Bài Giảng Công trình đường Ô Tô

TiÕt diÖn r·nh dÉn nu'íc.[r]

ðẠI HỌC ðÀ NẴNG

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN CAO THọ

bài giảng bài giảngbài giảng bài giảng

M ðẦU

Tập giảng Cơng trình đường ôtô bao gồm phần với

chương:

Phần 1: Trình bày vấn đề về cơ sở tính tốn thiết kế hạng mục của đường ơtơ, cấu tạo phương pháp thiết kế cơ bản bộ phận của từng hạng mục thuộc cơng trình đường ơtơ từ yếu tố hình học Bình đồ trắc dọc, trắc ngang đến yếu tố cơ học như nền, mặt công trình nước Ngồi ra giáo trình cũng trình bày vấn đề thuộc về nội dung trình tự lập dự án ñầu tư xây dựng ñường ôtô cũng như phân tích kinh tế tài của dựu án

Phần 2: Trình bày những nguyên tắc cơ bản thiết kế tổ chức thi công thiết kế kỹ thuật thi cơng đường ơtơ Các phương pháp tổ chức thi cơng đường ơtơ thiết kế tổ chức thi cơng đường ơtơ

Nội dung trình bày 50 tiết lý thuyết 10 tiết tập, thảo luận Với thời gian khơng nhiều lại phải thâu tóm nhiều nội dung của cả phần chuyên môn thiết kế - thi công, yêu cầu sinh viên phải nghiên cứu trước giảng, giáo trình, tài liệu tham khảo ñể nâng cao khả năng tiếp thu kiến thức, kỹ năng tính tốn thơng qua đồ án mơn học

Nội dung giảng sẽ được cập nhật thường xuyên theo yêu cầu của thực tế tiến bộ khoa học công nghệ

Những vấn ñề cần trao ñổi thảo luận xin được gửi về Bộ mơn ðường ơtơ – ñường thành phố, Khoa xây dựng Cầu ñường, trường ðại học Bách khoa, ðại học ðà Nẵng tầng Khu A, 54 Nguyễn Lương Bằng TP ðà Nẵng

Hoặc theo ñịa chỉ mail: thophancao@gmail.com

CHƯƠNG : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ðƯỜNG ƠTƠ

§1.1 VAI TRỊ CỦA ðƯỜNG ƠTƠ TRONG GIAO THƠNG VẬN TẢI

ðường ơtơ tổng hợp cơng trình, trang thiết bị nhằm phục vụ giao thơng đường có tầm quan trọng lớn lĩnh vực kinh tế, trị, hành chính, quốc phịng, văn hố du lịch ðường ơtơ có vai trị quan trọng suốt thời ñại, chếñộ, văn minh khắp giới So với loại hình vận tải khác (đường thuỷ, đường sắt, đường hàng khơng ) vận tải đường

tơ có ưu nhược ñiểm sau :

Ưu ñiểm : (nhiều ưu ñiểm)

- Có tính cơđộng cao, vận chuyển trực tiếp hàng hố, hành khách từ nơi đến

nơi ñến không cần thông qua phương tiện vận chuyển trung gian - Thích ứng với điều kiện địa hình đồi, núi khó khăn

- Tốc ñộ vận chuyển cao ñường thuỷ, tương ñương ñường sắt - Cưới phí vận chuyển rẻ đường hàng khơng

Nhược điểm :

- Tai nạn giao thông

- Tải trọng nhỏ, tiêu hao nhiên liệu nhiều giá thành vận chuyển cao

ñường sắt ñường thuỷ

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH TUYẾN ðƯỜNG ƠTƠ

Khảo

sát Nhivụ ệm

Khảo sát

sơ bộ

Thiết kế

sơ bộ

Chọn

P.A có lợi

Khảo sát chi tiết PA ñược chọn

Thiết kế kỹ

thuật

Lập bản vẽ

§1.2 HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI ÔTÔ VÀ MỐI QUAN HỆ GIỮA

CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG

2.1 Hệ thống khai thác vận tải ơtơ : (cịn gọi hệ thống khai thác tổng thể đường ơtơ – BAДC: ВОДИТЕЛЬ - АВТОМАБИЛЬ - ДОРОГА- СРЕДА )

2.2 Mối quan hệ giữa bộ phận hệ thống : (8 mối quan hệ bản)

a Mối quan hệ giữa “ Ơtơ - ðường ơtơ “ :

Mối quan hệ sởñề xuất yêu cầu việc chạy xe ñối với yếu tố ñường , N/C mối quan hệ ñể ñi ñến quy ñịnh cụ thể chỉ tiêu kỹ

thuật của tuyến ñường giải pháp thiết kế

b Mối quan hệ giữa “Môi trường bên ngồi - ðường ơtơ “ :

Mơi trường bên ngồi điều kiện tự nhiên (địa hình, ñịa mạo, ñịa chất, thuỷ văn ) phân bố dân cư Nghiên cứu mối quan hệ để xác định

vị trí của tuyến ñường giải pháp thiết kế ñể ñảm bảo tính ổn định bền vững của cơng trình

c Mối quan hệ giữa “Mơi trường bên - Người lái xe “ :

Nghiên cứu mối quan hệ ñể biết ñược ảnh hưởng mơi trường xung quanh đến tâm - sinh lý người lái xe

d Mối quan hệ giữa “ ðường - Ơ tơ“ :

1

2

LÁI XE Ô TÔ

ðƯỜNG

Mối quan hệ nói lên ảnh hưởng của chất lượng đường ñến tiêu

khai thác vận tải ô tô (tốc ñộ , lượng tiêu hao nhiên liệu, suất ô tô )

Kết luận: Nghiên cứu quan hệ ñể ñề giải pháp thiết kế hợp lý

nhằm tạo tuyến đường có khả phục vụ tốt, đạt hiệu cao (an toàn, tiện

nghi kinh tế - SCE)

§1.3 MẠNG LƯỚI ðƯỜNG ƠTƠ – PHÂN LOẠI , PHÂN CẤP ðƯỜNG

4.1 Mạng lưới đường tơ :

1.1 Mạng lưới đường Quốc lộ : ðường nối trung tâm kinh tế, trị, văn hố lớn quốc gia

Ví dụ: Quốc lộ 1A : Lạng Sơn - Nam - Quốc lộ : Hà Nội - Hải Phịng

1.2 Mạng lưới đường địa phương (tỉnh, huyện, xã ) : ðường nối trung tâm kinh tế, trị, văn hố địa phương ( tỉnh , huyện , xã )

1.3 Các tiêu ñánh giá mức ñộ phát triển mạng lưới ñường (MLð) tơ :

+ Mật độđường / 1000 km2 lãnh thổ:

-ðối với nước phát triển 250 ( 1000 km/1000km2

-ðối với nước ñang phát triển 100 ( 250 km/1000km2

-ðối với nước chậm phát triển <100 km/1000km2

+ Chiều dài ñường / 1000 dân:

Mức trung bình đạt 3-5 km đường có lớp mặt cấp cao/1000 dân

+ Chiều dài ñường / phương tiện giao thông:

- Chiều dài ñường > 50m cho ôtô phù hợp - Chiều dài đường 20 ( 50m cho ơtơ cần bổ sung - Chiều dài ñường < 20m cho ôtô thấp

4.2 Cấp hạng của ñường :

Việc phân cấp hạng ñường cần thiết giúp cho công tác quản lý, khai thác

thiết kế, tính tốn tiêu kỹ thuật

ðối với đường ơtơ thơng thường thuộc mạng lưới ñường quốc gia

Bảng 1-1

Cấp

ñường

Lưu lượng xe

thiết kế

(xcqñ/nñ) Chức năng của ñường

Cao

tốc > 25.000 - ðường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 97 Cấp I > 15.000

- ðường trục nối trung tâm kinh tế, trị, văn hố lớn đất nước

- Có dải phân cách giữa, có khống chế phần cửa vào, cịn có nút giao thơng mức

- Về hành thường đường quốc lộ

Cấp

II 6000 ÷ 15000

- ðường nối trung tâm kinh tế, trị, văn hố lớn ñịa phương nối với ñường cao tốc, ñường cấp I

- Có thể quốc lộ ñường tỉnh Cấp

III > 1000

- ðường nối trung tâm kinh tế, trị, văn hố lớn ñịa phương nối với ñường cao tốc, ñường cấp I, cấp II

- Có thể quốc lộ, ñường tỉnh hay ñường huyện Cấp

IV ≥ 500

- ðường nối trung tâm ñịa phương ðường nối

các ñiểm lập hàng, khu dân cư

- Có thể quốc lộ, ñường tỉnh, ñường huyện hay

ñường xã Cấp

V < 500

- ðường phục vụ giao thông ñịa phương vùng núi

- ðường huyện hay ñường xã

Cấp

hạng I II III IV V VI

ðịa hình

ðB

,ð ðB,ð

ðB,

ð Núi

ðB,

ð Núi

ðB,

ð Núi Núi Tốc độ

tính tốn Vtt (km/h)

120 100 80 60 60 40 40 30 20

ðối với ñường cao tốc: theo tiêu chuẩn TCVN 5729-97 Thiết kếñường cao tốc

ðối với ñường ñô thị: theo TCXDVN 104-2007- ðường ñô thị - yêu cầu thiết kế

Giới thiệu tiêu chuẩn số nước: Nga, Mỹ, Pháp, Canada, Úc, Nhật Trung

5.1 Tuyến ñường : Là ñường nối tim ñường , ñiều kiện tự nhiên tuyến ñường gồm ñoạn thẳng, ñoạn cong nối tiếp

5.2 Bình đồ : Là hình chiếu tuyến đường mặt phẳng nằm ngang với

địa hình thể đường ñồng mức

5.3 Trắc dọc : Là mặt cắt thẳng ñứng dọc theo tuyến ñường ñã ñược duỗi thẳng 5.4 Trắc ngang : Là hình chiếu yếu tố đường lên hình chiếu thẳng góc với tim đường

5.5 Các cơng trình nền, mặt, nước, gia cố chống ñỡ

190

170 180

KHOẢNG CÁCH LẺ (m) KHOẢNG CÁCH CỘNG DỒN (m)

ĐOẠN THẲNG_ĐOẠN CONG

TÃN COÜC

BÌNH ĐỒ DUỖI THẲNG

ĐỘ DỐC THIẾT KẾ (‰)-K.CÁCH (m) CAO ĐỘ THIẾT KẾ (m)

CAO ĐỘ TỰ NHIÊN (m) TỶ LỆ NGANG : 1/5000 TỶ LỆ ĐỨNG : 1/500

TRẮC DỌC SƠ BỘ

PHỈÅNG ẠN I

88.46 100.00 H2 A=KM0 H1 10 00 00 100.00 20 00 100.00 H5 H4 H3 40 00 30 00 100.00 50 00 100.00

R = 470 P = 51.0

30

.0

0

TD1 H7

H6 H8

K = 419.5

α= 51°08'24''

60 00 80.00 80 00 70 00 100.00 H9 KM1

T = 224.9

KM1 100.00 90 00 10 00 0 18 00 17 20 18 00 17 50 400 17 44 17 00 17 10 17 15 17 85 17 60 11 17 15 17 20 300 173.44 MSS 17 05

φ 100 KM0 + 400

CỐNG TÍNH TỐN BTCT R = 8000 K = 144.00 T = 72.00 d = 0.33

17 90 17 80 17 70 17 60 17 25 17 00 17 70 17 20 17 60 17 70 17 20 X1 20 0 62 00 17 24 17 14 70.00 83 00 D2 S1 00 70 30

70 2.60 0.15

1

15 2.10 0.90

0

65

0

55 0.45

00 300 5 00 11 17 26 17 26

d = 0.18 T = 60.00 K = 120.00 R = 10000

PHỈÅNG ẠN I

in in

il il

1:1

BM Bl

Bl

ðường tự nhiên Kết cấu áo ñường

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA TUYẾN

ðƯỜNG ƠTƠ

§2.1 MỘT SỐ VẤN ðỀ VỀ SỰ CHUYỂN ðỘNG CỦA ÔTÔ TRÊN ðƯỜNG

2.1.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ KHI CHUYỂN ðỘNG + Lực kéo

+ Lực cản:

• Lực cản lăn Pf

• Lực cản khơng khí Pω • Lực cản lên dốc Pi • Lực cản quán tính Pj Lực cản của xe ñường

a. Lực cản lăn Pf:

Khi xe chạy ñiểm tiếp xúc bánh xe mặt ñường, xuất lực cản lăn Lực ngược chiều với chiều chuyển ñộng xe

Lực cản lăn sinh :

- - Biến dạng lốp xe

- - Do xe bị xung kích chấn động mặt ñường không phẳng - - Do ma sát ổ trục bánh xe

Thực nghiệm cho thấy lực cản lăn tỷ lệ với trọng lượng tác dụng lên bánh xe : Pf = G.f ( 2-1)

Trong đó:

G : Trọng lượng xe (KG) Pf : Lực cản lăn (KG)

f : Hệ số sức cản lăn

- Phụ thuộc chủ yếu vào loại mặt ñường - Phụ thuộc vào ñộ cứng lốp xe

- Trong ñiều kiện lốp xe cứng, tốt, hệ số sức cản lăn trung bình phụ thuộc vào

loại mặt ñường sau (f0) :

- Bảng 2-1

Loại mặt ñường Hệ số lực cản lăn fo

- - Bêtông ximăng BTN

- đá dăm cuội sỏi ựen - đá dăm trắng

- ðường lát ñá

- ðường đất khơ phẳng

- ðường đất ẩm không phẳng - ðường cát khô, rời rạc

0.01 ÷ 0.02 0.01 ÷ 0.025

0.03 ÷ 0.05 0.04 ÷ 0.05 0.04 ÷ 0.05 0.07 ÷ 0.15 0.15 ÷ 0.30

* Khi tốc độ xe chạy nhỏ 50 km/h hệ số sức cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc : f = f0

* Khi tốc ñộ xe chạy lớn 50 km/h hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào vận

tốc

f = fo [1 + 0,01(V-50)] ( 2-2)

Trong V : tốc ñộ xe chạy (km/h )

b. Lực cản khơng khí:

Ngun nhân sinh lực cản khơng khí : - - Khối khơng khí trước xe bị ép lại - - Do ma sát không khí thành xe

- - Do khối khơng khí chân khơng phía sau xe hút lại

Cơng thức xác định lực cản khơng khí : Pw = C.ρ.F.V2 (2-3)

Trong :

F : Diện tích cản trở F = 0,8.B.H (m2) (2-4) B, H : Bề rộng chiều cao xe (m)

V : Tốc ñộ tương ñối xe, tức phải kể ñến tốc ñộ gió, tính tốn coi tốc độ gió khơng, V tốc độ ơtơ (m/s)

ρ: Mật độ khơng khí (kg/m3)

ðểñơn giản lấy F:

- - ðối với xe tải xe buýt F = 3- 5,5 m2 - - ðối với xe F = 1,5- 2,8 m2

Gọi K= C ( hệ số sức cản khơng khí phụ thuộc vào loại xe: - - Xe tải K = 0,06 - 0,07

- - Xe buýt K = 0.04 - 0.06 - - Xe K = 0.025 ÷ 0.035

- Khi vận tốc gió Vgió = P =Ā (km/h) (2-5) - Khi vận tốc gió Vgió = P =Ā (2-6)

*Trong trường hợp xe có rơmooc sức cản P( tăng lên từ (25(30%

c Lực cản lên dốc Pi :

Pi = ± G sinα (2-7)

Do α , xem gần ñúng sinα= tgα = i

⇒ Pi = ± G.i (2-8)

Trong đó:

i: ñộ dốc dọc ñường Lấy dấu “ + “ lên dốc Lấy dấu “ - “khi xuống dốc

d Lực cản quán tính Pj :

Lực cản quán tính :

Pj = m.j (KG) (2-9)

Trong đó:

m: khối lượng xe (kg)

m =

g

G (2-10)

G: Trọng lượng

g: Gia tốc trọng trường

Pj = ±δ Gg.dVdt (2-12)

Trong đó:

δ: hệ số kểđến sức cản quán tính phận quay δ = 1,03÷ 1,07

e Tổng lực cản tác dụng lên ô tô :

Khi xe chạy ñường chịu tác dụng tổng lực cản Pc Pc = Pf + Pω + Pi + Pj (2-13)

Pc = Pω+ G.f ± G.i ±δ dt dV g

G (2-14)

Lực kéo của ơtơ:

Do q trình đốt cháy nhiên liệu động -> nhiệt -> chuyển hóa thành công công suất hiệu dụng N, công suất tạo nên mômen M trục khuỷu động

2.1.2 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ðỘNG VÀ ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC CỦA ƠTƠ

Phương trình chuyển động:

ðiều kiện để ơtơ chuyển động:

Pc <Pk (2-21)

⇒ Pk > Pf + Pω + Pi + Pj

Pk - Pω> Pf + Pi + Pj

Pk - Pω> G.f ± G.i ±δ dt dV g G

(2-22) Gọi (2-22) phương trình chuyển động ơtơ

ðặc tính động lực của tơ : Từ cơng thức (2-22) ta có :

dt dV g i f G

P

-Pk δ

± ± >

ω (2-23)

P

-Pk

j i f G > ± ±

ðặt D = (Pk - Pω)/G nhân tốđộng lực của ơtơ Nhân tố động lực của ơtơ sức kéo ơtơ đơn vị trọng lượng sau trừ sức cản khơng khí, nhân tố động lực phụ

thuộc số vịng quay ñộng Qua tỷ

số truyền ñộng, tính ñược giá trị D phụ thuộc vào tốc ñộ V Quan hệ ñược thể biểu ñồ nhân tố ñộng lực Các ñường cong ñược lập bướm ga động mở hồn

tồn hay bơm nhiên liệu động điezen mở

hồn tồn

*Xét trường hợp xe chạy với tốc độ ñều V=const

⇒ =0

dt dV

D > f ± i (2-24) Trong đó:

D: Nhân tốđộng lực ơtơ f: Hệ số sức cản lăn

i: ðộ dốc dọc

Vế trái ( 2-24 ) phụ thuộc vào ôtô

Vế phải (2-24) phụ thuộc vào ñiều kiện ñường (conditional road, geometric road)

* Nhận xét:

Nếu biết tổng sức cản tác dụng lên ơtơ dựa vào cơng thức (2-24) xác định tốc độ chuyển ñộng lớn tương ứng với loại ôtô chạy

đường tốc độđó gọi tốc độ cân

Biểu ñồ biểu thị quan hệ D V, D = f(V) ứng với chuyển số khác

ñược gọi biểu ñồ nhân tốđộng lực ơtơ

Dựa vào cơng thức (2-24) ta có tốn sau: D

00.25 0.20 0.15 0.05 0.10

0

- Xác ñịnh idmax cho loại xe biết tốc ñộ thiết kế

- Xác ñịnh tốc ñộ xe chạy lý thuyết của loại xe biết ñộ dốc dọc của ñường

- Vẽ biểu ñồ tốc ñộ xe chạy lý thuyết của loại xe

2.1.3 LỨC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ðƯỜNG

Trường hợp A phản lực T (phản lực đường tác dụng vào lốp xe) A khơng tạo nên tâm quay tức thời Như Mk không chuyển thành Pk ( bánh xe quay chỗ)

Phản lực T gọi lực bám bánh xe với mặt ñường T lực bịñộng - Giá trị lực T phụ thuộc vào PK Khi PK tăng T tăng theo T khơng

thể tăng ñược, T tăng ñến giá trị Tmax (lực bám lớn nhất) Nếu tiếp tục tăng PK

> Tmax điểm tiếp xúc khơng trở thành tâm quay tức thời ñược bánh xe quay

tại chỗ trượt dai đường Do điều kiện ñể xe chuyển ñộng ñược là:

PK≤ Tmax (2-25)

Tmax = ϕ GK (2-26)

Trong đó:

ϕ: hệ số bám bánh xe với mặt đường, phụ thuộc vào tình trạng mặt ñường ñiều kiện xe chạy

Bảng 2-2

Tình trạng mặt đường ðiều kiện xe chạy ϕϕϕϕ

Khô Rất thuận lợi 0,7

Khơ Bình thường 0,5

Ẩm, bẩn Không thuận lới 0,25-0,3 GK: trọng lượng xe trục chủñộng

Từ (2-25) (2-26) => PK < ϕ GK (2-27)

Trừ hai vế (2-27) cho sức cản không khí: PK - Pω≤ϕ GK - Pω

D = ω≤ G

P -PK

G P G K − α ϕ

Kết hợp ñiều kiện lực cản lực bám ta ñược : f ±i< D ≤

G P G K − α

ϕ (2-28)

* Nhận xét : Nghiên cứu sức bám bánh xe với mặt đường để tìm giải pháp nâng cao độ nhám mặt đường, tăng an tồn giao thơng

2.2 BÌNH ðỒ TUYẾN (Horizontal alignment or Tracé en plan)

2.2.1 ðẶC ðIỂM XE CHẠY TRÊN ðƯỜNG CONG NẰM

Khi chạy ñường cong, xe phải chịu ñiều kiện bất lợi:

1 - Xe phải chịu thêm lực ly tâm Lực ñặt trọng tâm xe, hướng nằm ngang, chiều từ tâm đường cong ngồi, có trị số:

C =

R V

m

(2-29) Trong đó:

m: Khối lượng xe [ kg ] V: tốc ñộ xe [m/s] R: Bán kính đường cong nơi tính tốn [ m ]

Lực ly tâm gây lật xe, gây

trượt ngang, làm tiêu tốn nhiên liệu,

hao mòn xăm lốp, gây cho việc điều khiển xe khó khăn, làm khó chịu cho hành khách

2 - Bề rộng phần xe chạy lớn so với đường thẳng - Tầm nhìn người lái xe bị hạn chế

b Y

Y

Do u cầu đặt ñây nghiên cứu biện pháp thiết kếñể cải thiện ñiều kiện bất lợi

2.2.2 LỰC NGANG VÀ HỆ SỐ LỰC NGANG Lực ngang :

Gọi Y tổng lực ngang tác dụng lên ơtơ chạy đường cong: Y = C.cosα± G.sinα (2-30)

“ + “ xe chạy phía lưng đường cong “ - “ xe chạy phía bụng đường cong

Do góc ( nhỏ nên xem gần ta có: Cosα≈ 1, Sinα≈ tgα≈in

⇒ Y = C ± G.in

Y = g.R in

V G

±

2

G [ V(m/s)] (2-31)

G Y

= n

2

i R 127

V

± [ V(km/h] (2-32)

ðặt µ =Y/ G hệ số lực ngang (Lực ngang tác dụng ñơn vị trọng

lượng xe)

µ = .R in

V ±

127

2

(2-33) Xác định hệ số lực ngang µµµµ :

Lực ngang Y hay hệ số lực ngang µ gây ảnh hưởng xấu cho ôtô: - Làm xe bị lật

- Làm xe bị trượt ngang

- Gây cảm giác khó chịu với hành khách người lái - Làm tiêu hao nhiên liệu hao mòn xăm lốp

Theo ñiều kiện ổn ñịnh chống lật :

Y = g.R in

V G

±

2

ðể xe không bị lật: G.(b−∆)

2 ≥ Y.h (2.34) Trong đó: b khoảng cách hai bánh xe

Y: lực ngang

∆: ðộ lệch tâm so với tâm hình học xe ∆=0,2.b ⇒ 0,3.G.b ≥ Y.h

0,3b/h =Y/G ( tỉ số b/h phụ thuộc loại xe ) Xe

h b

= 2÷3

Xe buýt , xe tải b/h = 1,7 - 2,2

ðểñơn giản lấy b/h =

⇒µ ≤ 0,3.2 = 0,6 µ≤ 0,6

Theo ñiều kiện ổn ñịnh chống trượt ngang :

Q = Y2 P2

+ ðiều kiện để xe khơng trượt:

Y2 P2

+ = Q ≤ G.ϕ Trong đó:

G: Tải trọng tác dụng bánh xe

ϕ : Hệ số bám bánh xe với mặt ñường

ϕ

2 ϕ

ϕ +

=

ϕ1: Hệ số bám dọc =(0,7 - 0,8) ϕ

ϕ2: Hệ số bám ngang =(0,6 - 0,7) ϕ

Khi đó: Y/G ≤ϕ2 µ = GY≤ϕ2 (2-35)

Khi mặt đường khơ, ϕ = 0,6 ϕ2 = 0,36 µ ≤ 0,36

Pk=G.ϕ1

Y=G ϕ2

Khi mặt ñường ẩm, ϕ = 0,4 ϕ2 = 0,24 ⇒ µ≤ 0,24

Khi mặt đường ẩm, bẩn ϕ = 0,2 ϕ2 = 0,12 µ ≤ 0,12

c. Theo ðiều kiện êm thuận tiện nghi đối với hành khách:

Khi µ≤ 0,1 : hành khách chưa cảm nhận xe vào ñường cong

Khi µ = 0,1 - 0,15 : hành khách bắt đầu cảm nhận có đường cong khó chịu

Khi µ =0,15 - 0,2 : hành khách cảm thấy vơ khó chịu Về phương diện êm thuận hành khách µ≤ 0,1

d Theo ñiều kiện tiêu hao nhiên liệu xăm lốp:

Khi chạy ñường cong bánh xe phải hợp với trục dọc góc δ Do có lực ly tâm, bánh xe lệch sang bên quay khơng quay hết góc δ mà chịu

một góc lệch δ so với trục chuyển động xe δ lớn tiêu hao xăm lốp nhiều

Muốn giảm nhẹ tiêu hao µ≤ 0,1

Kết luận : ðể ñảm bảo ñiều kiên ổn ñịnh tiện nghi xe vào ñường cong năm, thiết kế sử dụng hệ số lực ngang µ sau:

- Khi điều kiện địa hình thuận lợi nên chọn µ ≤ 0,1

- Trong điều kiện khó khăn cho phép µ = 0,15 ( phải dùng ñộ dốc siêu cao lớn nhất)

- Trong điều kiện khó khăn cho phép lấy giá trị lớn µ = 0,20 (khi phải dùng giải pháp thiết kếñường cong rắn)

2.2.3 XÁC ðỊNH BÁN KÍNH ðƯỜNG CONG NẰM NHỎ NHẤT 2.2.3.1 Theo ñiều kiện hệ số lực ngang :

Có bố trí siêu cao:

) (

127 )

( max

2 max

2

sc

sc i

V i

g v R

+ =

+ =

µ

Khơng bố trí siêu cao:

) ( 127 ) (

2

min

n n

ksc

i V i

g v R

− =

− =

µ

µ (2-37)

2.2.3.2 Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm : Rmin =

α

I

S

30 (2-38)

Trong :

SI : Tầm nhìn chiều [m]

α : Góc chiếu sáng pha đèn tơ [ độ ] 2.2.4 SIÊU CAO (superevelevation or pdévers)

2.2.4.1 Siêu cao ñộ dốc siêu cao :

Từ cơng thức xác định hệ số lực ngang

µ = .R in

V ±

127

2

ðể giảm có biện pháp sau:

- Tăng R - Giảm V

- Làm dốc ngang mái phía bụng ñường cong (siêu cao)

a Mục ñích của việc bố trí siêu cao:

- Nhằm giảm hệ số lực ngang µ - Tăng tốc độ xe chạy

- Tăng mức độ an tồn xe chạy

b ðộ dốc siêu cao:

+ ðộ dốc siêu cao : isc = in -> iscmax

Trong ñó : in ñộ dốc ngang mặt ñường ( %)

iscmax ñộ dốc siêu cao lớn ( %)

Đoạn nối siêu cao

ðường cong tròn

 oa ûn nä s iã u ca o B R0 §é dèc siªu

isc = n.Vg.R

2

(2-39)

ðộ dốc siêu cao ứng với bán kính ñường cong nằm (TCVN4054-05)

8 7 6 5 4 3 2

Không làm siêu

cao

100 400

÷450 450 ÷500 500 ÷550 550 ÷650 650 ÷800 800 ÷1000 1000

÷4000 ≥4000

80 250

÷275 275 ÷300 300 ÷350 350 ÷425 425 ÷500 500 ÷650 650

÷2500 ≥2500

60 - 125

÷150 150 ÷175 175 ÷200 200 ÷250 250 ÷300 300

÷1500 ≥1500

40 - - 60÷75 75÷10 100÷600 ≥600

30 - 30÷50 50÷75 75÷350 ≥350

20 - 25÷50 50÷75 75÷150 - ≥150

2.2.4.2 Cấu tạo dộ dốc siêu cao:

- ðoạn nối siêu cao thực với

mục đích chuyển hóa cách điều hịa từ

trắc ngang thơng thường hai mái sang trắc ngang đặc biệt có siêu cao

Sự chuyển hóa tạo độ dốc phụ ip Chiều dài ñoạn nối siêu cao:

Ln =

p sc i ) E B ( i + (2-40)

Trong đó:

B: Bề rộng mặt ñường

E: ðộ mở rộng mặt ñường ñường cong ip: ðộ dốc dọc phụ cho phép

Lấy ip = 1% V = 20(40 km/h

Tốc độ

Lấy ip = 0,5% V ( 60 km/h

* Việc chuyển hóa tiến hành sau :

Trước vào ñoạn nối siêu cao, cần ñoạn 10m ñể vuốt cho lề ñường có

cùng ñộ dốc ngang mặt ñường in sau tiến hành theo phương pháp

sau :

1 Quay mái mặt ñường lềñường phái lưng ñường cong quanh tim ñường cho mặt ñường trở thành mái với ñộ dốc tối thiểu tiếp tục quay quanh tim mặt ñường ñạt ñộ dốc siêu cao (thường dùng với đường thành phố có bề

rộng phần xe chạy hẹp)

2 Quay mặt ñường lềñường phái lưng ñường cong quanh tim ñường cho mặt

ñường trở thành mái với ñộ dốc tối thiểu, sau ñoú quay quanh mép mặt ñường cho ñến ñạt ñến ñộ dốc siêu cao (phương pháp khối lượng ñào ñắp

nhiều nên thường dùng cho ñường thành phố)

3 Khi phần xe chạy lớn 7m thực cách quay quanh trục ảo cách mép phần xe chạy 7m

2.2.5 ðƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP (Transition curve or courbe de transition)

2.2.5.1 Mục đích của việc thiết kếđường cong chuyển tiếp:

Khi xe chạy từñường thẳng vào ñường cong, phải chịu thay ñổi: - Bán kính từ∞ chuyển R

- Lực ly tâm tăng từ đến C

- Góc δ hợp trục bánh xe trước trục sau xe từ ñến δ

Những biến ñổi ñột ngột ñó gây cảm giác khó chịu cho người lái xe hành

khách ðể đảm bảo có chuyển biến điều hịa lực ly tâm, góc ( cảm

giác hành khách cần phải có đường cong chuyển tiếp đường thẳng

R= S C y

x s

A α

2.2.5.2 Xác ñịnh chiều dài của ñường cong chuyển tiếp:

* Các giả thiết: Giả thiết tốc ñộ xe chạy ñường cong chuyển tiếp không

ñổi tốc ñộ thiết kế Giả thiết chiều dài ñường cong chuyển tiếp, gia tốc ly tâm thay ñổi từ đến v2 /R đồng thời bán kính đường cong thay ñổi ñều từ

ρ =0 tới R, tỷ lệ bậc với chiều dài ñường cong chuyển tiếp

- Gọi I ñộ tăng gia tốc ly tâm ñường cong chuyển tiếp I = const

- t thời gian xe chạy ñường cong chuyển tiếp I =

t R V2

(m/s3) t =

V

Lct (s)

I

⇒ =

ct

L R

v

ct L

⇒ =

I. R

v3

[ V (m/s)] (2-41) Lct =

I R 47

V3

[V(km/h)] (2-42) Trong đó:

- V: tốc độ xe chạy [km/h] - R: Bán kính đường cong nằm - I: ðộ tăng gia tốc ly tâm (m/s3) Theo quy trình Mỹ : I = 0,3(0,9 m/s3

Theo quy trình Pháp : I = 0,65(1 m/s3 Theo quy trình Việt Nam : I = 0,5 m/s3

Lct = 23V,5.R

* Lưu ý:

Khi đường cong vừa có Ln, Lct bố trí đoạn vuốt nối chuyển tiếp trùng

nhau lấy chiều dài: L = max [ Lct , Ln]

Phương trình của đường cong chuyển tiếp:

Xét ñiểm đường cong chuyển tiếp Có chiều dài tính từ gốc tọa

độ S, bán kính ρ:

S = I 47

V3

ρ (2-44)

Gọi C= v3/ I = const ⇒ S =

ρ

C

hay ρ C S

=

ðây phương trình ñường cong clothoide hay gọi ñường xoắn ốc Euler

ðặt C = A2 = R.Lct

⇒ S = ρ

2 A

(2-45)

Trong đó:

A: Gọi thơng số ñường cong clothoide: A = R.Lct (m) (2-46) A lớn: ñường cong thoải

A nhỏ: ñường cong gấp

A ñịnh dạng đường cong Phương trình thơng sốở hệ tọa độ Descarte:

Phương trình ρ =C/S phương trình hệ tọa ñộñộc cực, chuyển sang dạng

tọa ñộ vng góc ðềcác:

x =

A 3456

S A

40

S

S− 4 + 8 −

y =

A 42240

S A

336

S A

S

10 11

6

2

− +

ðây chuỗi có tính hội tụ nhanh cần tính với hai số hạng ñầu ñủ

Phương pháp cắm ñường cong chuyển tiếp: ( bước- xem GT TKð 1-GS ðỗ Bá Chương – NXB GD 2006 )

1/ Tính yếu tố cơ bản của đường cong trịn theo góc α bán kính R:

- Tiếp tuyến ñường cong

- Chiều dài ñường cong

- Phân cự

2/ Tính tốn chiều dài đường cong chuyển tiếp: Lct

3/ Tính góc kẹp giữa ñường thẳng tiếp tuyến ở cuối ðCCT:

R Lct =

ϕ phải thỏa mãn ñiều kiện α≥ ϕ0 Nếu không thỏa mãn phải tăng R

hoặc giảm chiều dài đường cong chuyển tiếp

4/ Xác ñịnh tọa ñộñiểm cuối của ñường cong chuyển tiếp:

Hoặc tra bảng (3-8)

x0 = S 40S.A 3456S.A8 − + −

y0 =

A 42240 S A 336 S A S 10 11 − + −

Với AĽ

e Xác ñịnh chuyển dịch p’ t:

0 0 sin x t ) cos ( R y ' p ϕ − = ϕ − − =

p’ nhỏ ảnh hưởng thực tế khơng có ý nghĩa (điều kiện p > R/100)

5/ Xác ñịnh ñiểm bắt ñầu ñiểm kết thúc của ñường cong chuyển tiếp Nð,NC mới với T = t +T

- Xác ñịnh phần cịn lại đường cong chuyển tiếp:

α

R1

R

NC TC

TÂ y0 α

P’ NÂ

t T

ϕ0

parabol clothoide

lemniscate

T0=

2 tg R 0 α K0=π.α1800.R1

P0=R1

            −1 cos α

Tọa ñộñiểm ñầu ñiểm cuối: TðT1 = ND = ð - ( t + T)

TCT1 = NC = Nð + K0 + 2Lct

K0: Chiều dài ñường cong :

K0=

180 R α0 π

6/ Cắm ñiểm trung gian của ñường cong chuyển tiếp:

Khi có khoảng cách S

xs = S - + − A 3456 S A 40 S ys = − + 10 −

11 A 42240 S A 336 S A S

Cơng việc tính tốn phức tạp nên có thể sử dụng bảng 3-8/P50/TKð Tập hoặc 7-5/P193/TKð Tập

Các dạng đường cong thay thế : Nếu phương trình ñộc cực:

- Thay S = a ( a dây cung) ta

phương trình lemniscate:

ρ = 3.C.sin2ω

K

B

L

R

e1

e2

1

2

K L

y = 32

x y

A

=

+ Khi ϕ0 ≤ 240 phương trình lemniscate thường ñược sử dụng nút

giao thông khác mức

2.2.6 MỞ RỘNG PHẦN XE CHẠY TRÊN ðƯỜNG CONG

Khi xe chạy ñường cong, trục sau cố định ln ln hướng tâm, cịn bánh

trước hợp với trục sau góc, nên yêu cầu chiều rộng phần xe chạy phải lớn so

với ñường thẳng

ðộ mở rộng của một xe : e1 = 2LR

2

(2-48)

Trong đó: e1 độ mở rộng

L : Chiều dài tínhh tốn từ trục sau xe đến giảm xốc đằng trước

R : Bán kính đường cong

ðể tính tốn độ lắc ngang xe xe chuyển ñộng ta phải bổ sung: e1 =

R V 05 , R

L2

+ (2-49) ðộ mởí rộng phần xe chạy :

Khi có xe trở lên tính gần ñúng: E = e1 + e2 =

R V , R L2

+ (2-50)

Khi có n xe:

1:10 L

A

TC Tð

E

* Lưu ý:

- Với trường hợp ñặc biệt (có thể có xe kéo mooc, xe trở vật dài )

phải có tính tốn riêng

- Khi mở rộng ñường cong nên mở rộng phía bụng Trong số trường hợp

phải mở rộng phía lưng

ðộ mở rộng theo TCVN 4054-05 (bảng 12 )

Bán kính đường cong nằm (m) Dịng xe

250÷200

< 200÷150

< 150÷100

< 100÷70

< 70÷50

< 50÷30

< 30÷25

< 25÷15

Xe 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,8 2,2

Xe tải 0,6 0,7 0,9 1,2 1,5 2,0 - -

Xe moóc

tỳ 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 - - -

Phương pháp mở rộng phần xe chạy :

2.3 TRẮC DỌC ðƯỜNG ÔTÔ (Longitudinal section or Profil en long)

2.3.1 Xác ñịnh ñộ dốc dọc của ñường

2.3.1.1 Xác ñịnh ñộ dốc dọc lớn nhất idmax :

+ Theo ñiều kiện học : Pk> Pc (2-53)

Pk< T (2-54)

Trong :

Pk : Sức kéo xe

Pc : Tổng sức cản tác dụng lên ô tô

T : Sức bám bánh xe với mặt ñường

+ Theo ñiều kiện kinh tế : Tổng chi phí xây dựng khai thác nhỏ



i% C C + C

KT XD

C C

KT XD

i

Hình : Cơ sở xác ñịnh ñộ dốc dọc

Bảng 2.1: Theo TCVN 4054 - 05 ñộ dốc dọc lớn nhất cho phép như sau :

Cấp

hạng I II III IV IV

ðịa

hình

ðồng

bằng

ðồng

bằng, ñồi

Núi

ðồng

bằng, ñồi

Núi

ðồng

bằng, ñồi

Núi Núi Idmax

% 10

2.3.1.2 Xác ñịnh ñộ dốc dọc nhỏ nhất idmin : Xác ñịnh theo ñiều kiện ñảm bảo

thoát nước rãnh biên ( rãnh dọc ) :

Nền đường đắp cao ( khơng có rãnh biên ) idmin = %

Nền ñường ñắp thấp, nửa ñào-nửa ñắp, ñào (có rãnh biên) idmin=0,5% cá

biệt

idmin = 0,3%

2.3.1.3 Chiều dài ñoạn dốc

Tốc độ tính tốn

km/h Dèc däc %

Bảng 2.2 :Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m)

Chiều dài ñoạn dốc nhỏ nhất : ðể hạn chế trắc dọc dạng cưa bố

trí hai đường cong đứng chiều dài ñoạn dốc tối thiểu sau:

Bảng 2.3: Chiều dài tối thiểu ñổi dốc

Tốc độ tính tốn, km/h 100 80 60 40 30 20 Chiều dài tối thiểu ñổi dốc,

m 250 200 150 120 100 60

2.3.1.4 Giảm ñộ dốc dọc ñường cong nằm :

Trong ñường cong nằm có bán kính cong nhỏ, dốc dọc ghi bảng 5.2 phải

chiết giảm lượng quy ñịnh sau

Bảng5.4 : Lượng dốc dọc chiết giảm đường cong nằm có bán kính nhỏ

Bán kính cong nằm, m 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 50 Dốc dọc phải chiết giảm, % 2,5 1,5

2.3.2 ðườngcong ñứng (Vertical curve – courbe vertical) 2.3.2.1 Phạm vi thiết kếñường cong ñứng :

Dựa vào hiệu ñại số hai ñộ dốc dọc liên tiếp i1- i2= ∆i

Khi ∆i ≤ 5,0 0/00 phải thiết kế ñường cong ñứng ñối với ñường cấp I, II

Khi ∆i ≥ 10 0/00 phải thiết kế ñường cong ñứng ñối với ñường cấp III

Khi ∆i ≥20 0/

00 phải thiết kếñường cong ñứng ñối với ñường cấp IV , V

idmax

20 30 40 60 80 100

4 1200 1100 1100 1000 900 800

5 1000 900 900 800 700 -

6 800 700 700 600 - -

7 700 600 600 500 - -

8 600 500 500 - - -

9 400 400 - - - -

l1 l2 L i1 i2 A O C B a1 a2 R

i : lấy dấu "+ "khi lên dốc, lấy dấu "-" xuống dốc

2.3.2.2 Xác định bán kính tối thiểu của ñường cong ñứng :

ðường cong ñứng lồi ( crest curve)

+ Cơ sơ xác định : Căn vào điều kiện tầm nhìn đường cong đứng lồi + Xác định bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi :

Hình: Sơđồ xác định bàn kính tối thiểu đường cong đứng lồi

Gọi d1,d2 chiều cao mắt người lái xe chiều cao vật (d1 = 1,2m)

L: Chiều dài phải nhìn thấy

R: Bán kính đường cong đứng

DC BC AC DC AC AC BC = ⇒ =

Do R lớn so với d1,d2 xem gần ñúng: BC ≈ d1

DC = 2R - d1 ≈ 2R AC ≈ l1

1 2Rd

l = ;l2 = 2Rd2

) (

2

2 2

2

1 l Rd Rd R d d

l

S = + = + = +

⇒ 2 2 2 ) ( ) ( d d S R S d d

R = +

⇒

+

= (2-56)

- Trường hợp vật cốñịnh mặt ñường có chiều cao nhỏ: d2 ≈0

2 2 ) ( d S d S

R = = I (2-57)

I hâ S h α R d S R II

= (2-58)

ðường cong ñứng lõm ( valley curve)

Cơ sở xác ñịnh :

- Theo điều kiện khơng q tải lị xo nhíp xe khơng khó chịu hành khách ( hạn chế lực ly tâm)

- Theo ñiều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm :

* Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm :

+ Theo điều kiện khơng q tải lị xo nhíp xe khơng khó chịu

hành khách:

Gọi a: gia tốc ly tâm cho phép a = 0,5-0,7m/s2

a v R R v a 2 = ⇒ =

Trong đó: v : Vận tốc xe chạy (m/s)

R : Bán kính đường cong ñứng lõm (m)

6,5 V R

2

= (V:km/h) (2-59)

+ Theo ñiều kiện ñảm bảo tầm nhìn ban ñêm :

Hình 2.: Sơđồ xác định bàn kính tối thiểu đường cong ñứng lõm

2 sin α I d S h h= +

BD=hñ DC BC AC DC AC AC BC = ⇒ = ) sin ( 2 2 α I d I I I S h S h S R h R S + = = ⇒ = ⇒ (2-60)

hñ : Chiều cao ñèn

α : Góc chiếu sáng pha đèn α= 2o

Bảng : Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi lõm theo tiêu chuẩn 4054-05

Tốc độ tính tốn,

km/h 100 80 60 40 30 20

Bán kính đường cong

đứng lồi, m

Tối thiểu giới hạn 6000 4000 2500 700 400 200

Tối thiểu thông thường 10000 5000 4000 1000 600 200

Bán kính đường cong

đứng lõm, m

Tối thiểu giới hạn 3000 2000 1000 450 250 100

Tối thiểu thông thường 5000 3000 1500 700 400 200

Các yếu tố của ñường cong ñứng :

+ ðộ dài ñường cong: K= ( i1 - i2)R (2-61)

+ ðộ dài ñường tang:

2 ) ( i1 i2

R

T = − (2-62)

+ Phân cự:

R K R T d

8

2

=

= (2-63)

Trong : R : bán kính đường cong đứng (m) i1, i2 : ñộ dốc dọc ñoạn dốc liên tiếp

2.3.2 TRÌNH TỰ THIẾT KẾðƯỜNG ðỎ

2.3.2.1 Yêu cầu, nguyên tắc thiết kế trắc dọc - Trắc dọc phải thoã mãn tiêu kinh tế kỹ thuật

- Trắc dọc phải ñảm bảo tuyến uốn lượn đặn, thay đổi độ dốc nên dùng

độ dốc nhỏ địa hình cho phép Trong điều kiện địa hình khó khăn sử

dụng trị số giới hạn ( idmax , Rmin )

- Khi thiết kế trắc dọc phải phối hợp với thiết kế bình ñồ thiết kế trắc

ngang

- Thiết kế trắc dọc phải ñảm bảo cao ñộ ñiểm khống chế cao ñộ

- Khơng nên thiết kế đường cong nằm bán kính nhỏ chân

đoạn dốc có ñộ dốc lớn

- Nên thiết kế ñỉnh ñường cong ñứng ñỉnh ñường cong nằm trùng

nhau Nếu khó khăn khơng lệch 1/4 chiều dài ñường cong ngắn

- Phải ựảm bảo thoát nước cho ựường ựào ựường ựắp thấp - đáy rãnh dọc nên thiết kế song song với mép ựường ( id≥ idmin)

- Khi thiết kế trắc dọc phải ý ñến ñiều kiện thi công sau ( thi cơng giới hố hay thi cơng thủ cơng)

- Thiết kế trắc dọc phải ý ựể khối lượng ựào, ựắp tương ựương đào

trên cao ñắp thấp

- Khi thiết kế nên đắp thấp nên đào nơng đào làm phức tạp việc nước làm ñường bi cách biệt với cảnh quan

2.3.2 Xác ñịnh ñiểm khống chế :

Cao ñộ khống chế cao ñộ buộc ñường ñỏ phải ñi qua cao ñộ ñường ñỏ

phải cao cao tối thiểu, cao độđường đỏ phải thấp cao ñộ

tối ña ñó

Các ñiểm khống chế buộc ñường ñỏ phải ñi qua :

- ðiểm ñầu ñiểm cuối tuyến

- ðiểm giao với đường giao thơng khác có cấp hạng cao - ðiểm giao với ñường sắt

- Cao ñộ ñoạn tuyến ñi qua khu dân cư

- Cao ñộ mặt cầu

Các ñiểm khống chế buộc ñường ñỏ phải cao hơn :

- Cao ñộ tối thiểu cống nước

+ ðối với cống trịn: Cao ñộ thiết kế nhỏ ( TK

Hmin) ñược chọn giá trị lớn hai ñiều kiện sau:

• Mép đường cao so mực nước ngập ≥ 0,5m

• Khoảng cách từđỉnh cống đến đáy kết cấu áo ñường ≥ 0,5m + ðối với cống vng, cống chữ nhật: Cao độ thiết kế nhỏ HTK

min lấy

ngay ñỉnh cống mà khơng cần đất đắp cống

- Cao độ tối thiểu đoạn tuyến ven sơng, đầu cầu, ñoạn ngập nước,

(2)

F (m )2

Hâaìo (m) (1) (3) Hâaìo (m)

Fđào Fđắp

Các ñiểm khống chế buộc ñường ñỏ phải thấp hơn :

- Tại nút giao khác mức khống chế cao ñộ ñường chạy - Tại nơi khống chế cao ñộñường dây ñiện cao

2.3.2.3 Các ñiểm mong muốn (needle level) : Là cao ñộ thoả mãn hàm mục tiêu người thiết kế sở điều kiện địa hình, tính chất dịng xe thường chọn hàm mục tiêu giá thành XD nhỏ nhất, nghĩa tận dụng khối lượng ñất ñào ñắp đường thơng qua diện tích đào diện tích đắp mặt cắt ngang tương đương Cũng dùng hàm mục tiêu giá thành XD cơng trình chống đỡ đàm bảo tính ổn định ñường ñược ñưa phương án làm khơng phải làm cơng trình chống đỡ gia cố

ðể xác định hình dạng ñường chiều cao hñào , hñắp mong muốn

tại ñoạn cần phân trắc dọc thành ñoạn có độ dốc sau để xác định

cao ñộ ñiểm mong muốn (cao ñộ chỉñạo )

iS <20% dùng dạng ñắp 1/2 ñào ñắp

20%≤ iS≤ 30% dùng dạng nửa ñào, nửa ñắp

iS>30% dạng trắc ngang chữ L thiên phần ñào nhiều

ðể xác ñịnh cao ñộ mong muốn cho ñoạn trắc dọc (hoặc cọc đại diện ) nơi có Fđào=Fđắp xác ñịnh ñược trắc ngang kinh tế

(1): Fđào= Fđắp

(2) : đào hồn tồn, (3) : đắphoàn toàn

2.3.2.4 Các phương pháp thiết kế trắc dọc : (2 phương pháp )

+ Phương pháp ñường bao: Sử dụng ñối với ñường vùng ñồng ñường nâng cấp, cải tạo

+ Phương pháp ñường cắt: Sử dụng ñối với ñường thiết kế vùng đồi - núi

2.3.2.5 Trình tự thiết kế trắc dọc

Bước1: Xác ñịnh cao độ điểm khơng chế điểm mong muốn

Bước 2: Sơ vạch đường đỏ phải thỗ mãn yêu cầu nguyên tắc nêu mục

2.3.2.1

Bước 3: + Phân trắc dọc thành ñoạn ñặc trưng vềñộ dốc dọc ñường ñỏ Xác ñịnh cao ñộ ñiểm ñầu ñoạn dốc, sau tính tốn định trị số

dốc dọc cho đoạn cách xác ( u cầu bắt buộc phải chẵn

phần nghìn khơng phải làm trịn)

+ Tính cao độ điểm ñầu, sau ñó chuyền cao ñộñường ñỏ cọc tiếp

theo ñiểm cuối dốc

+ Kiểm tra lại yêu cầu ñường ñỏ, ñiều chỉnh lại thấy cần thiết + Tính chiều cao ñào ñắp ñất tất cọc

+ Xác định vị trí điểm xun để phục vụ cho việc tính tốn khối lượng cơng tác sau Trong thiết kế đường gặp hai trường hợp tính tốn ñiểm xuyên

sau :

ðường ñỏ ñường dốc thẳng : (hình ) X1 = ( )

2

1

1 m

h h

h l

+ (2-64) ðường ñỏ ñường cong ñứng:

X2 = R.I ± (2 )

2

h I l R I

R + − (m) (2-65)

Trong đó: X1- Khoảng cách từ cọc có chiều cao đào hay đắp h1, h2

l1: Khoảng cách hai cọc ( chọn cọc gần ñiểm xuyên)

h, h2 : Chiều cao ñào, ñắp cọc gần ñiểm xuyên

X2: Khoảng cách tính từđiểm xun tới điểm có độ dốc i =0 ñường

2

A

B O

x

l1

h1 h

2

2 1

2

1

I

x l

a) ðường ñỏ ñường dốc thẳng b) ðường đỏ đường cong đứng

Hình : Sơđồ tính điểm xun

2.4 TRẮC NGANG ðƯỜNG ÔTÔ (Cross section – Profil en travers) Trắc ngang hình chiếu yếu tố đường lên hình chiếu thẳng góc với

tim đường Các yếu tố trắc ngang gồm :

- Phần xe chạy (Carriage way) - Lềñường ( shoulder = verge) - Dải phân cách (median strip)

- Dải ñất dự trữ (reserved strip) - Rãnh biên (side ditch)

- Taluy (slope) độ dốc taluy

Ngồi mặt cắt ngang cịn đoạn tránh xe, xe phụ cho xe

tải leo dốc, hành lang bảo vệ

2.4.1 BỀ RỘNG CÁC YẾU TỐ TRÊN TRẮC NGANG

1 Bề rộng phần xe chạy :

ðịnh nghĩa : Phần xe chạy phận ñường ñược tăng cường hay nhiều lớp vật liệu ñể chịu tác dụng trực tiếp tải trọng xe chạy

điều kiện tự nhiên Bề rộng phần xe chạy có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng

dịng xe, tốc độ xe chạy, khả thơng hành an tồn giao thơng Bề rộng phần

xe chạy phụ thuộc vào : chiều rộng số xe, số xe, tổ chức giao thông

Chiều rộng của xe

Làn xe khơng gian đủ rộng ñể xe chạy nối theo chiều, ñảm bảo an toàn với vận tốc thiết kế, bề rộng xe khơng gian tối thiểu để chứa xe khoảng dao ñộng ngang xe

Bề rộng xe phụ thuộc vào kích thước xe, vận tốc xe vị trí

B

1

1

1 2

B a

a

x1 x2

1

2

c

y c y

B

DD

B

a1 a

2

B3 B4

DD D2

3

B D2 a2

B

a1 a

2 2

B5 B4

Vì tính chiều rộng xe phải tính cho hai trường hợp xe xe tải nặng

Xét vị trí xe trắc ngang mặt đường có loại sau ñây:

a) ðường có xe:

b) ðường có xe:

Hình : Mặt cắt ngang đường xe

c) ðường có xe:

Hình : Mặt cắt ngang đường xe

1 1 1

2 x y

c a

B = + + + (2-66)

2 2

2 2 x y

c a

B = + + + (2-67)

1 1

3 2 D y

c a

B = + + + (2-68)

2 2

4 2 D y

c a

B = + + + (2-69)

2 a 2D

Trong đó:

a : Bề rộng thùng xe(m)

c : Khoảng cách tim hai bánh xe (m)

x, D: Khoảng cách từ sườn thùng xe ñến xe bên cạnh(m)

y : Khoảng cách từ tim bánh xe ngồi đến mép phần xe chạy(m) x = y = 0,5 + 0,005V (m)

D = 0,35 + 0,005V (m); V(km/h)

Bảng : Bề rộng xe theo tiêu chuẩn 4054 - 05

Cấp

ñường I II III IV V VI

ðịa hình

ðồng

ðồng

ð Núi

ðồng

bằng Núi

ðồng Núi

ðồng Núi Bề

rộng làn xe

3.75 3.75 3.5 3.0 3.5 2.75 2.75 3.5

(1làn)

3.5 (1làn)

3.5 (1làn) Số xe

Số xe chạy nên chọn chẵn, trừ trường hợp hai chiều có lượng xe chênh lệch đáng kể có tổ chức giao thơng đặc biệt

Số xe u cầu xác định theo cơng thức sau:

lth cdgio

ZxN N

n= (làn) (2-71)

Trong ñó :

n: số xe yêu cầu, ñược lấy trịn đến số ngun (làn)

Ncdgio : lưu lượng xe qui ñổi cao điểm năm tính tốn

(xcqđ/h)

Ncdgio = α Nxcngđêm (xcqđ/h) (2-72)

Trong đó:

Nxcngñêm : lưu lượng xe quy ñổi ngày đêm năm tính tốn

(xcqđ/ngđêm)

α : hệ số quy ñổi lưu lượng xe ngày ñêm lưu lượng xe cao ñiểm theo tiêu chuẩn TCVN4054-05 α = (0,1-0,12)

Z : hệ số sử dụng lực thơng hành, phụ thuộc vào tốc độ xe chạy

Vtk≤ 40 km/h: Z = 0,85

Vtk = 60 km/h: Z = 0,55 ñối với ñường vùng ñồng

Vtk≥ 80 km/h: Z = 0,55

Nlth : khả thông hành thực tế lớn xe, lấy sau :

- Khi có phân cách xe chạy trái chiều phân cách ôtô với xe thô sơ Nlth=1800

(xcqđ/h.làn)

- Khi có phân cách xe chạy trái chiều không phân cách ôtô với xe thơ sơ Nlth=1500 (xcqđ/h.làn)

- Khi khơng phân cách trái chiều không phân cách ôtô với xe thô sơ Nlth=1000

(xcqñ/h.làn)

Thực tế dự báo ñược lưu lượng xe hỗn hợp nên phải quy ñổi xe sau : =∑ n i i i k N

N (2-73)

Trong : n : số loại xe dịng xe

Ni : lưu lượng loại xe thứ i năm tính tốn ( xe/ng.đêm )

Ki : hệ số quy ñổi loại xe thứ i xe

Bảng : Hệ số qui ñổi từ xe loại xe theo tiêu chuẩn 4054-05

Xe ñạp Xe máy Xe

Xe tải

trục xe buýt

25 chỗ

Xe tải có

trên trục xe buýt

lớn

Xe kéo moóc, xe buýt kéo

moóc

ðồng

ñồi 0,2 0,3 1,0 2,0 2,5 3,0

Núi 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 4,0

Bảng : Hệ số qui ñổi từ xe loại xe theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 -2007

Tốc ñộ thiết kế, km/h Loại xe

≥ ≥ ≥

≥ 60 30, 40, 50 ≤≤≤≤ 20 Xe đạp

Xe máy Xe ơtơ

Xe tải trục xe buýt 25 chỗ

Xe tải có từ trục trở lên xe buýt lớn Xe kéo moóc xe buýt có khớp nối

0,5 0,5 1,0 2,0 2,5 3,0 0,3 0,25 1,0 2,5 3,0 4,0 0,2 0,15 1,0 2,5 3,5 4,5

Ghi :

1 Trường hợp sử dụng chuyên dụng, ñường chuyên dụng (xe bt, xe tải, xe đạp ) khơng cần quy đổi

2 Khơng khuyến khích tổ chức xe ñạp chạy chung với xe ôtô ñường có tốc độ thiết kế≥ 60 km/h

Loại xe

Phần xe chạy Phần xe chạy Dải

phân cách

Dải an toàn Dải an toàn

Phần phân cách

phần phân cách w phần phân cách

phần phân cách

dải phân cách bo bó vỉa trồng cây, thảm cỏ, thu nớc

w

dải phân cách phủ mặt ngang kết hợp với barie phòng hộ dải phân cách bo bó vỉa đợc phủ mặt

c) không bó vỉa (loại d,e,f)

w phần phân cách

dải phân cách bo bó vỉa trồng cây, thảm cỏ, thu nớc bên

phần phân cách w

b) Có bó vỉa (loại A,B,C)

phần phân cách w

w w phần phân cách

lo¹i a lo¹i b

lo¹i c

lo¹i d

dải phân cách phủ mặt ngang - hạ thấp thu nớc, trồng thảm cỏ loại e

loại e dải phân cách khoảng đất nn ng

dải phân cách mái ta luy đờng loại f

w phần phân cách phần phân cách

w

a) Phõn cỏch đơn giản

cùng cao độ với phần xe chạy, có sử dụng vạch sơn vạch sơn

3 Dải phân cách :

Dải phân cách giữa: là khoảng không gian trống ñể phân cách chiều xe chạy cho phép xe quay đầu, trước cơng trình hầm, cầu lớn qua ñường nơi

quy ñịnh

+ Dải phân cách rộng <3m thường ñược sử dụng tiết kiệm chi phí xây dựng Phần phân cách phải phủ mặt bao bó vỉa., cao phần xe chạy, cao phần xe chạy, thấp phần xe chạy Phải cắt dải phân cách

giữa ñể làm chỗ quay ñầu xe, chỗ quay đầu xe bố trí cách khơng 500 m Về cấu tạo dải phân cách cốñịnh hay phân cách mềm

ðối với ñường có xe trở lên có gia cốở hai bên phải bố trí giải phân cách Kích thước tối thiểu giải phân cách cấu tạo theo bảng

Cấu tạo tối thiểu giải phân cách giữa theo TCVN 4054-05

Trường hợp cấu tạo Phần phân cách

Phần an toàn (gia cố)

Chiều rộng tối thiểu dải phân

cách giữa Bằng dải phân cách bê tơng

đúc sẵn, bó vỉa có lớp phủ, khơng bố trí trụ (cột) cơng trình

0,50 2x0,50 1,50

Xây bó vỉa, có lớp phủ, có bố

trí trụ cơng trình 1,50 2x0,50 2,50

Khơng có lớp phủ 3,00 2x0,50 4,00

Dải phân cách bên: khoảng không gian trống ñặt lề gia cố, ñể tách xe ñạp xe thô sơ với xe giới cho phép xe quay ñầu nơi qui ñịnh Chỉ bố trí với đường cấp II trở lên

Cấu tạo dải phân cách bên : + vạch kẻ liên tục

+ Chôn cọc thép bắt chặt với tơn lượn sóng

+ Xây bó vỉa

4 Lềđường : bao gồm có lềñất lề gia cố

Lềñường dải ñất song song nằm sát phần xe chạy

Tác dụng lềñường :

+ Tăng ñộổn ñịnh cho mép phần xe chạy không bị phá hoại + ðể dừng xe cần thiết, ñể tập kết vật liệu

d

v v

- ðối với ñường cấp III trở lên kết cấu phần lề gia cố ñược làm vật liệu lớp mặt áo ñường

1. Làn phụ lên dốc (Additional climbing lane)

Trên ñoạn dốc lớn (>4%), xe tải nặng xe kéo rơmooc chạy với tốc ñộ

rất thấp làm cản trở lưu thông loại xe có tốc cao xe con, với

đường xe lực thơng hành giảm rõ rệt

Làn phụ leo dốc thường ñược xem xét với đường có hai xe khơng có dải phân cách giữa, ñiều kiện vượt xe bị hạn chế phải có đủ điều kiện sau:

ðường có dịng xe leo dốc vượt q 200 xe/h; Lưu lượng xe tải vượt dốc vượt 20 xe/h; Khi ñộ dốc dọc ≥4% chiều dài ñoạn dốc ≥ 800m

2.4.2 TÍNH TỐN NĂNG LỰC THƠNG HÀNH (CAPACITY)

2.4.2.1 Năng lực thông hành lý thuyết Pmax :

Theo mơ hình động lực học đơn giản với giả thiết như sau:

- Giả thiết 1: Dịng xe có loại xe ( xe )

- Giả thiết 2: Xe chạy đường thẳng, độ dốc dọc khơng, mặt ñường khô ráo, ñô nhám tốt, xe chạy với vận tốc V, khoảng cách xe

là d

Năng lực thông hành : ax

1000

m

V P

d

= (xctc/h.làn) (2-74) Trong đó: d khổñộng học xe (khoảng cách xe) (m)

V: tốc độ dịng xe [km/h]

* Nhóm thứ nhất (các tác giả Greenshields, Svante, Dadenkov) quan niệm: d = lx + l1 + l0 (2-75) lx : Chiều dài xe

l1 : Chiều dài xe ñi ñược thời gian phản ứng tâm lý

6 ,

1

V l =

P

V Ptt

Vo

* Nhóm thứ hai (các tác giả Berman, Saar, Birulia, Alison) : chiều dài cịn có chiều dài hãm xe lh :

d = lx + l1 + l0 + lh (3-13) lh : chiều dài hãm xe lh

* Nhóm thứ ba (các tác giả Phinxenson, Edie ), ngồi chiều dài cịn có hiệu quãng ñường hãm xe xe sau xe trước l2 :

l2=Shsau -Shtrước

* Nhóm thứ tư: chủ trương xác ñịnh d thực nghiệm:

Nhận xét :

- d hàm bậc tốc ñộ nên lập quan hệ V va P ta thấy lúc ñầu

khi V bắt đầu tăng P tăng theo qua giá trị d tăng nhanh hơn,

đó V tăng P giảm xuống

- Nhiều nghiên cứu cho thấy giá trị tốc ñộ cho lực thơng hành lớn dao động khoảng (30 ÷ 50)km/h, ứng với no cực trị lực

thơng hành lý thuyết theo mơ hình ñộng lực học ñơn giản

Hình : ðồ thị xác định năng lực thơng hành lý thuyết Quan ñiểm của HCM (Highway Capacity Manuel)

Năng lực thông hành số xe hợp lý thông qua mặt cắt ñiều liện

phổ biến ñường dòng xe ñơn vị thời gian, quan ñiểm nhấn mạnh ñiều kiện nhiệt ñộ, mưa nắng, sương mù, ñộẩm, tầm nhìn

2.4.2.2 Năng lực thông hành thực tế

Năng lực thông hành thực tế vào nhiều yếu tố tập hợp thành nhóm yếu tốảnh hưởng sau:

- ðiều kiện ñường

- ðiều kiện giao thơng

- Tổ chức điều khiển giao thơng Trường phái Nga đề nghị

∏

=

=

15 max

i i

tt P K

P (xcqñ/h.làn)

Trong đó: Pmax : lực thơng xe tối ña làn, Pmax =2000xc/h.làn

Ki=1,…… 15 hệ số chiết giảm KNTH

(Tham khảo hệ số Ki giáo trình TKð tập Hướng dẫn TKð ô

tô – NXB GTVT)

* Theo TCVN 4054-2005 lực thơng hành lớn nhất Nmax được lấy sau : + Khi có phân cách trái chiều phân cách ôtô với xe thô sơ:

Nmax=1800 (xcqđ/h/làn)

+ Khi có phân cách trái chiều khơng phân cách ơtơ với xe thơ sơ: Nmax=1500(xcqđ/h/làn)

+ Khi khơng có phân cách trái chiều ơtơ chạy chung với xe thơ sơ: Nmax=1000(xcqđ/h/làn)

ðối với đường đơ thị trị số KNTH được lấy theo bảng sau:

Loại đ−ờng thị Đơn vị tính KNTH Tr s KNTH ln nht

Đờng làn, chiều Xcqđ/h.2làn 2800

Đờng làn, chiều Xcqđ/h.3làn 4000 - 4400 (*)

Đờng nhiều phân cách Xcqđ/h.làn 1600

Đờng nhiều có phân cách Xcqđ/h.làn 1800

Chú thích:

(*): Giá trị cận dới áp dụng trung tâm sử dụng làm vợt, rẽ trái, quay

2.4.3 Tổng hợp tiêu chuẩn kỹ thuật của đường ơtơ: lập bảng tổng hợp tất tiêu chuẩn kỹ thuật ñường (16-18 tiêu)

2.4.5 Các bản vẽ hình học của đường ơtơ:

1 Bản vẽ bình đồ: thể vị trí tuyến, cao độ cọc, với đường đồng mức, vị trí cơng trình nước chống đỡ, vị trí đường cong nằm theo tỷ lệ ñịnh tùy theo giai ñoạn thiết kế (1/5000; 1/10000, 1/2000; 1/1000) Bản vẽ trắc dọc: thể cao độ lý trình tự nhiên cao ñộ thiết kế tuyến

tại tim ñường, ñộ dốc thiết kế, thoát nước dọc ngang, biểu ñồ tốc ñộ xe chạy lý

thuyết

Chương 3: CƠNG TRÌNH TRÊN TUYẾN 3.1 NỀN ðƯỜNG (groundwork, road-bed, fill, subgrade)

3.1 YÊU CẦU ðỐI VỚI NỀN ðƯỜNG 3.1.1.Tác dụng của nền ñường:

- Khắc phục ñịa hình tự nhiên nhằm tạo nên dải đất đủ rộng dọc theo tuyến đường có tiêu chuẩn bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đáp ứng điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận, kinh tế

- Nền ñường với áo ñường chịu tác dụng tải trọng xe chạy, đo ảnh hưởng lớn đến cường độ tình trạng khai thác kết cấu áo ñường

- Những vấn ñề lớn cần phải giải nghiên cứu ñường: Lựa chọn loại ñất xây dựng nền, xem xét cấu tạo tính tốn ổn định ñường trình khai

thác ñiều kiện tự nhiên khác

3.1.2 Yêu cầu ñối với nền ñường :

3.1.2.1 Nền ñường phải đảm bảo ln ln ổn định tồn khối :

Kích thước hình học va hình dạng đường khơng bị phá hoại hay biến dạng

Hình 3.1 : Các hiện tượng nền ñường bị mất ổn định tồn khối

Trượt ta luy đắp

Trượt trồi đất yếu

Trồ i

Trượt taluy đào

Mặt

Đất sụt lấp đường

Sụt lở ta luy

Trượt sườn dốc

3.1.2.2 Nền ñường phải đảm bảo có đủ cường độ :

ðủ ñộ bền chịu cắt trượt không bị biến dạng nhiều ( hay tích luỹ biến dạng) tác dụng tải trọng xe chạy

3.1.2.3 Nền ñường phải ñảm bảo ổn ñịnh về cường ñộ:

Cường độ đường khơng thay đổi theo thời gian, khí hậu, thời tiết bất lợi

3.1.3.Các nguyên nhân gây phá hoại nền ñường:

- Do tác dụng nước : nước mặt, nước ngầm nước làm giảm cường ñộ

ñất taluy ñường bên ñường gây ổn định tồn khối cường độ

khơng ổn định

- Do điều kiện ñịa chất – thủy văn - Do tác dụng tải trọng xe chạy

- Do tác dụng tải trọng thân ñường - Thi cơng khơng đảm bảo chất lượng

ðểđánh giá ñộổn ñịnh toàn khối ñường, xét ñến hệ sốổn định Kơđ Kơđ = K1 K2 K3 K4 K5 Kpp (3-1)

Trong đó:

K1 : độ tin cậy thơng số học ñất (c, ϕ ); K1 = 1,0 - 1,1

K2 : hệ số xét ñến ý nghĩa cơng trình đường :

ðối với đường cấp I, II : K2 =1,03

ðối với ñường cấp III ,IV ,V : K2 =1,0

K3 : hệ số xét ñến mức ñộ gây tổn thất kinh tế quốc dân cơng trình

ñường bị phá hoại làm gián ñoạn giao thông K3 = 1,0-1,2

K4 : hệ số xét đến mức độ phù hợp sơđồ tính tốn với điều kiện địa chất thủy

văn nơi xây dựng ñường K4 =1,0-1,05

K5 : hệ số xét loại ñất làm việc kết cấu đường K5 =1,0-1,05

Kpp : hệ số xét ñến mức ñộ tin cậy phương pháp tính tốn ổn định

Kơđ: hệ sốổn định tổng hợp đường Kơđ = 1,0-1,5

3.2 CẤU TẠO NỀN ðƯỜNG VÀ ðẤT XÂY DỰNG NỀN ðƯỜNG

3.2.1 Cấu tạo của nền ñường :

3.2.1.1 Cấu tạo nền ñường ñắp :

Khi chiều cao ñắp <1,0m :

1/1.5 1/1.5

1/1.5 1/1.5

2∼3%

2%

K

- Dùng ñộ dốc ta luy 1/1,5 thi công thủ cơng

Khi chiều cao đắp từ (6 -> 12)m: Phần ñộ dốc taluy cấu tạo thoải 1/1,75 phần (h1= 6-8m) ñộ dốc ta luy 1:1,5

Hình 3.2 : Cấu tạo nền ñường ñắp ( hñắp = 6-12m)

Khi đắp nền đường bằng cát độ dốc taluy 1/1,75 lớp ñắp lớp ñất sét với số dẻo >7, dày tối thiểu 30cm ( khơng phép đặt trực tiếp áo ñường lên cát )

Khi lấy ñất thùng đấu đểđắp đường cần có khoảng bảo vê chân ta luy (K)

Hình 3.3 : Cấu tạo nền ñường ñắp dùng ñất thùng ñấu

Nền đường đầu cầu dọc sơng bị ngập nước phải cấu tạo độ dốc taluy thoải 1:2,0 ñến mức nước thiết kế 0,5m Mực nước thiết kê ứng với tần suất sau:

ðường cấp I : tần suất 1%

ðường cấp II , III : tần suất 2%

ðường cấp IV, V : tần suất 4%

Hình 3.4: Cấu tạo nền đường có nước ngập

Khi ñắp ñất sườn dốc :

1/1.5

1/1.75 1/1.75

1/1.5

h1

h2

1/1.5

1/2 1/2

1/1.5

≥ 4m

0.5 m 0.5 m

1.0 m 1/1.5

Xây vữa

Xếp đá khan

Tầng đất phủ

1/1 1/0.2

1/0

25

Thạch cứng

1/1

+ Khi is <20%: cần rẫy hết co phạm vi ñáy tiếp xúc với sườn dốc

+ Khi is = (20 -> 50)% : cần phải đánh bậc cấp

Hình 3.5 Cấu tạo nền đường đắp sườn dốc ( is = 20%-50%)

Khi is ≥ 50% phải dùng biện pháp làm ke chân hoặc tường chắn

Hình 3.6 : Các biện pháp chống ñỡ nền ñường sườn dốc

3.2.1.2 Cấu tạo nền ñường ñào:

Nền đào hồn tồn: mái taluy đào phải có ñộ dốc ñịnh ñể bảo ñảm ổn ñịnh cho taluy cho sườn dốc ðộ dốc mái taluy 1/n tuỳ vào điều kiện địa chất cơng trình chiều cao ta luy ñào

Hình 3.7 Cấu tạo nền ñường ñào qua cac lớp ñịa chấtt khác

Nền đào chữ L: thích hợp ñường vùng ñồi núi.( Xem bảng 24 , 25 TCVN 4054-05 )

1/1.5 1/1.5

≥1÷2 m

3.2.2 Cấu tạo gia cố taluy nền ñường:

- Mục đích việc gia cố ta luy để ñề phòng mái taluy bị phá hoại tác dụng nước mưa, nước mặt, sóng, gió va tác dụng khác phong hoa

- Các hình thức gia cố:

+ ðầm nén chặt mái taluy va gọt nhẵn mái taluy

+ Trồng cỏ mái taluy

+ Gia cố lớp ñất mặt mái taluy chất liên kết vô hữu + Làm lớp bảo vệ cục tường hộđể ngăn ngừa tác dụng phong hố

+ Những ñoạn ñường ñắp chịu tác dụng nước chảy sóng vỗ gia cố

bằng cách dùng tầng ñá xếp khan tầng ñá xếp khan có lót vải địa kỹ thuật

3.2.3 ðất làm nền ñường: ðất vật liệu chủ yếu ñể xây dựng ñường.Tính chất trạng thái ñất (ñộẩm ñộ chặt ñất) ảnh hưởng lớn ñến cường ñộ mức

ñộổn ñịnh ñường

3.2.3.1 Phân loại ñất theo cỡ hạt :

Bảng 3.1: bảng phân loại ñất theo cỡ hạt

Tên hạt Kích cỡ hạt (mm) Tên hạt Kích cỡ hạt (mm)

Cuội 100÷40 Cát to 2÷1

Sỏi to 40÷20 Cát vừa 1÷5

Sỏi to 20÷10 Cát nhỏ 0,5÷0,25

Sỏi vừa 10÷4 Cát nhỏ (mịn) 0,25÷0,05

Sỏi bé 4÷2 Bụi to 0,05÷0,01

Bụi nhỏ 0,01÷0,005

Bụi sét < 0,005

3.2.3.2 Phân loại cát

Bảng 3.2 : Bảng phân loại cát

Loại

cát Tỷ(% kh lệ theo kích cối lượng) ỡ dChẻo ỉsố Khả snửề dn ñườụng ng ñể xây dựng Cát sỏi Hạt >2mm chiếm <1 Rất thích hợp phải có lớp bọc taluy Cát to Hạt >0,5mm chiếm <1 Thích hợp phải có lớp bọc taluy

3.2.3.3 Phân loại đất dính

Bảng 3.3 :Phân loại đất dính

Loại đất Ttrong ỷ lệ cát (2÷0,005 )mm có đất (% khối lượng) dChẻo ỉsố Khảd nựng năng sềửn dñườụng ng ñể xây

Á cát nhẹ, hạt >50 1÷7 Rất thích hợp

Á cát nhẹ >50 1÷7 Thích hợp

Á cát bụi 20÷50 1÷7 Ít thích hợp

Á cát bụi nặng <20 1÷7 Khơng thích hợp

Á sét nhẹ >40 7÷12 Thích hợp

Á sét nhẹ, bụi <40 7÷12 Ít thích hợp

Á sét nặng >40 12÷17 Thích hợp

Á sét nặng, bụi <40 12÷17 Ít thích hợp

Sét nhẹ >40 17÷27 Thích hợp

Sét bụi Khơng quy định 17÷27 Ít thích hợp

Sét béo Khơng quy định >27 Khơng thích hợp

ðất cát: dùng làm đường đường có cường độ cao, ổn định nước tốt đất cát rời rạc khơng dính nên phải có lớp đất dính bọc xung quanh ðất cát thường dùng ñể ñắp ñường qua vùng ñất yếu (sét bão hoà nước), thay chỗ yếu cục ðất sét: tính chất ngược với đất cát, thể tích thay đổi theo trạng thái khơ, ẩm, ổn ñịnh nước Thường ñược sử dụng ñể ñắp đường nơi cao, nước tốt phải có biện pháp đầm nén chặt ðất bụi: Kém dính, ổn ñịnh nước kém, loại ñất bất lợi ñối với yêu cầu xây dựng ñường

Như ñất cát, cát vật liệu xây dựng đường thích hợp nhất, sau đất sét

3.2.4 ðộ chặt của nền ñường :

ðộ chặt ñường ñược quy ñịnh sau ( Theo TCVN4054-05)

Bảng 3.4 : ðộ chặt qui ñịnh của nền ñường

ðộ chặt k Loại cơng trình

ðộ sâu tính từđáy

áo ñường xuống (cm)

Vtt ≥ 40

km/h Vtt < 40 km/h

Khi áo ñường dày 60cm 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95

Khi áo ñường dày

60cm 50 ≥ 0,98 ≥ 0,95

Nền ñắp

Bên

chiều sâu kể

ðất

ðất tự nhiên (*)

ñế

80 ≥ 0,85 ≥ 0,85

30 ≥ 0,98 ≥ 095

Nền đào khơng đào khơng đắp

(đất tự nhiên) (**) 30 - 80 ≥ 0,85 ≥ 0,85

Ghi chú: (*) Trường hợp trường hợp nền ñắp thấp

(**) Nếu nền tự nhiên khơng đạt độ chặt u cầu phải đào phạm vi khơng đạt rồi

đầm nén lại đểđạt u cầu

3.3 TÍNH ỔN ðỊNH CỦA NỀN ðƯỜNG TRÊN SƯỜN DỐC

3.3.1 Yêu cầu ñắp ñất nền ñường sườn dốc :

- Nền ñường phải ñặt sườn dốc ổn ñịnh thân sườn dốc ñó ổn ñịnh sau ñã xây dựng ñường

- Nền ñắp không bị trượt mặt sườn dốc đó, ngồi thân ta luy ñường ñào ñắp ñường phải bảo đảm ổn định

3.3.2.Tính tốn ổn định:

3.3.2.1 Trường hợp mặt trượt tương ñối phẳng:

Hình 8: Sơđồ tính ổn định của nền ñường sườn dốc ( mặt trượt phẳng)

Xét lớp đất có chiều cao h, dung trọng đất, lực dính C,góc nội ma sát, sườn có độ

dốc is

ðể khối đất khơng bị trượt mặt trượt độ dốc mặt trượt là: α

γ.h.cos C f

is≤ + (3-2)

Trong đó:

F = C + f.Q.cos α : lực giữ

W = Q.sinα : lực gây trượt is: ñộ dốc sườn

f: hệ số ma sát khối trượt mặt phẳng

γ: dung trọng khối ñất trượt (T/m3) trạng thái ẩm lớn

w F

C: lực dính ñơn vị khối trượt va mặt trượt (T/m2) α: góc nghiêng sườn dốc

h: chiều dày khối đất trượt (m) lấy h =htb h = hmax

3.3.2.2 Trường hợp trượt mặt gãy khúc:

Hình 3- Sơđơ tính ổn ñịnh của nền ñường sườn dốc ( măt trượt gẫy khúc)

- Tại chỗ thay ñổi dốc mặt trượt kẻ ñường thẳng ñứng ñể phân khối trươt thành ñoạn trượt

- Trên đoạn trượt i tính trọng lượng Qi - Lần lượt tính lực gây trượt Fi, Fi-1, Fi+1 Trong đó:

αi : độ dốc i mặt trượt ñoạn i

Ci, ϕi : lực dính (T/m2) góc ma sát khối trượt mặt trượt ñoạn i

K : hệ sốổn định K=1,0÷1,5

Cuối tính lực gây trượt chân dốc Fi+1, qua đánh giá ổn ñịnh sừơn

dốc:

Nếu Fi+1 ≤ sườn dốc ổn định với hệ số K

Fi-1 > sườn dốc không ổn định với hệ số K

Ngồi có thểđánh giá mức ổn định riêng khối:

i i i i i

i i i i i i

Sin Q Cos

F

l C i tg Cos Q K

α α

α ϕ α

) (

1

1 − +

+ =

− −

(3-5)

α

αi

αi-1 Nền đường

Li+1

Li

Qi+1

Qi N

Qi-1 Fi+1

αι Li

αi-1 Fi

K hơ đâ út Se ỵ tr ươ üt di Mặt trượt αι

α Qi

Ni

Ti

ϕ

hi i

3.4 TÍNH ỔN ðỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN ðƯỜNG

3.4.1 Bài tốn :Một vách đất thẳng đứng thường ổn ñịnh, khối ñất trượt theo mặt trượt

Xét điều kiện cân học mảnh ñất i mặt trượt ta co điều kiện cân bằng:

Hình 3.10: Sơđồ xét điều kiện cân bằng cơ học của khối ñất mặt trượt Ti = Qi.sinαi : lực gây trượt

i i Cos d C N α

+ : Lực giữ

Ni = Qi.cosαi

i i i i i Cos d C tg Q Q α ϕ α

α cos

sin = + i i i Cos h C tg tg α γ ϕ α 2 + = (3-6)

- Với loại cát có lực dính C=0, để taluy ổn định phải có góc dốc góc nghỉ tự nhiên - Với đất dính ổn định học mái dốc phụ thuộc chiều cao mái ta luy hi

Khi hi → αi → 900 ; hi →∞ αi →ϕ

Như cấu tạo mái ta luy nên có dạng dốc thoải

Theo giáo sư NN Matslov đểđơn giản hố thêm hệ số an tồn K ) ( hi C tg K tg i γ ϕ

ϕ = + (3-7)

3.4.2 Phương pháp phân mảnh cổñiển :

Phương pháp W.Fellenuis người Thụy ðiển ñê xuất từ năm 1926 với giả thiết:

C B

A D

R P1

P2 P3 P4 P5 T3

Q3 N3 L2 H Z X3 h3 W3 R Pi Ni Ti

Nitgϕ

i cil

i

Hình 3.11: Sơđồ tính ổn ñịnh mái taluy theo W.Fellenuis

Xét tốn phẳng, phân khối đất thành mảnh hình vẽ giả thiết trượt khối trượt se trượt lúc mảnh khơng có lực ngang tác

dụng lên nhau, trạng thái giới hạn xảy mặt trượt Mỗi mảnh trượt i se chịu tác dụng trọng lượng thân Pi Tổng lực giữ tổng lực gây trượt:

Nếu ñất ñồng nhất: ∑ ∑ + + = n i i i i n i i R Z W P L C P tg K 1 sin cos α α ϕ (3-8)

Trong đó:

Pi : trọng lượng mảnh thứ i

i, Ci : góc ma sát, lực dính mảnh thứ i

Wi : tác dụng lực ñộng ñất co cánh tay địn so với tâm O la Zi

Wi = (0,1 0,2)P xác ñịnh theo TCVN 22TCN 211-95

R : bán kính cung trượt L: chiều dài cung trượt

- Khi bình thường chia bề rộng mảnh i la 1ñến m (chia nhỏ xác) Trên xác ñịnh ñược hệ số ổn ñịnh K ứng với mảnh trượt

đó Nhưng chưa mặt trượt ñã mặt trượt nguy hiểm ðể tìm trị số Kmin

đối với mái ta luy biết giả thiết nhiều mặt trượt khác nhau, tương ứng với mặt trượt tìm số K, từđó tìm Kmin

Thường người ta dựa vào đường quỹ tích tâm trượt nguy hiểm

Hình 3.12 : Sơñồ xác ñịnh tâm trượt nguy hiểm kinh nghiệm của nền đắp

Hìn h 3.13 : Sơñồ xác ñịnh tâm trượt nguy hiểm kinh nghiệm của nền đào

Thường cần chọn 3÷5 ñiểm tren ñường quĩ tích tâm trượt nguy hiểm biểu diễn chúng hình để xác định Kmin

Hình 3.14 : Vẽđồ thị hệ sốổn định K để tìm Kmin

Các giá trịα; β; γ; 1/m, 1/n xem bảng 7.5 bảng 7.6 giáo trình TKð D 4.5h

h 2h

Mặt trượt

2

5 K

min

β

α α

A

B

1 :n

/1

AB: ñường quĩ tích

tâm trượt kinh nghiệm h

h α

C D

B I

1:m A

4.5h

Wi

Ei

Ei-1

Pi

Ti

Ni

αi

Hình 3.15: Sơđồ tính ổn định mái taluy theo Bishop

Việc tính tốn hệ sốổn ñịnh giống phương pháp phân mảnh cổ ñiển, khác

ở mảnh trượt Bishop có xét thêm lực ñẩy ngang Ei+1 Ei-1 tác dụng từ hai phía

của mảnh trượt (khơng quan tâm đến vị trí điểm đặt lực ngang đó) (hình 3.15) ðối với tồn bơ khối trượt:

Hệ sốổn định K tương ứng với mặt trượt trịn sau :

i i i i i i i K tag K l C p N ϕ ϕ α α sin cos sin + − = K tg N l C

Ti=( i.i + i ϕi)

∑ ∑ + + = ⇒ n i i i i n i i i i i i R Z w P m l C tg P K 1 ) sin ( ) cos ( α α ϕ (3-9)

ðể tìm trị số Kmin tính tương tự phương pháp W.Fellenuis

3.5 ỔN ðỊNH NỀN ðƯỜNG TRÊN ðẤT YẾU 3.5.1 ðất yếu:

Về tiêu lý, ñất yếu loại ñất có hệ số rỗng ε0 lớn, ñộ ẩm tự

nhiên lớn (thường bảo hoà nước), sức chống cắt τ (c, ϕ) nhỏ, sức chịu tải nhỏ, tải trọng

z

L/2 a

σz

σx

b

α1

α2 α3

R1

R2 R

3 R

4

β=γ.Η kg/cm2

x

giới hạn chịu ñược nhỏ, ñất dễ bị phá hoại làm cho ñắp ổn định (do lún, lún khơng đều, trượt trồi)

Các loại ñất yếu như: ñất sét trầm tích ε0>1,5 (nếu sét), ε0>1 (nếu sét) ðộ

ẩm thiên nhiên xấp xỉ Wnh: C< 0,1 ÷0.2 Kg/cm2, ϕ = 0÷100 Với than bùn cịn yếu

hơn ε0=3÷15, C=0,01÷0,04 Kg/cm2, tgϕ = 0,03÷0,07

3.5.2 Tính tốn ổn định cường độ của nền ñắp ñất yếu:

3.5.2.1 Phương pháp dựa vào giả thiết đất mơi trường biến dạng tuyến tính:

Theo phương pháp này, ñất ổn ñịnh ứng suất gây ñất yếu

mọi điểm khơng đủ tạo nên biến dạng dẻo điểm

Nếu giả thiết đất là mơi trường biến dạng tuyến tính ứng suất σz, σx, τzx

gây ñiểm M ñất yếu tác dụng tải trọng đắp (có dạng hình thang ) hình vẽ -16 quy đổi hình chữ nhật cộng tác dụng với tải

trọng phân bốñều vơ hạn lớp đất cứng đất yếu hình 3.17

H

B

P'=γ.h1(T/m)

b

8

Lớp đất cứng đát yếu z Đất yếu

P=γđắp.H(T/m)

Nền đắp

y

h

1

Hình 3.17 : Sơđồđổi tải trọng nền đắp tải trọng hình chữ nhật ñể kiểm tra ổn ñịnh

Tại M, biết σz, σx, τzx ta tính

α α σ σ τ α σ α σ σ τ σ σ σ σ σ α α cos sin ) ( sin cos ) ( 2 2 2 2 − = + = + − ± − =

− z x zx

x z

(3-10) Trong :

σ1, σ2: ứng suất điểm M

σα, τα : ứng suất pháp ứng suất tiếp hướng qua M, hợp với mặt phẳng góc α

ðểđất yếu M khơng pháp sinh biến dạng dẻo thì:

ϕ σ τα α tg f C f = + ≤ (3-11) Hệ sốổn ñịnh ñiểm M:

φ(σ1,σ2,α)

τ σ α α = +

= f C

K

ðể tìm hệ sốổn định nhỏ ( Kmin) :

6

α=55,5 52,5

z -5 1/ 1,75

3,53,0

2,5 1,5

1,1 1,0

2

30

R

-(a+20);-(a+10);-a a;(a+10),(a+20) y

Trong ñó:

2

1

σ σ

σ −

+

= f C

A

Nếu KMmin ≥ điểm m không phát sinh biến dạng dẻo

Sau xác định Kminở điểm đất yếu< ta vẽ đường thẳng Kmin

như hình vẽ 3.18

Hình 3.18: Các " ðường ñẳng Kmin'' va phạm vi phát sinh biến dạng dẻo R

Nếu vùng có Kmin<1,0 phát sinh biến dạng dẻo Nếu vùng biến dạng dẻo

càng rộng ñến hai mép chân taluy đất yếu bị đẩy trượt trổi hai bên va ổn

ñịnh Nếu vùng biến dạng dẻo

R≤ 1/2B (B: bề rộng ñáy đắp ) (3-12)

đất yếu coi la ổn định ( khơng bị trồi, bị lún nhiều) Trị số ứng suất tiếp lớn τmax ñiểm ñất yếu nằm trục tim

đường đắp xác định theo cơng thức:

2

2

max

) ( ln

b z

b a z a p z

+ + + =

π

τ (3-13)

Nếu ñất yếu ϕ rất nhỏ :

max

τ

C

K =



Pgh= γñ.Hgh = 3C (3-15)

Trong :

Pgh : tải trọng ñắp giới hạn (t/m2)

γñ: dung trọng ñắp (t/m3)

Hgh: chiều cao ñắp giới hạn (m)

3.2 KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG

3.2.1 YÊU CẦU CHUNG VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG

3.2.1.1 Khái niệm:

Áo ñường phần ñường ñược tăng cường lớp vật liệu khác ñể chịu tác dụng tải trọng xe chạy điều kiện tự nhiên (mưa, gió, nước

ngầm )

3.2.1.2 Các yêu cầu chung của kết cấu áo ñường (KCAð)

- Kết cấu áo ñường phải ñủ cường ñộ ổn ñịnh cường độ (cường độ thay đổi khơng thay đổi chịu tác dụng ñiều kiện bất lợi)

- Mặt ñường phải ñảm bảo ñủ ñộ phẳng ñịnh ñể: Giảm sức cản lăn ( tốc ñộ

xe chạy tăng cao, giảm thời gian xe chạy, giảm lượng tiêu hao nhiên liệu) Tăng tuổi

thọ phương tiện (hạ giá thành vận chuyển)

- Bề mặt áo ñường phải ñảm bảo ñủñộ nhám ñể nâng cao hệ sốbám bánh xe với mặt ñường nhằm tăng mức ñộ an toàn xe chạy

- Áo đường phải sinh bụi: Tăng tầm nhìn lái xe, tránh gây tác dụng xấu ñến hành khách hàng hóa, đảm bảo vệ sinh mơi trường, tăng tuổi thọ ñộng

tuổi thọ cơng trình

ðể đáp ứng yêu cầu chi phí bỏ tốn kém, tùy vào yêu cầu thực tế ý nghĩa xây dựng ñường ñểñưa kết cấu mặt đường thích hợp

3.2.1.3 ðặc điểm chịu lực của kết cấu áo ñường :

Khi xe chạy, lực tác dụng lên áo ñường gồm hai thành phần: - Lực thẳng ñứng P tải trọng xe chạy gây ứng suất σz

- Lực nằm ngang gây σx : lực kéo, lực hãm, lực ngang xe chạy đường

vịng, tăng giảm tốc gây Tại bề mặt áo ñường:

σz = p

p : Áp lực thẳng ñứng tải trọng bánh xe nặng truyền xuống qua diện tích vệt tiếp xúc lốp xe với mặt đường; p = (0,5 ÷ 6)Mpa

Lực ngang chủ yếu tác dụng phần mặt áo đường mà khơng truyền sâu xuống lớp phía nên gây trạng thái ứng suất (σx)ở lớp kết cấu áo ñường, làm cho vật liệu bị xơ trượt, bong bật, bào mịn dẫn đến phá hoại Trái lại

lực thẳng ñứng truyền xuống sâu cho tới ñất Như mặt chịu lực kết cấu áo ñường cần có nhiều lớp, lớp có nhiệm vụ khác ñể ñáp ứng nhu cầu chịu lực khác

- Ở KC cứng áp lực truyền lên lớp móng ñất nhỏ so với KCAð

mềm ( bêtơng có độ cứng lớn ) σ σ σ

σx σσσσz σσσσ

x - ứng suất lực nằm ngang σσσσz - ứng suất lực thẳng đứng

Hình 3.1: Sơ ñồ phân bố ứng suất trong kết cấu áo ñường theo chiều sâu

(b)

Hình 3.2 : Tải trọng phân bốở KCAð

a); b) KCAðmềm b) KCAð cứng

Lớp mặt (Wearing course)

Lớp mặt (Binder course)

Lớp móng (Base)

Lớp móng (Subbase)

Lớp đáy móng (Capping layer) (hay lớp đáy áo đường)

Tâ öng m ặt Tâ ưng m ón g K hu v ực ta ïc du ûng 0-10 cm A Ïo đư ờn g ( H ay k ết c ấu a ïo đư ờn g) K ết c ấu n ền a ïo đư ờn g ( K ết c ấu tơ øng th ể nê ưn m ặt đ ươ ìng ) ( S ub gr ad e) ( R oa d fo un da tio n) ( S ub fa ci ng )

Móng đất : Nền đắp ( Embankment) đất tự nhiên (Natural ground)

( P av em en t s tru ct ur e)

3.2.1.4 Cấu tạo kết cấu nền áo ñường :

Sơñồ cấu tạo kết cấu nền áo ñường xem hình 3.3

3.2.1.5 Vai trị của từng lớp kết cấu tổng thể nền mặt ñường

Lớp tạo nhám

+ Lớp tạo nhám lớp dày 1,5 – 3,0 cm bêtông nhựa có độ nhám cao; hỗn hợp nhựa nước dày 3-4cm

+ Bố trí đường có cấp cao A1 có Vtk≥ 80 km/h

+ Tác dụng: tăng sức bám bánh xe mặt ñường ñảm bảo xe chạy với vận tốc cao mà an tồn đồng thời kiêm chức lớp hao mòn tạo phẳng

Hình 3.3 : Sơđồ cấu tạo kết cấu nền áo đường

- Lớp mặt cịn gọi lớp hao mòn, hoặc lớp tạo nhám, nếu bề dày

của nhỏ dưới 3cm

- Lớp mặt dưới lớp mặt chịu lực chủ yếu Lớp hao mòn, lớp bảo vệ

+ Lớp bảo vệ lớp dày 0,5 – 1,0cm thường vật liệu cát, sỏi nhỏ rời rạc + Lớp hao mòn lớp mỏng dày 1,0 - 3,0cm làm vật liệu có chất liên kết,

Tác dụng hai lớp là: ðể hạn chế bớt xung kích, xơ trượt, mài mòn trực tiếp bánh xe lên lớp mặt Tăng độ phẳng độ kín cho tầng mặt

Chú ý : Khi vật liệu lớp mặt khơng đủ sức liên kết để chịu tác dụng xe chạy (khi cường độ vận tải lớn) tầng mặt làm thêm lớp hao mòn, lớp bảo vệ Và tính tốn cường độ kết cấu áo đường khơng kể lớp

này vào bề dày tầng mặt

Ví dụ: ðối với mặt ñường cấp cao A2 người ta sử dụng lớp láng nhựa để làm lớp hao mịn, tạo nhám, tạo phẳng

Các lớp tầng mặt :

Là phận trực tiếp chịu tác dụng tải trọng bánh xe ảnh hưởng nhân tố tự nhiên (đặc biệt ngồi tác dụng lực thẳng đứng cịn chịu tác dụng lực

ngang lớn) Do tầng mặt địi hỏi làm vật liệu có cường độ sức liên kết tốt, thường dùng vật liệu có kích thước nhỏ ñể giảm phá loại bong bật lực ngang loại vật liệu có gia cố chất liên kết hữu vơ

Các lớp móng

Chủ yếu chịu tác dụng lực thẳng ñứng, truyền phân bố lực thẳng ñứng ñể truyền xuống đất ứng suất giảm đến mức độ đất đường chịu đựng mà khơng tạo nên biến dạng thẳng đứng biến dạng trượt q lớn Vì lực thẳng đứng truyền xuống ngày bé để tiết kiệm, tầng móng gồm nhiều lớp vật liệu khác có cường ñộ giảm dần từ xuống Có thể cấu tạo vật liệu rời rạc, kích cỡ lớn, chịu bào mịn phải có đủ độ cứng độ chặt định

Ngồi cịn dùng vật liệu chỗ phế liệu cơng nghiệp

Lớp đáy móng

Chức năng :

- Tạo lịng đường chịu lực đồng nhất, có sức chịu tải cao

- Ngăn chặn cắt đứt dịng ẩm thấm từ xuống ñất từ

dưới lên áo ñường

- Tạo “hiệu ứng ñe” ñể bảo đảm chất lượng đầm nén lớp móng phía

- Tạo thuận lợi cho xe, máy ñi lại q trình thi cơng áo đường mà khơng gây hư hại ñất phái (khi thời tiết xấu)

Phạm vi áp dụng:

- ðường cao tốc, ñường cấp I, ñường cấp II ñường cấp III có xe

22

-2

4

14

-1

6

Bêtông nhựa hạt nhỏ Bêtông nhựa hạt vừa Bêtông nhựa rỗng

Cấp phối đá dăm

Cấp phối cuội sỏi (hoặc đất gia cố)

Bãtäng ximàng M>30

Cát trộn nhựa giấy dầu quét nhựa đường Đất cát gia cố ximăng a)

b)

3-4

4-6

9-10

15

-2

4

ñường vùng mưa nhiều chịu tác ñộng nhiều nguồn ẩm khác Vật liệu sử dụng:

ðất cấp phối tốt, cấp phối thiên nhiên ñất gia cố vôi ximăng với tỉ lệ thấp

hoặc vừa phải, tuyệt đối khơng dùng loại cát vật liệu thích hợp đểđạt u cầu sau:

- ðộ chặt ñầm nén cao K = 1,00 ÷1,02 (đầm nén tiêu chuẩn) - Mơđun đàn hồi E ≥ 50Mpa tỷ số CBR = 10÷15

Móng nền đất:

ðược coi phận KCAð, tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể mặt đường Bản thân tham gia chịu lực thẳng ñứng tải trọng xe, ñặc biệt áo đường phía có độ cứng nhỏ

Bảng 3.1 : ðộ chặt tối thiểu của nền ñường phạm vi khu vực tác dụng (so với ñộ

chặt ñầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 06)

ðộ chặt K Loại nền ñường

ðộ sâu tính từđáy

áo đường xuống (cm)

ðường ô tô từ cấp I

đến cấp IV

ðường

ơ tơ cấp V và cấp VI Khi áo ñường dày 60cm 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95

Khi áo ñường dày 60cm 50 ≥ 0,98 ≥ 0,95 ðất ñắp ≥ 0,95 ≥ 0,93

Nền

ñắp Bên chiều sâu kể

trên (*) ðất tự nhiên

Cho ñến

80 ≥ 0,93 ≥ 0,90

30 ≥ 0,98 ≥ 0,95 Nền ñào khơng đào khơng đắp

(đất tự nhiên) (**) 30 - 80 ≥ 0,93 ≥ 0,90 Chú ý: Khơng phải KC có ñủ tất lớp sơ ñồ cấu tạo

trên, mà tuỳ thuộc vào yêu cầu xe chạy, loại áo ñường, cấp ñường, ñiều kiện cụ thể khu vực xây dựng mà cấu tạo hợp lý

Hình 3.4: Ví dụ kết cấu áo đường cấp cao

1:m 1:m

a b a b

a) b)

c)

2 1

1:3

1:3

7.5 7.5

a)

b)

3.2.1.6 Cấu tạo cắt ngang của áo đường

+ Cấu tạo trắc ngang có kiểu hình vẽ sau :

Hình 3.6: Cấu tạo áo đường đường cấp cao có dải phân cách

+ ðộ dốc ngang áo ñường lềñường

Bảng3.2: ðộ dốc ngang tối thiểu mặt ñường

Yếu tố mặt cắt ngang ðộ dốc ngang (%) Phần mặt ñường phần lề gia cố :

- Bê tông nhựa cấp cao A1 1,5 – 2,0

- Các loại mặt ñường khác cấp cao A2 2,0 – 3,0 - Mặt ñường ñá dăm, cấp phối, mặt ñường cấp

thấp B1, B2 3,0 – 3,5

Phần lề không gia cố 4,0 – 6,0

Phần dải phân cách Tuỳ vật liệu phủ lấy

Hình 3.5 : Bố trí áo đường nền đường

a) Cấu tạo áo đường hình máng phần xe chạy (thường hay dùng)

b) Cấu tạo trắc ngang áo đường xây dựng phân kì ( giai đoạn mở rộng)

c) Cấu tạo hình lưỡi liềm tồn bộ nền đường (dùng cho mặt ñường cấp

Blgc

Blgc

1:m

a)

1:m

b)

1:m

Blgc c)

1:m

in il

50 Blgc Bpxc

+ Người ta thường thiết kế gia cố lề ñể tránh mép áo ñường bị phá hoại, chống thấm nước, tăng an toàn, tăng hiệu suất sử dụng bề rộng phần xe chạy, làm nới ñậu xe tạm thời (nếu lề gia cố rộng)

Hình 3.7 : Cấu tạo gia cố lềđường dọc mép áo đường

Hình 3.8 : Cấu tạo dạng mặt ñường hay dùng nhất

3.2.2 PHÂN LOẠI KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG

Có cách phân loại chính:

+ Phân loại theo vật liệu sử dụng

+ Phân loại theo phương pháp tính tốn

+ Phân loại theo cấp áo đường (phạm vi sử dụng)

3.2.2.1 Phân loại theo cấp áo ñường (phạm vi sử dụng):

Áo ñường cấp cao chủ yếu (A1) - (High type pavement)

- Là loại kết cấu áo ñường ñáp ứng yêu cầu xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, (áo ñường chỉ làm việc giai ñoạn ñàn hồi), mức ñộ dự trữ cường ñộ cao Mức ñộ

an tồn xe chạy cao, tốc độ xe chạy lớn - Tuổi thọ áo ñường cao ≥ 10năm

- Thường dùng cho với tuyến đường có tốc ñộ thiết kế V ≥ 60km/h - Vật liệu :

a)Bằng dải ñất gia cố (Blgc=50cm)

b)Gia cố bằng ñá lát, cuội sỏi (Blgc=50cm)

c)Gia cố bằng lớp vật liệu tầng mặt của

+ Bêtơng nhựa chặt loại I rải nóng (Atphalt Concret) + Bêtông ximăng (Ciment concret)

Áo ñường cấp cao thứ yếu (A2)

- đáp ứng ựiều kiện xe chạy không xuất biến dạng dư, vật liệu làm việc giai

ñoạn ñàn hồi mức ñộ dự trữ cường ñộ nhỏ áo ñường cấp cao chủ yếu A1 - Tuổi thọ mặt ñường cấp cao A2 từ - năm

- Các loại vật liệu làm mặt ñường cấp A2 : + Bêtông nhựa nguội

+ Bêtông nhựa chặt loại II + Láng nhựa

- Lưu lượng xe chạy khơng cao, chi phí tu bảo dưỡng thường xuyên lớn mặt ñường cấp cao A1

Áo ñường cấp thấp B1 – Intermediate type pavement

- Cho phép xuất biến dạng dư, chiều dày kết cấu giảm ñi nhiều, ñáp ứng yêu cầu lưu lượng xe chạy thấp, tốc ñộ xe chạy khơng cao, chi phí tu sửa chữa, bảo

dưỡng lớn

- Tuổi thọ mặt ñường cấp thấp B1 từ (3 – 4) năm - Các loại vật liệu làm mặt ñường cấp B1 :

+ đá dăm nước

+ Cấp phối ñá dăm, CPðD láng nhựa nhũ tương; CPðD gia cố XM + Cấp phối cuội sỏi láng nhựa

+ Cát gia cố ximăng láng nhựa

Áo ñường cấp thấp B2 ( cấp ñộ) ) - Low type pavement

- Cho phép xuất biến dạng dư, lưu lượng xe chạy thấp, sinh bụi nhiều - Tuổi thọ mặt đường khơng cao (từ - năm)

- Các loại vật liệu làm mặt ñường cấp B1 : + ðất cải thiện

+ ðất đá chỗ, phế liệu cơng nghiệp gia cố

3.2.2.2 Phân loại theo vật liệu sử dụng

1 Áo ñường bằng loại vật liệu ñất, ñá tự nhiên khơng có chất liên kết Có cấu trúc theo ngun lí đá chèn đá ngun lí cấp phối

Ví dụ: - Cấp phối đá dăm, cấp phối ñất ñồi, cấp phối sỏi sạn

2 Áo ñường làm bằng vật liệu ñất, đá tự nhiên có gia cố chất liên kết vơ cơ (vơi, ximăng) :

Có cấu trúc theo ngun lí đá chèn đá, ngun lí cấp phối ngun lí gia cốđất

Vắ dụ : - đá dăm thấm nhập vữa ximăng cát

- Cấp phối đá dăm gia cố ximăng, Bêtơng ximăng - ðất gia cố vôi, cát gia cố ximăng

3 Áo ñường làm bằng vật liệu ñất, ñá tự nhiên gia cố chất liên kết hữu cơ ( bitum, gruđơng).

Có cấu trúc theo ngun lí đá chèn đá ngun lí cấp phối - Thấm nhập nhựa

- Bêtông nhựa

- đá trộn nhựa

3.2.2.3 Phân loại theo phương pháp tính tốn (tính chất chịu lực)

• Áo đường mềm (Flexible Pavement ): kết cấu có độ cứng nhỏ, khả chịu kéo, chịu uốn khơng đáng kể, trạng thái chịu lực chủ yếu chịu nén chịu cắt

Cường ñộ khả chống biến dạng phụ thuộc vào nhiệt ñộ ñộẩm Ví dụ : Mặt ñường BTN, thấm nhập nhựa

• Áo đường cứng (Rigid Pavement): kết cấu có độ cứng lớn, khả nanưg chịu nén , chịu kéo, chịu uốn ñều tốt, trạng thái chịu lực chủ yếu chịu kéo uốn

Cường ñộ chịu uốn mơđun đàn hồi khơng thay đổi theo nhiệt độ độẩm Ví dụ: Mặt đường bêtơng ximăng

• Áo đường nửa cứng nửa mềm (Semirigid pavement): loại mặt đường trung gian, có độ cứng tương ñối lớn, có khả chịu nén, chịu kéokhi uốn, trạng thái chịu lực chủ yếu chịu nén, cắt chịu kéo uốn

Ví dụ : + Mặt ñường cấp phối ñá dăm gia cố ximăng + Mặt ñường ñá dăm thấm nhập vữa ximăng

3.2.2.4 Phân loại theo tính chất cơ học

- Vật liệu mặt đường có tính tồn khối: Khả chịu nén lớn, có khả chịu kéo uốn ( BTXM, ñá dăm gia cố ximăng, BTN, cát gia cố ximăng, đất gia cố vơi )

3.2.2.5 Phân loại theo ñộ rỗng

- Mặt đường kín: ðộ rỗng cịn dư nhỏ ( <6%), hạn chế nước thấm qua ( BTN, BTXM, cấp phối ñá dăm gia cố ximăng, cấp phối ñá dăm, ñất gia cố vôi ximăng )

- Mặt đường hở: độ rỗng cịn dư lớn ( 6÷25)%, khơng hạn chếđược nước thấm qua ( đá dăm macadam, thấm nhập nhựa)

3.2.3 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG

3.2.3.1 Nội dung của việc thiết kế kết cấu áo ñường.

Áo đường phận đắt tiền cơng trình đường ơtơ Ở Việt Nam chi phí xây dựng áo ñường chiếm tới (45- 65) % tổng vốn ñầu tư xây dựng ñường ñối với dự

án vùng đồng thị, (30- 45) % tổng vốn ñầu tư xây dựng ñường ñối với dự

án vùng đồi núi Các chi phí tu, sửa chữa bão trì trình khai thác chiếm tỷ lệ lớn tổng vốn ñầu tư cho tu đường nói chung Do việc thiết kế kết cấu áo ñường hợp lý ñúng ñắn có ý nghĩa to lớn kinh tế kỹ

thuật

3 nội dung lớn cần phải giải quyết triển khai công tác thiết kế KCAð

Thiết kế cấu tạo KCAð, tức chọn bố trí cấc tầng, lớp vật liệu kết cấu áo ñường cho:

+ Phù hợp với chức tầng lớp

+ ðảm bảo kết cấu phải có đủ cường độ trì cường độ để hạn chế

tối ña trường hợp phá hoại xe cộ yếu tố môi trường tự

nhiên

+ Bề mặt KCAð phải ñảm bảo phẳng, đủ nhám, dễ nước mặt sinh bụi để đáp ứng u cầu giao thơng an tồn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác dụng xấu ñến mơi trường hai bên đường

+ Phù hợp với khả cung ứng vật liệu, khả thi công khả khai thác tu, sửa chữa, bảo trì sau

Tính tốn cường độ (biến dạng) KCAð, ñây nội dung xác ñịnh chiều dày lớp vật liệu kết cấu Công việc liên quan chặt chẽ với công việc thiết kế

cấu tạo

Luận chứng hiệu kinh tế, so sánh chọn phương án tối ưu kinh tế kỹ thuật ứng

Chú ý: Nếu khơng thiết kế cấu tạo KC đắn hợp lí việc tính tốn cường độ luận chứng kinh tế trở nên vô nghĩa

3.2.3.2 Nguyên tắc thiết kế cấu tạo

1 Tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo ñường ngun tắc tạo một kết cấu kínđể tăng cường ñộ sựổn ñịnh cường ñộ của ñất phía áo ñường, ñể

tạo ñiều kiện thuận lợi ñể cho ñất tham gia chịu lực với áo đường mức tối đa, từđó giảm ñược bề dày áo ñường hạ giá thành xây dựng

2 Lựa chọn vật liệu:

Tùy thuộc vị trí của lớp vật liệu kết cấu áo ñường

Cấu tạo lớp tầng mặt

Căn vào cấp hạng ñường, thời hạn thiết kế, số trục xe tiêu chuẩn tích lũy xe suốt thời hạn thiếtkế ñiều kiện tự nhiên, ñiều kiện khai thác

Yêu cầu :

+ Vật liệu bề dày lớp tầng mặt phải chịu ñược tác dụng phá hoại xe cộ yếu tố bất lợi thời tiết, khí hậu

+ Vật liệu làm tầng mặt phải có tính ổn định nhiệt, ổn định nước, khơng thấm nước, chống bào mịn, độ nhám cao dễ phẳng

- Trong trường hợp vật liệu làm lớp mặt khơng đủ yếu cầu trên, đặc biệt khơng đủ sức chịu phá hoại bề mặt, thiết phải cấu tạo thêm lớp hao mòn lớp bảo vệ

- Với ñường cao tốc ñường ñại có u cầu cao chất lượng bề mặt, đặc biệt độ nhám, cịn sử dụng lớp hao mịn đặc biệt như: :

• Vữa nhựa, hỗn hợp nhựa cực mỏng (<2cm) có độ bền cao, tạo nhám tạo phẳng,

• Lớp hỗn hợp thoát nước (3-4); lớp làm cấp phối hở, hạt cứng

( độ rỗng 15÷20%) trộn với bitum cải tiến

Cấu tạo lớp tầng móng.

Trên sở tận dụng tối đa vật liệu chỗ, phế thải công nghiệp chỗ( sử

dụng trực tiếp gia cố vật liệu với chất kết dính vơ hay hữu cơ),

cấu tạo nhiều lớp có chiều dầy tăng dần theo chiều sâu

Phù hợp với khả năng chế tạo vật liệu khả năng thi cơng

Ví dụ:

+ Muốn sử dụng cấp phối ñá dăm làm tậng móng phải đảm bảo vật liệu cấp phối đá dăm ñược tạo mỏñá, phải ñảm bảo vật liệu không bị phân tầng từ khâu xúc lên xe, vận chuyển rải thành lớp

+ Muốn sử dụng vật liệu bêtơng nhựa rải nóng phải đảm bảo coa trạm trộn bêtơng nhựa có thiết bị chuyên dùng

Phải xét ñến ảnh hưởng của trạng thái thủy – nhiệt của nền ñường

Trong thực tế có nhiều đoạn đường cấp thấp (như mặt đường cấp phối) có tình trạng vốn cịn tốt sau láng nhựa lên lại nhanh chóng bị phá hoại Hiện tượng xuất ñoạn ẩm ướt Nguyên nhân chủ yếu lớp mặt láng nựa ñã ngăn cản

bốc nước, làm tăng độ ẩm lớp móng ñất làm giảm khả chống trượt lớp nên gây tượng trồi trượt, nứt mặt đường

Với khí hậu nhiệt đới nước ta khơng nên dùng cát làm móng cát rỗng tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích tụẩm

Vì với đoạn đường bị ảnh hưởng mao dẫn từ nước ngầm phía lớp móng nên sử dụng vật liệu ñất gia cố chất liên kết vô hữu

Phải xét ñến kế hoạch phân kỳ xây dựng

ðể sử dụng nguồn vốn có hạn cách hợp lí phải xét đến mức tăng xe hàng năm

ñể xây dựng kết cấu ñáp ứng u cầu ngắn hạn, sử dụng hồn tồn ñể làm lớp móng cho nâng cấp cải tạo cho giai ñoạn sau

Phải xét ñến yêu cầu về vệ sinh, thẩm mỹ xét ñến ñiều kiện hình thành lớp mặt

Với ñường nhỏ khu dân sinh, khu hành chính, trường học, xét điều kiện xe chạy khơng cần thiết phải làm mặt ñường loại A1 hay A2 Nhưng yêu cầu chống bụi nên cần thiết kế lớp láng nhựa BTN

3 Khả năng chống biến dạng

Mơđuyn đàn hồi, cường độ lớp vật liệu kết cấu giảm dần theo chiều từ xuống ñể phù hợp với trạng thái phân bốứng suất, dễ hạ giá thành xây dựng: Etrên /Edưới < 3lần, Emóng /Enền đất = [2,5÷10] tạo làm việc đồng có hiệu

quả lớp kết cấu

- Lớp ñáy áo ñường E0 ≥ 50 MPa hay CBR ≥ 10-15

- Lớp móng CBR ≥ 30 - Lớp móng CBR ≥ 80

Không nên cấu tạo nhiều lớp gây phức tạp cho thi cơng 4 Cải thiện chếđộ nhiệt ẩm

Khi chế ñộ thủy nhiệt đường trở nên bất lợi với có mặt nguồn

ẩm nước mưa, nước ñọng hai bên ñường nước mao dẫn từ lênthì cường độ

áo đường bị giảm thấp tác dụng xe chạy dễ bị phá hoại Vì phải dùng biện pháp cải thiện sau:

- Tăng cường ñầm nén ñất ñường; ñắp cao ñường; hạ mực nước ngầm, làm lớp mặt không thấm nước; làm lớp ngăn cách nước mao dẫn; tăng bề rộng lề ñường

ñể mép áo ñường ñủ xa nước ngập hai bên; dùng giải pháp hạn chế nước mưa; nước mặt xâm nhập vào khu vực tác dụng

- Trong trường hợp khơng áp dụng biện pháp phải phải áp dụng biện pháp làm khơ mặt ñường phần ñường sau: bề mặt áo ñường, lề ñường bề mặt phân cách có lớp phủ có độ dốc ngang tối thiểu qui định; nước mưa xâm nhập vào kết cấu áo đường từ mặt đường cách bố trí rãnh xương cá KC hở; hào nước ngang dọc

5 Nguyên tắc cấu tạo chiều dày.

- Bề dày lớp mỏng tối thiểu, lớp nên tăng bề dày xét đến tính kinh tế

- Bề dày sử dụng nên gần ñúng bội số bề dày đầm nén có hiệu lớn Nếu vượt qua lớp vật liệu thi cơng lần Bề dày ñầm nén hiệu lớn lớp sau:

+ ðối với BTN không 8cm

+ ðối với vật liệu có gia cố chất liên kết không 15cm + ðối với vật liệu không gia cố chất liên kết khơng q 18cm

- ðể đảm bảo điều kiện làm việc tốt thuận lợi thi công , chiều dày ( lèn chặt) tối thiểu Hmin≥ 1,5Dmax (đường kính cốt liệu lớn đựoc sử dụng lớp kết

Bảng 3.3 : Bề dày tối thiểu bề dày thường sử dụng

1.1.1.1.Khi sử dụng loại vật liệu làm lớp bù vênh mặt ñường cũ cũng phải

tuân thủ trị số bề dày tối thiểu

1.1.1.2.Các trị số ngoặc bề dày tối thiểu rải nền cát (khi sử dụng

vật liệu nêu làm lớp đáy móng)

3.2.4 TÍNH TỐN CƯỜNG ðỘ ÁO ðƯỜNG MỀM

3.2.4.1 ðẶC ðIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT

ðƯỜNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ðẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA KẾT

CẤU ÁO ðƯỜNG

ðặc ñiểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt ñường

ðộ lớn của tải trọng trục tính tốn P ( T, daN, kN)

Tải trọng trục tính tốn P ñược lấy 1/2 tải trọng trục sau, xe tải thường có trọng lượng trục sau chiếm 3/4 trọng lượng toàn xe

Diện tích vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường (cm2): phụ thuộc vào kích thước độ cứng lốp xe (áp lực hơi) Vệt tiếp xúc thực tế đo hình êlíp, để đơn giản cho tính tốn người ta xem gần hình trịn có diện tích (S) diện thực tế

Loại lớp kết cấu áo ñường tốBi thiề dày ểu

(cm)

Bề dày thường sử

dụng (cm) Bê tơng nhựa, đá dăm trộn

nhựa

Hạt lớn Hạt trung Hạt nhỏ

5

5 – – -

đá mạt trộn nhựa 1,5 1,5 Ờ 2,5

Cát trộn nhựa 1,0 – 1,5

Thấm nhập nhựa 4,5 4,5 – 6,0

Láng nhựa 1,0 1,0 – 3,5

Cấp phối ñá dăm Dmax=37,5mm

Dmax≤25mm

12 (15)

8 (15) 15 – 24

Cấp phối thiên nhiên (15) 15 – 30

đá dăm nước 10 (15) 15 Ờ 18

Các loại ñất, ñá, phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô theo phương pháp trộn

D 1/

a) b)

S

KCAÂ p

D

H

Hình 3.10 : vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

a) Bánh đơi có vệt tiếp xúc đổi về hai vịng trịn nhỏđường kính d

b)Bánh đơi có vệt tiếp xúc đổi về một vịng trịn có đường kính D (dùng trường

hợp để tính tốn)

ðường kính của vệt bánh xe tương đương (D) được xác ñịnh như sau:

Áp lực bánh xe truyền xuống mặt ñường:

p = α.p0 (3-16)

Trong :

p: áp lực truyền xuống mặt ñường (Mpa; daN/cm2)

α : Hệ số kểñến ñộ cứng lốp, α = 0,9÷1,3 tính tốn lấy α =1,1 p0 : Áp lực săm xe ( p0 cứng diện tích tiếp xúc bé)

p0 tìm đựợc đo trực tiếp

Mặt khác : 2

4 D P S P p

π =

=

p P p

P D= ≈1,08

⇒

π (cm) (3-17)

D lớn áp lực bánh xe (p) truyền xuống sâu

Bảng 3.4: ðặc trưng của tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn

Loại ñường

Tải trọng trục

P (kN)

Áp lực tính tốn lên mặt đường

p ( Mpa)

ðường kính vệt bánh

xe

ðường ô tô công cộng (TCVN 4054-05)

100 0,6 33

Trục thị (TCXDVN 104-07);

đường cao tốc (TCVN 5729-97) 120 0,6 36

ðặc ñiểm tải trọng xe tác dụng lên mặt ñường :

- Tải trọng ñộng

- Tải trọng tác dụng ñột ngột tức thời (xung kích ngắn hạn)

- Tải trọng trùng phục lặp ñi lặp lại nhiều lần (phát sinh thiện tượng mỏi vật

liệu)

Ảnh hưởng của tải trọng ñến cơ chế làm việc của KCNAð

Biến dạng KC áo ñường phụ thuộc:

Thời gian tác dụng của tải trọng

Biến dạng tỷ lệ thuận với thời gian tác dụng : tải trọng tác dụng

nhau thời gian tác dụng lâu sinh biến dạng lớn

+ Thời gian tác dụng tải trọng xe chạy ñối với lớp tầng mặt 0.02s-0.05s với V>50km/h

+ Thời gian tác dụng tải trọng xe chạy ñối với lớp tầng móng: 0,1s-0,2s

Trong thời gian tác dụng tải trọng thay đổi từ 0→ p→

Trị số của tải trọng

Biến dạng tỷ lệ thuận với tải trọng : thời gian tác dụng tải trọng tác dụng lớn sinh biến dạng lớn

Tốc ñộ gia tải

Biến dạng tỷ lệ nghịch với tốc ñộ gia tải : tốc ñộ gia tải chậm biến dạng gây lớn

lu

ïn

cắt

keïo keïo

kẽ nứt Do=D+2H

H

Truyền áp lực lên đất ( đất bị nén) D

Trồi

3.2.4.2 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI KCAð MỀM, NGUN LÝ

TÍNH TỐN CƯỜNG ðỘ ÁO ðƯỜNG MỀM

Các hiện tượng phá hoại KCAð mềm:

Hình 3.12 : Các hiện tượng phá hoại áo ñường mềm ở trạng thái giới hạn

dưới tác dụng của tải trọng xe chạy

Dưới tác dụng cảu tải trọng xe chạy, ñạt ñến cường ñộ giới hạn, kết cấu áo ñường mềm xảy tượng sau:

+ Ngay mặt tiếp xúc bánh xe, mặt ñường bị lún (ứng suất nén) + Xung quanh chỗ tiếp xúc phát sinh trượt dẻo (ứng suất cắt)

+ Trên mặt ñường xuất đường nứt hướng tâm bao trịn, xa chút vật liệu bị ñẩy trồi, mặt ñường bị gãy vỡ phần đáy áo ñường bị nứt (ứng suất kéo)

Kết luận rút sau phân tích sơđồ phá hoại:

- Biến dạng KCAð mềm kết tác ñộng nhiều yếu tố xảy lúc yếu tố tiếp sau yếu tố

- Trong khu vực hoạt ñộng ñường tác dụng tải trọng xe, toàn

kết cấu mặt bị biến dạng áo ñường bị lún xuống dạng ñường cong gọi

vịng trịn lún với độ lún l Các lớp áo ñường dày, cứng (E lớn) áp lực bánh xe truyền xuống phân bố diện tích rộng hơn, áp lực truyền xuống móng đất nhở ngược lại kết cấu áo mỏng, mềm áp lực bánh xe truyền xuống sâu diện phân bố nhỏ

- ðộ lún lớn ứng suất kéo bề mặt lớp vật liệu lớn

tới ứng suất kéo uốn lớp vật liệu toàn khối, tới ứng suất gây trượt ñất, lớp vật liệu rời rạc lớp ñá nhựa nhiệt độ cao Ví lẽđó xem

độ lún, mơ đun đàn hồi tiêu cường ñộ kết cấu áo ñường Việc ño

ñạc xác ñịnh ñộ lún ñơn giản so với xác ñịnh ứng suất kéo uốn, ứng suất cắt Tuy nhiên quan hệ độ lún l, ứng suất cắt, ứng suất kéo uốn

tuyến tính phụ thuộc vào kết cấu áo đường cấu tạo nên việc phải tính tốn KC theo tiêu chuẩn cường ñộ cần thiết hợp lý

U CẦU VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN 1 u cầu tính tốn

Bài tốn 1: Kiểm tra phương án cấu tạo đưa có đủ cường độ khơng

Bài tốn 2: Tính tốn xác ñịnh loại bề dày cần thiết lớp kết cấu biết Eyc (có thể điều chỉnh theo kết tính tốn để kết cấu đạt khả chịu tải tốt

nhất)

Tính tốn tiêu chuẩn cường độ

2.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn ñộ võng ñàn hồi:

Nguyên lý: ðộ võng đàn hồi tồn KC tác dụng tải trọng xe gây khơng vượt q trị sốđộ võng đàn hồi cho phép áo đường làm việc trạng thái bình thường tác dụng lượng giao thơng định Nghĩa là:

dh gh dv

cd l l

K . ≤ hay

dh gh dv cd

l l

K ≤ (3-18)

(3-19)

Trong đó:

lđh : ðộ võng ñàn hồi KCAð tác dụng tải trọng xe gây (cm)

lgh : ðộ võng ñàn hồi cho phép xuất KCAð (cm) dv

cd

K : Hệ số dự trữ cường ñộ theo tiêu chuẩn ñộ võng ñàn hồi

Ech : Mơ đun đàn hồi chung kết cấu áo đường (Mpa)

Eyc: Mơ đun đàn hồi yêu cầu kết cấu áo ñường suốt trình khai

thác

gh yc

l D p

E = (1−µ) (3-20)

Trong : p: Là áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường D: ðường kính vệt bánh xe tương ñương

lgh : ðộ võng giới hạn cho phép

µ : Hệ số poisson

2.2Tính tốn theo tiêu chuẩn ứng suất gây trượt:

Nguyên lý: Ứng suất cắt chủ ñộng lớn sinh ñiểm đất lớp vật liệu dính tải trọng xe chạy trọng lượng thân lớp vật liệu gây vị trí khơng vượt q trị số giới hạn cho phép kết cấu làm việc trạng thái bình thường

τamax ≤τcp (3-21)

τamax : Ứng suất cắt chủñộng lớn xuất ñất lớp vật

liệu dính lớp hỗn hợp ñá nhựa nhiệt ñộ cao tải trọng xe chạy trọng lượng thân lớp vật liệu gây (Mpa)

τamax = τax + τav (3-22)

τcp : ứng suất cắt giới hạn cho phép ñất lớp vật liệu

dính, hỗn hợp ñá nhựa nhiệt ñộ cao (Mpa)

τcp = tr

cd tt

K C

(3-23)

Ctt: Lực dính tính tốn đất vật liệu dính (Mpa) trạng thái độ

ẩm, độ chặt tính tốn (được xác ñịnh theo phương pháp cắt phẳng) tr

cd

K : Hệ số dự trữ cường ñộ theo tiêu chuẩn ứng suất gây trượt

(3-24)

Hình 3.13: Sơ đồ tính tốn cường độ kết cấu áo a) Việt Nam, Nga ; b) Trung

Quốc, Pháp, (A, B, C điểm tính ứng suất biến dạng ñể kiểm tra)

2.3Tính tốn theo tiêu chuẩn ứng suất chịu kéo uốn

Nguyên lý: Ứng suất chịu kéo uốn xuất ởđáy lớp vật liệu tồn khối tải trọng xe chạy gây khơng vượt q ứng suất kéo uốn cho phép lớp vật liệu nhằm hạn chế phát sinh nứt dẫn ñến phá hoại lớp ñó

(3-25)

ku cd ku tt ku

K R

≤

σ

tr cd av

ã

K Ctt

≤ +

⇒τ τ

3δ δ

p A

B C E3, µ3, C3, ϕ3,

E1, µ1, h1

E2, µ2, h2

A B

C Eo, µο, hο

a) D b)

h

1

h

2

H

Ech

E'ch

E1, µ1, C1, ϕ1, R1ku

E2, µ2, C2, ϕ2, R2ku

Trong ñó:

σku : Ứng suất kéo uốn lớn xuất ởđáy lớp vật liệu tồn khối tải trọng xe

chạy gây (Mpa) ku

tt

R : Cường ñộ chịu kéo uốn vật kiệu toàn khối (Mpa)

ku cd

K : Hệ số dự trữ cường ñộ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

Cơ sở phương pháp tính tốn

Cơ sở phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn giới hạn nêu lời giải tốn hệ bán khơng gian đàn hồi nhiều lớp có điều kiện tiếp xúc lớp hoàn

toàn liên tục tác dụng tải trọng bánh xe (được mơ hình hố tải trọng phân bố hình trịn tương đương với diện tích tiếp xúc bánh xe mặt ñường)

Về u cầu tính tốn theo điều kiện giới hạn

+ ðối với kết cấu áo ñường cấp cao A1 A2 phải tính tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn cường ñộ

+ ðối với áo đường cấp thấp B1 B2 khơng u cầu kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn điều kiện trượt

+ Khi tính tốn kết cấu áo lề có gia cố phải tính theo tiêu chuẩn nhưñối với kết cấu áo ñường phần xe chạy liền kề

Các thơng số tính tốn cường ñộ bề dày áo ñường mềm

Cần phải xác định thơng số tính tốn ñây tương ứng với thời kỳ bất lợi chế ñộ thuỷ nhiệt (tức thời kỳ ñất cường ñộ vật liệu lớp áo

đường yếu nhất):

- Tải trọng trục tính tốn số trục xe tính tốn (Ntt)

- Eo, lực dính C góc nội ma sát ϕ tương đương với độ ẩm tính tốn bất lợi đất

- E, lực dính C góc nội ma sát ϕ, Rku vật liệu

- Nhiệt độ tính tốn tiêu chuẩn cường ñộ:

+ Theo tiêu chuẩn ñộ lún ñàn hồi : 100C + Theo ñiều kiện cân trượt : 600C + Theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn : (10-15)0C Tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn:

ñối với tất loại áo ñường mềm đường cao tốc, đường tơ cấp thuộc mạng lưới chung ñường ñô thị cấp

Quy ñổi số tải trọng trục xe khác về số tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn Mục tiêu quy đổi ởđây quy đổi số lần thơng qua loại tải trọng trục i

số lần thông qua tải trọng trục tính tốn sở tương đương tác dụng phá hoại ñối với kết cấu áo ñường:

Việc quy ñổi phải ñược thực hiện ñối với từng cụm trục trước cụm trục sau của mỗi

loại xe chởđầy hàng với quy ñịnh sau:

- Cụm trục gồm m trục có trọng lượng trục với cụm bánh ñơn cụm bánh ñôi (m =1, 2, );

- Chỉ cần xét ñến (tức cần quy ñổi) trục có trọng lượng trục từ 25 kN trở

lên

- Bất kể loại xe khoảng cách trục ≥ 3,0m việc quy đổi

thực riêng rẽñối với trục

- Khi khoảng cách trục < 3,0m (giữa trục cụm trục) quy đổi gộp m trục có trọng lượng trục với việc xét ñến hệ số trục C1

nhưở biểu thức (3-26) (3-27)

Việc quy ñổi ñược thực theo biểu thức sau:

N = 4,4

2

1 .( )

tt I i k

i P

P n C C ∑

=

; (3-26) Trong đó:

N: tổng số trục xe quy ñổi từ k loại trục xe khác trục xe tính tốn

thơng qua đoạn đường thiết kế ngày ñêm chiều (trục/ngày ñêm);

ni: số lần tác dụng loại tải trọng trục i có trọng lượng trục Pi cần quy

đổi tải trọng trục tính tốn Ptt (trục tiêu chuẩn trục nặng nhất) Trong

tính tốn quy ñổi thường lấy ni số lần loại xe i thông qua mặt

cắt ngang ñiển hình ñoạn ñường thiết kế ngày ñêm cho chiều xe chạy

C1: hệ số số trục ñược xác ñịnh theo biểu thức sau:

C1=1+1,2 (m-1) (3-27)

C2: Là hệ số xét ñến tác dụng số bánh xe cụm bánh: với cụm bánh có

bánh lấy C2=6,4; với cụm bánh đơi (1 cụm bánh gồm bánh) lấy C2=1,0; với

cụm bánh có bánh lấy C2=0,38

Số trục xe tính tốn một xe kết cấu áo lề có gia cố

Số trục xe tính tốn Ntt : tổng số trục xe ñã ñược quy ñổi trục xe tính tốn tiêu

chuẩn (hoặc trục xe nặng tính tốn) thơng qua mặt cắt ngang đoạn ñường thiết kế ngày ñêm xe chịu ñựng lớn vào thời kỳ bất lợi cuối thời hạn thiết

Ntt = Ntk fl (trục/làn.ngày đêm) (3-28)

Trong đó:

Ntk: tổng số trục xe quy ñổi từ k loại trục xe khác trục xe tính tốn ngày

ñêm chiều xe chạy năm cuối thời hạn thiết kế Trị số Ntk ñược xác ñịnh

theo biểu thức (3.26)

fl: hệ số phân phối số trục xe tính tốn xe

Bảng 3.5 : Hệ số xét ñến sự phân bố xe chạy xe

Trường hợp tính tốn Hệ số f1

ðường chỉ có xe 1,0 ðường có hoặc xe chạy khơng

có dải phân cách giữa 0,55

ðường có xe có dải phân cách

giữa 0,35

ðường xe trở lên có dải phân

cách giữa 0,3

Số trục xe tính tốn kết cấu lề có gia cố:

tt c

tt N

Nlg =(35÷50)% : phần xe chạy lề khơng có dải phân cách bên

tt c

tt N

Nlg ≥(35÷50)% : phần xe chạy có xe trở xuống tt

c

tt N

Nlg ≤(35÷50)% : phần xe chạy có xe trở lên có dải phân cách

3.2.4.3 TÍNH TỐN CƯỜNG ðỘ (BỀ DÀY) CỦA KẾT CẤU ÁO MỀM

THEO TIÊU CHUẨN ðỘ VÕNG ðÀN HỒI

1 ðiều kiện tính tốn

2 Nội dung tính tốn:

2.1 Xác ñịnh hệ số dự trữ cường ñộ chọn ñộ tin cậy mong muốn

+ Hệ số cường ñộ vềñộ võng dv cd

K ñược chọn tuỳ thuộc vào ñộ tin cậy thiết kế sau

Bảng3.6: Xác ñịnh hệ số cường ñộ vềñộ võng phụ thuộc ñộ tin cậy

ðộ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80

Hệ số cường ñộ

dv cd

K 1,29 1,17 1,10 1,06 1,02

+ Có thể chọn độ tin cậy thiết kếñối với loại ñường cấp hạng ñường sau:

Bảng 3.7 : Lựa chọn ñộ tin cậy thiết kế tuỳ theo loại cấp hạng ñường

(áp dụng cho kết cấu áo đường kết cấu áo có lề gia cố)

Loại, cấp hạng ñường ðộ tin cậy thiết kế

1 ðường cao tốc 0,90 , 0,95 , 0,98

2 ðường ô tô - Cấp I, II - Cấp III, cấp IV - Cấp V, VI

0,90 , 0,95 , 0,98 0,85 , 0,90 , 0,95 0,80 , 0,85 , 0,90 ðường thị

- Cao tốc trục thị

- Các đường thị khác

0,90 , 0,95 , 0,98 0,85 , 0,90 , 0,95

4 ðường chuyên dụng 0,80 , 0,85 , 0,90

Các đoạn đường có bố trí siêu cao ≥6%, trạm thu phí, điểm dừng đỗ xe thí cần chọn

mức ñộ tin cậy cao hơn so với ñoạn ñường thơng thường nhất cấp

2.2 Xác định trị số mơ đun đàn hồi u cầu Eyc

Eyc = max { Eyc ,Eycllxc

min } (3-29)

Trong :

min

yc

E : Mơđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu

min

yc

E : Mơđuyn đàn hồi u cầu theo lưu lượng xe tính tốn

Xác định

yc

E

min

yc

E phụ thuộc vào:

+ Cấp ñường

Bảng 3.8 : Trị số tối thiểu của mơ đun đàn hồi yêu cầu (MPa)

Loại tầng mặt của kết cấu áo ñường

thiết kế

Loại ñường cấp ñường

Cấp cao A1 CA2 ấp cao CấB1 p thấp

1 ðường ô tô

- ðường cao tốc cấp I - ðường cấp II

- ðường cấp III - ðường cấp IV - ðường cấp V - ðường cấp VI

180 (160) 160 (140) 140 (120) 130 (110)

120 (95) 100 (80) 80 (65)

75 Khôngquy

định

2 ðường thị

- ðường cao tốc trục - ðường khu vực

- ðường phố

- ðường công nghiệp kho tàng - ðường xe ñạp, ngõ

190 155 120 155 100

130 95 130 75

70 100 50

Ghi : Các trị số ngoặc mơ đun đàn hồi u cầu tối thiểu đối với kết cấu lề

gia cố

Xác ñịnh llxc yc

E

llxc yc

E phụ thuộc vào :

+ Số trục xe tính tốn Ntt

+ Loại tầng mặt KC thiết kế

Bảng 3.9 : Trị số mơ đun đàn hồi u cầu

Trị số mơ đun ñàn hồi yêu cầu Eyc (MPa), tương ứng với số trục xe tính tốn (xe/ngày đêm/làn)

Loại tải trọng

trục tiêu chuẩn

Loại tầng

mặt 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 7000

Cấp

cao A1 133 147 160 178 192 207 224 235

Cấp

cao A2 91 110 122 135 153

10

Cấp

thấp B1 64 82 94

Cấp

cao A1 127 146 161 173 190 204 218 235 253

Cấp

cao A2 90 103 120 133 146 163

12

Cấp

2.3 Xác ñịnh Ech ðối với hệ lớp: Sử dụng tốn đồ Cogal cho hệ lớp D Ech p E1 E0 h

Hình 3.14: Sơđồ hệ lớp

Trong đó: h: Bề dày lớp áo đường có mơđun đàn hồi E1

D: đường kính tương đương vệt bánh xe tính tốn E0: mơđun đàn hồi ñất

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

1.7 1.8 1.9 2.0

0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.10 0.05 h/D 0.15 0.15 0.05 0.10 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.80 E0 E1 1.6 1.5 1.4 1.3 1.1 1.2 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0 1.7 1.8 1.9 2.0

E1

Ech=0.9

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.2 0.1 0.3 h E1 E0 D

p Ech

Hình3.15: Tốn đồđể xác định mơ ñun ñàn hồi chung của hệ lớp Ech

Lập tỉ số:

      = 1 , E E D h f E Ech

Ech p E2 E0 h D h E1 Ech p ETB E0 D H =h + h β

(Trị số ghi ñường cong tỷ số

1

E Ech

)

Trong trường hợp kết cấu áo đường có tổng bề dày lớn (H/D>2) việc tính tốn

Ech có thể được tính theo cơng thức gần đúng như chỉ dẫn ở Phụ lục F của tiêu chuẩn

thiết kế áo ñường mềm 22TCN 211-06

ðối với hệ nhiều lớp: Vì kết cấu áo ñường mềm thường có nhiều lớp nên cần quy ñổi hệ lớp để áp dụng dạng tốn đồ hình 3.15 Việc quy đổi thực lớp từ lên theo sơđồhình 3.16

ðối với hệ lớp:

Hình 3.16 : Sơñồñổi hệ lớp về hệ lớp

Sử dụng công thức giáo sưðặng Hữu - ðổi lớp lớp thành lớp tương ñương

Từ quan hệ: E'

TB= E1

3 3 1 1 . 1         + + k t

k (3-29)

Trong đó: k =

1

h h

với h2 h1 : chiều dày lớp lớp áo ñường

t =

1

E E

với E2 E1 : mơ đun đàn hồi vật liệu lớp lớp

Sau quy ñổi nhiều lớp áo đường lớp cần nhân thêm hệ số ñiều

chỉnh β; ETB = β E’TB (3-30)

β lấy theo bảng sau:

Bảng 3.10: Hệ sốñiều chỉnh

Tỷ số

H/D

0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00

Hệ số ( 1,033 1,069 1,107 1,136 1,178 1,198 1,210

β =1,114.(H/D)0,12 (3-31) Trong :H bề dày tồn kết cấu áo đường

D đường kính vệt bánh xe tính tốn

ðối với hệ lớp:

Ech p E3 E0 h D h E1 E2 Ech p E'TB E0 D E1 h2 Ech p ETB E0 D H '= h + h H =h + h + h h1 β

Hình 3.17: Sơđồđổi hệ lớp về hệ lớp

ETB' = E1

3 1 1         + + k t k

ETB = β.ETB'

3 1         + + k t k Với k1 =

3

h h

; t1 =

3

E E

; k =

' H h h h h =

+ ; t = '

1

TB

E E

Các trường hợp tính tốn: Sau xác định Ech có trường hợp tính tốn:

* Bài tốn thuận: Xác định Ech biết chiều dày h sau :

- Xét tỉ số :

1 E E E E D H ch öKogan

tratoạnâä

 →       

=> Ech

*Bài tốn ngược : Tìm hi biết Eyc Ech = Eyc

- Xét tỉ số :

D H E E E E E E ưKogan tratoạnâä yc ch      →         = 1

ðể xác hóa trị số H cần dựa vào

D H

Giả thiết vài trị số D H

nhỏ → tính

hệ sốđiều chỉnh tính nghiệm lại theo cách thử dần thỏa mãn ñiều kiệnvõng cho phép

2.4 Trình tự tính tốn

Xác định lưu lượng xe chạy tính tốn tương ứng với năm tính tốn loại tầng

mặt đường, tính lưu lượng xe

Xác ñịnh Eyc

Dự kiến cấu tạo lớp áo ñường theo nguyên tắc thiết kế cấu tạo

ðổi tầng từ hệ nhiều lớp hệ lớp theo cách nêu ñể sử dụng

tốn đồ Cogal xác định Ech

đánh giá so sánh Ech với Kcddv.Eyc

TÍNH TỐN CƯỜNG ðỘ ÁO ðƯỜNG MỀM THEO TIÊU CHUẨN ỨNG

SUẤT CẮT TRONG NỀN ðẤT VÀ VẬT LIỆU KÉM DÍNH

1 ðiều kiện tính tốn :

τax + τav≤ tr cd tt

K C

(3-32)

Trong đó:

τax : ứng suất cắt hoạt ñộng lớn tải trọng bánh xe tính tốn gây đất

hoặc lớp vật liệu dính (MPa)

τav : ứng suất cắt hoạt ñộng trọng lượng thân lớp vật liệu nằm gây

cũng ñiểm ñang xét (MPa)

Ctt : Lực dính tính tốn đất vật liệu dính (MPa)

tr cd

K hệ số cường ñộ chịu cắt trượt ñược chọn tuỳ thuộc ñộ tin cậy thiết kế

Bảng 3.11: Chọn hệ số cường ñộ về cắt trượt tùy thuộc ñộ tin cậy

ðộ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80

Hệ số tr cd

K 1,10 1,00 0,94 0,90 0,87

Chú ý: + Khơng cần kiểm tra điều kiện cắt trượt đối với kết cấu áo đường có tầng mặt

là loại cấp thấp B1, B2

+ Không kiểm tra điều kiện cắt trượt lớp bêtơng nhựa

2 Nội dung tính tốn

- Khi tính tốn trượt đất quy đổi lớp phía ñất lớp tương ñương

- ðối với lớp vật liệu dính: Quy đổi lớp vật liệu phía vị trí tính tốn lớp tương đương, quy đổi lớp tính tốn với lớp phía đất bán khơng gian đàn hồi có mơđuyn đàn hồi chung Echm ñó

2.1 Xác ñịnh ứng suất cắt hoạt ñộng lớn nhất ττττax

p

E2=E0 ; c ; ϕϕϕϕ

D

E1 H

ττττax

z

E1 = ETB

E2 = E0

x

p

E0 ; c ; ϕϕϕϕ

D

ττττax

z E'1; h1

E'2; h2

E'3 ;h3 ;c3 ;ϕϕϕϕ3333

x p

D

ττττax

z ETB =E1

x

c3 ;ϕϕϕϕ3333

Ech=E2

H

Hình 3.19 :Sơđồ tính tốn τax của hệ lớp với lớp vật liệu dính

   

 

=

     

chm TB ax

E E D H f

p ϕ, ,

τ

(3.33) Trong đó:

ϕ : Góc nội ma sát lớp vật liệu cần tính tốn

H : Tổng chiều dày lớp áo đường lớp tính tốn

Ech: Mơđun đàn hồi chung đất lớp vật liệu phía vị trí tính tốn

ETB : Mơđun đàn hồi trung bình lớp áo đường phía vị trí tính tốn

p

ax

τ

: ứng suất cắt hoạt ñộng lớn ñơn vị p=0,1MPa gây

Hình 3.18 : Sơ đồ tính tốn τax

Việc xác ñịnh Tax ñược thực thơng qua việc xác định

p Tax

theo tốn đồ hình 3.20 (khi =0÷2,0

D H

) tốn đồ hình 3.21 (khi =0÷4,0 D

H

) Hai tốn đồ lập theo sơđồ tính tốn hệ lớp có làm việc đồng thời lớp áo đường phía

và đất phía

Hình 3.20 : Tốn đồ x/đ ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe ở lớp dướicủa hệ hai lớp

( =0÷2,0

D H

)

Hình 3.21 : Tốn đồ x/đ ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe ở lớp dưới của hệ hai lớp

( =0÷4,0

D H

) p

ax T H/D

   ∈

ϕ

τav H → Tra tốn đồ hình 3.22 τav

Trong đó: H : Tổng chiều dày lớp áo ñường lớp tính tốn

ϕ : Góc nội ma sát lớp vật liệu cần tính tốn

chiều dày mặt đường H(cm) 0,001

0,002 0,003

0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 + ττττav

− ττττav (MPa)

0

ϕ =40o ϕ =30o ϕ =20o ϕ =13o ϕ =10o ϕ =5 o

100 80 60 40 20

Hình 3.22: Tốn đồ tìm ứng suất cắt hoạt động Tav trọng lượng bản thân mặt đường

đường phía gây ñối với lớp dưới

2.3 Xác ñịnh trị số lực dính tính tốn Ctt Trị số Cttđược xác ñịnh theo biểu thức sau

Ctt = C K1 K2 K3 (3-34)

Trong đó:

C : Lực dính đất vật liệu dính (MPa)

K1: Hệ số xét ñến suy giảm sức chống cắt trượt tác dụng tải trọng ñộng

trùng phục

+ Phần xe chạy lấy K1=0,6

+ Lề gia cố lấy K1 = 0,9

K2 : Hệ số an tồn xét đến yếu tố tạo làm việc khơng đồng kết cấu;

các yếu tố gây ảnh hưởng nhiều lưu lượng xe chạy lớn

Bảng 3.12: Xác định hệ số K2 tuỳ thuộc số trục xe tính tốn

Số trục xe tính tốn

(trục/ngày ñêm/làn) Dưới 100

Dưới

1000 Dưới 5000

Trên 5000

Hệ số K2 1,0 0,8 0,65 0,6

Với kết cấu áo lề có gia cố lấy hệ số K2 = 1,0; riêng với kết cấu áo lề có tầng

mặt loại cấp thấp B1 được lấy K2 = 1,23

K3 : Hệ số xét ñến gia tăng sức chống cắt trượt ñất vật liệu dính ;

khác biệt vềđiều kiện tiếp xúc thực tế lớp kết cấu áo ñường với ñất so với ñiều kiện xem chúng dính kết chặt (tạo làm việc đồng thời) áp dụng

tốn đồhình (9.11) (9.12)

- ðối với loại đất dính (sét, sét, cát …) K3 = 1,5

- ðối với loại ñất cát nhỏ K3 = 3,0

- ðối với loại ñất cát trung K3 = 6,0

- ðối với loại ñất cát thơ K3 = 7,0

TÍNH TỐN CƯỜNG ðỘ ÁO ðƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN CHỊU KÉO UỐN TRONG CÁC LỚP VẬT LIỆU TOÀN KHỐI

1 ðiều kiện tính tốn:

σku≤ ku cd ku tt

K R

(3-35) Trong đó:

ku tt

R : Ứng suất chịu kéo uốn lớn phát sinh ñáy lớp vật liệu liền khối tác

dụng tải trọng bánh xe

ku cd

K : Hệ số cường ñộ chịu kéo uốn ñược chọn tuỳ thuộc ñộ tin cậy thiết kế lấy theo bảng sau

Bảng 3.13 : Chọn hệ số cường ñộ về kéo uốn tùy thuộc ñộ tin cậy

ðộ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80

Hệ số ku cd

K 1,10 1,00 0,94 0,90 0,87

Chỉ phải tính tốn kiểm tra điều kiện (9-21) lớp bê tông nhựa, hỗn hợp

nhựa lỏng khơng cần kiểm tra 2 Nội dung tính tốn

2.1 Xác định σσσσku

Ứng suất kéo uốn lớn phát sinh ởñáy lớp vật liệu liền khối σkuñược xác ñịnh

theo biểu thức sau:

σku =σku.p.kb (3-36)

Trong đó:

p : Áp lực bánh tải trọng trục tính tốn (kN)

kb : hệ số xét ñến ñặc ñiểm phân bố ứng suất kết cấu áo ñường tác dụng tải

trọng tính tốn bánh đơi bánh đơn

+ Cụm bánh đơi lấy kb = 0,85

+ Cụm bánh ñơn tải trọng trục đặc biệt nặng (nếu có) lấy kb = 1,0

ku

σ : ứng suất kéo uốn ñơn vị

+ Các lớp liền khối tầng mặt: xác địnhσku theo tốn đồ hình 3.23

Hình 3.23: Tốn đồ xác định ứng suất kéo uốn ñơn vị σku ở lớp của tầng mặt

;

( 1

chm ku

E E D h f

= σ

Hình 9.14 : Sơ dồ ứng suất σku của lớp vật liệu toàn khối tầng mặt

p=1

E0

D

E1 σσσσku

h1 Echm

E2

+ Các lớp liền khối tầng móng : xác địnhσku theo tốn đồ hình 3.24

( ; ; )

3 2 1

E E E E D h f

ku =

σ

Hình 3.24 : Tốn ñồ xác ñịnh ứng suất kéo uốn ñơn vị σku ở lớp liền khối của tầng móng

h Echm

p=1

E0

D E1=ETB

σ σ σ σku

h1

E2

E3

h2

Hình 3.24 : Sơ dồ

ứng suất σku ñáy

Trong đó: h1: tổng bề dày lớp kết cấu kể từñáy lớp ñược kiểm tra kéo uốn trở lên

ñến bề mặt áo ñường

E1 : mơ đun đàn hồi trung bình lớp nằm phạm vi h1

D : đường kính vệt bánh xe tính tốn

Echm : mơ đun đàn hồi chung đất lớp nằm phía đáy lớp

vật liệu liền khối ñược kiểm tra

Xác ñịnh ku tt

R

ku tt

R = k1 k2 Rku (3.37)

Trong đó:

Rku : Cường ñộ chịu kéo uốn cho phép vật liệu (MPa)

k2 : hệ số xét ñến suy giảm cường ñộ theo thời gian so với tác nhân khí hậu

thời tiết

+ Các vật liệu gia cố chất liên kết vô lấy k2 = 1,0

+ Bê tông nhựa loại II, bê tông nhựa rỗng loại hỗn hợp vật liệu hạt trộn nhựa lấy k2 = 0,8

+ Bê tông nhựa chặt loại I bê tông nhựa chặt dùng nhựa polime lấy k2 = 1,0

k1 : hệ số xét ñến suy giảm cường ñộ vật liệu bị mỏi tác dụng tải

trọng trùng phục

- ðối với vật liệu bê tông nhựa: k1 = 0,22

e

N 11,11

; (3.38 - ðối với vật liệu ñá (sỏi cuội) gia cố chất liên kết vô

k1 = 2,860,11 e

N ; (3.39)

- ðối với vật liệu ñất gia cố chất liên kết vô

k1 = 2,022,11 e

N ; (3-40)

Ne : số trục xe tính tốn tích luỹ suốt thời hạn thiết kế thông qua

làn xe

+ Với lớp bê tông nhựa chặt loại I bê tông nhựa polime, thời hạn thiết kế

+ ðối với lớp móng gia cố chất liên kết vơ cơ, thời hạn thiết kế ñược lấy thời hạn thiết kế tầng mặt đặt

3.2.5 ÁO ðƯỜNG CỨNG

1 ðẶC ðIỂM VỀ KẾT CẤU CỦA ÁO ðƯỜNG CỨNG

1.1 Khái niệm :

Áo đường cứng : kết cấu có độ cứng lớn, khả chống biến dạng ( mơđun

ñàn hồi) cao hẳn so với ñất đặc biệt có khả chịu uốn lớn, ñó làm việc theo nguyên lý ñàn hồi, diện phân bố áp lực tải trọng xe chạy

ñất rộng

Kết cấu AðC mặt cấu tạo khác với KCAð mềm chỗ lớp kết cấu bêtơng ximăng có cường độ cao, lớp mặt lớp móng

1.2 Phân loại :

- Phân loại theo cấu tạo :

+ Bêtông thường ( Ciment Concrete - CC)

+ Bêtông cốt thép ( Jointet Reinforced Concrete Pavement – JRCP)

+ Bêtông cốt thép liên tục ( Continuously Reinforced Concrete Pavement- CRCP) + Bêtông cốt thép sợi ( Fiber – Reinforced Concrete Pavement – FRCP)

+ Bêtông tựu chặt ( Roller Cmpacted Concrete Pavement – RCCP)

+ Bêtông cốt thép ứng suất trước (Prestressed Reinforced Concrete Pavement ) - Theo phương pháp thi công :

+ Lắp ghép + ðổ chỗ

- Theo kích thước : + Tấm liên tục

+ Tấm có kích thước hữu hạn LxBxh 1.3 Các ñặc ñiểm của áo đường cứng

- Có độ cứng lớn nên chủ yếu chịu uốn, chiều dày ñược xác ñịnh theo

ñiều kiện chịu uốn

Tầng móng

Nền đường

22

-2

4 Bãtäng ximàng M>30

Lớp đệm

sự thay ñổi nhiệt ñộ gây ra, cần phải có giải pháp cấu tạo để tạo điều kiện cho co dãn dễ dàng, cụ thể:

+ Phải chia mặt ñường cứng thành có chiều dài chiều rộng thích hợp + Phải có cấu tạo lớp đệm ( lớp ma sát ) ởñáy

- Chịu mài mịn bánh xe ơtơ nên u cầu mác bêtơng M ≥ 30 (Mpa)

- ðể làm việc với phải ñặt truyền lực bố trí khe dọc, dãn khe co

- Do bêtông có độ cứng lớn nên áp lực truyền lên lớp móng đất nhỏ so với KC mềm, nên giá trị mơđun dàn hồi ñất vật liệu ñều

tăng lên nhiều lần so với tính tốn áo đường mềm

- Các áo ñường ñược phân chia theo ñộ cứng thể ởñộ mềm S ( dùng cho tính tốn mặt đường BTXM lắp ghép)

1.4 Cấu tạo

Hình 3.25 : Cấu tạo mặt đường Bêtơng ximăng

1.4.1 Tấm bêtơng ximăng :

+ Chiều dày :

Bảng 3.14 : Chiều dày tối thiểu của tấm BTXM

TT Trục tính tốn (daN) Chiều dày tối thiểu (cm)

1 500 18

2 10 000 22

3 12 000 24

Bảng 3.15 : Cường độ của bêtơng mặt đường

TT Cấp ñường Cường ñộ chịu

uốn giới hạn tối thiểu (daN/cm2)

Cường ñộ chịu nén giới hạn tối thiểu (daN/cm2)

Mơ đun đàn hồi (daN/cm2)

1 Cấp I , II 45 350 33x104

2 Cấp III, IV,

V

40 300 3.15x104

+ Cường độ bê tơng móng ñường :

Cường ñộ chịu uốn giới hạn tối thiểu 25 (daN/cm2), Cường ñộ chịu nén giới hạn tối thiểu 170(daN/cm2)

+ Tác dụng : Bộ phận chịu lực chủ yếu mặt ñường cứng

1.4.2 Lớp ñệm : Cát

+ Vật liệu : Cát trộn nhựa

Giấy dầu tẩm nhựa ñường ( 1-3 lớp ) + Tác dụng :

- Tăng độ phẳng cho lớp móng - Tạo tiếp xúc tốt móng với đáy

- Giảm hệ số ma sát, giảm phát sinh ứng suất nhiệt

1.4.3 Tầng móng :

- Yêu cầu: phải dùng tầng móng có chất liên kết, ổn định nước, khơng tích lũy biến dạng dẻo, ngăn ñược nước thấm xuống ñất, tiếp xúc tốt với đáy BTXM, khơng để

nước kẹt lại mặt móng, thành lềđường - Cấu tạo:

+ Móng phải làm bêtơng cường độ thấp với h≥ 14cm ñá, ñất, cát gia cố

chất liên kết vô với h≥ (15-16)cm

1:m

1

2 đáy áo đường

b

c B/2

d

Hình 3.26 : Cấu tạo phần lề gia cố của mặt ñường BTXM ñổ tại chỗ

1.5 Các loại khe nối truyền lực

Các loại khe nối:

+ Khe co + Khe dọc

+ Khe dãn + Thanh truyền lực

l l l l

L=(5-6)m

b/2

b/2 B

100 100

1

4 3

I II

1: Khe co 2: Khe dãn

3: Khe dọc

4: Thanh truyền lực

Tri số ngoặc sử dụng

tấm BTXM đặt lớp móng

bằng đá khơng gia cố với

chất kết dính

Hình 3.27a : Sơđồ bố trí khe phân tấm áo đường bêtơng

2 :Lớp thoát nước dày 20cm

b : Dải an toàn hoặc lề gia cố

c : Bề rộng lề

d: Bề rộng thêm của lớp móng

d<(0,3÷0,5)m

I II

15 30 30

30 30 30 30 25

100

Hình 3.27b :Sơđồ bố trí khe nối

Hình 3.28: Một số hình ảnh mặt ñường BTXM

Khe dãn ( Expansion joint)

+ Tác dụng : Làm cho bêtơng di chuyển tự lớp móng giảm ứng suất sinh

trong tấm bêtông có xu hướng dãn nhiệt độ mơi trường lớn thi công

+ Cấu tạo : Có loại khe dãn

*Áp dụng :

- Khe dãn có truyền lực áp dụng đổ bêtơng vệt liên tục, sử dụng thi công máy

- Khe dãn kiểu ngàm áp dụng thi công thủ cơng, đổ bêtơng thành riêng biệt

Khe co :( Contraction joint)

+ Tác dụng : giảm ứng suất bêtơng co ngót thời gian đơng cứng bêtơng làm việc nhiệt độ thấp

+ Cấu tạo : có loại khe co

- Khe co có truyền lực (comb constraction joint) - Khe co kiểu ngàm

*Áp dụng :

- Khe co có truyền lực áp dụng đổ bêtơng vệt liên tục, sử dụng thi công máy

- Khe co kiểu ngàm áp dụng thi công thủ cơng, đổ bêtơng thành riêng biệt

Khe dọc: ( Longitudinal joint)

1.1.1.3.Là 1dạng khe co có tác dụng giảm ứng suất bêtơng co ngót,

nhiệt độ mặt đường thấp

*Nhược điểm của việc bố trí khe nối :

- Làm độ phẳng khơng cao

- Các khe nối vị trí xung yếu, nước thấm xuống lớp móng (cường độ móng giảm (cường độ kết cấu giảm ñi)

- Giảm ứng suất nhiệt, chống nứt 1.5.4 Thanh thép truyền lực ( Dowel)

4

1

8 h/2

50 2,5

0,1-0,5

h/2 h/4

50 0,8−1,2

h/4 0,3-0,8

h/2 h/2

75 a =7-8 b = 6-8 c = 7-8

Quẹt nhỉûa

Martít Qt nhựa Qt nhựa chống

gè di 30 cm Martêt

Martít Gỗ đệm

Quẹt nhỉûa Mảt cỉa

tẩm nhựa Martít δ=1,5

2

a) c)

b) d)

Hình 3.29 : Tải trọng xe truyền qua giữa tấm BTXM

a) Khi khơng có truyền lực b) Khi có truyền lực

Tác dụng truyền lực : Tạo ñiều kiện ñể làm việc với

Bảng3.16 : Các yêu cầu bố trí truyền lực

Chiều dày tấm BTXM (cm)

ðường kính thanh truyền lực (mm)

Chiều dài thanh truyền lực

(cm)

Khoảng cách giữa hai

thanh truyền lực (cm)

<22 20 50 30 100(65)

22-30 25 50 30 100(65)

Thanh truyền lực khe dọc có Φ(10÷12), dài 75cm, đặt cách (60÷ 100)cm

Trị số ngoặc ứng với trường hợp tấm BT đặt lớp móng khơng gia cố chất

liên kết vô cơ

Hình 3.30 : Cấu tạo khe áo đường bêtơng ximăng

a - Khe dãn d - Khe dọc

c- Khe dọc kiểu ngàm 1- Thanh truyền lực

b- Khe co giả 2- ðường nứt giảm yếu tiết diện

Kích thước tính bằng cm

Hình 3.31: Khe dọc khe ngang

+ Thanh truyền lực khe co khe dãn phải thép trịn trơn qt bitum để chuyển dịch to thay ñổi

+ Thanh truyền lực khe dọc thường làm thép có gờ khơng qt nhựa bitum cần tiếp xúc chặt với bêtơng ñể chống BTXM dịch chuyển phía lề Trong khoảng 10cm phạm vi chình khe có mục đích phịng thấm nước qua khe làm rỉ truyền lực

2 CÁC THÔNG SỐ TÍNH TỐN VÀ ƯU NHƯỢC ðIỂM MẶT ðƯỜNG BTXM

2.1 Các thơng số tính tốn

2.1.1 Tải trọng thiết kế hệ số xung kích :

Bảng3.17 :Xác ñịnh tải trọng thiết kế hệ số xung kích tương ứng

Tải trọng trục tiêu chuẩn (daN)

Tải trọng bánh

tiêu chuẩn (daN) Hệ số xung kích

Tải trọng bánh xe tính tốn (daN)

10 000 12 000

9 500

5000 6000

4750

1.2 1.15

1.2

6000 6900

5700

2.1.2 Cường ñộ mơđun đàn hồi của bêtơng:

Bảng3.17 : Xác định cường độ mơđun đàn hồi của bêtơng

Cường ñộ giới hạn sau 28 ngày (daN/cm2) Các lớp kết cấu

Cường ñộ chịu kéo uốn Cường độ chịu nén

Mơđun

ñàn hồi

50 400 350 000

45 350 330 000

Lớp mặt

40 300 315 000

35 250 290 000

30 200 265 000

Lớp móng của mặt đường

bêtơng nhựa 25 270 230 000

2.1.3 Hệ số an tồn hệ số chiết giảm cường độ :

- Hệ số xét ñến tượng mỏi bêtông tác dụng trùng phục tác dụng ñộng tải trọng gây

- Hệ số an tồn phụ thuộc vào tổ hợp tải trọng tính tốn lấy sau :

Bảng 3.18 : Xác định hệ số an tồn hệ số chiết giảm cường độ

Tổ hợp tải trọng tính tốn Hệ số an toàn (k)

Hệ số chiết giảm cường ñộ

(n=1/k )

-Tính với tải trọng thiết kế 0,5

-Kiểm toán với xe nặng 1,7 – 1,53 0,59 – 0,83

- Kiểm tốn với xe xích 1,54 0,65

-Tác dụng ñồng thời hoạt

tải ứng suất nhiệt 1,18 – 1,11 0,85 – 0,9

2.2 Ưu nhược điểm của mặt đường bêtơng ximăng :

2.2.1 Ưu điểm :

- Có cường ñộ cao thích hợp với loại xe kể xe bánh xích - Ổn định cường độ chịu tác dụng nhiệt ñộ ñộẩm - Hệ số bám cao thay đổi ẩm ướt

- Mặt đường có màu sáng nên dễ phân biệt phần mặt đường lề đường( an tồn xe chạy cao

- ðộ hao mịn mặt đường : (0,1÷0,2)mm/1năm

- Tuổi thọ cao : bảo dưỡng tốt sử dụng 30(40 năm - Cơng tác di tu bảo dưỡng

- Có thể giới hóa hồn tồn thi cơng mùa thi cơng kéo dài (thi cơng lắp ghép)

2.2.2 Nhược điểm:

- Do có hệ thống khe nối nên mặt đường khơng phẳng, vận tốc xe chạy không cao

- Tốn thời gian bảo dưỡng lâu (28 ngày BTXM ñổ chỗ )

TÍNH TỐN TẤM BTXM CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY

3.1 Ngun lý tính tốn phương trình vi phân độ võng:

3.1.1 Ngun lý tính tốn:

- Tính tốn theo ngun lý ñàn hồi

- Theo nguyên lý muốn tính tốn nội lực ta phải tìm hàm phản lực lớp móng tác dụng lên đáy với giả thiết sau :

+ ðộ lún mặt lớp móng hồn tồn trùng với độ võng tác dụng

của tải trọng

+ Tấm BT vật liệu ñồng , ñẳng hướng 3.1.2 Phương trình vi phân ñộ võng :

- Gọi ω(x,y) ñộ võng toạñộ (x,y), giả sử lực tác dụng P(x,y) phản lực q(x,y)

- Phương trình vi phân độ võng có dạng sau : 

   

  

∂ ∂ + ∂

∂ + ∂ ∂

4 2 4

4

2

y y x x

L ω ω ω =P(x,y) - q(x,y) (3-41)

Trong :

L : ñộ cứng chống uốn bêtông ximăng L =

) ( 12

h E

2 b b

µ

− (3-42)

Eb, µb : Mơđuyn đàn hồi hệ số Poisson bêtơng, µb =0,15

h : chiều dày bêtơng ximăng (cm)

3.2 Các phương pháp tính tốn mặt đường bêtơng ximăng hiện nay:

3.2.1 Phương pháp Westergard: + Các giả thiết

- Xem BTXM vật thểñàn hồi ñẳng hướng tuân theo giả thiết tiết diện thẳng

- Tính tốn BTXM với vị trí đặt tải trọng : + Tải trọng ñặt

1/2 bề dài Bánh xe nặng p D D=2δ III II I 1/ bê rơ üng tâ úm

Hình 3.32: Các trường hợp tác dụng tải trọng điển hình tấm bêtơng ximăng

( D=2δ )

- Dựa sở hệ số k (xem - móng hệ thống lị xo)

ðể xác ñịnh k ta tiến hành thí nghiệm ñặt ép cứng có đường kính 76cm, tác dụng tải trọng P Tăng dần lực P ñến ñộ lún ñất l =1,27cm, ñọc giá trị P

→ Hệ số : k =

l

P (3-43)

* Tính tốn được cho trường hợp : + Khi tải trọng ñặt :

2 ) 2673 , )(lg ( , h p l b

I = + +

δ µ

σ (3-44)

+ Tải trọng ñặt cạnh :

2 ) 08976 , )(lg 54 ( 116 , h P l b

II = + +

δ µ

σ (3-45)

+ Tải trọng đặt góc :

2 , h P l

III 

              − = δ

σ (3-46)

Trong :

δ : bán kính vệt bánh xe tương đương P : lực tác dụng

h : chiều dày BTXM

µb: hệ số Poisson bêtơng, µb =0,15

4

k L l=

θ

MT MF

P P r

x y

My Mx

0

a) b)

k : hệ số

q = k ω(x,y) : phản lực

So sánh kết với kết quảño ứng suất thực tế cho thấy :

+ Trường hợp I, II: δ≥0,5h ( 2δ =D)và móng tiếp xúc hồn tồn với đáy tấm, kết tính tốn thực tế tương đối phù hợp; móng tiếp xúc khơng tốt với đáy , kết quảứng suất đo lớn lý thuyết khoảng 10%

+ Trường hợp III : ứng suất đo thực tế > tính tốn lý thuyết khoảng (30÷50) %, ta phải hiệu chỉnh lại cơng thức xác định σIII sau :

σIII=3

12 ,

h P l

2

    

  

      

 δ

− (3-47)

Nhận xét về phương pháp :

PP tính ứng suất vị trí đặt tải trọng, khơng xác định ñược ứng suất tải trọng ñặt lân cận vị trí tính tốn, phản ánh khơng điều kiện làm việc BTXM có kích thước thơng thường ( phổ biến)

3.2.2 Tính mặt đường BTXM theo giả thiết xem nền đường bán khơng gian ñàn hồi ( Phương pháp Shekter & Gorbunov – Pocadov)

Chỉ tính cho trường hợp tải trọng đặt tính tốn hệ toạđộ cực sau chuyển hệ trục toạđộ Decac vng góc

Hình3.33 : Sơđồ tính tốn mơmen uốn tải trọng tập trung tác dụng

cách tiết diện tính tốn một khoảng r gây

a- Trong tọa ñộ cực b- Trong tọa ñộðêcac

- Dưới tác dụng tải trọng phân bốđều diện tích hình trịn có bán kính δ, vị

trí đặt tải xuất mơmem tiếp tuyến mơmem pháp tuyến có độ lớn : δ

π µ

a P C M

MT F

2 ) (

−

- Dưới tác dụng tải trọng tập trung cách ñiểm tác dụng tải trọng khoảng r ,

đó xuất mơmem tiếp tuyến mơmem pháp tuyến có độ lớn :

MF=(A+µB)P (3-49)

MT=(B+µA)P (3-50)

Trong :

P : tải trọng tác dụng

δ : bán kính vệt bánh xe tương đương

C :Hệ số có giá trị thay đổi phụ thuộc vào tích số a.δ ( bảng12-7 sách TKð2 ) A, B: hệ số phụ thuộc tích số a.r ( tra bảng 12-7 sách TKð2)

a : ñặt trưng ñàn hồi BTXM, xác ñịnh sau :

3

2

) (

) (

µ µ −

− =

b

b

E E h

a (3-51)

E0, µ0 : mơđuyn đàn hồi hệ số Poisson nền- móng

Eb, µb : mơđuyn đàn hồi hệ số Poisson bê tơng

r : khoảng cách từ vị trí tác dụng tải trọng đến vị trí tính tốn nội lực

ðể thuận lợi cho việc tính tốn ta chuyển nội lực từ hệ toạ độ cực sang hệ trục toạ độ Decac vng góc

Mx = MF cos2θ + MT sin2θ (3-52)

My = MF sin2θ + MT cos2θ (3-53)

Từđó tìm mơmem tổng hợp lớn M→ ứng suất kéo uốn xuất BTXM mặt ñường :

[ ]

[ ]σ σ

σ = ∑ ≤ −>h≥ ∑Mtt

h

M

6

2 (3-54)

A

B

D

C

2δ r=a

b

Hình 3.34: Sơđồ tính tốn mơmen uốn có xét đến

- PP khơng tính US vị trí đặt tải trọng mà cịn tính US tải

trọng đặt cách vị trí tính tốn khoảng r gây

- PP khơng tính cho trường hợp tải trọng ñặt cạnh góc

Vậy để giải hồn tốn mặt đường BTXM tác giả I.A Mednicov giảđịnh

ứng suất xuất tải trọng ñặt phương pháp từ

tìm quan hệ quy đổi hệ số k mơ đun đàn hồi - móng Eo , từ tính ứng suất chiều dày trường hợp tải trọng ñặt cạnh góc sau (22TCN 233-95)

+ Khi tải trọng ñặt :

[ ]σ

α P

h1 = (3-55)

+ Khi tải trọng ñặt cạnh :

[ ]σ

α P

h2 = (3-56)

+ Khi tải trọng đặt góc : h3 =

[ ]σ

α3P (3-57)

3

α α α

phụ thuộc

0 b

E E h δ

( Tra bảng 12-8/ GT thiết kếđường ơtơ tập )

Trong : δ : bán kính vệt bánh xe tương đương h : chiều dày BTXM

Eb, µb : mơđuyn ñàn hồi hệ số Poisson bê tông

µ0 : số Poisson nền- móng

E0 : mơđuyn đàn hồi nền- móng (mơđuyn đàn hồi chung

lớp móng đường BTXM )

4 TÍNH TẤM BTXM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ỨNG SUẤT NHIỆT

4.1 Tính chiều dài của tấm theo ứng suất nhiệt thay ñổi đều tồn bộ tấm

L

Lỉûc ma sạt

a)

b)

c)

c

ptgϕ

Biến dạng trượt

Sæ

ïc

ch

ốn

g

træ

ợt

L/2

Sự thay đổi lực ma sát theo chiều dài

Hình 3.35 : Sơđồ tính tốn xác ñịnh chiều dài tấm ( khoảng cách giữa hai khe co)

- Xét BTXM có bề rộng 1m, chiều dày h, dài L, ñặt móng có góc nội ma sát ϕ, lực dính c

- Khi có thay đổi nhiệt độ có xu hướng dãn co vào, có

cản trở lực ma sát lực dính lớp móng đáy làm BTXM

chuyển vị tự (xuất ứng suất bêtông) 4.1.2 Phương pháp giải :

Các giả thiết :

+ Xem BTXM vật thểñàn hồi ñẳng hướng

+ Khi BTXM dãn co vào phần nằm nguyên chỗ

cịn hai đầu có chuyển vị lớn

Phương pháp giải :

- Xác ñịnh lực chống trượt lớn ñơn vị diện tích Smax :

Smax = P.tgϕ +c = γ.h.tgϕ + c (3-58)

- Xác ñịnh lực chống trượt trung bình đơn vị diện tích Stb :

Stb = 0.7Smax = 0,7 ( γ.h.tgϕ + c) (3-59)

- Xác ñịnh lực chống trượt trung bình tồn :

S = Stb

2 L

B = 0,7.

.L B (

S=0,35(γ.h.tgϕ + c).L (B=1m) (3-61)

Lực sinh ứng suất : W M F S + = σ = h B h S h B S + = h S

4 (B=1m ) (3-62)

Vậy : σ =1,4(γ.h.tgϕ+c).L (3-63)

L ) ( , ] [ c tg h h + ≤ ϕ γ σ (3-64)

Trong :

C : lực dính vật liệu làm lớp móng ϕ : góc nội ma sát vật liệu làm lớp móng

h : chiều dày BTXM

γ : dung trọng BTXM

[ ]σ : ứng suất kéo uốn cho phép bê tông , [ ]σ = (0,35- 0,4 )Rku (3-65)

Rku : cường ñộ giới hạn chịu kéo uốn bê tơng

4.2 Tính tốn ứng suất nhiệt chênh lệch nhiệt giữa mặt mặt dưới của tấm:( to thay đổi khơng đều theo ht )

∆t = t0tr −t0d (3-66)

Trong thời gian sử dụng mặt ñường BTXM, nhiệt ñộ mặt mặt thường khác thở thớ co, dãn khơng làm cho BTXM bị uốn vồng Nhưng tải trọng thân tải trọng tác dụng

tấm khơng thể uốn vồng tự ñược → sinh ứng suất

ðối với có kích thước vơ hạn ứng suất uốn vồng sinh :

) ( b b t E µ α σ − ∆

= (3-67)

Tuy nhiên nhờ hệ thống khe nối ( có kích thước hữu hạn ) ứng suất uốn vồng sinh có chiều dài L , chiều rộng B sau :

) ( b b x t E µ α σ − ∆

= (Cx+µCy) (3-68)

) ( b b y t E µ α σ − ∆

x b b

C t E

) (

2

µ α σ

− ∆

= (3-70)

Trong :

σx : ứng suất uốn vồng theo hướng dọc cạnh (daN/cm2)

σy : ứng suất uốn vồng theo hướng ngang cạnh (daN/cm2)

σ0 : ứng suất uốn vồng theo hướng dọc cạnh (daN/cm2)

Eb, µb : mơđuyn đàn hồi hệ số Poisson bê tông

α : hệ số dãn nở nhiệt bê tông α = 10- ( l/ 0C )

∆t: chênh lệch nhiệt ñộ lớn mặt mặt ∆t= 0,84h Cx, Cy : hệ số phụ thuộc L/l, B/l ( tra tốn đồ H12-10 sách TKð2 )

l : bán kính độ cứng bê tông 

     

=0,6

m ch b

E E h

l (3-71)

Echm : mơđuyn đàn hồi chung lớp móng ñường BTXM

L , B : chiều dài chiều rộng BTXM

Hình 3.36 : Diễn biến nhiệt ñộ bề mặt áo ñường cứng một ngày ñêm

tmax 62,5o ttb, mặt

Nhiệt độ bề mặt có đường BTXM

Nhiệt độ khơng khí

35,6o

Thời gian ngày

o

C

2 10 12 14 16 18 20 22 24

20 40 60

(Giữa hai ñường cong

phần nhiệt ñộ tăng thêm

3.3: HỆ THỐNG THỐT NƯỚC TRÊN ðƯỜNG ƠTƠ

3.3.1 Hệ thống nước mặt nước ngầm của đường ơtơ

1 Hệ thống nước cho đường:

- Hệ thống nước cho đường bao gồm hàng loạt cơng trình biện pháp kỹ

thuật xây dựng đểđảm bảo đường khơng bịẩm ướt

- Hệ thống nước đường ơtơ nói chung bao gồm: hệ thống nước mặt, hệ

thống thoát nước ngầm hệ thống thoát nước ngang mương dọc, mương ngang, hố

thu, lưới chắn rác, hố ga, giếng thăm, rãnh biên, ñỉnh, bậc nước, dốc nước, bể bốc hơi, cống cầu vượt dịng, rãnh ngầm, hào thu nước ngầm

1.1 Tác dụng:

- Tập trung nước đường ngăn chặn khơng cho nước ngấm vào

ñường, ñặc biệt phần đường, đảm bảo đường khơng bị ẩm ướt cải thiện chếđộ thuỷ nhiệt mặt ñường

- ðảm bảo chếñộ ẩm đường ln ln ổn định, khơng gây nguy hiểm cho mặt

đường

1.2 Hệ thống nước mặt: Nước mặt tập trung khỏi phạm vi

ñường qua yếu tố sau:

♦ðộ dốc ñường: bao gồm ñộ dốc ngang ñộ dốc dọc

-ðộ dốc ngang mặt ñường: (in)

Hình 10.1: Trắc ngang tuyến

im

ilgc

ilâ im ilgc ilâ

1 / n

1 / m + ðộ dốc ngang ñường thường dốc từ tim phần xe chạy lề ñường, trừ đường cong bố trí siêu cao dốc từ phía lưng phía bụng đường cong

Bảng 3.1: ( Bảng9 /tr101 TCVN 4054-05)

ðộ dốc ngang của mặt ñường

Loại vật liệu mặt ñường ðộ dốc ngang in (%)

- Bêtơng ximăng bêtơng nhựa 2,0 ÷ 2,5

- Mặt ñường lát ñá tốt, phẳng (cấp phối ñá dăm sử dụng

nhựa) 2,5 ÷ 3,0

- Mặt đường lát đá chất lượng trung bình mặt ñường xếp ñá

(ñá dăm, cấp phối) 3,0 ÷ 3,5

- Mặt ñường ñá dăm, cấp phối, mặt ñường cấp thấp (ñá ba, ñá

hộc) 3,5 ÷ 4,0

+ Ngồi ra, độ dốc ngang mặt đường cịn phụ thuộc vào độ phẳng mặt

đường Mặt đường phẳng, ñộ dốc ngang thiết kế phải dốc nhiều nước đọng mặt đường lâu sức cản dịng chảy lớn, nước mưa bị giữ lại

các nơi trũng ngấm vào mặt ñường, lớp móng ñất

+ Tóm lại ngun tắc độ dốc ngang mặt đường lớn việc đảm bảo nước mặt tốt Tuy nhiên, ñộ dốc ngang lớn gây bất lợi cho xe chạy, cụ thể:

- Xe dễ bị trượt trời mưa ñường trơn

- Tải trọng xe phân bố khơng xuống bánh xe, xe chuyển từ ngồi vào lốp xe phía bánh xe kép bị tải, mịn nhanh lêchj phía

- Gây biến dạng lệch ngang lốp xe làm cho việc ñiều khiển tay lái nặng lốp xe nhanh mịn

⇒ Do đó, độ dốc ngang mặt ñường ñược chọn theo giá trị tối thiểu ñể ñảm bảo thoát nước mặt ñường tuỳ theo vật liệu làm mặt ñường nhưBảng 10.1

- ðộ dốc ngang lềñường: Lềñường bao gồm phần lề gia cố phần lềđất

+ Phần lề gia cố thơng thường ñược làm vật liệu với mặt ñường, ñó ñộ dốc lề

gia cố ñược lấy theo ñộ dốc phần mặt ñường

+ Phần lềđất có độ dốc làm dốc độ dốc mặt ñường, ñược quy ñịnh theo TCVN 4054-98 TCVN 4054-05 ÷ 6%

- ðộ dốc dọc đường: ðể đảm bảo điều kiện nước cho đường độ dốc dọc tối thiểu quy định 0,5%, trường hợp khó khăn cho phép 0,3%

♦ Hệ thống rãnh: gồm có rãnh dọc (hay rãnh biên), rãnh ñỉnh, rãnh tập trung nước

♦ Các cơng trình nước ngang đường: bao gồm cầu, cống, ñường thấm, ñường tràn

♦ Các cơng trình hướng nước uốn suối

1.3 Hệ thống nước ngầm: có rãnh ngầm với tác dụng chặn tập hợp, tháo hạ

mực nước ngầm

2 Quy hoạch hệ thống nước đường ôtô:

2.1 Nguyên tắc chung:

- Phải tiến hành quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước hồn chỉnh bao gồm loại cơng trình nước rãnh, cầu, cống, …

- Các công trình nước phải phối hợp chặt chẽ với Vị trí, kích thước, kết cấu chúng phải hợp lý ñảm bảo hiệu sử dụng cao giá thành hạ Cụ thể: Việc bố

trí hệ thống mương rãnh nước cho đường phải kết hợp với việc bố trí hệ thống cầu,

cống nước qua đường, xác định hướng nước mương rãnh cầu, cống, biện pháp nối tiếp rãnh thoát nước với cầu, cống Ngược lại, bố trí cầu, cống phải xét tới yêu cầu nước nhanh chóng từ mương rãnh

- Việc bố trí cơng trình nước đường phải xét tới yêu cầu tưới tiêu thuỷ lợi, phục vụ nơng nghiệp Ví dụ tuyến đường cắt qua hệ thống tưới tiêu phải có biện pháp bố trí cầu, cống, ống xiphơng , … ñể ñảm bảo việc tưới tiêu ñược bình thường

2.2 Trình tự thiết kế hệ thống nước:

Nói chung, để thiết kế quy hoạch hệ thống nước đường hợp lý qúa trình thiết kế phải phối hợp bình đồ, trắc dọc, trắc ngang tuyến đường với điều kiện

địa hình, ñịa chất, khí hậu, thuỷ văn dọc tuyến phân chia thành đoạn đặc trưng để

có nghiên cứu (cái nhìn) tổng hợp giải vấn đề nước đường Cụ thể

theo trình tự sau:

- Trước hết tiến hành ñiều tra phân tích nguồn nước, xác ñịnh ñỉnh taluy ñường ñào, chân taluy ñường ñắp, vị trí ñống ñất thừa, hồ thùng ñấu, … bình ñồ tuyến

- Khoanh diện tích lưu vực tụ nước chảy vềñường, ñánh giá lưu lượng nước từ lưu vực chảy vềđường, khả đe doạ dịng chảy ñối với ñường

- Căn vào kết quảđiều tra khảo sát tính tốn, bố trí cơng trình nước, cơng trình bảo vệ đường chống lại phá hoại dịng chảy ñối với ñường Cụ

thể:

+ ðối với ñoạn ñường ñào, nửa ñào nửa ñắp, khơng đào khơng đắp (tại tim

đường), đường đắp thấp (≤ 0,6m) bố trí rãnh dọc (rãnh biên) hai bên ñường ñể

+ Bố trí rãnh đỉnh sườn núi để ngăn nước chảy vềñường lưu lượng nước từ

sườn núi lớn, rãnh dọc khơng kịp nước

+ Bố trí mương rãnh dẫn nước từ rãnh ñỉnh, rãnh biên chổ trũng, sông suối hoăc cầu, cống gần ñấy Rãnh dẫn nước phải ngắn nhất, xa ñường tốt nối tiếp thuận lợi với cơng trình nước khác

+ Bố trí vị trí cầu, cống để tạo với hệ thống mương rãnh thành mạng lưới cơng trình nước hợp lý

+ Nếu có nước ngầm gây tác hại tới đường phải bố trí cơng trình nước ngầm kết hợp với hệ thống thoát nước mặt

3.3.2 Cấu tạo loại rãnh dọc, mương dọc

1 Thiết kế rãnh: gồm có rãnh dọc hay rãnh biên (side ditch), rãnh ñỉnh (head ditch) rãnh tập trung nước (gully) với nội dung sau:

- Xác định xác bình đồ tuyến rãnh, vị trí rãnh - ðộ dốc dọc rãnh

- Kích thước mặt cắt ngang rãnh - Hình thức gia cố rãnh

- Tính tốn thuỷ lực rãnh

Ngồi ra, riêng ñối với rãnh ñỉnh rãnh tập trung nước cịn phải xem xét điều kiện

ổn định, kinh tế hiệu thân tuyến rãnh nước

1.1 Ngun tắc chung: Vị trí, tiết diện ñộ dốc rãnh ñược chọn phải ñảm bảo số nguyên tắc sau:

- ðảm bảo lưu lượng tính tốn với kích thước hợp lý

- Tốt gia cố lịng rãnh Ở nơi bị khống chế điều kiện địa hình phải gia cố lịng rãnh vật liệu gia cố nên chọn vật liệu rẻ tiền tận dụng vật liệu

địa phương Kích thước biện pháp gia cố lịng rãnh phải thơng qua tính toán so sánh phương án theo tiêu kinh tế kỹ thuật

- Tốc ñộ nước chảy rãnh Vc khơng nhỏ tốc độ làm lắng ñọng hạt phù sa

Vl, tránh tượng lắng ñọng phù sa ởñáy rãnh làm giảm khả thoát nước rãnh

Theo kết nghiên cứu số tác giả nước tượng lắng ñọng phù sa

xảy khi: + Vl≤ 0,25m/s ñối với bùn, phù sa hạt nhỏ

+ Vl≤ 0,40m/s ñối với cát nhỏ

+ Vl≤ 0,60m/s lịng rãnh bị cỏ mọc kín

- ðồng thời tốc ñộ nước chảy rãnh Vc khơng lớn tốc độ làm xói lỡ

- ðộ dốc dọc rãnh khơng thiết phải cố định mà thay ñổi theo chiều dài rãnh tuỳ trường hợp cụ thể cho đảm bảo điều kiện nước tốt Chẳng hạn như: + Khi lưu lượng nước chảy rãnh khơng đổi Qmax = const lúc để hạn chế

hiện tượng lắng ñọng phù sa ởñáy rãnh nên thiết kế ñộ dốc rãnh tăng dần phía hạ lưu Trường hợp thực tế không xảy

+ Khi lưu lượng nước dọc theo rãnh có giá trị tăng dần phía hạ lưu (do nước từ lưu vực ñổ về) lúc để hạn chế tốc độ nước chảy hạ lưu lớn nên thiết kế rãnh dọc có độ dốc giảm dần phía hạ lưu

- Cố gắng giảm số chổ ngoặt ñể tránh tượng ứ ñọng bùn cát nơi Khi

cần đổi hướng phải thiết kế để rãnh đổi hướng từ từ cho góc ngoặt khơng q 450 bán kính đường cong khơng nhỏ lần chiều rộng mặt rãnh ñồng thời khơng nhỏ 10m

- Cố gắng tìm cách bố trí nhiều chổ nước từ rãnh khe suối hay chổ trũng gần ñấy ñể ñảm bảo đường ln khơ ráo, rãnh khơng bị đầy tràn lịng rãnh khơng bị

xói

- Riêng mép rãnh ñỉnh rãnh dẫn nước phải cao mực nước chảy rãnh chiều cao 0,25m

1.2 Thiết kế cấu tạo:

1.2.1 Rãnh biên (rãnh dọc): ♦ ðiều kiện bố trí rãnh dọc:

Rãnh dọc bố trí

đường đào, nửa ñào nửa ñắp ñắp thấp (quy trình 4054-05 quy định 0,6m)

♦ Mục đích: ñể thoát nước mưa từ mặt ñường, lề ñường, taluy

đường đào diện tích lưu vực hai bên dành cho ñường

♦ Nguyên tắc thiết kế:

Hình 10.2 Thốt nứơc rãnh dọc từ o nn p p

Đào 45

≥ 10

m ≥ 10

- Khơng để nước từ rãnh đường đắp chảy ñường ñào, trừ trường hợp chiều dài ñường ñào ngắn 100m

- Không cho nước chảy từ rãnh khác rãnh ñỉnh, rãnh dẫn nước, rãnh dọc - Phải cố gắng tìm cách tháo nước từ rãnh dọc chổ trũng hay sơng suối gần

đường cho chảy qua đường nhờ cơng trình nước ngang đường cầu, cống,

- Chiều dài rãnh tối ña 500m rãnh tiết diện hình thang 250m rãnh tiết diện hình tam giác Khi chiều dài rãnh lớn giá trị phải bố trí cống cấu tạo

đường kính φ0,75m để nước từ rãnh biên sườn núi bên ñường dẫn

nước từ rãnh dọc phía

- Vị trí nước từ rãnh biên ñường ñắp phải cách xe ñường ñắp ñể ñảm bảo an toàn cho ñoạn ñường ñắp Rãnh dọc ñường ñào ñược thiết kế hướng dần vào thùng đấu (nếu có) bố trí song song với tim đường vị trí đường ñắp 0,5m bắt ñầu thiết kế rãnh tách xa khỏi ñường chiều sâu rãnh

0 (Hình 10.3)

- Khi rãnh biên thiết kế qua vùng canh tác nông nghiệp ñược sử dụng kết hợp làm kênh tưới tiêu kích thước phải chọn theo tính tốn để đảm bảo nước

đồng thời phải có biện pháp đảm bảo đường khơng bị sụt lỡ xói lỡ

- Khi tuyến ñường thiết kế qua khu dân cư, để đảm bảo an tồn rãnh biên nên thiết kế loại rãnh xây đá bêtơng, có lát đan che kín có bố trí hệ thống giếng thu nước mưa (được học chi tiết Chun đềđường - phần đường đơ thị)

♦ðặc điểm cấu tạo:

- Kích thước rãnh điều kiện bình thường chọn theo cấu tạo mà khơng cần tính tốn thuỷ lực rãnh

- Khi rãnh biên khơng dùng để nước mặt ñường, lề ñường diện tích ñất dành cho ñường mà cịn dùng để nước lưu vực hai bên đường kích thước rãnh biên lúc lấy theo tính tốn thuỷ lực rãnh, chiều sâu rãnh khơng

được sâu q 0,8m

+ Tiết diện hình thang: tiết diện ñược dùng phổ biến ñiều kiện ñịa chất bình thường, với cấu tạo nhưHình 10.2a

* Chiều rộng đáy 0,4m

* Chiều sâu tính từ mặt ñất tự

nhiên tối thiểu 0,3m, từ mép

ñắp tới ñáy rãnh tối thiểu (0,7 ÷

0,8)m tối đa (1,0 ÷ 1,2)m

* Taluy rãnh ñường ñào lấy ñộ dốc taluy ñường ñào theo cấu tạo ñịa chất

* Taluy rãnh ñường ñắp

1:1,5 ÷ 1:3

+ Tiết diện hình tam giác thường

được dùng nơi có địa chất tốt,

khó đào chẳng hạn nhưđá, với cấu tạo nhưHình 10.2b

* Chiều sâu tính từ mặt đất tự nhiên 0,3m

* Taluy rãnh ñường ñào lấy ñộ dốc taluy ñường ñào theo cấu tạo ñịa chất

* Taluy rãnh đường đắp lấy 1:3 phía giáp phần xe chạy 1:1,5 cho phía

đối xứng

- ðộ dốc tối thiểu rãnh ñược chọn theo ñiều kiện tránh làm ứ ñọng bùn cát khơng nhỏ 0,5% Trong trường hợp khó khăn cho phép lấy ñộ dốc tối thiểu rãnh 0,3% chiiêù dài khơng lớn 50m

1.2.2 Rãnh đỉnh:

♦ðiều kiện bố trí: Theo TCVN 4054-05, rãnh đỉnh bố trí diện tích lưu vực từ

sường núi đổ vềđường lớn chiều cao taluy ñào ≥ 12m

♦ Mục đích: đểđón nước chảy từ lưu vực sườn núi chảy phía đường nước cơng trình (như cầu, cống), sông suối hay chổ trũng cạnh ñường

♦ Nguyên tắc thiết kế cấu tạo:

- Khi thiết kế rãnh đỉnh phải có quy hoạch hợp lý hướng tuyến, ñộ dốc dọc mặt cắt nước

- Khơng phép tháo nước từ rãnh ñỉnh rãnh dọc ñường

- Số lượng rãnh ñỉnh tuỳ thuộc vào ñiều kiện địa hình, địa chất diện tích lưu vực cụ thể + Khi địa hình sườn núi dốc, diện tích lưu vực lớn, địa chất dễ bị sụt lỡ làm nhiều rãnh đỉnh

H×nh 10.3 TiÕt diƯn r·nh däc

a- h×nh thang ; b- hình tam giác

b)

1 : m

Nền đừơng Rãnh biên

a)

1:m

(0

,7

÷

1,

2)

m

≥

0,

3m

0,4m

Nền đừơng

≥

0,

+ Khi ñộ dốc ngang sườn ñồi nhỏ diện tích lưu vực nước chảy rãnh dọc khơng lớn khơng cần làm rãnh ñỉnh Tuy nhiên, lúc yêu cầu phải kiểm tra khả

năng thoát nước rãnh biên

- Tiết diện rãnh đỉnh: có dạng hình thang với kích thước nhưHình 10.4

* đáy rãnh: có chiều rộng tối thiểu 0,5m * Chiều sâu rãnh h: xác

định theo tính tốn thuỷ lực

đảm bảo mực nước tính tốn rãnh cách mép rãnh 20cm, đồng thời khơng

sâu 1,5m

* Taluy rãnh ñược quy ñịnh 1:1,5

- ðộ dốc rãnh ñỉnh ñược chọn phụ thuộc vào địa hình với giá trị tối thiểu 0,5% (trường hợp ñặcbiệt cho phép 0,3%) ñể ñảm bảo ñiều kiện không làm lắng ñọng bùn cát, phù sa Ngồi ra, độ dốc rãnh đỉnh cịn chọn cho tốc ñộ nước chảy rãnh

khơng gây xói lịng rãnh - Vị trí rãnh đỉnh: + Trên đường đào:

(Hình 10.5)

* Rãnh đỉnh bố

trí cách mép taluy đường đào 5m để

tránh xói mịn trượt mái dốc đường đào đất bị ẩm ướt (vì lịng rãnh bị lắng đọng bùn cát làm nước khơng thể

nhanh ñược)

* ðất thừa ñào rãnh

ñỉnh ñược ñắp sát bờ rãnh tạo thành trạch Bề mặt trạch có dốc ngang 2% phía rãnh chân cách mép taluy đường đào 1,0m

1 : 1,5

≥0,5m

≤

1,

5m

Hình 10.4 Tiết diện rãnh đỉnh

Nền đừơng Rãnh đỉnh

1 : 1, ≥0,20

Hình 10.4 Rãnh đỉnh đừơng đào

Đê đất thừa Con trạch

Rãnh đỉnh

≥1m NÒn

đừơng

R·nh däc (r·nh biªn)

≥1m

I Nền đừơng Rãnh biên

2%

≥5m

≥5m

2%

+ Trên đường đắp: (Hình 10.6) rãnh đỉnh bố trí ñể ngăn nước chảy

ñường ñắp

* Rãnh đỉnh bố trí cách mép rãnh biên 5m có rãnh biên

* Bố trí cách chân taluy đắp 2m khơng có rãnh biên

* ðất ñào rãnh ñỉnh

ñược ñắp thành trạch

về phía đường Bề mặt trạch có dốc ngang 2% phía rãnh

- Tuy nhiên rãnh đỉnh khơng nên bố trí cách

xa đường q làm hạn chế tác dụng rãnh ñỉnh

1.2.3 Rãnh dẫn nước (Rãnh tập trung nước):

♦ Mục đích:

- ðể dẫn nước từ nơi trũng cục cơng trình nước gần - Dẫn nước từ rãnh dọc, rãnh ñỉnh chổ trũng hay cầu, cống

- ðể nối tiếp sông, suối với thượng hạ lưu cống

Hình 10.6 Sơ đồ thiết kế rãnh tập trung nứơc để dẫn nứơc từ nơi trũng đừơng

a- nơi trũng có cống ; b- nơi trng khụng t cng

RÃnh thoá

t nứơ c (dÉ

n nø¬ c)

11,5 13

12,5 10,5 10

12,5 11,5 11

10

11 10,5 10

RÃnh thoá

t nứơ c (dÉ

n nø¬ c)

10 11 12 13 14

12 11

10

13 14

Hình 10.5 Rãnh đỉnh đừơng đắp

Rãnh đỉnh

2%

Nền đừơng

≥5m

Con tr¹ch

Nền đừơng 2%

2m

Hình 10.7 RÃnh tập trung dẫn nứơc từ suối nhỏ công trình nhân tạo suối lớn

RÃnh thoát nứơc Đừơng

D C E

B A

♦ Nguyên tắc thiết kế cấu tạo:

- Rãnh dẫn nước không nên thiết dài 500m ñể tránh nước ñọng rãnh lâu - ðất ñào từ rãnh ñược ñắp thành ñê nhỏ dọc theo rãnh, bề mặt dốc ngang 2%

phía rãnh

- Nếu rãnh nước bố trí dọc theo đường u cầu mép rãnh phải cách chân taluy đường (3 ÷ 4)m, rãnh đường có đê bảo vệ cao (0,5 ÷ 0,6)m

- Tiết diện rãnh: có dạng hình thang với kích thước xác định cụ thể theo tính tốn thuỷ lực rãnh

* Chiều sâu rãnh không nên nhỏ 0,5m Về quan

điểm kinh tế thi cơng nên thiết kế chiều sâu rãnh từ (0,8

÷ 1,0)m, không nên sâu 1,5m

* Chiều rộng ñáy không nhỏ 0,4m

* Mép bờ rãnh phải cao mực nước chảy rãnh 0,2m

- Hướng rãnh dẫn nước nên chọn thẳng tốt Ở nơi chuyển hướng, bán kính đường cong phụ thuộc kích thước rãnh, lấy giá trị từ (10 ÷ 20)B đồng thời khơng nhỏ 10m

Trong đó: B(m) chiều rộng ñáy rãnh dẫn nước

Mở rộng: Phân biệt rãnh ñỉnh rãnh dẫn nước?

≥

0,

5m

≥0,4m : 1,5

≥0,20

1 : 1,5 R·nh dÉn nu'íc

Nền đừơng

- Rãnh đỉnh rãnh bố trí để đón nước sườn lưu vực Do đó, thực tế

thường bố trí taluy dương sườn dốc

- Rãnh dẫn nước bố trí để dẫn nước từ rãnh biên hay rãnh ñỉnh chỗ trũng

sơng, suối, ao, hồ hay cơng trình cầu, cống Do đó, thực tế thường bố trí phía taluy âm sườn dốc

2.2 Dốc nước:

2.2.1 Cấu tạo: (Hình 10.16)

- Tiết diện ngang dốc nước thường thiết kế có dạng hình chữ nhật

- Kích thước tiết diện ngang dốc nước xác định theo tính tốn thuỷ lực Nó phụ thuộc vào yếu tố sau:

+ Lưu lượng thiết kế

+ ðộ dốc dốc nước

+ Tốc ñộ cho phép khơng xói vật liệu làm dốc nước + Kích thước cơng trình nối tiếp với dốc nước

- Vật liệu làm dốc nước làm bêtơng, bêtơng cốt thép, đá xây

- ðể giảm tốc ñộ nước chảy dốc nước, ñáy dốc nước có tạo gờ nhám cuối

dốc nước thường làm bể (giếng) tiêu hay tường tiêu (Hình 10.16)

Hình 10.16 Sơ đồ tính dốc nứơc có giếng tiêu

i < ik

lg

h1 = ho

h2 = ho''

d hδ

i > ik ho

H hk

h1 i < ik

Cèng

2.3 Thiết kế bậc nước: 2.3.1.Cấu tạo:

- Bậc nước có giếng tiêu dạng rãnh (hay kênh) nước có

độ dốc lớn, thường dùng khơng thể bố trí dốc nước ñược

- Tiết diện bậc nước thường ñược thiết kế dạng hình chữa nhật - Vật liệu làm bậc nước thường bêtông, bêtông cốt thép ñá xây

+ Cửa vào

+ Tường đứng hay cịn gọi thành hạ

+ Cửa dạng bậc

ñối với bậc nước bậc tường tiêu ñối với bậc nước nhiều bậc

+ Thành sau Trong đó:

P (m): Gọi chiều cao bậc nước (là chênh cao cửa vào cửa ra)

d (m): Chiều cao tường tiêu

- Kích thước bậc nước bao gồm: chiều rộng, chiều cao bậc nước; chiều sâu, chiều dài bể tiêu năng; chiều cao chiều dài tường tiêu ñược chọn theo tính tốn thuỷ lực tuỳ thuộc vào kích thước cơng trình nối tiếp với bậc nước

H

'

Hình 10.18 Sơ đồ tính bậc nứơc có giếng tiêu

lg

H d p h d P

hk

T

o

T

Cèng h

lT

hk

hk

H lT

lg

3 Chú ý:

- Trong quy hoạch nước đường ơtơ nói chung, tần suất tính tốn thuỷ văn (lưu lượng) cho cơng trình đường bao gồm cầu, cống, kè, rãnh, ñược lấy theo quy

ñịnh tiêu chuẩn Việt Nam TCVN4054-05 phụ thuộc vào cấp thiết kế ñường Cụ

thể nhưBảng 10.5

d

P

Hình 10.17 Các yếu tố cđa bËc nø¬c mét bËc

thành sau d- cửa c- đáy giếng

b- từơng đứng (thành hạ)

Bảng 10.5: (Bảng 30/tr130 TCVN4054-05)

Tần suất tính tốn thuỷ văn cơng trình đường ơtơ Cấp thiết kế của đường

Tên cơng trình

Cao tốc Cấp I, II Cấp III ÷÷÷÷ VI

- Nền đường, kè Theo tần suất tính tốn cầu cống

- Cầu lớn cầu trung 1

- Cầu nhỏ, cống

- Rãnh ñỉnh, rãnh biên 4

Ghi chú: - Cầu lớn: Lc≥ 100m

- Cầu trung 25m ≤ Lc < 100m

- Cầu nhỏ Lc < 25m

Lc khẩu ñộ tỉnh khơng nước

- ðối với dốc nước bậc nước, tần suất tính tốn lưu lượng thiết kếđược lấy theo tần

suất tính tốn lưu lượng tính tốn cơng trình liên quan tới dốc nước bậc nước - Thông thường, cấu tạo dốc nước bậc nước ñược thiết kế theo thiết kếđiển hình (Hình 10.19, 10.20) Trường hợp khơng có thiết kế điển hình phù hợp

tham khảo theo quy ñịnh sau: + Chiều cao dốc nước bậc nước cao mực

nước tính tốn tối thiểu 0,2m

+ ðể chống trượt, mặt ñáy dốc nước phải thiết kế chân khay cắm sâu vào đất từ (0,3 ÷ 0,5)m với khoảng cách từ (2,5 ÷ 4,0)m

+ ðộ dốc dốc nước không nên dốc 1:1,5 Nếu lớn độ dốc phải thiết kế bậc nước

+ Bậc nước thường thiết kế với chiều cao bậc từ (0,3 ÷ 0,6)m độ dốc mặt bậc (2÷3)%

Theo B - B vµ B1 - B1

30

10

0

30

a2

20

20 a2 30

p

1 (p 2)

13

0

a1 B a1

Theo I - I

a1 B a1

Theo A - A vµ A1 - A1

p

1 (p 3)

13

0

a1 B a1

20

a2

30 30

a2

20

30

10

Mặt cắt dọc theo tim

Xây đá vữa ximăng h=25cm lớp đá dăm

hay sái h=15cm

B1 B1 A1 A1 B B A A I I 50 C C 30 10 p p 50 13 85 500 l 20

l1 l2

200 200

(p2 - 0,25) (p1-p2) p1=200 20 13 85

H×nh 10.19 CÊu tạo bậc nứơc bê tông sâu - m

Bình đồ a 30 20 a 20 20 a a a 30 30 B 30 30 60 20 30 60 20 30 35 30 20 20

ống ximăng để thoát nứơc d = 15cm

B + 00 500 l2 l1 25 25

Mặt cắt dọc theo tim dốc nứơc Đoạn vào

Đoạn chuyển tiếp cống

Bình đồ

Lót đá lớp h=10cm lớp sỏi hay đá dăm h= 10cm

2m

+

00

10

0

a

a 20 30 20 30 30

20

20 30

50 50

50 50

50

10

0

10

0

10

0

10

0

10

0

Hình 10.20 Cấu tạo dốc nứơc có độ dốc khơng đổi

Cống dốc bêtông, đá

H

40

100 a

a

a 100 a

38

H

Theo II - II

183 100

φ100

Theo I - I

15

0

38

2m + 300 100 100

100 50

50

1 : m

1 : m

Chương 4 : THIẾT KẾ CẢI TẠO ðƯỜNG Ơ TƠ

§4.1 CƠ SỞ THIẾT KẾ CẢI TẠO ðƯỜNG ÔTÔ

4.1.1 Khái niệm:

+ Cải tạo - sửa chữa:

- Sửa chữa nhỏ - thường xuyên - Sửa chữa vừa - trung tu - Sửa chữa lớn - ñại tu

Giữ nguyên tiêu chuẩn hình học tuyến, hạng mục ñể sau cải tạo, sửa chữa tiêu chuẩn ñược ñảm bảo

+ Cải tạo - Nâng cấp: (Reconstruction) xây dựng lại theo tiêu chuẩn cao hơn, vốn ñầu tư nhiều

4.1.2 Căn cứ cải tạo nâng cấp

2.1 Lưu lượng xe chạy tăng cần phải mở rộng nền, mặt, trình khai thác yếu tố hình học học khơng giữđược ban đầu

2.3 Thành phần dịng xe thay đổi: xe nhiều địi hỏi tốc độ cao, xe tải nặng nhiều kết cấu áo ñường phải gia cường ñể phù hợp vận chuyển chuyên dụng Làm ñường giành riêng cho hệ thống giao thơng cơng cộng

2.4 Dịng chảy thay đổi, thủy văn thay đổi cơng trình nước khơng đáp ứng khả nước dẫn đến bị hư hỏng

2.5 An tồn giao thơng

2.6 Do qui hoạch thay ñổi dẫn đến phân bố lại dịng xe gây ùn tắc nút giao nên cần phải thiết kế tổ chức điều khiển giao thơng nút, xây dựng

nút lập thể

4.1.3 Nguyên tắc chung

- Tận dụng triệt ñể kết cấu, hạng mục có

- Hạn chế thay đổi hướng tuyến không cần thiết

- Phối hợp chặt chẽ quan liên quan: Sở Xây dựng, Sở Kiến trúc, đường sắt, hàng khơng, đường thủy

- Bỏ vốn ñầu tư cải tạo, nâng cấp phải hiệu quả, bền vững hơn, mỹ thuật hơn, an toàn giao thông phải áp dụng tiến KHKT tiên tiến

4.1.4 ðặc điểm:

- Cơng tác ño ñạc, khảo sát phục vụ thiết kế ñược tiến hành cơng trình khai thác

- đánh giá trạng tồn cơng trình thơng qua tiêu: hình học, học, thống kê lâu dài, tỷ mỉ, ựảm bảo ựộ tin cậy từ ựại lượng ngẫu nhiên

§4.2 NỘI DUNG THIẾT KẾ CẢI TẠO ðƯỜNG ÔTÔ

4.2.1 Thiết kế cải tạo tuyến (bình đồ) :

- Khi cải tạo tuyến cần bỏ đoạn tuyến ngoằn ngo khơng hợp lý làm cho xe phải chạy dài dễ xẩy tai nạn

- Cải tạo ñoạn tuyến mà lái xe không rõ hướng tuyến - Cải tạo đường cong nằm có bán kính nhỏ khơng đảm bảo tầm nhìn

Cần ý ñiểm sau :

- ðối với tuyến ñường sau cải tạo có cấp đường tương đương cấp I thiết kế

- ðối với tuyến ñường sau cải tạo có cấp đường tương đương cấp II thiết kế

cải tạo cho phép sử dụng hướng tuyến trùng với hướng tuyến cũ tiêu kỹ

thuật tuyến cũ tương ñương tiêu kỹ thuật tuyến

- ðối với tuyến đường địa phương (VTK nhỏ) khơng thiết phải cải tạo bình đồ

- ðối với tuyến đường cấp III cấp IV khơng hạn chế việc tận dụng hướng tuyến cũ (tận dụng nhiều tốt)

4.2.2 Cải tạo nền ñường:(mở rộng)

4.2.2.1 ðối với ñường vùng ñồng : + Mở rộng bên :

+ Mở rộng bên :

4.2.2.2 ðối với ñường vùng ñồi , núi : nên mở rộng phía ta luy đào

4.2.3 Thiết kế cải tạo trắc dọc : cần cải tạo những ñoạn tuyến sau

- Những đoạn tuyến có cao ñộñường ñỏ thấp ,không ñảm bảo CðTN ñường - Những đoạn tuyến có độ dốc dọc nhỏ chiều dài ñoạn dốc ngắn

- Những ñoạn tuyến có độ dốc dọc lớn chiều dài đoạn dốc lớn - Những đường cong đứng có R nhỏ

*.Các tiêu kỹ thuật ñường cứu nạn :

+ Vị trí đường cứu nạn : nên bố trí bên phải tuyến theo chiều xe xuống dốc , khơng thể bố trí bên phải thi cho phép bố trí bên trái

+ Chiều dài ñường cứu nạn :

L 2g(fV i )

tb tb

2

± =

V = 2.g.l.(f −i)+V02

V : Tốc ñộ xe ởñầu ñường cứu nạn V0: Tốc ñộ xe lúc thắng (phanh)

- Có lấy theo biểu đồ tốc ñộ xe chạy lý thuyết - Lấy theo tình trạng mặt ñường :

Mð xấu V0 = 20 -30 km/h

Mð tốt V0 = 30 -40 km/h

3 3 2 1

tb l l l

l f l f l f f + + + + =

itb : độ dốc dọc trung bình đường cứu nạn

3 3 2 1 l l l l i l i l i itb + + + + =

+ Bán kính tối thiểu đường cong nằm :

) ( 127 max êc sc i V R + = µ % 8 max = sc i 24 . 0 = µ

min 0.0246V

Rsc =

+ Bề rộng - mặt ñường :

- Khi đường từ cấp I - III : Bn= 12m , Bm= 7m

- Khi đường từ cấp IV - V : Bn= 9m , Bm= 5.5m

+ Kết cấu áo ñường :

- ðoạn : (5 - 10)m ñầu tiên : tương ñương vật liệu mặt ñường - ðoạn : (10 - 20)m cuối : cát hạt thơ h=40cm, đống cát H cao 1m

- ðoạn :

+ đá dăm 4x6, dày d=(20 - 25)cm + Cuội sỏi ựồng ựều hạt,dày d=(20- 25)cm

4.2.4 Cải tạo gia cường kết cấu áo ñường:(Renforcement des chaussées)

*Cơ sở :

+ Căn vào bề rộng chất lượng mặt ñường cũ, tên tuổi lớp VL, chiều dày hi, tiêu lý biến dạng lớp VL cũ

+ Căn mơ đun đàn hồi u cầu KC áo đường

* Phần tận dụng

+ Hiện trạng mặt ñường cũ, ñánh giá mức ñộ hư hại

+ Xác định E để xem đoạn có khả tận dụng, ñoạn phải ñào bỏñi

* Phần mở rộng :

+ Mơđuyn đàn hồi ñường E0, vật liệu ñường, ñộ chặt ñường

- Căn lưu lượng xe chạy tính tốn (tải trọng trục) xác định Eyc - Từ Eyc ñề xuất lớp vật liệu mặt ñường cũ

- Phần mở rộng : biết E0, chọn kết cấu chiều dày cáclớp móng để Ech > Eyc.Kdu trữ

* Xác định mơđuyn đàn hồi mặt ñường cũ :Dùng cần ño Benkenmal ñể ño ñộ võng

ñàn hồi KCAð cũ

CHƯƠNG : PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ DỰ ÁN

ðƯỜNG ÔTÔ

7.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

7.1.1 Ý nghĩa của việc phân tích hiệu quả kinh tế :

- Lập dự án ñầu tư xây dựng tuyến ñường: phải chứng minh ñược hiệu kinh tế

- xã hội việc bỏ vốn ñầu tư vào xây dựng tuyến ñường cải tạo nâng cấp tuyến ñường cũ so với phương án không xây dựng, không cải tạo nâng cấp

- Nhờ phân tích tiêu kinh tế - kỹ thuật - xã hội phương án giúp ta chọn phương án tuyến tối ưu

- Chọn tiêu chuẩn hình học đường, phương án kết cấu nền- mặt đường, cơng trình nước cơng trình đường phải thơng qua so sánh kinh tế kỹ thuật ñể chọn phương án tối ưu

71.2 Các khái niệm cơ bản dùng phân tích HQKT dự án đường ơtơ Etc: Hệ số hiệu kinh tế tiêu chuẩn: Etc

Etñ: Hệ số hiệu kinh tế tiêu chuẩn dùng để tính ñổi: Etñ

Hiệu kinh tế tương ñối dùng ñể so sánh PA: Etương ñối

Hiệu kinh tế tuyệt ñối dùng ñểñánh giá hiệu VðT PA chọn: E tuyệt ñối

Hệ số qui đổi chi phí năm gốc (năm 0): pt=1/ (1+Etñ)t hoặc pt=(1+Etñ)t

Thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn: Thv= 1/Etc

Phân biệt lợi ích - lợi nhuận

7.1.3 Phân tích hiệu quả kinh tế phân tích hiệu quả tài của một DA

đường ơtơ

Phân tích HQKT (gọi tắt PT kinh tế) tính tốn phân tích xem cả cộng đồng phải bỏ chi phí thu lại lợi ích suốt q trình XD khai thác DA (đối tượng hưởng lợi ích tồn cộng đồng)

Phân tích HQTC (gọi tắt PT tài chính) tính tốn chi phí của chủđầu tư có xét giá thị trường, thuế, lãi vay, tỷ lệ lạm phát, hối đối lợi nhuận (thu lại)chỉ tổng số tiền thu phí dự kiến, khai thác quĩñất bên, DA BOT

Nếu chỉ xét về mặt KT mọi trường hợp PA chọn PA có HQKT

7.1.3 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật sử dụng so sánh phương án ñường ơtơ :

Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật :

- Chiều dài tuyến, hệ số triển tuyến

- Số lượng ñường cong nằm, ñứng - Trị số Rnằm min, Rñứng

- Trị sốñộ dốc dọc ñường: dốc lớn nhất, Ldmax - ðiều kiện đảm bảo tầm nhìn, đảm bảo an tồn giao thơng

Nhóm chỉ tiêu kinh tế khai thác :

- Tốc ñộ xe chạy trung bình VTB, thời gian xe chạy TTB , hệ số tai nạn tổng hợp Ktn, hệ số an toàn Kat KNTH hệ số mức ñộ phục vụ Z

- Khối lượng xây dựng cơng trình

- Mức độ phức tạp thi công

- Giá thành xây dựng

- Tình hình cung cấp nguyên vật liệu dọc tuyến - Chi phí vận doanh khai thác

- Tổng chi phí xây dựng khai thác tính đổi về năm gốc Ptñ

- Các chỉ số về lợi ích, chi phí NPV, IRR, BCR , thời gian hoàn vốn Thv

Các chỉ tiêu ñểñánh giá chọn phương án :

- Giá thành xây dựng ban đầu : K0 (đồng)

- Chi phí cải tạo, ñại tu, trung tu, sưả chữa thường xuyên : Kct, Kđ, Ktr Cđt

- Chi phí hàng năm cho công tác vận chuyển : Cvct

- Hiệu kinh tế mang lại cho kinh tế quốc dân việc làm ñường cải tạo, nâng cấp đường cũ

-Tổng chi phí xây dựng khai thác quy ñổi năm gốc (phương án có

Ptd nhỏ tối ưu hơn)

- Chỉ tiêu khối lượng loại vật liệu ñắt tiền

7.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ (HOẶC HQTC) DỰ

ÁN ðƯỜNG ƠTƠ

1 Theo qui trình TKAð mềm 22TCN 211 (Nga, VN): Ptñ ->

Theo tiêu chuẩn Tây Âu, Bắc Mỹ: NPV, IRR, BCR

Ưu nhược ñiểm ???

7.2.1 PHƯƠNG PHÁP PT TỔNG CHI PHÍ XD VÀ KHAI THÁC TÍNH ðỔI 1 Khi so sánh chọn phương án KCAð :

Ptd=Ktd+∑

= + S T t t td t E C

1 (1 ) (7.1)

Ktd : tổng chi phí xây dựng tập trung quy đổi năm gốc

Ktd = K0 + ∑

= + ct c n t t td i ct E K

1 (1 ) +∑= +

d d n t t td i d E K

1 (1 ) +

∑

= +

tr

tr n

t td t

i tr

E K

1 (1 ) (7.2)

Trong :

nct, nd, ntr : số lần cải tạo, ñại tu trung tu phương án

tct, td, ttr : thời gian cải tạo, ñại tu trung tu KC tính từ lúc bắt đầu đưa

cơng trình vào sử dụng

Kct, Kd, Ktr : chi phí cải tạo, đại tu trung tu phương án K0 : chi phí XD ban đầu ( lấy theo dự toán )

Kct , Kd , Ktr :phụ thuộc vào loại mặt đường chi phí XD ban đầu K0 ,

các chi phí lấy theo 22TCN 211-06:

Khoảng thời gian (năm) Tỉ lệ chi phí sửa chữa so với vốn đầu

tư ban ñầu (%K0) Loại tầng mặt áo

ñường

ðại tu Trung tu ðại tu Trung tu Sữa chữa t xuyên

Bêtông nhựa ðd trộn nhựa Thấm Nhập nhựa

đá dăm Cấpphối

∑

= +

S

1

t td t

t ) E 1 ( C

:Chi phí khai thác quy đổi năm gốc ∑

= +

S

T

1

t td t

t ) E 1 ( C =∑ = + S T

t td t

â t ) E 1 ( C +∑ = + S T

t td t

VC t ) E 1 ( C (7.3)

TS : thời gian so sánh (thông thường lấy thời gian ñại tu phương án ñắt tiền (bền vững hơn)

â t

C : chi phí tu, SCTX năm năm thứ t

VC t

C : chi phí vận chuyển ở năm thứ t

VC t

C =St.Qt.L (7.4)

St : giá thành vận chuyển hàng ñi 1km năm thứ t St = V g d P g Pbd bd

βγ βγ

+

+ (đồng/tấn.km)

Qt : lượng hàng hố vận chuyển năm thứ t Qt =365.Nt.γ.β.Gtb

γ hệ số lợi dụng tải trọng phụ thuộc loại hàng, (γ =0,90 - 0,95) Nt : lưu lượng xe chạy (xe/ng.ñêm)

β : hệ số lợi dụng hành trình loại xe tham gia vận chuyển

Pbđ : chi phí biến đổi trung bình km hành trình ơtơ (ñồng/xe.km)

Pbñ = λ e.r

e : lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình xe cho 1km (lít/xe.km) r : giá nhiên liệu (đồng/lít)

λ : Tỉ lệ chi phí biến đổi so với chi phí nhiên liệu :

λ = (2,6 ÷ 2,8)

Pcđ : Chi phí cố định trung bình gìờ cho ơtơ (đồng/xe.giờ), (xác

định theo định mức xí nghiệp ơtơ )

V : Tốc độ xe chạy trung bình, tính tốn lấy 0,7 tốc độ kỹ thuật

của xe.V = 0,7Vkt

Vkt : (lấy theo “22TCN 211-93” phải xem xét thực tế trị số

hướng dẫn nhỏ so với thực tế nay) 2 Khi so sánh chọn phương án tuyến :

0 0

1 1

(1 ) (1 ) (1 ) (1 )

d tr s

c d tr

n i n i T q

d q s

c d tr t

td t t t t

i i t

td td td td

K K K K

K K K K K

E = E = E = E

∆ = + + + + + + + + ∑ + ∑ + ∑ + + ∑ = + ∆ S T

t td t

S t ) E 1 ( K

+ K0th + ∑

= +

∆

S

T

1

t td t

th t ) E 1 ( K + ∑ = + S T

t td t

t ) E 1 ( C (7.5)

Trong đó :

Ktd : tổng chi phí xây dựng tập trung quy ñổi năm gốc :

K0 : chi phí xây dựng ban đầu bao gồm chi phí xây dựng đường, mặt đường loại cơng trình đường

Kct, Kd, Ktr : chi phí cải tạo, ñại tu trung tu phương án thời gian so sánh (cải tạo ñường, mặt đường cơng trình)

nct, nd, ntr : số lần cải tạo, ñại tu trung tu thời gian so sánh

tct, td, ttr : thời gian kể từ năm gốc ñến lúc cải tạo, ñại tu trung tu (năm ) TS : thời gian so sánh PA tuyến TS = 10; 15; 20 năm tùy thuộc cấp đường

K0d: chi phí đền bù ñường chiếm dụng ñất nông nghiệp

K0q: tổng vốn lưu động thường xun q trình khai thác năm ñầu tiên

q

K =Q3650.D.T

Q0 : lượng hàng hóa cấn vận chuyển năm ñầu tiên (T)

D : giá thành trung bình vận chuyển hàng (ñồng/tấn)

T : tổng thời gian hàng năm q trình vận chuyển (ngày-đêm)

T = 24365.0,7.L.V

L : cự ly vận chuyển (chiều dài tuyến ñường Km)

V : tốc ñộ xe chạy trung bình tuyến, lấy theo biểu ñồ tốc ñộ xe chạy lý thuyết

q t

K

∆ : số vốn lưu ñộng bỏ thêm vào hàng năm lưu lượng xe chạy tăng lên q t K ∆ = q 0 t N K ) N N ( − td td

P K

K0oto: chi phí để xây dựng sở phục vụ vận tải ô tô : trạm sửa chữa, ga

ätä t K

∆ : chi phí bỏ thêm hàng năm để đầu tư sửa chữa sở phục vụ ôtô

chạy tuyến

ätä t K

∆ =

0

ätä 0 t

N K ). N N

( −

th

K ,Kos : chi phí đầu tưđể xây dựng hệ thống đường sắt, đường thủy chi

phí thêm vào hàng năm ñể sửa chữa ñường sắt, ñường thuỷ (nếu có )

Ct : chi phí thường xuyên thời gian khai thác :

t

C = d

t

C +CtVC +Cttn+Cttx + hk t

C +Ctkhc +Ctcht

d t

C : chi phí thường xun cho sửa chữa đường năm thứ t

VC t

C : chi phí vận chuyển ở năm thứ t

tn t

C : tổn thất cho kinh tế quốc dân tai nạn giao thông năm thứ t

tx t

C : tổn thất cho kinh tế quốc dân tắc xe năm thứ t

hk t

C : tổn thất cho nền kinh tế quốc dân hành khách mất thời gian ñi ñường

ở năm thứ t

khc t

C : tổn thất cho kinh tế quốc dân năm thứ t mạng lưới đường khơng hồn chỉnh

cht t

C : chi phí chuyển tải hàng hóa từ phương tiện sang phương tiện khác năm thứ t

2.2 Phương pháp xác định chi phí thường xuyên :

d t

C : vào dự tốn lấy tỷ lệ % chi phí xây dựng ban

đầu (giống KCAð)

VC t

C =Qt.St.L (ñồng)

Qt : lượng hàng hoá cần vận chuyển năm thứ t

Qt = 365.γ.β.Gtb.Nt

γ : hệ số lợi dụng tải trọng γ =0,90 - 0,95 Nt : lưu lượng xe chạy năm thứ t(xe/ng.ñêm) β : hệ số lợi dụng hành trình , β=0,65

Gtb : trọng tải trung bình loại xe tham gia vận chuyển (căn

thành phần % lưu lượng xe)

L : quãng ñường xe chạy (km) tn

t

C = ∑

= − n I ti i i ti

ti m L C N

a

1

8 . . . .

10 . 365

ati : số lượng tai nạn xảy 100 triệu ôtô/1km ati = 0,009.Ki2-0,27Ki+34,5

Ki : hệ số tai nạn tổng hợp năm thứ t ñoạn ñường thứ i Li : chiều dài ñoạn ñường thứ i

Nti : lưu lượng xe chạy năm thứ t ñoạn ñường thứ i (xe/ng.ñêm)

mti : hệ số mức ñộ thiệt hại vụ tai nạn giao thông năm thứ t ñoạn ñường thứ i

mti =∏

11

i

m

Các mi xác ñịnh từ bảng 4-7/P86 – tài liệu Hướng dẫn TKð ôtô –

Phan Cao Thọ NXB GTVT 1996

Ci : tổn thất trung bình cho vụ tai nạn giao thông xảy ñoạn

ñường thứ i năm thứ t

tx t

C = t tx TC

E t D Q 288 . . ,

Q’t: lượng hàng hóa tắc xe năm thứ t (lượng hàng hóa ứđọng)

ttx : thời gian tắc xe

D : đơn gía trung bình cho hàng phải dự trữ tắc xe gây ETC : hệ số hiệu kinh tế tiêu chuẩn ETC=0.1

hk t

C = 365

              + +      

+ chb b

b t b c c ch c t

c V t H

L N H t V L N C

Nct, Nbt: LL xe con, xe buýt năm thứ t

L : chiều dài quãng ñường (km)

Vc, Vb : vận tốc xe con, xe buýt c

ch

t , tchb : thời gian chờñợi xe con, xe buýt

C : tổn thất trung bình cho kinh tế quốc dân hành khách (ñồng/h.người)

khc t

C : cho phép bỏ qua tính tốn (chờ TK tuyến ñường )

cht t

C = Qt.Z

Z : chi phí bốc dỡ hàng (đồng/tấn)

7.2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH THEO TIÊU CHUẨN TÂY ÂU- BẮC MỸ

7.2.2.1 Giá trị thực tính đổi NPV (net present value)

t t n

t

t C p

B

NPV ( )

0

−

=∑

=

(Bt-Ct): lợi ích dịng thu năm thứ t Bt (benefit): lợi ích DA thu năm t

9

1

i t t

i

B B

=

=∑ rt Có trường hợp: ENPV FNPV

NPV>0 DA có HQKT, DA có NPV lớn DA có HQKT

7.2.2.2 Suất thu hồi nội IRR ( Internal Rate Return)

7.3 ðÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN THEO KHẢ NĂNG THÔNG

HÀNH VÀ MỨC ðỘ GIAO THƠNG THUẬN TIỆN

7.3.1 Năng lực thơng hành thực tế của ñường :

- Năng lực thơng hành suất dịng lớn mà người xe thơng qua

mặt cắt hay ñoạn ñường ñơn vị thời gian ñiều kiện định đường , giao thơng tổ chức giao thông

Năng lực thông hành phụ thuộc vào ñiều kiện ñường, ñiều kiện thời tiết, tốc ñộ

thành phần dòng xe phụ thuộc ñặc ñiểm tổ chức giao thông

- Do lực thơng hành thay đổi nhiều với ñoạn ñường khác - Nếu tuyến có lực thông hành thấp gây ùn tắc trở ngại cho giao thơng tuyến Vì so sánh phương án thiết kế phải tính tốn lực thơng hành ñoạn phương án tuyến ñể kiểm tra mức ñộ ñáp ứng nhiệm

vụ thiết kế ñánh giá mức ñộ thuận lợi xe chạy ñối với phương án

- Năng lực thơng hành tính theo loại xe (thường xe con), loại xe khác tính đổi xe theo hệ số tính đổi

- ðể tính tốn lực thơng hành thực tế áp dụng phương pháp

TSKH V.V.Xilianôp : i tt

N =Nmax. i

Nmax : lực thông xe lớn (xe/h)

i

β : hệ số xét ñến ảnh hưởng ñiều kiện ñường khác

nhau làm giảm lực thơng xe so với điều kiện xác định Nmax

- Khi tính tốn lực thơng hành thực tế lớn Nmax = (1800 - 2000 ) xcqđ/h/làn

3.1 Hệ số sử dụng năng lực thơng hành :

- Cơng thức xác định : Z = i

tt

N N

Trong :

N : lưu lượng xe chạy thực tế ñoạn thứ i thời ñiểm ñánh giá

mức ñộ thuận tiện

i tt

N : lực thông hành thực tế xác định công thức :

i tt

N =Nmax.β1i β i2

i 13

β (xecon/h/lan)

- Như Z lớn mật ñộ xe chạy ñường lớn, cản trở lẫn xe chạy ñường lớn mức độ giao thơng thuận tiện giảm đi, ngược lại mức

độ giao thơng thuận tiện tăng lên

7.4 ðÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN THEO MỨC ðỘ AN TỒN

GIAO THƠNG

Mức độ đảm bảo giao thơng đoạn tuyến ñược ñánh giá theo phương pháp dựa vào hệ số tai nạn hệ số an toàn ñoạn

Hệ số tai nạn :

- Hệ số tai nạn tổng hợp (Ktn) ñược xác ñịnh tích số 14 hệ số tai nạn

riêng biệt yếu tố tuyến có ảnh hưởng ñến khả xảy tai nạn Ktn=k1.k2.k3 k14

Trong ki tỉ số số tai nạn đoạn tuyến với số tai nạn xảy

trên tuyến chuẩn (tuyến thẳng, khơng có dốc, bề rộng phần xe chạy 7,5m, lề rộng

có gia cố )

Các hệ số ki ñược xác ñịnh sau :

- Hệ số k1 xét ñến ảnh hưởng lưu lượng xe chạy N (xe/ng.ñêm)

N (xe/ng.ñêm) 500 2000 3000 5000 7000 >9000 Hệ số k1 0,40 0,50 0,75 1,00 1,40 1,70

Hệ số k2 (lề có gia cố ) 2,20 1,50 1,35 1,00 0,80

Hệ số k2 (lề không gia cố ) 4,00 2,75 2,5 1,50 1,00

- Hệ số k3 xét ñến ảnh hưởng bề rộng lề :

Bề rộng lềñường (m) 0,5 1,5 2,0 3,0

Hệ số k3 2,2 1,4 1,2 1,0

- Hệ số k4 xét ñến ảnh hưởng ñộ dốc dọc i:

ðộ dốc dọc i(0/00) 20 30 50 70 80

Hệ số k4 (không dải phân

cách) 1,00 1,25 2,50 2,80 3,00

Hệ số k4 (có dải phân

cách) 1,00 1,00 1,25 1,40 1,50

- Hệ số k5 xét đến bán kính cong bình đồ R : R

(m) ≤50 100 150 200÷300 300÷600 1000÷2000 >2000 Hệ

số k5

10,00 5,40 4,00 2,25 1,60 1,25 1,00 - Hệ số k6 xét ñến tầm nhìn thực tế đảm bảo đường (bình đồ

hoặc trắc dọc):

Tầm nhìn đảm bảo (m) 100 200 300 400 ≥500 Hệ số k6 (trên bình đồ) 3,0 2,3 1,7 1,2 1,0 Hệ số k6 (trên trắc dọc) 4,0 2,9 2,0 1,4 1,0

- Hệ số k7 xét ñến bề rộng phần xe chạy cầu (thông qua r : hiệu số chênh lệch khổ cầu bề rộng phần xe chạy ñường ) :

Hiệu số r (m) <0 0 ÷ >1

Hệ số k7 6,0 3,0 1,5 1,0

- Hệ số k8 xét ñến ảnh hưởng chiều dài ñoạn thẳng

Chiều dài ñoạn thẳng

(km) 10 15 20 ≥25

Hệ số k8 1,0 1,1 1,4 1,6 1,9 2,0

- Hệ số k9 xét ñến lưu lượng xe chạy (xe/ng.ñêm) chỗ giao mức :

Lưu lượng xe

(xe/ng.đêm) <1000 1600÷3500 3500÷5000 5000÷7000

- Hệ số k10 xét ñến ảnh hưởng hình thức giao có đường nhánh

Giao khác mức K10=0,35

Giao mức lưu lượng xe chạy ñường cắt

chiếm (10% lưu lượng tổng cộng ñường K10=1,50

Giao mức lượng xe chạy ñường cắt chiếm (10(

20)% K10=3,00

Giao mức lượng xe chạy ñường cắt chiếm >20% K10=4,00

- Hệ số k11 xét ñến ảnh hưởng tầm nhìn thực tế đảm bảo chỗ giao

nhau mức có đường nhánh :

Tầm nhìn (m) >60 60 ÷ 40 40 ÷ 30 30 ÷ 20 < 20 Hệ số k11 1,00 1,10 1,65 2,50 10,00

- Hệ số k12 xét ñến số xe chạy phần xe chạy :

Số xe (m) 4 (có dải phân cách)

Hệ số k12 1,00 1,50 0,80 0,65

- Hệ số k13 xét ñến ảnh hưởng khoảng cách từ nhà cửa bên ñường ñến

phần xe chạy :

Khoảng cách 15 - 20m, có xe địa phương K13=2,50

Khoảng cách 5- 10m, có vỉa hè K13=5,00

Khoảng cách 5m, khơng có xe địa phương có vỉa hè K13=7,50

Khoảng cách 5m, khơng có xe địa phương, khơng có vỉa

hè K13=10,00

- Hệ số k14 xét ñến ảnh hưởng hệ số bám ( mặt đường tình trạng mặt

đường:

Hệ số bám ( 0,20 ÷

0,30 0,40 0,60 0,70 0,75 Tình trạng mặt đường Trơn Khô Sạch Nhám Rất nhám

Hệ số k14 2,50 2,00 1,30 1,00 0,75

- Ảnh hưởng ñộ dốc siêu cao đến tai nạn giao thơng, xác định thơng qua việc

tính bán kính tương đương Rtđ :

R i i R

lc lc

R R tâ

+ ϕ

ϕR, iR : hệ số bám ngang ñộ dốc ngang đoạn đường vịng bán kính R xét

ϕlc, ilc : hệ số bám ngang ñộ dốc ngang đoạn đường lân cận với đoạn đường vịng

Với Rtñ ta ta xác ñịnh ảnh hưởng ñến tai nạn giao thông thông qua hệ số k5

ðể ñánh giá phương án thiết kế ñường mức độ an tồn giao thơng , ta chia bình đồ trắc dọc tuyến thành ñoạn tính hệ số tai nạn

riêng biệt tương ứng Kết lập biểu ñồ hệ số tai nạn dọc tuyến Hệ số an toàn :

-Hệ số an tồn (Kat) đoạn tuyến xác ñịnh tỉ số vận tốc xe chạy ñược ñoạn ñang xét vận tốc ñoạn kế trước

- Ý nghĩa hệ số an tồn : hệ số nhỏ chênh lệch vận tốc ñoạn lớn xác suất xảy tai nạn lớn

- Tốc độ xe chạy để tính tốn vận tốc xe chạy lý thuyết xác định ơtơ du lịch Vận tốc xe chạy ñường cong nằm đường cong đứng tính theo cơng thức dựa vào bán kính giá trị giới hạn hệ số bám ngang đảm bảo xe khơng bị lật

- ðể xét tới trường hợp bất lợi an tồn, tính tốn vận tốc cần thực hiệu chỉnh sau :

+ Không xét tới chỗ hạn chế tốc ñộ yêu cầu tổ chức giao thông

+ Không xét tới chỗ hãm phanh ñể giảm tốc trước vào ñoạn có hạn chế tốc

độ Chỉ cần xác định ñược tốc ñộ tối ña cuối ñoạn mà khơng cần xét tới điều kiện xe chạy ñoạn sau

- Biểu ñồ hệ số an toàn theo chiều xe chạy ñược xác ñịnh ta xác ñịnh ñược biểu ñồ vận tốc xe chạy thường lập Nếu ñiều kiện xe chạy theo chiều khác ta cần vẽ tính hệ số an tồn cho chiều có tốc độ cao

- Tiêu chuẩn ñánh giá mức ñộ an toàn xe chạy theo hệ số an toàn : Kat <= 0,4 : nguy hiểm

Kat = 0,4 - 0,6: nguy hiểm Kat = 0,6 - 0,8 : nguy hiểm Kat > 0,8 : không nguy hiểm

+ Khi thiết kếñường mới, phải ñảm bảo ñoạn tuyến ñều có Kat>=0,8 + ðối với ñồ án cải tạo ñại tu ñường , phải ñảm bảo Kat≥ 0,6

- ðối với tuyến ñường ñang khai thác, biểu đồ hệ số an tồn có thểđược vẽ thông qua việc quan trắc vận tốc xe chạy thực tế ñoạn ñường