ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐƯỜNG KHÓA 2009 ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

Khi xây dựng nền đường có thể lấy đá tại các mỏ đá đã thăm dò có mặt tại địa phương với điều kiện các mỏ đá này đã được thí nghiệm để xác định phù hợp với khả năng xây dựng công trình..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

KHOA CÔNG TRÌNH -–«— -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ ĐƯỜNG ÔTÔ

GVHD : Th.S TRẦN VĂN PHÚC SVTH : ĐỖ VĂN PHÚC

LỚP : CD09LT MSSV : 09L1110043

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2012

CHƯƠNG 1

TÌNH HÌNH CHUNG CỦA KHU VỰC XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG VÀ

SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

Giao thông là ngành giữ một vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vì đó là “mạch máu” của đất nước Với vai trò quan trọng như vậy nhưng mạng lưới giao thông ở nước ta hiện nay nhìn chung còn hạn chế Phần lớn chúng ta sử dụng những tuyến đường cũ, mà những tuyến đường này không thể đáp ứng được nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa lớn như hiện nay Vì vậy trong thời gian vừa qua cũng như trong tương lai, giao thông vận tải đã và sẽ được Đảng và Nhà nước quan tâm để phát triển mạng lươí giao thông vận tải rộng khắp, nhằm phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, cũng như việc phát triển vùng kinh tế mới phục vụ nhu cầu đi lại của nhân dân

Trong những năm gần đây, với chính sách mở cửa, tạo điều kiện cho sự giao lưu kinh tế giữa nước ta cùng các nước trên thế giới, đã làm cho mạng lưới giao thông hiện có của nước ta lâm vào tình trạng quá tải, không đáp ứng kịp nhu cầu lưu thông ngày càng cao của xã hội Nên việc cải tạo, nâng cấp, mở rộng các tuyến đường sẳn

có và xây dựng mới các tuyến đường ôtô ngày càng trở nên cần thiết Đó là tình hình giao thông ở các đô thị lớn, còn ở nông thôn và các vùng kinh tế mới, mạng lưới giao thông còn mỏng, chưa phát triển điều khắp, chính điều này đã làm cho sự phát triển kinh tế văn hoá giữa các vùng là khác nhau rõ rệt

Hiện nay khi đất nước ta đã chính thức trở thành thành viên của tổ chức thương mại thế giới thì việc thu hút các nhà đầu tư nước ngoài ngày càng nhiều Chính điều này đã làm cho tình hình giao thông vốn đã ách tắc ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn

Dự án thiết kế mới tuyến đường A – B thuộc tỉnh Lâm Đồng, đây là tuyến đường có ý nghĩa rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế địa phương nói riêng và

cả nước nói chung, dự án nhằm khai thác khả năng của khu vực Tuyến được xây dựng trên cơ sở những đòi hỏi và yêu cầu của sự phát triển kinh tế xã hội và giao lưu kinh tế văn hoá giữa các vùng dân cư mà tuyến đi qua Sau khi tuyến được xây dựng

sẽ góp phần thúc đẩy nền kinh tế quốc dân, cũng cố và đảm bảo an ninh quốc phòng Tuyến được xây dựng ngoài công việc chính yếu là vận chuyển hàng hoá phục vụ đi

lại của người dân mà còn nâng cao trình độ dân trí của người dân khu vực lân cận tuyến Sự phối hợp này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình đầu tư xây dựng tuyến đường

Tóm lại, cơ sở hạ tầng của nước ta chưa thể đáp ứng kịp nhu cầu ngày càng cao của xã hội Do vậy, ngay bây giờ, việc phát triển mạng lưới giao thông vận tải trong cả nước là điều hết sức quan trọng và vô cùng cấp bách

1.2 TÌNH HÌNH CHUNG CỦA TUYẾN ĐƯỜNG:

1.2.1 Tình hình văn hoá, chính trị :

Về chính trị thì trật tự ổn định, ở đây có nhiều dân sinh sống, mức sống và văn hoá vùng này tương đối thấp, đời sống văn hóa, sinh hoạt giải trí chưa cao Việc học của người dân đi lại thật khó khăn vào những mùa mưa, việc vận chuyển nông sản,hàng hóa còn nhiều hạn chế, chủ yếu là dùng gia súc để kéo Vì vậy khi tuyến đường được xây dựng sẽ tạo điều kiện phát triển, hơn nữa bệnh viện, trường học, khu vui chơi giải trí…, trình độ dân trí càng được cải thiện hơn

1.2.2.Tình hình kinh tế dân sinh :

Tuyến đi qua có dân số đang gia tăng là địa hình đồng bằng có nhiều chỗ là đồi, nghề nghiệp chính của họ là làm rẫy và chăn nuôi, các cây trồng chính ở đây chủ yếu là cây cao su, đậu phộng, cà phê…, việc hoàn thành tuyến đường này sẽ giúp cho đời sống và kinh tế vùng này được cải thiện đáng kể

1.2.3.Đặc điểm về địa hình, địa mạo :

Độ chênh cao giữa hai đường đồng mức kề nhau là ∆h = 5m Địa hình vùng này tương đối thuận lợi

Dòng chảy tập trung không lớn, lưu vực xung quanh ít ao hồ nên việc thiết kế các công trình thoát nước đều tính lưu lượng vào mùa mưa là chủ yếu

Phần lớn tuyến đi men theo sườn dốc và ven sông, có những chỗ tuyến phải ôm sát vực Nói chung khi thiết kế tuyến thì độ dốc không lớn lắm vì địa hình là đồng bằng

và đồi

Địa mạo tuyến men theo triền đồi, xung quanh chủ yếu rừng cây nhỏ và đồi cỏ, cây xanh dân cư sống thưa thớt không qua vườn cây ăn trái nhưng có thể qua vùng nương rẩy (ít) Như vậy khi xây dựng tuyến giảm được chi phí đền bù giải toả cho việc triển khai dự án sau này, qua khảo sát thực tế ta có thể lấy đất từ nền đào gần đó hoặc đất từ thùng đấu ngay bên cạnh đường để xây dựng nền đất đấp rất tốt

1.2.4.Đặc điểm về địa chất thuỷ văn :

Ở khu vực này chỉ có nước mặt, hầu như không thấy nước ngầm Dọc theo khu vực mà tuyến đi qua có một vài nhánh sông, kênh, suối có nước theo mùa Vào mùa khô thì tương đối ít nước, nhưng vào mùa mưa thì nước ở các nhánh sông tương đối lớn có thể gây ra lũ nhỏ

Tại các khu vực suối nhỏ(suối cạn) ta có thể đặt cống hoặc làm cầu nhỏ, với những suối lớn hoặc sông để vượt qua cần phải làm cầu

Địa chất ở hai bên các nhánh sông, kênh này ít bị xói lở, tương đối thuận lợi cho việc thi công công trình thoát nước và cho toàn bộ công trình Ở khu vực này không có khe xói

1.2.5.Vật liệu xây dựng :

Trong công tác xây dựng, các vật liệu xây dựng đường như đá, cát, đất … chiếm một số lượng và khối lượng tương đối lớn Để làm giảm giá thành khai thác và vận chuyển vật liệu cần phải cố gắng tận dụng vật liệu có tại địa phương đến mức cao

nhất

Khi xây dựng nền đường có thể lấy đá tại các mỏ đá đã thăm dò có mặt tại địa phương (với điều kiện các mỏ đá này đã được thí nghiệm để xác định phù hợp với khả năng xây dựng công trình) Nói chung, vật liệu xây dựng cũng có ảnh hưởng rõ rệt đến thi công Ngoài ra còn có những vật liệu phục vụ cho việc làm láng trại như tre, nứa, gỗ …vv Nói chung là sẵn có nên thuận lợi cho việc xây dựng nhà cửa, láng trại cho công nhân

Đất để xây dựng nền đường có thể lấy ở nền đường đào hoặc lấy ở mỏ đất gần

vị trí tuyến (với điều kiện đất phải được kiểm tra xem có phù hợp với công trình), cát

có thể khai thác ở những bãi dọc theo suối

1.2.6.Đăc điểm địa chất :

Địa chất ở vùng tuyến đi qua rất ổn định Dọc theo các con suối có nhiều bãi cát, sỏi có thể dùng làm mặt đường và các công trình trên đường, ở vùng này hầu như không có hiện tượng đá lăn, không có những hang động cát-tơ và không có hiện tượng sụt lở Địa chất vùng này rất tốt thuận lợi cho việc xây dựng tuyến

1.2.7.Tình hình khí hậu trong khu vực :

Khu vực tuyến A - B đi qua là vùng núi, có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nắng

nhiều mưa ít Khu vực tuyến chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc phân biệt thành 2 mùa rõ rệt:

- Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9

- Mùa nắng từ tháng 10 đến tháng 3 Vùng này thuộc khu vực mưa rào, chịu ảnh hưởng của gió mùa khô Vì vậy phải chú ý chọn thời điểm xây dựng vào mùa nắng tốt

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU

CỦA KỸ THUẬT CỦA TUYẾN ĐƯỜNG

2.1 CÁC TIÊU CHUẨN DÙNG TRONG TÍNH TOÁN:

Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường mềm TCN211 - 06

2.2 XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT& CẤP QUẢN LÝCỦA TUYẾN ĐƯỜNG:

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế tuyến đường qua hai điểm A - B, căn cứ vào mục đích

và ý nghĩa của việc xây dựng tuyến, cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường dựa vào các yếu tố sau:

- Giao thông đúng với chức năng của đường trong mạng lưới giao thông

- Địa hình khu vực tuyến đi qua

- Hiệu quả tốt về kinh tế, chính trị, xã hội của tuyến

- Khả năng khai thác của tuyến khi đưa vào sử dụng trong điều kiện nhất định

- Lưu lượng xe thiết kế cần thông qua

2.2.1 Số liệu thiết kế ban đầu gồm:

- Bình đồ tỷ lệ 1:10000

- Địa hình thuộc vùng đồng bằng và đồi

- Độ chênh cao giữa hai đường đồng mức : ∆h = 5m

- Lưu lượng xe đang năm hiện tại : 372 xe/ngày đêm

Lưu lượng xe thiết kế : lưu lượng xe thiết kế là số xe con quy đổi từ các loại xe

khác, thông qua một mặt cắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tính toán tương lai Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi đưa đường vào sử dụng đối với đường cấp I và II; năm thứ 15 đối với đường cấp III và IV; năm thứ 10 đối với đường cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo

2.2.2 Xác định cấp hạng kỹ thuật :

2.2.2.1 Lưu lượng xe con quy đổi hiện tại : ( N 0 )

- Lưu lượng xe thiết kế năm hiện tại N = 372 xe/ngđ

- Hệ số quy đổi từ các loại xe ra xe con theo Bảng 2 TCVN 4054-05 đối với khu vực đồng bằng và đồi như sau :

Loại xe Xe máy Xe con Xe tải nhẹ

Gaz-51A

Xe tải vừa Zil-130

Xe tải nặg Maz-200

Xe rơ mooc

Xe con quy đổi tương ứng với từng dòng xe như sau:

Hệ Số Quy Đổi Xe Con

Quy Đổi Hiện Tại

Kiến nghị: Với tuyến đường làm mới và khả năng đáp ứng cho giao thông trong

thời gian dài t = 15 năm, Với : N15 < 3000 (xcqđ/ngđ) và tốc độ tăng trưởng như trên cũng như vì tuyến đường sau này sẽ kết nối với tuyến đường quốc lộ nên lượng xe trong tương lai sẽ tăng lên đột biến

Dựa vào Bảng 3 TCVN 4054-05, ta kiến nghị chọn :

Cấp thiết kế của đường chọn là cấp III đồi núi

2.2.2.3 Xác định tốc độ thiết kế :

Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ 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 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 điều kiện địa hình Việc phân biệt địa hình được phân biệt dựa trên cơ sở dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn núi như sau : Đồng bằng và đồi ≤ 30%, núi > 30%

Dựa theo Bảng 4 TCVN 4054-05, đối với đường cấp thiết kế là cấp III, địa hình là

khu vực miền núi = > Tốc độ thiết kế Vtk = 60 (Km/h)

2.3 XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN :

2.3.1 Chỉ tiêu kỹ thuật cho mặt cắt ngang:

2.3.1.1 Yêu cầu chung đối với việc thiết kế bố trí mặt cắt ngang đường ôtô:

Việc bố trí các bộ phận gồm phần xe chạy, lề, dải phân cách, đường bên và các làn

xe phụ( làn phụ leo dốc, làn chuyển tốc) trên mặt cắt ngang đường phải phù hợp với yêu cầu tổ chức giao thông nhằm đảm bảo mọi phương tiện giao thông ( ôtô các loại, xe máy,

xe thô sơ) cùng đi lại được an toàn, thuận lợi và phát huy được hiệu quả khai thác của đường Tùy theo cấp thiết kế của đường và tốc độ thiết kế, việc bố trí các bộ phận nói trên phải tuân thủ các giải pháp tổ chức giao thông qui định ở

Bảng 5 TCVN 4054-05

Chiều rộng tối thiểu của các yếu tố trên mặt cắt ngang đường được qui định tùy

thuộc cấp thiết kế và đảm bảo năng lực thông xe

2.3.1.2.Xác định số làn xe:

Phần xe chạy gồm một số nguyên các làn xe Con số này nên là số chẳn, trừ trường

hợp chiều xe có lưu lượng chênh lệch đáng kể hoặc có tổ chức giao thông đặc biệt

Số làn xe chạy được xác định tùy thuộc cấp đường đồng thời phải được kiểm tra

theo công thức

lth N

* Z cñgio

N

N LX =

Trong đó :

- Nlx : số làn xe yêu cầu, được lấy tròn

- Ncđgio : lưu lượng xe chạy thiết kế giờ cao điểm, khi không có nghiên cứu đặc biệt Ncđgio được tính như sau:

Ncđgio =(0.1 4 0.12)*Ntbnđ

Ncđgio = 0.12×1735 = 209 (xcqđ/h)

- Nlth : năng lực thông hành thực tế, khi không có nghiên cứu, tính toán, có thể lấy như sau:

Giả sử số làn xe Nlx < 4 khi đó theo Bảng 5 TCVN 4054-05 thì mặt cắt ngang

đường không cần dãy phân cách giữa hai chiều làn xe

- Khi không có dải phân cách trái chiều và ôtô chạy chung với xe thô sơ :

Cấp thiết kế của đường là cấp III Tốc độ thiết kế : 60 (Km/h)

= > Số làn xe dành cho xe cơ giới là 2 làn

@ Kết luận : Vậy bề rộng của mặt đường 2 làn xe là 6,00 m

Chiều rộng tối thiểu của lề đường 1,5m và lề gia cố 1,0 m Chiều rộng tối thiểu của nền đường là 9,00 m

2.3.2.Xác định độ dốc dọc lớn nhất :

Độ dốc càng lớn thì tốc độ xe chạy càng thấp, tiêu hao nhên liệu càng lớn, hao mòn săm lốp càng nhiều, tức là giá thành vận tải càng cao Khi độ dốc lớn thì mặt đường nhanh hao mòn do ma sát với lốp xe, do nước mưa bào mòn, rảnh dọc mau hư hỏng hơn, duy tu bảo dưỡng cũng khó khăn hơn Tóm lại nếu độ dốc dọc càng lớn thì chi phí khai thác vận doanh tốn kém hơn, lưu lượng xe càng nhiều thì chi phí mặt này càng tăng

Tùy theo cấp thiết kế của đường, độ dốc dọc tối đa được quy định trong điều 5.7

TCVN 4054-05 Khi gặp khó khăn có thể tăng lên 1% nhưng độ dốc dọc lớn nhất không

vượt quá 11% Đường nằm trên cao độ 2000m so với mực nước biển không được làm dốc quá 8%

- Đường đi qua khu dân cư không nên làm dốc dọc quá 4%

- Dốc dọc trong hầm không lớn hơn 4% và không nhỏ hơn 0.3%

- 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)

- Độ dốc dọc lớn nhất có thể được xác định theo điều kiện sức bám và sức kéo của ôtô: keo =

imax Dmaxkeo - fv và bam =

imax Dmaxbam- fv

imax = min(keo bam)

i

imax; max

2.3.2.1 Theo điều kiện sức kéo :

Ta xét xe đang lên dốc và điều kiện để xe chuyển động : D ≥ f + i

= > imaxkeo =Dmaxkeo − f v

imax cho từng loại xe ứng với vận tốc thiết kế V = 60(km/h) như sau :

Loại xe Vận tốc (Km/h) Cấp số Dmax imaxkeo(%)

Nhận xét : Ta nên thiết kế đường với độ dốc dọc của xe chiếm đa số, ở đây xe tải

3 trục chiếm đa số (21.75%) nhưng imaxkeo = 1.9% Ta thấy đối với tuyến ở miền núi có độ dốc dọc thường khá lớn nên một số xe không thể chạy đạt được vận tốc thiết kế ở cấp số

IV hoặc V ứng với mỗi loại, vì vậy xe phải chuyển xuống số thấp hơn để leo được dốc ở các cấp số thấp hơn thì xe chạy được bình thường Nên ở đây ta chọn imaxkeo = 9.4% vậy buột các xe tải để leo được dốc phải chuyển xuống số nhỏ hơn

Kết Luận: chọn độ dốc dọc thiết kế theo đều kiện về sức kéo để xe vẫn còn chạy được là 9.4%

2.3.2.2.Theo điều kiện sức bám :

Xe chỉ có thể chuyển động khi bánh xe và mặt đường không có hiện tượng trượt

=

bam

imax Dmaxbam- fv Trong đó :

KFV P

13

=Trong đó :

+ K : hệ số sức cản không khí

+ K phụ thuôc vào từng loại xe( xác định theo thực nghiệm)

k = 0,025 ÷ 0,035 đối với xe con Ta chọn k =0,03 + k = 0,04 ÷ 0,06 đối với xe buýt(8T) Ta chọn k =0,05 + k = 0,06 ÷ 0,07 đối với xe tải Ta chọn k =0,065

- Đối với xe tải K = (0.06 - 0.07), ta chọn K = 0,065 (kgs2/m4)

+ F : diện tích cản không khí

+ F = 0.8* B*H + V : tốc độ xe chạy (V = 60 (km/h)

Ta chỉ xét xe chiếm đa số đó là xe buýt (Zil-130) (chiếm 21.75%)

Tra bảng 1 -TCVN4054-05 các kích thước của xe thiết kế

KFV P

* 065

* 73

Để tiện cho việc theo dõi ta lập bảng sau:

Loại xe mi Ki Fi Gi Pwi jd DBmax iBmax

Xe con 0,512 0,03 2,88 1,88 0,024 0,3 0,14 0,12

Xe Tải 2 trục 0,748 0,065 8,00 5,35 0,144 0,3 0,20 0,18

Xe buýt 0,730 0,065 8,00 9,53 0,144 0,3 0,20 0,19

Xe Tải 3 trục 0,697 0,065 8,00 13,63 0,144 0,3 0,20 0,18 Qua tính tốn ở trên ta chọn độ dốc dọc lớn nhất như sau:

doc

imax = min(imaxkeo;imaxbam) = min (9.4% , 19%) = 9.4%

Theo Bảng 15 TCVN 4054-05 với Vtt = 60 km/h, cấp thiết kế là cấp III, khu vực miền núi

2.4.1.Xác định tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định :

Sơ đồ tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định :

S1 Lpư

Hình 2.1: SƠ ĐỒ TẦM NHÌN 1 CHIỀU

Tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định là đoạn đường đủ để người lái xe nhìn thấy chướng ngại vật, sau đó thực hiện hãm phanh và dừng xe cách vật cản một đoạn an toàn

2

* 3.6 254 * ( )

±Trong đó :

+ V = 60 km/h (tốc độ xe chạy)

+ K =1.3 : hệ số xét đến hiệu quả của bộ phận hãm phanh đối với xe tải

+ lat = 5 ÷ 10m, lấy lat = 5m là khoảng cách an toàn

+ ϕd = 0.5 : hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường (giả sử mặt đường bê tông nhựa

ở điều kiện bình thường)

+ i = 0,07 : độ dốc dọc của đường, trường hợp bất lợi nhất là khi xe chạy xuống dốc lấy dấu (-)

- Trường hợp xe ở đoạn đường có i = 0%

i ϕ

i φ

i ϕ

Theo Bảng 10 TCVN 4054 – 05 thì chiều dài tầm nhìn tối thiểu khi xe chạy trước

chướng ngại vật cố định là sTCVN = 75 m

@ Ta chọn S 1 = 75m theo tiểu chuẩn để thiết kế

2.4.2 Xác định tầm nhìn thấy xe ngược chiều :

Sơ đồ tầm nhìn ngược chiều :

Tầm nhìn thấy xe ngược chiều là đoạn đường để hai xe chạy ngược chiều trên

cùng một làn xe và hai tài xế cùng nhìn thấy nhau, cùng thực hiện hãm phanh và

dừng lại cách nhau một khoản an toàn

d

d

K V V

i

ϕ ϕ

Tầm nhìn vượt xe là đoạn đường có chiều dài đủ để người lái xe con vượt qua xe

tải đi cùng chiều ở phía trước bằng cách đi qua làn xe chạy ngược chiều và quay

trở về làn xe của mình một cách an toàn trong điều kiện có xe chạy ngược chiều

khi thực hiện vượt xe

1

254

* 6 3

V V

V V

d

* 254

120

* 2 1 6 3

120

* 60 120

120 120 2

254

* 6 3

*

2 4

2 1 1 1 2 1

1

V V

V V

d vx

ϕ

= 722 m

Ta chọn Svx = 725 m

Theo Bảng 10 TCVN 4054-05 thì chiều dài tầm nhìn vượt xe tối thiểu làsvx tcvn = 350 m

@ Ta chọn S vx = 350 m theo tiêu chuẩn để thiết kế chiều dài vượt xe 2.5.XÁC ĐỊNH BÁN KÍNH ĐƯỜNG CONG NẰM:

Trong trường hợp khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu Khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở lên, và luôn tận dụng địa hình để đảm bảo chất lượng chạy xe tốt nhất

2.5.1.Xác định bán kính đường cong nằm nhỏ nhất ứng với siêu cao (i scmax = 7%) :

Theo TCVN 4054 – 05, đường cấp III, vận tốc thiết kế 60 Km/h

7%

2%

max sc sc

i i

=

=

Hình 2.4: Đường cong nằm và đọan nối siêu cao

) (

* 127

R

max

2 min

Theo Bảng 13 TCVN 4054-05 ứng vận tốc thiết kế Vtk = 60 Km/h thì iscmax = 7%

+ µmax = 0.15 :hệ số lực ngang tính toán cho mặt đường ướt bẩn, và tính toán trong trường hợp khó khăn

= >

) 07 0 15 0 ( 127

60 )

(

* 127 R

2 2

V µ

Ta chọn Rminnam = 125 m theo tiêu chuẩn để thiết kế

2.5.2.Bán kính đường cong nằm không cần làm siêu cao:

) (

* 127 R

2 osc

+ isc = -in (độ dốc ngang tối thiểu thoát nước tùy theo loại vật liệu cấu tạo mặt đường) in = 2% đối với mặt đường bê tông nhựa và do không bố trí siêu cao nên mặt cắt ngang làm hai mái

= >

) 02 0 08 0 (

* 127

60 )

( 127 R

2 2

2.5.3 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm :

Tầm nhìn ban đêm phụ thuộc vào góc phát sáng α theo phương ngang của đèn pha ôtô, thường góc phát sáng theo phương ngang là nhỏ khoảng α = 2ô

Ta có:

α

14159 3

90 min

75

*9014159

.3

2.6 XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TỐI THIỂU CỦA ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP:

Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, phải chịu các thay đổi:

- Bán kính từ ∞ chuyển sang bằng R hữu hạn

- Lực li tâm từ chổ bằng không đạt tới giá trị

Khi vận tốc thiết kế Vtk ≥ 60 Km/h phải bố trí đường cong chuyển tiếp để nối từ đường thẳng vào đường cong

Dựa theo 3 điều kiện sau :

2.6.1 Điều kiện 1 :

Đủ để bố trí đường cong chuyển tiếp (làm cho hành khách không cảm thấy sự thay đột ngột khi xe chạy vào trong đường cong) :

R I

V

L ct

*

* 47

- Đủ để bố trí đoạn nối siêu cao

- Đoạn nối siêu cao ( Lsc) : là đoạn chuyển tiếp từ độ dốc ngang của mặt đường có hai mái nghiêng đến độ dốc siêu cao mặt đường còn một mái

p

sc nsc

i

i B

=Trong đó :

+ B = 6 m (bề rộng của mặt đường).Theo Bảng 7 TCVN 4054-05 đối với đường

cấp III, địa hình vùng núi thì chiều rộng 1 làn là 3m.( đường 2 làn xe)

07.09.06

∆+

=

p

sc nsc

i

i B

@ Vậy ta chọn L nsc = 100m

2.6.3 Điều kiện 3 :

Ngoài hai điều kiện trên chiều dài đường cong chuyển tiếp nhỏ nhất có thông số đường cong A thoả mãn hai điều kiện :

R L A

L R

Lmin = Max(ĐK1, ĐK2, ĐK3)= Max(75 , 100 , 13.89) = 100 m

Theo TCVN 4054-05 thì L ctmin= 70m ứng với bán kính nhỏ nhất

@Ở đây ta chỉ lấy theo tiêu chuẩn để thiết kế nên : L ct = 70 m để thiết kế

2.7 XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI ĐOẠN CHÊM GIỮA HAI ĐƯỜNG CONG :

2.7.1 Chiều dài tối thiểu của đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong cùng chiều :

- Nếu hai đường cong cùng chiều không có siêu cao hay có cùng một đoạn dốc siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau và ta có đường cong ghép

- Khi hai đường cong có siêu cao thì đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí hai nửa đường cong chuyển tiếp

- Nếu điều kiện địa hình không thể dùng đường cong ghép mà vẫn phải giữ đoạn thẳng chêm ngắn thì trên đoạn thẳng đó phải thiết kế mặt cắt ngang một mái từ cuối đường cong này đến đầu đường cong kia

- Trường hợp đoạn thẳng chêm đủ để bố trí đương cong chuyển tiếp thì sau khi bố trí hai đoạn nối siêu cao ,còn đoạn giữa làm trắc ngang hai mái nếu đủ độ dài

@Vậy chiều dài đoạn chêm giữa hai đường cong cùng chiều ta chọn L chêm = 70 m

Đ1

O2O1

Hình 2.5: Chiều dài đoạn chêm giữa 2 đường cong cùng chiều

2.7.2 Chiều dài tối thiểu của đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong ngược chiều :

- Hai đường cong ngược chiều cĩ bán kính lớn khơng yêu cầu làm siêu cao thì

cĩ thể nối trực tiếp với nhau

- Khi hai đường cong cĩ siêu cao thì yêu cầu tối thiểu là cĩ một đoạn chêm, chiều dài tối thiểu đoạn chêm phải đủ bố trí các đường cong chuyển tiếp hoặc đoạn nối siêu cao

Để liên kết các dốc dọc trên mặt cắt dọc, người ta phải dùng các đường cong đứng

để xe chạy điều hòa, thuận lợi, bảo đảm tầm nhìn ban ngày và ban đêm, đảm bảo hạn chế lực xung kích, lực li tâm theo chiều đứng Lần lượt phân tích theo các quan điểm trên chúng ta sẽ có các cơ sở để lựa chọn bán kính đường cong đứng lồi, lõm

Các chổ đổi dốc trên mặt cắt dọc (lớn hơn 1% khi tốc độ thiết kế ≥ 60 Km/h lớn hơn 2% khi tốc độ thiết kế < 60 Km/h) phải nối tiếp bằng các đường cong đứng (lồi và lõm) Các đường cong này có thể là đường cong tròn hoặc parabol bậc 2

Bán kính đường cong đứng phải chọn cho hợp với địa hình, tạo thuận lợi cho xe chạy

và mỹ quan cho đường đồng thời phải thỏa giá trị ghi trong Bảng 19 TCVN 4054-05

2.8.1.Xác định bán kính nhỏ nhất của đường cong đứng lồi :

Đường có xe chạy ngược chiều không có dải phân cách

2 min oài =

Trong đó :

+ h =1.0 m (chiều cao từ mắt người lái xe đến mặt đường)

+ Để Rlồi đạt giá trị nhỏ nhất thì S chọn giá trị nhỏ nhất do S1 < S2 nên:

+ S = S2 = 150m (chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định)

= >

2 min

1508* 8*1.0

Rmin= 4000 m (tối thiểu thơng thường)

Khuyên nên chọn bán kính tối thiểu thơng thường ở những nơi địa hình cho phép

@Vậy ta chọn lồi

Rmin= 2500 m để thiết kế

2.8.2.Xác định bán kính nhỏ nhất đường cong đứng lõm:

Theo 2 điều kiện :

• Điều kiện 1 : bảo đảm hạn chế lực li tâm trên đường cong đứng lõm để khơng

gãy nhíp xe

Trên đường cong đứng lõm, lực li tâm gia thêm vào tải trọng, gây khĩ chịu cho hành khách và gây nên siêu tải cho lị xo của xe vì thế ta cần phải hạn chế gia tốc li tâm, khơng cho phép vượt qua các giá trị cho phép :

( )22

0.5

lom

V v

+ v : tốc độ theo thứ nguyên là m/s2

2 min

• Điều kiện 2 : đảm bảo tầm nhìn ban đêm trên đường cong đứng lõm

Về ban đêm, pha đèn của ơtơ chiếu trong đường cong đứng lõm một chiều nhỏ hơn so với trên đường bằng

2 1 min

1

S R

=

+ lõm

Trong đĩ :

+ hp = 0.75 m (độ cao đèn xe con so với mặt đường)

+ ; =20 gĩc chiếu sáng của đèn ơ tơ theo phương đứng

+ S1 =75 m (là chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật)

= >

1 min

tg

h S tg α

++

lõm

= 835 m

Từ 2 điều kiện trên = > Rminlom= 835 m

Theo Bảng 19 TCVN 4054-05 thì :

Rminlom= 1000 m (Tối thiểu tới hạn)

Rminlom= 1500 m (Tối thiểu thông thường)

Khuyên nên chọn bán kính tối thiểu thông thường

@Vậy ta chọn lom

Rmin= 1000 m để thiết kế ở những nơi địa hình khó khăn

Trong thiết kế trắc dọc, việc lựa chọn đường cong đứng là nhằm tạo điều kiện tốt cho xe chạy về phương diện động lực cũng như về phương diện quang học, cơ học để cho xe chạy với tốc độ mong muốn, và an toàn.Yêu cầu khi thiết kế

là đường cong đứng nên bám sát địa hình, càng bám sát thì không những khối lượng công trình bớt đi, nhưng còn đảm bảo cho công trình ổn định lâu dài

2.9 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH XE & KÍCH THƯỚC NGANG CỦA ĐƯỜNG:

2.9.1 Khả năng thông hành xe:

Khả năng thông xe tức là số lượng xe tối đa có thể chạy qua một mặt cắt ngang

đường trong một đơn vị thời gian, thường được biểu thị bằng xe/h

Khả năng thông xe phụ thuộc vào khả năng thông xe của một làn, và số làn xe

Xác định khả năng thông xe của một làn khi không xét đến khoảng cách hãm xe trước :

Vt i f g

V l

l

V N

o

± + +

+

=

) (

+ lo = (3-5m) khoảng cách an toàn Chọn l0 = 5m

+ f = 0.02 (hệ số sức cản lăn)

+ i = 7% ( xét trong trường hợp khó khăn khi xe lên dốc)

+ ϕ = 0.2 ( hệ số bám phụ thuộc vào loại mặt đường, xét trong điều kiện khó khăn)

+ t = 1s ( thời gian phản ứng tâm lý)

+ g = 9.8 m/s2 (gia tốc trọng trường)

= >

Vt i f g

V l

l

V N

o

± + +

+

=

) (

2

1000 2

ϕ

=

6 3

60 ) 07 0 02 0 2 0 ( 8 9

* 2

) 6 3

60 ( 5

12

6 3 / 60

* 1000

2

+ +

+ +

+ = 202 (xe/giờ)

@Vậy khả năng thông hành của đường là N = 2N 1lan = 2*202 = 404 (xe/h) 2.9.2 Các kích thước ngang của đường:

a Độ mở rộng mặt đường ở đoạn đường cong:

- Khi xe chạy trong đường cong yêu cầu phải mở rộng phần xe chạy Khi bán kính đường cong nằm ≤ 250 m, phần xe chạy mở rộng theo quy định trong Bảng 12 TCVN 4054-05

- Khi xe chạy trên đường cong, trục sau cố định luôn luôn hướng tâm, còn bánh

trước hợp với trục xe một góc nên xe yêu cầu một chiều rộng lớn hơn trên đường thẳng

Đối với những đoạn cong ta phải mở rộng mặt đường với độ mở rộng (∆):

l

eW 0 , 05 *

* 2

2

+ l = 6.5 m chiều dài tính từ trục sau của xe tới giảm xóc đằng trước đối với

xe tải vừa

+ R =125 m (bán kính nhỏ nhất trong đoạn nối siêu cao)

Xác định chiều rộng mặt đường nói chung, làn xe nói riêng là một vấn đề kinh

tế kỹ thuật Mặt đường là một công trình rất đắt, thường chiếm tỷ lệ cao trong kinh phí xây dựng đường Chiều rộng một làn xe xác định không thỏa đáng hoặc là quá rộng sẽ gây lãng phí, hoặc là quá hẹp sẽ không đảm bảo an toàn và tốc độ xe

Hinh 2.7 : Bề rộng làn xe

Bề rộng phần xe chạy, được xác định theo công thức sau:

y x c a

2Trong đó:

+ a : bề rộng thùng xe

+ c : khoảng cách giữa tim 2 dãy bánh xe

x = y = 0.5+ 0.005*V + V : vận tốc xe chạy (Km/h)

Khi tính toán chiều rộng của một làn xe chúng ta chỉ tính cho trường hợp xe con vì kích thướt ngang của xe tải thường lớn hơn nhiều so với của xe con

Đối với xe tải, V = 60 (km/h)

+ a= 2.5 m ; c=1.79 m

2

79 1 5 2

- Đối với đoạn đường thẳng : Bmđ = 7.5 m

- Đối với đoạn đường cong : Bmđ = 7.5 + ∆ = 7.5 + 1 = 8.5 m

Theo Bảng 7 TCVN 4054-05, với đường cấp thiết kế là cấp III, tốc độ thiết

kế Vtt = 60 km/h thì B1lan = 3 m nên Bmđ = 6 m (cho hai làn xe)

Với phương án này thì xe chạy ngược chiều nhau không đạt được tốc độ tối thiểu 60 km/h vì bề rộng đường không đủ an toàn,để khắc phục nhược điểm trên ta tận dụng phần lề gia cố để làm chổ tránh xe khi hai xe tải chạy vượt chiều nhau để tăng tính an toàn trong lưu thông

@ Đối với đoạn đường thẳng : B mđ = 6 m

@ Đối với đoạn đường cong : B mđ = 6 + ∆ = 6 + 0.9 = 6.9 m

* Bề rộng lề đường : đối với đường cấp III, theo Bảng 7 TCVN 4054-05 thì bề

rộng lề đường là 1,5m trong đó gồm : phần lề đường có gia cố là 1m và phần lề đất là 0,5m

* Bề rộng nền đường theo tính toán:

@ Đối với đoạn đường thẳng :Bnđ = Bmđ + 2Blđ = 7.5 + 2*1.5 = 10.5 m

@ Đối với đoạn đường cong :Bnđ = 10.49 + 1 = 11.5 m

* Bề rộng nền đường theo TCVN4054 - 05:

@ Đối với đoạn đường thẳng :Bnđ = Bmđ + 2Blđ = 6 + 2*1.5 = 9 m

@ Đối với đoạn đường cong :Bnđ = 9 + 1 = 10 m

c Độ dốc ngang của đường

Độ dốc ngang mặt đường chỉ có tác dụng đảm bảo thoát nước cho mặt đường, do

đó bố trí độ dốc ngang là nhỏ, phụ thuộc vào loại mặt đường Độ dốc ngang mặt đường lấy theo bảng sau Bảng 9 TCVN 4054-05

Vậy căn cứ vào loại mặt đường tôi chọn độ dốc ngang in = 2 %

* Độ dốc lề đường : Theo quy định thường lấy lớn hơn độ dốc ngang mặt đường khoảng 2%, vậy chọn ilề = 3% - 4 % Với lề gia cố Chọn ilề = 6%

BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

STT Tên các chỉ tiêu kỹ thuật Đơn

vị

Theo

TT

Theo TCTK

- Trước chướng ngại vật cố định 62.89 75 75

- Bán kính nhỏ nhất của đường cong lồi 2812.5 2500 2500

- Bán kính nhỏ nhất của đường cong lõm 554 1000 1000

1 0.5

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SƠ BỘ TUYẾN ĐƯỜNG TRÊN BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH

1 NHỮNG CĂN CỨ ĐỂ VẠCH TUYẾN TRÊN BÌNH ĐỒ:

Để vạch được tuyến trên bình đồ cần dựa vào các căn cứ sau :

- Tình hình địa hình, địa mạo, địa chất thủy văn … của khu vực tuyến đi qua

- Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10000 vùng đđđồi ni, chênh cao giữa 2 đường đồng mức cách nhau ∆h = 5 m

- Cấp thiết kế của đường là cấp III, tốc độ thiết kế là 60 Km/h

- Nhu cầu phát triển kinh tế trong tương lai của vùng tuyến đi qua

- Xác định đường dẫn hướng tuyến chung cho toàn tuyến và từng đoạn cục bộ

Tuy nhiên, trong thực tế nếu chọn tuyến mà chỉ kẻ qua các điểm khống chế sẽ gặp nhiều trở ngại về địa hình, địa mạo, địa chất thuỷ văn, không có lợi về mặt kinh tế kỹ thuật Do đó cần phải tránh các chướng ngại vật mặt dầu tuyến có thể dài ra Như vậy, để vạch tuyến phải xác định các điểm khống chế

- Điểm khống chế : là các điểm mà ở đó cao độ đã được xác định

- Điểm đầu tuyến (A) có cao độ : 60.00 m

- Điểm cuối tuyến (B) có cao độ : 45.00 m

2 XÁC ĐỊNH ĐIỂM KHỐNG CHẾ, ĐIỂM CƠ SỞ CỦA TUYẾN :

Khi vạch tuyến đi qua 2 điểm đã chọn cần phải xác định các điểm khống chế giữa chúng Các điểm khống chế phải được xác định chính xác, chẳng hạn cao độ nền đường ở nơi giao nhau cùng mức với đường sắt, với đường ô tô cấp cao hơn, điểm đầu tuyến và điểm cuối tuyến …

Nối cao độ các điểm khống chế đó với nhau ta xác định được tuyến đường chim bay giữa các điểm khống chế Từ các điểm khống chế cần xác định các điểm cơ sở để tuyến đi qua đảm bảo các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật Các điểm cơ sở đó là các điểm vượt suối, vượt đèo…

Dựa vào các điểm khống chế đã xác định được, ta xác định các điểm cơ sở để vạch tuyến trên bình đồ

3 NGUYÊN TẮC VẠCH TUYẾN TRÊN BÌNH ĐỒ :

Khi thiết kế tuyến trên bình đồ cần đảm bảo các nguyên tắc sau :

- Đảm bảo xe chạy êm thuận và an toàn với vận tốc thiết kế

- Đảm bảo gía thành xây dựng tuyến là rẻ nhất và thuận tiện cho việc duy tu bảo dưỡng trong quá trình khai thác

- Đảm bảo tốt các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và quốc phòng

- Phải vạch tuyến sao cho công vận chuyển, thời gian vận chuyển hàng hoá và hành khách là nhỏ nhất

- Hướng tuyến chung trong mỗi đoạn tốt nhất nên chọn gần với đường chim bay Nói chung, lưu lượng xe chạy càng cao thì chiều dài tuyến càng phải ngắn nhưng nên tránh những đoạn thẳng quá dài (>3Km) vì dễ xảy ra tai nạn do sự không chú ý của tài

xế

- Tuyến đường phải kết hợp hài hòa với địa hình xung quanh 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 nghĩ 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 xói, đá lăn,…)

- Khi đường qua vùng địa hình đồi nhấp nhô nên dùng những bán kính lớn, uốn theo vòng lượn của địa hình tự nhiên, chú ý bỏ những vòng lượn nhỏ và tránh tuyến bị gãy khúc ở bình đồ và mặt cắt dọc

- Khi đường qua vùng địa hình đồi nhấp nhô nối tiếp nhau tốt nhất nên chọn tuyến

là những đường cong nối tiếp hài hòa nhau, không có đoạn thẳng chêm giữa những đường cong cùng chiều

- Khi đường đi theo đường phân thủy điều cần chú ý trước tiên là quan sát hướng đường phân thủy chính và tìm cách nắn thẳng tuyến trên từng đoạn đó cắt qua đỉnh khe, chọn những sườn ổn định và thuận lợi cho việc đặt tuyến, tránh những điểm nhô cao và tìm những đèo để vượt

- 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, hạ thấp chỉ tiêu bình đồ của tuyến

Nhiệm vụ cơ bản của vạch tuyến là bố trí tim đường trong không gian một cách hợp

lý nhất, nghĩa là đảm bảo mối quan hệ chặt chẽ, sự phối hợp hài hòa giữa bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang của tuyến

Dựa vào bình đồ và tiêu chuẩn cấp kỹ thuật là cấp 60 đã chọn của tuyến đường ta vạch tất cả các phương án tuyến có thể đi qua Sau đó tuyến hành so sánh sơ bộ loại dần các phương án xấu hơn, cuối cùng chọn hai phương án tuyến để thiết kế sơ bộ, so sánh chọn phương án tối ưu

Khi vạch tuyến để đảm bảo độ dốc dọc cho phép thì chiều dài tuyến giữa hai đường đồng mức phải thoả mãn bước compa :

Xác định sơ bộ chiều dài bước compa để vạch tuyến :

max

1 100

cp

h l

và chọn bán kính R cho đường cong sẽ làm giảm giá thành xây dựng và chi phí khai thác đường

Nếu R lớn thì tốc độ xe chạy sẽ không bị ảnh hưởng, vấn đề an toàn và êm thuận được nâng lên nhưng giá thành xây đựng lớn Do đó, việc xác định R phải phù hợp, nghĩa là phải dựa vào địa hình cụ thể thì mới đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật Các điểm chi tiết chủ yếu của đường cong tròn bao gồm :

- Điểm nối đầu : NĐ

- Điểm tiếp đầu : TĐ

- Điểm giữa : P

- Điểm tiếp cuối : TC

- Điểm nối cuối : NC

- Góc chuyển hướng : α

- Bán kính đường cong : R

Các yếu tố cơ bản của đường cong được tính theo công thức :

- Độ dài tiếp tuyến :

2

α tg R

1

α R

4.1 Cách xác định đường cong trên bình đồ:

Xác định góc ngoặc α trên bình đồ bằng thước đo độ

Chọn bán kính đường cong R

Tính các yếu tố cơ bản của đường cong bằng các công thức trên : T, P, K

Từ đỉnh đường cong đo theo hai cánh tuyến một đoạn có chiều dài bằng T ta xác định được điểm tiếp đầu TĐ Làm tương tự ta cắm được điểm tiếp cuối TC của đường cong

Xác định đường phân giác của góc đỉnh TĐ, Đ, TC

Từ tiếp đầu TĐ hoặc từ tiếp cuối TC dựng đường vuông góc cắt đường phân giác tại O Từ O mở khẩu độ compa với bán kính R xác định được đường cong tròn Điểm

P là giao điểm của cung tròn với đường phân giác

4.2 Cách xác định đường cong trên thực địa:

Trên thực địa dùng máy kinh vĩ đặt tại đỉnh Đ kiểm tra góc ngoặt α

Từ đỉnh Đ, quay máy ngắm về đỉnh trước, dùng thước thép đo theo hướng ngắm một đoạn có chiều dài là T, xác định được tiếp đầu TĐ Cũng làm tương tự với đỉnh

kế xác định được tiếp cuối TC

Từ đỉnh Đ, quay máy gắm về đỉnh trước quay máy một góc (180-α)/2 xác định được hướng đường phân giác Trên hướng đó dùng thước thép đo từ đỉnh Đ một đoạn

- Cọc thay đổi địa hình được kí hiệu Cn ( n được đánh số 1 2 3 … )

Khoảng cách giữa các cọc trên đường thẳng được xác định bằng thước

Xác định các cọc trên đường cong có bán kính R khi đã biết khoảng cách giữa các cọc (dùng cho cọc H và Km):

- Tại tiếp đầu TĐ của đường cong đặt một hệ toạ độ vuông góc (như hình vẽ) Khoảng cách từ tiếp đầu TĐđến H là S

- Sau khi xác định được X vàY theo công thức sau sẽ dùng thước xác định cọc H trên đường cong:

0 180

- Khi đã có vị trí cọc trên đường cong, cần xác định khoảng cách (dùng cho cọc địa hình, cọc cầu cống) dùng thước đo độ để đo góc Như vậy khoảng cách từ cọc H đến điểm tiếp đầu TĐlà :

S = 0180

.

R β π

(m)

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN THỦY VĂN VÀ THỦY LỰC CẦU CỐNG

Trên đường ngoài các công trình phụ khác, công trình thoát nước đóng vai trò rất quan trọng, thoát nước tốt bảo đảm cường độ cho mặt đường và nền đường, tránh gây sụt

lở, xói nền đường

Công trình thoát nước đóng một vai trò rất quan trọng, công trình này chịu tác dụng của các nguồn nước như : nước mưa, nước ngầm, nước từ nơi khác đổ về…, vị trí của công trình thoát nước là chổ tuyến đường cắt qua đường tụ thuỷ, đường sông, suối, tất cả các chổ lõm trên đường đen đều phải đặt các công trình thoát nước như : cầu, cống, rảnh tháo

Quy trình tính toán : Tính toán thuỷ văn và thuỷ lực công trình theo 22TCN 220

-95 của Bộ Giao Thông Vận Tải Việt Nam

4.1 HỆ THỐNG CÁC CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC:

- Rãnh đỉnh thiết kế với tiết diện hình thang, chiều rộng đáy rãnh tối thiểu là 0.5m;

bờ rảnh có taluy 1:1.5, chiều sâu rãnh xác định theo tính toán thủy lực và đảm bảo mực nước tính toán trong rãnh cách mép rãnh ít nhất 20cm nhưng không nên sâu quá 1.5m

- Độ dốc của rãnh đỉnh thường chọn theo điều kiện địa hình để tốc độ chảy không gây xói long rãnh

- Ở những nơi địa hình sườn núi dốc, diện tích lưu vực lớn, địa chất dễ sụt lở thì

có thể làm hai hoặc nhiều rãnh đỉnh

4.1.2 Rãnh biên :

- Rãnh biên được xây dựng để thoát nước mưa từ mặt đường, lề đường, taluy nền đường đào và diện tích khu vực hai bên dành cho đường ở các đoạn nền đường đào, nữa đào nữa đắp, nền đường đắp thấp hơn 0.6m

- Kích thước của rãnh biên trong điều kiện bình thường được thiết kế theo cấu tạo địa hình mà không yêu cầu tính toán thủy lực

- Tiết diện của rãnh có thể là hình thang, hình tam giác, hình chữ nhật, nữa hình tròn Phổ biến dùng rãnh tiết diện hình thang có chiều rộng đáy rãnh 0.4m, chiều sâu tính

từ mặt đất tự nhiên tối thiểu là 0.3m, taluy rãnh nền đường đào lấy bằng độ dốc taluy đường đào theo cấu tạo địa chất, taluy rãnh nền đường đắp là 1:1.5-3 Có thể dùng rãnh tam giác có chiều sâu 0.3m, mái dốc phía phần xe chạy 1:3 và phía đối xứng 1:1.5 đối với nền đường đắp và 1:m theo mái dốc m của nền đường đào, ở những nơi địa chất là đá có thể dùng tiết diện hình chữ nhật hay tam giác

- Để tránh lòng rãnh không bị ứ đọng bùn cát, độ dốc lòng rãnh không được nhỏ hơn 0.5% Trong trường hợp đặc biệt cho phép lấy bằng 0.3%

Nói chung khẩu độ cống được chọn theo chế độ không áp Chế độ có áp và bán áp chỉ dùng ở những đoạn đường đắp cao, và đất đắp nền đường là loại khó thấm nước từ thượng lưu cống vào nền đường Dốc dọc của cống không lớn hơn độ dốc dòng chảy ở hạ lưu cống Nên lấy dốc cống từ 2% đến 3% để tránh lắng đọng bùn đất trong lòng cống

Dựa theo vật liệu làm cống có thể chia cống thành các loại sau :

+ Cống gạch : chủ yếu là cống vòm gạch, cũng có trường hợp xây cuốn các cống tròn bằng gạch

+ Cống đá : có thể làm thành cống bản hoặc cống vòm đá Cống đá thường rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp, tiết kiệm được xi măng, cốt thép… nên dùng ở những vùng sẵn đá

+ Cống bê tông : thường là cống tròn 4 khớp, cống vòm Ưu điểm là tiết kiệm cốt thép, dễ đúc Nhược điểm là dễ bị hư hỏng nếu thi công không tốt, khó sửa chữa

+ Cống bê tông cốt thép : thường là cống tròn, cống bản, cống hình hộp hoặc cống vòm Ưu điểm là bền chắc, dễ vận chuyển và lắp ghép Nhược điểm là tốn cốt thép Cống hộp thường đắt, thi công khó nên ít dùng

+ Cống làm bằng các vật liệu khác, ví dụ cống gỗ (loại tạm thời) cống sành, cống gang, cống tôn lượn sóng…

Dựa theo tình hình đắp đất trên cống chia thành :

+ Cống nổi : đỉnh cống không đắp đất, thích hợp với những chổ nền đường đắp thấp, các mương rãnh nông

+ Cống chìm : chiều cao đắp đất trên cống lớn hơn 50 cm thích hợp với nền đường đắp cao, những chổ suối sâu

Dựa theo tính chất thủy lực chia thành :

+ Cống chảy không áp : chiều sâu mực nước ở cửa vào nhỏ hơn chiều cao miệng cống, mực nước trên toàn chiều dài cống thường không tiếp xúc với đỉnh cống

+ Cống chảy bán áp : chiều sâu mực nước ở cửa vào tuy lớn hơn chiều cao cửa cống nhưng nước chỉ ngập miệng mà không chảy trên toàn chiều cao của cống

+ Cống chảy có áp : chiều cao mực nước ở cửa vào lớn hơn chiều cao cửa cống, dòng chảy trong phạm vi toàn chiều dài cống không có mặt tự do Thường sử dụng ở vị trí có suối sâu, nền đường đắp cao, và không gây ngập lụt cho ruộng đồng

Theo qui định thì với đường vùng núi cách 1 Km cần đặt từ 2 - 3 cống, ở đây không tính toán thuỷ lực cống cấu tạo mà cứ 300 - 500 m để đảm bảo cho việc thoát nước cho rãnh biên, cống cấu tạo được đặt sau khi thiết kế đường đỏ

4.2 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG THUỶ VĂN:

4.2.1.Diện tích lưu vực F (Km 2 ) :

- Dựa vào hình dạng đường đồng mức trên bình đồ , ta tìm được đường phân thuỷ giới hạn của lưu vực nước chảy vào tuyến đường Chia lưu vực thành những hình đơn giản để tính diện tích lưu vực trên bản đồ địa hình (Fbđ), tư đó tìm tìm được diện tích lưu vực thực tế theo công thức sau :

) ( 10

2 10

2

Km M x F

105 Km

M x l

L= bd

Trong đó : + Lbđ : chiều dài của lòng sông chính trên bình đồ

+ 105 : hệ số đổi từ cm ra Km

4.2.3 Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực :

Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực được tính theo công thức :

8

+ L : chiều dài lòng chính

+ ∑l : Tổng chiều dài của các lòng sông nhánh (chỉ tính những lòng sông

nhánh có chiều dài lớn hơn 0.75 chiều rộng bình quân B của lưu vực) Chiều rộng B được tính như sau :

• Đối với lưu vực có 2 sườn : B = F/2L (Km)

• Đối với lưu vực có 1 sườn : B = F/L (Km)

4.2.4 Độ dốc trung bình của dòng sông chính J 1 (‰) :

2

1 2

) 2 1 1 1 1

) (

(

L

l h h l

h h l h

Trong đó :

h1,h2,…,hn Độ cao của các điểm gãy trên trắc dọc so với giao điểm của 2 đường

l1,l2, ,ln Cự ly giữa các điểm gãy

4.2.5 Độ dốc trung bình của sườn dốc J s (‰) :

Độ dốc trung bình của sườn dốc được tính theo trị số trung bình của 4 ÷ 6 điểm

xác định theo hướng dốc lớn nhất

4.2.6 Xác định lưu lượng tính toán :

Theo quy trình tính toán dòng chảy lũ (tiêu chuẩn 22TCN 220-95) đối với lưu vực

nhỏ có diện tích < 100 Km2 Thì lưu lượng tính toán được xác định theo công thức :

Qp = Ap ϕ Hp δ F Trong đó :

+ Ap : Môđun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế chọn phụ thuộc vào địa mạo thuỷ văn

Ô1, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc ôs ,vùng mưa (Tra bảng 2.3)

+ ϕ: hệ số dòng chảy lũ lấy trong bảng 2.1( 22TCN220-95 ) tuỳ thuộc vào loại đất

cấu tạo khu vực có lượng mưa (ngày) thiết kế (H1%) và diện tích lưu vực F

+ Hp : Lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế

P = 4% đối với cống và cầu nhỏ

P = 1% đối với cầu lớn

+ ä : Hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ ,rừng cây trong lưu vực ta lấy giá trị nhỏ nhất 6% theo bảng (2.7) ta được ä = 0.65

F : Diện tích lưu vực

4.2.7 Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc τ s :

Thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs được xác định theo bảng 2.2 phụ thuộc vào hệ số địa mạo thuỷ văn φs và vùng mưa

Hệ số địa mạo thuỷ văn của sườn dốc φs được xác định như sau :

4 0 3

0

6 0

) (

) 1000 (

p s

s

s s

H J m

b ϕ

Trong đó :

+ bs : Chiều dài sườn dốc của lưu vực (km)

+ ms : Hệ số nhám của sườn dốc, phụ thuộc vào tình trạng bề mặt của sườn dốc + Js : Độ dốc trung bình của sườn dốc

+ ϕ : Hệ số dòng lũ (lấy theo bảng 2.1), phụ thuộc vào loại cấu tạo đất của lưu

vực, lượng mưa cần thiết ngày H1% và diện tích lưu vực F

- Vùng tuyến thiết kế có đất cấp II

- Vùng tuyến thiết kế thuộc tỉnh Đồng Nai Hp = H4% = 158mm

Hp = H1% = 194mm

4.2.8 Xác định hệ số địa mạo thuỷ văn φ l :

4 / 1 4

/ 1 3 / 1

) (

1000

p l

l l

H F

J m

L ϕ