THIẾT KẾ CƠ SỞ DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG A - B

Nhằm củng cố những kiến thức đã được học và giúp cho sinh viên nắm bắt thực tiễn, hàng năm bộ môn Công Trình khoa Cơ Điện & Công Trình Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam tổ chức đợt bảo

GIỚI THIỆU CHUNG

Tổng quan

Tuyến đường được thiết kế đi qua hai điểm A– B thuộc xã Yên Thạch, huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc Là một xã miền núi nằm trên một dải đất có các dẫy núi nhấp nhô Xã là một xã nghèo có diện tích lớn Dân cư trong xã chủ yếu là nông dân sống lâu đời Đời sống văn hoá có nhiều bản sắc truyền thống Xây dựng tuyến đường góp phần chia sẻ lưu lượng giao thông cho tuyến đường Tỉnh Lộ 306, thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội vùng tuyến đi qua, đặc biệt là sự phát triển về du lịch.

Những căn cứ pháp lý

- Căn cứ Luật xây dựng ngày 26/11/2003 của QH nước CHXHCN Việt Nam

- Nghị định số 16/2005/NĐ - CP ngày 7/2/2005 của Chính Phủ về quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình

- Nghị định 11p2/2006/NĐ-CP ngày 29/9/2006 của Chính phủ về Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình (sửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định số 16/2005/NĐ-CP)

- Nghị định số 209/2004/NĐ-CP ngày 16/12/2004 của Chính Phủ về quản lý chất lượng công trình xây dựng

- Nghị định 49/2008/NĐ-CP ngày 18/04/2008 sửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định số 209/2004/NĐ-CP ngày 16/12/2004 của Thủ tướng Chính phủ về việc quản lý chất lượng công trình xây dựng

- Căn cứ vào hệ thống quy trình quy phạm hiện hành của Bộ Giao Thông cũng như của Nhà nước đang được ban hành.

Hệ thống quy trình quy phạm áp dụng

Qui trình khảo sát đường ôtô 22 TCN 263-2000

Qui trình khoan thăm dò địa chất 22 TCN 259-2000

Qui phạm đo vẽ địa hình theo tiêu chuẩn ngành 96 TCN 43-90

1.3.2 Thiết kế Đường ôtô - yêu cầu thiết kế TCVN 4054-2005 [1]

Qui trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06 [2]

Tiêu chuẩn và các quy trình thí nghiệm,yêu cầu vật liệu [3]

Thiết kế đường ôtô tập 3 [4]

Qui trình KSTK nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22 TCN 262-2000 [5]

Tình hình kinh tế xã hội khu vực dự án

Vĩnh Phúc là tỉnh thuộc miền núi trung du Bắc bộ, cách thủ đô Hà Nội 60km về phía bắc, tiếp giáp các tỉnh Tuyên Quang và Thái Nguyên về phía bắc; phía đông và nam giáp Hà Nội, phía tây giáp tỉnh Phú Thọ

1.4.2 Tài nguyên thiên nhiên a Tài nguyên đất

Trong tổng diện tích tự nhiên 123.176,43 ha, đất nông nghiệp 59.842 ha; đất lâm nghiệp đã có rừng 31.360 ha; đất chuyên dùng 17.111 ha, đất ở 9.292 ha; đất chưa sử dụng và sông suối, núi đá 5.571 ha b Tài nguyên rừng

Vĩnh Phúc là một trong những tỉnh có tài nguyên rừng lớn với diện tích đất có rừng 31.360 ha, trữ lượng khoảng 9,84 triệu m3 gỗ, hàng năm có thể khai thác 15.000 - 30.000 m3 Rừng Vĩnh Phúc chủ yếu là rừng cây lá rộng, có hệ thực vật phong phú, đa dạng về họ, loài Gỗ quí hiếm có lát, Pơ Mu, Sa Mu, Lim Xanh, Táu, Sến, Vàng Tâm, Dổi, Chò Chỉ c Tài nguyên sông suối

Vĩnh Phúc có hệ thống sông ngòi, đầm hồ dày đặc, ngoài giá trị về kinh tế còn tạo ra môi trường cảnh quan, tạo điều kiện cho ngành du lịch phát triển trong tương lai

Hệ thống Sông gồm Sông Hồng, Sông Lô và Sông Phó Đáy Sông Hồng bắt nguồn từ Trung Quốc chảy qua Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, chảy vào địa phận Vĩnh Phúc từ ngã Ba Hạc đến xã Tráng Việt (Mê Linh) dài 41km Sông Lô chảy vào Vĩnh Phúc qua Lập Thạch đến ngã 3 Hạc dài 43 km Sông Phó Đáy chảy vào địa phận Vĩnh Phúc từ xã Quang Sơn (Lập Thạch) đến xã Sơn Đông (Lập Thạch) rồi đổ vào Sông Lô dài 55 km Ngoài ra còn có Sông Phan, Sông Cầu Bòn, Sông Bá Hạ, Sông Cà Lồ đều được bắt nguồn từ dãy Tam Đảo và chảy về phía Nam của tỉnh Ngoài hệ thống sông ngòi, Vĩnh Phúc còn có hệ thống đầm, hồ phân bố rải rác khắp trên địa bàn tỉnh như đầm Vạc (Vĩnh Yên), đầm Dưng, Vực Xanh, Vực Quảng Cư, đầm Ngũ Kiên (Vĩnh Tường), đầm Tam Hồng, Cốc Lâm (Yên Lạc) Hồ Đá Ngang, hồ Khuân, hồ Bò Lạc, Vân Trục, suối Sải (Lập Thạch), hồ Đại Lải (Phúc Yên), hồ Xạ Hương (Bình Xuyên), hồ Làng Hà (Tam Dương)

1.4.3 Kết cấu hạ tầng a Hệ thống giao thông vận tải

Tuyến đường sắt Bắc Nam chạy qua địa bàn Vĩnh Phúc dài 41 km với 6 nhà ga, thuận lợi cho việc vận chuyển hàng hóa và hành khách

Vĩnh Phúc có mạng lưới giao thông đường bộ nhìn chung được phân bố đều khắp trên địa bàn tỉnh Có 04 tuyến quốc lộ chạy qua QL2A (Hà Nội –Hà Giang), QL2B (Vĩnh Yên- Tam Đảo), QL2C (Vĩnh Tường- Vĩnh Yên- Tam Dương –Tuyên Quang), QL23 (Hà Nội –Đô thị mới Mê Linh) Hiện nay một tuyến đường cao tốc mới từ sân bay quốc tế Nội Bài đi Vân Nam (Trung Quốc) chạy qua Vĩnh Phúc đang được Chính phủ đầu tư xây dựng, đây là tuyến đường đi thẳng Cảng nước sâu Cái Lân (Quảng Ninh) rất thuận lợi cho vận chuyền hàng hoá đến mọi đất nước, đến các sân bay , bến cảng trên thế giới b Thông tin liên lạc

Vĩnh Phúc có 4.692 kênh thông tin liên tỉnh, nội tỉnh, tăng 8,5 lần so với năm

1995, đưa số máy điện thoại toàn tỉnh từ 4.065 máy năm 1995 tăng lên 20.715 máy năm 1999, đến năm 2002 đã có 274 xã, phường có máy điện thoại (đạt tỉ lệ 91%), bình quân 2,21 máy/100 dân

Nền kinh tế của tỉnh trong những năm gần đây đã dần đi vào ổn định Năng suất cây trồng khá, chăn nuôi gia súc, thủy sản phát triển ở hầu hết các địa phương của tỉnh

Thiên nhiên đã tạo cho Vĩnh Phúc nhiều cảnh quan kỳ thú như Tam Đảo, Tây Thiên, hồ Đại Lải trong đó vùng núi Tam Đảo khí hậu mát mẻ, là nơi nghỉ mát lý tưởng của miền Bắc Tỉnh có nhiều di tích lịch sử đã được Bộ Văn hoá - Thông tin xếp hạng

1.4.5 Nguồn nhân lực a Dân số

Dân số Vĩnh Phúc là 993,1 nghìn người (năm 2008), trong đó nữ chiếm 52,1%, nam chiếm 47,9% Vĩnh Phúc là tỉnh có 7 dân tộc anh em sinh sống, trong đó người Kinh chiếm tỷ trọng lớn nhất (84,75%),và các dân tộc khác như Sán Dìu, Sán Chay, Tày b Lao động

Dân số trong độ tuổi lao động có khoảng 484.000 người, chiếm tỷ lệ 54,60% dân số toàn tỉnh Lao động xã hội đang làm việc trong các ngành kinh tế quốc dân khoảng 303.000 người, trong đó số lao động đang làm việc trong các ngành nông, lâm, ngư nghiệp là chủ yếu (chiếm 81,43%) Nguồn lao động của Vĩnh Phúc tương đối trẻ, có trình độ học vấn khá, lao động dưới 30 tuổi chiếm tỷ trọng cao Lực lượng lao động đã qua đào tạo 22%, trong đó có trình độ cao đẳng, đại học trở lên chiếm 4,5%, trung học 4,2%, công nhân kỹ thuật 13,3%

1.4.6 Định hướng phát triển Kinh tế – Xã hội đến năm 2020 a Về kinh tế

 Tốc độ tăng trưởng GDP bình quân hàng năm từ 12 - 13% GDP bình quân đầu người đạt 780 - 800USD

 Giá trị gia tăng nông, lâm, ngư nghiệp hàng năm tăng 5,8% - 6,5%; công nghiệp - xây dựng 16,3% - 17,2%; các ngành dịch vụ 11,9 - 13,1%

 Cơ cấu kinh tế trong GDP đến năm 2010: Nông, lâm, ngư nghiệp 23% - Công nghiệp - Xây dựng 40,6% - Dịch vụ 36,4%

 Tổng giá trị hàng hoá xuất khẩu năm 2010 đạt 350 triệu USD, hàng năm tăng 27,6% b Về xã hội

 Tỷ lệ lao động nông nghiệp trong tổng lao động xã hội 55%

 Tỷ lệ lao động qua đào tạo: 38% trở lên vào năm 2010

 Tỷ lệ hộ nghèo (theo tiêu chuẩn mới) năm 2010 còn 20%

 Tốc độ tăng dân số bình quân hàng năm dưới 1%.

Điều kiện tự nhiên khu vực tuyến đi qua

Hình 1.5 Bản đồ hành chính huyện Lập Thạch 1.5.1 Đặc điểm địa hình

Lập Thạch là huyện thuộc vùng trung du đồi núi Gianh giới của huyện về phía Bắc giáp với Tỉnh Tuyên Quang, phía Đông giáp huyện Tam Dương, phía Tây giáp huyện Vĩnh Tường Khu vực tuyến đi qua nằm trong vùng có địa hình mấp mô,được hình thành bởi sự bồi tụ của các hệ thống sông Lô, sông Phó Đáy

1.5.2 Điều kiện địa chất công trình a Điều kiện địa hình, địa mạo

Theo bình đồ khu vực tỉ lệ1: 10000, khu vực tuyến đi qua có thể xếp vào loại địa hình đồi núi.Thảm thực vật chủ yếu là cây bản địa,lớp phủ mỏng Có suối lớn, hai điểm đầu va cuối tuyến nằm bên bờ sông, nên phương án tuyến sẽ phải đặt nhiều cống.

Đăc điểm khí tượng thủy văn

b Điều kiện địa chất thủy văn

Theo kết quả khoan nền đường cho thấy nước dưới đất ở khu vực nghiên cứu được tồn tại trong 2 tầng chứa nước chính:

 Tầng chứa nước trong lớp cát hạt nhỏ (độ sâu phân bố khoảng 5,4  7 m)

 Tầng chứa nước trong lớp cát thô hoặc cát sạn (độ sâu phân bố 5,0  5,7m)

1.6 Đăc điểm khí tƣợng thủy văn

200 l-ợng m-a độ ẩm Nhiệt độ

L-ợng m-a (mm) Nhiệt độ §é Èm

Trên bản đồ phân đường xá Việt Nam, khu vưc nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình trong năm là 24 0 c Mùa đông nhiệt độ trung bình 18 0 c, từ tháng 10 đến tháng 12 Lạnh nhất vào tháng 1 Mùa hè nhiệt độ trung bình hơn 30 0 c, nóng nhất vào tháng 6, tổng lượng mưa hàng năm 1500mm, vào các tháng mùa hè thường mưa lớn Hướng gió chủ yếu là Tây-Tây Nam, Nam và Đông Bắc

Khu vực tuyến đi qua nằm hoàn toàn trong lưu vực sông Lô và sông Phó Đáy

Lũ lớn nhất hàng năm thường xuất hiện vào tháng VIII hoặc tháng IX Tại Lập Thạch trên dòng chính 42,4% trường hợp lũ lớn nhất xẩy ra vào tháng VIII, 34,6% và tháng IX, 11,5% và tháng VII và tháng X Cường suất mực nước lũ khá lớn, tới hơn 50cm/giờ tại trạm Thủy Nông và biên độ mực nước lũ tại đây hơn 11m.

Kết luận sự cần thiết phải đầu tư dự án

1.7.1 Tiềm năng phát triển khu vực hấp dẫn

- Tuyến đường tỉnh lộ từ A - B là tuyến nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của tỉnh Vĩnh Phúc, góp phần chia sẻ lưu lượng giao thông cho tuyến đường 306, thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội vùng tuyến đi qua

1.7.2 Ý nghĩa về mặt chính trị, văn hóa

- Việc đầu tư mở rộng, nâng cấp Tỉnh lộ A - B thể hiện sự quan tâm đặc biệt của Đảng và Nhà nước đối với việc phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh nói chung và của các huyện có tuyến đi qua nói riêng

1.7.3 Ý nghĩa về mặt an ninh, quốc phòng

- Tuyến đường có thể được coi như một trong những phòng tuyến quan trọng đảm bảo an ninh quốc phòng trong vùng, tăng cường tính cơ động, nâng cao khả năng chiến đấu của các lực lượng vũ trang Đảm bảo giữ vững trật tự an ninh của các vùng lân cận

Ch-ơng 2 QUY MÔ, TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

2.1 Qui mô đầu tư và cấp hạng của đường

2.1.1 Dự báo lưu lượng vận tải

Theo số liệu điều tra và dự báo về lưu lượng xe trong tương lai:

Lưu lượng xe năm tính toán: N tt = 2000 (xe/ngđ)

Thành phần dòng xe gồm:

Tỷ lệ tăng xe hàng năm: q = 8%

Theo điều 3.3.2 của [1] thì hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con:

Bảng 2.1: Quy đổi tải trọng xe Địa hình Loại xe

Xe con Tải nhẹ Tải nặng Xe móc tỳ

Lưu lượng xe thiết kế: N tk

- Tuyến đường A - B là tuyến đường Tỉnh lộ có chức năng nối hai trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá của địa phương

- Lưu lượng xe thiết kế N tk = 4550 (xcqđ/ngđ)

Theo điều 3.4.2 của [1], phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng xe thiết kế của tuyến đường trong mạng lưới đường, chọn cấp kỹ thuật của đường là cấp III Miền Núi

Theo điều 3.5.2 của [1] với địa hình miền núi, cấp thiết kế là cấp III thì tốc độ thiết kế là V tk = 60 km/h

2.2 Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật

2.2.1 Qui mô mặt cắt ngang (Điều 4 [1]) a Số làn xe cần thiết

Theo điều 4.2.2: cdgio lx lth n = N

N cđgiờ : Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm:

 Khi không có số liệu thống kê: N cđgiờ = ( 0,10  0,12 ) N tbnăm (xcqđ/h)

Z: Hệ số sử dụng khả năng thông hành, với V tk = 60 km/h, địa hình miền núi, lấy Z = 0,77

N lth : năng lực thông hành thực tế, khi không có giải phân cách giữa các làn xe cơ giới và xe cơ giới với xe thô sơ, lấy N = 1000 xcqđ/h/làn

Theo điều 4.1.2, đường cấp III, V tk = 60 km/h chọn số làn xe là 2 làn b Bề rộng phần xe chạy, chọn lề đường

Tính toán theo 3 sơ đồ xếp xe chạy trên mặt cắt ngang với tốc độ tính toán

2 (m) (2.2) b: Chiều rộng thùng xe (m) c: Cự ly giữa 2 bánh xe (m) x: Cự ly từ sườn thùng xe đến làn xe bên ngược chiều: x = 0,5 + 0,005V y : Khoảng cách từ giữa vệt bánh xe đến mép phần xe chạy: y = 0,5 + 0,005V

V : Tốc độ xe chạy với điều kiện thường: xe tải V = 60km/h, xe con V 80km/h

+ Sơ đồ 1: 2 xe tải chạy ngược chiều nhau

Tính với xe Maz 200 có các thông số: b = 2,5m c = 1,95m c2 x2 y2 sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy ( sơ đồ I ) b2 x = 0,5 + 0,005 60 = 0,8 (m) y = 0,5 + 0,005 60 = 0,8 (m)

Bề rộng phần xe chạy: B pxc = B 1 + B 2 = 7,65 (m)

+ Sơ đồ 2: Xe tải và xe con chạy ngược chiều nhau

Tính với xe Volga và xe Maz200

Xe Volga có các thông số: b = 1,8m; c = 1,42m

Bề rộng phần xe chạy: B = B 1 + B 2 = 7,235 ( m )

+ Sơ đồ 3: 2 xe con chạy ngược chiều

Bề rộng phần xe chạy: B = 6,8 (m) sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy ( sơ đồ III )

Theo điều 4.1.2 [1], đường cấp III, tốc độ thiết kế 60 km/h, địa hình miền núi, chiểu rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang:

Bề rộng phần xe chạy: B = 2  3,0= 6,00 (m)

Vậy căn cứ vào kết quả tính toán ở trên và theo [1], kiến nghị chọn kích thước các bộ phận của mặt cắt ngang như sau: c2 y1 c1 x1 x2 b1 y2 b2 sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy ( sơ đồ II)

1 sơ đồ tính tầm nhìn S1

Bề rộng phần xe chạy: B = 2  3,00 = 6,00 (m)

Bề rộng nền đường = Bề rộng phần xe chạy + Bề rộng lề đường

Vậy lựa chọn bề rộng nền đường: 2 3,00 + 2 (1,00 + 0,50) = 9 (m)

Mặt cắt ngang dự kiến thiết kế:

2.2.2 Tầm nhìn xe chạy a Tầm nhìn 1 chiều

Công thức: S 1 = l pư + S h + l o (m) (2.3) l pư : Đoạn phản ứng tâm lý t = 1 s:

 V: Vận tốc tính toán (km/h)

 k : Hệ số sử dụng phanh k = 1,2 với xe con, k = 1,4 với xe tải

 i : Độ dốc dọc, khi tính tầm nhìn lấy i = 0,00% l 0 : Cự ly an toàn l 0 = 5  10 m

Các giá trị giải thích như ở tính S 1

1,8 127.0,5 = 123 (m) Vậy lựa chọn: S 2 = 150 (m) [ Điều 5.1-[1]] c Tầm nhìn vƣợt xe

Có thể tính đơn giản bằng thời gian vượt xe thống kê theo 2 trường hợp:

2.2.3 Dốc dọc Độ dốc dọc imax được tính theo 2 điều kiện: Điều kiện sức kéo lớn hơn tổng sức cản: D  f  id  idmax = D - f (2.4) Điều kiện sức kéo nhỏ hơn tổng sức bám: D' = k f i d

 idmax = D' - f Độ dốc dọc lớn nhất là trị số bé nhất trong hai trị số tính toán theo hai điều kiện trên a Tính độ dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo lớn hơn sức cản i max = D – f (2.5) f : Hệ số cản lăn, với V > 50km/h ta có f = f o [1 + 0,01(V - 50)] = 0,02[1 + 0,01(60 - 50)] = 0,022 lpu S1

1 1 lpu Sh lo Sh sơ đồ tính tầm nhìn S2

S1-S2 l1 l3 sơ đồ tính tầm nhìn v-ợt xe

D : Nhân tố động lực, phụ thuộc vào loại xe và tốc độ

Bảng thông số kỹ thuật của từng loại xe xem phụ lục 01

Kết quả tính toán phụ lục 02 b Độ dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo nhỏ hơn sức bám Để đảm bảo xe lên dốc mà bánh xe không bị trượt hay bị quay tại chỗ ta phải xác độ dốc theo sức bám như sau: f i

i b max =D’ – f (2.6) φ : Hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường, khi tính toán theo điều kiện sức bám thường chọn trạng thái mặt đường ẩm và bẩn, ta chọn φ = 0,2

G k : Trọng lượng của trục chủ động (với xe con 0,50 0,55 và xe tải 0,650,70 tải trọng toàn xe)

G : Trọng lượng toàn bộ xe

F : Diện tích cản gió của xe, F = 0,8BH đối với xe con, F = 0,9BH đối với xe tải và xe bus

K : Hệ số sức cản không khí

 Đối với xe con: K = 0,015  0,034 (tương ứng với F = 1,6  2,6 m 2 )

 Đối với xe tải: K = 0,055  0,066 (tương ứng với F = 3,0  5,5 m 2 )

Kết quả tính toán đƣợc thể hiện trong phụ lục 03

Theo [1], với đường cấp III, địa hình miền núi thì i max = 7% Theo điều kiện về sức kéo, khi chạy với tốc độ 60km/h chỉ có xe con là khắc phục được độ dốc dọc 7% Muốn khắc phục được độ dốc đó thì xe tải phải giảm tốc, tính toán cụ thể được thể hiện trong bảng phụ lục 04

Theo điều 5.7.4 của [1], trong đường đào, độ dốc dọc tối thiểu là 0,5% (khi khó khăn là 0,3% và đoạn dốc này không kéo dài quá 50m)

Nhận xét: Với độ dốc lớn 7% thì tốc độ của các xe rất chậm đặc biệt là xe tải

Do đó, chỉ trong điều kiện khó khăn thì mới áp dụng độ dốc này, còn bình thường cần có gắng đi tuyến giảm được độ dốc dọc càng bé càng tốt

Theo điều 5.7.5 của [1], với đường có tốc độ thiết kế 60km/h, chiều dài lớn nhất của dốc dọc không được vượt quá giá trị trong bảng 2.7 và có chiều dài đủ bố trí đường cong đứng

Bảng 2.2: Dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo nhỏ hơn sức bám Độ dốc dọc, % 4 5 6 7

Theo điều 5.7.6 của [1], với đường có tốc độ thiết kế 60km/h thì chiều dài tối thiểu đổi dốc phải đủ để bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn 150m

2.2.4 Đường cong nằm a Bán kính đường cong nằm khi làm siêu cao

 (2.7) à : Hệ số lực ngang, à = 0,15 max i sc : Độ dốc siêu cao lớn nhất, [điều 5.5.4 [1]] : i sc max = 0,07

V = 60 (Km/h) (tốc độ tính toán

Theo điều 5.3 của [1]: R nam min = 125 (m)

Vậy lựa chọn R nam min = 125 (m) b Bán kính đường cong nằm khi không siêu cao

 : Hệ số lực ngang khi không làm siêu cao lấy  = 0,08; i n : Độ dốc ngang mặt đường (BTN): i n = 0,02

R = 60 127(0,08-0,02) = 472,44(m) Theo điều 5.3 của [1], bán kính đường cong nằm tối thiểu không siêu cao đối với đường cấp III, vận tốc Vtk = 60km/h là R min ksc = 1500m

Vậy lựa chọn R ksc min = 1500 (m) c Tính bán kính đường cong nằm trung gian (từ R ksc min đến R nam min )

Kết quả thể hiện trong bảng phụ lục 05 d Bán kính nằm đảm bảo tầm nhìn ban đêm

Khi R < 1125 m phải khắc phục bằng các biện pháp đặt biển báo, bố trí đèn đường, hoặc bố trí gương cầu

2.2.5 Độ mở rộng phần xe chạy

Khi xe chạy trên đường cong nằm quỹ đạo bánh xe trước và sau không trung trùng nhau vì vậy chiều rộng dải đường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn khi xe chạy trên đường thẳng Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tương đương như trên đường thẳng, ở các đường cong có bán kính nhỏ phải mở rộng phần xe chạy Đường có 2 làn xe: E R V R

L A : khoảng cách từ chống va trước đến trục sau cùng của xe

R : Bán kính đường cong nằm

V : Vận tốc tính toán V = 60 (Km/h)

Bảng 2.3: Độ mở rộng phần xe chạy

2.2.6 Chiều dài đoạn nối siêu cao và đoạn chêm a Chiều dài đoạn nối siêu cao

Công thức: L nsc ph sc i i E

E : Độ mở rộng của phần xe chạy i ph : Độ dốc phụ thêm mép ngoài lấy i ph = 0,5% i sc : Độ dốc siêu cao thay đổi trong khoảng -0,02  0,07

Bảng 2.4: Chiều dài đoạn nối siêu cao R(m) 1500 1500300 300250 250200 200175 175150 150125 i sc 2 2 3 4 5 6 7

L chọn 50 50 50 55 60 70 b Chiều dài tối thiểu của đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong nằm

, nên dùng m  200m để đảm bảo cảnh quan và thị giác

QUY MÔ, TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

Qui mô đầu tư và cấp hạng của đường

2.1.1 Dự báo lưu lượng vận tải

Theo số liệu điều tra và dự báo về lưu lượng xe trong tương lai:

Lưu lượng xe năm tính toán: N tt = 2000 (xe/ngđ)

Thành phần dòng xe gồm:

Tỷ lệ tăng xe hàng năm: q = 8%

Theo điều 3.3.2 của [1] thì hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con:

Bảng 2.1: Quy đổi tải trọng xe Địa hình Loại xe

Xe con Tải nhẹ Tải nặng Xe móc tỳ

Lưu lượng xe thiết kế: N tk

- Tuyến đường A - B là tuyến đường Tỉnh lộ có chức năng nối hai trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá của địa phương

- Lưu lượng xe thiết kế N tk = 4550 (xcqđ/ngđ)

Theo điều 3.4.2 của [1], phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng xe thiết kế của tuyến đường trong mạng lưới đường, chọn cấp kỹ thuật của đường là cấp III Miền Núi

Theo điều 3.5.2 của [1] với địa hình miền núi, cấp thiết kế là cấp III thì tốc độ thiết kế là V tk = 60 km/h.

Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật

2.2.1 Qui mô mặt cắt ngang (Điều 4 [1]) a Số làn xe cần thiết

Theo điều 4.2.2: cdgio lx lth n = N

N cđgiờ : Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm:

 Khi không có số liệu thống kê: N cđgiờ = ( 0,10  0,12 ) N tbnăm (xcqđ/h)

Z: Hệ số sử dụng khả năng thông hành, với V tk = 60 km/h, địa hình miền núi, lấy Z = 0,77

N lth : năng lực thông hành thực tế, khi không có giải phân cách giữa các làn xe cơ giới và xe cơ giới với xe thô sơ, lấy N = 1000 xcqđ/h/làn

Theo điều 4.1.2, đường cấp III, V tk = 60 km/h chọn số làn xe là 2 làn b Bề rộng phần xe chạy, chọn lề đường

Tính toán theo 3 sơ đồ xếp xe chạy trên mặt cắt ngang với tốc độ tính toán

2 (m) (2.2) b: Chiều rộng thùng xe (m) c: Cự ly giữa 2 bánh xe (m) x: Cự ly từ sườn thùng xe đến làn xe bên ngược chiều: x = 0,5 + 0,005V y : Khoảng cách từ giữa vệt bánh xe đến mép phần xe chạy: y = 0,5 + 0,005V

V : Tốc độ xe chạy với điều kiện thường: xe tải V = 60km/h, xe con V 80km/h

+ Sơ đồ 1: 2 xe tải chạy ngược chiều nhau

Tính với xe Maz 200 có các thông số: b = 2,5m c = 1,95m c2 x2 y2 sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy ( sơ đồ I ) b2 x = 0,5 + 0,005 60 = 0,8 (m) y = 0,5 + 0,005 60 = 0,8 (m)

Bề rộng phần xe chạy: B pxc = B 1 + B 2 = 7,65 (m)

+ Sơ đồ 2: Xe tải và xe con chạy ngược chiều nhau

Tính với xe Volga và xe Maz200

Xe Volga có các thông số: b = 1,8m; c = 1,42m

Bề rộng phần xe chạy: B = B 1 + B 2 = 7,235 ( m )

+ Sơ đồ 3: 2 xe con chạy ngược chiều

Bề rộng phần xe chạy: B = 6,8 (m) sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy ( sơ đồ III )

Theo điều 4.1.2 [1], đường cấp III, tốc độ thiết kế 60 km/h, địa hình miền núi, chiểu rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang:

Bề rộng phần xe chạy: B = 2  3,0= 6,00 (m)

Vậy căn cứ vào kết quả tính toán ở trên và theo [1], kiến nghị chọn kích thước các bộ phận của mặt cắt ngang như sau: c2 y1 c1 x1 x2 b1 y2 b2 sơ đồ tính bề rộng phần xe chạy ( sơ đồ II)

1 sơ đồ tính tầm nhìn S1

Bề rộng phần xe chạy: B = 2  3,00 = 6,00 (m)

Bề rộng nền đường = Bề rộng phần xe chạy + Bề rộng lề đường

Vậy lựa chọn bề rộng nền đường: 2 3,00 + 2 (1,00 + 0,50) = 9 (m)

Mặt cắt ngang dự kiến thiết kế:

2.2.2 Tầm nhìn xe chạy a Tầm nhìn 1 chiều

Công thức: S 1 = l pư + S h + l o (m) (2.3) l pư : Đoạn phản ứng tâm lý t = 1 s:

 V: Vận tốc tính toán (km/h)

 k : Hệ số sử dụng phanh k = 1,2 với xe con, k = 1,4 với xe tải

 i : Độ dốc dọc, khi tính tầm nhìn lấy i = 0,00% l 0 : Cự ly an toàn l 0 = 5  10 m

Các giá trị giải thích như ở tính S 1

1,8 127.0,5 = 123 (m) Vậy lựa chọn: S 2 = 150 (m) [ Điều 5.1-[1]] c Tầm nhìn vƣợt xe

Có thể tính đơn giản bằng thời gian vượt xe thống kê theo 2 trường hợp:

2.2.3 Dốc dọc Độ dốc dọc imax được tính theo 2 điều kiện: Điều kiện sức kéo lớn hơn tổng sức cản: D  f  id  idmax = D - f (2.4) Điều kiện sức kéo nhỏ hơn tổng sức bám: D' = k f i d

 idmax = D' - f Độ dốc dọc lớn nhất là trị số bé nhất trong hai trị số tính toán theo hai điều kiện trên a Tính độ dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo lớn hơn sức cản i max = D – f (2.5) f : Hệ số cản lăn, với V > 50km/h ta có f = f o [1 + 0,01(V - 50)] = 0,02[1 + 0,01(60 - 50)] = 0,022 lpu S1

1 1 lpu Sh lo Sh sơ đồ tính tầm nhìn S2

S1-S2 l1 l3 sơ đồ tính tầm nhìn v-ợt xe

D : Nhân tố động lực, phụ thuộc vào loại xe và tốc độ

Bảng thông số kỹ thuật của từng loại xe xem phụ lục 01

Kết quả tính toán phụ lục 02 b Độ dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo nhỏ hơn sức bám Để đảm bảo xe lên dốc mà bánh xe không bị trượt hay bị quay tại chỗ ta phải xác độ dốc theo sức bám như sau: f i

i b max =D’ – f (2.6) φ : Hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường, khi tính toán theo điều kiện sức bám thường chọn trạng thái mặt đường ẩm và bẩn, ta chọn φ = 0,2

G k : Trọng lượng của trục chủ động (với xe con 0,50 0,55 và xe tải 0,650,70 tải trọng toàn xe)

G : Trọng lượng toàn bộ xe

F : Diện tích cản gió của xe, F = 0,8BH đối với xe con, F = 0,9BH đối với xe tải và xe bus

K : Hệ số sức cản không khí

 Đối với xe con: K = 0,015  0,034 (tương ứng với F = 1,6  2,6 m 2 )

 Đối với xe tải: K = 0,055  0,066 (tương ứng với F = 3,0  5,5 m 2 )

Kết quả tính toán đƣợc thể hiện trong phụ lục 03

Theo [1], với đường cấp III, địa hình miền núi thì i max = 7% Theo điều kiện về sức kéo, khi chạy với tốc độ 60km/h chỉ có xe con là khắc phục được độ dốc dọc 7% Muốn khắc phục được độ dốc đó thì xe tải phải giảm tốc, tính toán cụ thể được thể hiện trong bảng phụ lục 04

Theo điều 5.7.4 của [1], trong đường đào, độ dốc dọc tối thiểu là 0,5% (khi khó khăn là 0,3% và đoạn dốc này không kéo dài quá 50m)

Nhận xét: Với độ dốc lớn 7% thì tốc độ của các xe rất chậm đặc biệt là xe tải

Do đó, chỉ trong điều kiện khó khăn thì mới áp dụng độ dốc này, còn bình thường cần có gắng đi tuyến giảm được độ dốc dọc càng bé càng tốt

Theo điều 5.7.5 của [1], với đường có tốc độ thiết kế 60km/h, chiều dài lớn nhất của dốc dọc không được vượt quá giá trị trong bảng 2.7 và có chiều dài đủ bố trí đường cong đứng

Bảng 2.2: Dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo nhỏ hơn sức bám Độ dốc dọc, % 4 5 6 7

Theo điều 5.7.6 của [1], với đường có tốc độ thiết kế 60km/h thì chiều dài tối thiểu đổi dốc phải đủ để bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn 150m

2.2.4 Đường cong nằm a Bán kính đường cong nằm khi làm siêu cao

 (2.7) à : Hệ số lực ngang, à = 0,15 max i sc : Độ dốc siêu cao lớn nhất, [điều 5.5.4 [1]] : i sc max = 0,07

V = 60 (Km/h) (tốc độ tính toán

Theo điều 5.3 của [1]: R nam min = 125 (m)

Vậy lựa chọn R nam min = 125 (m) b Bán kính đường cong nằm khi không siêu cao

 : Hệ số lực ngang khi không làm siêu cao lấy  = 0,08; i n : Độ dốc ngang mặt đường (BTN): i n = 0,02

R = 60 127(0,08-0,02) = 472,44(m) Theo điều 5.3 của [1], bán kính đường cong nằm tối thiểu không siêu cao đối với đường cấp III, vận tốc Vtk = 60km/h là R min ksc = 1500m

Vậy lựa chọn R ksc min = 1500 (m) c Tính bán kính đường cong nằm trung gian (từ R ksc min đến R nam min )

Kết quả thể hiện trong bảng phụ lục 05 d Bán kính nằm đảm bảo tầm nhìn ban đêm

Khi R < 1125 m phải khắc phục bằng các biện pháp đặt biển báo, bố trí đèn đường, hoặc bố trí gương cầu

2.2.5 Độ mở rộng phần xe chạy

Khi xe chạy trên đường cong nằm quỹ đạo bánh xe trước và sau không trung trùng nhau vì vậy chiều rộng dải đường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn khi xe chạy trên đường thẳng Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tương đương như trên đường thẳng, ở các đường cong có bán kính nhỏ phải mở rộng phần xe chạy Đường có 2 làn xe: E R V R

L A : khoảng cách từ chống va trước đến trục sau cùng của xe

R : Bán kính đường cong nằm

V : Vận tốc tính toán V = 60 (Km/h)

Bảng 2.3: Độ mở rộng phần xe chạy

2.2.6 Chiều dài đoạn nối siêu cao và đoạn chêm a Chiều dài đoạn nối siêu cao

Công thức: L nsc ph sc i i E

E : Độ mở rộng của phần xe chạy i ph : Độ dốc phụ thêm mép ngoài lấy i ph = 0,5% i sc : Độ dốc siêu cao thay đổi trong khoảng -0,02  0,07

Bảng 2.4: Chiều dài đoạn nối siêu cao R(m) 1500 1500300 300250 250200 200175 175150 150125 i sc 2 2 3 4 5 6 7

L chọn 50 50 50 55 60 70 b Chiều dài tối thiểu của đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong nằm

, nên dùng m  200m để đảm bảo cảnh quan và thị giác

Tuy nhiên ở những chỗ địa hình phức tạp thì có thể chấp nhận giảm (m) xuống Tỷ số bán kính hai đường cong cạnh nhau không lớn quá 1,5 lần tránh các bất ngờ cho người lái, tuy nhiên tiêu [1] cho phép bán kính 2 đường cong nằm cạnh nhau có thể chênh nhau 2 lần ở những vị trí khó khăn

Kết quả thể hiện trong phụ lục 06

Theo điều 5.6 của [1], khi V tk = 60km/h phải cắm đường cong chuyển tiếp Tuy nhiên trong giai đoạn thiết kế cơ sở chưa cần phải cắm đường cong chuyển tiếp

2.2.8 Bán kính đường cong đứng a Đường cong đứng lồi

+ Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 1 chiều

2 ) 1 1 ( min  d : Chiều cao mắt người lái xe so với mặt đường d = 1,2 (m)

R = 2343,75 (m) (2.13) + Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 2 chiều

+ Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn vượt xe

Trị số bán kính này quá lớn, khó vận dụng được trong thiết kế Bởi vậy tại các đường cong lồi trên tuyến cần bố trí biển báo cấm vượt

Theo điều 5.8.2 của [1]: R loi min = 2500 (m)

 Vậy lựa chọn R min loi = 2500 (m) b Bán kính đường cong đứng lõm Được tính theo 2 điều kiện:

+ Theo điều kiện hạn chế lực li tâm theo phương thẳng đứng:

+ Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm:

Theo điều 5.8.2 của [1]: R min lom 00m Vậy lựa chọn R min lom = 1000 (m).

Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật

Bảng 2.5: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật

STT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị

1 Cấp hạng đường III III

2 Vận tốc thiết kế km/h 60 60

5 Bề rộng phần xe chạy m 7.66 6.00 6.00

6 Bề rộng lề gia cố m 21.00 21.00

9 Dốc ngang phần xe chạy & lề gia cố % 2 2

11 Độ dốc dọc lớn nhất 0 / 00 70 70

12 Độ dốc dọc nhỏ nhất (nền đào) 0 / 00 5 5

13 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc m Bảng 2-

14 Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc m 150 150

15 Bán kính đường cong nằm tối thiểu m 128.85 125 125

16 Bán kính đường cong nằm không siêu cao m 472.44 1500 1500

17 Độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm m Bảng

18 Siêu cao và chiều dài đoạn nối siêu cao m Bảng

19 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 2343.75 2500 2500

20 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu m 553.83 1000 1000

21 Chiều dài đường cong đứng tối thiểu m 50 50

Ch-ơng 3 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN

Những yêu cầu chung đối với đi tuyến trên bình đồ Đảm bảo các yếu tố của tuyến như bán kính tối thiểu đường cong nằm, chiều dài đường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc max của đường khi triển tuyến đường không vi phạm những quy định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ được cảnh quan thiên nhiên Đảm bảo sự phối hợp hài hoà giữa đường và cảnh quan Không cho phép vạch tuyến đường quanh co trên địa hình đồng bằng hay tuyến đường thẳng trên địa hình miền núi nhấp nhô Cần quan tâm đến yêu cầu về kiến trúc đối với các đường phục vụ du lịch, đường qua công viên, đường đến các khu nghỉ mát, 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 núi, đá lăn …) Đối với đường cấp cao tránh tuyến chạy qua khu dân cư

Xét yếu tố tâm lý người lái xe và hành khách đi trên đường, không nên thiết kế đường có những đường thẳng quá dài (lớn hơn 3 km) gây tâm lý mất cảnh giác và gây buồn ngủ đối với lái xe, ban đêm đèn pha ô tô làm chói mắt xe đi ngược chiều

Vị trí tuyến cắt qua sông, suối nên chọn những đoạn thẳng, có bờ và dòng chảy ổn định, điều kiện địa chất thuận lợi Nên vượt sông (đặc biệt là sông lớn) thẳng góc hoặc gần thẳng góc với dòng chảy khi mùa lũ Nhưng yêu cầu trên không được làm cho tuyến bị gãy khúc

Cố gắng sử dụng các tiêu chuẩn hình học cao như bán kính đường cong, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hình cho phép Đảm bảo đường là một không gian đều đặn, êm dịu, trên hình phối cảnh tuyến không bị bóp méo hay gẫy khúc Muốn vậy phải phối hợp hài hoà giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc và giữa các yếu tố đối với địa hình xung quanh

Phải phối hợp giữa các yếu tố tuyến và phối hợp tốt tuyến đường với cảnh quan

3.1.1 Đặc điểm địa hình khu vực tuyến

Dựa vào bình đồ khu vực tuyến đi qua ta nhận thấy, nhìn chung địa hình khu vực là đồi núi cao, với các đường đồng mức mau và chênh cao lớn, nên độ dốc ngang sườn lớn Khu vực thiết kế tuyến có nhiều đường tụ thuỷ với lưu vực khá rộng, lưu lượng tính toán có khi lên tới hàng chục m3/s với tần suất tính toán 4% Cao độ mực nước lũ cao Địa hình khu vực bao gồm nhiều đỉnh , thung lũng và các đèo yên ngựa Điểm cao nhất có cao độ 812.30 m, điểm thấp nhất là 754.00 m so với mực nước biển

3.1.2 So sánh sơ bộ và lựa chọn phương án hướng tuyến

Tính theo đường chim bay tuyến đường từ A - B dài 3.171,03 m Địa hình khu vực tuyến đi qua là một vùng có địa hình khá phức tạp Bao gồm nhiều dãy núi đang được phát triển cây lâm nghiệp và nhận được sự đầu tư của UBND tỉnh Bên dưới là dòng sông Lô và những cánh đồng đang được canh tác Để tránh qua vùng địa chất kém ven sông và kết hợp phát triển lâu dài bền vững giữa giao thông đường thủy,đường bộ, phát triển nông-lâm-ngư nghiệp của vùng, kiến nghị và đề xuất 3 phương án tuyến như sau:

- Phương án 1: Tuyến đi dài hơn , tạo ra trắc dọc mấp mô Tuy có những đoạn dốc dài nhưng độ dốc không quá lớn, điều kiện vận doanh và khả năng thi công đảm bảo dù tuyến đi trên sườn cao hơn tuyến 2

- Phương án 2: có chiều dài nhỏ nhất, tuyến đi lên khá đều,không tạo trắc dọc mấp mô, độ dốc không quá lớn khả năng thi công đảm bảo

- Phương án 3: Tuyến đi dài,trắc dọc mấp mô không đều,đi tuyến khó.độ dốc và bán kính,đoạn chêm đều không đảm bảo.Điều kiện thi công khó khăn

Từ những so sánh sơ bộ ở trên, kết hợp với việc tham khảo ý kiến của chủ đầu tư, quyết định chọn phương án 1 và phương án 2 đưa vào thiết kế sơ bộ để lựa chọn phương án tuyến tốt nhất Ưu nhược điểm mỗi tuyến: Tuyến 2 có chiều dài ngắn hơn tuyến 1 Tuyến cũng có ít sự chia cắt mạnh về mặt địa hình, gặp sông suối ít nên việc bố trí các công trình thoát nước cũng dễ dàng hơn Hướng tuyến ít thay đổi nên bố trí ít đường cong nằm a Lựa chọn cách đi tuyến

+ Xác định tuyến lý thuyết:

Là tuyến có độ dốc dọc không đổi thường lấy nhỏ hơn độ dốc giới hạn khoảng 5  15% Định các đỉnh chuyển hướng, nối các đỉnh bằng các đường thẳng sau đó nối các đường thẳng (đường tang) bằng các cung tròn Khi vạch tuyến trên bình đồ phải đảm bảo độ dốc cho phép, khi tuyến cắt qua các đường đồng mức thì cố gắng đảm bảo đủ bước compa được tính theo công thức:

H là bước đường đồng mức, H = 5m

M: tỉ lệ bản đồ, M = 10.000 i d : độ dốc đều: i d = i max -i'

 i': độ dốc dự phòng rút ngắn chiều dài tuyến sau khi thiết kế i'  0,02

Dựa vào tuyến lý thuyết vạch một tuyến bám sát nhưng tăng chiều dài giữa các đỉnh chuyển hướng, giảm số lượng đường cong Độ dốc dọc của tuyến này lớn hơn độ dốc dùng để vẽ tuyến lý thuyết một ít vì đã thay các đoạn gẫy khúc bằng các đoạn thẳng dài

3.1.3 Thiết kế đường cong nằm

Sau khi vạch tuyến xong thì ta bố trí các đường cong nằm trên tuyến Đo góc ngoặt cánh tuyến  trên bình đồ Những yếu tố đường cong xác định theo các công thức:

Bảng các yếu tố đường cong của 2 phương án (xem phụ lục 07 )

3.1.4 Rải các cọc chi tiết trên tuyến

Cọc chi tiết phản ánh sự thay đổi địa hình, các cọc chi tiết được đánh số từ 1 đến hết

Cọc tiếp đầu TĐ, tiếp cuối TC, đỉnh P của đường cong nằm

Cọc lý trình 100m là các cọc cách nhau 100m từ được đánh số từ H1H9 trong 1 km;

Cọc lý trình 1000m (km) là các cọc cách nhau 1000 m đánh số từ km0 đến hết tuyến

Bảng cắm cọc chi tiết xem phụ lục 08

Ch-ơng 4 THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC

4.1 Nhu cầu thoát nước của tuyến A - B

Tuyến A - B được thiết kế mới, chạy qua vùng đồi núi có điều kiện địa chất thuỷ văn tương đối ổn định Mực nước ngầm nằm khá sâu nên không phải thiết kế hệ thống thoát nước ngầm cũng như ngăn chặn sự phá hoại của nó Dọc theo tuyến có cắt qua một số khe tụ thuỷ và vài con suối nhỏ Tại những vị trí này ta bố trí các cống (cống địa hình) nhằm đảm bảo thoát nước từ lưu vực đổ về Để thoát nước mặt đường và lưu vực lân cận (từ hai taluy đổ xuống) làm các rãnh dọc và cống cấu tạo (tối đa 500m phải có một cống)

4.2 Thiết kế cống thoát nước

4.2.1 Tính toán khẩu độ cống

Theo phương pháp tính Q theo [5]: Q 4% = A 4% αH4%Fδ (m 3 /s) (4.1)

Vùng thiết kế là Huyện Lập Thạch – Tỉnh Vĩnh Phúc Theo phụ lục 15, xác định vùng mưa thiết kế là vùng mưa VI và H 4% = 200mm (Giả thiết); Đất cấu tạo lưu vực là đất á cát Theo bảng 4-2, xác định cấp đất thuộc cấp III

Cấp đất III, diện tích lưu vực F, H 4% = 200 mm Theo bảng 4-7, xác định hệ số dòng chảy ;

Dựa vào CT 9-14 tính chiều dài sườn dốc: b = sd F

l: Tổng chiều dài các suối nhánh, chỉ tính các suối có chiều dài lớn hơn 0,75 chiều rộng trung bình của lưu vực (km)

THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN

Hướng tuyến

3.1.1 Đặc điểm địa hình khu vực tuyến

Dựa vào bình đồ khu vực tuyến đi qua ta nhận thấy, nhìn chung địa hình khu vực là đồi núi cao, với các đường đồng mức mau và chênh cao lớn, nên độ dốc ngang sườn lớn Khu vực thiết kế tuyến có nhiều đường tụ thuỷ với lưu vực khá rộng, lưu lượng tính toán có khi lên tới hàng chục m3/s với tần suất tính toán 4% Cao độ mực nước lũ cao Địa hình khu vực bao gồm nhiều đỉnh , thung lũng và các đèo yên ngựa Điểm cao nhất có cao độ 812.30 m, điểm thấp nhất là 754.00 m so với mực nước biển

3.1.2 So sánh sơ bộ và lựa chọn phương án hướng tuyến

Tính theo đường chim bay tuyến đường từ A - B dài 3.171,03 m Địa hình khu vực tuyến đi qua là một vùng có địa hình khá phức tạp Bao gồm nhiều dãy núi đang được phát triển cây lâm nghiệp và nhận được sự đầu tư của UBND tỉnh Bên dưới là dòng sông Lô và những cánh đồng đang được canh tác Để tránh qua vùng địa chất kém ven sông và kết hợp phát triển lâu dài bền vững giữa giao thông đường thủy,đường bộ, phát triển nông-lâm-ngư nghiệp của vùng, kiến nghị và đề xuất 3 phương án tuyến như sau:

- Phương án 1: Tuyến đi dài hơn , tạo ra trắc dọc mấp mô Tuy có những đoạn dốc dài nhưng độ dốc không quá lớn, điều kiện vận doanh và khả năng thi công đảm bảo dù tuyến đi trên sườn cao hơn tuyến 2

- Phương án 2: có chiều dài nhỏ nhất, tuyến đi lên khá đều,không tạo trắc dọc mấp mô, độ dốc không quá lớn khả năng thi công đảm bảo

- Phương án 3: Tuyến đi dài,trắc dọc mấp mô không đều,đi tuyến khó.độ dốc và bán kính,đoạn chêm đều không đảm bảo.Điều kiện thi công khó khăn

Từ những so sánh sơ bộ ở trên, kết hợp với việc tham khảo ý kiến của chủ đầu tư, quyết định chọn phương án 1 và phương án 2 đưa vào thiết kế sơ bộ để lựa chọn phương án tuyến tốt nhất Ưu nhược điểm mỗi tuyến: Tuyến 2 có chiều dài ngắn hơn tuyến 1 Tuyến cũng có ít sự chia cắt mạnh về mặt địa hình, gặp sông suối ít nên việc bố trí các công trình thoát nước cũng dễ dàng hơn Hướng tuyến ít thay đổi nên bố trí ít đường cong nằm a Lựa chọn cách đi tuyến

+ Xác định tuyến lý thuyết:

Là tuyến có độ dốc dọc không đổi thường lấy nhỏ hơn độ dốc giới hạn khoảng 5  15% Định các đỉnh chuyển hướng, nối các đỉnh bằng các đường thẳng sau đó nối các đường thẳng (đường tang) bằng các cung tròn Khi vạch tuyến trên bình đồ phải đảm bảo độ dốc cho phép, khi tuyến cắt qua các đường đồng mức thì cố gắng đảm bảo đủ bước compa được tính theo công thức:

H là bước đường đồng mức, H = 5m

M: tỉ lệ bản đồ, M = 10.000 i d : độ dốc đều: i d = i max -i'

 i': độ dốc dự phòng rút ngắn chiều dài tuyến sau khi thiết kế i'  0,02

Dựa vào tuyến lý thuyết vạch một tuyến bám sát nhưng tăng chiều dài giữa các đỉnh chuyển hướng, giảm số lượng đường cong Độ dốc dọc của tuyến này lớn hơn độ dốc dùng để vẽ tuyến lý thuyết một ít vì đã thay các đoạn gẫy khúc bằng các đoạn thẳng dài

3.1.3 Thiết kế đường cong nằm

Sau khi vạch tuyến xong thì ta bố trí các đường cong nằm trên tuyến Đo góc ngoặt cánh tuyến  trên bình đồ Những yếu tố đường cong xác định theo các công thức:

Bảng các yếu tố đường cong của 2 phương án (xem phụ lục 07 )

3.1.4 Rải các cọc chi tiết trên tuyến

Cọc chi tiết phản ánh sự thay đổi địa hình, các cọc chi tiết được đánh số từ 1 đến hết

Cọc tiếp đầu TĐ, tiếp cuối TC, đỉnh P của đường cong nằm

Cọc lý trình 100m là các cọc cách nhau 100m từ được đánh số từ H1H9 trong 1 km;

Cọc lý trình 1000m (km) là các cọc cách nhau 1000 m đánh số từ km0 đến hết tuyến

Bảng cắm cọc chi tiết xem phụ lục 08

Ch-ơng 4 THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC

4.1 Nhu cầu thoát nước của tuyến A - B

Tuyến A - B được thiết kế mới, chạy qua vùng đồi núi có điều kiện địa chất thuỷ văn tương đối ổn định Mực nước ngầm nằm khá sâu nên không phải thiết kế hệ thống thoát nước ngầm cũng như ngăn chặn sự phá hoại của nó Dọc theo tuyến có cắt qua một số khe tụ thuỷ và vài con suối nhỏ Tại những vị trí này ta bố trí các cống (cống địa hình) nhằm đảm bảo thoát nước từ lưu vực đổ về Để thoát nước mặt đường và lưu vực lân cận (từ hai taluy đổ xuống) làm các rãnh dọc và cống cấu tạo (tối đa 500m phải có một cống)

4.2 Thiết kế cống thoát nước

4.2.1 Tính toán khẩu độ cống

Theo phương pháp tính Q theo [5]: Q 4% = A 4% αH4%Fδ (m 3 /s) (4.1)

Vùng thiết kế là Huyện Lập Thạch – Tỉnh Vĩnh Phúc Theo phụ lục 15, xác định vùng mưa thiết kế là vùng mưa VI và H 4% = 200mm (Giả thiết); Đất cấu tạo lưu vực là đất á cát Theo bảng 4-2, xác định cấp đất thuộc cấp III

Cấp đất III, diện tích lưu vực F, H 4% = 200 mm Theo bảng 4-7, xác định hệ số dòng chảy ;

Dựa vào CT 9-14 tính chiều dài sườn dốc: b = sd F

l: Tổng chiều dài các suối nhánh, chỉ tính các suối có chiều dài lớn hơn 0,75 chiều rộng trung bình của lưu vực (km)

L : Chiều dài suối chính, tính từ chỗ hình thành rõ ràng cho đến vị trí công trình Nếu trên lưu vực không hình thành suối, L tính bằng khoảng cáhc từ công trình tới đường phân thuỷ dọc theo tuyến đường (km) Dựa vào CT 9-18 tính đặc trưng địa mạo sườn dốc lưu vực:

) 1000 ( aH I m f b sd sd sd sd  (4.3)

I sd : Độ dốc của sườn dốc lưu vực, phần nghìn, xác định như sau: chọn trên bản đồ 5-6 hướng dốc nhất và lấy độ dốc trung bình của các dốc ấy m sd : Hệ số nhám sườn dốc, xác định theo bảng 4.9

Tính thời gian tập trung nước t sd theo PL14, ứng với  sd và vùng mưa VI Dựa vào CT 9-12 tính đặc trưng địa mạo của lòng sông: ls 1/3 1/4 1/4 ls ls 4%

I ls : Độ dốc của lòng suối chính là độ dốc trung bình của lòng suối chính tính từ chỗ suối hình thành rõ ràng cho tới công trình m ls : Hệ số nhám của lòng suối, xác định theo bảng 9.3

(Đối với lưu vực nhỏ, khi dòng sông không rõ ràng  ls =0) ứng với  ls , t sd và vùng mưa rào VI, theo phụ lục 13 tra được hệ số A 4% δ : Hệ số triết giảm lưu lượng do đầm, hồ, ao, lấy = 0,9

Thay các trị số ở trên vào công thức 4.4 ta có: Q 4%

THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC

Nhu cầu thoát nước của tuyến A - B

Tuyến A - B được thiết kế mới, chạy qua vùng đồi núi có điều kiện địa chất thuỷ văn tương đối ổn định Mực nước ngầm nằm khá sâu nên không phải thiết kế hệ thống thoát nước ngầm cũng như ngăn chặn sự phá hoại của nó Dọc theo tuyến có cắt qua một số khe tụ thuỷ và vài con suối nhỏ Tại những vị trí này ta bố trí các cống (cống địa hình) nhằm đảm bảo thoát nước từ lưu vực đổ về Để thoát nước mặt đường và lưu vực lân cận (từ hai taluy đổ xuống) làm các rãnh dọc và cống cấu tạo (tối đa 500m phải có một cống).

Thiết kế cống thoát nước

4.2.1 Tính toán khẩu độ cống

Theo phương pháp tính Q theo [5]: Q 4% = A 4% αH4%Fδ (m 3 /s) (4.1)

Vùng thiết kế là Huyện Lập Thạch – Tỉnh Vĩnh Phúc Theo phụ lục 15, xác định vùng mưa thiết kế là vùng mưa VI và H 4% = 200mm (Giả thiết); Đất cấu tạo lưu vực là đất á cát Theo bảng 4-2, xác định cấp đất thuộc cấp III

Cấp đất III, diện tích lưu vực F, H 4% = 200 mm Theo bảng 4-7, xác định hệ số dòng chảy ;

Dựa vào CT 9-14 tính chiều dài sườn dốc: b = sd F

l: Tổng chiều dài các suối nhánh, chỉ tính các suối có chiều dài lớn hơn 0,75 chiều rộng trung bình của lưu vực (km)

L : Chiều dài suối chính, tính từ chỗ hình thành rõ ràng cho đến vị trí công trình Nếu trên lưu vực không hình thành suối, L tính bằng khoảng cáhc từ công trình tới đường phân thuỷ dọc theo tuyến đường (km) Dựa vào CT 9-18 tính đặc trưng địa mạo sườn dốc lưu vực:

) 1000 ( aH I m f b sd sd sd sd  (4.3)

I sd : Độ dốc của sườn dốc lưu vực, phần nghìn, xác định như sau: chọn trên bản đồ 5-6 hướng dốc nhất và lấy độ dốc trung bình của các dốc ấy m sd : Hệ số nhám sườn dốc, xác định theo bảng 4.9

Tính thời gian tập trung nước t sd theo PL14, ứng với  sd và vùng mưa VI Dựa vào CT 9-12 tính đặc trưng địa mạo của lòng sông: ls 1/3 1/4 1/4 ls ls 4%

I ls : Độ dốc của lòng suối chính là độ dốc trung bình của lòng suối chính tính từ chỗ suối hình thành rõ ràng cho tới công trình m ls : Hệ số nhám của lòng suối, xác định theo bảng 9.3

(Đối với lưu vực nhỏ, khi dòng sông không rõ ràng  ls =0) ứng với  ls , t sd và vùng mưa rào VI, theo phụ lục 13 tra được hệ số A 4% δ : Hệ số triết giảm lưu lượng do đầm, hồ, ao, lấy = 0,9

Thay các trị số ở trên vào công thức 4.4 ta có: Q 4%

Dựa vào bảng tra cống định hình (phụ lục 16): chọn chế độ chảy không áp, chọn cống tròn có miệng loại thường có khẩu độ  có các thông số: khả năng thoát nước của cống Q (m 3 /s); chiều cao nước dâng trước cống H d (m); vận tốc dòng chảy trong cống V (m/s); tính toán cụ thể cho các cống trên tuyến

Kết quả đƣợc tổng hợp xem phụ lục 09

Sau khi chọn khẩu độ cống, ta tiến hành bố trí cống trên trắc dọc và trắc ngang sao cho số đốt cống là số nguyên, các biện pháp gia cố chống đỡ là ít nhất…, xác định cao độ khống chế trên cống

Quy trình tính toán cụ thể xem ở phụ lục 10

4.2.3 Bố trí cống cấu tạo

Theo tiêu chuẩn [1] qui định đối với rãnh hình thang thì tối đa là 500 m dài phải bố trí cống cấu tạo để thoát nước rãnh dọc

Ch-ơng 5 THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC VÀ MẶT CẮT NGANG

5.1 Thiết kế mặt cắt dọc

Cao độ mực nước: cao độ đường đỏ được thiết kế đảm bảo thoả mãn hai điều kiện: cao độ vai đường cao hơn mực nước tính toán với tần suất p = 4% ít nhất là 0,50m và đáy kết cấu áo đường cao hơn mực nước đọng thường xuyên ít nhất 0,50m;

Tại vị trí cầu vượt sông, kênh, rạch, … mặt dọc tuyến phải đảm bảo tĩnh không thông thuyền và vật trôi

Việc thiết kế trắc dọc được cân nhắc kỹ lưỡng nhằm đảm bảo các yêu cầu trên cũng như thuận lợi cho việc thi công sau này Cao độ đường đỏ thấp nhất được xác định từ hai điều kiện sau:

Cao độ đường đỏ tại tim đường = H 4% + 0,50m (mực nước lũ đến vai đường) + (0,140,24)m (chênh cao giữa vai với tim đường) + (0,200,25)m (dự phòng lún);

Cao độ đường đỏ tại tim đường = H tx + 0,50m (mực nước thường xuyên đến đáy áo đường) + 0,60m (dự kiến chiều dày kết cấu áo đường) + (0,140,24)m (chênh cao giữa vai với tim đường) + (0,200,25)m (dự phòng lún) a Sơ bộ vạch vị trí đường đỏ thoả mãn một số yêu cầu cơ bản

Khi chọn độ dốc dọc đường đỏ và chiều cao đào đắp tại các đoạn tính toán, cần phải dự trữ cao độ tại các vị trí đường cong đứng vì tại đó cao độ đường đỏ sẽ bị thay đổi b Thiết kế đường cong đứng

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 1 - i 2 ) (m) (5.1)

Hai phương án tuyến đều đi men theo sườn dốc nên đường đỏ ưu tiên đào và đắp thấp.Đoạn qua sông suối cố gắng đi gần,bám cao độ khống chế giảm khối lượng đắp cao trên nền địa chất yếu.Tuy nhiên ở các vị trí cống C6 và C7 (Phương Án I và II) do cần đáp ứng cả điều kiện hài hòa tuyến, đoạn chuyển dốc,độ dốc tối thiểu…nên phải chấp nhận đắp cao hơn 3m.Sau khi tính toán và cân nhắc đưa ra hai phương án thiết kế đường đỏ và chuyển sang thiết kế mặt cắt ngang

5.2 Thiết kế mặt cắt ngang

5.2.1 Các thông số mặt cắt ngang tuyến A - B

Mặt cắt ngang được thiết kế cho toàn tuyến A - B 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 = 6 m

 Bề rộng phần lề gia cố: 2  1,0 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 phía ngoài là 1 : 1 và độ dốc phía trong taluy theo độ dốc taluy nền đường

Chiều dày bóc hữu cơ là (0,2  0,3) m

Bề rộng bậc cấp (nếu có) là 2,5 m

5.3 Tính toán khối lƣợng đào, đắp

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

F 1 & F 2 : Diện tích đào đắp tương ứng trên 2 trắc ngang kề nhau

L 12 : Khoảng cách giữa 2 trắc ngang đó

Với sự trợ giúp của phần mềm Nova_TDN, việc tính được khối lượng đào đắp khá chính xác Khối lượng đào đắp được lập thành bảng (xem phụ lục 10)

Ch-ơng 6 CHỈ TIÊU VẬN DOANH

6.1 Biểu đồ vận tốc xe chạy lý thuyết

Biểu đồ vận tốc xe chạy phản ánh một cách khách quan sự hợp lý trong thiết kế các yếu tố hình học của tuyến như độ dốc dọc, đường cong đứng, đường cong nằm …, nếu các yếu tố không hợp lý thì vận tốc xe chạy sẽ không ổn định gây tiêu hao nhiên liệu lớn, gây khó chịu cho lái xe và hành khách Đồ thị vận tốc xe chạy được lập cho xe tải có thành phần lớn trong dòng xe là Zil150 (tải trung) chiếm 50% dòng xe tính toán

6.1.2 Trình tự lập biểu đồ vận tốc xe chạy a Vận tốc cân bằng trên đoạn dốc theo điều kiện cân bằng sức kéo

Nhân tố động lực ứng với từng đoạn dốc i d : D = f + i d (6.1) f: Hệ số lực cản lăn f = f 0 [1+0,01(V-50)]

Tra bảng nhân tố động lực cho xe Zil 150  V cb (km/h)

THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC VÀ MẶT CẮT NGANG

Thiết kế mặt cắt dọc

Cao độ mực nước: cao độ đường đỏ được thiết kế đảm bảo thoả mãn hai điều kiện: cao độ vai đường cao hơn mực nước tính toán với tần suất p = 4% ít nhất là 0,50m và đáy kết cấu áo đường cao hơn mực nước đọng thường xuyên ít nhất 0,50m;

Tại vị trí cầu vượt sông, kênh, rạch, … mặt dọc tuyến phải đảm bảo tĩnh không thông thuyền và vật trôi

Việc thiết kế trắc dọc được cân nhắc kỹ lưỡng nhằm đảm bảo các yêu cầu trên cũng như thuận lợi cho việc thi công sau này Cao độ đường đỏ thấp nhất được xác định từ hai điều kiện sau:

Cao độ đường đỏ tại tim đường = H 4% + 0,50m (mực nước lũ đến vai đường) + (0,140,24)m (chênh cao giữa vai với tim đường) + (0,200,25)m (dự phòng lún);

Cao độ đường đỏ tại tim đường = H tx + 0,50m (mực nước thường xuyên đến đáy áo đường) + 0,60m (dự kiến chiều dày kết cấu áo đường) + (0,140,24)m (chênh cao giữa vai với tim đường) + (0,200,25)m (dự phòng lún) a Sơ bộ vạch vị trí đường đỏ thoả mãn một số yêu cầu cơ bản

Khi chọn độ dốc dọc đường đỏ và chiều cao đào đắp tại các đoạn tính toán, cần phải dự trữ cao độ tại các vị trí đường cong đứng vì tại đó cao độ đường đỏ sẽ bị thay đổi b Thiết kế đường cong đứng

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 1 - i 2 ) (m) (5.1)

Hai phương án tuyến đều đi men theo sườn dốc nên đường đỏ ưu tiên đào và đắp thấp.Đoạn qua sông suối cố gắng đi gần,bám cao độ khống chế giảm khối lượng đắp cao trên nền địa chất yếu.Tuy nhiên ở các vị trí cống C6 và C7 (Phương Án I và II) do cần đáp ứng cả điều kiện hài hòa tuyến, đoạn chuyển dốc,độ dốc tối thiểu…nên phải chấp nhận đắp cao hơn 3m.Sau khi tính toán và cân nhắc đưa ra hai phương án thiết kế đường đỏ và chuyển sang thiết kế mặt cắt ngang.

Thiết kế mặt cắt ngang

5.2.1 Các thông số mặt cắt ngang tuyến A - B

Mặt cắt ngang được thiết kế cho toàn tuyến A - B 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 = 6 m

 Bề rộng phần lề gia cố: 2  1,0 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 phía ngoài là 1 : 1 và độ dốc phía trong taluy theo độ dốc taluy nền đường

Chiều dày bóc hữu cơ là (0,2  0,3) m

Bề rộng bậc cấp (nếu có) là 2,5 m

5.3 Tính toán khối lƣợng đào, đắp

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

F 1 & F 2 : Diện tích đào đắp tương ứng trên 2 trắc ngang kề nhau

L 12 : Khoảng cách giữa 2 trắc ngang đó

Với sự trợ giúp của phần mềm Nova_TDN, việc tính được khối lượng đào đắp khá chính xác Khối lượng đào đắp được lập thành bảng (xem phụ lục 10)

Ch-ơng 6 CHỈ TIÊU VẬN DOANH

6.1 Biểu đồ vận tốc xe chạy lý thuyết

Biểu đồ vận tốc xe chạy phản ánh một cách khách quan sự hợp lý trong thiết kế các yếu tố hình học của tuyến như độ dốc dọc, đường cong đứng, đường cong nằm …, nếu các yếu tố không hợp lý thì vận tốc xe chạy sẽ không ổn định gây tiêu hao nhiên liệu lớn, gây khó chịu cho lái xe và hành khách Đồ thị vận tốc xe chạy được lập cho xe tải có thành phần lớn trong dòng xe là Zil150 (tải trung) chiếm 50% dòng xe tính toán

6.1.2 Trình tự lập biểu đồ vận tốc xe chạy a Vận tốc cân bằng trên đoạn dốc theo điều kiện cân bằng sức kéo

Nhân tố động lực ứng với từng đoạn dốc i d : D = f + i d (6.1) f: Hệ số lực cản lăn f = f 0 [1+0,01(V-50)]

Tra bảng nhân tố động lực cho xe Zil 150  V cb (km/h)

Khi xuống dốc thường xe chạy với vận tốc tối đa, nhưng tại những nơi có độ xuống dốc lớn, vì lý do an toàn nên hạn chế tốc độ, vận tốc hạn chế khi xuống dốc lớn Kết quả tính toán 2 phương án xem ở (phụ lục 11) b Vận tốc hạn chế trên đường cong nằm

 : Hệ số lực ngang tương ứng với đường cong bán kính R và độ dốc siêu cao i sc của đường cong Giả thiết  được nội suy theo giá trị R ( =0,15 ứng với bán kính tối thiểu có siêu cao lớn nhất R5 và =0,08 ứng với bán kính không bố trí siêu cao R00) i sc : Độ dốc siêu cao sử dụng trên đường cong ứng với mỗi giá trị của R ta lại có một trị số vận tốc hạn chế do đó ta có bảng tính vận tốc hạn chế khi đi vào đường cong nằm

Kết quả tính toán xem ( phụ lục 12) c Vận tốc hạn chế trên đường cong đứng lồi - lõm

+ Đường cong đứng lồi: Được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn khi hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe (đối với đường không có giải phân cách) hoặc đảm bảo tầm nhìn trên mặt đường (đối với đường có giải phân cách)

K : Hệ số sử dụng phanh, K = 1,4 φ : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường khô sạch lấy φ = 0,5

Bảng tính toán vận tốc hạn chế khi đi vào đường cong đứng lồi và lõm như trong phụ lục d Đoạn tăng giảm tốc S t,g

Khi xe chạy từ đoạn dốc này sang đoạn dốc khác có V cb khác nhau hay khi xe qua khỏi đoạn vận tốc bị hạn chế cần có một chiều dài để xe tăng hay giảm vận tốc, đó là chiều dài tăng giảm tốc

(6.4) Trong đó: S t,g : Chiều dài đoạn tăng giảm tốc

V i , V i+1 : Vận tốc xe chạy trên đoạn i, i+1

D i ,D i+1 : Nhân tố động lực trên đoạn i, i+1 i: độ dốc dọc: lên dốc dùng dấu (+); xuống dốc dùng dấu (-)

Riêng S g có khi xảy ra trường hợp âm, khi đó phải tính theo công thức khác (sử dụng quán tính của xe để đi vào đoạn dốc mới có độ dốc i = i 2 )

Khi xe đang chạy với tốc độ cao (điều kiện đường thuận lợi) gặp điều kiện không thuận lợi (đường cong nằm bán kính nhỏ, xuống dốc quá lớn, đường cong đứng) xe phải giảm tốc độ đột ngột (vì lý do an toàn), quá trình hãm xe phải thực hiện trước để đảm bảo rằng khi tới đoạn đường xét vận tốc không được vượt quá độ hạn chế đối với đoạn đường đó, đó là chiều dài đoạn hãm xe S h

1 2 k(V -V ) 254.(j±i) (m) (6.6) k : Hệ số sử dụng phanh tính với ôtô tải lấy k = 1,4

 : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường  = 0,5

Sau khi tính toán các đoạn tăng giảm tốc, đoạn hãm kết hợp với các đoạn có V cb ,

V hc tiến hành vẽ biểu đồ vận tốc xe chạy lý thuyết cho 2 phương án chiều đi và chiều về kết quả tính toán chi tiết xem (phụ lục 13)

6.2 Tốc độ trung bình và thời gian xe chạy trên tuyến

Thời gian xe chạy trên tuyến: T n i i=1 i l

Vận tốc xe chạy trung bình trên tuyến: V tb n i i=1 l T

Kết quả tính toán chi tiết xem ( phụ lục 14 )

Lượng tiêu hao nhiên liệu của 1 xe trên 100 km: Q 100 = q N e c

10.V.γ (l/100 km.xe) q c : Tỷ suất tiêu hao nhiên liệu (thay đổi theo số vòng quay của động cơ và tuỳ theo mức độ mở bướm xăng, khi mở 100% bướm xăng thì q c thay đổi từ 250300 q/mã lực giờ), chọn q c = 280 (g/mã lực.giờ)

V : tốc độ xe chạy (km/h)

N c : Công suất của động cơ (mã lực)

  : Hệ số hiệu dụng của động cơ  = 0,8 0,9 với ôtô tải chọn  = 0,9

 G : Trọng lượng của ôtô khi chở hàng G (T)

 K : Hệ số cản khí phụ thuộc vào độ nhám và hình dạng của xe K 0,05 (kg.S 2 /m 2 )

Lượng tiêu hao nhiên liệu trên đường xác định bằng cách tính Q 100 cho từng đoạn ngắn, trên mỗi đoạn hệ số sức cản của đường không đổi, độ dốc không đổi và tốc độ chạy cũng xem như không đổi

Lượng tiêu hao nhiên liệu của 1 xe trên đường: Q n i

(l/xe) (6.12) l i : Chiều dài từng đoạn ngắn có cùng điều kiện kỹ thuật (Km)

Q 100i : Lượng tiêu hao nhiên liệu tính cho 100 km ứng với đoạn l i có độ dốc i d (l/100km)

Với những đoạn xuống dốc (khi tính toán có Q 100 < 0, không cần tiêu hao nhiên liệu vẫn đạt V tt ) thì lấy trị số Q 100 = 24 (kg/100km.xe) để giữ cho xe không bị chết máy

Kết quả tính toán chi tiết xem ( phụ lục 15 )

Ch-ơng 7 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM

7.1 Các căn cứ thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 2005 [1] Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế 22 TCN 211 – 06 [2] Các tiêu chuẩn liên quan đến yêu cầu về vật liệu và các tiêu chuẩn về thí nghiệm [3]

Các tài liệu tham khảo khác: Đơn giá xây dựng cơ bản Vĩnh Phúc 2012

7.2 Các số liệu thiết kế

7.2.1 Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

Khi tính toán cường độ của kết cấu áo đường theo 3 trạng thái giới hạn về cường độ, tải trọng trục tính toán được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100KN đối với tất cả các loại áo đường mềm

Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn, P ( kN ) Áp lực tính toán trên mặt đường, p (Mpa ) Đường kính vệt bánh xe

Theo số liệu điều tra và dự báo về lưu lượng xe trong tương lai:

Lưu lượng xe năm thứ 15: N 15 = 3500 xe/ngđ;

Lưu lượng xe năm thứ nhất N 0 = t q N

Thành phần dòng xe gồm :

 Tải nặng (Trục sau có 1 trục): 5%

 Tải nặng (Trục sau có 2 trục): 5%

Tỷ lệ tăng xe hàng năm: q = 4,5 %

Cấp thiết kế của đường: cấp III Tốc độ thiết kế : V tk : 60 km/h

Lưu lượng xe các năm tính toán xem (Phụ Lục 16)

Dựa vào kết quả điều tra giao thông đã dự báo được thành phần xe ở năm thứ nhất sau khi đường được đưa vào khai thác sử dụng như ở Bảng 7-1 Để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu áo đường cần quy đổi số trục khai thác về trục xe tính toán tiêu chuẩn loại 100 kN (10 tấn)

7.3 Trình tự tính toán thiết kế

7.3.1 Số trục xe tính toán trên một làn của phần xe sau khi quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 KN

Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo biểu thức là:

(7.2) Với C 1 = 1 + 1,2(m-1) và C 2 = 6,4 cho các trục trước và trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C 2 = 1,0 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi) n i : Lưu lượng xe loại i ở năm tính toán cả hai chiều đi và về m : Số trục của cụm trục i Việc tính toán được thực hiện như ở Bảng 7 -2

Bảng 7.1: Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100kN năm thứ 15

Tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) không xét đến khi quy đổi

Kết quả tính toán được N= 680 trục xe tiêu chuẩn /ngđ

7.3.1.2 Số trục xe tính toán trên một làn xe

Xác định theo biểu thức

N tt = N tk  f L (trục / làn.ngày đêm)

Với đường cấp III trên phần xe chạy có 2 làn xe, không có dải phân cách thì lấy f L = 0,55

CHỈ TIÊU VẬN DOANH

Biểu đồ vận tốc xe chạy lý thuyết

Biểu đồ vận tốc xe chạy phản ánh một cách khách quan sự hợp lý trong thiết kế các yếu tố hình học của tuyến như độ dốc dọc, đường cong đứng, đường cong nằm …, nếu các yếu tố không hợp lý thì vận tốc xe chạy sẽ không ổn định gây tiêu hao nhiên liệu lớn, gây khó chịu cho lái xe và hành khách Đồ thị vận tốc xe chạy được lập cho xe tải có thành phần lớn trong dòng xe là Zil150 (tải trung) chiếm 50% dòng xe tính toán

6.1.2 Trình tự lập biểu đồ vận tốc xe chạy a Vận tốc cân bằng trên đoạn dốc theo điều kiện cân bằng sức kéo

Nhân tố động lực ứng với từng đoạn dốc i d : D = f + i d (6.1) f: Hệ số lực cản lăn f = f 0 [1+0,01(V-50)]

Tra bảng nhân tố động lực cho xe Zil 150  V cb (km/h)

Khi xuống dốc thường xe chạy với vận tốc tối đa, nhưng tại những nơi có độ xuống dốc lớn, vì lý do an toàn nên hạn chế tốc độ, vận tốc hạn chế khi xuống dốc lớn Kết quả tính toán 2 phương án xem ở (phụ lục 11) b Vận tốc hạn chế trên đường cong nằm

 : Hệ số lực ngang tương ứng với đường cong bán kính R và độ dốc siêu cao i sc của đường cong Giả thiết  được nội suy theo giá trị R ( =0,15 ứng với bán kính tối thiểu có siêu cao lớn nhất R5 và =0,08 ứng với bán kính không bố trí siêu cao R00) i sc : Độ dốc siêu cao sử dụng trên đường cong ứng với mỗi giá trị của R ta lại có một trị số vận tốc hạn chế do đó ta có bảng tính vận tốc hạn chế khi đi vào đường cong nằm

Kết quả tính toán xem ( phụ lục 12) c Vận tốc hạn chế trên đường cong đứng lồi - lõm

+ Đường cong đứng lồi: Được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn khi hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe (đối với đường không có giải phân cách) hoặc đảm bảo tầm nhìn trên mặt đường (đối với đường có giải phân cách)

K : Hệ số sử dụng phanh, K = 1,4 φ : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường khô sạch lấy φ = 0,5

Bảng tính toán vận tốc hạn chế khi đi vào đường cong đứng lồi và lõm như trong phụ lục d Đoạn tăng giảm tốc S t,g

Khi xe chạy từ đoạn dốc này sang đoạn dốc khác có V cb khác nhau hay khi xe qua khỏi đoạn vận tốc bị hạn chế cần có một chiều dài để xe tăng hay giảm vận tốc, đó là chiều dài tăng giảm tốc

(6.4) Trong đó: S t,g : Chiều dài đoạn tăng giảm tốc

V i , V i+1 : Vận tốc xe chạy trên đoạn i, i+1

D i ,D i+1 : Nhân tố động lực trên đoạn i, i+1 i: độ dốc dọc: lên dốc dùng dấu (+); xuống dốc dùng dấu (-)

Riêng S g có khi xảy ra trường hợp âm, khi đó phải tính theo công thức khác (sử dụng quán tính của xe để đi vào đoạn dốc mới có độ dốc i = i 2 )

Khi xe đang chạy với tốc độ cao (điều kiện đường thuận lợi) gặp điều kiện không thuận lợi (đường cong nằm bán kính nhỏ, xuống dốc quá lớn, đường cong đứng) xe phải giảm tốc độ đột ngột (vì lý do an toàn), quá trình hãm xe phải thực hiện trước để đảm bảo rằng khi tới đoạn đường xét vận tốc không được vượt quá độ hạn chế đối với đoạn đường đó, đó là chiều dài đoạn hãm xe S h

1 2 k(V -V ) 254.(j±i) (m) (6.6) k : Hệ số sử dụng phanh tính với ôtô tải lấy k = 1,4

 : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường  = 0,5

Sau khi tính toán các đoạn tăng giảm tốc, đoạn hãm kết hợp với các đoạn có V cb ,

V hc tiến hành vẽ biểu đồ vận tốc xe chạy lý thuyết cho 2 phương án chiều đi và chiều về kết quả tính toán chi tiết xem (phụ lục 13).

Tốc độ trung bình và thời gian xe chạy trên tuyến

Thời gian xe chạy trên tuyến: T n i i=1 i l

Vận tốc xe chạy trung bình trên tuyến: V tb n i i=1 l T

Kết quả tính toán chi tiết xem ( phụ lục 14 )

Tiêu hao nhiên liệu

Lượng tiêu hao nhiên liệu của 1 xe trên 100 km: Q 100 = q N e c

10.V.γ (l/100 km.xe) q c : Tỷ suất tiêu hao nhiên liệu (thay đổi theo số vòng quay của động cơ và tuỳ theo mức độ mở bướm xăng, khi mở 100% bướm xăng thì q c thay đổi từ 250300 q/mã lực giờ), chọn q c = 280 (g/mã lực.giờ)

V : tốc độ xe chạy (km/h)

N c : Công suất của động cơ (mã lực)

  : Hệ số hiệu dụng của động cơ  = 0,8 0,9 với ôtô tải chọn  = 0,9

 G : Trọng lượng của ôtô khi chở hàng G (T)

 K : Hệ số cản khí phụ thuộc vào độ nhám và hình dạng của xe K 0,05 (kg.S 2 /m 2 )

Lượng tiêu hao nhiên liệu trên đường xác định bằng cách tính Q 100 cho từng đoạn ngắn, trên mỗi đoạn hệ số sức cản của đường không đổi, độ dốc không đổi và tốc độ chạy cũng xem như không đổi

Lượng tiêu hao nhiên liệu của 1 xe trên đường: Q n i

(l/xe) (6.12) l i : Chiều dài từng đoạn ngắn có cùng điều kiện kỹ thuật (Km)

Q 100i : Lượng tiêu hao nhiên liệu tính cho 100 km ứng với đoạn l i có độ dốc i d (l/100km)

Với những đoạn xuống dốc (khi tính toán có Q 100 < 0, không cần tiêu hao nhiên liệu vẫn đạt V tt ) thì lấy trị số Q 100 = 24 (kg/100km.xe) để giữ cho xe không bị chết máy

Kết quả tính toán chi tiết xem ( phụ lục 15 )

Ch-ơng 7 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM

7.1 Các căn cứ thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 2005 [1] Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế 22 TCN 211 – 06 [2] Các tiêu chuẩn liên quan đến yêu cầu về vật liệu và các tiêu chuẩn về thí nghiệm [3]

Các tài liệu tham khảo khác: Đơn giá xây dựng cơ bản Vĩnh Phúc 2012

7.2 Các số liệu thiết kế

7.2.1 Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

Khi tính toán cường độ của kết cấu áo đường theo 3 trạng thái giới hạn về cường độ, tải trọng trục tính toán được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100KN đối với tất cả các loại áo đường mềm

Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn, P ( kN ) Áp lực tính toán trên mặt đường, p (Mpa ) Đường kính vệt bánh xe

Theo số liệu điều tra và dự báo về lưu lượng xe trong tương lai:

Lưu lượng xe năm thứ 15: N 15 = 3500 xe/ngđ;

Lưu lượng xe năm thứ nhất N 0 = t q N

Thành phần dòng xe gồm :

 Tải nặng (Trục sau có 1 trục): 5%

 Tải nặng (Trục sau có 2 trục): 5%

Tỷ lệ tăng xe hàng năm: q = 4,5 %

Cấp thiết kế của đường: cấp III Tốc độ thiết kế : V tk : 60 km/h

Lưu lượng xe các năm tính toán xem (Phụ Lục 16)

Dựa vào kết quả điều tra giao thông đã dự báo được thành phần xe ở năm thứ nhất sau khi đường được đưa vào khai thác sử dụng như ở Bảng 7-1 Để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu áo đường cần quy đổi số trục khai thác về trục xe tính toán tiêu chuẩn loại 100 kN (10 tấn)

7.3 Trình tự tính toán thiết kế

7.3.1 Số trục xe tính toán trên một làn của phần xe sau khi quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 KN

Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo biểu thức là:

(7.2) Với C 1 = 1 + 1,2(m-1) và C 2 = 6,4 cho các trục trước và trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C 2 = 1,0 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi) n i : Lưu lượng xe loại i ở năm tính toán cả hai chiều đi và về m : Số trục của cụm trục i Việc tính toán được thực hiện như ở Bảng 7 -2

Bảng 7.1: Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100kN năm thứ 15

Tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) không xét đến khi quy đổi

Kết quả tính toán được N= 680 trục xe tiêu chuẩn /ngđ

7.3.1.2 Số trục xe tính toán trên một làn xe

Xác định theo biểu thức

N tt = N tk  f L (trục / làn.ngày đêm)

Với đường cấp III trên phần xe chạy có 2 làn xe, không có dải phân cách thì lấy f L = 0,55

N tk = tổng số trục xe quy đổi từ k 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 = N 15 = 680 (trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm)

Vậy Ntt = 680 x 0,55  374 (trục/ làn.ng đ)

Tương tự cho các năm còn lại có

Tính toán số trục xe tính toán trên 1 làn cho các năm xem (phụ lục 17)

7.3.2 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toán 15 năm a) Về nguyên tắc phải dựa vào kết quả dự báo hàng năm để tính ra số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế N e tức là tính theo biểu thức sau:

N i là số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn ở năm i và t là thời hạn thiết kế (khi áp dụng lấy t năm) b) Trong trường hợp dự báo được tỷ lệ tăng trưởng lượng giao thông trung bình năm q thì có thể tính N e theo biểu thức sau: (A-3)-[2]

N 1 là số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm của năm cuối đưa đường vào khai thác sử dụng (trục/ngày đêm):

Dựa vào bảng 2-1 [22TCN211-06] ta chọn loại tầng mặt đường là cấp cao A1

+ Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ làm lớp mặt trên

+ Bê tông nhựa hạt trung làm lớp mặt dưới

7.3.3 Xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc

Tính số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên một làn xe của phần xe chạy

Vì đường thiết kế có 2 làn xe nên trị số f L = 0,55

Do vậy: N tt = 680 x 0,55 = 374 (trục/ngày đêm.làn)

Tra bảng 3-4 [2]  E yc = 170,44 MPa > E yc mim

7.3.4 Tính toán kiểm tra cường độ của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi

Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức :

Trong đó: h 2 và h 1 là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường ; E 2 và E 1 là mô đun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới

7.3.5 Tính E ch của tầng móng

+ Chọn độ tin cậy thiết kế là 0,85, do vậy, theo Bảng 3-2 xác định được K cd dv =1,06

Ta giả thiết bề dày của các lớp kết cấu móng đường theo điều kiện độ võng phải thoả mãn :

Ech  K cd dv E yc = 1,06 x 170,44 = 180,67 MPa

Giả sử E ch = K cd dv E yc = 1,06 x 170,44  181 MPa

+ Quy đổi hai lớp mặt về một lớp trung bình

Bê tông nhựa hạt mịn E = 420 MPa h 1 = 4 cm Chọn lớp mặt dưới

Bê tông nhựa hạt trung E = 350 MPa h 2 = 6 cm

Như vậy tầng móng có E móng = 154 Mpa

7.3.6 Đề xuất các phương án móng

Lớp móng trên Cấp phối đá dăm loại I ; E = 300 MPa h 3

Lớp móng dưới Cấp phối Đá Dăm loại II ; E %0 MPa h 4

Lớp móng trên Cấp phối đá dăm loại I ; E = 300 MPa h 3

Lớp móng dưới Cấp phối sỏi cuội ; E 0 MPa h 4

Bảng 7.2: Bảng lựa chọn chiều dày vật liệu tầng móng

Dựa vào đơn giá xây dựng cơ bản của tỉnh Vĩnh Phúc năm 2012 ta tính giá thành xây dựng móng mỗi phương án như sau:

Danh mục đơn giá Đơn vị VL(vnđ) NC(vnđ) M(vnđ) Đơn giá Làm móng CPDD lớp trên 100m 3 16.048.000 334.286 1.773.097 18.155.383(vnđ) Làm móng CPDD lớp dưới 100m 3 16.048.000 296.299 1.632.043 17.976.342(vnđ) Làm móng CPTN lớp dưới 100m 3 14.758.300 225.686 830.028 15.814.014(vnđ)

Bảng 7.3: Bảng tính giá thành các phương án móng

Bảng giá thành Phương Án I

CP đá dăm loại I CP đá dăm loại II Tổng giá h 3 (cm) Giá thành

Bảng giá thành Phương Án II

CP đá dăm loại I CP Sỏi cuội Tổng giá h 3 (cm) Giá thành

Nhận thấy giải pháp h 3 = 16 cm và h 4 = 33 cm của phương án I có kết cấu móng là rẻ nhất, G = 8659081 đ/100m 2 Vậy ta sơ bộ chọn kết cấu áo đường cho phương án đầu tư tập trung một lần với thời gian so sánh là 15 năm như sau:

4cm Bê tông nhựa hạt mịn

6cm Bê tông nhựa hạt trung

16cm Cấp phối đá dăm loại I

33cm Cấp phối đá dăm loại II

7.4 Kiểm tra kết cấu chọn

Với kết cấu áo đường đường cấp A1 phải kiểm tra theo 2 tiêu chuẩn cường độ: Ứng suất tiếp (không phát sinh biến dạng dẻo kể cả trong nền đất) Ứng suất kéo uốn (tính liên tục của các lớp liền khối không bị phá hoại)

7.4.1 Kiểm tra điều kiện độ võng đàn hồi:

- Việc chuyển tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức (7.6):

Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 7.4:

Bảng 7.4: Kiểm tra điều kiện độ võng đàn hồi

Cấp phối đá dăm loại II 250 33 33 250

Cấp phối đá dăm loại I 300 300 1, 2

H/D = 59/33=1,788 nên tra bảng 3.6 (Trang 134 22TCN211-06) ta có : f H

Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 59 cm có môđun đàn hồi trung bình : E tb dc  E tb ' =1,2 282,78 = 339,66 (MPa)

Dùng toán đồ Hình3.1 xác định môđun đàn hồi chung của mặt đường

Tra toán đồ Kôgan ch dc tb

Nghiêm lại điều kiện E ch ≥ K cd dv E yc

Ta có E ch 2,06 (MPa) > E ch min = K cd dv E tt yc =1,06170,44 1 (MPa)

Kết luận : Kết cấu áo đường thoả mãn điều kiện độ võng đàn hồi điều kiện kiểm tra

7.4.2 Kiểm tra điều kiện trƣợt tại vị trí tiếp xúc với các vật liệu kém dính

Kết cấu nền áo đường có tầng mặt là loại A1 được xem là đủ cường độ khi thoả mãn biểu thức :

T ax + T av  tr cd tt

T ax : Ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa)

T av : Ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa)

K tr cd : Hệ số cường độ về chịu cắt trượt được chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế Với độ tin cậy khi thiết kế đã chọn là 0,85 -> K tr cd = 0,9

C tt : Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm, độ chặt tính toán

Kiểm tra đối với nền đất

+ Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất T ax

Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất T ax :

-Chuyển hệ nhiều lớp thành hệ 2 lớp bằng cách đổi nhiều lớp kết cấu áo đường lần lượt 2 lớp 1 từ dưới lên theo công thức:

E ; H tb = h 1 + h 2 Kết quả được thể hiện trong bảng trên : Với E tb dc = 339,66 Mpa

H dc tb => Tra toán đồ hình 3.3 [1]   0 , 012 p

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 các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất T av :

H Tra toán đồ hình 3.4 [2]  T av = - 0,002(MPa)

+ ứng suất cắt hoạt động trong đất là:

+ Xác định trị số lực dính tính toán C tt :

C : Lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán (MPa); với đất nền phải tiêu biểu cho sức chống cắt trượt của cả phạm vi khu vực tác dụng của nền đường; c= 0,032 (Mpa)

LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM

Các căn cứ thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 2005 [1] Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế 22 TCN 211 – 06 [2] Các tiêu chuẩn liên quan đến yêu cầu về vật liệu và các tiêu chuẩn về thí nghiệm [3]

Các tài liệu tham khảo khác: Đơn giá xây dựng cơ bản Vĩnh Phúc 2012.

Các số liệu thiết kế

7.2.1 Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

Khi tính toán cường độ của kết cấu áo đường theo 3 trạng thái giới hạn về cường độ, tải trọng trục tính toán được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100KN đối với tất cả các loại áo đường mềm

Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn, P ( kN ) Áp lực tính toán trên mặt đường, p (Mpa ) Đường kính vệt bánh xe

Theo số liệu điều tra và dự báo về lưu lượng xe trong tương lai:

Lưu lượng xe năm thứ 15: N 15 = 3500 xe/ngđ;

Lưu lượng xe năm thứ nhất N 0 = t q N

Thành phần dòng xe gồm :

 Tải nặng (Trục sau có 1 trục): 5%

 Tải nặng (Trục sau có 2 trục): 5%

Tỷ lệ tăng xe hàng năm: q = 4,5 %

Cấp thiết kế của đường: cấp III Tốc độ thiết kế : V tk : 60 km/h

Lưu lượng xe các năm tính toán xem (Phụ Lục 16)

Dựa vào kết quả điều tra giao thông đã dự báo được thành phần xe ở năm thứ nhất sau khi đường được đưa vào khai thác sử dụng như ở Bảng 7-1 Để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu áo đường cần quy đổi số trục khai thác về trục xe tính toán tiêu chuẩn loại 100 kN (10 tấn)

Trình tự tính toán thiết kế

7.3.1 Số trục xe tính toán trên một làn của phần xe sau khi quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 KN

Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo biểu thức là:

(7.2) Với C 1 = 1 + 1,2(m-1) và C 2 = 6,4 cho các trục trước và trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C 2 = 1,0 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi) n i : Lưu lượng xe loại i ở năm tính toán cả hai chiều đi và về m : Số trục của cụm trục i Việc tính toán được thực hiện như ở Bảng 7 -2

Bảng 7.1: Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100kN năm thứ 15

Tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) không xét đến khi quy đổi

Kết quả tính toán được N= 680 trục xe tiêu chuẩn /ngđ

7.3.1.2 Số trục xe tính toán trên một làn xe

Xác định theo biểu thức

N tt = N tk  f L (trục / làn.ngày đêm)

Với đường cấp III trên phần xe chạy có 2 làn xe, không có dải phân cách thì lấy f L = 0,55

N tk = tổng số trục xe quy đổi từ k 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 = N 15 = 680 (trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm)

Vậy Ntt = 680 x 0,55  374 (trục/ làn.ng đ)

Tương tự cho các năm còn lại có

Tính toán số trục xe tính toán trên 1 làn cho các năm xem (phụ lục 17)

7.3.2 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toán 15 năm a) Về nguyên tắc phải dựa vào kết quả dự báo hàng năm để tính ra số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế N e tức là tính theo biểu thức sau:

N i là số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn ở năm i và t là thời hạn thiết kế (khi áp dụng lấy t năm) b) Trong trường hợp dự báo được tỷ lệ tăng trưởng lượng giao thông trung bình năm q thì có thể tính N e theo biểu thức sau: (A-3)-[2]

N 1 là số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm của năm cuối đưa đường vào khai thác sử dụng (trục/ngày đêm):

Dựa vào bảng 2-1 [22TCN211-06] ta chọn loại tầng mặt đường là cấp cao A1

+ Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ làm lớp mặt trên

+ Bê tông nhựa hạt trung làm lớp mặt dưới

7.3.3 Xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc

Tính số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên một làn xe của phần xe chạy

Vì đường thiết kế có 2 làn xe nên trị số f L = 0,55

Do vậy: N tt = 680 x 0,55 = 374 (trục/ngày đêm.làn)

Tra bảng 3-4 [2]  E yc = 170,44 MPa > E yc mim

7.3.4 Tính toán kiểm tra cường độ của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi

Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức :

Trong đó: h 2 và h 1 là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường ; E 2 và E 1 là mô đun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới

7.3.5 Tính E ch của tầng móng

+ Chọn độ tin cậy thiết kế là 0,85, do vậy, theo Bảng 3-2 xác định được K cd dv =1,06

Ta giả thiết bề dày của các lớp kết cấu móng đường theo điều kiện độ võng phải thoả mãn :

Ech  K cd dv E yc = 1,06 x 170,44 = 180,67 MPa

Giả sử E ch = K cd dv E yc = 1,06 x 170,44  181 MPa

+ Quy đổi hai lớp mặt về một lớp trung bình

Bê tông nhựa hạt mịn E = 420 MPa h 1 = 4 cm Chọn lớp mặt dưới

Bê tông nhựa hạt trung E = 350 MPa h 2 = 6 cm

Như vậy tầng móng có E móng = 154 Mpa

7.3.6 Đề xuất các phương án móng

Lớp móng trên Cấp phối đá dăm loại I ; E = 300 MPa h 3

Lớp móng dưới Cấp phối Đá Dăm loại II ; E %0 MPa h 4

Lớp móng trên Cấp phối đá dăm loại I ; E = 300 MPa h 3

Lớp móng dưới Cấp phối sỏi cuội ; E 0 MPa h 4

Bảng 7.2: Bảng lựa chọn chiều dày vật liệu tầng móng

Dựa vào đơn giá xây dựng cơ bản của tỉnh Vĩnh Phúc năm 2012 ta tính giá thành xây dựng móng mỗi phương án như sau:

Danh mục đơn giá Đơn vị VL(vnđ) NC(vnđ) M(vnđ) Đơn giá Làm móng CPDD lớp trên 100m 3 16.048.000 334.286 1.773.097 18.155.383(vnđ) Làm móng CPDD lớp dưới 100m 3 16.048.000 296.299 1.632.043 17.976.342(vnđ) Làm móng CPTN lớp dưới 100m 3 14.758.300 225.686 830.028 15.814.014(vnđ)

Bảng 7.3: Bảng tính giá thành các phương án móng

Bảng giá thành Phương Án I

CP đá dăm loại I CP đá dăm loại II Tổng giá h 3 (cm) Giá thành

Bảng giá thành Phương Án II

CP đá dăm loại I CP Sỏi cuội Tổng giá h 3 (cm) Giá thành

Nhận thấy giải pháp h 3 = 16 cm và h 4 = 33 cm của phương án I có kết cấu móng là rẻ nhất, G = 8659081 đ/100m 2 Vậy ta sơ bộ chọn kết cấu áo đường cho phương án đầu tư tập trung một lần với thời gian so sánh là 15 năm như sau:

4cm Bê tông nhựa hạt mịn

6cm Bê tông nhựa hạt trung

16cm Cấp phối đá dăm loại I

33cm Cấp phối đá dăm loại II

Kiểm tra kết cấu chọn

Với kết cấu áo đường đường cấp A1 phải kiểm tra theo 2 tiêu chuẩn cường độ: Ứng suất tiếp (không phát sinh biến dạng dẻo kể cả trong nền đất) Ứng suất kéo uốn (tính liên tục của các lớp liền khối không bị phá hoại)

7.4.1 Kiểm tra điều kiện độ võng đàn hồi:

- Việc chuyển tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức (7.6):

Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 7.4:

Bảng 7.4: Kiểm tra điều kiện độ võng đàn hồi

Cấp phối đá dăm loại II 250 33 33 250

Cấp phối đá dăm loại I 300 300 1, 2

H/D = 59/33=1,788 nên tra bảng 3.6 (Trang 134 22TCN211-06) ta có : f H

Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 59 cm có môđun đàn hồi trung bình : E tb dc  E tb ' =1,2 282,78 = 339,66 (MPa)

Dùng toán đồ Hình3.1 xác định môđun đàn hồi chung của mặt đường

Tra toán đồ Kôgan ch dc tb

Nghiêm lại điều kiện E ch ≥ K cd dv E yc

Ta có E ch 2,06 (MPa) > E ch min = K cd dv E tt yc =1,06170,44 1 (MPa)

Kết luận : Kết cấu áo đường thoả mãn điều kiện độ võng đàn hồi điều kiện kiểm tra

7.4.2 Kiểm tra điều kiện trƣợt tại vị trí tiếp xúc với các vật liệu kém dính

Kết cấu nền áo đường có tầng mặt là loại A1 được xem là đủ cường độ khi thoả mãn biểu thức :

T ax + T av  tr cd tt

T ax : Ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa)

T av : Ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa)

K tr cd : Hệ số cường độ về chịu cắt trượt được chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế Với độ tin cậy khi thiết kế đã chọn là 0,85 -> K tr cd = 0,9

C tt : Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm, độ chặt tính toán

Kiểm tra đối với nền đất

+ Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất T ax

Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất T ax :

-Chuyển hệ nhiều lớp thành hệ 2 lớp bằng cách đổi nhiều lớp kết cấu áo đường lần lượt 2 lớp 1 từ dưới lên theo công thức:

E ; H tb = h 1 + h 2 Kết quả được thể hiện trong bảng trên : Với E tb dc = 339,66 Mpa

H dc tb => Tra toán đồ hình 3.3 [1]   0 , 012 p

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 các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất T av :

H Tra toán đồ hình 3.4 [2]  T av = - 0,002(MPa)

+ ứng suất cắt hoạt động trong đất là:

+ Xác định trị số lực dính tính toán C tt :

C : Lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán (MPa); với đất nền phải tiêu biểu cho sức chống cắt trượt của cả phạm vi khu vực tác dụng của nền đường; c= 0,032 (Mpa)

K 1 : Hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động.Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K 1 =0,6 với kết cấu áo lề gia cố thì lấy K 1 = 0,9 để tính toán;

K 2 : Hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn, do vậy K 2 được xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngày đêm

K 3 : Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử Đối với các loại đất dính ( á sét) K 3 = 1,5

Vậy lực dính tính toán C tt :

+ Kiểm tra điều kiện : T ax + T av  tr cd tt

0, 9 = 0,0256 MPa Nên điều kiện cắt trượt trong nền đất được bảo đảm Đối với các lớp móng bằng đá dăm loại I và loại II ta không kiểm tra điều kiện này vì cường độ chống cắt của chúng lớn

7.4.3 Kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo điều kiện chịu kéo uốn trong các lớp BTN

Theo tiêu chuẩn này, kết cấu được xem là đủ cường độ khi thoả mãn điều kiện dưới đây:

 ku  ku cd ku tt

 ku : Ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của tải trọng bánh xe ku

R tt : Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối ku

K cd : Hệ số cường độ về chịu kéo uốn được chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế giống như với trị số K cd tr ; lấy K cd ku =0,9

Công việc kiểm tra này chỉ tiến hành đối với các lớp vật liệu có tính dính kết, do đó ở đây ta chỉ cần kiểm tra cho lớp bêtông nhựa a Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa

+ Đối với bê tông nhựa lớp dưới: h’ cm ; E 1 10

Trị số E tb ’ của 2 lớp móng cấp phối đá dăm II, cấp phối đá dăm I là Etb’= 265,66 MPa với bề dày 2 lớp này là H’= 16 + 33 = 49 cm trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh  với Error!=49

Tra toán đồ Kôgan ch m dc tb

Tìm  ku ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới:

Tra toán đồ hình 3.5 [2] ta được  ku = 2(MPa)

+ Đối với bê tông nhựa lớp trên: h 1 = 4 cm ; E 1 = 1800 MPa

Bảng 7.5: trị số E tb ’ của 3 lớp phía dưới nó được xác định

(Mpa) Cấp phối đá dăm loại II

Cấp phối đá dăm loại I 300 300 1, 20

Bê tông nhựa hạt trung 1600 6 023

Xét đến hệ số điều chỉnh H f D

Tra toán đồ Kôgan ch m dc tb

Vậy được : E ch.m = E tb dc x0,46 = 409,03 x 0,4655 = 190,4 (MPa)

+ Xác định  ku theo công thức :  ku  ku p k b

Tra toán đồ hình 3.5 [1] ta được  ku = 2,2 (MPa)

(k b : Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu dưới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi) b Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức

 ku  ku cd ku tt

(7.14) + Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối

R ku = 2.0 Mpa đối với bê tông nhựa lớp dưới ; R ku = 2,8 Mpa đối với bê tông nhựa lớp trên k 2 : 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 lấy k 2 = 1,0 k 1 : Hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục

Vậy cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới là: ku ku tt k k R

Và của lớp BTN lớp trên là: ku ku tt k k R

+ Kiểm toán điều kiện kéo uốn với hệ số K dc ku =0.9 lấy theo Bảng 3-7[1] cho trường hợp đường cấp III ứng với độ tin cậy 0,85

Với lớp bê tông nhựa lớp dưới

0,85 = 1,1447 Mpa  Đạt Với lớp bê tông nhựa hạt nhỏ

0,85 =1,6032 Mpa  Đạt Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt được điều kiện kéo uốn đối với cả hai lớp bê tông nhựa

Hình 7.4.1 Kết cấu áo đường kiến chọn

Phương án đầu tư tập trung có ưu điểm là lớp mặt là bê tông nhựa hạt mịn êm thuận, tốc độ cao, thoát nước tốt, ít tốn kém trong duy tu bảo dưỡng, trung tu tiểu tu Tuy nhiên, do lưu lượng những năm đầu chưa lớn, kết cấu áo đường có cường độ lớn và chất lượng cao sẽ gây lãng phí Hơn nữa, vốn đầu tư ban đầu lớn là không kinh tế trong đầu tư

Phương án đầu tư phân kỳ được tiến hành đầu tư theo từng giai đoạn , phù hợp với nhu cầu giao thông theo từng giai đoạn nên hợp lý về cấu tạo kết cấu theo cả không thời gian, tiết kiệm vốn đầu tư ban đầu Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu, lớp mặt cấp thấp đòi hỏi chi phí vận doanh, chi phí duy tu bảo dưỡng cao hơn phương án đầu tư tập trung (trong thời gian xét)

7.5.1 Phân giai đoạn và kết cấu áo đường từng giai đoạn

Dự kiến phân đầu tư phân kỳ thành 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Làm mặt đường A1 với 2 lớp móng, lớp mặt dưới la bê tông nhựa hạt trung dày 7cm

 Giai đoạn 2: Thi công lớp BTN còn lại

Sức chịu tải theo hàng năm của mặt đường A1 với kết cấu:

 Lớp BTN hạt trung dày 7cm

Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức sau:

E Kết quả tính đổi được tính toán ở bảng dưới:

Lớp kết cấu Ei(MPa

Cấp phối đá dăm loại

Cấp phối đá dăm loại

Ta có : E’ tb = 275,37 (MPa) Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh Xét đến hệ số điều chỉnh H f D

Tra Bảng 3-6 [1] được  = 1,194 Vậy E tb dc  E tb ' = 1,194 x 275,36328,78(MPa)

Tra toán đồ Kôgan ch m dc tb

Vậy được : E ch.m = E tb dc x 0,522 = 328,78 x 0,522 = 171,62 (MPa)

Ta phải có E ch  K cd dv Eyc = 1,06 E yc

Ta thấy Ech1 = 171,62 (MPa) 1,06 E yc

Vẽ biểu đồ E yc của các năm

Cấp thiết kế Năm tt Loại mặt Số trục xe xe/ngđ.lan

Cấp thiết kế Năm tt Loại mặt Số trục xe xe/ngđ.lan

Chọn phương án đầu tư phân kỳ đến hết năm thứ 4 a Giai đoạn 1 (4 năm đầu)

* Kiểm tra độ võng đàn hồi

- Lưu lượng xe tính toán: N tt = N tt 4 = 231 (xeqđ/ng.đ) có E yc = 161,86 (Mpa) Điều kiện kiểm tra: E ch > K cd dv E yc (7.18)

Ta có: E ch = 171,62 (MPa) > 1,06 x 161,86 = 171,57 (MPa)  Thỏa mãn

Kết luận : Kết cấu áo đường cấp cao A 1 thỏa mãn điều kiện độ võng đàn hồi

* Kiểm tra điều kiện trượt của nền đường

Bảng 7.6: Kiểm tra điều kiện trượt của nền đường

E tb ’ (Mpa) Cấp phối đá dăm loại

Cấp phối đá dăm loại I 300 300 1, 20

Ta có : E’ TB = 275,37 (MPa) Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh Xét đến hệ số điều chỉnh H f D

Tra Bảng 3-6 [1] được  = 1,194 Vậy E tb dc .E tb ' = 1,194 x 275.36 328,78(MPa) Điều kiện kiểm tra: ax av tr tt cd

+ Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất T ax :

H dc tb Tra toán đồ hình 3.3 [1]   0 , 0132 p

+ Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân T av :

H Tra toán đồ hình 3.4 [1]  T av = - 0,0019 (MPa)

+ Xác định trị số lực dính tính toán Ctt :

Trị số C tt được xác định theo biểu thức: C tt = C.K 1 K 2 K 3 (7.19)

C : Lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém kết dính, C = 0,032 (MPa)

K 1 : Hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém kết dính chịu tải trọng động và gây dao động, K1 = 0,6

K 2 : Hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu Do số trục xe tính toán N TT = 155,04 (trục/làn.ngđ)