đồ án kỹ thuật cơ khí Các giảI pháp thiết kế tuyến trên bình đồ

Dự kiến , đây sẽ là con đường huyết mạch nối giữa hai huyện II-Giới thiệu địa hình nơi đặt tuyến Đoạn tuyến nằm ở vùng đồi núi , sườn dốc không quá lớn , sông suối Ýt Đây là một điều

Chương I :

Giới thiệu hiện trạng

I-Giới thiệu vị trí tuyến đường

Đoạn tuyến nối giữa hai điểm A26-B26 nằm trong dự án xây dựng tuyếnđường mới nối huyện Chí Linh và Gia Lộc Đây là một dự án có ý nghĩa lớn vềvăn hoá , kinh tế , chính trị của địa phương

Dự kiến , đây sẽ là con đường huyết mạch nối giữa hai huyện

II-Giới thiệu địa hình nơi đặt tuyến

Đoạn tuyến nằm ở vùng đồi núi , sườn dốc không quá lớn , sông suối Ýt

Đây là một điều kiện thuận lợi cho việc thiết kÕ tuyến đường Trong công tác vạchtuyến gặp trường hợp đi qua sông suối và các hẻm đồi

III-Hình thức đầu tư và nguồn vốn

1- Nguồn vốn đầu tư :

- Đối với áo đường chọn phương án đầu tư tập trung nhiều giai đoạn

Chủ đầu tư : BQL Dự án GTNT tỉnh Hải Dương.Trên cơ sở đấu thầu hạn chế đểchọn nhà thầu có đủ khả năng về năng lực , máy móc, thiết bị ,nhân lực và đáp ứng

kĩ thuật về yêu chất lượng và tiến độ thi công.Mọi chi tiết xin liên hệ

Nguyễn Văn Bình đc số 7- Phạm Ngũ Lão TP -Hải Dương-Tỉnh HảiDương

Phone : 0320 813597

Fax :15134545134

IV- Đặc điểm kinh tế xã hội và hiện trạng giao thông

1- Đặc điểm kinh tế xã hội

1.a-Dân cư và lao động :

- Thành phần dân cư khá đông đúc chủ yếu là dân tộc kinh, không có dân tộcthiểu số Ýt người

- Mật độ dân cư trung bình 1000 người/km2 , phân bố dân cư không đều

- Lực lượng lao động chiếm khoảng 30% ( chủ yếu làm nông nghiệp )

- Thu nhập bình quân 4-5 triệu VND/người năm

- Trình độ dân trí tương đối cao

1.b-Kinh tế - tài nguyên :

-TàI nguyên thiên nhiên:phổ biến là quặng sắt Pirit FeS2

phần rất Ýt làm nghề buôn bán nhỏ và kinh doanh dịch vụ Cụ thể nhưsau:

2- Đánh giá hiện trạng giao thông :

-Đường bộ chiếm vị trí quan trọng nhất trong vùng Hỗu hết các đường xóm– làng đã được bê tông hoá

-Về đường sắt ,vùng đã có tuyến đường sắt Hà Nội - Hải Phòng chạy qua -Về đường thuỷ :việc có nhiều sông lớn đã giúp sự trao đổi hàng hoá bằngđường thuỷ rất phát triển

V- Điều kiện tự nhiên , VLXD , khí hậu và địa chất thuỷ văn :

1-Địa hình ,địa mạo ,thảm thực vật :

- Đây là vùng đồi núi ở độ cao khoảng 100m so với mực nước biển và vùngthuộc vùng Bắ của Hải Dương

- Có nhiều dốc nhưng sườn dốc thoải

- Thảm thực vật bao gồm chủ yếu là cây cối nhỏ , các tầng thưc vật thấp ,ít cây cỏ

to lớn

2-Khí hậu :

Đây là vùng nằm trong khu vực nhiệy đới gió mùa, nóng Èm, mưa nhiều

Nhiệt độ trung bình :mùa hè280c, mùa đông 180c

Lượng mưa H1% = 365mm

( Chó ý khi chọn thời điểm thi công xây dựng )

3-Địa chất thuỷ văn :

4-Vật liệu địa phương :

- Nhiều mỏ đá vôi với trữ lượng lớn nằm rải rác quanh vùng đặt tuyến

- Có nhiều đất đá đồi núi

-Không có các nhà máy sản xuất VLXD phục vụ cho công tác XD đường

VI-Kết luận

Từ những phân tích trên vè những điều kiện thuận lợi và khó khăn cụ thể của vùng ta có thể thấy việc xây dựng tuyến đường là cần thiết và có tính khả thi cao Dự án được thực hiện sẽ giúp giao thông vận tải trong vùng được cải thiện tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế xã hội của địa phương

Chương II

Xác định cấp hạng kỹ thuật quy mô đầu tư và các tiêu chuẩn kĩ thuật của tuyến đường

I -Xác định cấp hạng của đường:

Để xác định cấp hạng của đường ta dựa vào các cơ sở sau:

-Căn cứ chức năng của tuyến đường , ý nghĩa phục vụ của tuyến đường

(đường nối các trung tâm kinh tế ,chính trị văn hoá của địa phương với nhau hoặc vớicác trục chính) tương ứng ta chọn cấp quản lý là cấp IV

-Căn cứ vào số liệu dự báo về lưu lượng xe và thành phần xe của năm tính toántương lai (năm thứ hai mươi ) và áp dụng các hệ số quy đổi xe (TCN-4054-98) ra

xe con:

Lưu lượng xe năm thứ hai mươi N = 730 xe/ngđ

Hệ số tăng xe : q = 7%

Xe con 20% Xe tải nhẹ 35%

Xe tải trung 40% Xe tải nặng 5%

Lượng xe quy đổi được tính như sau :

Nqđ = Σ NiKi xe con/ngđ Trong đó :

Ni là cường độ thiết kế cho từng loại xe

Ki hệ số quy đổi cho từng loại xe

Chọn cấp kỹ thuật của tuyến đường là cấp 60 ( tốc độ tính toán 60km/h )

-Căn cứ vào điều kiện địa hình nơi tuyến đi qua là địa hình vùng đồi núi

Từ các căn cứ trên và dựa vào TCVN –4054-98 kiến nghị chọn :

1-Xác định quy mô mặt cắt ngang đường (số làn xe ):

N

.

Trong đó :

nlx –là số làn xe yêu cầu

Ncđgiờ –là lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm

Nlth – là năng lực thông hành tối đa ,lấy như sau :

Ta dự kiến thiết kế đường không có phân cách trái chiều và ô tô chạy chung với

xe thô sơ nên Nlth = 1000xcqđ/h

Z – là hệ số sử dụng năng lực thông hành ,theo TCVN-4054-98 ta thiết kếcho đường có Vtt = 60km/h cho vùng đồi núi nên lấy Z = 0,77

b – bề rộng thùng xe (m)

c – khoảng cách giữa hai bánh xe(m)

x – khoảng cách từ sườn thùng xe đến làn xe bên cạnh (m)

y – khoảng cách từ vềt bánh xe đến mép phần xe chạy

x , y được xác định theo cong thức sau :

x = 0,5 + 0,005V khi làn xe chạy ngược chiều

x = 0,35 + 0,005V khi làn xe chạy cùng chiều

y = 0,5 + 0,005V Với V là vận tốc thiết kế

Trong khi thiết kế ta cần xét tới cả hai trường hợp :

-Xe con có kích thước nhỏ nhưng tốc độ lớn

-Xe tải có kích thước lớn nhưng tốc độ bé

Đối với xe con (Volga):tốc độ V = 60km/h, kích thước nhỏ,tốc độ lớn :

b = 1,54 m ,c = 1,22 m

Đối với xe tải v = 60km/h có kích thước lớn , tốc độ nhỏ :

B =

2

95 , 1 65 ,

3.2 – Theo điều kiện sức bám :

Để đảm bảo xe lên dốc mà không bị trượt hay bị quay tại chỗ ta phải các định độdốc theo điều kiện sức bám như sau :

ϕ - là hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường , khi tính toán theo điều kiện sứcbám thường chọn trạng thái mặt đường Èm và bẩn để gây bất lợi cho xe chạy- tachọn ϕ = 0,2

GK – trọng lượng bám (phần trọng lượng truyền lên trục chủ động ,tức trọnglượng của trục chủ động ) (kg)

G – trọng lượng của toàn bộ xe (kg)

Pw – sức cản không khí : Pw =

13

2

KFV

F – diện tích cản gió của xe :

F = 0,8BH đối với xe con

F = 0,9BH đối với xe tải

K (kg.s2/m4) : hệ số lưu tuyến của xe (hệ số sức cản không khí ) ( xác định theo phô lục 2 )

Khổ xe được cho trong bảng kết quả tính toán các giá trị độ dốc i’max ( phụ lục 3 )

Từ bảng trên ta thấy ib

max > imax nên theo điều kiện sức bám hoàn toàn bảo đảm vàtrị số độ dốc dọc lớn nhất bảo đảm được cho các xe chạy được trên đường vào lúcbất lợi nhất

* Theo điều kiện sức kéo

D = f + imax = 0,022 + 0,07 = 0,092 Khi đó vận tốc cân bằng của các loại xe tra theo biểu đồ nhân tố động lực đượcghi trong phụ lục

Nhận thấy chỉ có xe con đạt được vận tốc thiết kế , còn các xe khác thì khôngkhác phục được độ dốc đó Điều này có thể gây ra tình trạng ùn tắc xe Ta có thểkhắc phục bằng cách giảm độ dốc thiết kế hoặc chọn phương án làm làn xe phụvượt dốc

Tổng hợp các điều kiện về sức bám và sức kéo chọn độ dốc dọc lớn nhất :

id max= 7%.

4 Tính toán tầm nhìn xe chạy

Để đảm bảo an toàn , người lái xe luôn phải được đảm bảo nhìn thấy được mộtkhoảng cách nhất định về phía trước để người lái xe kịp thời xử lý hoặc hãm dừngtrước chướng ngại vật hay là tránh được nó Khoảng cách này được gọi là tầm nhìn

xe chạy , tầm nhìn này phải được đảm bảo trên mặt cắt dọc cũng như trên đườngcong nằm sao cho không bị cây cối ,nhà cửa che lấp Nó còn tạo điều kiện chongười lái xe an tâm chạy với tốc độ cao trên đường cao tốc

4.1 – Tính tầm nhìn một chiều S 1 :

Tầm nhìn 1 chiều là khoảng cách ngắn nhất kể từ khi lái xe phát hiện ra chướng

ngại vật đén khi phanh xe được an toàn

2

ϕ = 254 0 , 5 10

60 3 , 1 6 , 3

i

V K

−

+

) (

127

8

5 , 0 60 3 , 1 8 , 1

i = 0 tính cho đoạn đường nằm ngang

V = 60km/h với giả thiết tốc độ của hai xe ngược chiều là như nhau

K = 1,3 với giả thiết hiệu quả sử dụng phanh của hai xe là như nhau

Trước hết ta giả thiết :

-Xe con 1 chạy với tốc độ V1 = 60km/h chạy sang làn ngược chiều để vượt xe tải

V1 = 60km/h vì đây là tình huống nguy hiểm nhất

Các thông số khác

K = 1,3

ϕ = 0,50

lo = 10m

Khi tính toán cần chú ý S4 phụ thuộc đáng kể vào chênh lệch tốc độ giữa xe vượt và

đường không phải là cấp cao thì có thể lấy

Vvượt - Vbịvượt = 15km/h

Chiều dài S4 được xác định như sau

S4 =

2 1 1

2 1 1

) ( 127 8 , 1 2

2

V V

V i

KV V

+ +

=

15

60 ) 5 , 0 ( 127

60 3 , 1 8 , 1

60 055 , 4 2 10 2

R khi có làm siêu cao:

,khi đó hệ số lực ngang là lớn nhất (0,15)và siêu cao là tối đa (6%)

m i

V R

sc m

) 06 , 0 15 , 0 ( 127

60 )

( 127

2 max

.

2 min

+

= +

sc m

) 04 , 0 15 , 0 ( 127

60 )

( 127

2

2

+

= +

5.2– Tính bán kính đường cong nằm khi không có siêu cao R osc :

Khi có điều kiện làm bán kính lớn và không cần thiết phải bố trí siêu cao ,lúc đómặt cắt ngang phải làm hai mái và isc = -in ,độ dốc ngang tối thiểu tuỳ thuộc vào vậtliệu làm đường ,hệ số lực ngang do muốn cải thiện điều kiện xe chạy nên phải dùng0,08:

Rosc =

) 02 , 0 08 , 0 ( 127

60 )

( 127

2 2

Như vậy ta quyết định chọn Rosc = 500m

5.3Tính bán kính các đường cong nằm thông thường:

(trong phạm vi từ Rmin

»m

n đến Rosc) Các giá trị isc được nội suy từ 0,02- 0,06 rồi nội suy ra các giá trị µ tương ứng (từ0,08 đến 0,15) đồng thời sử dụng công thức :

Rthông thường =

) (

Kết quả được lập thành bảng các bán kính thường dùng (để sau này trong quátrình thiết kế sẽ vận dụng đến ),và để tiện dụng ,ta tiến hành ghép thành từng nhóm

Rthườngdùng với các bán kính nắm trong phạm vi mỗi nhóm ta sẽ sử dụng các trị số µ

α

Trong đó:

α là góc chiếu đèn pha ,α = 2o

Khi R< Rminbandem thì phải khắc phục bằng các biện pháp chiếu sáng hoặc đặt biển báo

đẻ lái xe biết ,hoặc bố trí gương cầu

6- Tính độ mở rộng phần xe chạy trên đường cong nằm :

Khi xe chạy trên đường cong quỹ đạo bánh xe trước và bánh xe sau không trùngnhau vì vậy chiều rộng dải đường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn khi xechạy trên đường thẳng Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tươngđương như trên đường thẳng ,ở các đường cong có bán kính nhỏ phải mở rộng phần

L2 0 , 1

+

Sau đó so sánh các giá trị đó với TCVN-4054-98 ta có bảng sau :

(Xem phụ lục 8)

7-Tính chiều dài đường cong chuyển tiếp Clothoide chiều dài đoạnnối siêu cao

và chiều dài đoạn chêm giữa hai đường cong nằm:

Khi xe chuyển động từ đường thẳng vào đường cong có bán kính hữu hạn ,để đảmbảo cho xe chạy êm thuận và an toàn thì ở hai đầu đường con người ta phải bố tríđương con chuyển tiếp hoặc vuốt nối siêu cao

7.2- Tính L ct và L nsc :

Theo công thức:

Lct =

I R

V

47

3

Với I là gia tốc li tâm ,Việt Nam lấy I = 0,5

Chiều dài đoạn nối siêu cao dược xác định theo công thức :

L1 và L2 tương ứng với Lchọn trong bảng trên

Vì chưa cắm tuyến cụ thể trên bình đồ ,nên chưa thể biết giá trị cụ thể của bán kính

R1 và R2 là bao nhiêu do vậy để tiện dụng về sau ở đây ta cho một nhóm bán kínhnày (R1) ghÐp với bất kỳ một nhóm bán kính khác (R2)từ đó tính ra trị số m tươngứng Sau này ,trong giai đoạn thiết kế bình đồ tuyến ,tuỳ theo từng trường hợp sửdụng bán kính cụ thể ta sẽ vận dụng bẳng dưới đây để kiểm tra chiều dài đoạnchêm m xem có đủ hay không

*- Khi hai đoạn cong là cùng chiều ta có bẳng dưới đây để xác định trị số m của

đoạn thẳng chêm:

(Xem phụ lục 10)

*-Khi hai đường cong là ngược chiều nhau:

Theo TCVN-4054-98 ,giữa các đường cong tròn phải có đoạn chêm đủ dài để bốtrí các đường cong chuyển tiếp và không nhỏ hơn 2V (m) giữa hai đường congngược chiều nhau.Đồng thời nhằm đảm bảo yêu cầu về động lực của xe chạy vàđảm bảo yêu cầu về phối hợp giữa các yếu tố trên bình đồ theo yêu cầu thiết kếcảnh quan để ngươì lái có cảm thụ thị giác tốt

Chiều dài đoạn chêm:

Với V = 60km/h

8-Tính bán kính đường cong đứng tối thiểu :

ở những nơi mặt cắt dọc thay đổi độ dốc ,để đảm bảo mặt cắt dọc lượn đều khônggãy khúc ,xe chạy an toàn tiện lợi phải thiết kế đường cong đứng dạng đường congparabol bậc hai hoặc đường cong tròn Về nguyên tắc chung , bán kính thiết kếcàng lớn càng tốt Tuy nhiên trong thực tế có thể gằp nhiều trường hợp nếu dùngbán kính lớn thì phải đào sâu ,đắp cao ,khối lượng đào đắp nền đường tăng vọt Vìvậy trong tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cần quy định số bán kính tối thiểu đườngcong đứng phù hợp với tốc độ thiết kế

8.1-Tính bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu:

Nó được xác định từ điều kiện bảo đảm tầm nhìn của người lái xe chạy trên đườngcong lồi Theo kết quả ngiên cứu cho thấy ,nếu thoả mãn yêu cầu về tầm nhìn đồngthời sẽ thoả mã yêu cầu về an toàn và tiện lợi cho xe chạy vì lực ly tâm tác dụngkhông lớn lắm

• Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (SI):

75 2

=

m d

S

R II

låi 2345

2 , 1 8

150 8

2 1

2

m d

S

R IV

2 , 1 8

360 8

2 1

2

Như vậy ta thấy kết quả tính toán theo SIvà S3không sai lệch nhau là bao nhiêu,ngoài ra kết quả tính toán theo SIV đòi hỏi kết quả rất lớn ,mặt khác tuyến đường tađang đi thiết kế là đường thẳng (không có dải phân cách )có thể không dùng sơ đồIV

Theo TCVN-4054-98 ta có bán kính đường cong lồi nhỏ nhất là 2500m.Từ hai kếtquả đó ta có thể đi đến kết luận lấy giá trị Rmin

låi = 2500m

8.2-Tính bán kính đường cong đứng lõm nhỏ nhất :

Bán kính tối thiểu đường cong lõm được xác định từ điều kiện bảo đảm cho lực litâm không làm cho nhíp xe bị quá tải và đảm bảo điều kiện tiện lợi cho hành khách(ko gây khó chịu cho hành khách )

nhíp xe không bị quá tải :

m

V

R lâm 555

5 , 6

2

) sin (

2

I I

I mion

lâm

S h

S R

+

) 1 sin 75 75 , 0 ( 2

75 2

= +

lâm = 1366m

Chương III

Các giảI pháp thiết kế tuyến trên bình đồ

3.1 Thiết kế tuyến trên bình đồ:

3.1.a Nhận xét chung:

Nhiệm vụ đặt ra phảI thiết kế tuyến từ A26- B26

Từ bình đồ ban đầu tỉ lệ 1:10000và chênh cao ∆H=5 m

Xác định bước com pa

) ( 1 ) ( 01 0 10000

* 05 0

d i i

i

Vậy khi vượt qua các đường đồng mức thì bước compa tối thiểu là 1(cm) để đảmbảo dộ dốc cho phép

3.2 Phương án tuyến trên bình đồ

Xác định các điểm khống chế như điểm đầu A26, điểm cuối B26 Để đảm bảobước compa đồng thời thoả mãn các yếu tố đường cong tránh tổn thất cao độ vôÝch

Phương án tuyến được chọn cố gắng bám sát địa hình bằng cách đi men theo cácđường đồng mức Đồng thời giảm đuợc khối lượng đào đắp đáng kể cũng như dễdàng bố trí thoát nước

3.3 Bố trí đường cong nằm và cắm cọc:

Dọc theo tuyến ta cắm các cọc 100m ,cọc KM ,các cọc địa hình ,nơi tuyến thayđổi địa hình (tuyến thay đổi đi lên thành đi xuống dốc ,nơi cắt đường đồng mức,tuyến giao với đường phân thuỷ ,tụ thuỷ ,…)

Các cọc trên tuyến bao gồm:

- Các cọc lý trình H1,H2

-Các cọc Km: Km0,Km1,Km2…

-Các cọc đường cong nằm

-Các vị trí cống C1,C2…

Các yếu tố đường cong được tính như sau:

Chiều dài của đoạn tiếp tuyến đường cong

T = Rtg

2

α

Với α là góc ngoặt của tuyến (độ)

Chiều dài đường cong :

1

α

Bảng yếu tố các đường cong nằm: (xem phụ lục )

• Xác định vị trí các công trình thoát nước trên bình đồ và trên trắc dọc

mức) khoanh khu vực nước chảy về công trình theo ranh giới giữa các đường phânthuỷ Tính diện tích của lưu vực tính toán

4.2-Tính toán thuỷ văn:

4.2.1-xác định lưu lượng nước chảy cực đại về công trình:

Với tần suất lũ thiết kế chọn theo quy phạm p = 4% ứng với vận tốc thiết kế V =60Km/h

Lưu lượng cực đại ứng với tần suất p = 4%được tính theo công thức :

Qmax

P = A%

P α.H%

P F.δ (m3/s)Trong đó:

H%

3) tính bằng mm

α-hệ số dòng chảy lũ xác định theo bảng 9-6a (TKĐ 3) phụ thuộc đặc trưng

P và diện tích lưu vực F

A%

P -mô dun dòng chảy cực đại tương đối (với giả thiết δ =1) xác định theophụ lục 13 (TKĐ 3) phụ thuộc vào thời gian tập trung nước trên sườn dốc lưu vực

τs,vùng mưa và đặc trưng thuỷ văn địa mạo của lòng sông φls

δ-hệ số xét đến ảnh hưởng của hồ ao và đầm lầy ,tra theo bảng 9-5 (TKĐ 3)

Qp- lưu lượng cực đại ứng với tần suất tính toán ,m3/s