Đồ án thiết kế đường ô tô

1. Tên đề tài: Thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công tuyến đường CD thuộc địa phận tỉnh K. 2. Các số liệu ban đầu: Bình đồ khu vực thiết kế tuyến (tỷ lệ 15000 – 110000). Lưu lượng xe năm xuất phát Loại xe Trọng lượng trục (kN) Số trục sau Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau Khoảng cách giữa các trục sau Lượng xe 2 chiều ni (xe ngày đêm) Trục trước Trục sau Xe con các loại 350 Xe buýt nhỏ 26.4 45.2 1 Cụm bánh đôi 120 Xe buýt lớn 56.0 95.8 1 Cụm bánh đôi 50 Xe tải nhẹ 18.0 56.0 1 Cụm bánh đôi 180 Xe tải vừa 25.8 69.6 1 Cụm bánh đôi 80 Xe tải nặng 48.2 100.0 1 Cụm bánh đôi 30 Xe tải nặng 45.2 94.2 2 Cụm bánh đôi 1.4 10 Các số liệu khác: (điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng v.v…) tự tìm hiểu.

PHẦN 1 THIẾT KẾ CƠ SỞ TUYẾN ĐƯỜNG C - D

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật – thi công và tổ chức thi công tuyến đường C-D, tỉnh K.

1.1 Tổng quan.

Đạ Tẻh là huyện nằm ở phía tây tỉnh Lâm Đồng, huyện có diện tích 523km2 vàdân số là 44.000 người Huyện lỵ là thị trấn Đạ Tẻh nằm cách thị xã Bảo Lộc45km về hướng tây và cách thị trấn Madaguoil, huyện Đạ Huoai 15km về hướngbắc

1.2 Các quy trình, tiêu chuẩn thiết kế áp dụng

1 TCVN 4054 – 2005 – Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế;

2 22TCN 211 – 06 - Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế;

3 22TCN 223 – 95 – Áo đường cứng ô tô – Tiêu chuẩn thiết kế;

4 22TCN 18 – 79 – Quy trình thiết kế cầu, cống theo trạng thái giới hạn;

5 22TCN 220 – 95 – Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ;

6 22TCN 237 – 01– Điều lệ báo hiệu đường bộ;

7 Định mức dự toán xây dựng công trình ĐMXDCT - 1776

1.3 Các tài liệu khảo sát

1.3.1 Điều kiện tự nhiên

Tuyến đường C- D đi qua khu vực có địa hình phức tạp những dải đồi núi cao sườn dốc xen kẽ với các dải thung lũng hẹp, trũng chạy men theo các sông, suối.Địa hình bị phân cắt mạnh

1.3.2 Khí hậu thời tiết

1.3.2.1 Nhiệt độ:

- Khí hậu vùng núi được thể hiện rõ nhất ở chế độ nhiệt Biên độ dao động

ngày đêm của nhiệt độ lớn hơn đồng bằng, nền nhiệt độ nói chung thấp Hàngnăm có 4 tháng mùa đông nhiệt độ trung bình thấp hơn 200C

1.3.2.2 Mưa:

- Lượng mưa trung bình năm không nhiều, nhìn chung dưới 3000mm

- Từ tháng 11 đến tháng 4 là thời kỳ ít mưa Lượng mưa tập trung chủ yếu vàocác tháng 5 đến tháng 10.

- Chế độ mưa biến động rất mạnh từ năm này qua năm khác, cả trong mùanhiều mưa cũng như mùa ít mưa

Bảng 1.1: lượng mưa, ngày mưa các tháng trong năm

- Độ ẩm trung bình năm rất cao, đạt tới 83 ÷ 84% Tháng ẩm nhất là tháng 9 có

độ ẩm trung bình tới 88,5% Thời kỳ khô nhất chỉ gần 4 tháng, từ tháng 2 đếntháng 5, có độ ẩm trung bình 70 ÷ 80%

1.3.2.4.Mây, nắng

- Diễn biến của lượng mây trong năm cũng phù hợp với diễn biến của độ ẩm

- Tổng cộng toàn năm trung bình quan sát được 1793 giờ nắng

+ Lớp 3: Đá phong hóa dày 4m+ Lớp dưới cùng: Đá gốc

1.3.5 Nguyên vật liệu địa phương

- Là một huyện miền núi, vật liệu địa phương ở đây rất phong phú Có các loạivật liệu về đá dăm, đá hộc, và đất đồi núi tốt Khảo sát sơ bộ cho thấy cự ly vậnchuyển là nhỏ hơn 5 km, đó là một khoảng cách chấp nhận được

1.3.6 Điều kiện kinh tế xã hội và hiện trạng giao thông

1.3.6.1 Điều kiện kinh tế xã hội

Huyện nằm trong vùng kinh tế mới và thuộc vùng sâu vùng xa, mặc dù đãđược quan tâm đầu tư nhưng cho đến nay cơ sở hạ tầng còn thiếu và yếu, đồngthời tình trạng di dân tự do ồ ạt vào huyện của một số năm trước đây đã và đanggây áp lực lớn cho phát triển kinh tế - xã hội trên địa bàn huyện

1.3.6.2 Hiện trạng giao thông

Mạng lưới giao thông trong vùng kém phát triển Đường giao thông chủ yếu làđường liên huyện đã được nâng cấp nhưng vào mùa mưa phương tiện giao thông

cơ giới không thể đi lại được vì đường luôn bị sạt lở, lầy hoá Đến mùa khô saukhi duy tu sửa, xe cơ giới mới có thể đi lại được

1.3.7 Nhận xét chung

Địa hình núi cao, sườn dốc hết sức hiểm trở, thảm thực vật phát triển mạnh,địa chất phức tạp; mạng lưới các đường phân thủy và tụ thủy dày đặc, có độ dốcthuỷ lực lớn, khi có mưa lớn kéo dài xảy ra các trận lũ lớn, đổ về nhanh, gây pháhoại công trình

Kinh tế xã hội còn kém phát triển, mạng lưới giao thông yếu, hệ thống đườngthường xuyên bị hư hỏng, hiệu quả khai thác còn thấp

Tuyến đường C – D được xây dựng, sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế,đồng thời bảo đảm an ninh quốc phòng khu vực

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT CHUNG CỦA TUYẾN

2.1 Xỏc định cấp thiết kế của tuyến đường

2.1.1 Lưu lượng xe thiết kế

Là số xe con được quy đổi từ cỏc loại xe khỏc, thụng qua một mặt cắt trongmột đơn vị thời gian, tớnh cho năm tương lai

Bảng 2.1: Lưu lượng xe năm xuất phỏt

Loại xe

Trọng lợng trục (kN)

Số trục sau

Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau

Khoản

g cách giữa các trục sau (m)

Lợng xe 2 chiều n i

(xe/ngày

đêm)

Hệ số quy

đổi

ra xe con

Trục trớc

Trục sau

Hệ số quy đổi từ cỏc loại xe ra xe con theo bảng 2 TCVN 4054 – 2005

Hệ số tăng trưởng lưu lượng hàng năm: q = 6%

Căn cứ vào lưu lượng xe điều tra năm xuất phỏt và địa hỡnh cụ thể mà tuyếnđường đi qua, xỏc định lưu lượng xe tớnh toỏn cho năm tương lai

(đối với đường cấp III, IV là 15 năm), Theo 3.3.1[1]

Mụ hỡnh ngoại suy dạng mũ :

Nt = N0.(1+q)t-1 (2.1)

Trong đó:

- Nt : Cường độ xe trung bình ngày đêm của năm tương lai

- N0 : Cường độ xe trung bình ngày đêm của năm xuất phát

- q : Hệ số công bội (q = 6%) (lấy xấp xỉ chỉ số phát triển GDP hàng nămcủa nước ta)

- t : Thời gian dự báo tương lai (15 năm)

Cường độ xe trung bình năm thứ 15: Nt = 1690*(1+0.06)14 = 3820.9(xcqđ/ng.đ)

2.1.2 Cấp thiết kế

Căn cứ vào bảng 3 TCVN 4054 – 2005: Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theochức năng của đường và lưu lượng thiết kế

Kiến nghị như sau:

- Theo chức năng của đường: đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chínhtrị, văn hoá của địa phương

- Căn cứ vào lưu lượng thiết kế: Nt = 3820.9 (xcqđ/ng.đ)

- Địa hình vùng tuyến đi qua

Chọn cấp thiết kế là cấp III- Miền núi

2.1.3 Tốc độ thiết kế

Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu củađường trong trường hợp khó khăn Theo bảng 4 TCVN 4054 – 2005 dựa vào điềukiện địa hình thực tế nên chọn tốc độ thiết kế là Vtk = 60 km/h

2.2 Xác định các chỉ tiêu kĩ thuật chủ yếu

2.2.1 Xác định kích thước của mặt cắt ngang

2.2.1.1 Tính số làn xe cần thiết

1 Năng lực thông hành của một làn xe

Là số đầu xe lớn nhất có thể chạy qua một tiết diện của một làn xe trong một đơn vịthời gian

a Năng lực thông hành lý thuyết

Là khả năng thông qua trong điều kiện lý tưởng về dòng xe, về đường

Năng lực thông hành lý thuyết được tính theo công thức sau:

lt 1000.

th

V N

d

1000

V

V k V

l l i

ϕ

= + + +

- lxe : Chiều dài xe tính toán, lxe = 6 m

- lpư : Đoạn phản ứng tâm lí( quãng đường xe chạy được trong thời gian phản

ứng tâm lí), lpư = 3V,6

- lo : Chiều dài đoạn dự trữ an toàn (lo = 5 - 10 m), chọn lo = 10 m

- Sh : Chiều dài hãm xe, Sh =

) (

254

2

i

V k

± ϕ

- k : Hệ số sử dụng phanh, k = 1,2

- ϕ : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, trong điều kiện lý tưởng

(ϕ = 0,7)

- i : Độ dốc dọc trong điều kiện lý tưởng về đường (i = 0)

- Tính toán, thay số ta được:

2

1000.60

6 10 3,6 254.0,7

lt th

1 2 3 13 14 15 1

Πk i =k k k k k k .

- k1: Hệ số kể tới chiều rộng phần xe chạy, lấy k1 = 0,9

- k2: Hệ số kể tới chiều rộng lề đường, lấy k2 = 0,7

- k3: Hệ số kể tới độ thoáng ngang, lấy k3 = 0,8

- k4: Hệ số kể tới ảnh hưởng của xe tải và xe kéo moóc, lấy k4 = 0,985

- k5: Hệ số kể tới ảnh hưởng của độ dốc dọc, lấy k5 = 1

- k6: Hệ số kể tới ảnh hưởng của tầm nhìn, lấy k6 = 0,9

- k7: Hệ số kể tới bán kính cong nằm, lấy k7 = 0,9

- k8: Hệ số kể tới sự hạn chế tốc độ, lấy k8 = 0,96

- k9: Hệ số kể tới ảnh hưởng của nút giao thông, lấy k9 = 1

- k10: Hệ số kể tới tình trạng của lề đường, lấy k10 = 0,9

- k11: Hệ số kể tới loại mặt đường, lấy k11 = 1

- k12: Hệ số kể tới vị trí các công trình trên đường, lấy k12 = 1

- k13: Hệ số kể tới sự phân làn xe trên phần xe chạy, lấy k13 = 1,02

- k14: Hệ số kể tới sự hiện diện của đường cong chuyển tiếp rẽ xe, k14 = 1

- k15: Hệ số kể tới thành phần dòng xe, lấy k15 = 0,709

- Tính toán thay số ta được:

- nlx : Số làn xe cần thiết

- Ncdg : Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm

Theo TCVN 4054 – 2005 khi không có nghiên cứu đặc biệt

Ncdg = 0,12.Ntbn.đ = 0,12.3153 = 378 (xcqđ/ng.đ)

- c : Khoảng cách giữa tim của hai vệt bánh xe

- x : Khoảng cách từ sườn của thùng xe đến làn bên cạnh

- y : Khoảng cách từ mép phần xe chạy đến điểm giữa của vệt bánh xe

Với x,y được tính theo công thức của Zamakhaev đề nghị:

x = 0,5 + 0,005.V(m), với 2 xe chạy ngược chiều

y = 0,5 + 0,005.V(m)

Chiều rộng của phần xe chạy được tính theo 3 sơ đồ với hai loại xe cơ bản

Xe con: Chạy với tốc độ cao 60 km/h, kích thước b =1,54m, c =1,22m

Xe tải: Chạy với tốc độ thấp 40 km/h, kích thước b =2,65m, c =1,95m

s ơ đồ t ính bề r ộ ng phần xe c hạ y ( s ơ đồ I )

b2 b1

1 +

+ 0,8 + 0,8) = 6,34 m

Kiến nghị chọn chiều rộng lề đường là 2*1.5m, phần có gia cố lề là 2*1.0m.

2.2.1.4 Độ dốc ngang của mặt đường và lề đường

Mặt đường được bố trí độ dốc ngang để đảm bảo thoát nước Tuy nhiên, độdốc ngang phải nhỏ để đảm bảo xe chạy được êm thuận và không bị trượt trong

điều kiện đường ẩm bẩn Độ dốc ngang mặt đường và lề đường lấy theo bảng 9TCVN 4054 – 2005 Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố với mặt đường BTN

Độ dốc dọc lớn nhất imax được xác định dựa trên 2 điều kiện sau:

- Sức kéo của xe phải lớn hơn tổng sức cản chuyển động

- Sức kéo phải nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe với mặt đường

Độ dốc dọc lớn nhất được lấy bằng trị số bé hơn trong 2 trường hợp

2.2.2.1 Sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản chuyển động

Công thức xác định:

imax = D - f (2.6) Trong đó:

- D : Nhân tố động lực của xe Được xác định theo biểu đồ nhân tố động lực phụ thuộc loại xe, tốc độ và chuyển số của xe (Tra hình 3.2.13[8])

- f : Hệ số cản lăn, với V > 50 km/h Mặt đường BTN thì f = f0.[1 + 0,01.(V

- 50)]

- f0 : Hệ số sức cản lăn, phụ thuộc loại mặt đường và chất lượng mặt

đường, với mặt đường BTN thì f0 = 0,02

- V : Vận tốc tính toán, V = 60 km/h

Thay số: f = 0,02 [1 + 0,01.(60 – 50) ] = 0,022

Bảng 2.3: Giá trị imax theo điều kiện sức kéo lớn hơn sức cản chuyển động

Loại xe Xe con

(Volga)

Xe tải nhẹ(Gaz 51)

Xe tải trung(Zil 150)

Xe tải nặng(Maz 200)

2.2.2.2 Sức kéo phải nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe với mặt đường

Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường thì sức kéo động cơ tạo ra phải béhơn sức bám giữa bánh xe và mặt đường (điều kiện để điểm tiếp xúc giữa bánh

xe và mặt đường trở thành tâm quay tức thời  bánh xe lăn được trên đường) Công thức xác định:

- D’ : Nhân tố động lực của xe, xác định theo điều kiện bám của ô tô

- ϕb : Hệ số bám dọc giữa bánh xe với mặt đường, phụ thuộc vào trạng

thái mặt đường (lấy trong điều kiện bất lợi nhất ϕb = 0,2)

- Gk : Trọng lượng trục bánh xe chủ động (Kg)

Gk = ( 0,5 – 0,55).G đối với xe con

Gk = ( 0,6 – 0,7).G đối với xe tải một trục

Gk = G (đối với các xe có toàn bộ các trục đều là trục chủ động)

- G : Trọng lượng toàn bộ của xe

F = 0,9.B.H (đối với xe tải)

K = 0,015 – 0,03 (đối với xe con)

K = 0,05 – 0,07 (đối với xe tải)

Bảng 2.4: Giá trị i’max theo điều kiện sức kéo nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe vớimặt đường

Tải nặng 2,65 2,43 5,79 0,07 112,24 1362

5

10060 0,139 0,117

Tải trung 2,47 2,18 4,85 0,065 87,3 8250 6150 0,138 0,116Tải nhẹ 2,28 2,13 4,37 0,06 72,61 5350 3750 0,127 0,105

Theo điều kiện về sức kéo thì chỉ có xe con có thể khắc phục được độ dốc

đó nếu chạy với vận tốc 60 km/h Để khắc phục được độ dốc imax = 6% đòi hỏicác xe tải phải giảm tốc độ, cụ thể như tính toán ở bảng sau:

Bảng 2.5 Loại xe Xe con

(Volga)

Xe tải nhẹ(Gaz 51)

Xe tải trung(Zil 150)

Xe tải nặng(Maz 200)

Giá trị độ dốc dọc lớn nhất imax = 6% như đã tính ở trên chỉ nên dùng trongđiều kiện địa hình cực kì khó khăn còn trong điều kiện địa hình thông thườngnên cố gắng thiết kế những đoạn đường có độ dốc dọc ≤ 4% để tạo điều kiệncho các loại xe tải có thể chạy với tốc độ cao, nâng cao chất lượng vận doanhcủa tuyến đường

Ngoài ra, theo điều 5.7.4 TCVN 4054 - 2005 quy định trong đường đào thì độdốc dọc tối thiểu là 0,5% (khi khó khăn có thể lấy 0,3% và đoạn dốc này khôngdài quá 50m) Nên bố trí độ dốc dọc tối thiểu trên đoạn đường là 1% để đảm bảothoát nước cho nền mặt đường

(Theo điều 9.2.1 TCVN 4054 - 2005)

2.2.3 Tính toán tầm nhìn xe chạy

Để đảm bảo xe chạy an toàn, người lái xe luôn phải nhìn thấy rõ một đoạnđường phía trước để kịp phản ứng, xử lí tình huống về đường và giao thông nhưtránh các chỗ hỏng, các chướng ngại vật, tránh hoặc vượt xe Đoạn đường tốithiểu cần nhìn thấy rõ chướng ngại vật phía trước được gọi là tầm nhìn Khi thiết

kế tuyến, các yếu tố của tuyến trên bình đồ và trên trắc dọc đều phải đảm bảo có

đủ tầm nhìn để xe chạy an toàn và tiện lợi

2.2.3.1 Các sơ đồ tính toán tầm nhìn cơ bản

- Sơ đồ 1: Khi xe cần dừng trước chướng ngại vật cố định nằm trên đường(kiểm tra trong bất cứ tình huống nào)

- Sơ đồ 2: Khi 2 xe chạy ngược chiều trên cùng một làn kịp thời dừng trướcnhau một khoảng cách an toàn (không dùng cho đường có dải phân cách ởtrung tâm)

- Sơ đồ 3: Khi 2 xe chạy ngược chiều trên cùng một làn đường, một xe chạykhông đúng làn của mình phải kịp thời trở về làn xe của mình (ít được sửdụng)

- Sơ đồ 4: Khi một xe muốn vượt xe khác cùng chiều nhờ vào làn xe bêncạnh (đối với đường cao tốc thì phải kiểm tra)

Do đó, đối với tuyến đường C - D thiết kế mới ta vận dụng 3 sơ đồ tính toántầm nhìn S1, S2, S4.

2.2.3.2 Tầm nhìn một chiều

Là quãng đường cần cho ô tô kịp hãm dừng trước chướng ngại vật cố định.

Chướng ngại vật nằm trên làn xe chạy có thể là đá đổ, đá trượt, hố sụt…Xe đangchạy với vận tốc V có thể có thể dừng lại trước chướng ngại vật với chiều dàitầm nhìn S1, bao gồm một đoạn phản ứng tâm lí lpư, một đoạn hãm xe Sh, và mộtđoạn dự trữ l0 Sơ đồ tính toán

:

Hình 2.5 Sơ đồ tính tầm nhìn một chiều Công thức xác định:

254

2

i

V k

254

2

i

V k

± ϕ

- lo : Chiều dài đoạn dự trữ an toàn (lo = 5 - 10 m), chọn lo = 10 m

- V : Vận tốc xe chạy tính toán, V = 60 km/h

- k : Hệ số sử dụng phanh, k = 1,2

- ϕ : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, trong điều kiện bình thường (ϕ

= 0,5)

- i : Độ dốc dọc (bất lợi nhất khi xuống dốc)

Là quãng đường cần thiết cho 2 xe chạy ngược chiều trong cùng một làn (vì lí

do nào đó như : say rượu, lái xe vô kỷ luật…) kịp hãm xe an toàn

127

.

2 2

2

i

V k

− ϕ

ϕ

+ l0 (2.11) Thay số: S2 = 1,860 +

2 2

S

2 1

1 2

11

l S - S1 1 2

Hình 2.7: Tầm nhìn vượt xe Công thức xác định:

Tầm nhìn vượt xe được tính toán với giả thiết sau:

- Xe sau chạy với tốc độ nhanh hơn V1 = 75 km/h

- Xe trước chạy với tốc độ chậm hơn V2 = 60 km/h

- Xét đoạn đường nằm ngang (i = 0)

- Các trị số k, ϕ, l0 lấy như trên

2.2.4 Tính toán bán kính đường cong nằm R

Tại những vị tri đổi hướng, để đảm bảo cho xe chạy an toàn, tiện lợi Tuyếnđường đều đặn hài hòa, không bị gãy khúc cần phải bố trí đường cong nằm cóbán kính hợp lí Việc sử dụng đường cong có bán kính lớn không những cảithiện được điều kiện xe chạy mà còn cho phép rút ngắn chiều dài tuyến, giảmbớt chi phí vận tải Tuy nhiên trong điều kiện khó khăn về địa hình để giảm bớtkhối lượng đào đắp, đảm bảo không phá vỡ cảnh quan môi trường thì phải sửdụng bán kính nhỏ để ôm sát địa hình Tùy vào điều kiện cụ thể mà lựa chọn bánkính cho phù hợp để đáp ứng tương đối được 2 yêu cầu nói trên

2.2.4.1 Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn

Là bán kính nhỏ nhất cho phép đối với cấp đường thiết kế, dùng nó trong điềukiện khó khăn về địa hình và những nơi hạn chế.

Khi này hệ số lực ngang là lớn nhất vẫn đảm bảo các điều kiện lật, trượt, tiệnnghi, tiết kiệm nhiên liệu và hao mòn lốp xe

Công thức xác định:

Rmin =

) (

Kiến nghị chọn bán kính đường cong nằm có siêu cao là Rmin = 125 m

2.2.4.2 Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường

Trong tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô còn giới thiệu trị số bán kính tối thiểuthông thường Rmin,th để sử dụng thông thường ở nơi hạn chế về địa hình trongđiều kiện có thể

Công thức xác định:

Rtt =

) (

127

2

tt sc

- V : Vận tốc tính toán trong trường hợp này V = 80 km/h

- µ : Hệ số lực ngang (µ = 0,135), tương ứng với V = 80 km/h

(Theo bảng 3.2[4])

Thay số: Rtt =

2

80 127.(0,135 0,05) + = 272 m.

Theo bảng 11 TCVN 4054 – 2005 bán kính cong nằm tối thiểu thông thường,đối với đường cấp III – Miền núi, vận tốc thiết kế V = 60 km/h là 250 m

Kiến nghị chọn bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường là 250 m

2.2.4.3 Bán kính đường cong nằm tối thiểu không siêu cao

Trên đường cong không bố trí siêu cao, tính cho trường hợp bất lợi nhất (xechạy phía lưng đường cong)

Rksc =

) ( 127

- in : Độ dốc ngang của mặt đường, lấy in = 2% = 0,02

- µ : Hệ số lực ngang, để cải thiện điều kiện xe chạy lấy µ = 0,08

- V : Vận tốc thiết kế, V = 60 km/h

Thay số: Rksc =

2

60 127.(0,08 0,02) − = 472 m.

Theo bảng 11 TCVN 4054 – 2005 bán kính cong nằm tối thiểu không siêu cao,đối với đường cấp III – Miền núi, vận tốc thiết kế V = 60 km/h là 1500 m

Kiến nghị chọn bán kính đường cong nằm không siêu cao là Rksc= 1500 m

2.2.4.4 Đảm bảo tầm nhìn trong đường cong bán kính nhỏ

Trong đường cong tầm nhìn của lái xe bị hạn chế do các chướng ngại vật(đồi, núi, nhà cửa, cây cối…) Để đảm bảo cho người lái xe chạy với tốc độ thiết kế thìphải tính toán đảm bảo tầm nhìn trong đường cong có bán kính nhỏ

Khi kiểm tra ta giả thiết mắt người lái xe cách mép phần xe chạy 1,5 m,nằm trên một cao độ là 1,2 m Chiều dài tầm nhìn mắt người lái xe S, chiềudài đường cong K

Có hai trường hợp xảy ra:

- Trường hợp 1: S < K : Khi đó khoảng cách cần dỡ bỏ:

S R

= : Góc chiều dài tầm nhìn

- Trường hợp 2: S > K :Khi đó khoảng cách cần dỡ bỏ: Z=

  với α: Góc ngoặt (Góc chuyển hướng)

Theo [8] thì chiều dài tầm nhìn mắt người lái xe S = S2 = 150 m

Những chướng ngại vật cần dỡ bỏ có chiều cao 1,2 m so với mặt đường (cóthể thấp xuống thêm 0,5 m để tránh cây cối mọc sau khi dỡ bỏ)

2.2.4.5 Đảm bảo tầm nhìn ban đêm

Rminbd = α 1

30S

(2.16) Trong đó:

- S1 : Tầm nhìn một chiều, S1 = 75 m

- α : Góc chiếu đèn pha ô tô, α = 20

bd nam = 30.75

2 = 1125 m Trên thực tế rất khó đảm bảo được điều kiện sử dụng bàn kính trên, do vậy khi

R < 1125 m thì ta phải khắc phục bằng cách chiếu sáng hoặc làm biển báo cholái xe biết

Khi thiết kế cần tham khảo Bảng 21 TCVN 4054 – 2005

Bảng 2.6: Bán kính cong nằm tối thiểu phụ thuộc vào góc chuyển hướng

2.2.4.6 Độ mở rộng phần xe chạy trên đường cong nằm

Khi xe chạy trên đường cong, trục sau cố định luôn luôn hướng tâm, còn bánhtrước hợp với trục xe một góc nên yêu cầu một chiều rộng lớn hơn đường thẳng

Sơ đồ tính toán:

Hình 2.8: Mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm

Độ mở rộng của đường có 2 làn xe có thể tính theo công thức sau:

(2.17) Trong đó:

- R : Bán kính đường cong

- V : Vận tốc tính toán, đối với xe con V = 60 km/h,

đối với xe tải V = 40 km/h (giảm xuống một cấp)

- L : Khoảng cách từ chống trước cho đến trục sau của xe,

đối với xe con (Vogla) L = 3,337 m,

đối với xe tải (Maz 200) L = 5,487 m

Kết quả tính toán trong từng trường hợp được ghi trong bảng sau:

Bảng 2.7: Mở rộng đường cong đối với xe con tương ứng với các bán kính

0,480 0,424 0,384 0,35

2

0,327 0,162

Bảng 2.8: Mở rộng đường cong đối với xe tải tương ứng với các bán kính

-Echon(m) 0,9 0,7 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0.2

Theo TCVN 4054-2005, và kết quả tính toán ta kiến nghị chọn như trên

2.2.5 Siêu cao, đoạn nối siêu cao và đường cong chuyển tiếp

2.2.5.1 Độ dốc siêu cao

Để bảo đảm an toàn và tiện lợi cho việc điều khiển xe ở các đường cong bánkính nhỏ thì phải làm siêu cao, tức là làm mặt đường có một mái dốc ngangnghiêng về phía bụng đường cong để giảm lực ngang do lực ly tâm

2

(2.18) Trong đó:

2.2.5.2 Đoạn nối siêu cao

Việc chuyển từ mặt cắt ngang 2 mái trên đoạn thẳng sang mặt cắt ngangmột mái trên đoạn cong tròn được thực hiện trên chiều dài đoạn nối siêu cao

§ êng cong

trßn

i = i n©ng

§o¹

n nè

i siª

u cao

i = imax B

§ o¹n nèi siªu cao

i

i E B

Bảng 2.9: Kết quả tính toán chiều dài đoạn nối siêu cao

2.2.5.3 Đường cong chuyển tiếp

Theo TCVN 4054 - 2005, khi vận tốc thiết kế Vtk ≥ 60 km/h thì phải bố tríđường cong chuyển tiếp để nối từ đường thẳng vào đường cong tròn và ngượclại Đường cong chuyển tiếp được bố trí trùng với đoạn nối siêu cao và chiều dàiđường cong chuyển tiếp không nhỏ hơn chiều dài đoạn nối siêu cao và đoạn nối

mở rộng phần xe chạy (Thiết kế cơ sở chưa cần nêu ra cách cắm đường congchuyển tiếp)

Công thức xác định chiều dài đường cong chuyển tiếp:

Lct =

R

V

5 , 23

3

(2.20) Trong đó:

Bảng 2.11: Kết quả lựa chọn chiều dài đường cong chuyển tiếp

2.2.6 Chiều dài tối thiểu của đoạn chêm giữa các đường cong nằm

2.2.6.1 Đối với hai đường cong nằm cùng chiều

Chiều dài tối thiểu của đoạn chêm giữa các đường cong nằm phải đủ để có thể

bố trí được các đường cong chuyển tiếp của các đường tròn

- L1 : Chiều dài đoạn chuyển tiếp của đường cong có bán kính R1

- L2 : Chiều dài đoạn chuyển tiếp của đường cong tròn có bán kính R2

Vì chưa đi tuyến trên bình đồ do đó chưa biết được các bán kính đường cong

cụ thể được sử dụng nên cũng chưa xác định được chiều dài tối thiểu của đoạnchêm giữa các đường cong nằm

Lưu ý một số trường hợp khi bố trí đường cong nằm cùng chiều như sau:

- Khi hai đường cong nằm không bố trí siêu cao hay cùng siêu cao thì có thểnối trực tiếp vào nhau để tạo thành đường cong ghép Tỉ số bán kính hai đườngcong tròn nối với nhau không nên lớn hơn 2 lần

- Khi hai đường cong nằm có siêu cao khác nhau mà chiều dài đoạn chêm quá

bé không đủ bố trí các đoạn nối siêu cao của mỗi đường cong thì khi hết đườngcong tròn thứ 1 sẽ tiến hành quay MCN 1 mái để chuyển tiếp từ siêu cao nàysang siêu cao kia Nếu chiều dài đoạn chêm quá bé không đủ để chuyển tiếpgiữa hai siêu cao thì cho phép bố trí đoạn chuyển tiếp siêu cao trên đường cong

tròn có bán kính lớn hơn để chuyển từ siêu cao bé sang siêu cao lớn ở đườngcong tròn bán kính bé.

- Sau khi bố trí đoạn nối siêu cao cho các đường cong thì đoạn còn lại có mặtcắt ngang hai mái

2.2.6.2 Đối với hai đường cong nằm ngược chiều

Nếu hai đường cong ngược chiều có bán kính lớn không yêu cầu làm siêu caothì có thể nối liền nhau Trong trường hợp yêu cầu làm siêu cao thì chiều dài tốithiểu của đoạn chêm giữa các đường cong nằm phải đủ để có thể bố trí được các

đường cong chuyển tiếp của các đường tròn: m ≥

2

2

1 L

L +

Chiều dài đoạn chêm ngoài điều kiện đủ bố trí đường cong chuyển tiếp như

đã nói ở trên thì theo tiêu chuẩn TCVN4054_98 khuyên chiều dài đoạn chêmnên đảm bảo 2 điều kiện m ≥ 2V = 120 m và m > 200 [Hai điều kiện này nhằmphối hợp tốt các yếu tố trên bình đồ (đoạn thẳng và đoạn cong) theo yêu cầuthiết kế cảnh quan để tạo cho người lái cảm thụ thị giác tốt]

2.2.7 Tính bán kính đường cong đứng tối thiểu

2.2.7.1 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu

Bán kính tối thiểu đường cong lồi được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm

nhìn của người lái xe trên chạy trên đường cong lồi Theo kết quả nghiên cứucho thấy nếu thoả mãn yêu cầu về tầm nhìn thì đồng thời thoả mãn yêu cầu về

an toàn và tiện lợi xe chạy vì lực ly tâm tác dụng không lớn

Theo 5.8.1 TCVN 4054-2005 bố trí đường cong đứng khi hiệu đại số của độdốc dọc tại nơi đổi dốc là 1% đối với đường có tốc độ thiết kế ≥ 60km/h

Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định

Rloi

2 1

2 1

) (

S

+ (2.22)

Trong đó:

- d1 : Chiều cao mắt người lái xe so với mặt đường, d1 = 1,2 m

- d2 : Chiều cao chướng ngại vật so với mặt đường, d2 = 0

Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 2 chiều (chướng ngại vật di động).

Rloi

min=

1

2 2

Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn vượt xe

2.2.7.2 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu

Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu được tính theo 2 điều kiện:

Theo điều kiện hạn chế tác hại của lực ly tâm để không gây quá tải với nhíp xe

và gây cảm giác khó chịu cho hành khách Công thức 3.2.19 [8]

2 1

α

Sin S h

Tĩnh không là giới hạn không gian nhằm đảm bảo lưu thông cho các loại

xe Không cho phép tồn tại bất kỳ chướng ngại vật nào, kể cả các công trìnhthuộc về đường như biển báo, cột chiếu sáng…nằm trong phạm vi của tĩnhkhông

Trong đó :

- Lgc : Bề rộng phần gia cố, Lgc = 2 m

- B : Bề rộng phần xe chạy, B = 6,0 m

2.3.Tổng hợp chỉ tiêu kỹ thuật tuyến đường

Bảng 2.12: Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến đường

Số

Theotínhtoán

Theoquyphạm

Kiếnnghịlựachọn

13 Bán kính đường cong nằm tối thiểu m 129 125 125

14 Bán kính đường cong nằm tối thiểu TT m 272 250 250

19 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 2344 2500 2500

20 Bán kính đường cong lõm tối thiểu m 1366 1000 1000

22 Độ mở rộng trên đường cong nằm m Bảng 2.7 và 2.8

23 Chiều dài đường cong chuyển tiếp m Bảng 2.11

Ghi chú: Ký hiệu “ - “ : Tiêu chuẩn không quy định

Một số chỉ tiêu kỹ thuật ở đây được chọn theo kiến nghị trong TCVN 4054- 05nhằm cải thiện nâng cao chất lượng đường (trường hợp giá trị tính toán nhỏ hơnkiến nghị trong TCVN 4054 - 05 ) Một số chỉ tiêu kỹ thuật lấy theo các côngthức tính toán được xây dựng có xét đến điều kiện thực tế về kinh tế và kinhnghiệm khai thác đường nhiều năm cũng như dòng xe phổ biến ở Việt Nam(trường hợp giá trị tính toán lớn hơn tiêu chuẩn)

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SƠ BỘ TUYẾN VÀ LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN TUYẾN 3.1 Giải pháp thiết kế tuyến trên bình đồ

3.1.1 Các nguyên tắc xác định hướng tuyến

- Tuyến phải phù hợp với quy hoạch phát triển của địa phương

- Giảm thiểu kinh phí xây dựng

- Phải phối hợp các yếu tố bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang để tạo nênmột tuyến đường đều đặn trong không gian

- Đảm bảo theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô (TCVN4054 - 2005)

- Đối với vùng đồi núi cao tuyến chạy ven sườn dốc để tranh thủ vượt cao

độ Tận dụng địa hình địa hình đèo thấp để vượt tuyến qua đồi núi, nhữngđịa hình có sườn dốc thoải, thung lũng dọc theo sông suối để giảm khốilượng đào đắp hoặc kè chắn

3.1.2 Cơ sở thiết kế tuyến

Khi vạch tuyến trên bình đồ phải đảm bảo độ dốc cho phép khi tuyến cắt quacác đường đồng mức thì phải đảm bảo đủ bước compa

- id : Độ dốc đều của đường dẫn hướng tuyến, id = (80 - 90%)imax

- imax: Độ dốc dọc lớn nhất tương ứng với cấp thiết kế, imax = 7%

Dự án xây dựng là làm mới hoàn toàn, qua vùng địa hình miền núi nên việcvạch phương án tuyến phải phối hợp nhiều yếu tố, phù hợp với hướng tuyến đãchọn, bám sát địa hình sao cho giảm thiểu bớt khối lượng đào đắp.

Trên cơ sở các nguyên tắc trên và dựa vào bình đồ hiện trạng, các điểm khốngchế kiến nghị 2 phương án tuyến (Được thể hiện trên bản vẽ bình đồ tuyến)

3.1.4 Thiết kế đường cong nằm trên tuyến

Sau khi vạch tuyến sơ bộ trên bình đồ tại các điểm chuyển hướng, ta bố tríđường cong nằm để nối 2 cánh tuyến thẳng với nhau theo nguyên tắc cơ bảntrên.Với mỗi đường cong chuyển tiếp, ta phải tính toán các yếu tố kỹ thuật củađường cong chuyển tiếp đó Các yếu tố cơ bản của đường cong chuyển tiếp:

- α : Góc chuyển hướng (góc ngoặt)

- R : Bán kính đường cong chuyển tiếp

- T : Độ dài tiếp tuyến

- K : Chiều dài đường cong chuyển tiếp

- P : Độ dài phân giác

Căn cứ vào các chỉ số này cho phép ta cắm được các điểm cơ bản củađường cong nằm: NĐ, NC, TĐ, P, TC ( xem chi tiết trong bảng các yếu tố kỹthuật của đường cong).

Tại mỗi đỉnh của đường cong phải dựa vào góc chuyển hướng, địa hình đểchọn bán kính đường cong cho phù hợp với điều kiện thực tế

Hình 3.2 Bảng góc 2 phương án

3.2 Thiết kế mặt cắt dọc

3.2.1 Các nguyên tắc và phương pháp thiết kế mặt cắt dọc

3.2.1.1 Nguyên tắc thiết kế

Thiết kế đường đỏ theo nguyên tắc sau:

- Đảm bảo tuyến lượn đều, ít thay đổi độ dốc và sử dụng độ dốc nhỏ trêntoàn tuyến Độ dốc dọc lớn nhất 7%

- Đảm bảo cao độ đã được xác định trước tại các điểm khống chế, cao độ nềnđắp tại vị trí đặt cống đều cao hơn cao độ đỉnh cống tối thiểu là 0,5 m Đảmbảo sự lượn cong đều của trắc dọc tại những vị trí đặt cống.

- Tuyến thiết kế hệ thống thoát nước tốt đảm bảo thoát nước khu vực 2 bên

lề và nền đường, ngăn ngừa sự phá hoại của nước mặt đối với công trìnhnền mặt đường Rãnh dọc có độ dốc tối thiểu 0,5%

- Bố trí đường cong đứng tại các đỉnh đổi dốc, đảm bảo tầm nhìn tính toán và

an toàn chạy xe Các bán kính đường cong đứng tuân thủ theo chỉ tiêu kĩthuật đã chọn

3.2.1.2 Các phương pháp thiết kế

Căn cứ trắc dọc tự nhiên tiến hành thiết kế đường đỏ theo 2 phương pháp sau:

Phương pháp đường bao: Đường đỏ gần như song song với đường đen bao lấy

địa hình Theo phương pháp này, công trình có khối lượng đào đắp nhỏ, nềnđường ổn định

Phương pháp đường cắt: Đường đỏ cắt địa hình tạo nên các chỗ đào đắp xen

kẽ Khối lượng đào đắp tương đối cân bằng nhau

Do tuyến đi qua địa hình tương đối khó khăn và để đảm bảo các yêu cầu kỹthuật của tuyến nên ta chọn kết hợp sử dụng 2 phương pháp trên

3.2.2 Thiết kế mặt cắt dọc

3.2.2.1 Xác định các yếu tố đường cong đứng

Theo chỉ tiêu kĩ thuật của tuyến đường đã chọn :

- Bán kính tối thiểu của đường cong lồi Rmin

loi = 2500 m

- Bán kính tối thiểu của đường cong lõm Rmin

lom = 1000m Đường cong đứng được thiết kế theo phương pháp đường tang:

- Đầu tiên thiết kế đường đỏ có dạng gãy khúc bao gồm các đường thẳng có

độ dốc khác nhau

- Sau đó tại các vị trí đổi dốc được nối bằng các đường cong đứng

- Cao độ thiết kế và chiều cao đào đắp tại các cọc trên mặt cắt dọc được xácđịnh theo độ dốc thiết kế của đường gãy khúc, sau đó các đường cong đứngđược hiệu chỉnh lại cao độ.

Cao độ trên đường cong đứng được hiệu chỉnh nhờ tính toán sau:

R

x y

Các yếu tố của đường cong được xác định theo công thức sau:

- Chiều dài tiếp tuyến đường cong: T =

2

) ( tg i1 i2

- i1, i2 : Độ dốc của 2 đoạn thẳng hợp thành góc đặt đường cong đứng

(quy ước: dốc lên dương, dốc xuống âm)

∆= −i1 i2 : Trị số góc ngoặt tại đỉnh của đường cong đứng

3.2.2.2 Thiết kế đường đỏ

Căn cứ vào các điểm khống chế đầu tuyến C và cuối tuyến D, các vị trí cần đặtcống.Ta đi đường đỏ cho 2 phương án tuyến theo phương pháp kết hợp giữaphương án đi bao và phương án đi cắt (Thể hiện trên bản vẽ thiết kế trắc dọc)

3.3 Thiết kế mặt cắt ngang

3.3.1 Yêu cầu chung đối với nền đường

Căn cứ vào tầm quan trọng của tuyến, các kết quả nghiên cứu về điều kiện tựnhiên (địa chất, thuỷ văn, mỏ vật liệu…), căn cứ vào công nghệ thi công mà tiếnhành thiết kế nền áo đường đảm bảo về cường độ, độ ổn định lâu dài, hợp lí vềmặt kỹ thuật, bảo đảm tính kinh tế

3.3.2 Kích thước hình học của nền đường

Theo bảng tổng hợp chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến đường:

3.3.3 Cao độ thiết kế nền đường

- Cao độ thiết kế nền đường là cao độ mép ngoài lề đường (khi đã thi cônghoàn chỉnh) phải cao hơn mực nước ngập ít nhất 0,5 m với tần suất thiết kế4% (Vtk = 60 km/h)

- Địa hình tuyến đi qua là vùng núi, nền đường tương đối cao Do đó mựcnước ngập đọng thường xuyên luôn thấp hơn cao độ đáy áo đường.

- Cao độ mặt đường tại vị trí đặt cống phải cao hơn đỉnh cống ít nhất là 0,5

m Đảm bảo độ chênh cao đủ để làm lớp áo đường và tải trọng phân bốrộng trên cống

- Đảm bảo các điểm khống chế cao độ của tuyến

Nguyên tắc thiết kế trắc ngang:

Căn cứ vào bề rộng mặt đường (6m), bề rộng nền đường (9m), cao độ đườngđen, cao độ đường đỏ và xét đến địa hình cụ thể của mặt cắt ngang mà ta có cácmặt cắt ngang điển hình sau: Đắp hoàn toàn, nửa đào nửa đắp, đào hoàn toàn Căn cứ vào địa chất, loại đất đắp, cao độ của mái dốc ta chọn:Độ dốc của mái

ta luy đào: 1/1,độ dốc của mái ta luy đắp: 1/1,5.Các mặt cắt ngang điển hình:

2% 2% 2% 2%

1:1.5

1:1 1:1

Hỡnh 3.4: Mặt cắt ngang điển hỡnh thiết kế cơ sở phương ỏn 1

3.3.6 Tớnh toỏn khối lượng đào đắp

Trong thiết kế cơ sở phải tớnh được sơ bộ khối lượng đào đắp nền đường đểtiến hành so sỏnh phương ỏn tuyến, thiết kế tổ chức thi cụng nền đường…

Việc tớnh toỏn được khối lượng đào đắp được tiến hành theo phương phỏp gầnđỳng sau:

- Chia tuyến thành nhiều đoạn nhỏ với cỏc điểm chia là cỏc cọc địa hỡnh vàtại vị trớ cỏc điểm xuyờn (giao giữa đường đỏ và đường đen)

- Trong mỗi đoạn giả thiết mặt đất là phẳng, tớnh khối lượng đào đắp nhưmột thể tớch lăng trụ

c ọc 1

c ọc 2

đào (1)

đắp (1)

đào

(2)

đào TB

đắp TB

t im đ ờng

sơ đồ t ính khối l ợ ng đất đào đắp giữa 2 c ọc (1) và (2).

Hỡnh 3.5: Sơ đồ tớnh khối lượng đào đắp giữa 2 cọc

Trong đó:

- Vdao: Thể tích đất phải đào trong đoạn,(m3)

- Vdap: Thể tích đất phải đắp trong đoạn, (m3)

1 2

2

dao dao dao

F : Diện tích MCN phần đào, đắp tại đầu và cuối đoạn

- Ltb: khoảng cách trung bình giữa 2 mặt cắt tính toán

Bảng 3.1 :Tổng hợp khối lượng đào đắp toàn tuyến Phương án Khối lượng đào(m3) Khối lượng đắp(m3)

Bảng 3.2: So sánh các chỉ tiêu của 2 phương án tuyến

Đơn vị

I Chỉ tiêu kỹ thuật tổng hợp

II Chỉ tiêu khối lượng thi công

13 Khối lượng đất đắp m 3 23940 45096 

III Chỉ tiêu kinh tế- xã hội

Ghi chú: “” chỉ tiêu được đánh giá tốt hơn Vậy chọn phương án 1

3.5 Công trình thoát nước trên đường

Tuyến đường C - D được thiết kế mới, chạy qua vùng đồi núi có điều kiện địa

chất thủy văn tương đối ổn định Mặt nước ngầm nằm khá sâu nên không phảithiết kế hệ thống thoát nước ngầm cũng như ngăn chặn sự phá hoại của nó đốivới nền đường và mặt đường Dọc tuyến có cắt qua suối nhỏ nên bố trí cống địahình nhằm bảo đảm thoát nước từ lưu vực đổ về

Để thoát nước mặt đường và lưu vực lân cận (từ taluy đổ xuống) ta làm rãnhdọc và cống cấu tạo

3.5.1 Tính toán thiết kế cống

3.5.1.1 Nguyên tắc và yêu cầu thiết kế

Thiết kế công trình thoát nước phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Khẩu độ cống: Sử dụng loại cống có đường kính không dưới 1000 mm đểtiện cho việc duy tu bảo dưỡng sau này

- Mực nước chảy qua cống phải cách đỉnh cống một đoạn để đảm bảo cácchướng ngại vật nhỏ có thể trôi qua không bị vướng lại trong cống

- Bề dầy lớp đất đắp trên cống không được < 0,5 m để cống không bị vỡdưới tác dụng của tải trọng bánh xe Riêng đối với cống bản, cống có áp(nếu có) phải xác định được mực nước dềnh trước cống để thiết kế đượccao độ nền đường hợp lí

- Sử dụng các kết cấu định hình như bê tông cốt thép lắp ghép (cống tròn) cócấu tạo đơn giản để tạo thuận lợi cho sản xuất và thi công, có thể áp dụngbằng thi công cơ giới để đẩy nhanh tiến độ thi công công trình

- Bố trí cống vuông góc với tim đường để đảm bảo kỹ thuật, dễ thi công vàbảo đảm tính kinh tế

- Tần suất lũ tính toán với cống, rãnh là 4 % (Theo TCVN 4054-2005)

3.5.1.2 Trình tự thiết kế cống