thiết kế kỹ thuật Luận Văn đồ án tốt nghiệp đường bộ

Tính toán thiết kế đường cong nằm: Các yếu tố của đường cong thiết kế:... i mà H b.i n b.i ; scTính độ dốc dọc phụ thêm :      sc n p Cao độ thiết kế của các mặt cắt ngang đặc trư

PHẦN II

THIẾT KẾ KỸ THUẬT(Đoạn từ Km 5+600 đến Km 6+705.91)

CHƯƠNG I THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ ĐOẠN TUYẾN (Từ Km 5+600 đến Km 6+705.91)

I Thiết kế bình đồ tuyến:

- Sau khi chọn phương án tuyến II và tiến hành khảo sát chi tiết tại thuộc địa

ta lập và vẽ được bản đồ địa hình tỉ lệ 1/1000 và dựa vào bản đồ này để Thiếtkế bình đồ tuyến đường

- Trong phần thiết kế cơ sở ta đã có các cọc Km, H, S, ND, TD, P, TC, NC và

bây giờ ta cần phải thêm các cọc C và I là các cọc rải đều có khoảng cách giữacác cọc là 20m

- Trong phạm vi đồ án ta chỉ thiết kế bình đồ tuyến từ Km 5+600 đến Km

6+705.91 của phương án tuyến đã chọn (phương án II)

II Thiết kế đường cong nằm:

1 Mục đích và nội dung tính toán:

a Mục đích:

Khi xe chạy trên đường cong nằm thì xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi sovới khi xe chạy trên đường thẳng, những điều kiện bất lợi đó là:

- Khi xe chạy vào đường cong bán kính nhỏ thì yêu cầu bề rộng của

đường phải lớn hơn so với đường thẳng thì xe mới chạy được bình thường

- Khi xe chạy vào đường cong thì tầm nhìn bị cản trở.

- Khi xe chạy vào đường cong phải chịu thêm lực ly tâm gây ra hiện tượng

xe bị trượt ngang hoặc bị lật ngang

- Từ những điều kiện bất lợi trên ta tính toán và thiết kế đường cong nằm.

b Nội dung tính toán:

- Các yếu tố đường cong thiết kế

- Tính toán siêu cao

- Tính toán phần mở rộng đường của xe chạy khi vào đường cong

- Tính toán đường cong chuyển tiếp

- Tính toán bảo đảm tầm nhìn

2 Tính toán thiết kế đường cong nằm:

Các yếu tố của đường cong thiết kế:

- Góc chuyển hướng:   8 16'9'' o 8.27o

- Bán kính đường cong: R = 1500 m

a Tính toán siêu cao:

 Độ dốc siêu cao:

Theo TCVN 4054-2005 với bán kính đường cong nằm 1500m và tốc độ thiếtkế V = 80 Km/h thì độ dốc siêu cao thiết kế là 2%

 Tính toán chiều dài đoạn nối siêu cao:

md lg c sc lg c n nsc

B = 11m : Bề rộng phần xe chạy, có tính lề gia cố

isc= 2 % : Độ dốc siêu cao

ip= 0.5 % : Độ dốc phụ thêm để nâng siêu cao ứng với vận tốc 80 Km/h

 Bố trí siêu cao:

Trong đoạn cong thiết kế đoạn nối siêu cao, ta thực hiện chuyển từ trắcngang hai mái sang trắc ngang một mái (isc)

Trình tự thực hiện chung:

nhiên tuyến đường thiết kế có ilề = in nên không thực hiện bước này

đến khi đạt được mặt cắt ngang một mái bằng độ dốc ngang mặt đường

khi mặt cắt ngang đường có độ nghiêng bằng độ dốc siêu cao thiết kế

Xác định khoảng cách giữa các mặt cắt ngang đặc trưng:

i mà H b.i n b.i ; sc

Tính độ dốc dọc phụ thêm :

   



sc n p

Cao độ thiết kế của các mặt cắt ngang đặc trưng:

Các cao độ thiết kế của 2 mép lề đường, 2 mép phần xe chạy và của timđường ở các mặt cắt ngang đặc trưng được xác định dựa vào mặt cắt dọc thiết kếvà độ dốc ngang của từng bộ phận của mặt cắt ngang đặc trưng

Đối với các mặt cắt trung gian (thường được rải đều với cự ly 10m), các caođộ đều được xác định bằng cách nội suy

b Tính toán phần mở rộng khi xe chạy trên đường cong:

Tính toán với buýt:

Độ mở rộng mặt đường cho 1 làn xe:

l = 8 m: Khoảng cách từ trục sau của xe tới đầu mũi xe (bảng 1 2005)

TCVN4054-Bán kính đường cong nằm R = 1500m

c Tính toán đường cong chuyển tiếp:

 Các yếu tố của đường cong tròn:

8 16'9''

- Bán kính đường cong: R = 1500 m

 Xác định chiều dài đường cong chuyển tiếp:

Chọn đường cong chuyển tiếp có dạng đường cong Clotoit

A : thông số clotoit

R : bán kính đường cong

Và điều kiện về tăng cường độ gia tốc li tâm một cách từ từ:

Lct=

3 0

R = 1500m

I0: độ tăng gia tốc ly tâm I0 = 0.5m/s3

Kết luận: Lct = max[(1),(2),(3)] = 166.67 m

Chọn chiều dài đường cong chuyển tiếp: L = 170 m

 Kiểm tra điều kiện cấu tạo đường cong chuyển tiếp dạng clothoide:

Ta có: 2 0 6.532 <  vậy điều kiện cấu tạo thỏa mãn

Độ dài đường cong cơ bản sau khi đã dịch chuyển :

 Xác định thông số Clothoide:

Xác định tọa độ x0, y0 của điểm TĐ

P = Y0 - R (l - Cos0) = 3.21 - 1500(1-cos(3.266)) = 0.774m

t = X0 - Rsin0= 169.95 - 1500sin(3.266) = 84.493 m

phải lựa chọn lại

 Xác định điểm bắt đầu và điểm kết thúc của đường cong chuyển tiếp 1:

Chiều dài đường cong: K = K0 + 2Lct = 46.49 + 2170 =386.49 m

Kiểm tra lại lý trình của các điểm:

 Xác định tọa độ các điểm trung gian:

Tọa độ các điểm trung gian có chiều dải Si cũng được xác định tương tự nhưxác định tọa độ điểm cuối của đường cong chuyển tiếp Khoảng cách các điểmtrung gian 20m

 Xác định các điểm trung gian của đường tròn K o :

Trong đường cong ta có các cọc chi tiết

Xác định các góc chắn cung:

xi = Rsini + t

yi = P + R(1-cosi)Với    i 0 i '

0

Bảng cắm tọa độ đường cong tròn

STT Bán kính R(m) Khoảng cách cọc L(m)

d Bảo đảm tầm nhìn trên đường cong nằm:

Khi xe chạy vào đường cong, tầm nhìn của người lái xe bị hạn chế do vậtcản ở gần đường cong như: mái ta luy đường đào, cây cối xung quanh…

Khi vào đường cong tài xế thường có xu hướng cho xe chạy vào giữa mặtđường tạo cảm giác an toàn nhằm không bị trượt ra ngoài đường cong, do vậy khitính toán tầm nhìn khi xe chạy vào đường cong phải tính cho trường hợp nhìn thấy

xe chạy ngược chiều Trong phần tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của tuyếnđường, ta đã xác định được tầm nhìn xe chạy: S = S2 = 200m

Xác định bán kính quĩ đạo của mắt người lái xe dựa theo qui định tính từmắt người lái xe có vị trí cách mép phần xe chạy bên tay phải là 1.5m, không mởrộng mặt đường:

 8.27 (góc chuyển hướng)0

Như vậy để đảm bảo khoảng cách tính từ vị trí mắt người lái xe (cách mépmặt đường 1.5m và cao hơn so với mặt đường là 1.0m) đến điểm tương ứng theophương ngang trên mái taluy là Z, cần bạt mái taluy ở những đoạn đường đào vàphát quang cây cối, toàn bộ vật cản đối với đoạn đường đắp trong phạm vi Z

CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRẮC DỌC

I Thiết kế đường đỏ:

Trắc dọc biểu thị độ dốc dọc của đường và vị trí tương đối của phần xe chạyvà mặt đất Việc vạch đường đỏ cần phối hợp chặt chẽ với thiết kế bình đồ, thiếtkế mặt cắt ngang để đảm bảo khối lượng đào đắp nhỏ nhất, đường không bị gãykhúc, rõ ràng và hài hòa về mặt thị giác, chất lượng khai thác của đường như tốcđộ xe chạy, năng lực thông xe, an toàn xe chạy cao, chi phí nhiên liệu giảm, thoátnước tốt

Đường đỏ được thiết kế với tỉ lệ X: 1/1000, Y:1/100

Độ dốc các đường cong đứng tương ứng:

Stt R i 1 (%) i 2 (%)

II Tính toán các yếu tố đường cong đứng:

Để liên kết các dốc dọc trên mặt cắt dọc người ta phải dùng các đường congđứng để xe chạy điều hòa, thuận lợi, bảo đảm tầm nhìn ban ngày và ban đêm, đảmbảo hạn chế lực xung kích, lực li tâm theo chiều đứng

Tác dụng của đường cong đứng là chuyển tiếp độ dốc dọc từ i đến 1 i2

Yêu cầu giá trị bán kính đường cong đứng :

- Hợp với địa hình, thuận lợi cho xe chạy và mỹ quan cho đường.

- Đảm bảo tầm nhìn ở đường cong đứng lồi.

- Đảm bảo không gãy nhíp xe ở đường cong đứng lõm.

- Đảm bảo tầm nhìn ban đêm ở đường cong đứng lõm.

Các chổ đổi dốc trên mặt cắt dọc (lớn hơn 1% khi tốc độ thiết kế Vtk 60Km/h) phải nối tiếp bằng các đường cong đứng lồi hay lõm Các đường cong nàycó thể là đường cong tròn hoặc parabol bậc hai Để đơn giản người ta thường tínhtheo parabol bậc hai



2

2

x y R

R: Bán kính tại điểm gốc tọa độ ở đó độ dốc của mặt cắt dọc bằng 0

x, y: hoành độ và tung độ của điểm đang xét

Dấu “+” tương ứng với đường cong lồi

Dấu “-“ tương ứng với đường cong lõm.

TD

TC

+x -x

x = R ix

y = 2R

Độ dốc của điểm A được lấy như sau:

- Lên dốc mang dấu ( + )

- Xuống dốc mang dấu ( - )

Từ đó ta xác định được chiều dài đường cong đứng tạo bởi 2 dốc i1 và i2:

K = R ( i + i ) : 2 đo ädốc khác dấu

K = R ( i - i ) : 2 đo ädốc cùng dấu

Tiếp tuyến đường cong:

= 0.5 R ( i + i ) : 2 đo ädốc khác dấu

= 0.5 R ( i - i ) : 2 đo ädốc cùng dấu

T T

Từ cao độ, lý trình của điểm Đ, xác định cao độ và lý trình các điểm trung gian

Cự ly các điểm trung gian nên chọn theo i

i 1

2 i

y

O A

x A A

Chênh cao của điểm tiếp đầu so với điểm P:

hTD-P = T i = 113.41 1.51= 1.712m

100Chênh cao của điểm tiếp cuối so với điểm P:

hTC-P = T i = 113.42 2.27 = 2.574m

100Cao độ điểm tiếp đầu của đường cong:

TD

h = 27.74 - 1.712 = 26.028 mCao độ điểm tiếp cuối của đường cong:

TC

h =27.74 - 2.574 = 25.166 mTọa độ của điểm tiếp đầu so với đỉnh đường cong:

T D TD

Tọa độ của điểm tiếp cuối so với đỉnh đường cong:

TC TC

Bảng xác định cao độ, lý trình các điểm trung gian

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình Cao độ (m)

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình Cao độ (m)

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình Cao độ (m)

TD

TC

+x -x

Chênh cao của điểm tiếp đầu so với điểm P:

hTD-P = T i =114.751 2.27 = 2.605m

100Chênh cao của điểm tiếp cuối so với điểm P:

hTC-P = T i = 114.752 2.32 = 2.662m

100Cao độ điểm tiếp đầu của đường cong:

TD

h = 16.52 + 2.605 = 19.125 mCao độ điểm tiếp cuối của đường cong:

TC

h =16.52 + 2.662 = 19.182 mTọa độ của điểm tiếp đầu so với đỉnh đường cong:

TD TD

Tọa độ của điểm tiếp cuối so với đỉnh đường cong:

TC TC

116

5000×2.32

100x

Bảng xác định cao độ, lý trình các điểm trung gian

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình Cao độ (m)

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình Cao độ (m)

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình Cao độ (m)

I Kết cấu áo đường cho phần xe chạy:

Trong thiết kế sơ bộ ta đã kiểm tra và so sánh hai phương án kết cấu áođường và chọn được phương án I Kết cấu này đã đạt yêu cầu về cường độ theotiêu chuẩn độ võng đàn hồi, cắt trượt trong nền đất, chịu kéo uốn trong các lớp bêtông nhựa

Cấu tạo các lớp mặt đường từ trên xuống như sau:

- Bê tông nhựa chặt loại I hạt mịn dày 5 cm

- Bê tông nhựa chặt loại I hạt vừa dày 7 cm

- Cấp phối đá dăm loại I dày 17 cm

- Cấp phối đá dăm loại II dày 36 cm

Các đặc trưng tính toán của mỗi lớp kết cấu:

+ Nền đường

Đất đắp nền đường :Á sét

Lớp vật liệu

H (cm )

E v

(Mpa )

E ku

(Mpa )

E tr

(Mpa )

R u

(Mpa )

C (Mpa )



(độ )

Bê tông nhựa chặt loại I hạt

Bê tông nhựa chặt loại I

1 Kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi

tb i

1 kt

1 k

Với:  i 1

i

hk

h và  i 1i

EtEKết quả tính đổi theo bảng:

Lớp vật liệu Ei

(Mpa) t =E2/E1

H (cm)

Bê tông nhựa chặt loại I

E

E =

55343.6 = 0.16

d Kiểm toán điều kiện: Ech  K Edvcd yc

Theo bảng 3-3 Tiêu chuẩn 22TCN 211 - 06, độ tin cậy thiết kế của đườngcấp này là 0.9

Theo bảng 3-2 Tiêu chuẩn 22TCN 211 - 06,với độ tin cậy trên thì hệ sốcường độ là dv

cd

2 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất:

cd

C

k

a Tính ứng suất cắt cho phép của đất nền [T]:

Trị số lực dính tính toán của đất nền: Ctt = ck1k2k3

c =0.038 : Lực dính của đất nền

1

k : Hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt dưới tác dụng của tảitrọng động và gây dao động

Kết cấu áo đường cho phần xe chạy: k1= 0.6

k2:Hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấuVới 462 số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe trong 1 ngày đêm Trabảng 3.8 ta được k2= 0.8

k3: Hệ số này được xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng củanền đường k3=1.5 :Đối với đất dính

b Tính ứng suất cắt trong đất nền : ax  av  trtt

cd

C

kXác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe gây ra T :ax

Lớp vật liệu

Ei (Mpa )

E2/E1

H (cm )

k = h2/h1

H tb

(cm )

E’ tb

(Mpa)

hạt trungBê tông nhựa chặt loại I

ku ku

cd

RK

a Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp BTN:  ku ku.p.kb

+ Đối với bê tông nhựa lớp dưới:

h1=12 cm : Tổng bề dày các lớp kết cấu kể từ đáy lớp kiểm tra trở lên

E1: Mô đun đàn hồi trung bình của các lớp nằm trong phạm vi h1





i i tb

i

E h 1800 5 + 1600 7

Tính Etb' của các lớp dưới nó:

Lớp vật liệu Ei

(Mpa)

t=

E2/E1

H (cm)

k = h2/h1

Htb (cm)

E’tb (Mpa)

Cấp phối đá dăm loại II 250 36 36 250

E

E =

55314.68 = 0.175

=> Ứng suất kéo uốn đơn vị  ku 1.75

kb: Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụngcủa tải trọng tính toán là bánh đơn hay bánh đôi

Khi kiểm tra với cụm bánh đôi trong trường hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩnthì kb=0.85

Ứùng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy lớp BTN hạt trung:

+) Đối với bê tông nhựa lớp trên:

h1 = 5 cm : Tổng bề dày các lớp kết cấu kể từ đáy lớp kiểm tra trở lên

E1: Mô đun đàn hồi trung bình của các lớp nằm trong phạm vi h1



i i tb

i

E h

hTính Etb' của các lớp dưới nó:

Lớp vật liệu

Ei (Mpa )

t=E2/E1

H (cm )

k= h2/h1

Htb (cm )

E’tb (Mpa)

Bê tông nhựa chặt loại I

E

E =

55419.27 = 0.131

50.15233

=> Ứng suất kéo uốn đơn vị  ku 2.05

kb: Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dướitác dụng của tải trọng tính toán là bánh đơn hay bánh đôi

Khi kiểm tra với cụm bánh đôi trong trường hợp tính với tải trọng trục tiêuchuẩn thì kb=0.85

Ứùng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy lớp BTN hạt mịn:

b Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa:

Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế trên 1 làn xe:

Ne= 1479845( trục/ng đêm)

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

Đối với mặt đường bê tông nhựa chặt loại I: k2=1

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới:

=>Kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

II Kết cấu áo đường cho phần lề gia cố:

Thông thường lề đường có 2 chức năng chủ yếu là: để xe cộ dừng đỗ lại vìlý do đột xuất và để tạo ra “hiệu ứng thành bên” để bảo vệ cạnh mép của các lớpkết cấu mặt đường phần xe chạy chính Ngoài ra, còn được xem là chỗ tránh xeđảm bảo giao thông khi tiến hành sửa chữa mặt đường phần xe chạy chính vàriêng ở nước ta lề đường còn dùng cho các xe 2 bánh và xe thô sơ đi lại

Trên thực tế ở nước ta và nhiều nước khác, việc bánh xe tải thường xuyênxâm phạm lề đường là một trong các nguyên nhân chủ yếu làm hư hỏng mặt lềđường Do đó nếu có thể nên chọn kết cấu lề gia cố như kết cấu phần xe chạychính hoặc bố trí bề dày các lớp móng giảm đi

Khi chọn kết cấu lề nên chọn kết cấu lớp mặt của lề và phần xe chạy liêntục để giữa chúng không tồn tại khe tiếp xúc (chống nước xâm nhập và hạn chếhiện tượng cóc gặm)

Cấu tạo các lớp lề gia cố từ trên xuống như sau:

- Bê tông nhựa chặt loại I hạt mịn dày 5 cm

- Bê tông nhựa chặt loại I hạt vừa dày 7 cm

- Cấp phối đá dăm loại I dày 17 cm

- Cấp phối đá dăm loại II dày 36 cm

Các đặc trưng tính toán của mỗi lớp kết cấu:

Lớp vật liệu (cm H

)

E v

(Mpa )

E ku

(Mpa )

E tr

(Mpa )

R u

(Mpa )

C (Mpa )



(độ )

Bê tông nhựa chặt loại I

Bê tông nhựa chặt loại I

Đã kiểm tra chi tiết trong phần thiết kế sơ bộ

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC

Để bảo vệ nền đường không bị ngập nước và thoát nước trên mặt đường, taphải làm hệ thống thoát nước bằng cách làm rãnh dọc trên những đoạn đường đào,đắp thấp ( < 0.6m )

Rãnh dọc không chỉ thoát nước mưa trên đường mà còn phải thoát mộtlượng nước mưa trong khu vực do địa hình có độ dốc ngang Do đó ta phải tínhtoán lưu lượng và thiết kế cho phù hợp

Trên đoạn tuyến kỹ thuật thiết kế có 2 cống Do đó trong phần thiết kế kỹthuật ta chỉ tính toán công trình thoát nước mặt Cụ thể là tính toán thủy lực rãnhvà cống địa hình

I Thiết kế rãnh biên:

1 Yêu cầu khi thiết kế rãnh :

Tiết diện và độ dốc rãnh phải đảm bảo thoát nước được với lưu lượng tính toánvà kích thước hợp lý, lòng rãnh không phải gia cố bằng những vật liệu đắt tiền màcó thể sử dụng được những vật liệu tại chổ

- Độ dốc của rãnh trong mọi trường hợp phải chọn để tốc độ nước chảy trongrãnh không nhỏ hơn tốc độ ban đầu làm các hạt phù sa lắng đọng

- Độ dốc lòng rãnh không được thiết kế < 0.5% trong trường hợp đặc biệt cóthể 0.3% nhưng chiều dài rãnh không được quá 50 m

- Mép đỉnh của rãnh dẫn nước phải cao hơn mực nước chảy trong rãnh là0.25m

- Kích thước ngang của rãnh biên được chọn theo cấu tạo, như vậy việc tínhtoán thoát nước rãnh chủ yếu là tính chiều dài rãnh để đảm bảo thoát nước, rãnhbiên được bố trí dọc theo đường và thường bằng độ dốc của đường, do đó trongthực tế là dựa vào lưu lượng thiết kế và độ dốc của rãnh để chọn kích thước chiềurộng và chiều sâu của rãnh

2 Lưu lượng nuớc chảy qua rãnh:

QP = 16.67    a F p   , m3/s

Trong đó

F : diện tích lưu vực bằng Km2, (diện tích bề mặt dồn nước tới rãnh ):

F = F1 + F2

F1 : diện tích phần mặt đường tích nước

F2 : diện tích phần mặt taluy nền đào

Xét trường hợp bất lợi nhất với chiều dài đoạn rãnh dài nhất trong đoạn ( dài407.46 m )