THUYẾT MJNH THIẾT KẾ CƠ SỞ (50%) -Tuyến đường nối hai xã Điện Minh Điện Nam, Điện Bàn, Quảng Nam

PHẦN I THIẾT KẾ CƠ SỞ (50%) CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Xác định vị trí, mục đích, ý nghĩa tuyến nhiệm vụ thiết kế 1.1.1 Ví trí tuyến: -Tuyến đường nối hai xã Điện Minh Điện Nam, Điện Bàn, Quảng Nam với ý nghĩa đường nối liền hai trung tâm xã, kinh tế, trị Mặc dù tuyến đường hình thành sớm nhằm nối liền xã huyện thực chất tuyến hình thành sở đường mịn có khơng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế giao thông vùng 1.1.2 Mục đích, ý nghĩa tuyến: - Tuyến đường nằm trục giao thông tỉnh Quảng Nam.Tỉnh Quảng Nam nằm 15o50' đến 15o57' vĩ độ Bắc 108 đến 108o20' kinh Đông Cách trung tâm thành phố Tam Kỳ 48km phía bắc, cách thành phố Đà Nẵng 25km phía nam, phía nam giáp với Huyện Hịa Vang Và Q.Ngũ Hành Sơn (thành phố Đà Nẵng),Phía nam giáp với huyện Duy Xun,phía đơng nam giám thành phố Hội An, phía đơng giáp Biển Đơng, phía tay giáp huyện Đại Lộc.Vì phát triển giao thơng huyện Điện Minh Điện Nam cần thiết nhằm mục đích để phục vụ giao lưu văn hóa kinh tế quốc phòng phục vụ lại nhân dân vùng Nhất giai đoạn tương lai mạng lưới đường quan trọng thiếu - Dự kiến sau tuyến đường hồn thành góp phần đáng kể vào việc cải tạo sở hạ tầng giảm mật độ xe qua lại khu vực hạn chế tai nạn giao thơng góp phần tăng thêm tính văn minh tạo điều kiện thu hút nhà đầu tư Đồng thời tuyến đường tương lai phục vụ cách hiệu cho trung tâm kinh tế văn hóa du lịch 1.1.3 Nhiệm vụ thiết kế : - Lập thiết kế sở: 50% - Thiết kế kỹ thuật đoạn tuyến: 25% - Thiết kế tổ chức thi công đoạn tuyến: 25% Số liệu ban đầu: - Lưu lượng xe chạy năm đưa đường vào khai thác 2014: N01/2014 = 200 xehh/ngđ - Hệ số tăng trưởng xe hàng năm: q = 8% - Thành phần dòng xe: + Xe tải nặng: 7% + Xe tải trung: 63% + Xe tải nhẹ: 23% + Xe con: 7% 1.2 Các điều kiện tự nhiên khu vực tuyến 1.2.1 Địa hình: - Khu vực tuyến đường qua vùng đồng đồi Độ dốc ngang sườn trung bình khoảng 2.0% - 8% Khu vực tuyến đường qua có độ dốc ngang sườn i s=6.8% D = f ±i G (2.2) a Điều kiện sức kéo: Sức kéo ôtô phải lớn tổng sức cản đường Pa ≥ Pc (2.3) ↔ D ≥ f± i ↔ idmax = D-f Trong đó: D: nhân tố động lực xe, tra hình 2-5 [2] f: Hệ số sức cản lăn, chọn tùy theo loại mặt đường thiết kế Với Vtk = 60km/h thì: f = f [1+0,01(V-50)] Tra bảng [2] ứng với loại mặt đường bê tông asphalt, ta có: f0 = 0,01  f = 0,01 [1+0,01(60-50)] = 0,011 Độ dốc dọc lớn tính bảng sau: Bảng 2.1 Độ dốc dọc lớn theo điều kiện cân sức kéo loại xe Loại xe Thành phần (%) V (km/h) D f Idmax % Maz-504 (xe tải nặng) 60 0,035 0,011 2,40 Zin -130 (xe tải trung) 63 60 0,036 0,011 2,50 Raz-51 (xe tải nhẹ) 23 60 0,042 0,011 3,10 MOSCOVIT (xe con) 60 0,077 0,011 6,60 Để loại xe chạy đạt tốc độ thiết kế V tk= 60 km/h chọn i d max = 2,40% Dựa vào độ dốc dọc cho phép đường cấp IV đồng đồi (theo bảng 15 [1]) idmax= 6%, nên chọn idmax theo xe tải nặng, dòng xe đạt tốc độ thiết kế Chọn i dmax= 2,4% (a) b Điều kiện sức bám: Sức kéo phải nhỏ sức bám bánh xe với mặt đường: i'dmax = Dmax – f Dmax = ϕ G k − Pw G (2.4) (2.5) Trong đó: D: Nhân tố động lực xác định tùy theo điều kiện bám ôtô ϕ : Hệ số bám dọc bánh xe với mặt đường tùy theo trạng thái mặt đường, tính tốn lấy điều kiện bất lợi, mặt đường ẩm bẩn lấy ϕ = 0,3 (bảng 2-2 [6]) Gk: Trọng lượng trục bánh xe chủ động (kg) - Xe con: GK = 8,9kN= 890 kG - Xe tải nhẹ: GK = 55 kN = 5500 kG - Xe tải trung: GK = 68 kN = 6800 kG - Xe tải nặng: GK = 105x2 kN = 2100 kG Với G trọng lượng toàn ôtô (kg) - Xe con: G = 1780 kG - Xe tải nhẹ: G = 7250 kG - Xe tải trung: G = 9480 kG - Xe tải nặng: G = 25820 kG Pw: Sức cản khơng khí (kg) Pw = KFV 13 (2.6) Trong đó: + K: Hệ số sức cản khơng khí (kg.s2/m4) + F: Diện tích cản gió ơtơ (m2) + V: Tốc độ thiết kế, Vtk = 60km/h K F tra theo bảng [2] Kết tính thể bảng sau: Bảng 2.2 Bảng tính độ dốc dọc max theo điều kiện sức bám V K F Loại xe (km/h) (kG.s2/m4) (m2) PW G GK (kG) (kG) (kG) Dmax i'dmax f (%) Xe 60 0,02 11,08 1780 890 0,1438 0,011 13,28 Tải nhẹ 60 0,05 55,38 7250 5500 0,2199 0,011 20,89 Tải trung 60 0,06 83,08 9480 6800 0,2264 0,011 21,54 Tải nặng 60 0,07 116,31 25820 21000 0,2395 0,011 22,85 Từ điều kiện chọn i'dmax = 13,28 % (b) Từ (a), (b): kết hợp hai điều kiện sức kéo sức bám; đồng thời, theo bảng 15 [1] cấp thiết kế cấp IV địa hình đồng bằng,đồi i dmax = 6% nên chọn độ dốc thiết kế theo điều kiện học idmax =2,4 % 2.2.2.2 Điều kiện kinh tế: Độ dốc dọc có ảnh hưởng nhiều đến giá thành xây dựng, khối lượng đào đắp thay đổi Độ dốc dọc lớn chiều dài tuyến đường vùng đồi núi ngắn, khối lượng đào đắp nhỏ dẫn đến giá thành đầu tư xây dựng thấp Nhưng độ dốc dọc lớn tốc độ xe chạy thấp, thời gian xe chạy lâu, tiêu hao nhiên liệu, hao mòn xăm lốp nhiều, tức giá thành vận tải cao C C C kt C xd O i kt i d ( %) Hình 2.1 Biểu đồ quan hệ độ dốc dọc chi phí Tổng chi phí khai thác xây dựng bé Với: Cxd = Cxdo + Cxdtt Ckt = Cđ + Cvt (2.7) (2.8) Trong đó: + Cxdo: Chi phí xây dựng dự tốn ban đầu + Cxdtt: Chi phí xây dựng tập trung q trình khai thác + Cđ: Chi phí cho đường (tu bổ, sửa chữa đường) 10 Cao độ mong muốn điểm làm cho Fđào = Fđắp để làm điều phải lập đồ thị quan hệ diện tích đào đắp, đồ thi có dạng sau: F(m ) Fđắ p Fđà o Hđà o,m Fđà o= Fđắ p Đà o hoà n n Đắ p hoà n n Hđắ p,m Hình 5.1 Quan hệ diện tích đào đắp với chiều cao đào đắp Nhưng việc thiết kế đường đỏ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bình đồ, cảnh quan xung quanh, cao độ điểm khống chế, độ dốc dọc tối thiểu, độ dốc dọc tối đa yếu tố để tuyến đảm bảo tiêu kỹ thuật Việc thiết kế cho tuyến qua điểm mong muốn khó thực nên đồ án khơng xác định cao độ điểm mong muốn 5.4 Quan điểm thiết kế: Địa hình khu vực tuyến qua vùng đồi nên có trắc dọc cao độ tự nhiên thay đổi liên tục, chọn quan điểm thiết kế đường theo phương pháp đường cắt Cố gắng cân khối lượng đào đắp để tận dụng vận chuyển dọc vận chuyển ngang từ phần đào sang phần đắp Bám sát điểm khống chế, làm thỏa mãn tất tiêu kỹ thuật tuyến, độ dốc dọc nhỏ độ dốc dọc lớn nhất, độ dốc dọc tối thiểu đào, bán kính đường cong đứng, phối hợp đường cong đứng đường cong nằm nhằm đảm bảo đặn tuyến 5.5 Thiết kế đường đỏ- Lập bảng cắm cong phương án: 5.5.1 Thiết kế đường đỏ: Bám sát điểm khống chế, điểm mong muốn, để thỏa mãn tiêu kỹ thật tuyến, độ dốc dọc lớn nhất, độ dốc dọc tối thiểu đào, phối hợp đỉnh đường cong đứng đường cong nằm đảm bảo đặn tuyến Khi vạch đường đỏ tính tốn chiều cao đào đắp tất cọc cần xác định vị trí điểm xun để phục vụ tính tốn khối lượng công tác sau Phương án 1: Bắt đầu từ điểm đầu Điện Minh có cao độ 110.00 lên dốc 1.5% với chiều dài849,94, rẽ trái với bán kính đường cong nằm 600m, đoạn có độ dốc tự nhiên 1.1%o, sau đoạn khoảng 1174,08 m rẽ trái với bán kính đuờng cong nằm 500m theo hướng Đông Nam đoạn khoảng 633,15m , với bán kính đường cong nằm 400m, đoạn có độ dốc tự nhiên 5-10%o, thẳng đoạn khoảng 396,78m đến Điện Nam có cao độ 110.00 31 Phương án 2: Bắt đầu từ điểm đầu Điện Minh có cao độ 110.00 lên dốc 1.8% với chiều dài 559m, sau xuống dốc với chiều dài 1131,1m với độ dốc 0.9%, tiếp thẳng với chiều dài 1131.1.24m với độ dốc 0.9%,chạy đoạn khoảng 409,28m sau lên dốc 0.5% với chiều dài 433.87m, tiếp tục lên dốc 1.0% với chiều dài 972.28m, cuối xuống dốc 0.9% với chiều dài 659.10m kết thúc đến Điện Nam có cao độ 110.00 5.5.2 Lập bảng cắm cong: Sau vạch đường đỏ tiến hành bố trí đường cong đứng: chọn bán kính đường cong đứng tính tốn yếu tố đường cong đứng sau: T i p i1 T k R Hình 5.2 Các yếu tố đường cong đứng - Chiều dài đường tang đường cong đứng: T= k R(i1 − i2 ) = 2 (5.1) - Chiều dài đường cong đứng: k = Rx(i1 − i2 ) (5.2) - Phân cự đường cong đứng: p= k2 T2 = 8R 2R (5.3) Trong đó: + i1 i2: Là độ dốc đoạn dốc nối với đường cong đứng, lấy dấu (+) lên dốc, lấy dấu (-) xuống dốc + R: Bán kính đường cong đứng Bảng 5.2 Các yếu tố đường cong đứng phương án PA Lý trình i10/00 i20/00 R T K P Km0+500 11 20000 110,00 220,00 0,30 Km1+200 11 -7 15000 135,00 270,00 0,61 32 Km1+800 -13 20000 160,00 480,00 0,64 Km2+700 -10 20000 150,00 300,00 0,56 Km3+200 -10 20000 160,00 320,00 0,64 Km3+800 -8 20000 139,00 278,00 0,48 Km0+417,91 -18 15000 83,00 166,00 0,23 Km0+733,49 18 -5 10000 115,00 230,00 0,66 Km1+300,00 -5 15000 105,00 210,00 0,37 Km2+700,00 -23 10000 155,00 310,00 1,20 Km3+300,00 -23 15000 143,00 280,00 0,68 33 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ TRẮC NGANG VÀ TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG ĐẤT 6.1 Nguyên tắc thiết kế - Các đặc trưng mặt cắt ngang đường ô tô phụ thuộc vào cấp đường tốc độ thiết kế tính tốn sơ chương - Chỉ giới xây dựng đường bao gồm đường xe chạy (có thể có đường cho xe thơ sơ), vỉa hè, dải xanh Với cấp đường có cấp thiết kế cấp IV, theo bảng 21 [1], giới xây dựng tính từ mép phần đất dành cho đường kéo dài hai bên m - Các yếu tố tối thiểu mặt cắt ngang quy định bảng [1], với đường cấp IV tốc độ thiết kế 60 km/h có: + Phần xe chạy: 2x3,5 = 7,0(m) + Phần lề đường: 2x1,0 = 2,0(m) + Phần lề gia cố: 2x0,5 = 1,0(m) + Bề rộng đường: 9,0(m) - Độ dốc ngang đường: với đường cấp cao chủ yếu A1, tốc độ thiết kế 60Km/h dùng loại mặt đường bêtơng nhựa, theo bảng [1] ta có: + Độ dốc ngang mặt đường: (1,5÷2,0%), chọn in = 2,0% + Độ dốc ngang lề đường: lề đất 6% - Độ dốc mái taluy đào, đắp phụ thuộc vào chiều cao taluy địa chất khu vực tuyến qua Nói chung phải đảm bảo ổn định mái dốc Trường hợp thiết kế mái dốc theo độ dốc cần thiết phải thiết kế tường chắn, tường bao - Tuyến qua vùng có địa chất ổn định, mực nước ngầm sâu không ảnh hưởng đến đường Theo bảng 24, 25 [1] có dạng trắc ngang phương án tuyến sau: + Dạng đường đào: Đối với loại đất dính trạng thái chặt vừa, chiều cao mái dốc phương án đường thiên đắp: 6.2.2.1 Khi kH < b = 4.5 đường có dạng hình 6.6 Dạng 1: 1:1 ,5 t d x H 1:k d a b b 1,5t Hình 6.6 Nền đường dạng nửa đào - nửa đắp (thiên đắp) 36 ( 5.7 − k H ) Fđào = 0,32 + ( k − 1) (6.6) ( 4.5 + k H ) Fđắp = ( k − 1,5 ) ( k H − b ) ≤ 0,6 6.2.2.2 Khi m đường có dạng hình 6.7 ( k + 1,5) (6.7) Điều kiện tương ứng với h ≤ 0,6m Fdap = (4.5 + k H ) (k H − 4.5) − 2.(k − 1,5) 2.(k + 1,5) Fđào = 0,32 + (6.8) 0,72 ( k − 1) (6.9) Dạng h H 1:k 1:1 ,5 b b Hỗnh 6.7 Nóử n õổồỡng daỷ ng õừ p tháú p ( k H − b ) > 0,6 đường có dạng hình 6.8 ( k + 1,5) Fdao = Fdap = (4.5 + k H ) (k H − 4.5) − 2.(k − 1,5) 2.(k + 1,5) (6.10) Dạng H 6.2.2.3 Khi 1:k 1: 1, b b Hỗnh 6.8 Nóử n âỉ åìng dả ng âàõ p thäng thỉ åìng 37 6.2.2.4 Khi k = ∞ đường có dạng hình 6.9 Dạng 1: 1: b b Hình 6.9 Nền đường đắp hồn tồn với độ đốc ngang sườn is =0 Fđào = Fđắp = 2.b.H +1,5H2 (m2) (6.11) 6.2.3 Khi H=0 đường dạng nửa đào nửa đắp có dạng hình 6.10 Dạng 1:k 1: 1:1 ,5 a b b Hỗnh 6.10 Nóử n õổ ồỡng daỷ ng nổ ớa âo - nỉ ía âàõ p 16.245 ( 5.7 − k H ) Fđào = 0,32 + = 0,32 + k − ( ) ( k − 1) (6.12) ( 4.5 + k H ) 10.125 Fđắp = = k − 1,5 ( ) ( k − 1,5 ) (6.13) 2 6.3 Tính tốn khối lượng đào đắp: Cơ sở để tính tốn khối lượng đào đắp vẽ trắc dọc, trắc ngang, bình đồ địa hình Để tính khối lượng đào, đắp cách xác phải tính tích phân: L V = ∫ Fdl (m3) (6.14) Trong đó: + V: Khối lượng đào đắp (m3) + F: Diện tích mặt cắt ngang đường biến đổi dọc theo tuyến tùy theo địa hình, cao độ đào đắp thiết kế cấu tạo kích thước đường (m2) + L: Chiều dài đoạn tuyến định tính tốn (m) 38 Vì F phụ thuộc nhiều yếu tố thay đổi không theo quy luật Do vậy, việc áp dụng cơng thức khó khăn, phức tạp Nên tiến hành tính theo phương pháp gần sau: - Chia đoạn tuyến thành đoạn nhỏ, điểm chia cọc địa hình vị trí điểm xuyên - Trong đoạn giả thiết mặt đất phẳng tính khối lượng đất đào hay đắp thể tích lăng trụ: Vdao = Vdap = dao F(dao ) + F(1) dap F( dap ) + F(1) × L(1)( ) × L(1)( ) (m3) (6.15) (m3) (6.16) Trong đó: + V dao , V dap : Khối lượng đất phải đào, đắp đoạn dao dao + F (1) , F ( ) : Diện tích mắt cắt ngang phần đào đầu cuối đoạn dap dap + F (1) , F ( ) : Diện tích mắt cắt ngang phần đắp đầu cuối đoạn Cao độ đào hay đắp đường cao độ tim đường Khối lượng đất đào đắp toàn tuyến (hay đoạn tuyến) tổng khối lượng đoạn nhỏ tính n V = ∑ Vi i =1 Tim âỉåìng 1:n F F (m3) đào (6.17) c c2 âàõp F2 âaì o TB âà F õp TB 1:n F 1do 1:m cc p F1 Hỗnh 6.1 Så âäư khäúi lỉåüng âo âàõp giỉỵa hai cc (1) vaì (2) 39 6.4 Khối lượng đào đắp cho hai phương án: Khối lượng đào đắp phương án tuyến có phụ lục 6.1 6.2 6.4.1 Khối lượng đào đắp phương án 1: Khối lượng đất đào: Vđào= 30136,93 (m3) Khối lượng đất đắp: Vđắp= 58265,85 (m3) 6.4.2 Khối lượng đào đắp phương án 2: Khối lượng đất đào: Vđào= 43599,88 (m3) Khối lượng đất đắp: Vđắp= 43212,52 (m3) 40 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 7.1 Cơ sở thiết kế kết cấu áo đường (KCAĐ) 7.1.1 Quy trình tính tốn - tải trọng tính tốn Áo đường mềm tính tốn thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06 7.1.1.1 Tải trọng tính tốn: Tải trọng trục (trục đơn) tính tốn tiêu chuẩn, P = 100 kN Áp lực tính tốn lên mặt đường, p = 0,6 Mpa Đường kính vệt bánh xe D = 33 cm 7.1.2 Xác định lưu lượng xe chạy tính toán Lưu lượng xe khảo sát đầu năm 2011, năm đưa cơng trình vào khai thác đầu năm 2014, dự kiến thiết kế đường cấp IV, vận tốc thiết kế 60 km/h Từ chọn loại tầng mặt cấp cao A1,vật liệu làm tầng mặt BTN Lưu lượng xe chạy tính tốn năm tương lai năm thứ 15 xác định : N01/2014 = N01/2014(1+q)15 (7.1) Trong đó: - Hệ số tăng xe hàng năm: q = % N12/2028 = 200 (1+0,08)15 = 635 (xhh/ng.đ) Bảng7.1 - Dự báo thành phần giao thông năm cuối thời hạn thiết kế 15 năm Trọng lượng trục Pi (kN) Loại xe (%) Cụm bánh đơn 23 146 Cụm bánh đôi 63 400 Cụm bánh đôi 45 Số bánh cụm bánh trục sau Trục trước Trục sau Tải nhẹ 17,5 55 Tải trung 26,8 68 Tải nặng 48,2 105 Khoảng cách trục sau (m) Thành phần dòng xe Lượng xe ni xe/ngày đêm Số trục sau