2.1 893.0 1350.0 206.7 36 H2 0 27.0 4.1 85.5 0.0 46.3 5.1 0.0 3962.1 435.7 Km 37 2+285.54 0 65.6 6.1 Tổng 33764.3 21202.9 3329.2
CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 5.1. Cơ sở thiết kế
5.1.1. Quy trình, quy phạm áp dụng để thiết kế
+ Đường ô tô - yêu cầu thiết kế: TCVN 4054-2005 [1]
+ Thiết kế đường ô tô tập 2 [2]
+ Áo đường mềm - các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế: 22TCN 211-2006 [3]
5.1.2. Thiết kế các phương án kết cấu áo đường
Mặt đường là bộ phận trực tiếp chịu sự phá hoại thường xuyên của các phương
tiện giao thông và các yếu tố của môi trường tự nhiên, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất
lượng vận hành và khai thác của đường cũng như giá thành xây dựng công trình.
5.1.3. Yêu cầu đối với áo đường -
Có đủ cường độ để chống lại sự biến dạng trượt kéo, uốn và ổn định vềcường
độ (tính theo trạng thái giới hạn của vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi). -
Mặt đường phải đảm bảo độ nhám để nâng cao hệ số bám giữa bánh xe vớimặt
đường. Lớp trên cùng phải có một lớp tạo nhám để đảm bảo chiều sâu rắc cát trung bình Htb
đạt tiêu chuẩn theo quy định trong Bảng 28 [1].
Bảng 4.1: Yêu cầu về độ nhám của mặt đường Tốc độ thiết kế V
Đặc trưng độ nhám bề mặt tk (Km/h) Chiều sâu rắc cát trung bình Htb (mm) 60 V < 80 0,35 H Nhẵn tb -
Đảm bảo độ bằng phẳng: Phải đảm bảo đủ thông qua trị số gồ ghề quốc tế
IRI (mm/Km) được quy định ở Bảng 29 [1]
Bảng 4.2: Yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường theo chỉ số IRI
Tốc độ thiết kế Vtk (Km/h)
Chỉ số IRI yêu cầu (đường xây dựng mới) 60 2,5
Độ bằng phẳng cũng được đánh giá bằng thước dài 3,0m theo TCVN
88642011. Đối với mặt đường cấp cao A1 (bê tông nhựa và bê tông xi măng): 70% số
khe hở phải dưới 3mm và 30% số khe hở còn lại phải dưới 5mm. -
Đối với đường cấp VI vùng núi, đảm bảo vận tốc thiết kế Vtk= 60 Km/h. -
Yêu cầu về vệ sinh: càng ít bụi càng tốt, không độc hại... -
Đảm bảo điều kiện kinh tế (sử dụng đơn giá xây dựng cơ bản tỉnh QuảngNinh tháng 6 năm 2018). 5.2.
Số liệu thiết kế
5.2.1. Số liệu đất nền
Giả thiết đất nền là loại đất á cát, có loại hình chế độ thủy nhiệt và điều kiện
gây ẩm loại II (ẩm ướt theo mùa, không đảm bảo thoát nước mặt trên mặt đất nhưng
mực nước ngầm ở sâu). Các tính chất cơ lý và chế độ thủy nhiệt của loại đất này sau khi
được đầm lèn với độ ẩm tốt nhất và đạt được độ chặt yêu cầu đối với nền đường. Môdun
đàn hồi của loại đất này phụ thuộc vào sự thay đổi độ ẩm tương đối, các đặc trưng của
nền đất được chọn như sau:
Bảng 4.3: Bảng thông số đặc trưng của đất nền Loại đất Độ chặt E(MPa) Lực dính c Góc ma sát (MPa) Độ ẩm tương đối a= Á cát 0,98 0,65 49 0,02 30
5.2.2. Số liệu tải trọng xe a. Tải trọng tính toán
Tải trọng trục tiêu chuẩn 100kN
Áp lực tính toán lên mặt đường p = 0,6 MPa
Đường kính vệt bánh xe D = 33 cm
Các số liệu tính toán: lưu lượng xe năm thứ 15 là 1267 xe/ng.đ Trong đó: Xe con : 30% Xe tải nhẹ
: 25% (trục trước 18kN, trục sau 56kN, bánh đôi) Xe tải trung
: 30% (trục trước 25,8kN, trục sau 69,6kN, bánh đôi) Xe tải nặng
: 15% (trục trước 48,2kN, trục sau 100kN, bánh đôi)
Hệ số tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm : q = 8%
Đặc trưng của các loại xe thiết kế chỉ xét đến các trục có trọng lượng trục từ 25 kN trở
lên, nên ta chỉ xét tới các loại xe tải trong thành phần dòng xe.
Bảng 4.4: Sự phân bổ tải ng lên các trục của các loại xe tải K/c Số bánh của giữa các P Ptrục Số trục Loại xe trục trước sau mỗi cụm bánh ở (kN) trục sau (kN) sau trục sau (m) Tải nhẹ (25%) 18,0 56,0 1 Cụm bánh đôi - Tải trung (30%) 25,8 69,6 1 Cụm bánh đôi - Tải nặng loại (15%) 48,2 100,0 1 Cụm bánh đôi -
b. Tính toán lưu lượng xe
Công thức tính lưu lượng theo thời gian: Nt = N0.(1+q)t (xe/ng.đ)
N0 lưu lượng xe năm thứ nhất
N15 = N0.(1+q)15 N0 =1267/(1+0.08)15 =399 xe/ngđ. Năm 0 5 10 15 Nt 399 587 862 1267 Xe con 120 176 259 380 Xe tải nhẹ 100 147 216 317 Xe tải trung 120 176 259 380 Tải nặng loại 1 60 88 129 190
c. Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn
Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo biểu thức 3.1[3]
(trục tiêu chuẩn/ngày đêm) Trong đó:
n : là số lần tác dụng của tải trọng trục i có tải trọng Pi cần quy đổi về tải i trọng trục tính toán Ptt
C : hệ số trục được xác định theo biểu thức sau: C 1 1= 1 + 1,2.(m – 1)
Với m là số trục của cụm trục i (cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như
nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m = 1, 2, 3)
Bất kể xe gì khi khoảng cách giữa các trục ≥ 3,0m thì việc quy đổi thực hiện riêng rẽ đối với từng trục.
Khi khoảng cách giữa các trục < 3,0m (giữa các trục của cụm trục) thì quy đổi
gộp m trục có trọng lượng bằng nhau như một trục với việc xét đến hệ số trục C như 1 công thức trên.
C : hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh, với cụm bánh chỉ 2
có 1 bánh lấy C2 = 6,4; với các cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì lấy C2 = 1,0;
với cụm bánh có 4 bánh lấy C2 = 0,38.
Các xe tính toán có trục trước có 1 bánh, trục sau có cụm bánh đôi.
Bảng 4.6: Bảng tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100KN năm thứ 15 Loại xe Pi (kN) C1 C2 ni Trục trước 18 1 6,4 317 Không quy đổi Tải nhẹ Trục sau 56 1 1 317 25 Tải trung Trục trước 25,8 1 6,4 380 6 Trục sau 69,6 1 1 380 77 Trục trước 48,2 1 6,4 190 49
Tải nặng loại 1 Trục sau 100,0 1 1 190 190 Tổng 347
Kết quả thu được Ntk = 347 ( trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm.2
chiều) d. Số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên một làn Xác định theo biểu thức:
Ntt = Ntk.fL (trục/làn.ngày đêm) Trong đó: -
fL là hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe. Với đường cấp III trên phần
xe chạy có 2 làn xe, không có dải phân cách thì lấy fL= 0,55. -
Ntk là tổng số trục xe quy đổi từ các loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán trong
một ngày đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở cuối năm cuối của thời hạn thiết kế
Ntk = N15 = 347 (trục xe tiêu chuẩn / ngày đêm)
Vậy Ntt = 347x0,55 = 191 (trục/ làn.ngđ)
e. Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán là 15 năm
Tỷ lệ tăng xe tải hàng năm là q = 0,08 ta tính Ne theo biểu thức (A-3) [3] N e=¿¿
Ne = 0.73x106 (trục tiêu chuẩn/làn)
f. Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1
Dự kiến tầng mặt cấp cao A1 đặt trên lớp móng là cấp phối đá dăm loại I thì tổng bề dày
tầng mặt lấy theo bảng 2-2 [3].
Do tổng số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong 15 năm trên 1 làn xe Ne = 0.73x106
0.5.106 ≤ Ne nên bề dày tối thiểu của 2 lớp bê tông nhựa là 8 cm.
5.2.3. Đặc điểm vật liệu kết cấu áo đường
Để phù hợp với cấp đường đã chọn và điều kiện nguồn nguyên liệu của địa
phương cũng như trình độ thi công của nhà thầu có thể dùng một số vật liệu làm kết cấu
áo đường có các đặc trưng tính toán sau:
Bảng 4.8: Các đặc trưng của kết cấu áo đường STT Tên vật liệu E (MPa) Rku C Tính Tính Tính độ trượt kéo võng uốn ở (độ) t = nhiệt t = 60oC độ 30oC thấp (MPa) (MPa) 1 Bê tông nhựa AC 12.5 420 300 1800 2.2 2 Bê tông nhựa AC 19 350 250 1600 2.0 Cấp phối đá dăm GCXM 3 (5%) 600 600 600 0.8 4
Cấp phối đá dăm loại I 300 300 300 5
Cấp phối đá dăm loại II 250 250 250 6 Cấp phối thiên nhiên 200 200 200 0,05 40 7 Nền đất á sét 42 0.032 24 5.3.
Giải pháp thiết kế kết cấu áo đường
5.3.1. Xác định cấp mặt đường -
Cấp thiết kế của đường là cấp IV vùng đồi, Vtk = 60Km/h -
Thời hạn thiết kế là 15 năm -
Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một làn xe trong thời hạn thiết kế
là0,66.106 (trục xe tiêu chuẩn/làn)
Dựa vào bảng 2-1 [3] và ý nghĩa quan trọng của tuyến đường ta kiến nghị chọn
mặt đường cao cấp loại A1. -
BTNC AC 9.5 làm lớp mặt trên -
BTNC AC 12.5 làm lớp mặt dưới
5.3.2. Xác định Eyc
- Tra bảng 3-4 với Ptt = 100 kN, mặt đường Cấp cao A1, số trục xe tính toán Ntt = 191, ta được: Eyc = 159 (MPa)
- Tra bảng 3-5 với loại đường: Đường ô tô, cấp đường: Đường cấp IV, mặt đường: Cấp cao A1
ta được module đàn hồi tối thiểu: Eyc min =130 (MPa)
- Module đàn hồi yêu cầu dùng để tính toán:
Eyctt = max(Eyc, Eyc min) =159(MPa)
5.3.3. Phương án đầu tư tập trung (15 năm)
Dự kiến kết cấu áo đường
Tầng mặt gồm hai lớp bê tông nhựa AC 9.5 và AC 12.5 là hai lớp đắt tiền, nên khi
thiết kế nếu quá dầy sẽ không kinh tế. Vì vậy, ta cố định chiều dày của các lớp bêtông
nhựa theo bề dầy tối thiểu đảm bảo cấu tạo, cường độ và thi công rồi thay đổi và tính
toán chiều dầy các lớp dưới. Theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên
1 làn xe Ne= 0,73.106 thì tổng bề dày tối thiểu 2 lớp bê tông nhựa phải là 8 cm. Đề xuất
chọn bề dày 11 cm. Theo bảng 2-4[3] ta chọn bề dày các lớp tầng mặt :
Lớp mặt trên : Bê tông nhựa chặt loại I AC 12.5, dày 5 cm.
Lớp mặt dưới : Bê tông nhựa chặt loại I AC 19, dày 6 cm.
Đề ra các giải pháp thiết kế kết cấu áo đường rồi so sánh môđun đàn hồi chung của
cả kết cấu áo đường với môđun đàn hồi yêu cầu và so sánh chi phí xây dựng ban đầu
giữa các giải pháp. Từ đó chọn ra giải pháp rẻ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu đề ra. Phương án 1 :
Tổng số lớp áo đường: 4 lớp
Bảng các lớp kết cấu áo đường H Ev Etr Eku Rku C ST
Lớp vật liệu (từ trên xuống) (cm (MPa (MPa (MPa (MPa (MPa (độ T ) ) ) ) ) ) )
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 1 50%) 5 420 300 2200 2.8 0 0
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 2 35%) 6 350 250 2000 2.0 0 0
Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 3 Mpa) 15 600 600 600 0.8 0 0 4
Cấp phối đá dăm loại II 20 250 250 250 0.0 0 0
Kiểm tra kết cấu áo đường theo 3 trạng thái giới hạn
1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đường:
a. Quy đổi về hệ 2 lớp:
Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo công thức sau: E'tb = E1.[(1+k.t1/3)/(1+k)]3 (3.5)
Trong đó: k = h2/h1; t = E2/E1 h
Kết quả tính đổi thể hiện ở tb = h1 + h2 bảng sau: Ev t = h k = H E' STT
Lớp vật liệu (từ trên xuống) (MPa i tb tb E2/E1 (cm) h2/h1 (cm) (MPa) ) 1
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%) 420 1.130 5 0.122 46 376.76 2
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%) 350 0.932 6 0.171 41 371.70 3
Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa) 600 2.400 15 0.750 35 375.50 4
Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 20 0.000 20 250.00 b. Tính Etb đc: H/D = 46 / 33 = 1.394
Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b: b = 1.160
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E' (MPa) tb = 376.76
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc (MPa) tb = b * E'tb = 437.05
Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về hệ 2 lớp, với lớp trên: - Chiều dày: H = 46 =
- Module đàn hồi trung bình: E đc tb 437.05 c. Tính E
ch.m của kết cấu: E đc 1 = Etb = 437.05 E0/E1 = 49 / 437.05 = 0.112 H/D = 46 / 33 = 1.394
Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E0/E1 ở trên, ta xác định được: Ech.m/E1 = 0.436
Module đàn hồi chung của kết cấu: Ech.m = 0.436 * 437.05 = 190.55 (MPa)
d. Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi: Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-2 được hệ số cường độ về độ võng: Kcđđv = 1.17 Kcđđv * Eyc = 1.17 * 159 = 186.00 (MPa) Kcđđv * Eyc Ech.m = 190.55 > = 186.00 (MPa)
Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.
2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:
a. Kiểm tra đất nền:
Tính đổi các lớp bên trên về 1 lớp, thể hiện ở bảng sau: E h ST tr t = i
Lớp vật liệu (từ trên xuống) k = H E' (MPa (cm tb tb T E2/E1 h2/h1 (cm) (MPa) ) ) 1
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%) 300 0.845 5 0.122 46 348.76 2
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%) 250 0.666 6 0.171 41 355.04 3
Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa) 600 2.400 15 0.750 35 375.50 4
Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 20 0.000 20 250.00 H/D = 46 / 33 = 1.394
Tra bảng 3-6, ta được hệ số điều chỉnh b: b = 1.160
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E'tb = 348.76 (MPa)
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc tb b * E'tb = 404.56 (MPa)
Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau: H/D = 46 / 33 = 1.394 E đc 1 = Etb = 404.56 (MPa) E2 = E0 = 49 (MPa) E1/E2 = 404.56 / 49 = 8.256 = 30 (độ) Tra toán đồ, ta được: Tax/p = 0.0162 p = 0.6 (MPa)
Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra: Tax = 0.0162 * 0.6 = 0.0097 (MPa)
Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số: H = 46 (cm) và = 30 (độ)
Tra được ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu gây ra: Tav = -0.0018 (MPa) Lực dính tính toán: Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó: C = 0.02 (MPa) K1 = 0.60 Kết cấu áo đường Ntt = 191 (trục/làn.ngày đêm) (tra bảng 3- K2 = 0.8 8) Đất nền là: Á cát Do đó: K3 = 1.5 Vậy: Ctt = 0.02*0.6*0.8*1.5 = 0.014 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-7, ta được hệ số cường độ về cắt trượt: Kcđtr = 1.00
Kiểm tra điều kiện về cắt trượt: Tax + Tav = 0.0097 + (-0.0018) = 0.0079 (MPa) C tr tt/Kcđ = 0.014 / 1.00 = 0.014 (MPa) Tax + Tav = 0.0079 < Ctt/Kcđtr = 0.014
Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.
3. Kiểm tra tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối:
a. Kiểm tra lớp 1: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%): Xác định
Ech.m ở trên mặt lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):
Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau: ST E t = h k = H E'
Lớp vật liệu (từ trên xuống) ku i tb tb T (MPa) E2/E1 (cm) h2/h1 (cm) (MPa) 1
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%) 2000 5.326 6 0.171 41 512.48 2
Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa) 600 2.400 15 0.750 35 375.51 3
Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 20 0.000 20 250.00 H/D = 41 / 33 = 1.242
Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b: b = 1.135
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E'tb = 512.48 (MPa)
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc tb = b * E'tb = 581.66 (MPa) E đc 1 = Etb = 581.66 (MPa) E0/E1 = 49 / 581.66 = 0.084 H/D = 41 / 33 = 1.242
Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được: Ech/E1 = 0.356
Module đàn hồi chung của kết cấu: Ech = 0.356 * 581.66 = 207.07 (MPa)
Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau: E1 = Eku = 2200.00 (MPa) E1/Ech.m = 2200.00 / 207.07 = 10.624 h/D = 5 / 33 = 0.152
Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị: [ sku ] = 2.443
Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn) Do đó: kb = 0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):
sku = [ sku ] * p * kb = 2.443 * 0.6 * 0.85 = 1.246 (MPa)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)
Ne = ([(1+q)t-1]/[q*(1+q)(t-1)])*365*Ntt
= ([(1+0.08)15-1]/[0.08*(1+0.08)(15-1)])*365*191 = 644462 (Trục)
Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%), vậy hệ số k1: k 0.22 1 = 11.11 / Ne = 0.586 k2 = 1
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%): Rttku = k1 * k2 * Rku = 0.586 * 1 * 2.8 = 1.640 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn: Kcđku = 1 Rttku/Kcđku = 1.640 / 1 = 1.640 (MPa) sku = 1.246 < Rttku/Kcđku = 1.640 (MPa)
Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
b. Kiểm tra lớp 2: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):
Xác định Ech.m ở trên mặt lớp Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa):
Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau: ST E t = h k = H E'
Lớp vật liệu (từ trên xuống) ku i tb tb T (MPa) E2/E1 (cm) h2/h1 (cm) (MPa) 1
Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa) 600 2.400 15 0.750 35 375.51 2
Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 20 0.000 20 250.00 H/D = 35 / 33 = 1.061
Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b: b = 1.114
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E'tb = 375.51 (MPa)
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc tb = b * E'tb = 418.31 (MPa) E đc 1 = Etb = 418.31 (MPa) E0/E1 = 49 / 418.31 = 0.117 H/D = 35 / 33 = 1.061
Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được: Ech/E1 = 0.379
Module đàn hồi chung của kết cấu: Ech = 0.379 * 418.31 = 158.54 (MPa)
Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau: E1 = S(Ei*hi)/Sh = 2200.00 (MPa) E1/Ech.m = 2200.00 / 158.54 = 13.877 h/D = 11 / 33 = 0.333
Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị: [ sku ] = 2.261
Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn) Do đó: kb = 0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):
sku = [ sku ] * p * kb = 2.261 * 0.6 * 0.85 = 1.153 (MPa)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)
Ne = ([(1+q)t-1]/[q*(1+q)(t-1)])*365*Ntt
= ([(1+0.08)15-1]/[0.08*(1+0.08)(15-1)])*365*191 = 644462 (Trục)
Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%), vậy hệ số k1: k 0.22 1 = 11.11 / Ne = 0.586 k2 = 1
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):
Rttku = k1 * k2 * Rku = 0.586 * 1 * 2 = 1.171 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn: Kcđku = 1 R ku ku tt /Kcđ = 1.171 / 1 = 1.171 (MPa) sku = 1.153 < Rttku/Kcđku = 1.171 (MPa)
Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn c.
Kiểm tra lớp 3: Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa):
Xác định Ech.m ở trên mặt lớp Cấp phối đá dăm loại II: E1 = Eku vl = 250 (MPa) E0/E1 = 49 / 250 = 0.196 H/D = 20 / 33 = 0.606
Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được: Ech/E1 = 0.366
Module đàn hồi chung của kết cấu: Ech = 0.366 * 250.00 = 91.50 (MPa)
Tra toán đồ hình 3-6 với các thông số sau: h = Shi = 26 (cm) E1 = S(Ei*hi)/Sh = 2090.91 (MPa) E2 = 600 (MPa) E3 = Ech.m = 91.50 (MPa) h/D = 26 / 33 = 0.788 E1/E2 = 2090.91 / 600.00 = 3.485 E2/E3 = 600.00 / 91.50 = 6.557
Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị: [ sku ] = 0.439
Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn) Do đó: kb = 0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa): sku = [ sku ] * p * kb = 0.439 * 0.6 * 0.85 = 0.224 (MPa)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)
Ne = ([(1+q)t-1]/[q*(1+q)(t-1)])*365*Ntt
= ([(1+0.08)15-1]/[0.08*(1+0.08)(15-1)])*365*191 = 644462 (Trục)
Vật liệu kiểm tra là Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa), vậy hệ số k1: k1 = 2.86 / Ne0.11 = 0.657 k2 = 1
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp Đá dăm gia cố XM (Rn ≥ 4 Mpa): Rttku = k1 * k2 * Rku = 0.657 * 1 * 0.8 = 0.525 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn: Kcđku = 1 Rttku/Kcđku = 0.525 / 1 = 0.525 (MPa) sku = 0.224 < Rttku/Kcđku = 0.525 (MPa)
Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
Kết luận chung: kết cấu mặt đường của phương án 1 thỏa mãn các điều kiện: tiêu chuẩn
độ võng đàn hồi giới hạn, điều kiện cân bằng giới hạn về trượt trong nền đất và điều kiện chịu kéo khi uốn. Phương án 2 : Tổng số lớp áo đường: 4 lớp
Bảng các lớp kết cấu áo đường H Ev Etr Eku Rku C ST
Lớp vật liệu (từ trên xuống) (cm (MPa (MPa (MPa (MPa (MPa (độ T ) ) ) ) ) ) )
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 1 50%) 5 420 300 2200 2.8 0 0
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 2 35%) 6 350 250 2000 2.0 0 0 3
Cấp phối đá dăm loại I 18 300 300 300 0.0 0 0 4
Cấp phối đá dăm loại II 25 250 250 250 0.0 0 0
Kiểm tra kết cấu áo đường theo 3 trạng thái giới hạn
1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đường:
Quy đổi về hệ 2 a. lớp:
Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo công thức sau: E'tb = E1.[(1+k.t1/3)/(1+k)]3 (3.5)
Trong đó: k = h2/h1; t = E2/E1 htb = h1 + h2
Kết quả tính đổi thể hiện ở bảng sau: Ev t = hi k = Htb E'tb STT
Lớp vật liệu (từ trên xuống) (MPa) E2/E1 (cm) h2/h1 (cm) (MPa) 290.7 1
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%) 420 1.504 5 0.102 54 0 279.2 2
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%) 350 1.295 6 0.140 49 5 270.1 3
Cấp phối đá dăm loại I 300 1.200 18 0.720 43 9 250.0 4
Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 25 0.000 25 0 b. Tính Etb đc: H/D = 54 / 33 = 1.636
Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b: b = 1.189
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E'tb = 290.70 (MPa)
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc tb = b * E'tb = 345.65 (MPa)
Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về hệ 2 lớp, với lớp trên: - Chiều dày: H = 54 (cm )
- Module đàn hồi trung bình: Etbđc = 345.65 (MPa )
c. Tính Ech.m của kết cấu: E1 = Etbđc = 345.65 E0/E1 = 49 / 345.65 = 0.142 H/D = 54 / 33 = 1.636
Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E0/E1 ở trên, ta xác định được: Ech.m/E1 = 0.541
Module đàn hồi chung của kết cấu: Ech.m = 0.541 * 345.65 = 186.99 (MPa)
d. Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi: Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-2 được hệ số cường độ về độ võng: Kcđđv = 1.17 K đv cđ * Eyc = 1.17 * 159 = 186.00 (MPa) Kcđđv * Eyc Ech.m = 186.99 > = 186.00 (MPa)
Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.
2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết: a.
Kiểm tra đất nền:
Tính đổi các lớp bên trên về 1 lớp, thể hiện ở bảng sau: Etr t = hi k = Htb E'tb STT
Lớp vật liệu (từ trên xuống) (MPa) E2/E1 (cm) h2/h1 (cm) (MPa) 1
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%) 300 1.121 5 0.102 54 270.54 2
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%) 250 0.925 6 0.140 49 267.65 3
Cấp phối đá dăm loại I 300 1.200 18 0.720 43 270.19 4
Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 25 0.000 25 250.00 H/D = 54 / 33 = 1.636
Tra bảng 3-6, ta được hệ số điều chỉnh b: b = 1.189
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E'tb = 270.54 (MPa)
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc tb b * E'tb = 321.67 (MPa)
Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau: H/D = 54 / 33 = 1.636 E đc 1 = Etb = 321.67 (MPa) E2 = E0 = 49 (MPa) E1/E2 = 321.67 / 49 = 6.565 = 30 (độ) Tra toán đồ, ta được: Tax/p = 0.0141 p = 0.6 (MPa)
Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra: Tax = 0.0141 * 0.6 = 0.0085 (MPa)
Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số: H = 54 (cm) và = 30 (độ)
Tra được ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu gây ra: Tav = -0.0022 (MPa) Lực dính tính toán: Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó: C = 0.02 (MPa) K1 = 0.60 Kết cấu áo đường Ntt = 191 (trục/làn.ngày đêm) (tra bảng 3- K2 = 0.8 8) Đất nền là: Á cát Do đó: K3 = 1.5 Vậy: Ctt = 0.02*0.6*0.8*1.5 = 0.014 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-7, ta được hệ số cường độ về cắt trượt: Kcđtr = 1.00
Kiểm tra điều kiện về cắt trượt: Tax + Tav = 0.0085 + (-0.0022) = 0.0063 (MPa) C tr tt/Kcđ = 0.014 / 1.00 = 0.014 (MPa) Tax + Tav = 0.0063 < Ctt/Kcđtr = 0.014
Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.
3. Kiểm tra tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối:
a. Kiểm tra lớp 1: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):
Xác định Ech.m ở trên mặt lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):
Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau: Eku t = hi k = Htb E'tb STT
Lớp vật liệu (từ trên xuống) (MPa) E2/E1 (cm) h2/h1 (cm) (MPa) 1
BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%) 2000 7.402 6 0.140 49 375.74 2
Cấp phối đá dăm loại I 300 1.200 18 0.720 43 270.19 3
Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 25 0.000 25 250.00 H/D = 49 / 33 = 1.485
Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b: b = 1.175
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E'tb = 375.74 (MPa)
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc tb = b * E'tb = 441.49 (MPa) E đc 1 = Etb = 441.49 (MPa) E0/E1 = 49 / 441.49 = 0.111 H/D = 49 / 33 = 1.485
Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được: Ech/E1 = 0.450
Module đàn hồi chung của kết cấu: Ech = 0.450 * 441.49 = 198.67 (MPa)
Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau: E1 = Eku = 2200.00 (MPa) E1/Ech.m = 2200.00 / 198.67 = 11.074 h/D = 5 / 33 = 0.152
Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị: [ sku ] = 2.519
Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn) Do đó: kb = 0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%):
sku = [ sku ] * p * kb = 2.519 * 0.6 * 0.85 = 1.285 (MPa)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)
Ne = ([(1+q)t-1]/[q*(1+q)(t-1)])*365*Ntt
= ([(1+0.08)15-1]/[0.08*(1+0.08)(15-1)])*365*191 = 644462 (Trục)
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC
SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264 60
Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%), vậy hệ số k1: k 0.22 1 = 11.11 / Ne = 0.586 k2 = 1
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 50%): Rttku = k1 * k2 * Rku = 0.586 * 1 * 2.8 = 1.640 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn: Kcđku = 1 Rttku/Kcđku = 1.640 / 1 = 1.640 (MPa) sku = 1.285 < Rttku/Kcđku = 1.640 (MPa)
Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
b. Kiểm tra lớp 2: BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):
Xác định Ech.m ở trên mặt lớp Cấp phối đá dăm loại I:
Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau: Eku t = hi k = h2/h1 Htb E'tb STT
Lớp vật liệu (từ trên xuống) (MPa) E2/E1 (cm) (cm) (MPa)
1 Cấp phối đá dăm loại I 300 1.200 18 0.720 43 270.19
2 Cấp phối đá dăm loại II 250 0.000 25 0.000 25 250.00 H/D = 43 / 33 = 1.303
Tra bảng 3-6, hệ số điều chỉnh b: b = 1.145
Từ bảng kết quả tính đổi trên, ta có: E'tb = 270.19 (MPa)
Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán: E đc tb = b * E'tb = 309.37 (MPa) E đc 1 = Etb = 309.37 (MPa) E0/E1 = 49 / 309.37 = 0.158 H/D = 43 / 33 = 1.303
Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được: Ech/E1 = 0.496
Module đàn hồi chung của kết cấu: Ech = 0.496 * 309.37 = 153.45 (MPa)
Tra toán đồ hình 3-5 với các thông số sau: E1 = S(Ei*hi)/Sh = 2200.00 (MPa) E1/Ech.m = 2200.00 / 153.45 = 14.337 h/D = 11 / 33 = 0.333
Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị: [ sku ] = 2.292
Tải trọng tác dụng là: Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn) Do đó: kb = 0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%):
sku = [ sku ] * p * kb = 2.292 * 0.6 * 0.85 = 1.169 (MPa)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế: (dùng công thức A-3, phụ lục A)
Ne = ([(1+q)t-1]/[q*(1+q)(t-1)])*365*Ntt
= ([(1+0.08)15-1]/[0.08*(1+0.08)(15-1)])*365*191 = 644462 (Trục)
Vật liệu kiểm tra là BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%), vậy hệ số k1: k 0.22 1 = 11.11 / Ne = 0.586 k2 = 1
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I (đá dăm ≥ 35%): Rttku = k1 * k2 * Rku = 0.586 * 1 * 2 = 1.171 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.95
Tra bảng 3-7, hệ số cường độ về chịu kéo uốn: Kcđku = 1 Rttku/Kcđku = 1.171 / 1 = 1.171 (MPa) sku = 1.169 < Rttku/Kcđku = 1.171 (MPa)
Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
Kết luận chung: kết cấu mặt đường của phương án 2 thỏa mãn các điều kiện: tiêu chuẩn
độ võng đàn hồi giới hạn, điều kiện cân bằng giới hạn về trượt trong nền đất và điều kiện chịu kéo khi uốn. 5.4.
So sánh 2 phương án và lựa chọn phương án cuối cùng
Nhận thấy phương án 1 có tổng chiều dày kết cấu nhỏ hơn, thi công dễ dàng hơn tuy
hơn phương án. Vậy ta chọn phương án 1 có giá thành rẻ hơn.
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S NGÔ VIỆT ĐỨC
SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN NGỌC SƠN – MSS: 170264 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đường ô tô - yêu cầu thiết kế: TCVN 4054 - 2005
2. Thiết kế đường ô tô tập 1 3.
Thiết kế đường ô tô tập 2 4.
Thiết kế đường ô tô tập 3 5.
Thiết kế đường ô tô tập 4