2.1.THIẾT KẾ TUYẾN TRấN BèNH ĐỒ:
2.1.1.Nguyờn tắc thiờ́t kờ́:
2.1.1.1.Những căn cứ để vạch tuyến trờn bỡnh đồ:
Để vạch được tuyến trờn bỡnh đồ cần dựa vào cỏc căn cứ sau :
- Tỡnh hỡnh địa hỡnh, địa mạo, địa chất thủy văn … của khu vực tuyến đi qua. -Bản đồ địa hỡnh tỉ lệ 1/10,000 vựng đồi nỳi, chờnh cao giữa 2 đường đồng mức cỏch nhau h = 5 m.
- Cấp thiết kế của đường là cấp III, tốc độ thiết kế là 60 Km/h. - Nhu cầu phỏt triển kinh tế trong tương lai của vựng tuyến đi qua.
- Xỏc định đường dẫn hướng tuyến chung cho toàn tuyến và từng đoạn cục bộ.
2.1.1.2.Quan điểm người thiết kế :
- Vạch tuyến qua cỏc điểm khống chế.
- Do địa hỡnh khu vực hỡnh thành nhiều đường tụ thủy nờn cỏc hướng tuyến sẽ cố gắng bỏm sỏt để giảm số lượng cống ,đồng thời giảm lưu lượng nước chảy về cống.
- Tại điểm B24 cuối tuyến cú một ngọn đồi nhỏ và khụng cao nờn ta sẽ cú hai đường dẫn hướng vào qua bờn trỏi và bờn phải ngọn đồi này từ A24 và kết thỳc ở B24.
-Tại 1 số lưu vực mà tại đú tuyến đường đi qua bỏm theo bờn sườn nỳi, đến điểm vượt yờn ngựa bỏm sang sườn nỳi đối diện,dốc một mỏi,nước từ rónh biờn đổ về điểm điểm yờn ngựa thỡ cú thể lợi dụng địa hỡnh để thoỏt nước rónh mà khụng cần phải bố trí cống cho lưu vực đú.
2.1.2.Xỏc định cỏc điểm khống chờ́:
Tuyến thiết kế nằm trong khu vực chõn nỳi, hỡnh thành bởi cỏc dóy nỳi bao quanh và khụng giao cắt cỏc cụng trỡnh giao thụng khỏc... nờn điểm khống chế tuyến phải đi qua bao gồm: Điểm đầu tuyến A24, điểm cuối tuyến B24.
Khu vực tuyến cú điều kiện và địa chất, địa chất thuỷ văn thuận lợi khụng cú đầm lầy, đất yếu, trượt lở và khụng cú mực nước ngầm sỏt mặt đất, nờn khụng cú những điểm cần trỏnh.
2.1.3.Xỏc định bước Compa:
Để xỏc định vị trí đường dẫn hướng tuyến dốc đều trờn bỡnh đồ, dựng cỏch đi bước compa cố định cú chiều dài:
M i h l d 1 ì ∆ = (mm).
Với: ∆h: Chờnh lệch giữa hai đường đồng mức gần nhau, ∆h=5000mm. Id= Idmax-2(%) Với độ đốc dọc lớn nhất idmax =7(%) M 1 : Tỷ lệ bỡnh đồ, 1 1 10000 M = Vậy 0 0 5000 1 10 5 10000 l= ì = mm.
2.1.4.Lập cỏc đường dẫn hướng tuyờ́n:
Vỡ địa hỡnh khu vực tuyến đi qua là vựng nỳi ,nhưng do chạy dọc theo đường tụ thủy nờn vẫn cú những chỗ khỏ thoải cho nờn đường dẫn hướng tuyến được vạch theo “ lối đi tuyến gũ bú” kết hợp ‘lối đi tuyến tự do’ .Đường dẫn hướng tuyến là đường nối qua cỏc điểm khống chế, ở những đoạn tuyến sườn dốc khú khăn ta sử dụng bước compa để vạch một đường dẫn hướng tuyến sơ bộ.
Do tại vị trí điểm B24 cuối đoạn tuyến xuất hiện một ngọn đồi nhỏ nờn đường dẫn hướng tuyến của ta sẽ gồm hai phương ỏn vũng sang trỏi và sang phải để đi từ A24 đến B24.
2.1.5.So sỏnh sơ bộ hai phương ỏn tuyờ́n:
Chỉ tiờu so sỏnh Đơn vị P.ỏn 1 P.ỏn 2
Chiều dài tuyến m 6200 6100
Hệ số triển tuyến - 1.087 1.069
Số lần chuyển hướng Lần 7 9
Gúc chuyển hướng max Độ 55º43’09’’ 48017’18’’
Cống Cỏi 13 15
Bỏn kính đường cong nằm nhỏ nhất sử dụng m 250 250 Để so sỏnh chọn 2 phương ỏn tuyến lập dự ỏn khả thi sơ bộ ta dựa vào cỏc chỉ tiờu đó tính toỏn ở bảng 1.7
-Phương ỏn 1:
Ưu điểm : Nhỡn chung,nếu căn cứ vào cỏc chỉ tiờu hỡnh học phương ỏn 1 sẽ tốt hơn với số đường cong ít hơn,cỏc bỏn kính đường cong lớn hơn,gúc chuyển hướng nhỏ,tuyến đi hài hũa,khụng đổi hướng tuyến liờn tục,cú chiều dài đoạn chờm giữa hai đường cong lớn.
Nhược điểm:Tuyến cú nhiều đoạn khụng ụm sỏt theo điều kiện địa hỡnh. Cú 1 số khu vực cú lưu vực rộng,lượng nước chảy về cống lớn khiến cho ta phải xõy dựng cống cú khẩu độ cống lớn hơn.
-Phương ỏn 2 :
Ưu điểm :Tuyến bỏm sỏt địa hỡnh,đào đắp xen kẽ,chờnh lệch khối lượng đào đắp khụng lớn.Tuyến cú chiều cao trung bỡnh đất đắp nhỏ,giỳp nền đường ổn định hơn.Chi phí xõy dựng cống,nền đường nhỏ hơn,điều kiện thi cụng thuận tiện.
Nhược điểm : Nhiều đường cong nằm bỏn kính nhỏ liờn tiếp, phải thi cụng nhiều cống hơn trờn toàn tuyến
2.1.6.Tớnh toỏn cỏc yờ́u tố đường cong nằm hai phương ỏn:
Cỏc yếu tố của đường cong trũn bỏn kính R, gúc chuyển hướng α khi chưa bố trí đường cong chuyển tiếp theo 3.1.7[4]:
- Chiều dài đường tang của đường cong:
T = R.tg(2 α
)(m) - Phõn cự của đường cong:
− = 1 2 cos 1 . α R P (m) - Chiều dài của đường cong:
0 180 . . R K =απ (m) Kết quả tính toỏn cỏc yếu tố cong tại phụ lục I.1. 2.2.THIẾT KẾ TRẮC DỌC:
2.2.1.Quan điểm thiờ́t kờ́ trắc dọc:
Khi thiết kế đường đỏ cố gắng bỏm sỏt đường tự nhiờn bằng cỏch sử dụng nhiều đoạn đổi dốc ,với độ dốc dọc lớn (≤
idmax =7%).
Tuyến thiết kế thuộc vựng nỳi ,cấp III cú vận tốc thiết kế 60km/h nờn chấp nhận đào đắp nhiều nhằm khắc phục những vị trí khụng thỏa món bước compa.
Tuyến thiết kế cú nhiều cống nờn khi bố trí những đường cong đứng cố gắng cho đỉnh đường cong lệch khỏi vị trí đặt cống.
Bố trí đỉnh đường cong đứng trựng hoặc lệch so với đỉnh đường cong nằm khụng quỏ ẳ chiều dài đường cong ngắn nhất.Nếu điều kiện khụng cho phộp bố trí đỉnh cong đứng nằm ngoài đường cong nằm.(6.5.2[1])
Tuyến nhiều cống nờn phải chỳ ý cao độ đường đỏ phải cao hơn mực nước dõng của cống trỏnh nước tràn đường.
Đảm bảo tuyến đi điều hũa trong khụng gian theo mục 6.4[5].
2.2.2.Xỏc định cỏc cao độ khống chờ́:
Cao độ khống chế buộc đường đỏ 2 phương ỏn phải đi qua: - Điểm đầu tuyến A24 :455.0m.
- Điểm cuối tuyến B24:480.0m.
Cao độ buộc đường đỏ phải lớn hơn hoặc bằng:
- Cao độ tối thiểu của nền đường đắp trờn đỉnh cống. - Cao độ để đường đỏ khụng bị ngập nước.
- Cao độ tối thiểu tại những vị trí đặt cống với giả thuyết chiều dày lớp kết cấu ỏo đường là 60cm, chiều dày ống cống trũn bằng Φ/12.5 Kết quả trong phụ lục I.2.
2.2.3.Thiờ́t kờ́ đường đỏ,lập bảng cắm cọc hai phương ỏn:
2.2.3.1.Thiết kế đường đỏ:
Căn cứ vào cỏc nguyờn tắc thiết kế, đặc điểm địa hỡnh tuyến, cao độ cỏc điểm khống chế ta thiết kế đường đỏ cho hai phương ỏn như sau:
-Sơ bộ vạch vị trí đường đỏ bỏm sỏt cỏc điểm khống chế và cỏc điểm mong muốn.
-Thoả món cỏc chỉ tiờu kỹ thuật theo bảng 1.7 2.2.3.1.1.Mụ tả trắc dọc phương ỏn 1 :
Xuất phỏt từ điểm A (cao độ455) xuống dốc với độ dốc 1,71% dài 204,75m , lờn dốc 4,38% dài 195,25m , xuống dốc 0,87% dài 195m , lờn dốc 1,43% dài 405m, lờn dốc 0,59% dài 550,27m, lờn dốc 1,7% dài 349,80m , lờn dốc 1,10% dài 299,93m , lờn dốc 2,.53% dài 500,00m , lờn dốc 1,02% dài 332,77m , lờn dốc 2,63% dài 367,16m , xuống dốc 0,54% dài 800,06m , xuống dốc 2,46% dài 600,57m, xuống dốc 1,22% dài 303,11m , lờn dốc 1,49% dài 296,32m, xuống dốc 1,25% dài 241,16m , lờn dốc 2,89% dài 199,.17m cuối cựng xuống dốc 1,47% dài 359,66m để về B (cao độ 481,23m).
2.2.3.1.2. Mụ tả trắc dọc phương ỏn 2 :
Cũng xuất phỏt từ điểm A (cao độ455) lờn dốc 2,32% dài 241,00m , xuống dốc 2,67 % dài 259,05m , xuống dốc 0,44% dài 200,05m, lờn dốc 0,83% dài 400,07m, lờn dốc 1,76% dài 499,82m , lờn dốc 0,97% dài 1000m , lờn dốc 1,07% dài 800,08m , lờn dốc 2,27% dài 299,92m , lờn dốc 0,75% dài 524,25m , xuống dốc 2,82% dài 166,72m , xuống dốc 1,05% dài 309,03m, xuống dốc 0,95% dài 600,00m , xuống dốc 0,73% dài 300,00m, cuối cựng xuống dốc 0,79% dài 500m để về B (cao độ 481,23m).
2.2.3.2.Xỏc định vị trớ điểm xuyờn.
Khi thiết kế đường đỏ thỡ vị trí điểm xuyờn ta dựng phần mềm NovaTDN 2005 để xỏc định và cho kết quả.Tại vị trí điểm xuyờn thỡ cao độ đường đỏ thiết kế bằng cao độ tự nhiờn.
2.2.3.3.Cỏc yếu tố cong đường cong đứng:
Đường cong đứng được bố trí khi cú hiệu đại số của hai đoạn đổi dốc >1% (theo 5.5.1[1])Cỏc yếu tố của đường cong đứng được tính toỏn trờn phần mềm NovaTDN 2005 và cho kết quả tính toỏn cỏc yếu tố cong đường cong đứng như phụ luc I.3.
K = R(i1 - i2). [Chiều dài đường cong đứng] T = K/2 (chiều dài đường tang).
P = T2/2R (phõn cự)
2.2.3.4.Bảng cắm cọc 2 phương ỏn:
Sau khi dựng phần mềm NovaTDN 2005 thiết kế 2 phương ỏn tuyến ta lập được bảng cắm cọc 2 phương ỏn như trongphụ lục I.4,và phụ lục I.5.
2.3.THIẾT KẾ TRẮC NGANG
2.3.1.Nguyờn tắc thiờ́t kờ́:
Mặt cắt ngang đối với đường cấp III, tốc độ thiết kế 60km/h gồm cỏc yếu tố sau: - Phần xe chạy: 2 ì 3,0m
- Phần lề đường: 2 ì 1,5 m.trong đú : Phần lề cú gia cố: 2 ì 1,0 m.
Lề đất: 2 ì 0,5 m - Bề rộng nền đường : 9 m
- Độ dốc ngang của mặt đường : 2% - Độ dốc ngang của lề đất : 6%.
- Mỏi dốc taluy thiết kế theo bảng 24[1]và bảng 25[1].Đất trong khu vực tuyến đi qua là đất ỏ sột lẫn sỏi sạn nờn chọn taluy nền đắp là 1:1.5, taluy nền đào là 1:1.
Từ cỏc yờu cầu trờn, cỏc dạng trắc ngang của 2 phương ỏn tuyến như sau:
- Dạng nền đường đào: Độ dốc mỏi ta luy là 1:1, rónh dọc hỡnh thang cú kích thước đỏy rónh là 0.4m, chiều sõu rónh là 0.4m, ta luy rónh là 1:1.
- Dạng nền đắp: Độ dốc mỏi ta luy là 1:1.5
- Dạng nền nửa đào - nửa đắp: ta luy đào là 1:1, ta luy đắp là 1:1.5.
2.3.2.Thiờ́t kờ́ trắc ngang điển hỡnh:
Địa hỡnh miền nỳi, nhưng cú độ dốc ngang sườn nhỏ nờn ta cú cỏc loại mặt cắt ngang điển hỡnh sau :
Cỏc dạng nền đường đắp : - Nền đường đắp cú siờu cao. - Nền đường đắp hoàn toàn.
- Nền đường đắp thấp cú siờu cao và khụng cú siờu cao. Cỏc dạng nền đào :
- Nền đường đào cú siờu cao. - Nền đường đào hoàn toàn.
Cỏc dạng nền đường nửa đào, nửa đắp :
- Nền đường nửa đào, nửa đắp cú siờu cao và khụng cú siờu cao. - Nền đường thiờn về đào.
- Nền đường thiờn về đắp.
2.4.THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Yờu cầu đối với ỏo đường:
Đối với đường cấp III miền nỳi, tốc độ thiết kế V=60 Km/h.
- Độ nhỏm: Lớp trờn cựng phải cú một lớp tạo nhỏm để đảm bảo chiều sõu rắc cắt trung bỡnh Htb (mm) đạt tiờu chuẩn quy định theo bảng 28[1].
Bảng 1.9: Yờu cầu về độ nhỏm của mặt đường
Tốc độ thiết kế Vtk (Km/h)
Chiều sõu rắc cỏt trung bỡnh Htb (mm) Đặc trưng độ nhỏm bề mặt 60 ≤ V < 80 0,35 ≤ Htb < 0,45 nhẵn
-Độ bằng phẳng: Phải đảm bảo đủ thụng qua chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI (mm/km) được quy định ở Bảng 29[1].
Bảng 1.10: Yờu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường theo chỉ số IRI
Tốc độ thiết kế Vtk (Km/h) Chỉ số IRI yờu cầu (đường xõy dựng mới)
60 ≤2,5
Độ bằng phẳng cũng được đỏnh giỏ bằng thước dài 3,0 m theo 22TCN16-79. Đối với mặt đường cấp cao A1 70% số khe hở phải dưới 5 mm và 30% số khe hở cũn lại phải dưới 7 mm
Tính toỏn kết cấu ỏo đường mềm theo TCVN 4054-2005[1] và 22 TCN 221- 06[2].
Sử dụng Đơn giỏ cỏc loại vật liệu làm kết cấu mặt đường tỉnh Lạng Sơn 2012 và Định mức dự toỏn xõy dựng cụng trỡnh - Phần Xõy dựng Số:1776/BXD
2.4.1.Xỏc định cỏc số liệu phục vụ tớnh toỏn:
2.4.1.1.Tải trọng:
2.4.1.1.1.Tải trọng tính toỏn: Căn cứ theo mục 3.2.1[2] ta cú: Tải trọng trục tiờu chuẩn 100 kN
Áp lực tính toỏn lờn măt đường P = 0.6 MPa Đường kính vệt bỏnh xe 33cm
Cỏc số liệu tính toỏn: Lưu lượng năm đầu: 870xe/ng.đờm Trong đú:
Xe con Volga 25%
Xe tải nhẹ Gaz-51A 50% (trục trước 18KN, trục sau 56KN, bỏnh đụi) Xe tải vừa ZIL-150 14% (trục trước 25.8KN, trục sau 69.6KN, bỏnh đụi) Xe tải nặng Maz200 11% (trục trước 48.2KN, trục sau 100KN, bỏnh đụi) Hệ số tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm q = 0,07 (7%)
Bảng 1.11: Đặc trưng của cỏc loại xe:
Loại xe Volga Gaz51 ZiL 150 MAZ 200
Vtb(km/h) 60 60 60 60 Sức chở 4 người 4,15T 5,24T 7,82T Trọng lượng xe cú hàng(kg) 1280 7400 9540 14820 Trọng lượng khụng hàng (kg) 640 3250 4300 7000 Khổ xe Chiều dài (mm) 4055 6400 6675 7330 Chiều rộng(mm) 1540 2290 2500 2650 Chiều cao (mm) 1560 2130 2335 3300
Chỉ xột cỏc trục cú trọng lượng trục từ 25 kN trở lờn nờn ta chỉ xột tới cỏc loại xe tải
Bảng 1.12: Sự phõn bổ tải trọng lờn cỏc trục của cỏc loại xe tải
Loại xe P trục trước(kN ) P trục sau(kN ) Số trục sau Số bỏnh của mỗi cụm bỏnh ở trục sau K/c giữa 2 trục(m) Tải nhẹ Gaz51(25 %) 18 56 1 Cụm bỏnh đụi <3 Tải trung Zil150 (10%) 25.8 69.6 1 Cụm bỏnh đụi <3 Tải nặng Maz200(5%) 48.2 100 1 Cụm bỏnh đụi <3
2.4.1.1.2.Tính toỏn lưu lượng xe
Cụng thức tính lưu lượng theo thời gian: Nt = N0.(1+q)t (xe/ngày đờm) - Lưu lượng xe năm thứ 15 (N15)
N15 = 870.(1+0.07)15 = 2400.( xe/ng.đ)
Bảng 1.13: Lưu lượng xe cỏc năm.
Năm 0 5 10 15 Nt (xe/ngđ) 870 1220 1711 2400 Xe con 217 305 427 600 Số xe tải nhẹ 435 610 856 1200 Số xe tải trung 122 171 240 336 Số xe tải nặng 96 134 188 264
2.4.1.1.3.Tính số trục xe quy đổi về trục tiờu chuẩn 100 kN Việc tính toỏn quy đổi được thực hiện theo 3.2.3[2].
4. . 4 1 2 1 1. . .( ) tt i k i P P n C C N ∑ = =
(trục tiờu chuẩn/ ngày đờm)
ni=là lưu lượng loại xe thứ i thụng qua mặt cắt ngang điển hỡnh của đoạn đường thiết kế trong một ngày đờm cho cả 2 chiều xe chạy
C1 = hệ số trục được xỏc định theo biểu thức sau :C1= 1 + 1,2(m-1).Với m = số trục của cụm trục i
C2 = hệ số xột đến tỏc dụng của số bỏnh xe trong 1 cụm bỏnh: với cụm bỏnh chỉ cú 1 bỏnh lấy C2 = 6,4; với cỏc cụm bỏnh đụi (1 cụm bỏnh gồm 2 bỏnh) thỡ lấy C2 = 1,0; với cụm bỏnh cú 4 bỏnh lấy C2 = 0,38
Bảng 1.14: Bảng tớnh số trục xe quy đổi về số trục tiờu chuẩn 100kN năm thứ 15
Loại xe Pi(kN) C1 C2 ni N15
Tải nhẹ Trục trước 18 1 6.4 1200 Ko quy đổi
Trục sau 56 1 1 1200 94
Tải trung Trục trướcTrục sau 25.869.6 11 6.41 336336 686 Tải nặng Trục trướcTrục sau 48.2100 11 6.41 264264 26468 Kết quả tính được N = 500 trục xe tiờu chuẩn / ngày đờm
2.4.1.1.4.Số trục xe tính toỏn trờn một làn xe Xỏc định theo mục 3.3.1[2]:
Ntt = Ntkì fL (trục / làn.ngày đờm)
Với đường cấp III trờn phần xe chạy cú 2 làn xe, khụng cú dải phõn cỏch thỡ lấy fL=0,55
Ntk = tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khỏc nhau về trục xe tính toỏn trong một ngày đờm trờn cả 2 chiều xe chạy ở cuối năm cuối của thời hạn thiết kế
⇒ Ntk = N15 = 500(trục xe tiờu chuẩn/ ngày đờm) Vậy Ntt = 500ì0,55= 275 (trục/ làn.ng đ)
2.4.1.1.5.Tính số trục xe tiờu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toỏn 15 năm Tỷ lệ tăng xe tải hàng năm là q =0,07 ta tính Ne theo biểu thức A-3 phụ lục A[2]:
( )[ ] [ ] t t t e N q q q N 365. ) 1 ( 1 1 1 − + − + = ⇒Ne = 15 14 (1 0.07) 1 365 275 0.07(1 0.07) + − ì ì + =978201(trục tiờu chuẩn/ làn) Cấp thiết kế của đường là cấp III miền nỳi. Vtk = 60km/h. Thời hạn thiết kế là 15 năm
Số trục xe tiờu chuẩn tích luỹ trờn một làn xe trong thời hạn thiết kế là 0.978201ì106 (trục xe tiờu chuẩn / làn)
Dựa vào bảng 2-1[2] ta kiến nghị chọn loại tầng mặt đường là cấp cao A1 gồm: Bờ tụng nhựa chặt hạt nhỏ làm lớp mặt trờn
Bờ tụng nhựa hạt trung làm lớp mặt dưới
2.4.1.1.6. Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1
Dự kiến tầng mặt cấp cao A1 đặt trờn lớp múng là cấp phối đỏ dăm loại I thỡ tổng bề dày tầng mặt lấy theo bảng 2-2[2]
Do tổng số trục xe tiờu chuẩn tích luỹ trong 15 năm trờn 1 làn xe Ne=