ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

Đồ án thiết kế đường ô tôThiết kế đường cấp 3 miền núi qua 2 điểm A, B cho trước, vận tốc thiết kế 60kmhXác định các chỉ tiêu kĩ thuật của tuyến đườngTính toán thủy vănTính toán lưu vựcTính toán cống

Chương 1 : TÌNH HÌNH CHUNG CỦA KHU VỰC

XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG

1.1 Đặc điểm và ý nghĩa của tuyến đường.

1.1.1 Vị trí.

 Tuyến đường thiết kế từ A đến B thuộc khu vực Xã Bàng tỉnh Đồng Nai Đây làtuyến đường làm mới có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển kinh tế địa phương nóiriêng và cả nước nói chung Tuyến đường nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa củatỉnh nhằm từng bước phát triển kinh tế, văn hóa toàn tỉnh Tuyến đường được xây dựngkhông chỉ để vận chuyển hàng hóa, phục vụ đi lại của người dân mà còn nâng cao dân trícủa người dân khu vực cận tuyến

1.1.2 Khí hậu.

 Đồng Nai nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, khí hậu ônhòa, ít chịu ảnh hưởng của thiên tai, có hai mùa tương phản nhau, mùa khô và mùa mưa.Nhiệt độ hàng năm vào khoảng 26-300C, lượng mưa trung bình năm tương đối lớn và phân

bố không đều theo từng vùng

1.1.3 Địa hình.

 Tỉnh Đồng Nai tồn tại địa hình đồng bằng và bình nguyên với đồi núi rải rác, có xuhướng thấp dần theo hướng Bắc Nam Các dạng địa hình chính là địa hình đồng bằng (trênnhững bậc thềm sông và địa hình trũng trên trầm tích đầm lầy biển) Dạng địa hình đồilượn sóng, dạng địa hình núi thấp

 Vùng tuyến đi qua và khu vực cận tuyến là cao nguyên, tuyến đi qua ở độ cao vừa,

đi ven sườn đồi gần suối, độ dốc trung bình của lòng suối không lớn lắm, lưu vực xungquanh ít ao hồ nên việc thiết kế các công trình thoát nước đều tính vào mùa mưa

1.1.4 Địa chất.

 Tỉnh Đồng Nai có quỹ đất phong phú và phì nhiêu Gồm các loại đất hình thành trên

đá badan, đất hình thành trên nền phú sa cổ và trên đá phiến sét, các loại đất trên nền phù

sa mới Địa chất tuyến đi qua khá tốt Đất đồi núi có địa chất đi qua không phức tạp, đấtnền á sét nên tuyến thiết kế không cần phải xử lý đất nền, vật liệu tại chỗ có thể khai thác làsỏi đá

1.1.5 Ý nghĩa.

 Tuyến đường góp phần làm dân cư phân bố theo dọc tuyến, góp phần vào mạng lướigiao thông chung của tỉnh, nâng cao giá trị vật chất và tinh thần cho người dân và còn gópphần đưa điện năng về vùng sâu vùng xa

1.2 Số liệu thiết kế của tuyến đường.

CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CHỦ YẾU CỦA TUYẾN ĐƯỜNG

2 Cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường :

Bảng 2-1.Bảng tính lưu lượng xe con qui đổi

Loại xe Mác xe

Thành phần xe chạy (%)

Số lượng ở năm khai thác đầu

Hệ số qui đổi

Số xe con qui đổi (xcqđ/ngđ)

Lưu lượng xe năm đầu khai thác(xe/ngđ) 450 - 1055.25

 Lưu lượng xe chạy tính toán ở tương lai :

- f : là hệ số sức cản lăn của mặt đường ứng với vận tốc V

f = f 0 (1 + 4,5.10 -5 V 2 )

Khi V =60km/h thì f khơng thay đổi nhiều so với f0 nên cĩ thể lấy f = f0 = 0,02

Bảng 2-2 Bảng xác định độ dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo

Loại xe Mác xe V tk (Km/h) D max f i maxkeo

Ta có : i max bam = m.φ d - P W

G - fVới D bam max = m.φ d - P W

 P W

KF V2

13 lực cản không khí tác dụng vào xeVới K : hệ số sức cản không khí phụ thuộc loại xe

F : diện tích cản không khí

F = 0.8 x B x H đối với xe con

F = 0,9 x B x H đối với xe buýt và xe tải

i max bam = 0,254 = 25,4%

Giá trị được chọn thỏa : imax = min(i max keo;i max bam) suy ra imax = 0,8%

 Theo TCVN 4054-2005 : Đường cấp 3, vùng núi nên có i max = 7%

Do địa hình vùng núi, xây dựng đường bằng phẳng, độ dốc thấp cần phải đào đắp nhiều, tốn nhiều công sức, thời gian và chi phí, vì vậy ta nên chọn i max = 7%

Chọn giá trị k theo xe tải là xe có số lượng lưu thông nhiều nhất

3.2.2 Tầm nhìn trước xe ngược chiều S 2 :

Công thức xác định tầm nhìn trước xe ngược chiều :

Chọn giá trị k theo xe tải là xe có số lượng lưu thông nhiều nhất

3.2.5 Độ mở rộng phần xe trong đường cong.

 e w : độ mở rộng trong đường cong

 R : bán kính đường cong nằm tối thiểu Rmin = 130mSuy ra e w= 7,332

2 x 130+

0,05 x 60

√130 = 0,47mTheo TCVN 4054-2005 : Với R = 100÷150m, đối với xe tải thì e w=0,45m

Vậy chọn e w = 0,5m để thiết kế

3.2.5 Xác định chiều dài đường cong chuyển tiếp nhỏ nhất

 Điều kiện 1 : Độ tăng gia tốc li tâm không gây ảnh hưởng đến hành khách khi

xe vào đường cong

L ct ≥ V3

47 x I0xR

Trong đó : V : vận tốc thiết kế 60km/h

R : bán kính đường cong chuyển tiếp

I0 : là độ tăng gia tốc li tâm cho phép, theo TCVN 4054-2005với V = 60km/h thì ta chọn I0 = 0,6 (m/s3)

ip : độ dốc dọc phụ thêm lớn nhất cho phép, ở mép mặt đườngphía lưng đường cong Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô 22TCN-273-01 quy định ip = 0,5%

Suy ra : L ncsmin=∆ h

i p =

6(0,07+0,02)

0,005 x 2 = 54 (m)Theo TCVN 4054-2005 thì chiều dài đoạn nối siêu cao ứng với V=60km/h và R = 130mkhông nhỏ hơn 70m

4.1 Xác định bán kính đường cong đứng lồi.

 Tuyến đường thiết kế là đường không có giải phân cách, ta có công thức :

R min loi

= S22

8 h1

Trong đó :

 h1 = 1m là độ cao mắt người so với mặt đường

 S2 : chiều dài tầm nhìn trước xe ngược chiều

Suy ra : R min loi =1502

8 =2812,5 m

 Theo TCVN 4054-2005, bán kính đường cong lồi tối thiểu giới hạn là

2500m, bán kính đường cong lồi tối thiểu thông thường là 4000m Vậy chọn

R min loi

=4000 m

4.2 Xác định bán kính đường cong đứng lõm.

4.2.1 Đảm bảo điều kiện không bị gãy nhíp xe do lực li tâm gây ra.

 Ta có công thức : R min lom

= V2

13 x[a]Trong đó :

 V : vận tốc thiết kế

 [a] = 0,5 ÷ 0,7 m/s2 : gia tốc li tâm cho phép

(Với V = 60km/h, lấy [a] = 0,5m/s2)Suy ra : R min lom= 602

 hđ = 0,61m : độ cao của đèn ô tô so với mặt đường

 α =10 : một nửa góc chiếu sáng của đèn ô tô theo phương thẳng đứng

 Theo TCVN 4054-2005, số làn xe tối thiểu là nlx = 2

Vậy chọn n lx = 2 cho tuyến đường

4.3.2 Bề rộng một làn xe chạy.

- Đối với đường có 2 làn xe chạy, ta chọn bề rộng mặt đường như sau

B = 2.max (B1 ; B2)Với B1=a1+c1

2 +x1+y1 (bề rộng làn đường đối với xe con)

B2 = 2,65+1,922 +0,8+0,8=3,89 mLấy bề rộng 1 làn xe 4m

Bề rộng phần lề đường theo tiêu chuẩn là 1,5m (gia cố 1m)

Bề rộng nền đường theo tính toán là : 4x2 + 1,5 x2 = 11m

Theo TCVN 4054-2005 bề rộng 1 làn xe tối thiểu là 3m Suy ra bề rộng mặt đường là 6m.Suy ra bề rộng nền đường theo tiêu chuẩn là 6+2.1.5 = 9m

Vậy chọn bề rộng 1 làn xe là 3m, bề rộng nền đường là 9m để thiết kế.

BẢNG TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT

Theo tiêu chuẩn

Dùng để thiết kế

3 Tầm nhìn xe chạy

Trước chướngngại vật

- Chênh cao đồng mức : 2m

- Thiết kế tuyến đường qua 2 điểm A và B cho trước

- Cao độ đường đen tại điểm A :

- Cao độ đường đen tại điểm B :

1 Những yêu cầu chung đối với tuyến đường trên bình đồ.

 Chú ý đến mực nước dâng ở nơi có dòng chảy để có phương án phát triển tuyếnđường hợp lý nhất

 Đảm bảo tuyến đường ôm theo dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, đảmbảo cảnh quan tự nhiên

 Đảm bảo các yếu tố đường cong như bán kính tối thiểu đường cong nằm, chiều dàiđường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc lớn nhất của tuyến đường khi chuyển tuyến…Không vi phạm các quy định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế

 Xét đến yếu tố tâm lý của người lái xe khi lưu thông trên đường, không nên thiết kếnhững đoạn đường thẳng quá dài gây tâm lý mất cảnh giác và gây buồn ngủ đối vớingười lái xe, ban đêm đèn xe gây chói mắt đối với người đi ngược chiều

 Cố gắng sử dụng các tiêu chuẩn hình học cao như bán kính đường cong, chiều dàinhững đoạn cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hình cho phép

 Đảm bảo tuyến đường là một không gian đều đặn, êm dịu

 Tránh các vùng đất yếu, đất sụt

 Phối hợp tuyến với cảnh quan vùng tuyến đi qua

2 Vạch các tuyến đường trên bình đồ.

 Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật đã chọn với đường cấp III, vùng núi và với bình đồ đã

có, ta vạch tất cả các phương án mà tuyến có thể đi qua Để thuận lợi cho việc vạch tuyến trên bình đồ ta nên xác định đường dẫn tuyến chung cho toàn tuyến và từng đoạn cục bộ

 Khi vạch tuyến phải thỏa bước compa để đảm bảo độ dốc dọc cho phép Định bước compa để vạch tuyến

l cp= Δhh 0,8×imax×5000×

1

M×100=35 , 7m

Bảng 4.1 : Bảng yếu tố các đường cong

YẾU TỐ CONG Tên Cọc Lý Trình Góc Ngoặt R(m) T(m) P(m) K(m) L Chêm

Km 0 Km0 + 0.00

207.397TD1

Km0+207.39

7P1 Km0+300.175 35d26'20" 300 95.85 14.94 185.56

TC1

Km0+392.95

4

87.568TD2 Km0+480.522

P2

Km0+565.90

9 24d27'42" 400 86.71 9.29 170.77TC2 Km0+651.297

208.647TD3

Km0+859.44

4P3 Km1+001.870 27d12'5" 600 145.16 17.31 284.85

TC3 Km1+144.296

193.626TD4 Km1+337.922

P4 Km1+448.933 31d48'8" 400 113.95 15.91 222.02

TC4 Km1+559.944

326.806TD5

Km1+886.75

0P5 Km2+043.087 39d48'39" 450 162.95 28.59 312.67

TC5 Km2+199.423

229.572TD6 Km2+428.995

P7 Km2+763.858 42d38'37" 200 107.28 26.96 196.94

TC7

Km2+835.667

122.925TD8 Km2+958.592

P8

Km3+052.56

0 53d50'23" 200 101.55 24.31 187.94TC8 Km3+146.528

316.889CT

Km3+463.417

Toàn bộ tuyến có tổng cộng 8 đường cong nằm được bố trí Lchêm là chiều dài đoạn thẳngchêm trước đường cong đó

64 CT KM3+463.417 3463.417 35.70

- Chiều dài toàn tuyến là 3463.42m

A.PHẦN NỀN ÁO ĐƯỜNG

1 Khái quát chung.

1.1 Cấu tạo.

- Cấu tạo áo đường mềm hoàn chỉnh gồm có tầng mặt và tầng móng, mỗi tầng có thể

có nhiều lớp

- Tầng mặt ở trên chịu tác dụng trực tiếp của xe (lực thẳng đứng và lực ngang) và tác

dụng của các nhân tố tự nhiên (nắng, mưa, nhiệt độ,…) Tầng mặt phải đủ bền trong suốtthời kì sử dụng, phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống được biến dạngdẻo ở nhiệt độ cao, chống được nứt, chống bong bật, phải có khả năng chịu bào mòn tốt vàđảm bảo yêu cầu vệ sinh

- Tầng móng ở dưới có tác dụng phân bố ứng duất do tải trọng xe xuống nền đường.

Vật liệu tầng móng có thể dung loại rời rạc nhưng phải đảm bảo độ cứng nhất định và cóthể có cường độ giảm dần theo chiều sâu

1.2 Các yêu cầu cơ bản.

- Kết cấu áo đường được sử dụng vừa phải đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật vừa phải

đảm bảo các yêu cầu kinh tế trong đầu tư lẫn quá trình khai thác

- Vật liệu sử dụng ở tầng mặt là loại vật liệu đắt tiền nên khi thiết kế cần phải tính

toán sao cho chiều dày các lớp là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

- Đối với tầng móng, có thể bố trí nhiều lớp khác nhau với loại có cường độ thấp hơn

ở dưới Ta có thể tận dụng vật liệu sẵn có ở địa phương

1.3 Các thông số dùng trong thiết kế áo đường mềm.

- Tải trọng trục tính toán và số xe tính toán

- Trị số tính toán của môđun đàn hồi E, lực dính C và góc nội ma sát ϕ của các loại vật liệu làm áo đường, cường độ chịu kéo uốn của lớp vật liệu (theo phụ lục C 22TCN 211-06)

- Trị số tính toán của môđun đàn hồi E0, lực dính C và góc nội ma sát ϕ tương ứngvới độ ẩm tính toán bất lợi nhất của nền đất (độ ẩm tính toán bất lợi nhất được xác định tùytheo loại hình gây ẩm của kết cấu áo đường theo phụ lục B 22TCN 211-06)

2 Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn.

2.1 Số liệu ban đầu.

Loại xe Mác xe

Thành phần xe chạy (%)

Số lượng ở năm khai thác đầu (xe/ngđ)

Số lượng ở năm cuối khai thác (xe/ngđ)

- Số lượng xe lưu thông ở năm cuối tính theo công thức N t = N 1 ( 1+ q ) t-1

- Thời hạn thiết kế áo đường t = 15 năm

Bảng dự báo thành phần xe chạy ở năm cuối khai thác và đặc tính các loại xe

Loaị xe

Trọng lượng trục khi đầy hàng(KN) Số trục

sau Số bánh của mỗi cụm

Khoảng cách giữa các trục sau

Lưu lượng xe năm cuối (xe/ngđ/2chiều) Trục

trước Trục sau

Xe con M_21 8.98 9.42 1 Cụm bánh đơn - 226

Xe tải nhẹ Gaz_51A 15.70 36.79 1 Cụm bánh đôi - 301

Xe tải vừa Zil_130 25.26 68.18 1 Cụm bánh đôi - 376

Xe tải nặng Maz_500 41.45 98.1 1 Cụm bánh đôi - 391

Xe tải 3 trục Kraz_257 45.13 88.29 2 Cụm bánh đôi 1.4 m 211

2.2 Trục xe tính toán tiêu chuẩn (TXTC).

- Với đường ô tô thuộc mạng lưới chung, khi tính toán cường độ của kết cấu áo

đường theo ba tiêu chuẩn nêu ở mục 3.1.2 22TCN 211-06 thì tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100kN

Bảng các đặc trưng của trục tính toán tiêu chuẩn

Tải trọng trục tính toán

tiêu chuẩn (kN) Áp lực tính toán lên mặt đường p (MPa) Đường kính vệt bánh xe D (cm)

2.3.Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100kN.

- Mục tiêu quy đổi ở đây là quy đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục i về sốlần thông qua của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn trên cơ sở tương đương về tác dụngphá hoại đối với kết cấu áo đường

 Khi khoảng cách các trục bé hơn 3m (giữa các trục của cụm trục) thì quy đổi gộp

m trục có trọng lượng bằng nhau như 1 trục với việc xét đến hệ số trục C1 xác

C2 = 6,4 đối với cụm bánh đơn

C2 = 1,0 đối với các cụm bánh đôi

Ptt = 100kN : tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

ni : số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục Pi, cầnđược quy đổi về tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Trong trường hợp này, do

không có loại xe nào có 2 trục trở lên cần tính toán riêng lẻ nên ta lấy ni là số xelưu thông ở cuối thời kì khai thác cho cả 2 chiều

Bảng tính quy đổi từ tải trọng thực tế về tải trọng trục tiêu chuẩn ở năm cuối thời kì khai thác

2.4.Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế.

- Theo 22TCN 211-06 phụ lục A mục A.2.2 trong trường hợp biết số trục dự báo ở

năm cuối, ta có

3.Tính toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép

3.1 Điều kiện tính toán (Mục 3.4.1 22TCN 211-06).

- Theo tiêu chuẩn này thì kết cấu được xem là đủ cường độ khi trị số môđun đàn hồi

chung của cả kết cấu áo đường Ech lớn hơn hoặc bằng trị số môđun đàn hồi yêu cầu Eyc

nhân them một hệ số dự trữ cường độ về độ võng K cd dv được xác định tùy theo độ tin cậymong muốn, thể hiện qua biểu thức sau :

E ch≥K cd dv×E yc

3.2.Hệ số cường độ về độ võng K cd

dv

.

- Theo 22TCN 251-98, với đường thiết kế cấp III thì hệ số đảm bảo K = 1,3 nên độ

tin cậy thiết kế là 90%

 Trị số môđun đàn hồi yêu cầu tối thiểu :

Theo bảng 3-5 mục 3.4.3 22TCN 211-06 : đường ô tô cấp III, tầng mặt cấp cao A1 thì

Eycmin = 140MPa

 Xác định môđun đàn hồi yêu cầu :

Môđun đàn hồi yêu cầu Eyc được xác định theo công thức E yc=a+b lg N 1lan TXTT (1)

Vì N 1lan TXTT = 440 (TXTC/ngđ/làn) có giá trị trung gian nên ta phải tiến hành giải hệphương trình

Với tải trọng trục 10T (100kN), dựa vào 22TCN 211-06 bảng 3.4 ta có

N 1lan TXTT =200 (TXTT/ngđ/làn) thì Eyc = 160 MPa

N 1lan TXTT =500 (TXTT/ngđ/làn) thì Eyc = 178 MPa

Thay các giá trị trên vào phương trình (1) ta giải đc

3.4.Thiết kế kết cấu áo đường.

3.4.1.Chọn sơ bộ kết cấu áo đường.

- Tầng mặt được chọn là tầng mặt cấp cao A1

- Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán 15 năm kể từ khi đưa mặt

đường vào khai thác trên 1 làn xe là Ne = 1,41.106 (TXTC/làn) Theo 22TCN 211-06 bảng2-2 ứng với trường hợp 1.106 ¿ Ne ¿ 2.106 (TXTC/làn) ta có được bề dày tối thiểu củatầng mặt cấp cao A1 là 9,41cm Ta chọn bề dày là 10cm

- Theo mục 2.2.6 22TCN 211-06, ta chọn bố trí tầng mặt thành 2 lớp

Lớp trên cùng là lớp BTNC12.5 IA : bê tông nhựa chặt hạt nhỏ rải nóng, có độ rỗngcòn dư 3% đến 6% thể tích, có hạt lớn nhất danh định là 12.5mm, có hàm lượng đá dăm50-57% (loại A), chất lượng loại I Bề dày 4cm Nhựa lỏng dính bám MC 250 (0,5l/m2)

Lớp dưới là lớp BTNC19 IIA : bê tông nhựa chặt hạt trung rải nóng, có độ rỗng còn

dư 3% đến 6% thể tích, có hạt lớn nhất danh định là 19mm, có hàm lượng đá dăm 50-57%(loại A), chất lượng loại II Bề dày 8cm Nhựa lỏng dính bám MC 70 (1 l/m2)

W : độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên

Wnh : độ ẩm giới hạn nhão hay chảy nhão (từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão), xác định bằng thí nghiệm Casagrande

3.4.2.Đặc trưng cường độ vật liệu.

Bảng tổng hợp đặc trưng cường độ của vật liệu

Vật liệu Chiều dày

(m)

Module đàn hồi

(MP a)

- Môđun đàn hồi của cấp phối đá dăm và CPTN lấy giá trị trung bình của khoảng giá

trị cho trong tiêu chuẩn

- Môđun đàn hồi của BTNC lấy ở 3 nhiệt độ theo mục 3.1.5 22TCN 211-06

Ru : cường độ chịu kéo khi uốn của vật liệu

C : lực dính

ϕ : góc ma sát trong

3.4.3.Giải bài toán móng kinh tế.

Trình tự giải như sau :

a/ Chọn cố định bề dày các lớp BTNC theo điều kiện bề dày tối thiểu Ta chọn chiều dày

để thi công lớp bê tông nhựa thành 2 lớp h4 = 4cm ; h3 = 8cm

b/ Cho trước trị số h2 Bằng cách quy tất cả các lớp áo đường, từng cặp một, từ dưới lêntrên, rồi hiệu chỉnh thành một lớp tương đương, thử dần giá trị h1 để đảm bảo

E chung≥K cd dv E yctt=193,05 MPa theo các công thức :

26

Eo = 42MPaE1 = 187.5MPaE2 = 275MPa

E3 = 420MPaE4 = 420MPa

h1 h2

h3 h4

 Tăng giá trị h2 và giảm giá trị h1, tiến hành tương tự, ta có bảng sau

- Tầng móng trên sử dụng cấp phối đá dăm nghiền loại I, theo bảng 2.3 22TCN

211-06 thì chiều dày tối thiểu là 15cm, ta bắt đầu với h2 = 15cm

 Tìm cặp giá trị h1 và h2 có giá thành xây dựng nhỏ nhất :

Bảng đơn giá cấp phối đá dăm (VNĐ/100m 2 )

Bảng đơn giá cấp phối thiên nhiên :

6 AD.21221 342,800.0 67,013.0 189,160.0

7 AD.21222 399,800.0 70,736.0 224,706.5

8 AD.21222 456,800.0 74,459.0 260,253.0

Bảng tính giá thành xây dựng với tầng móng trên bằng cấp phối đá dăm

CHIỀU

DÀY

PHÂN LỚP

MÃ HIỆU

VẬT LIỆU

Bảng tính giá thành xây dựng với tầng móng dưới bằng cấp phối thiên nhiên