THIẾT KẾ HÌNH HỌC VÀ KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

Đây là một đồ án thiết kế một tuyến đường qua 2 điểm A và B trên bình đồ giả định thuộc hệ đào tạo của khoa Xây Dựng Cầu Đường, trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. Đồ án thể hiện chi tiết các bước tính toán thiết kế nên một tuyến đường ô tô bao gồm 8 chương có lý luận, tính toán cụ thể. Đồ án này hi vọng sẽ giúp các bạn sinh viên trong ngành tham khảo và đem lại những thông tin bổ ích để cho các bạn hoàn thành đồ án của mình.

Thuyết minh đồ án môn học THIẾT KẾ HÌNH HỌC VÀ KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực Thuyết minh đồ án môn học Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC TUYẾN 1.1. Giới thiệu nhiệm vụ được giao : Thiết kế tuyến đường đi qua hai điểm A-B thuộc hai xã Đông Thanh huyện Đông Hà và xã Mai Xá huyện Gio Linh thuộc tỉnh Quảng Trị. 1.2. Vai trò vị trí tuyến đường trong việc phát triển kinh tế,quốc phòng dân sinh và xã hội : Là đường nối 2 trung tâm kinh tế, văn hoá, chính trị của địa phương. Tuyến đường tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao lưu văn hoá, buôn bán và hoạt động chính trị của nhân dân trong vùng với các trung tâm, địa phương khác của khu vực. Hiện nay, tình hình kinh tế khu vực tuyến đi qua còn chưa phát triển so với các khu vực khác của huyện, nhân dân chủ yếu là trồng trọt và sản xuất lương thực thực phẩm, tuy có trao đổi buôn bán với các khu vực khác trong huyện nhưng việc vận chuyển hàng hoá còn nhiều hạn chế. Hiện tại những tuyến đường đi trong khu vực còn ít và có quy mô nhỏ nên các phương tiện vận chuyển hàng hoá có tải trọng lớn chưa thể lưu thông. Để có thể mở rộng việc thông thương trao đổi hàng hoá với các vùng khác, nhiệm vụ cấp thiết hiện nay là xây dựng thêm những tuyến giao thông mới tuyến nối liền các trung tâm buôn bán nhỏ trong huyện với nhau, trong đó có tuyến A -B. Tuyến đường sau khi hoàn thành sẽ góp phần một cách đáng kể vào việc cải thiện nâng cấp cơ sở hạ tầng, phát triển nền kinh tế, văn hoá xã hội của vùng tạo điều kiện thu hút sự quan tâm chú ý của các nhà đầu tư và phù hợp với các nhu cầu của vùng. Tạo cơ hội thuận lợi để hai huyện có thể giao lưu kinh tế chính trị, văn hoá với nhau, nhằm mục đích thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế của khu vực Quảng Trị nói riêng và cả nước nói chung. Với ý nghĩa to lớn như vậy, việc đầu tư xây dựng tuyến đường qua hai trung tâm A và B là cấp bách và thực sự cần thiết. 1.3 . Hiện trạng mạng lưới giao thông trong vùng : Khu vực mà tuyến đi qua có mạng lưới giao thông thưa thớt các tuyến đường có chất lượng không tốt vì vậy việc phục vụ cho người dân đi lại của các tuyến đường trong khu vực mà tuyến đi qua còn nhiều hạn chế. Do đó khi tuyến đường A-B được hoàn thành sẽ giải quyết được nhu cầu đi lại của người dân trong vùng. 1.4. Đặc điểm kinh tế xã hội : 1.4.1. Dân cư và sự phân bố dân cư: Dân cư phân bố tập trung ở khu vực đồng bằng và trung du, mật độ trung bình là: 104 người /Km 2 , và dân cư chủ yếu tập trung ở hai bên tuyến A -B. 1.4.2. Tình hình văn hoá - kinh tế - xã hội trong khu vực: Dân cư tập trung tại đầu và cuối tuyến tương đối đông, diện tích đất rộng, trong vùng phát triển mạnh về trồng trọt và chăn nuôi. Tuy vậy, cơ sở hạ tầng còn thấp, đường sá đi lại còn khó khăn chủ yếu là đường đất nhỏ. Việc giao lưu văn hoá với các trung tâm khác còn nhiều hạn chế. 1.5. Đặc điểm về điều kiện tự nhiên : 1.5.1. Điều kiện địa hình, địa mạo: SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực Thuyết minh đồ án môn học Tuyến đường đi qua 2 điểm A và B của khu vực Quảng Trị có địa hình gò đồi núi thấp và xen lẫn đồng bằng,thung lũng, vùng cát ven biển. Tình hình địa mạo của khu vực tuyến đi qua là vùng đồng bằng chủ yếu là đồng lúa tập trung dày đặc, trên mặt đất tự nhiên có phần lớn là cây bụi , thân cỏ và một số cây thân gỗ. 1.5.2. Điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn: - Địa chất khu vực ổn định, lớp đất phía trên là đất thịt có lẫn sét và sạn nhỏ dày 15m có tính chất cơ lý tốt, có thể dùng để đắp nền đường. Lớp dưới là lớp đá gốc. Quảng Trị có nhiều sông ngòi với 5 hệ thống sông chính là sông Thạch Hãn, sông Bến Hải, sông Ô Lâu,sông Bến Đá, sông Xê Pôn và sông Sê Păng Hiêng. Sông ở các huyện miền núi có khả năng xây dựng thủy điện vừa và nhỏ. Mực nước ngầm ở độ sâu dưới 20m, hầu như không ảnh hưởng gì đến công trình. 1.5.3. Điều kiện khí hậu: Tuyến đi qua vùng thấp thuộc địa phận tỉnh Quảng Trị, Khí hậu Quảng Trị nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa và là vùng chuyển tiếp giữa hai miền khí hậu Bắc- Nam, có sự phân hoá của địa hình nghiêng dần từ Tây sang Đông cùng với vị trí địa lý và quy định đặc thù khí hậu Quảng Trị .Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 20°C -25°C, tháng 7 cao nhất còn tháng 1 thấp nhất. Nhiệt độ tối cao trong năm vào các tháng nóng, ở vùng đồng bằng trên 40°C và ở vùng núi thấp 34°C-35°C. Nhiệt độ thấp nhất trong năm có thể xuống tới 8°C- 10°C ở vùng đồng bằng và 3°C-5°C ở vùng núi cao. Lượng mưa: Mùa mưa diễn ra từ tháng 9 đến tháng 1, lượng mưa khoảng 75- 85% tổng lượng mưa cả năm. Các tháng mưa kéo dài, lớn là tháng 9-11 (khoảng 600 mm). Tháng ít mưa nhất là tháng 2- tháng 7 (thấp nhất là 40mm/tháng). Tổng lượng mưa cả năm dao động khoảng 2000-2700 mm, số ngày mưa 130-180 ngày. 1.5.4 Các điều kiện liên quan khác : 1.5.4.1. Điều kiện khai thác, cung cấp vật liệu và đường vận chuyển: Qua khảo sát và kiểm tra ta thấy đây là dải đất hẹp tình hình khai thác, cung cấp nguyên vật liệu và đường vận chuyển rất thuận lợi: - Đất đắp nền đường: có thể tận dụng đất đào; hoặc lấy từ mỏ đất ở khu vực lân cận khoảng 2km, có trữ lượng lớn, chất lượng đất đảm bảo các yêu cầu kỹ thuât. - Đá: Lấy tại các mỏ đá ở địa phương với trữ lượng lớn nằm ở hầu hết trong khu vực thuộc các huyện Hướng Hóa,Vĩnh Linh,Cam Lộ… . - Cát: Các mỏ cát với hàm lượng SiO 2 trên 98,4% và trữ lượng khoảng trên 15 triệu tấn được phân bổ nhiều nơi trong tỉnh -Nhựa: Nhựa lấy tại xí nghiệp thi công cách điểm A khoảng 10km. Nhựa đã được thí nghiệm và đạt các chỉ tiêu cơ lý cần thiết. 1.5.4.2. Điều kiện cung cấp bán thành phẩm, cấu kiện và đường vận chuyển: - Các bán thành phẩm được lấy tại các xí nghiệp và cửa hàng kinh doanh vật liệu bán thành phẩm gần tuyến qua và cách điểm A khoảng 2km. - Cống: Các đốt cống được đúc tại nhà máy và được vận chuyển đến công trường bằng xe ôtô cách điểm A khoảng 2km. 1.5.4.3. Khả năng cung cấp nhân lực phục vụ thi công: Đội ngũ kỹ sư và công nhân của công ty thi công lành nghề, có nhiều kinh nghiệm, nhiệt tình với công việc. Thêm vào ở đây có lực lượng thanh niên lớn, chịu khó, cần cù, là nguồn nhân lực dự trữ khi cần thiết. SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực Thuyết minh đồ án môn học 1.5.4.4. Khả năng cung cấp máy móc thiết bị thi công: Đơn vị thi công là Công ty cổ phần-giao thông Quảng Trị có đầy đủ các loại máy móc và các thiết bị cần thiết cho thi công, các xe máy được bảo dưỡng và luôn ở trong trạng thái sẵn sàng kỹ thuật. 1.5.4.5. Khả năng cung cấp các loại nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt: Khu vực tuyến đi qua có chợ và các cửa hàng buôn bán đảm bảo cung cấp đầy đủ các nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt cho cán bộ kỹ thuật và công nhân. 1.5.5. Những thuận lợi và khó khăn khi thiết kế và thi công : Qua các điều kiện trên ta thấy nhận thấy rằng những thuận lợi khi thi công tuyến đường là địa hình thuận lợi một số vật liệu xây dựng sẵn có và vận chuyển tương đối dễ dàng. Tuy nhiên bên cạnh những mặt thuận lợi đó còn có những bất lợi như điều kiện khí hậu ở khu vực này khắc nghiệt sẽ ảnh hưởng đến tiến độ và chất lượng khi thi công công trình.    SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực Thuyết minh đồ án môn học Chương 2 XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN 2.1. Xác định cấp thiết kế của đường : 2.1.1. Căn cứ mục tiêu - ý nghĩa phục vụ của tuyến : Tuyến đường từ thành phố Đông Hà đến huyện Gio Linh và ngược lại là tuyến đường nối liền 2 khu dân cư, là cầu nối giao lưu văn hóa, kinh tế, chính trị giữa 2 huyện với nhau. 2.1.2. Căn cứ lưu lượng xe thiết kế : Thành phần dòng xe: Xe con : 28 % Tải nhẹ : 20 % Tải trung : 38 % Tải nặng : 9 % Xe bus : 5 % - Xác định lưu lượng xe chạy quy đổi về xe con. Lưu lượng xe hỗn hợp trong năm 2010 là 918 xhh/ngđ +Xe con : 28% = 0,28 → 257.04 xe +Xe tải nhẹ : 20% = 0,2 → 183.6 xe +Xe tải trung : 38% = 0,38 → 348.84 xe +Xe tải nặng : 9% = 0,09 → 82.62 xe +Xe bus : 5% = 0,05 → 45.9 xe Lưu lượng xe con quy đổi : N qđ 2010 = ∑ = n i ii KN 1 (xcqđ/ngđ) (2.1) Trong đó :N i lưu lượng của từng loại xe K i hệ số quy đổi của từng loại xe ra xe con ( bảng 2 TCVN4054-2005) + Xe con : 1 +Xe tải nhẹ :2 +Xe tải trung :2 +Xe tải nặng :2,5 +Xe bus :2,0 N qđ 2010 = ∑ = n i ii KN 1 =257.04 × 1+183.6 × 2+348.84 × 2+82.62 × 2,5+45.9 × 2.0=1620.27(xcqđ/ngđ) Lưu lượng xe qui đổi đến năm 2014:(N 0 ) SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực Thuyết minh đồ án môn học )/(90.198427.1620. 20112014 )07,01(.)1( 20100 ngdxcqdN it qN = − += − += Lưu lượng xe con qui đổi ở năm tương lai thứ 15 (12/2028) : )/(40.547690.1984. 20132028 )07,01(.)1( 015 ngdxcqdN it qN = − += − += Vậy lưu lượng xe ở năm tương lai thứ 15: N 15 = 5476.40 (xcqđ /ngđ.) Căn cứ vào 2 yếu tố trên, lưu lượng xe năm tương lai thứ 15 tương đối chiếm 5476.40(xcqđ/ngđ).Căn cứ vào mục đích ý nghĩa của tuyến đường do đó ta đề xuất cấp kĩ thuật của tuyến đường là cấp IV. 2.2. Tính toán – chọn các chỉ thiêu kĩ thuật : 2.2.1. Tốc độ thiết kế : Căn cứ vào địa hình khu vực tuyến đi qua là đồng bằng đồi thấp và cấp thiết kế là cấp IV theo bảng 4 TCVN4054-05 thì tốc độ thiết kế của đường là V tk =60 km/h. 2.2.2. Xác định độ dốc dọc lớn nhất : 2.2.2.1. Phương trình cân bằng sức kéo : - Sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản của đường i dmax = D - f (2.2). Trong đó: D: nhân tố động lực của mỗi loại xe. Giá trị của D phụ thuộc vào tốc độ xe chạy (V) đối với từng chuyển số, các đường cong này được thiết lập với điều kiện mở hết ga trong động cơ nổ. + f: Hệ số sức cản lăn tùy theo từng loại mặt đường sẽ được thiết kế. Với V tk =60 Km/h thì hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào loại mặt đường và tốc độ xe chạy f được tính theo công thức: f = f 0 [1+0,01(V-50) ] Với f 0 = 0,013 Ở đây ta giả thiết chọn mặt đường bê tông xi măng ,bê tông nhựa (Sách hướng dẫn thiết kế đường ô tô Trang7) Vậy : f=0,013x[1+0,01(60-50)]=0,0143 Độ dốc thiết kế lớn nhất tính theo điều kiện này được ghi ở bảng 2.1 Bảng 2.1 Loại xe Tên xe Vận tốc (km/h) D f i d max (%) Xe con Motscovit 60 0.085 0.0143 7.07 Xe tải nhẹ Raz - 51 60 0.045 0.0143 3.07 Xe tải trung Zin - 130 60 0.038 0.0143 2.37 Xe tải nặng Maz - 500 60 0.05 0.0143 3.57 Xe bus Zin - 150 60 0.038 0.0143 2.37 SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực Thuyết minh đồ án môn học Theo TCVN 4054-2005 ứng với cấp thiết kế của đường là cấp IV và địa hình là vùng đồng bằng đồi ta tra được I dmax =6(%) nhưng ta cần phải chọn độ dốc dọc hợp lý để đảm bảo xe chạy đúng tốc độ thiết kế. Theo bảng kết quả trên, để cho tất cả các loại xe chạy đúng tốc độ thiết kế thì I dmax = 2,37%. 2.2.2.2. Phương trình cân bằng sức bám: - Sức kéo phải nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe và mặt đường I' dmax = D' - f (2.3). G PG D k ω ϕ − =' (2.4). Trong đó:+ f :Hệ số sức cản lăn tùy theo từng loại mặt đường sẽ được thiết kế + D': Nhân tố động lực xác định tùy theo điều kiện bám của ô tô. + ϕ: Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường tùy theo trạng thái của mặt đường, khi tính toán lấy ϕ trong điều kiện bất lợi, tức là mặt đường ẩm bẩn, ϕ= 0,3 .(Sách thiết kế đường ô tô tập 1/tr6) + G k : Trọng lượng trục của bánh xe chủ động (kg). - Xe con : G k = 7,0(KN) =700(kg) - Xe tải nhẹ : G k = 51,0(KN) =5100(kg) - Xe tải trung : G k = 73(KN) =7300(kg) - Xe tải nặng : G k = 98,0 x 2 (KN) =19600(kg) - Xe bus : G k = 42 (KN) =4200(kg) + G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô (kg). - Xe con: G = 700+400 =1100(kg). - Xe tải nhẹ: G = 5100+1700 =6800(kg). - Xe tải trung: G = 7300+2400 =9700(kg). - Xe tải nặng: G = 9800 x 2+5000 =24600(kg). - Xe bus: G = 3400+4200 =7600(kg). + Pω: Sức cản của không khí (kg). 13 P 2 VFk = ω (2.5) Trong đó: - k: Hệ số sức cản không khí (kG.s 2 /m 4 ). - F: Diện tích chắn gió của ô tô (m 2 ). - V: Tốc độ xe chạy tương đối so với không khí Km/h, khi chạy ngược gió nó bằng tốc độ thiết kế cộng với tốc độ gió, trong tính toán giả thiết tốc độ gió bị triệt tiêu, V = V tk = 60km/h. Trong đó: k và F được tra theo bảng 3.2.3“Sổ tay TKĐ 1“Trang150, kết quả tính thể hiện ở bảng 2.2 SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực Thuyết minh đồ án môn học Sức cản không khí đối với từng loại xe Bảng 2.2 Loại xe K(kgs 2 /m 4 ) F (m2) V (km/h) Pω (kg) Xe con 0,02 2 60 11,08 Xe tải nhẹ 0,06 3 60 49.85 Xe tải trung 0,065 4,5 60 81 Xe tải nặng 0,07 6 60 116,31 Xe bus 0.05 4.5 60 62.30 Kết quả tính toán các giá trị của các công thức 2.3, 2.4, 2.5 được ghi ở bảng 2.3. Các giá trị sức cản,nhân tố động lực,độ dốc dọc lớn nhất theo đk sức bám Bảng 2.3 Loại xe ϕ G(kg) G k (kg) P ω (kg) D’ I’ dmax (%) Xe con 0,3 1200 700 11,08 0,1657 15.14 Xe tải nhẹ 0,3 7200 5500 49.85 0,2222 20.79 Xe tải trung 0,3 9500 6800 81 0,2062 19.19 Xe tải nặng 0,3 26000 21000 116,31 0,2378 22.35 Xe bus 0,3 7600 4200 62.30 0.1576 14.33 Từ điều kiện này ta chọn i dmax = 14.33 % . Kết hợp với D' ≥ D ≥ (f ± i), ta chọn độ dốc dọc lớn nhất là: i dmax = 2,37 %. Từ độ dốc đã chọn ta tính lại các trị số tốc độ xe chạy của từng loại xe: D= i dmax +f = 0,0237 + 0,0143=0,038, từ đó suy ra tốc độ từng loại xe như ở bảng2.4 Bảng 2.4 Loại xe MAZ -500 ZIN -150 RAZ -51 MOTSCOV IT ZIN -150 Tốc độ V(km/h) 60 62 63 104 60 Vậy tất cả các loại xe đều chạy đúng với tốc độ thiêt kế. 2.2.3. Xác định tầm nhìn S I S II S IV : 2.2.3.1. Tầm nhìn một chiều S: SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực l 0 S h l pu 1 1 S I Hình 2.1: Sơ đồ tầm nhìn một chiều S II S h l o S h l pu1 1 1 l pu2 2 2 Hình 2.2: Sơ đồ tầm nhìn tránh xe hai chiều Thuyết minh đồ án môn học ohpuI lSlS ++= = 0 2 )(2546,3 l i VKV + ± × + ϕ (2.6). Trong đó: +l pư : Chiều dài xe chạy trong thời gian phản ứng tâm lý. +S h : Chiều dài hãm xe. +K: Hệ số sử dụng phanh, chọn K=1,4 đối với xe tải (chọn thiên về an toàn). + V: Tốc độ xe chạy tính toán, V=60 km/h. + i: Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i = 0. + ϕ: Hệ số bám dọc trên đường lấy trong điều kiện bình thường mặt đường ẩm, sạch: ϕ = 0,5. + l 0 : Đoạn dự trữ an toàn, lấy l 0 =10 m. Thay các giá trị vào công thức 2.5 ta có: )(35,6610 )05,0(254 604,1 6,3 60 2 mS I =+ ± × += Tra bảng10 TCVN4054-05 với V= 60 km/h thì S I = 75 m.Và để đảm bảo an toàn xe chạy trên đường cần phải có một đoạn chiều dài nhất định để người lái xe kịp thời xử lý hoặc hãm dừng xe .Vì vậy ta chọn S I = 75m. 2.2.3.2. Tầm nhìn hai chiều S II 0 22 1 2 )(127 8,1 l i KVV S II + − += ϕ ϕ (2.7). Trong đó: + Ta lấy l pư1 = l pư2 + Các thông số khác lấy giống (2.6) Thay các giá trị vào công thức (2.7) ta có: mS II 7,12210 )05,0(127 5,0604,1 8,1 60 22 2 =+ − ×× += . Tra bảng10 TCVN4054-05 với V = 60km/h thì S II = 150m > giá trị tính toán. Vậy ta chọn S II = 150m. 2.2.3.3. Tầm nhìn vượt xe S IV SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực ∆ h b α α C G α Thuyết minh đồ án môn học - Bình thường S IV = 6V. - Cưỡng bức: S IV = 4V. Để thiên về an toàn ta xét trong trường hợp bình thường . S IV = 6V = 6 x 60 = 360 m > 350 nên ta chọn S IV =360 (m) 2.2.4. Xác định bán kính tối thiểu đường cong nằm : Y - Lực ngang. C - Lực li tâm. G - Trọng lực. 2.2.4.1. Khi làm siêu cao : ( ) max 2 min .127 sc sc i V R + = µ (m) (2.8). Trong đó: + V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h. Hình 2.4:các lực tác dụng khi xe chạy vào đường cong nằm + µ : Hệ số lực ngang lớn nhất, trong trường hợp địa hình khó khăn dùng đường cong nằm có bán kính nhỏ, chọn µ=0,15 tương ứng với mặt đường bố trí độ dốc siêu cao tối đa. + i sc max : Độ dốc siêu cao lớn nhất, theo TCVN 4054-2005 thì i sc max = 8%. Thay các giá trị vào (2.8) ta có: ( ) 129 07,015,0127 60 2 min = +× = sc R (m). Theo TCVN 4054-2005 với V = 60 km/h thì bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn R sc min = 125 m, tối thiểu thông thường là R sc min = 250.Vậy R sc min = 250 m. 2.2.4.2. Khi không làm siêu cao : ( ) n osc i V R − = µ .127 2 min (m) (2.9). Trong đó: + V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h. SVTH:Nguyễn Ngọc An &Trà Quang Lực S IV l 2 L pư 1 l 3 S I -S II l’ 2 1 2 2 1 3 3 Hình 2.3: Sơ đồ tầm nhìn vượt xe . tính to n, V=60 km/h. + i: Độ dốc dọc trên đường, trong tính to n lấy i = 0. + ϕ: Hệ số bám dọc trên đường lấy trong điều kiện bình thường mặt đường ẩm, sạch: ϕ = 0,5. + l 0 : o n dự trữ an to n,. tuyến chung cho to n tuyến và cho từng o n tuyến cục bộ. - Cố gắng bám sát đường chim bay để giảm chiều dài tuyến. - Triển tuyến để các đường dẫn hướng tuyến được vạch sao cho đảm b o độ dốc theo hướng. phía Nam so với điểm B.Từ A cách B theo tuyến khoảng 4953.20m dài hơn so với đường chim bay khoảng 1263.2m. Cụ thể :đi từ A theo hướng Tây khoảng 800m, sau đó rẽ phải đi v o đường cong nằm có