giáo trình thiết kế đường

1 TỔNG CÔNG TY XÂY DỰNG TRƯỜNG SƠN TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ 2 NĂM 2007 TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ NGUYỄN TIẾN SỸ THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ Tài liệu dùng cho giảng dạy và học tập hệ THCĐ thời gian đào tạo 24 tháng 3 HÀ TÂY - NĂM 2007 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang Chương 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Vai trò của đường ô tô trong giao thông vận tải 1.2 Các bộ phận của đường ô tô 1.3 Quan hệ giữa ô tô và đưòng 1.4 Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005 Chương 2 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG 2.1 Những khái niệm cơ b ản 2.2 Thiết kế các yếu tố kỹ thuật trong đường cong nằm 2.3 Sự phối hợp giữa đoạn thẳng và đoạn cong trên bình đồ 2.4 Phối hợp giữa tuyến đường và cảnh quan Chương 3 THIẾT KẾ TRÊN MẶT CẮT DỌC TUYẾN ĐƯỜNG 3.1 Định nghĩa và yêu cầu của mặt cắt dọc 3.2 Chọn độ dốc và chiều dài dốc 3.3 Thiết kế đường cong đứng 3.4 Giảm độ dốc dọc trên đường cong nằm có bán kính nhỏ 3.5 Trắc dọc ở những nơi có công trình nhân tạo 3.6 Các phương pháp thiết kế trắc dọc Chương 4 THI ẾT KẾ MẶT CẮT NGANG NỀN ĐƯỜNG 4.1 Khái niệm về mặt cắt ngang nền đường 4.2 Các quy định về mặt cắt ngang (Theo TCVN 4054 - 2005) 4.3 Các yêu cầu chung khi thiết kế nền đường 4.4 Đất đắp nền đường 4.5 Thiết kế mặt cắt ngang nền đường 4.6 Các loại biến dạng của nền đường 4.7 Gia cố ta luy Chương 5 TÍNH KHỐI LƯỢNG NỀN ĐƯỜNG,ĐIỀU PHỐI VÀ VẬN CHUYỂN ĐẤT 5.1 Tính khối lượng đất đá 5.2 Điều phối và vận chuyển đất đá Chương 6 THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC 6.1 Quy hoạch hệ thống các công t r ình thoát nước 6.2 Hệ thống thoát nước mặt 6.3 Hệ thống thoát nước ngầm 4 Chương 7 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG 7.1 Yêu cầu chung và cấu tạo kết cấu áo đường 7.2 Phân loại áo đường 7.3 Thiết kế cấu tạo áo đường mềm 7.4 Tính toán cường độ và bề dày áo đường mềm 7.5 Thiết kế áo đường cứng (áo đường bê tông xi măng) Chương 8 KHẢO SÁT TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ 8.1 Mục đích, nhiệm vụ và các giai đoạn khảo sát đường ô tô 8.2 Khả o sát để lập báo cáo tiền khả thi và lập báo cáo khả thi 8.3 Khảo sát để lậ p thiết kế kỹ thuật (Hoặc TKKT thi công) 8.4 Khảo sát để lậ p thiết kế b ản vẽ thi công 8.5 Khảo sát đường hiện hữu TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập trong nhà trường và kịp thời cập nhật những tiêu chuẩn, quy trình mới vào trong quá trình giảng dạy, trường THCĐ &DN tổ chức biên soạn và chỉnh lý lại giáo trình: Thiết kế đường ô tô dùng cho hệ THCN ngành c ầu đường bộ, với thời gian đào tạo 24 tháng. 5 Giáo trình thiết kế đường ô tô gồm 8 chương được biên soạn và chỉnh lý theo chương trình đào tạo THCĐ 24 tháng đã được Tổng giám đốc TCTXD Trường Sơn phê duyệt. Trong quá trình biên soạn và chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô lần này, chúng tôi đã cố gắng lược bỏ và bổ sung những nội dung cần thiết, cô đọng, vận dụng các quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật mới nhất vào từng phần để có cu ốn sách sát với thực tế. Quá trình biên soạn và chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô chúng tôi đã nhận được sự tham gia đóng góp những ý kiến quý báu của các đồng chí cán bộ giáo viên trong nhà trường: Đặng Công Tôn; Nguyễn Văn Bản; Nguyễn Đình Hoàng; Nguyễn Văn Doanh và các đồng nghiệp khác trong nhà trường. Dù đã được chỉnh lý và biên soạn lại nhưng chắc không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp c ủa đông đảo các bạn trong và ngoài nhà trường. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Cầu Đường –Trường THCĐ&DN. Chúng hết sức cảm ơn những ý kiến đóng góp của các bạn. Tháng 1 1năm 2007 TÁC GIẢ MỞ ĐẦU Thiết kế đường ô tô là môn học chuyên ngành trong chương trình đào tạo kỹ thuật viên ngành cầu đường bộ. Nội dung môn h ọc nghiên cứu các nguyên lý và phương pháp thiết kế tuyến đường, các công trình trên đường để đảm bảo cho 6 đường ô tô thực hiện vai trò của nó trong hệ thống giao thông vận tải một cách tốt nhất. Nội dung môn học bao gồm: -Những khái niệm chung về đường ô tô: Các bộ phận của đường; Quan hệ giữa ô tô và đường; Một số trích dẫn trong TCVN 4054-2005. -Phương pháp thiết kế: Bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cátd ngang và nền đường, thiết kế thoát nước, thiết kế mặt đường mềm (đố i với mặt đường cứng chỉ có tính chất giới thiệu). -Cách tính toán khối lượng nền đường, cách điều phối và vận chuyển đất. -Nội dung công tác khảo sát tuyến đường ô tô. Môn học có thời gian 80 tiết gồm 7 chương ( chương 8 được giới thiệu trong phần thực tập khảo sát thiết kế) và để bổ trợ, ứng dụng vào thực tiễn sau đó là chương trình khả o sát thiết kế tại hiện trường với thời gian 3 tuần. Cụ thể như sau: -Một số khái niệm chung về đường ô tô. -Thiết kế bình đồ tuyến đường. -Thiết kế trên mặt cắt dọc tuyến đường. -Thiết kế mặt cắt ngang nền đường. -Tính khối lượng nền đường, điều phối và vận chuyển đất. -Thiết kế thoát nướ c. -Thiết kế áo đường. Vì môn học “Thiết kế đường ô tô” là một môn khoa học có tính chất tổng hợp và nội dung của nó đề cập đến nhiều vấn đề nên khi học và làm công việc thiết kế đường cũng phải có quan điểm tổng hợp, xét toàn diện các nhân tố ảnh hưởng, không chỉ nặng về tính toán mà phải chú trọng cả các biện pháp cấu tạo, biện pháp kỹ thuậ t, không chỉ đáp ứng các yêu cầu đối với đường một cách cứng nhắc mà phải giải quyết trong điều kiện thiên nhiên cụ thể. Phải có quan điểm kinh tế - kỹ thuật – xã hội, nghĩa là tiết kiệm trên cơ sở đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu phục vụ rộng rãi của đường, phải luôn luôn ghi nhớ mục tiêu thiết kế đường là an toàn – tiện l ợi – kinh tế. Nhưng trong phạm vi giáo trình này với mục đích đặt ra của môn học là trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản nhất trong công tác thiết kế, biết vận dụng các quy trình quy phạm để thiết kế một tuyến đường không phức tạp, nên không đi sâu vào một số vấn đề có tính chất chuyên sâu. Khi nghiên cứu môn học này học viên đã được trang bị những kiến thức cơ b ản của các môn học như: Đo đạc công trình; Vật liệu xây dựng; Thuỷ lực thuỷ văn; Vẽ kỹ thuật… đó là cơ sở cho học viên tiếp thu kiến thức của giáo trình này. Đồng thời với việc nắm vững kiến thức học viên phải biết vận dụng vào trong thực hành thực tập khảo sát thiết kế đường, cũng như trong thực tế thi công cầu đường ở công trường hiện nay. Ngoài ra để hoc tập tốt môn học này, học viên cần tham khảo thêm các tài liệu sau: -Các tiêu chuẩn về thiết kế đường ô tô. 7 -Các định hình thiết kế cống, tường chắn… -Các bản vẽ thiết kế hiện hành. CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 8 1.1 Vai trò của đường ô tô trong giao thông vân tải: Trong các hình thức vận tải: Vận tải thuỷ, vận tải hàng không, vận tải đường sắt,vận tải đường bộ thì vận tải đường bộ là một bộ phận rất quan trọng của ngành vận tải. Vận tải đường bộ chủ yếu là đường ô tô có vai trò quan trọng bởi có các đặc điểm sau: -Có tính cơ động cao và vận chuy ển trực tiếp không cần qua các phương tiện trung gian. - Đường ô tô đòi hỏi vốn đầu tư ít hơn đường sắt, độ dốc dọc lớn hơn nên đi được đến các nơi có địa hình hiểm trở. Vì vậy về mặt chính trị, quốc phòng đây là một ngành vận tải rất quan trọng. -Tốc độ vận tải khá lớn nhanh hơn đường thuỷ, tương đương đườ ng sắt, ở cự ly ngắn trên các trục đường cấp cao có thể cạnh tranh với hàng không. - Cước phí vận tải rẻ hơn nhiều so với đường hàng không nên lượng vận chuyển hành khách và hàng hoá bằng đường bộ chiếm tỷ trọng lớn . Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của vận tải ô tô là tai nạn giao thông cao. Hàng năm số người chết, bị thương vẫn không giảm và có xu hướng tăng lên. Theo th ống kê của tổ chức y tế thế giới WHO hàng năm trên thế giới có 1,2 triệu người chết và hàng chục triệu người bị thương, ở nước ta trong những năm gần đây mặc dù hệ thống đường bộ đã được đầu tư đáng kể nhưng tai nạn giao thông hàng năm vẫn cướp đi hàng chục nghìn sinh mạng mỗi năm. Từ những đặc đ iểm trên người làm công tác thiết kế phải có giải pháp cần thiết phù hợp để thiết kế tuyến đường cho các phương tiện tham gia giao thông trên đường được an toàn, thuận lợi, kinh tế, giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông . 1.2 Các bộ phận của đường ô tô: * Khái niệm về đường ô tô: Đường ô tô là sản phẩm của nghành xây dựng các công trình giao thông, là một dải trong không gian gồm nhiều bộ phận , là tổng hợp các công trình và các trang thiế t bị nhằm phục vụ giao thông trên đường được nhanh chóng thuận tiện, an toàn. Thông thường một truyến đường ô tô thường được thể hiện trên 3 bản vẽ cơ bản: Bình đồ, Mặt cát dọc, Mặt cắt ngang. Nội dung cụ thể và việc thiết kế các bản vẽ sẽ được lần lượt nghiên cứu ở các chương sau. Để thuận lợi cho việc thiết kế tuyến đườ ng cần phải nắm được các bộ phận cơ bản của đường ô tô thông qua việc xét một mặt cắt ngang đường (Hình 2- 1) 9 1.Phần xe chạy 5.Nền đường 2.Lề đường 6.Tim đường 3. Mái đường 7.Vai đường 4.Dải đất ven đường 8.Mép phần xe chạy 9.Đỉnh mui luyện 1.2.1. Tim đường: Tim đường là trục đối xứng của nền đường và mặt đường (Trừ trường hợp trong đường cong phải mở rộng mặt đường và nền đường). Nối các điểm tim đường trong một đoạ n tuyến thành tuyến đường của đoạn tuyến đó. Tập hợp các điểm tim đường là đường cong trong không gian, nó gồm các đoạn thẳng nối tiếp với các đoạn cong (Trên bình đồ) và những đoạn bằng đoạn dốc (Trên cắt dọc). 1.2.2 Phần xe chạy: Còn gọi là phần mặt đường, là bộ phận quan trọng nhất của đường do phải chịu tác dụ ng trực tiếp của xe chạy và tác dụng của thiên nhiên nên thường được tăng cường bằng các loại vật liệu khác nhau. Mặt đường gồm một số nguyên các làn xe: từ 1 hoặc nhiều làn xe tuỳ theo cấp kỹ thuật của đường ô tô (Bề rộng một làn xe từ 2,75 m - 3,75m) 1.2.3 Nền đường: Nền đường là phần nền tảng của xe chạy, là bộ phận chống đỡ đảm bảo c ường độ của phần xe chạy được ổn định và chịu tác dụng của nhân tố tự nhiên. Nền đường bao gồm: phần xe chạy, lề đường; khi cần thiết có bố trí giải phân cách, các làn xe phụ…. 1.2.4. Lề đường: Trên bề mặt nền đường hai bên phần xe chạy là lề đường. Lề đường có tác dụng chắn giữ các vật liệu đã xây đắp thành mặt đường, là chỗ đỗ xe tạm thời, chỗ dành cho xe thô sơ và người qua lại lề đường tối thiểu rộng 1,5m và có thể có gia cố nhưng phần lề đất tối thiểu phải đạt 0,5m. 5 6 8 21 9 7 3 2 4 h×nh 1-1 10 1.2.5. Mép mặt đường: Là đường ranh giới giữa lề đường và mặt đường. 1.2.6. Ta luy đường: Phần giới hạn hai bên bề mặt nền đường gọi là mái đường (Ta luy).Tuỳ theo điều kiện địa hình và thiết kế mà có ta luy đào hay ta luy đắp. Độ dốc mái ta luy căn cứ vào vào chiều cao đào đắp, địa chất, khí hậu, thuỷ văn 1.2.7. Mốc lộ giới: Là chỗ cọc mốc được cắm ở mép ngoài cùng của khoảng đất hành lang đường bộ theo chiều ngang đường. 1.3 Quan hệ giữa ô tô và đường 1.3.1 Tác dụng của ô tô trên mặt đường: 1.3.1.1 Tác dụng của lực thẳng đứng (Trọng lực của ô tô): Lực thẳng đứng bao gồm tự trọng và tải trọng của ô tô tác dụng xuống mặt đường và nền đường thông qua mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Áp lực đơn v ị trên mặt tiếp xúc phụ thuộc vào sự lớn, nhỏ của tải trọng và áp lực không khí trong bánh xe. Tác dụng của lực thảng đứng thường gây cho mặt đường bị lún và rạn nứt. 1.3.1.2. Sự hãm xe: Khi tham gia giao thông trên đường trong nhiều tình huống phải hãm xe, khi hãm xe lực hãm lớn nhất phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa lốp xe với mặt đường và có trị số: P h = T max =   G trong đó: : hệ số ma sát G: Trọng lượng của toàn bộ ô tô Khi hãm xe tất cả các lực cản đều tham gia vào nhưng đều không đáng kể, chỉ đáng kể là dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4% chiều dài hãm xe tăng lên đáng kể, lúc đó: : P h = T max  P i = .G  i.G = G(  i) Dấu (+) khi xe lên dốc, dấu (- ) khi xe xuống dốc 1.3.1.3. Lực cản lăn: Khi xe chạy tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực cản lăn. Lực này tác dụng ngược chiều với chiều chuyển động của xe .Lực cản lăn là một loại ma sát giữa lốp xe và mặt đường, sinh ra do biến dạng của l ốp xe và biến dạng của mặt đường làm cản trở xe chạy, do chấn động và xung kích khi xe chạy trên mặt đường không bằng phẳng, do ma sát trong các ổ trục bánh xe khi xe chạy. Theo thực nghiệm lực cản lăn tỷ lệ thuận với trọng lượng tác dụng trên bánh xe : P f =fG (Kg) Trong đó: G: Tải trọng tác dụng trên bánh xe (Kg). [...]... dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN4054-2005 về một số quy định các yêu cầu thiết kế đường ô tô Trong yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005chỉ quy định về thiết kế xây dựng mới, cải tạo và nâng cấp đường ô tô Các đường chuyên dụng như: đường cao tốc, đường công nghiệp, đường lâm nghiệp và các loại đường khác được thiết kế theo tiêu chuẩn ngành 12 1.4.1 Các yêu cầu thiết kế: - Không... trên chức năng và lưu lượng thiết kế của tuyến đường trong mạng lưới giao thông và được quy ddịnh theo Bảng 1-5 Bảng 1-5 Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng của đường và lưu lượng thiết kế Cấp thiết kế của đường Cao tốc Lưu lượng xe thiết kế (xcqđ/nđ) 25000 Cấp I 15000 Cấp II 6000 Cấp III 3000 Chức năng của đường Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729-1997 Đường trục chính nối các... tại chỗ 3.Các yêu cầu thiết kế, xe thiết kế và lưu lượng xe thiết kế ược quy định trong TCVN 4054-2005 như thế nào? 4 Việc chọn cấp thiết kế của đường phải dựa vào những yếu tố nào? Tốc độ thiết kế là gì? Tốc độ thiết kế có đồng nhất với tốc độ lưu hành không? 15 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG 2.1 Những khái niệm cơ bản 2.1.1 Khái niệm: Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường trên địa hình,... đứng dọc theo tim đường đem duỗi thẳng gọi là trắc dọc của tuyến Trắc dọc được thể hiện bằng những đoạn thẳng và đoạn cong ( đường cong đứng ) có ghi rõ cao độ của tuyến đường -Đường nối cao độ tự nhiên gọi là đường đen - Đường nối cao độ thiết kế gọi là đường đỏ +Cao độ thiết kế : là cao độ của mép ngoài lề đường (khi đã thi công xong ) Nếu đường có giải phân cách giữa cao độ thiết kế là cao độ tim... tuyến đường: Như đã trình bày ở trên, tuyến đường thể hiện trên bản vẽ bình đồ có rất nhiều các yêu tố Trước đây các bản vẽ bình đồ đều được thiết kế bằng phương pháp thủ công, nhưng hiện nay nhờ có các phần mềm thiết kế chuyên dụng nên đã nâng cao được tính chính xác và phối hợp với các bản vẽ khác để kiểm tra trong quá trình thiết kế Do nội dung của chương trình nên ở đây không trình bày cách thiết kế. .. III) nên tránh qua đô thị Các đường tiếp nối vào thành phố cần phải dựa vào quy hoạch để thiết kế -Nhất thiết phải xét các phương pháp đầu tư phân kỳ -Hành lang bảo vệ đường ô tô được thực hiện theo các quy định hiện hành 1.4.2 Xe thiết kế: 1.4.2.1 Xe thiết kế: Xe thiết kế là loại xe phổ biến trong dòng xe để tính toán các yếu tố của đường Việc lựa chọn loại xe thiết kế do người có thẩm quyền đầu tư... thuật chủ yếu của đường trong trường hợp khó khăn Tốc độ này khác với tốc độ cho phép lưu hành trên đường của cơ quan quản lý đường Tốc độ lưu hành cho phép phụ thuộc vào tình trạng thực tế của đường (khí hậu, thời tiết, tình trạng đường, điều kiện giao thông…) Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo địa hình, được quy định trong Bảng 1-6 Bảng 1-6 Tốc độ thiết kế của các cấp đường Cấp thiết kế Địa hình I... điều kiện làm việc của người lái và điều kiện lữ hành của hành khách 17 2.1.4 Nội dung thiết kế bình đồ tuyến đường: Trên bình đồ tuyến đường gồm các đoạn thẳng và đoạn cong nối tiếp nhau, nên công tác thiết kế bình đồ đề cập đến trong giáo trình này là: Thiết kế các phần xây dựng thêm trên đường cong (đặc biệt là các đường cong có bán kính nhỏ) để chống lại lực ly tâm, nối tiếp hài hoà các đoạn thẳng,... thiết kế của đường: Phân cấp thiết kế là bộ khung các quy cách kỹ thuật của đường nhằm đạt tới: -Yêu cầu về giao thông đúng với chức năng của con đường trong mạng lưới giao thông -Yêu cầu về lưu lượng xe thiết kế cần thông qua (chỉ tiêu này được mở rộng vì có những trường hợp đường có chức năng quan trọng nhưng lượng xe không nhiều hoặc tạm thơì không nhiều xe) -Căn cú vào địa hình, mỗi cấp thiết kế. .. đồi núi, mặt nước, ccác công trình kiến trúc để tạo cảnh quan cho đường + Tuyến đường phải là công trình bổ sung cho cảnh quan xung quan, cần tránh việc tuyến đường cắt nát địa hình, không phù hợp với địa hình xung quanh + Quá trình thiết kế cần khuyến khích kiểm tra bằng mô hình không gian ba chiều giữa các yếu tố của tuyến đường và cảnh quan xung quanh 31 Chương 3: thiết kế tuyến trên hình cắt dọc . 7 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG 7.1 Yêu cầu chung và cấu tạo kết cấu áo đường 7.2 Phân loại áo đường 7.3 Thiết kế cấu tạo áo đường mềm 7.4 Tính toán cường độ và bề dày áo đường mềm 7.5 Thiết kế áo đường. kế bình đồ tuyến đường. -Thiết kế trên mặt cắt dọc tuyến đường. -Thiết kế mặt cắt ngang nền đường. -Tính khối lượng nền đường, điều phối và vận chuyển đất. -Thiết kế thoát nướ c. -Thiết. yêu cầu thiết kế, xe thiết kế và lưu lượng xe thiết kế ược quy định trong TCVN 4054-2005 như thế nào? 4. Việc chọn cấp thiết kế của đường phải dựa vào những yếu tố nào? Tốc độ thiết kế là