ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG OTO GVHD BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM KHOA CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ GVHD SVTH MSSV LỚP Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2022 LỜI MỞ ĐẦU Bài thuyết minh Đồ án môn học Thiết kế đường ô tô này được thực hiện giựa trên nhiều nguồn tài liệu khác nhau Để hoàn thành tốt Đồ án này em xin chân thành cảm ơn cô – giáo viên bộ môn khoa Công trình giao thông trường đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh, ng.
GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH CHUNG VỀ TUYẾN
Tổng quan chung
Tên dự án: Dự án đầu tư xây dựng tuyến đường A-B
Tuyến đường A-B được xây dựng theo chủ trương của nhà nước nhằm kết nối các tỉnh Duyên hải Nam Trung Bộ, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế - xã hội của khu vực Đồng thời, việc hoàn thiện tuyến đường này cũng tăng cường an ninh quốc phòng cho khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ.
Tuyến đường đang xây dựng ở địa phận thị xã Hoài Nhơn thuộc Tỉnh Bình Định.
Hiện trạng kinh tế xã hội ở Thị xã Hoài Nhơn, Bình Định
Thị xã Hoài Nhơn, nằm ở phía bắc tỉnh Bình Định và cách thành phố Quy Nhơn 87 km, là một cửa ngõ giao lưu kinh tế quan trọng Với Quốc lộ 1A và tuyến đường sắt Bắc - Nam đi qua, nơi đây kết nối các huyện Hoài Ân, An Lão và sở hữu nhiều tiềm năng về đất đai, lao động cùng các ngành nghề Hoài Nhơn còn nổi bật với truyền thống cách mạng phong phú, góp phần vào sự phát triển của khu vực.
Tọa độ địa lý từ 108 0 56 ' đến 109 0 06 ' 50 " kinh độ Đông và 14 0 21 ' 20 " đến 14 0 31 ' 30 " vĩ độ Bắc.
Tuyến đường mới thiết kế giữa hai điểm A-B tại thị xã Hoài Nhơn, Bình Định, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế địa phương và góp phần vào sự phát triển của nền kinh tế quốc dân.
Tuyến đường kết nối các trung tâm kinh tế, chính trị và văn hóa của tỉnh nhằm phát triển kinh tế và văn hóa toàn tỉnh Ngoài việc phục vụ vận chuyển hàng hóa và đi lại của người dân, tuyến đường còn góp phần nâng cao trình độ dân trí cho cư dân khu vực lân cận Sự phối hợp này hứa hẹn mang lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình đầu tư xây dựng.
Tuyến đường mới được xây dựng cần được khảo sát thực tế và đề ra các phương án phù hợp để đảm bảo chất lượng công trình Công trình thuộc loại đường cấp IV, phù hợp với địa hình đồng bằng và đồi, với vận tốc thiết kế là 60km/h Việc tính toán thiết kế phải đảm bảo chất lượng tốt và khai thác hiệu quả.
Điều kiện tự nhiên của khu vực
Địa hình Địa hình huyện Hoài Nhơn có xu hướng thấp dần về hướng Đông Bắc và chia làm
Địa hình của đồng bằng được bao bọc bởi các dãy núi, tạo thành một thung lũng với ba mặt (Bắc, Tây, Nam) Độ cao trung bình của khu vực này dao động từ 8 đến 10 mét, trong khi nơi cao nhất tiếp giáp với các dãy núi đạt 25 mét, và nơi thấp nhất gần biển chỉ còn 1 mét.
- Dạng địa hình đồi núi thấp: Núi nối liền nhau thành một dãy hình cung, độ cao bình quân là 400 m, thấp nhất là 100 m, cao nhất là 725m.
- Nhìn chung, 2 dạng địa hình này mang đặc điểm khác nhau, chi phối đến sản xuất nông, lâm nghiệp của huyện
Theo tài liệu của trạm Khí tượng thủy văn Hoài Nhơn, khí hậu được chia thành 2 mùa rõ rệt:
Mùa khô diễn ra từ tháng 1 đến tháng 8, với nhiệt độ trung bình 26,9°C và lượng mưa khoảng 120 mm mỗi tháng Trong giai đoạn này, khu vực nhận được trung bình 8,5 giờ nắng mỗi ngày và độ ẩm đạt 79% Đặc biệt, mùa khô còn có sự xuất hiện của gió Tây khô nóng kéo dài từ 35 đến 40 ngày.
Mùa mưa tại khu vực này kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12, với nhiệt độ trung bình 25,6°C và lượng mưa đạt 517 mm/tháng Thời gian nắng trung bình chỉ khoảng 4,5 giờ mỗi ngày, cùng với độ ẩm cao lên đến 86% Đặc biệt, mùa mưa còn có sự xuất hiện của gió mùa Đông Bắc và bão với tốc độ gió mạnh, gây ra mưa lớn và dẫn đến tình trạng lũ lụt nghiêm trọng.
Phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm Hoài Nhơn
Sông Lại Giang, hình thành từ sự hợp nhất của sông Kim Sơn (Hoài Ân) và sông An Lão (An Lão), chảy qua huyện Hoài Nhơn và đổ ra cửa biển An Dũ (Hoài Hương) Đây là con sông lớn ở phía Nam huyện với lưu lượng bình quân đạt 58,6 m³/s, tương đương với tổng lượng nước 1.844 m³/năm.
Ngoài ra, còn có một số sông, suối nhỏ chủ yếu nằm ở phía Bắc huyện.
Điều kiện xã hội
Thị xã Hoài Nhơn có diện tích 420,84 km², dân số năm 2019 là 212.063 người, mật độ dân số đạt 504 người/km²
Kinh tế- văn hóa- xã hội
Thị xã Hoài Nhơn nổi bật với nhiều danh lam thắng cảnh và nền văn hóa lâu đời Tình hình văn hóa - xã hội tại đây phát triển ổn định, đặc biệt trong lĩnh vực giáo dục và y tế An ninh chính trị và trật tự an toàn xã hội luôn được đảm bảo, cùng với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực.
Điều kiện liên quan
Điều kiện khai thác,cung cấp vật liệu, đường vận chuyển.
Tuyến đường đi qua khu vực thuận lợi cho việc khai thác vật liệu xây dựng, giúp giảm chi phí khai thác và vận chuyển Việc tận dụng tối đa các vật liệu địa phương như cát, đá là cần thiết Để xây dựng nền đường, có thể điều phối việc đào – đắp đất sau khi dọn dẹp đất hữu cơ Ngoài ra, các vật liệu như tre, nứa, gỗ và lá lợp nhà cũng sẵn có để phục vụ cho việc làm lán trại, tạo điều kiện thuận lợi cho xây dựng Thị xã Hoài Nhơn là một đầu mối giao thông quan trọng với Quốc lộ 1A và đường sắt Bắc Nam đi qua, cùng với ga Bồng Sơn và ga Tam Quan nằm trên tuyến.
Một số tuyến đường khác trên địa bàn thị xã Hoài Nhơn:
Tỉnh lộ 629 từ trung tâm thị xã đến huyện An Lão.
Tỉnh lộ 630 từ cầu Dợi đến huyện Hoài Ân.
Tỉnh lộ 639 chạy ven biển Quy Nhơn - Hoài Nhơn.
Tỉnh lộ 638 đường phía tây tỉnh Chương Hòa - An Nhơn (ĐT639B cũ).
T12 Quy Nhơn - Hoài Nhơn (Tam Quan).
T13 Hoài Nhơn (Bồng Sơn) - An Lão.
Khả năng cung cấp nhân lực thi công
Đa số lao động trong tỉnh sống tại khu vực nông thôn và làm trong ngành nông nghiệp, tạo ra nguồn nhân lực dồi dào với chi phí nhân công thấp Việc tuyển dụng lao động địa phương cho các công trình xây dựng không chỉ đảm bảo công việc cho người dân mà còn tăng thu nhập cho họ Để thực hiện điều này, chúng ta có thể liên hệ trực tiếp với các cơ quan quản lý dọc theo tuyến đường để thu hút nhân lực.
Khả năng cung cấp máy móc thi công
Trên toàn tỉnh, có nhiều công ty xây dựng công trình giao thông và cơ giới, cùng với các đơn vị cung cấp máy móc, thiết bị Các cơ sở sửa chữa máy móc và thiết bị công trình cũng hiện diện, đáp ứng nhu cầu của ngành Tỉnh cung cấp đa dạng các loại máy thi công như ô tô vận chuyển, máy đào, máy ủi, máy rải bê tông và các loại lu Người dùng có thể thuê máy cơ giới từ các công ty xây dựng để phục vụ cho các dự án của mình.
Khả năng cung cấp nhiêu liệu thi thông
Nhu cầu về nhiên liệu xăng dầu là rất quan trọng cho quá trình thi công, vì vậy việc cung cấp kịp thời là cần thiết để đảm bảo máy móc hoạt động hiệu quả Khả năng cung cấp nhiên liệu và năng lượng luôn được đảm bảo, với các trạm cung cấp xăng dầu gần khu vực thi công Hầu hết các trạm này thuộc tập đoàn Petrolimex.
Khả năng cung cấp lương thực thực phẩm cho nhân công
Lương thực thực phẩm là yếu tố thiết yếu phục vụ nhu cầu của cán bộ, công nhân trong quá trình thi công công trình Việc chuẩn bị lương thực cần được thực hiện kỹ lưỡng, đặc biệt khi công trình nằm gần các chợ và khu dân cư, giúp đảm bảo nguồn cung luôn ổn định Ngoài ra, nguồn nước sinh hoạt cũng cần được đảm bảo chất lượng để phục vụ cho công nhân.
Điều kiện thông tin liên lạc, y tế
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và bưu chính viễn thông, mạng di động đã phủ sóng khắp cả nước, giúp việc liên lạc qua điện thoại và internet trở nên thuận lợi hơn Việc chăm sóc sức khỏe cho cán bộ, công nhân trong ngành xây dựng là rất cần thiết, đặc biệt là việc tìm hiểu điều kiện khí hậu và thời tiết để chủ động phòng ngừa các bệnh như sốt rét, sốt xuất huyết và dịch tả Các công trình thi công thường nằm gần trung tâm địa phương, do đó việc khám chữa bệnh cho cán bộ, công nhân được đảm bảo nhờ vào sự gần gũi với các cơ sở y tế.
Kết luận
Việc xây dựng tuyến dự án là cần thiết và cấp bách, không chỉ để nâng cao mức sống của người dân trong khu vực mà còn góp phần vào sự phát triển kinh tế và văn hóa của vùng.
- Thuận tiện cho việc đi lại, học hành, làm ăn của người dân, và thuận tiện cho việc quản lý đất đai và phát triển lâm nghiệp.
- Tạo điều kiện khai thác, phát triển du lịch và các loại hình vận tải khác …
- Với những lợi ích đó thì việc quyết định xây dựng tuyến đường dự án là hết sức cần thiết và đúng đắn
XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KĨ THUẬT VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA TUYẾN ĐƯỜNG
Các tiêu chuẩn dùng trong tính toán
Tiêu chuẩn thiết kế đường oto TCVN 4054-05
Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường mềm TCN 211-06
Xác định cấp hạng kĩ thuật và cấp quản lí của tuyến đường
Dựa vào nhiệm vụ thiết kế tuyến đường giữa hai điểm A và B, cũng như mục đích và ý nghĩa của việc xây dựng tuyến đường, việc xác định cấp hạng kỹ thuật của tuyến sẽ dựa trên các yếu tố liên quan.
- Giao thông đúng với chức năng của đường trong mạng lưới giao thông.
- Địa hình khu vực tuyến đi qua.
- Hiệu quả về kinh tế, chính trị, xã hội của tuyến
- Khả năng khai thác của tuyến khi đưa vào sử dụng trong điều kiện nhất định.
- Lưu lượng xe thiết kế cần thông qua.
- Địa hình thuộc đồng bằng và đồi
- Độ chênh cao giữa hai đường đồng mức
- Lưu lượng xe năm hiện tại
STT Loại xe Thành phần xe
2.2.2 Xác định cấp hạng kĩ thuật.
Lưu lượng xe con quy đổi hiện tại.
- Hệ số quy đổi từ các loại xe ra xe con theo Bảng 2 TCVN 4054-05 đối với khu vực đồng băng và đồi như sau: Địa hình Loại xe
Xe máy Xe con Xe 2 trục Xe buýt Xe 3 trục Đồng bằng và đồi 0,3 1,0 2,0 2,5 2,5
Xe con quy đổi tương ứng theo từng dòng xe như sau:
STT Loại xe Thành phần xe(%)
Số xe hiện tại( chiếc)
Vậy Nt)24,9(xcqd ng/đêm)
Chọn cấp đường ta dựa vào bảng sau:
Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng của đường và lưu lượng thiết kế
Cấp thiết kế của đường
Lưu lượng xe thiết kế *)
(xcqđ/nđ) Chức năng của đường
Cao tốc > 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997.
Cấp I > 15 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước.
Cấp II > 6 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước.
Cấp III > 3 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước, của địa phương.
Quốc lộ hay đường tỉnh.
Cấp IV > 500 Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, các khu dân cư
Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.
Cấp V > 200 Đường phục vụ giao thông địa phương Đường tỉnh, đường huyện, đường xó.
Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xó.
Tra bảng 3: ta chọn cấp thiết kế đường : Cấp IV đồng bằng
Xác định tốc độ thiết kế
Tốc độ thiết kế là chỉ số quan trọng để tính toán các tiêu chí kỹ thuật của đường trong những điều kiện khó khăn, khác với tốc độ lưu hành cho phép do cơ quan quản lý đường quy định Tốc độ lưu hành cho phép phụ thuộc vào các yếu tố thực tế như khí hậu, thời tiết, tình trạng đường và điều kiện giao thông.
- Xác định tốc độ thiết kế dựa vào bảng 4 theo TCVN 4054-05
Cấp thiết kế cho địa hình đồng bằng và đồi được phân chia thành các cấp I, II, III, IV, V, VI, trong khi địa hình núi cũng được phân loại tương tự Mỗi cấp thiết kế phản ánh các đặc điểm và yêu cầu riêng của từng loại địa hình, từ đồng bằng đến đồi và núi.
Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn núi như sau: Đồng bằng và đồi 30 %; núi > 30 %.
Cấp đường lựa chọn: Cấp IV - Đồng bằng và đồi, dựa theo Bảng 4 - Tốc độ thiết kế đường các cấp
Xác định các chỉ tiêu tiêu kĩ thuật của tuyến
2.3.1 Chỉ tiêu kĩ thuật cho mặt cắt ngang.
Xác định số làn xe
- Số làn xe trên mặt cắt ngang được xác định theo công thức: nlx = lth cdgio
Trong đó : nlx : Số làn xe yêu cầu.
Ncđgiờ : Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm.
Nlth : Năng lực thông hành tối đa, Nlth = 1000 (xcqđ/h/làn), lấy theo mục 4.2.2 tiêu chuẩn TCVN 4054-05 đối với đường không có dải phân cách.
Z : Hệ số sử dụng năng lực thông hành, với VTK = 60 Km/h Z = 0.55, lấy theo mục 4.2.2 tiêu chuẩn TCVN 4054 – 05
Đường chỉ cần 1 làn xe để thông xe, nhưng thực tế có nhiều loại xe với tốc độ khác nhau, tạo nên sự phức tạp Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4054-05, đường cấp IV-Vùng đồng bằng phải có ít nhất 2 làn xe Vì vậy, lựa chọn thiết kế đường với 2 làn xe là hợp lý.
Kết luận : Chiều rộng một làn xe : 3.5m
Chiều rộng lề đường và lề gia cố : 1.0 m (gia cố 0.5 m)
Độ dốc ngang mặt đường, lề đường
- Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố : 2%
- Độ dốc ngang phần lề không gia cố : 6%
Xác định tầm nhìn xe chạy
2.4.1 Xác định tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định
Sơ đồ tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định
Theo sơ đồ này ôtô gặp chướng ngại vật trên làn xe đang chạy và cần phải dừng lại trước chướng ngại vật một cách an toàn.
Trong đó: o Lpư : Quãng đường ôtô đi được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, theo quy định tpư = 1s.
V m o Spư : Quãng đường ôtô đi được trong suốt quá trình hãm phanh (chiều dài hãm xe), xác định theo công thức:
lo : Cự ly an toàn, lo = 5 ÷10m
Trong đó: k : Hệ số sử dụng phanh trung bình, lấy k = 1,2
V : Vận tốc thiết kế của xe V = 60 km/h
: hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường = 0,5. i : độ dốc dọc của đường, tra bảng 15 TCVN4054-05 id max =6%
Theo bảng 10 TCVN 4054-05 quy định với Vtt ` km/h thì tầm nhìn hãm xe là 75m Do đó, chọn S 1 = 75 m.
2.4.2 Xác định tầm nhìn thấy xe ngược chiều.
Sơ đồ tầm nhìn thấy xe ngược chiều
Theo sơ đồ, tình huống xảy ra khi hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn đường cần phải phát hiện kịp thời và dừng lại với khoảng cách an toàn Trong trường hợp ôtô chạy sau, việc trở về làn xe của mình cũng phải được thực hiện nhanh chóng, điều này được gọi là tầm nhìn hai chiều S2.
= V1.tpư + V2.tpư + (V1, V2 tính bằng m/s) Nếu V1 = V2 = V thì:
Theo bảng 10 TCVN 4054-05 quy định với Vtk = 60 km/h thì tầm nhìn trước xe ngược chiều là 150 m Do đó, chọn S 2 = 150 m
2.4.3 Xác định tầm nhìn vượt xe
Sơ đồ tầm nhìn vượt xe
Theo sơ đồ, tình huống mô tả xe 1 vượt xe 2 và kịp thời tránh xe 3 đang di chuyển ngược lại một cách an toàn Để đơn giản hóa tính toán, ta có thể tính khoảng cách S4 bằng công thức S4 = 6 x V, với V là vận tốc 60 km/h, dẫn đến S4 = 360 m.
Theo bảng 10 TCVN 4054-05 quy định với Vtk = 60 km/h thì tầm nhìn vượt xe là
Tầm nhìn Đơn vị Tính toán Tiêu chuẩn Kiến nghị
Xác định bán kính đường cong nằm
a Xác định độ dốc siêu cao.
Cấp đường IV địa hình đồng bằng và đồi, vận tốc thiết kế Vtt = 60km/h : i = 6 % i = 2 % b Bán kính đương cong nằm xác định theo công thức.
R= ,(V tính bằng km/h) Trong đó:
R: Bán kính đường cong nằm(m)
V: Vận tốc thiết kế, V = 60km/h
: Hệ số lực đẩy ngang.
in : Độ dốc ngang của mặt đường, in = 2%
(+): dùng cho trường hợp có siêu cao.
(-): dùng cho trường hợp không có siêu cao. Để xác định lực đẩy ngang phải dựa vào các điều kiện sau: Điều kiện ổn định chống lật của xe:
=0.6 : lấy theo trị số an toàn nhỏ nhất Điều kiện ổn định chống trượt ngang:
=0.12 : lấy trong điều bất lợi nhất : mặt đường có bùn bẩn Điều kiện về êm thuận và tiện nghi đối với hành khách:
: khó nhận biết xe vào đường cong
: bắt đầu cảm nhận xe đã vào đường cong
: cảm thấy có đường cong rõ rệt và hơi khó chịu
: cảm thấy rất nguy hiểm, xe như muốn lật đổ Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp :
= 0.1 : hệ số lực đẩy ngang hạn chế, để săm lốp và nhiên liệu không tăng lên nhiều
Theo sổ tay thiết kế đường ôtô thì có thể lấy:
= 0,15 khi có bố trí siêu cao
= 0,08 khi không bố trí siêu cao
Vậy bán kính tối thiểu của đường cong nằm R được xác định như sau:
+ Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất khi có bố trí siêu cao in = iscmax=7%
= = 128.85 m + Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất thông thường với in = isco=3%
Rmin = 8m+ Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất khi không bố trí siêu cao, in = 2 %:
Rmin + Bán kính nhỏ nhất theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm:
= 2 0 là nửa góc mở của chùm tia sáng đèn pha ô tô
Theo bảng 13 điều 5.5 TCVN 4054-05 quy định với đường cấp IV, vận tốc 60km/h:
- Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất, với siêu cao 7% là Rmin5 m.
- Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất thông thường, với siêu cao 3% là Rmin%0 m.
- Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất khi không bố trí siêu cao là Rmin= 1500 m.
Bảng tính toán bán kính đường cong nằm
Bán kính đường cong nằm Đơn vị Tính toán Tiêu chuẩn Kiến nghị
Xác định siêu cao và đoạn nối siêu cao
Siêu cao giúp giảm lực đẩy ngang, tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển xe an toàn trên những đoạn đường cong có bán kính nhỏ.
Xác định độ dốc siêu cao Độ dốc siêu cao được xác định theo công thức: isc Trong đó:
V: Vận tốc thiết kế V= 60km/h.
R: Bán kính đường cong nằm.
: Hệ số lực đẩy ngang tính toán.
Từ công thức trên cho thấy isc phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm R, hệ số lực đẩy ngang , thường lấy từ = 0,08÷0,1 tối đa là 0,15.
Công thức trên chỉ ra rằng isc phụ thuộc vào bán kính đường cong R và hệ số lực đẩy ngang μ Bằng cách thay thế các giá trị khác nhau của R vào công thức, chúng ta có thể tính toán isc tương ứng.
Theo bảng 13 điều 5.5.4 TCVN 4054-05, trị số isc thường không được tính toán cụ thể, mà được khuyến nghị sử dụng với Vtk = 60 Km/h Độ dốc siêu cao tương ứng với từng bán kính đường cong được quy định rõ ràng trong bảng này.
Căn cứ vào tính toán và tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054-05 có:
Với bán kính tối thiểu thông thường R %0m thì i sc = 3%.
Chiều dài đoạn nối siêu cao
Chiều dài đoạn nối siêu cao được xác định theo công thức:
- B: Chiều rộng phần xe chạy, B= 7,0m.
- : Độ mở rộng của phần xe chạy(m) Tính cho trường hợp R = Rmin = 250m, theo bảng 12 điều 5.6.1 TCVN 4054-05 có =0.6 m (do xe tải chiếm ưu thế)
- isc : Độ dốc siêu cao (%), isc = 3%.
- ip: Độ dốc phụ thêm ở mép ngoài mặt đường trong quá trình nâng siêu cao(%).
Theo bảng 14 TCVN 4054-05 với R%0 và isc= 3% thì Lnsc= 50m.
xác định đường cong chuyển tiếp
Chiều dài đường cong chuyển tiếp được xác định theo công thức sau :
- Vtt : Vận tốc tính toán thiết kế tuyến Vtt = 60 km/h.
- R :Bán kính đường cong nằm(m).
- Chiều dài đường cong chuyển tiếp tuỳ thuộc vào bán kính R Ở đây lấy trong điều kiện bán kính tối thiểu thông thường Rmin = 250 m để tính toán.
- Để thuận tiện cho việc bố trí nối siêu cao và chuyển tiếp, ta chọn: Lnsc=Lct= 50m ứng với R%0m
Theo TCVN 4054-05, tại điều 5.6.2, khi vận tốc thiết kế Vtt = 60 km/h và bán kính nhỏ nhất Rmin = 0 m với siêu cao isc = 3%, chiều dài đoạn nối L cần thiết là 50 m.
- Vậy ta chọn chiều dài đoạn bố trí chuyển tiếp và nối siêu cao trong trường hợp thông thường là L Pm.
Bố trí siêu cao
Thông thường chiều dài đoạn nối siêu cao bố trí bằng chiều dài đường cong chuyển tiếp. n n 0 i n i n i SC
Đoạn nối siêu cao được thiết kế với một nửa trên đoạn thẳng và một nửa trên đoạn cong Trong trường hợp không có đường cong chuyển tiếp, đoạn nối siêu cao sẽ nằm trên đoạn cong Nếu có đường cong chuyển tiếp, đoạn nối siêu cao sẽ được bố trí trùng với đường cong này.
Trên đoạn nối siêu cao, mặt cắt ngang của hai mái được chuyển đổi thành mặt cắt ngang có độ dốc siêu cao Trước khi thực hiện việc nâng, cần phải nâng các bộ phận bên ngoài của phần xe chạy.
Lề đường sẽ được nâng lên với độ dốc tương ứng với độ dốc của phần xe chạy, tại vị trí lưng đường cong cách vị trí nâng siêu cao 10 mét Sau đó, sẽ tiến hành thực hiện việc nâng siêu cao.
- Quay quanh mép trong của phần xe chạy.
Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, tuỳ trường hợp cụ thể mà ta chọn để áp dụng.
Xác định độ mở rộng mặt đường trong đường cong
Sơ đồ mở rộng mặt đường trong đường cong:
Khi xe di chuyển trên đường cong, trục sau cố định hướng tâm trong khi bánh trước tạo một góc với trục xe, dẫn đến việc xe cần một chiều rộng lớn hơn khi di chuyển trên đường thẳng Chỉ những đường cong có bán kính nhỏ hơn hoặc bằng 250m mới yêu cầu bố trí đoạn nối mở rộng Độ mở rộng của một làn xe được tính bằng công thức: e1 = R +.
05 , 0 Vậy độ mở rộng của phần xe chạy có 2 làn xe gồm có e1 và e2
L : Chiều dài khung xe (là chiều dài từ trục sau xe đến giảm xóc đằng trước) L 6m
V : Vận tốc xe chạy ( km/h )
Tùy trường hợp cụ thể mà ta sẽ tính e tương ứng với từng giá trị R và vận tốc của tuyến.
Theo bảng 12 TCVN 4054-05 ứng với dòng xe tải ta có độ mở rộng
Đoạn nối mở rộng cần phải trùng với đoạn nối siêu cao hoặc đường cong chuyển tiếp Nếu không có hai yếu tố này, đoạn nối mở rộng sẽ được cấu tạo một cách riêng biệt.
Một nửa nằm trên đường thẳng và một nửa nằm trên đường cong trên đoạn nối, mở rộng đều (tuyến tính) Mở rộng 1 m trên chiều dài tối thiểu 10 m.
Trên đoạn nối, mở rộng đều ( tuyến tính ) Mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu10m
Tính nối tiếp các đường cong
Trường hợp hai đường cong cùng chiều
Hai đường cong cùng chiều nằm kề nhau có thể nối trực tiếp với nhau hoặc giữa chúng có một đoạn chêm m, tùy theo từng trường hợp cụ thể:
Khi hai đường cong cùng chiều có bán kính lớn và độ dốc siêu cao giống nhau hoặc không có bố trí siêu cao, chúng có thể được nối trực tiếp với nhau Để thực hiện việc ghép này, điều kiện cần thiết là tỷ lệ giữa bán kính R1 và R2 phải nhỏ hơn hoặc bằng 1.5.
+ Khi hai đường cong có siêu cao thì đoạn chêm phải đủ dài để bố trí hai nữa đường cong chuyển tiếp hoặc hai nữa đoạn nối siêu cao. m
L1, L2: Chiều dài đường cong chuyển tiếp hoặc đoạn nối siêu cao của đường cong
Nếu m nhỏ hơn một giá trị nhất định, cách tốt nhất là điều chỉnh R để hai đường cong tiếp xúc tại điểm có cùng độ dốc siêu cao và độ mở rộng theo đường cong có giá trị lớn hơn.
Khi địa hình không cho phép thiết kế đường cong ghép và cần giữ đoạn chêm ngắn, cần bố trí độ dốc ngang của mái trên đoạn chêm đó với giá trị lớn hơn.
Nếu m thì đoạn thẳng còn lại nếu đủ dài lớn hơn hoặc bằng 20÷25m thì bố trí đoạn đó hai mái Nếu không đủ dài thì bố trí một mái.
Trường hợp hai đường cong ngược chiều
+ Nếu hai đường cong ngược chiều nằm kề nhau có bán kính lớn và không cần làm siêu cao thì cũng có thể nối trực tiếp với nhau.
Nếu hai đường cong ngược chiều kề nhau có bố trí siêu cao, thì chiều dài đoạn chêm m phải đảm bảo đủ để lắp đặt đường cong chuyển tiếp hoặc đoạn nối siêu cao, với điều kiện m ≥
Tính cho trường hợp bất lợi nhất là 2 đường cong ngược chiều:
Chọn giá trị m phụ thuộc vào Lct, Lsc tính được.
Đảm bảo tầm nhìn trong đường cong nằm, xóa bỏ chướng ngại vật( phương pháp đồ giải và giải tích)
Khi xe di chuyển vào các khúc cua, đặc biệt là những khúc cua có bán kính nhỏ, tầm nhìn của người lái có thể bị cản trở bởi các chướng ngại vật như mái ta luy hoặc cây cối Để đánh giá tầm nhìn trong các khúc cua, cần kiểm tra từ vị trí xe chạy ở làn phía bụng đường cong, với giả định rằng mắt người lái cách mép đường 1.5m và ở độ cao 1.0m so với mặt đường.
Gọi Zo là khoảng cách từ mắt người lái xe đến chướng ngại vật.
Z là khoảng cách từ mắt người lái xe đến ranh giới chướng ngại vật cần phá bỏ.
Sơ đồ tính toán tầm nhìn trên đường cong
Có hai phương pháp xác định phạm vi phá bỏ của chướng ngại vật
Trên quỹ đạo xe, để xác định điểm đầu và điểm cuối của những đường cong có chiều dài dây cung bằng cự ly tầm nhìn, ta sử dụng tầm nhìn hai chiều S2 Việc không sử dụng tầm nhìn vượt xe S4 là do không cho phép vượt xe ở những đoạn đường cong Các điểm này được nối lại bằng những đường thẳng, gọi là các tia nhìn, nhằm vẽ đường bao xác định phạm vi phá bỏ.
2' 3' Đường giới hạn nhìn 4' Quỹ đạo xe chạy 1,5m z
Phương pháp giải tích (ta dùng phương pháp này):
Xảy ra hai trường hợp:
+ Chiều dài tầm nhìn nhỏ hơn cung đường tròn (S K)
R: bán kính đường cong nằm
+ Chiều dài tầm nhìn lớn hơn chiều dài đường cong (S2 > K).
Khi đó phần phá bỏ là: Z = Z1 + Z2.
: góc ngoặt của đường cong tròn
S : chiều dài tầm nhìn xe chạy lấy theo sơ đồ 2.
Trị số Z có thể tính gần đúng theo công thức sau:
S2: chiều dài tầm nhìn xe chạy ngược chiều:
R: bán kính quỹ đạo của ôtô lấy bằng bán kính đường tròn.
Nếu chiều dài tầm nhìn của xe theo sơ đồ 2 là S = 150m, và bán kính quỹ đạo của ôtô được xác định bằng bán kính đường cong tối thiểu R = 0m, thì phạm vi phá bỏ Z được tính theo công thức z 0 Z Đường tròn.
Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng
Khi hai đoạn tuyến cùng một đỉnh trên trắc dọc có độ dốc khác nhau, sẽ tạo ra một góc gãy Để đảm bảo xe chạy êm thuận, an toàn và tầm nhìn cho người lái, cần thiết kế đường cong đứng tại các góc gãy Có hai loại đường cong đứng được sử dụng trong thiết kế này.
Bán kính đường cong đứng lồi
Bán kính tối thiểu của đường đứng lồi được xác định dựa trên điều kiện tầm nhìn của người lái xe Để đảm bảo an toàn, bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu được tính toán theo công thức cụ thể.
L: Chiều dài phải nhìn thấy d1: Chiều cao của mắt người lái xe trên mặt đường. d2: Chiều cao của chướng ngại vật phải nhìn thấy.
Các yếu tố trên được biểu diễn qua sơ đồ sau:
Sơ đồ bố trí đường cong nối dốc đứng lồi
+ Theo tầm nhìn một chiều (sơ đồ 1), ta có:
Theo tiêu chuẩn Việt Nam: d1 = 1.0m d2 = 0.1 m
+ Theo tầm nhìn hai chiều (sơ đồ 2), ta có: d1 = d2 = d =1.0m
Theo quy định ở bảng 19 TCVN 4054-05 với cấp đường IV có V= 60 km/h thì bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu giới hạn là
Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu thông thường là
Bán kính đừng cong đứng lõm
Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu được xác định dựa trên điều kiện đảm bảo sự thoải mái cho hành khách và ngăn ngừa hư hỏng cho lò xo (nhíp) xe ôtô do tác động của lực ly tâm Công thức để tính toán bán kính này rất quan trọng trong thiết kế đường giao thông.
V: Vận tốc tính toán lấy bằng vận tốc thiết kế, V = 60 km/h b : Gia tốc ly tâm cho phép Trang 65 giáo trình thiết kế đường ôtô tập 1 (Đỗ Bá Chương NXB Giáo Dục - 2010) có b = 0.5÷0.7 m/s 2
Theo quy định ở bảng 19 TCVN 4054-05 thì bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu giới hạn đối với cấp đường 60km/h là
Vậy chọn bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu thông thường là
Chiều dài đường cong đứng tối thiểu: L cdtt = 50m.
Xác định chiều dài đoạn dốc lớn nhất và nhỏ nhất
Chiều dài tối thiểu đổi dốc
Theo điều 5.7.6 TCVN 4054-05 thì chiều dài tối thiểu đổi dốc ứng với cấp kỹ thuật 60 km/h là: Lmin = 150 m
Chiều dài đoạn dốc lớn nhất
Theo điều 5.7.5 TCVN 4054-05 thì chiều dài đoạn dốc dọc lớn nhất ứng với cấp kỹ thuật 60 km/h, độ dốc dọc id = 6% , Lmax = 600m id= 4% , Lmax = 1000m
Bảng các yếu tố kĩ thuật của tuyến đường
STT YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐƠN VỊ TÍNH
1 + Cấp thiết kế IV IV IV
2 + Vận tốc thiết kế km/h - 60 60
3 + Lưu lượng xe năm tương lai xcqd/nđ 2924,9 >500
9 + Độ dốc ngang mặt đường % - 2 2
10 + Độ dốc ngang lề có gia cố % - 2 2
14 + Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất giới hạn (siêu cao 7%) M 128.85 125 130
15 + Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất thông thường (siêu cao 3%) M 158 250 250
16 + Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất không bố trí siêu cao M 473 1500 1500
17 + Chiều dài đoạn nối siêu cao
18 + Chiều dài đoạn nối chuyển tiếp
19 + Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu giới hạn M 2812.5 2500 3000
20 + Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu giới hạn M 554 1000 1000
21 + Chiều dài tối thiểu đổi dốc M - 150 150
22 + Chiều dài đoạn dốc lớn nhất id 6% M - 600 600
23 + Độ dốc dọc lớn nhất của đường % 6.2 6 6
24 + Chiều dài đường cong đứng tối thiểu M 50 50
THIẾT KẾ TUYẾN TRÊN BÌNH ĐỒ
Vạch tuyến trên bình đồ
3.1.1 Căn cứ vạch tuyến trên bình đồ
- Tình hình địa hình, địa mạo, địa chất thủy văn … của khu vực tuyến.
- Cấp thiết kế của đường là cấp IV địa hình đồng bằng và đồi, tốc độ thiết kế là 60 Km/h.
- Nhu cầu phát triển kinh tế trong tương lai của vùng tuyến đi qua.
- Xác định đường dẫn hướng tuyến chung cho toàn tuyến và từng đoạn.
- Cần phải tránh các chướng ngại vật mặt dù tuyến có thể dài ra
3.1.2 Giới thiệu sơ bộ về các phương án tuyến đã vạch
Tuyến đường ven sông bên trái cắt qua một con sông ở phía hạ lưu và hai suối nhánh Do đường dẫn hướng tuyến nằm xa sông, tuyến đường này thường ở trên mực nước ngập, đòi hỏi nhiều công trình cầu cống để đảm bảo tính khả thi và an toàn cho việc di chuyển.
Tuyến đi ven phải nhánh sông cắt qua một sông ở phía thượng lưu và đi qua bốn suối nhánh Đường dẫn hướng tuyến nằm xa sông, vì vậy tuyến này ở trên mực nước ngập và cần nhiều công trình cầu cống.
3.1.3 Nguyên tắc vạch tuyến trên bình đồ
Để tối ưu hóa tuyến đường, nên chọn hướng đi gần nhất với đường chim bay Lưu lượng xe càng cao, chiều dài tuyến cần được rút ngắn, tuy nhiên cần tránh những đoạn thẳng dài quá 3Km để giảm nguy cơ tai nạn do sự thiếu chú ý của tài xế.
Tuyến đường cần được thiết kế hài hòa với địa hình xung quanh, tránh việc tạo ra những đường cong trên đồng bằng hoặc đường thẳng trên miền núi Đặc biệt, cần chú ý đến kiến trúc cho các tuyến đường phục vụ du lịch, đi qua công viên, dẫn đến khu nghỉ mát, cũng như các công trình văn hóa và di tích lịch sử.
Khi vạch tuyến, nếu có thể, cần tránh đi qua những vị trí bất lợi về thổ nhưỡng, thủy văn, địa chất (đầm lầy, khe xói, đá lăn,…).
Khi thiết kế đường đi qua khu vực địa hình đồi nhấp nhô, cần sử dụng bán kính lớn và uốn lượn theo hình dạng tự nhiên của địa hình Cần lưu ý loại bỏ những đoạn vòng lượn nhỏ và tránh tạo ra những khúc gãy trong cả bình đồ và mặt cắt dọc.
Khi thiết kế đường đi theo đường phân thủy, cần chú ý quan sát hướng chính của đường phân thủy và điều chỉnh để tạo ra tuyến đường thẳng qua các đỉnh khe Nên chọn những sườn ổn định, thuận lợi cho việc đặt tuyến, đồng thời tránh các điểm nhô cao và tìm kiếm những đèo để dễ dàng vượt qua.
Khi lựa chọn vị trí tuyến cắt qua sông, suối, cần ưu tiên những đoạn thẳng có bờ và dòng chảy ổn định, cùng với điều kiện địa chất thuận lợi Đặc biệt, khi vượt sông lớn, nên thực hiện theo hướng thẳng góc hoặc gần thẳng góc với dòng chảy trong mùa lũ, nhưng vẫn phải đảm bảo rằng tuyến không bị gãy khúc.
Tuyến thiết kế đi qua vùng đồng bằng với địa hình phẳng, do đó không bị ảnh hưởng bởi độ dốc Dựa trên bản đồ tỷ lệ 1/10000 của khu vực tuyến, chúng ta thực hiện theo các nguyên tắc đã đề ra.
Đầu tiên, hãy xác định tất cả các phương án tuyến có thể đi qua Tiếp theo, tiến hành so sánh và loại bỏ những phương án không thuận lợi, từ đó lựa chọn các phương án tối ưu nhất.
Phóng tuyến trên hiện trường và khảo sát tuyến là bước quan trọng trong quá trình thiết kế Việc tổng hợp số liệu đầu vào giúp chúng ta tiếp tục tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và thực hiện so sánh hiệu quả.
Trong đồ án này, chúng ta cần đề xuất hai phương án tuyến trên bình đồ mà chúng ta cho là tối ưu nhất, nhằm mục đích so sánh và lựa chọn phương án tối ưu hơn.
Thiết kế bình đồ
Tuyến đường A-B được thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp IV, phù hợp với địa hình đồng bằng và đồi Đường cho phép độ dốc dọc tối đa là 6% và độ dốc siêu cao trên các đoạn đường cong cũng là 6% Bán kính đường cong tối thiểu thông thường được quy định là 250 m.
Khi R lớn, tốc độ xe không bị ảnh hưởng, đồng thời nâng cao an toàn và sự êm ái trong di chuyển Tuy nhiên, chi phí xây dựng sẽ tăng cao Vì vậy, việc xác định bán kính R cần phải phù hợp với địa hình cụ thể để đảm bảo yêu cầu kinh tế và kỹ thuật.
3.2.1 Các yếu tố đường cong nằm
Các yếu tố cơ bản của đường cong chuyển tiếp được tính theo công thức :
2 Chiều dài đường cong: K K 0 2L CT
Trong đó : : Góc ngoặt trên bình đồ
Khi thiết kế đường cong nằm theo TCVN 4054-2005, nếu không bị hạn chế bởi địa hình và địa vật, nên chọn bán kính R của đường cong nằm từ bán kính tối thiểu thông thường trở lên Trong trường hợp có các yếu tố hạn chế, mới sử dụng bán kính tối thiểu Rmin.
Các yếu tố đường cong chuyển tiếp
Các điểm chi tiết chủ yếu của đường cong chuyển tiếp bao gồm :
Các yếu tố của đường cong chuyển tiếp:
L: chiều dài đường cong chuyển tiếp
W: Độ mở rộng trong đường cong
Isc: Độ dốc siêu cao trong đường cong
Ta tính toán chi tiết cho một đường cong nằm:
Với góc chuyển hướng =62 0 28’8,4’’ Bán kính đường cong R= 250m Chiều dài chuyển tiếp Lct= 50m
Thông số của đường cong clothoide: C= A 2 =Rx L2 ,
BẢNG TỔNG HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA ĐƯỜNG CONG
Xác định cọc thay đổi địa hình
Cọc thay đổi địa hình được lắp đặt tại những vị trí có địa hình biến đổi, đặc biệt là trong các đoạn đường cong Chúng thường được đặt ở những khu vực như cầu cống, sông ngòi, và những điểm có sự thay đổi địa hình bất thường Các cọc địa hình và cọc trên đường cong đứng được đánh số từ C1 đến Cn để dễ dàng nhận diện.
3.3.1 Xác định cự li giữa các cọc
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
Góc chắn cung R Ghi chú
TÍNH TOÁN THỦY VĂN VÀ THỦY LỰC CẦU CỐNG
Các yêu cầu khi thiết kế công trình thoát nước
Việc tính toán và lựa chọn công trình thoát nước đóng vai trò quan trọng về mặt kinh tế và kỹ thuật Các công trình thoát nước cần được bố trí tại những khu vực có địa hình thấp, trũng để đảm bảo hiệu quả thoát nước Số lượng công trình phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và địa hình, nhằm tối ưu hóa chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu quả thoát nước Đối với các công trình thoát nước nhỏ, có những quy định cụ thể cần tuân thủ.
Đối với những nơi có lưu lượng Q > 25m 3 /s thì phải bố trí cầu nhỏ.
Đối với những nơi có lưu lượng Q = 15 25 m 3 /s thì bố trí cống bản.
Đối với những nơi có lưu lượng Q = 12 15 m 3 /s thì bố trí cống vuông.
Đối với những nơi có lưu lượng Q < 12 m 3 /s thì bố trí cống tròn.
Để đảm bảo thoát nước hiệu quả cho đường, ngoài các công trình cầu cống theo địa hình, cần lắp đặt thêm cống cấu tạo Theo quy trình, với chiều dài nền đường đào tối đa 500m, phải đặt một cống cấu tạo có khẩu độ tối thiểu 0,75m để thoát nước qua đường Việc thiết kế cống và cầu thoát nước cần tuân thủ các quy định hiện hành.
Bề dày lớp đất đắp trên cống 0,5m so với mực nước dâng trước công trình.
Nên đặt cống vuông góc với tim tuyến để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế.
Cao độ mặt đường tại vị trí có cống tròn cần phải cao hơn đỉnh cống ít nhất 0,5m Nếu chiều dày áo đường vượt quá 0,5m, độ chênh cao này phải đảm bảo đủ để đáp ứng chiều dày của áo đường.
Cống phải có đầy đủ các công trình thượng và hạ lưu, không cho nước xói vào thân nền đường
Thiết kế xây dựng cầu phải chọn các vị trí có:
Chiều sâu ngập và phạm vi ngập nước trên bãi sông ứng với mức tính toán là nhỏ nhất.
Lòng sông thẳng, ổn định, lưu lượng chảy chủ yếu theo dòng chủ.
Hướng nước chảy trong mùa lũ và mùa cạn gần như song song, điều này giúp việc xây dựng cầu không gây ngập úng cho đất trồng trọt và không làm hư hại đến các công trình thủy lợi hiện có.
Xác định các đặc trưng thủy văn
Dựa vào hình dạng của đường đồng mức trên bản đồ, chúng ta xác định đường phân thủy giới hạn của lưu vực nước chảy vào công trình Để tính diện tích lưu vực, cần chia lưu vực thành những hình đơn giản, từ đó xác định diện tích trên bản đồ địa hình (được ký hiệu là Fbđ) Cuối cùng, diện tích lưu vực thực tế được tính theo công thức phù hợp.
+ Fbđ : Diện tích của lưu vực trên bản đồ địa hình (mm 2 )
+ Mbđ = 1000 : Hệ số tỷ lệ bản đồ
+ 10 12 : Hệ số đổi từ mm 2 ra Km 2
4.2.2 Chiều dài lòng sông chính L
Chiều dài lòng sông chính được xác định như sau:
+ Lbđ : Chiều dài của lòng sông chính trên bình đồ (mm)
+ M 00 : Hệ số tỷ lệ bản đồ
+ 10 -6 : Hệ số đổi từ mm ra Km
4.2.3 Chiều dài bình quân của sườn dốc và lưu vực b s (m) Được tính theo công thức
+ F : Diện tích lưu vực (Km 2 )
+ L : Chiều dài lòng sông chính (Km)
+ l : Tổng chiều dài của các lòng sông nhánh (Km) ; (chỉ tính những lòng sông nhánh có chiều dài lớn hơn 0.75 chiều rộng bình quân B của lưu vực).
Đối với lưu vực có 2 sườn
(4.4) Đối với lưu vực có 1 sườn
(4.5) Với lưu vực 1 sườn ở công thức tính bs ta thay hệ số 1.8 bằng 0.9.
4.2.4 Độ dốc trung bình của lòng sông chính J 1 (%o) Độ dốc trung bình của dòng sông chính được tính như sau
+ h1, h2, …,hn:Độ cao của các điểm gãy trên trắc dọc so với giao điểm của tuyến đường và dòng chảy
+ l l , l2, …, ln : Cự ly giữa các điểm gãy
4.2.5 Độ dốc trung bình của sườn dốc J s (%o) Độ dốc trung bình của sườn dốc được tính theo trị số trung bình của 46 điểm xác định theo hướng dốc lớn nhất.
4.2.6 Xác định lưu lượng tính toán
Theo qui trình tính toán dòng chảy lũ (22 TCN 220-95), đối với lưu vực nhỏ có diện tích < 100Km 2 Thì lưu lượng tính toán được xác định như sau:
+ Hp:Lượngmưa ngày (mm) ứng tần suất thiết kế p = 4% đối với cống p = 1% đối với cầu lớn
+ : Hệ số dòng chảy lũ lấy trong bảng (2.1) tùy thuộc vào loại đất cấu tạo khu vực có lượng mưa ngày thiết kế ( Hp1% ) và diện tích lưu vực (F).
Mức đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế được xác định dựa vào địa mạo thủy văn, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc và khu vực mưa (Tham khảo bảng 2.3)
+ 1: Hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ, rừng cây trong lưu vực theo bảng (2.7)
4.2.7 Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc s
Thời gian tập trung nước trên sườn dốc s được xác định theo Phụ lục 2.8, phụ thuộc vào hệ số địa mạo thuỷ văn s và vùng mưa.
* Hệ số địa mạo thuỷ văn của sườn dốc s được xác định như sau
+ bs : Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực
+ ms : Thông số tập trung dòng chảy trên sườn dốc, phụ thuộc vào tình hình bề mặt của sườn dốc lưu vực (lấy theo bảng 2.6)
Với sườn dốc có nhà dân cư không quá 20%, cỏ trung bình
+ : Hệ số dòng chảy lũ (lấy theo bảng 2.4), phụ thuộc vào loại đất cấu tạo lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế H1% và diện tích lưu vực F
Vùng tuyến ta thiết kế có đất cấp III
Hp: Lượng mưa ngày thiết kế (với cầu nhỏ và cống lấy p = 4%)
Vùng tuyến của ta thiết kế thuộc huyện Hoài Nhơn, Tỉnh Bình Định
4.2.8 Xác định hệ số địa mạo l của lòng sông
Hệ số địa mạo thuỷ văn l được xác định như sau:
+ m l : Thông số tập trung nước trong sông (lấy theo bảng 2.7)
Xem lòng sông có nhiều đá, quanh co, mặt nước không bằng phẳng.
+ J l : Độ dốc của dòng sông chính (%o)
+ L : Chiều dài của lòng sông chính (Km)
4.2.9 Xác định trị số Ap%
Ap% xác định bằng cách tra bảng 2.4 tuỳ thuộc vào vùng mưa, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc s và hệ số địa mạo thuỷ văn l
4.2.10.Xác định khẩu độ cống và các yếu tố thủy lực
Phương án chung đề xuất lựa chọn khẩu độ cống dựa trên chế độ chảy, từ đó xác định chiều sâu nước dâng H (m) và vận tốc nước chảy V (m/s) Việc gia cố cũng được xem xét, đồng thời so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhằm quyết định phương án tối ưu nhất.
Xác định khẩu độ cống từ Qp và cấu tạo cống tra bảng tính được d (m), H(m), V (m/s)
Xác định chiều cao đắp nền đường tối thiểu Hmin d theo các điều kiện bên dưới.
Kết quả tính toán thủy văn được thể hiện trong các bảng sau:
BẢNG XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶT TRƯNG THỦY VĂN
BẢNG XÁC ĐỊNH THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC
Tính toán thủy lực cống
4.3.2 Chế độ làm việc của cống
Tùy thuộc vào chiều sâu ngập nước trước cống, chiều cao tiết diện cống và loại tiết diện kiểu miệng cống, cống có thể hoạt động theo nhiều chế độ khác nhau, trong đó có chế độ không áp.
Nếu H 1.2h cv đối với miệng cống loại thường và 1.4hcv đối với miệng cống theo dạng dòng chảy
Trong đó : + H : Chiều cao nước dâng trước cống
+ hcv : Chiều cao cống ở cửa vào b Bán áp
Nếu H > 1.2hcv và miệng cống thông thường, trường hợp này ở cửa cống nước ngập toàn bộ nhưng tiếp theo đó dòng chảy có mặt thoáng tự do c Có áp
Nếu H > 1.4hcv và miệng cống có dạng dòng chảy với độ dốc nhỏ hơn độ dốc ma sát, nước sẽ ngập hoàn toàn trên phần lớn chiều dài cống, chỉ có cửa cống mới có mặt thoáng tự do.
4.3.3 Tính toán khẩu độ cống a Trình tự tính toán thủy lực cống
Trong phạm vi đồ án ta tính toán điển hình cho 1 cống
Tại vị trí cống KM04+433,77 (PA 1) với lưu lượng Q= 11,69 m³/s, chúng ta tiến hành tính toán thủy lực để xác định các phương án khẩu độ cống cùng với các yếu tố thủy lực H và V Dựa trên giá trị H và V, chúng ta xác định cao độ nền đường tối thiểu và biện pháp gia cố cho thượng lưu và hạ lưu cống Cuối cùng, việc so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật sẽ giúp lựa chọn phương án tối ưu nhất.
Với lưu lượng Qp = 11,69 m³/s, chúng ta chọn 2 cống đường kính d = 2 m, loại cống tròn 1, chiều sâu nước dâng H = 1,832 m và vận tốc dòng chảy v = 2,163 m/s Độ dốc cống được xác định là ic = 2% Để đảm bảo cống hoạt động trong chế độ không áp, cần thỏa mãn điều kiện H < 1,2hcv.
Với H : là chiều cao nước dâng trước cống hcv : chiều cao cống ở cửa vào b Tính toán khả năng thoát nước của cống
Khi ic hk =0.581 x 2 = 1.162 m hc= 0.9 x hk = 0.9 x 1.162= 1.0458 Chiều sâu mực nước dâng trước cống.
H= 2,0916< 1.2 hcv= 1.2 x 2= 2.4(m) Cống chảy theo chế độ không áp c Xác định vận tốc nước chảy trong cống
Trong đó : ωc : Tiết diện nước chảy tại chổ bị thu hẹp trong cống, xác định qua hình vẻ.
Qc= 6.39 m 3 /s> Qlv= 5.845m 3 /s=> đảm bảo điều kiện thoát nước của cống. d Tính toán khả năng thoát nước của cống
Với độ dốc ic = 2% ta cần so sánh với ik
Trong đó: K0 hệ số đặc trưng lưu lượng xác định theo 0
Vhaluu = 1.5 x V0 = 1.5x 5.74= 8.61 m/s Gia cố hạ lưu cống bằng bê tông xi măng. e Độ cao mặt đường min
Chọn chiều cao mặt đường so với đáy cống (mặt đất tự nhiên) là >2.95 m
Ta có mô hình mặt cắt ngang cống:
Chiều dài cống được xác định theo công thức
+ Bn = 9 m : Chiều rộng nền đường
Vậy chiều dài tối thiểu của cống : LC = 9 + 2 x 0.75 + 2 x 0.2 = 10.9 m
=> Chọn Lc = 12 m ( chiều dài tối thiểu ).
BẢNG THỐNG KÊ CỐNG 2 PHƯƠNG ÁN TUYẾN
Phương Án Lý trình Qp Loại công trình Đường kính
KM01+474.52 5.45829 Cống cấu 1.75 2 tạo KM02+102.82 16.7376
Tính toán khẩu độ cầu nhỏ
Đối với phương án I tại Km0+ 135.11 có lưu lượng lớn nên để đảm bảo thoát nước ta kiến nghị sử dụng cầu nhỏ tại các vị trí đó.
Lòng suối dưới cầu sẽ được gia cố bằng cách san phẳng và tạo mặt cắt ngang hình thang với mái ta luy có tỷ lệ 1:1.5 Trong quá trình thi công, dòng chảy sẽ được dẫn tạm ra ngoài khu vực cầu thông qua kênh đào công vụ Dự kiến, lòng suối sẽ được gia cố bằng đá lát kích thước 20cm, với tốc độ xói cho phép là 3.5m/s Sau khi xử lý, bề rộng lòng suối sẽ đạt 15m Mặc dù không có số liệu địa mạo thủy văn cụ thể, ta giả định lòng suối chưa gia cố có tiết diện hình thang tương tự, với bề rộng đáy 15m, độ dốc ta luy 1:1.5 tại vị trí cầu là 0.64%, và độ nhám lòng suối là n = 0.05, phản ánh sự hiện diện của lớp phủ thực vật và dòng chảy theo chu kỳ.
Phương án cầu tại Km0 + 135.11:
4.4.2 Xác định chiều sâu dòng chảy tự nhiên
Chúng tôi giả định chiều sâu nước chảy trong suối là hi và tính toán lưu lượng tương ứng bằng các công thức Sêdi-Pavlốpski hoặc Sêdi-Maninh Trong bài viết này, chúng tôi sẽ sử dụng công thức Sêdi-Pavlốpski để thực hiện các tính toán.
Hình 5.1 Mặt cắt lòng sông.
Ta giả thiết đến khi nào giá trị Q = 83.229 m3/s thì khi đó ta có giá trị h
= hi Xác định lưu lượng Q tương ứng với hi như sau :
+ Tính y xác định theo công thức sau :
Và khi R lớn thì y = 1/6 theo Maninh + n = 0.05 : Hệ số nhám của dòng suối dưới cầu + i = 0.0064: Độ dốc tự nhiên của lòng suối tại vị trí xây cầu
+ Diện tích mặt cắt ướt :
+ Chu vi ướt : b h ( 1 m 1 2 1 m ) 2 2 (Với m1 và m2 là hệ số mái dốc của 2 bờ, b là bề rộng đáy suối và h là chiều sâu mực nước).
Ta có bảng sau hi(m
Vậy ta chọn chiều sâu mực nước tự nhiên là: h = 2.23 m
4.4.3 Xác định chiều sâu phân giới dưới cầu
Dòng chảy dưới cầu có dạng hình thang hk xác định như sau :
Vk =Vox : Lưu tốc cho phép không gây xói lở địa chất ở đáy suối => Vk = 3.5 m/s (gia cố đá lát)(tra bảng phụ lục 6 Đường Ô TÔ tập III)
= 0.9: Hệ số khi cú ẳ nún đất ở mố cầu.
1: hệ số Kôriolit m : độ dốc taluy nón mố. g: gia tốc trọng trường (m/s 2 )
Qtk = Qp% = Q4%: lưu lượng ứng với tần suất thiết kế (m 3 /s).
Bảng kết quả tính toán : g Q tk
4.4.4 Xác định độ dốc phân giới Độ dốc phân giới xác định như sau:
n Bảng kết quả tính toán : h k (m) k (m 2 ) k R k (m) n y C k Q tk
Ta có: h =1.99 < 1.3hk = 1.3 x 1.384 = 1.799(m), nên nước chảy dưới cầu theo chế độ chảy tự do, chiều sâu dòng chảy dưới cầu bằng h = 1.99 m.
Vc : Tốc độ nước chảy dưới cầu lấy bằng tốc độ cho phép của vật liệu gia cố
V0 : Tốc độ nước chảy ở thượng lưu ứng với chiều sâu H.
: hệ số vận tốc : = 0.9 với mố cầu cú mụ đất ẳ nún mố.
4.4.6 Xác định mực nước dâng dưới cầu
Chiều sâu dâng nước trước cầu :
Trong đó : h = 1.99m: Chiều sâu phân giới
: Hệ số vận tốc Khi cú ẳ nún đất ở mố cầu = 0.9
Ta giải bài toán lặp : Giả sử H= H0 1.6hk 1.6 x 1.384= 2.2144 m
Ta tính tiết diện nước chảy ứng với chiều sâu H0
Tính vận tốc nước chảy V0 ứng với chiều sâu H0,
Ta được giá trị H1, nếu H1< H0 và ( H0- H1)/H1< 5% thì H= H0 giả định
Kết quả thể hiện trong bảng sau :
4.4.7 Xác định chiều cao nền đường đầu cầu
Trong đó : H = 2.55m : Chiều cao nước dâng trước cầu.
= 0.55 cm : Chiều dày các lớp kết cấu áo đường.
4.4.8 Xác định chiều cao cầu
Chiều cao nước dâng trước cầu được xác định là H = 2.5 m, trong khi tĩnh không dưới cầu là t = 1 m, do cầu đường bộ không thông thuyền và có xét tới vật trôi Bên cạnh đó, chiều cao dầm cầu dự kiến thiết kế là k = 1.5 m.
Chiều dài cầu tối thiểu : L= Lc+ 2 x m x h = 17+ 2 x 1.5 x 3.2&.6 m, chọn L= 27(m). với h= H min cầu-k = 4.7-1.5=3.2 m Với khổ cầu B= 17m, mái dốc taluy m= 1.5, Chiều cao nước chảy =1.99 m
THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
Các yêu cầu thiết kế
Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm theo Quy trình Thiết Kế Áo Đường Mềm 22 TCN 211-06 yêu cầu đảm bảo an toàn, êm thuận và kinh tế cho xe chạy Để đạt được hiệu quả khai thác vận doanh, áo đường cần có đủ cường độ chung, thể hiện qua khả năng chống lại biến dạng thẳng đứng, trượt, co dãn do kéo uốn hoặc nhiệt độ Ngoài ra, áo đường cũng phải ổn định về cường độ, ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết khí hậu.
Mặt đường cần đạt độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản lăn và giảm xóc cho xe, từ đó nâng cao tốc độ di chuyển, tiết kiệm nhiên liệu và kéo dài tuổi thọ phương tiện Điều này cũng góp phần giảm chi phí vận tải Để đảm bảo độ bằng phẳng, việc thiết kế cần nghiên cứu lựa chọn kết cấu tầng mặt phù hợp và áp dụng các biện pháp kỹ thuật thích hợp trong quá trình thi công.
Bề mặt áo đường cần có độ nhám phù hợp để tăng cường hệ số bám, giúp xe di chuyển an toàn ở tốc độ cao và dừng nhanh khi cần thiết Đồng thời, áo đường nên sản sinh ít bụi và phải kín nước, vì bụi không chỉ làm giảm tầm nhìn mà còn gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, máy móc và môi trường.
Không nhất thiết áo đường phải đạt mọi tiêu chuẩn hoàn hảo, vì điều này có thể gây tốn kém Do đó, người thiết kế cần căn cứ vào yêu cầu thực tế để lựa chọn các kết cấu mặt đường phù hợp, đáp ứng các yêu cầu ở mức độ khác nhau.
Các chỉ tiêu kĩ thuật của tuyến
Cấp thiết kế của đường : Cấp IV
- Địa hình : Đồng bằng - đồi.
- Tốc độ thiết kế : Vtk = 60km/h.
- Thành phần xe chạy trên đường gồm có:
Loại xe Trọng lượng trục Số trục sau Pi
Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau
Khoảng cách giữa các trục sau (m)
Trục sau 1 34,8 Cụm bánh đôi
Trục sau 1 47,3 Cụm bánh đôi
Trục sau 1 77,5 Cụm bánh đôi
Trục sau 2 80,8 Cụm bánh đôi 3m
Trục sau 2 97,5 Cụm bánh đôi 3m
Buýt lớn Buýt lớn Trục trước 33,8
Trục sau 1 77,5 Cụm bánh đôi
Xác định tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn
Tuyến đường A-B có mặt đường kết cấu mềm, thuộc mạng lưới đường ô tô khu vực Theo Quy trình thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06, tải trọng tính toán tiêu chuẩn được xác định là Ptt = 100KN.
- Áp lực tính toán lên mặt đường : p = 0.6 MPa
- Đường kính vệt bánh xe : D = 33cm
Xác định số trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn 100KN:
+ C1 = 1+1.2(m-1) : là hệ số trục (m là số trục của cụm trục i) với khoảng cách giữa các trục sau < 3m
Khi khoảng cách giữa các cụm bánh đôi ≥ 3m thì thành các trục riêng lẻ, C1= số trục sau.
+ C2 : là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh.
Với các cụm bánh chỉ có 1 bánh thì C2 = 6.4
Với các cụm bánh đôi (1 cụm bánh có 2 bánh) thì C2 = 1
Với các cụm bánh có 4 bánh C2 = 0.38
+ ni : là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục Pi cần được quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt = 100 kN.
Tổng số trục xe N được xác định bằng cách quy đổi k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán, dựa trên lưu lượng giao thông qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm và cả hai chiều di chuyển.
Chỉ cần quy đổi các trục có trọng lượng từ 25 kN trở lên.
Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN.
Loại xe Trọng lượng trục Pi Ni(xe/ng) C1 C2 Ntt
Buýt lớn Buýt lớn Trục trước 33,8 140 1,0 6,4 7,578
Tổng trục xe thiết kế năm tương lai: N = 616,660 (trục/ngày đêm)
Xác định số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn: Ntk = Ntt fL
Vì đường thiết kế có 2 làn xe và không có dải phân cách nên fL = 0.55
Ntt = 616,660 x 0.55 = 339,163 (trục/làn.ngày đêm).
Xác định số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn 15 năm Đối với mặt đường:
+ q = 7% = 0.07 : tỷ lệ tăng trưởng xe hằng năm.
+ t = 15 năm : thời hạn tính toán.
+ Nt : số trục xe dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế (N15).
Kiến nghị chọn loại tầng mặt cấp cao A1.
Chọn kết cấu áo đường
Sử dụng kết cấu áo đường mềm có bề dày các lớp vật liệu như sau :
Vật liệu sử dụng (từ trên xuống)
Bề dày các lớp ứng với phần xe chạy và lề gia cố (cm)
Bê tông nhựa chặt hạt trung 5
Bê tông nhựa chặt hạt lớn 7
Cấp phối đá dăm loại I 15
Cấp phối đá dăm loại II 28
Sử dụng kết cấu áo đường mềm có bề dày các lớp vật liệu như sau :
Vật liệu sử dụng (từ trên xuống)
Bề dày các lớp ứng với phần xe chạy và lề gia cố (cm)
Bê tông nhựa chặt hạt trung 5
Bê tông nhựa chặt hạt lớn 7
Cấp phối đá dăm loại I 18
Kết cấu áo đường theo phương án 1
5.5.1 Các đặc trưng kết cấu theo phương án 1
Lớp kết cấu (từ dưới lên)
Tính về kéo uốn Đất sét và á sét 44 0,031 12
Cấp phối đá dăm loại II 28 250 250 250
Cấp phối đá dăm loại I 15 300 300 300
5.5.2 Kiểm tra cường độ kết cấu nền áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi
Chuyển hệ nhiều về hệ hai lớp bằng cách đổi kếu cấu áo đường hai lớp một từ dưới lên trên theo công thức:
Cấp phối đá dăm loại II
Cấp phối đá dăm loại I
Xét hệ số điều chỉnh β
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
Tra bảng 3-6 Tiêu chuẩn 4054-05 ta có:
Tính toán E ch của cả kết cấu
Ta có E0= 44 (Mpa); E1= = 344,19 (Mpa); và Tra toán đồ hình 3.1 22TCN 211-06 áo đường mềm
Nghiệm lại điều kiện (3-4) theo mục 3.4.1; phải có
Theo tính toán, số trục xe trên mỗi làn đường trong một ngày đêm là Ntt = 339,163 trục/làn.ngày đêm Dựa vào bảng 3-4, khi nội suy giữa Ntt = 200 và Ntt = 500, ta tìm được Eyc = 168 MPa, lớn hơn giá trị Eyc tối thiểu 130 MPa cho đường cấp II theo bảng 3-5 Do đó, giá trị Eyc được sử dụng để kiểm toán là 168 MPa.
Do đường cấp IV, theo bảng 3-3, độ tin cậy thiết kế được chọn là 0.85 Từ bảng 3.2, hệ số cường độ K dv cd được xác định là 1,06, và giá trị K dv cd E yc tính được là 1,06 x 168 = 178,08 MPa.
Vậy Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi
5.5.3 Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt nền đất
Cấp phối đá dăm loại II
Cấp phối đá dăm loại I
Xét hệ số điều chỉnh :
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
Tra bảng 3.6 Tiêu chuẩn 22TCN 211-06 áo đường mềm ta có:
Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất T ax :
Theo biểu đồ hình 3-3, với góc nội ma sát của đất nền 0 ta tra được
Vì áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 6 daN/cm 2 = 0,6 Mpa
Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất T av
Tra toán đồ hình 3-4 với 0 và H = 55cm ta được : Tav = 0,00079 Mpa
Trị số lực dính tính toán của đất nền C tt
Ctt = c.k1.k2.k3 c : lực dính tính toán của đất nền
: hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất chịu tải trọng động và gây giao động
=0.6 với kết cấu áo đường cho phần xe chạy
Hệ số xét đến các yếu tố gây ra sự không đồng nhất trong kết cấu chịu ảnh hưởng lớn khi lưu lượng xe tăng Do đó, hệ số này được xác định dựa trên số trục xe qui đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong suốt một ngày đêm.
Tra bảng 3.8 với Ntt = 339,163< 1000 (trục/làn.ngd) ta được =0.8
Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt của đất trong điều kiện làm việc khác với mẫu thử, đồng thời cũng xem xét sự khác biệt về điều kiện tiếp xúc giữa các lớp kết cấu áo đường và nền đất Trị số này phụ thuộc vào loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường Đối với đất dính, hệ số được xác định là 1.5 Kết quả tính toán cho Ctt là 0.038 x 0.6 x 0.8 x 1.5, tương đương với 0.0274 Mpa.
Kiểm toán điều kiện tt ax av tr cd
Với đường cấp IV, độ tin cậy yêu cầu 0,85 do vậy theo bảng 3.7: = 0,9
Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất
5.5.4 Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp bê tông nhựa
Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa:
Đối với bê tông nhựa lớp dưới:
Qui đổi 2 lớp bê tông nhựa về 1 lớp: h 1 5 7 12 cm
Trị số của hai lớp cấp phối đá dăm I và II đạt 266,8 Mpa, với bề dày tổng cộng là 43 cm Tuy nhiên, cần lưu ý rằng trị số này còn phải được điều chỉnh theo hệ số phù hợp.
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe :
Với tra toán đồ hình 3-1 được 0,4522 Vậy được:
Ech,m = 305,5 x 0,4522 = 138,147 Mpa : Với ứng suất kéo uốn đơn vị ở đáy lớp bê tồn nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với: và Tra toán đồ được = 1,798
Hệ số xem xét đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác động của tải trọng tính toán được xác định dựa trên loại bánh xe, cụ thể là bánh đơn hoặc bánh đôi Khi thực hiện kiểm tra với cụm bánh đôi theo tải trọng trục tiêu chuẩn, hệ số này được quy định là 0.85.
Với p = 0,6 Mpa theo bảng 3.1 Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
Đối với bê tông nhựa lớp trên
Cấp phối đá dăm loại II
Cấp phối đá dăm loại I
Xét đến hệ số điều chỉnh tra bảng 3-6 ta có = 1,179
= 1,515và Tra toán đồ Hình 3-1 ta được
: ứng suất kéo uốn đơn vị ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ hình 3.5 : và Tra toán đồ được = 2,1
Hệ số ảnh hưởng đến phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tải trọng tính toán phụ thuộc vào loại bánh xe, cụ thể là bánh đơn hay bánh đôi Khi thực hiện kiểm tra với cụm bánh đôi theo tải trọng trục tiêu chuẩn, hệ số này được xác định là 0.85.
Với p = 0,6 Mpa theo bảng 3.1 Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
Kiểm toán theo điều kiện chịu uốn ở đáy lớp bê tông nhựa ku tt ku ku cd
: hệ số cường độ về chịu kéo uốn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế
=0.9 tra bảng 3-7 cho trường hợp đuờng cấp IV ứng với đô tin cậy 0.85
: cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa
: cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán
: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục Đối với vật liệu bê tông nhựa: k1 = = = 0,5103
: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết Với bê tông nhựa chặt loại I: =1.
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới:
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp trên:
Với lớp bê tông nhựa lớp dưới:
= MPa < = 1,133 MPa Với lớp bê tông nhựa lớp trên:
Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt điều kiện (3.9) đối với cả 2 lớp bê tông nhựa
Các kết quả kiểm toán cho thấy kết cấu dự kiến đáp ứng đầy đủ các điều kiện về cường độ, do đó có thể chấp nhận làm kết cấu thiết kế.
Kết cấu áo đường theo phương án 2
Lớp kết cấu (từ Bề dày E(Mpa) R ku C (Mpa) dưới lên) lớp (cm) (Mpa)
Tính về kéo uốn Đất sét và á sét 44 0,031 12
Cấp phối đá dăm loại I 18 300 300 300
5.6.1 Kiểm tra cường độ kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi
Chuyển hệ nhiều về hệ hai lớp bằng cách đổi kếu cấu áo đường hai lớp một từ dưới lên trên theo công thức:
Cấp phối đá dăm loại I
Xét hệ số điều chỉnh β
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
D Tra bảng 3-6 Tiêu chuẩn 4054-05 ta có: 1, 204
Tính toán E ch của cả kết cấu
Ta có E0= 44 (Mpa); E1= = 310,03(Mpa); và Tra toán đồ hình 3.1 22TCN 211-06 áo đường mềm
Nghiệm lại điều kiện (3-4) theo mục 3.4.1; phải có
Số trục xe tính toán trong một ngày đêm trên làn xe là Ntt = 339,163 trục/làn.ngày đêm Dựa vào bảng 3-4, khi nội suy giữa Ntt = 200 và Ntt = 500, ta tìm được giá trị Eyc = 168 MPa Giá trị này lớn hơn Eyc tối thiểu với đường cấp II theo bảng 3-5 là 130 MPa, vì vậy chọn Eyc = 168 MPa để kiểm toán.
Do đường cấp IV, theo bảng 3-3, độ tin cậy thiết kế được chọn là 0.85 Từ bảng 3.2, hệ số cường độ được xác định là K dv cd = 1,06 Do đó, K dv cd E yc = 1,06 x 168 = 178,08 MPa.
Vậy Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi
5.6.2 Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất
Cấp phối đá dăm loại I
Xét hệ số điều chỉnh :
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
Tra bảng 3.6 Tiêu chuẩn 22TCN 211-06 áo đường mềm ta có:
Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất T ax :
Theo biểu đồ hình 3-3, với góc nội ma sát của đất nền 0 ta tra được
Vì áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 6 daN/cm 2 = 0,6 Mpa
Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất T av
Tra toán đồ hình 3-4 với 0 và H = 62cm ta được : Tav = 0,00089 Mpa
Trị số lực dính tính toán của đất nền C tt
Ctt = c.k1.k2.k3 c : lực dính tính toán của đất nền
: hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất chịu tải trọng động và gây giao động
=0.6 với kết cấu áo đường cho phần xe chạy
Hệ số này xem xét các yếu tố gây ra sự không đồng nhất trong kết cấu, đặc biệt là khi lưu lượng xe tăng cao Vì vậy, nó được xác định dựa trên số trục xe qui đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong suốt 24 giờ.
Tra bảng 3.8 với Ntt = 339,163< 1000 (trục/làn.ngd) ta được =0.8
Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt của đất trong điều kiện làm việc khác với mẫu thử và sự khác biệt về điều kiện tiếp xúc giữa các lớp kết cấu áo đường với nền đất được xác định tùy thuộc vào loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường Đối với đất dính, hệ số này là 1.5 Do đó, giá trị Ctt được tính toán theo công thức Ctt = 0.038 x 0.6 x 0.8 x 1.5, cho kết quả là 0.0274 Mpa.
Kiểm toán điều kiện tt ax av tr cd
Với đường cấp IV, đọ tin cậy yêu cầu 0,85 do vậy theo bảng 3.7: = 0,9
Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất
5.6.3 Kiểm toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong lớp cấp phối thiên nhiên.
Xác định mô đun đàn hồi chung trên lớp CPTN với
, Tra toán đồ hình 3-1 ta được
Xét đến hệ số điều chỉnh
D do đó =1,12 Vậy Ech’= 1.12 x 104,74= 117,309 Mpa
Ứng suất cắt hoạt động trong lớp móng CPTN được xác định bởi tải trọng bánh xe tiêu chuẩn với áp lực p = 0.6 Mpa và đường kính D = 33 cm.
Theo kết quả tính toán, sơ đồ được chuyển đổi thành hệ hai lớp để áp dụng toán đồ Hình 3-2 thể hiện lớp trên là lớp CPĐD với E1 = 300 MPa và độ dày 18cm, trong khi lớp phía dưới là lớp bán không gian có E2 = 117,309 MPa, c = 0,05 MPa và góc = 40 độ.
Tra toán đồ Hình 3-2 ta được Tax/ p=0.0638Tax= 0.0638 x 0.6= 0.03828 MPa
Tính toán ứng suất cắt do trọng lượng bản thân của lớp cấp phối đá dăm dày 18cm trên lớp móng dưới bằng cấp phối thiên nhiên được thực hiện theo phương pháp tra cứu đồ thị Hình 3-4.
Xác định trị số C tt của lớp móng cấp phối thiên nhiên
Tương tự đối với nền đất k1= 0.6, k2= 0.8 và k3= 1.5
Kiểm toán theo điều kiện (3-7) với hệ số cường độ về cắt trượt k tr cd= 0.9 ứng với độ tin cậy yêu cầu bằng 0.85
MPa Như vậy theo điều kiện này lớp móng cấp phối thiên nhiên gần như vừa đủ khả năng chống cắt trượt.
5.6.4 Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp bê tông nhựa
Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa:
Đối với bê tông nhựa lớp dưới:
Qui đổi 2 lớp bê tông nhựa về 1 lớp: h 1 5 7 12 cm
Trị số của 2 lớp cấp phối thiên nhiên và cấp phối đá dăm I là
= 232,9Mpa (như bảng trên) với bề dày 2 lớp này là H = 50 cm trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh :
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe :
Với tra toán đồ hình 3-1 được 0,5323 Vậy được:
Ech,m = 269,93 x 0,5323 = 143,68 Mpa : Với ứng suất kéo uốn đơn vị ở đáy lớp bê tồn nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với: và Tra toán đồ được = 2
Hệ số phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường phụ thuộc vào loại bánh xe, cụ thể là bánh đơn hay bánh đôi Khi kiểm tra với cụm bánh đôi và tính toán theo tải trọng trục tiêu chuẩn, hệ số này được xác định là 0.85.
Với p = 0,6 Mpa theo bảng 3.1 Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
Đối với bê tông nhựa lớp trên
Cấp phối đá dăm loại I
Xét đến hệ số điều chỉnh tra bảng 3-6 ta có = 1,196
= 1,818 và Tra toán đồ Hình 3-1 ta được
: ứng suất kéo uốn đơn vị ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ hình 3.5 : và Tra toán đồ được = 2,19
Hệ số xác định đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường chịu tác động của tải trọng tính toán là rất quan trọng, đặc biệt khi so sánh giữa bánh đơn và bánh đôi Khi thực hiện kiểm tra với cụm bánh đôi theo tải trọng trục tiêu chuẩn, hệ số này được xác định là 0.85.
Với p = 0,6 Mpa theo bảng 3.1 Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
Kiểm toán theo điều kiện chịu uốn ở đáy lớp bê tông nhựa ku tt ku ku cd
: hệ số cường độ về chịu kéo uốn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế
=0.9 tra bảng 3-7 cho trường hợp đuờng cấp IV ứng với đô tin cậy 0.85
: cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa
: cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán
: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục Đối với vật liệu bê tông nhựa: k1 = = = 0,5103
: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết Với bê tông nhựa chặt loại I: =1.
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới:
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp trên:
Với lớp bê tông nhựa lớp dưới:
= MPa < = 1,133 MPa Với lớp bê tông nhựa lớp trên:
Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt điều kiện (3.9) đối với cả 2 lớp bê tông nhựa
Kết quả kiểm toán cho thấy kết cấu dự kiến đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về cường độ, vì vậy có thể chấp nhận nó làm kết cấu thiết kế.
So sánh và lựa chọn 2 phương án kết cấu áo đường
Cả hai phương án tuyến đều sử dụng các số liệu đầu vào giống nhau về điều kiện địa chất, khí hậu, thuỷ văn và lưu lượng xe thiết kế Do đó, trong bước thiết kế này, chúng ta sẽ lựa chọn một phương án áo đường chung cho cả hai tuyến.
Sử dụng kết cấu áo đường mềm có bề dày các lớp vật liệu như sau :
Vật liệu sử dụng (từ trên xuống)
Bề dày các lớp ứng với phần xe chạy và lề gia cố (cm)
Bê tông nhựa chặt hạt trung 5
Bê tông nhựa chặt hạt lớn 7
Cấp phối đá dăm loại I 15
Cấp phối đá dăm loại II 28
