I/ SỰ CẨN THIẾT LƢU í KHI THIẾT KẾ CễNG TRèNH THOÁT NƢỚC CỦA TUYẾN.
Cú nhiều nguyờn nhõn làm cho nền đƣờng khụng đạt đƣợc ba yờu cầu (ổn định toàn khối, đủ cƣờng độ, ổn định về cƣờng độ). Trong cỏc nguyờn nhõn đú, tỏc dụng phỏ hoại của nƣớc đối với đƣờng là chủ yếu nhất (gồm nƣớc mặt, nƣớc ngầm và cả ẩm dạng hơi). Do đú, ngƣời ta thƣờng núi: “nƣớc là kẻ thự của đƣờng”.
Nƣớc ta là một nƣớc nằm trong vựng khớ hậu nhiệt đới nờn lƣợng mƣa và cƣờng độ mƣa rất lớn, hàng năm lƣợng mƣa trựng bỡnh tới 3000mm. Thời gian mƣa cú thể kộo dài tới vài ngày. Vỡ thế vấn đề thoỏt nƣớc lại càng đƣợc quan tõm.
Thiết kế cụng trỡnh thoỏt nƣớc nhằm trỏnh nƣớc tràn,nƣớc ngập làm làm xúi mũn mặt đƣờng.Nhằm bảo vệ sự ổn định của nền đƣờng trỏnh đƣờng trơn ƣớt,gõy bất lợi cho xe chạy.
Khi thiết kế phải xỏc định đƣợc vị trớ đặt,lƣu lƣợng nƣớc chảy qua cụng trỡnh,từ đú chọn khẩu độ, chiều dài cho thớch hợp.Lƣu lƣợng này phụ thuộc vào địa hỡnh nơi tuyến đi qua.Từ điều kiện thủy văn ta xỏc định khẩu độ cống là một trong những điều kiện thiết kế đƣờng đỏ.
II/ XÁC ĐỊNH LƢU VỰC
Xỏc định vị trớ lý trỡnh cần làm cụng tỏc thoỏt nƣớc.
Vạch và nối cỏc đƣờng phõn thủy,tụ thủy,để phan chia lƣu vực chảy về cụng trỡnh.
Xỏc định diện tớch lƣu vực
Xỏc định vị trớ cỏc CT thoỏt nƣớc ngang đƣờng, phải phõn tớch địa hỡnh vạch cỏc đƣờng phõn thủy, tụ thủy để phõn chia lƣu vực. Từ đú xỏc định lƣu lƣợng cần thoỏt, Cú 2 loại :
+ Đặt cống cấu tạo : Đặt 1 cống cú = 0,75m tại : chỗ rónh cú L~300-500m
chỗ trũng trờn trắc dọc khụng qua tụ thuỷ chỗ qua tụ thuỷ nhƣng cú Q < 0,4 m3
/s
Đặt cống trũn khi Q < 15 m3/s, đặt cống vuụng khi Q >15 m3 /s III/THIẾT KẾ CỐNG THOÁT NƢỚC.
Trỡnh tự thiết kế cống
Bƣớc 1: Xỏc định cỏc vị trớ cống (nơi cú nƣớc thƣờng xuyờn qua đƣờng). Bƣớc 2: Xỏc định cỏc diện tớch tụ thuỷ trực tiếp, giỏn tiếp đổ về cụng trỡnh thoỏt nƣớc (khoanh diện tớch tụ thuỷ trực tiếp trờn bỡnh đồ).
Bƣớc 3: Xỏc định lƣu lƣợng thiết kế từ lƣu vực đổ về qua cống
Bƣớc 4: Chọn khẩu độ cống, loại miệng cống (miệng theo dũng chảy hay khụng),chế độ chảy trong cống (khụng ỏp, cú ỏp,biến ỏp).
Trong thực tế ngƣời ta đó lập bảng tra sẵn khả năng thoỏt nƣớc của cống theo độ cống cho cống trũn và cống vuụng. Do đú nếu cú QTK cú thể dựng bảng tra để xỏc định khẩu độ cống phụ thuộc vào hỡnh dạng miệng cống.
Bƣớc 5: Tớnh toỏn gia cố cống.
Bƣớc 6: Bố trớ cống cấu tạo nếu cần thiết. IV/ TÍNH TOÁN THỦY VĂN
QmaxP = AP. .HP.F. (m3/s)
Với cấp đƣờng thiết kế là cấp III theo bảng Tần suất tớnh toỏn thủy văn cỏc cụng trỡnh trờn đƣờng ụ tụ (TCVN4054-05) ta cú tần suất thủy văn là p= 4%
Q4% = A4%. .H4%F. (m3/s). Trong đú:
HP: Lƣợng mƣa ngày ứng với tần suất p = 4%
Vựng thiết kế là Tỉnh Tuyờn Quang. Theo phụ lục 15/trang 265, xỏc định vựng mƣa thiết kế là vựng mƣa III và H4% = 234 mm;
: Hệ số dũng chảy lũ xỏc định theo bảng 9-7/178 (sỏch thiết kế đƣờng ụ tụ tập III) phụ thuộc đặc trƣng của lớp phủ mặt lƣu vực, lƣợng mƣa ngày Hp và diện tớch lƣu vực F
AP: Mụ dun dũng chảy cực đại tƣơng đối (với giả thiết =1) xỏc định theo phụ lục 13 (sỏch thiết kế đƣờng ụ tụ tập III) phụ thuộc vào thời gian tập trung nƣớc trờn sƣờn dốc lƣu vực s, vựng mƣa và đặc trƣng thuỷ văn địa mạo của lũng sụng ls.
: Hệ số triết giảm dũng chảy do hồ ao và đầm lầy, tra theo bảng 9-5 (sỏch thiết kế đƣờng ụ tụ tập III).
Lấy =0.5
Qp : Lƣu lƣợng cực đại ứng với tần suất tớnh toỏn, m3/s F : Diện tớch lƣu vực, km2
Hệ số địa mạo dũng sụng ( ls) xỏc định theo cụng thức:
ls = 1/310001/4 1/4 p ls lsI F H m L Trong đú : mls : Hệ số nhỏm của lũng suối
Với địa hỡnh lũng sụng quanh co,cú nơi cú cõy cối mọc,lũng song là đỏ,nƣớc chảy khụng ờm ở cỏc loại song vừa. Nờn lấy mls =9.
Thời gian tập trung nƣớc s tra phụ lục 14 (sỏch thiết kế đƣờng ụ tụ tập III). phụ thuộc vào đặc trƣng địa mạo và sd
sd = 1/4 1/2 2 / 1 1000 p sd sd sd H I m b Trong đú : msd ; Hệ số nhỏm sƣờn dốc lƣu vực
Isd : Độ dốc của sƣờn lƣu vực, phần nghỡn bsd: Chiều dài trung bỡnh sƣờn dốc lƣu vực
bsd = L l F 8 . 1 Trong đú :
l: Tổng chiều dài suối nhỏnh, Km L : Chiều dài suối chớnh, Km
mls = 9, msd = 0.15 tra bảng ứng với cấp đất III, vựng mƣa số VI và cú cƣờng độ thấm I = 0.22 – 0.3
Sau khi cú lƣu lƣợng nƣớc chảy từ lƣu vực về cụng trỡnh (Qmax
P ) từ đú chọn đƣợc khẩu độ cống. kết hợp với những vị trớ đặt cống cấu tạo : Chỗ trũng trờn trắc dọc, cống để thoỏt nƣớc rónh biờn (khi chiều dài rónh >500m mà khụng cú cống nào trờn đú). Rónh biờn, rónh đỉnh, đập, kố dẫn nƣớc… ở đõy ta chỉ xột : Rónh biờn : khụng tớnh mà chọn là : 0,4x0,4 m . Bố trớ tại : nền đƣờng đào ; nền đắp thấp Và cú độ dốc bằng độ dốc đuờng đỏ Tớnh bsd: (Phụ lục 1.9.a) bsd = L l F 8 . 1 Tớnh sd : (Phụ lục 1.9.b) sd = 1/4 1/2 2 / 1 1000 p sd sd sd H I m b Tớnh ls: (Phụ lục 1.9.c)
ls = 1/310001/4 1/4 p ls lsI F H m L Từ tra bảng Ap (Phụ lục 1.9.d) V/ LỰA CHỌN KHẨU ĐỘ CỐNG.
Dựa trờn nguyờn tắc sau:
Dựa vào lƣu lƣợng Qtt và Q khả năng thoỏt nƣớc của cống.
Xem xột yếu tố mụi trƣờng ,đảm bảo khụng xảy ra phỏ hoại mụi trƣờng. Đảm bảo thi cụng dễ dàng,dễ sản xuất đồng loạt ,chọn khẩu độ cống tƣơng đối giống nhau trờn cựng một đoạn tuyến.
Sau khi tớnh toỏn đƣợc lƣu lƣợng của từng cống tra theo phụ lục 16 - Thiết kế đƣờng ụtụ T3- GSTS KH Nguyễn Xuõn Trục- NXB GD 1998.
Tớnh cao độ khống chế nền đường,
Hnềnmin 1= Hd+ {Với =0,5 m}
Hnềnmin 2 = hc + ’ +
{ Với =0,5 m ; ’ =0,1m là chiều dày thành cống }
Trong đú: Hd: Chiều cao nƣớc dõng trƣớc cống hc: Chiều cao cống ở cửa vào
Căn cứ lƣu lƣợng ta cú bảng chọn cống sau:
Phƣơng ỏn I: Ta chọn tất cả cống đều là cống loại I .
STT Lý trỡnh SL D Vra Hd Hnềnmin Loại cống Ghi chỳ C1 KM0+762.7 1 2 2.7 1.3 1.76 Cống trũn Khụng ỏp C2 KM1+192.02 1 0.75 1.89 0.6 1.1 Cống trũn Khụng ỏp C3 KM1+488.97 1 1 2.1 0.8 1.29 Cống trũn Khụng ỏp C4 KM2+7.74 1 1 2 0.9 1.35 Cống trũn Khụng ỏp C5 KM2+466 1 1.5 2.2 0.9 1.39 Cống trũn Khụng ỏp
Phƣơng ỏn II: Ta chọn tất cả cống đều là cống loại I . STT Lý trỡnh SL D Vra Hd Hnềnmin Loại cống Ghi chỳ C1 KM0+850 2 1.5 1.5 0.73 1.23 Cống trũn Khụng ỏp C2 KM1+352.22 1 0.8 1.9 0.6 1.1 Cống trũn Khụng ỏp C3 KM2+533.72 1 1 2 0.85 1.35 Cống trũn Khụng ỏp C4 KM3+76.91 1 0.8 1.9 0.6 1.1 Cống trũn Khụng ỏp
CHƢƠNG V: THIẾT KẾ TRẮC DỌC ,TRẮC NGANG
I. NGUYấN TẮC, CƠ SỞ VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ
1.Nguyờn tắc
Đƣờng đỏ đƣợc thiết kế trờn cỏc nguyờn tắc: Bỏm sỏt địa hỡnh.
Nõng cao điều kiện chạy xe.
Thoả món cỏc điểm khống chế và nhiều điểm mong muốn, kết hợp hài hoà giữa Bỡnh đồ-Trắc dọc-Trắc ngang.
Dựa vào điều kiện địa chất và thuỷ văn của khu vực phạm vi ảnh hƣởng của đến tuyến đƣờng đi qua.
2. Cơ sở thiết kế
TCVN4054-05.
Bản đồ đƣờng đồng mức tỉ lệ 1/10000, H = 5m trờn đú thể hiện bỡnh đồ tuyến. Trắc dọc đƣờng đen và cỏc số liệu khỏc.
3. Số liệu thiết kế
Cỏc số liệu về địa chất thuỷ văn, địa hỡnh. Cỏc điểm khống chế, điểm mong muốn. Số liệu về độ dốc dọc tối thiểu và tối đa. II.TRèNH TỰ THIẾT KẾ
Phõn trắc dọc tự nhiờn thành cỏc đặc trƣng về địa hỡnh thụng qua độ dốc sƣờn dốc tự nhiờn để xỏc định cao độ đào đắp kinh tế.
Xỏc định cỏc điểm khống chế trờn trắc dọc: điểm đầu tuyến, cuối tuyến, vị trớ cống...
Xỏc định cỏc điểm mong muốn trờn trắc dọc: điểm đào đắp kinh tế, cao độ đào đắp đảm bảo điều kiện thi cụng cơ giới, trắc ngang chữ L..
III. THIẾT KẾ ĐƢỜNG ĐỎ
Cỏc điểm khống chế trờn đƣờng đỏ là : Điểm đầu tuyến, cuối tuyến, cao độ tại cống…
Khi cú cỏc điểm khống chế ta tiến hành thiết kế đƣờng đỏ đảm bảo cao độ cỏc điểm khống chế, và đi qua cỏc cao độ mong muốn để độ dốc dọc đảm bảo thoỏt nƣớc và điều kiện xe chạy.
Sau khi thiết kế xong đƣờng đỏ, tiến hành tớnh toỏn cỏc cao độ đào đắp, cao độ thiết kế tại tất cả cỏc cọc.
IV. BỐ TRÍ ĐƢỜNG CONG ĐỨNG
Theo quy phạm, đối với đƣờng cấp III, tại những chỗ đổi dốc trờn đƣờng đỏ mà hiệu đại số giữa 2 độ dốc 1% và độ dốc dọc thiết kế cần đảm bảo tiến hành trong cỏc trắc ngang đặc trƣng cần thoỏt nƣớc đƣợc tốt
Với đất đắp nền là ỏ sột nờn theo Bảng 13-6 trong sỏch Thiết kế đƣờng ụ tụ tập II của Dƣơng Ngọc Hải – Nguyễn Xuõn Trục ta cú chiều cao nền đắp khụng cần làm rónh dọc là 0,8(m) (phụ lục III.1.1)
Trong trắc dọc thỡ trắc dọc cần phải tiến hành bố trớ đƣờng cong đứng làm cho ngƣời lỏi cú tầm nhỡn rộng khụng bị che chắn bởi địa hỡnh đổi dốc, khụng gõy ra cảm giỏc cú hại tõm lý ngƣời lỏi xe.
Bản bố trớ đƣờng cong đứng xem thờm bản vẽ
Bỏn kớnh đƣờng cong đứng lừm min Rlommin~ = 1000m Bỏn kớnh đƣờng cong đứng lồi min Rlồimin = 2500 m
Cỏc yếu tố đƣờng cong đứng đƣợc xỏc định theo cỏc cụng thức sau: K = R (i1 - i2) (m) T = R 2 2 1 i i (m) P = R T 2 2 (m)
Trong đú: i (%): Độ dốc dọc (lờn dốc lấy dấu (+), xuống dốc lấy dấu (-) K : Chiều dài đƣờng cong (m)
T : Tiếp tuyến đƣờng cong (m) P : Phõn cự (m)
V. THIẾT KẾ TRẮC NGANG,TÍNH KHỐI LƢỢNG ĐÀO ĐẮP
Cỏc nguyờn tắc thiết kế mặt cắt ngang:
Trong quỏ trỡnh thiết kế bỡnh đồ và trắc dọc phải đảm bảo những nguyờn tắc của việc thiết kế cảnh quan đƣờng, tức là phải phối hợp hài hũa giữa bỡnh đồ, trắc dọc và trắc ngang.
Phải tớnh toỏn thiết kế cụ thể mặt cắt ngang cho từng đoạn tuyến cú địa hỡnh khỏc nhau.
Ứng với mỗi sự thay đổi của địa hỡnh cú cỏc kớch thƣớc và cỏch bố trớ lề đƣờng, rónh thoỏt nƣớc, cụng trỡnh phũng hộ khỏc nhau.
* Chiều rộng mặt đƣờng B = 5.5 (m). * Chiều rộng lề đƣờng 2x1 = 2 (m).
* Mặt đƣờng bờ tụng ỏp phan cú độ dốc ngang 2%, độ dốc lề đất là 6%. * Mỏi dốc ta luy nền đắp 1:1,5.
* Mỏi dốc ta luy nền đào 1 : 1.
* Ở những đoạn cú đƣờng cong, tựy thuộc vào bỏn kớnh đƣờng cong nằm mà cú độ mở rộng khỏc nhau.
* Rónh biờn thiết kế theo cấu tạo, sõu 0,4m, bề rộng đỏy: 0,4m.
* Thiết kế trắc ngang phải đảm bảo ổn định mỏi dốc, xỏc định cỏc đoạn tuyến cần cú cỏc giải phỏp đặc biệt.
Trắc ngang điển hỡnh đƣợc thể hiện trờn bản vẽ.
2.Tớnh toỏn khối lƣợng đào đắp
Một số trắc ngang điển hỡnh trờn tuyến để ta ỏp dụng cho việc tớnh khối lƣợng của tất cả cỏc trắc ngang trờn tuyến.
Áp dụng phần mềm Nova và Autocad ta tớnh đƣợc khối lƣợng đào, đắp nhƣ sau:
Đắp nền = Đắp nền + Giật cấp + Vột bựn.
Đào nền = Đào nền + Đào taluy trỏi + Đào taluy phải+ Đào rónh trỏi + Đào rónh phải
CHƢƠNG VI: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG I.ÁO ĐƢỜNG NHỮNG YấU CẦU KHI THIẾT KẾ ÁO ĐƢỜNG.
Áo đƣờng là cụng trỡnh xõy dựng trờn nền đƣờng bằng nhiều tầng lớp vật liệu cú cƣờng độ và độ cứng đủ lớn hơn so với nền đƣờng để phục vụ cho xe chạy, chịu tỏc động trực tiếp của xe chạy và cỏc yếu tố thiờn nhiờn (mƣa, giú, biến đổi nhiệt độ). Nhƣ vậy để đảm bảo cho xe chạy an toàn, ờm thuận, kinh tế và đạt đƣợc những chỉ tiờu khai thỏc-vận doanh thỡ việc thiết kế và xõy dựng ỏo đƣờng phải đạt đƣợc những yờu cầu cơ bản sau:
Áo đƣờng phải cú đủ cƣờng độ chung tức là trong quỏ trỡnh khai thỏc, sử dụng ỏo đƣờng khụng xuất hiện biến dạng thẳng đứng, biến dạng trƣợt, biến dạng co, dón do chịu kộo uốn hoặc do nhiệt độ. Hơn nữa cƣờng độ ỏo đƣờng phải ớt thay đổi theo thời tiết khớ hậu trong suốt thời kỳ khai thỏc tức là phải ổn định cƣờng độ.
Mặt đƣờng phải đảm bảo đƣợc độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản lăn, giảm súc khi xe chạy, do đú nõng cao đƣợc tốc đọ xe chạy, giảm tiờu hao nhiờn liệu và hạ giỏ thành vận tải.
Bề mặt ỏo đƣờng phải cú đủ độ nhỏm cần thiết để nõng cao hệ số bỏm giữa bỏnh xe và mặt đƣờng để tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn, ờm thuận với tốc độ cao. Yờu cầu này phụ thuộc chủ yếu vào việc chọn lớp trờn mặt của kết cấu ỏo đƣờng.
Mặt đƣờng phải cú sức chịu bào mũn tốt và ớt sinh bụi do xe cộ phỏ hoại và dƣới tỏc dụng của khớ hậu thời tiết
Đú là những yờu cầu cơ bản của kết cấu ỏo đƣờng, tựy theo điều kiện thực tế, ý nghĩa của đƣờng mà lựa chọn kết cấu ỏo đƣờng cho phự hợp để thỏa món ở mức độ khỏc nhau những yờu cầu núi trờn.
Cỏc nguyờn tỏc khi thiết kế kết cấu ỏo đƣờng: Đảm bảo về mặt cơ học và kinh tế.
Đảm bảo về mặt duy tu bảo dƣỡng.
Đảm bảo chất lƣợng xe chạy an toàn, ờm thuận, kinh tế.
II. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG 1. Cỏc thụng số tớnh toỏn 1. Cỏc thụng số tớnh toỏn
1.1. Địa chất thủy văn: “vựng mƣa III”
Đất nơi tuyến đƣờng đi qua thuộc loại đất đỏ vàng trờn đỏt sột và đỏ biến dạng. E0 = 42 Mpa, C = 0.032 (daN/cm2), = 240, a= nh w w =0.6 (độ ẩm tƣơng đối)
1.2.Tải trọng tớnh toỏn tiờu chuẩn
Vỡ cấp đƣờng thiết kế thuộc đƣờng cấp IV nằm trong hệ thống cỏc cấp đƣờng thuộc mạng lƣới giao thụng núi chung nờn theo điều 3.2.1 của tiờu chuẩn ngành 22 TCN 211-06, ta cú tải trọng trục tớnh toỏn là 10T (100KN)
Cú ỏp lực là 0.6 Mpa và tỏc dụng trờn diện tớch vệt bỏnh xe cú đƣờng kớnh 33cm
1.3. Lƣu lƣợng xe tớnh toỏn
Lƣu lƣợng xe tớnh toản trong kết cấu ỏo đƣờng mềm là số ụ tụ đƣợc quy đổi về loại ụ tụ cú tải trọng tớnh toỏn tiờu chuẩn thụng qua mặt cắt ngang của đƣờng trong 1 ngày đờm ở cuối thời kỳ khai thỏc (ở năm tƣơng lai tớnh toỏn): 15 năm kể từ khi đƣa đƣờng vào khai thỏc.
Bảng thành phần và lưu lượng xe
Tỷ lệ tăng trƣởng xe hàng năm :q = 5 %
q: hệ số tăng trƣởng hàng năm Nt:lƣu lƣợng xe chạy năm thứ t
N1:lƣu lƣợng xe năm thứ nhất N1= 15 1 ) 1 ( q t N Quy luật tăng xe hàng năm
Nt=N1(1+q)t-1 Ta cú N15 =1402 ( xe/ng đ) (Phụ lục I 1.10.1)
Ntk = ( cỏc loại xe)
Ntk= 428 (Phụ lục I 1.10.2)
Tớnh số trục xe tớnh toỏn tiờu chuẩn trờn 1 làn xe Ntt
Ntt =Ntk x fl
Trong đú:
Vỡ đƣờng thiết kế cú 2 làn xe khụng cú dải phõn cỏch nờn lấy f=0.55.
Vậy: Ntt = 428 x 0.55= 236(trục/làn.ngày đờm) Loại xe Thành phần xe (%) Số trục xe Xe con 35 491 Xe tải trọng nhẹ 6.5 T 20 280 Xe tải trọng trung 8.5 T 31 435 Xe tải trọng nặng 10T 14 196 Tổng 100 1402
Ntt =330 (trục/làn.ngày đờm)
Từ lƣu lƣợng xe tớnh toỏn từng năm tớnh số trụ xe tớch lũy
Nt t q q q N t e .365. 1 )^ 1 ( ] 1 ) 1 [(
Ne 15= 0.94*10^6 (Phụ lục I1.11.1 Số trục xe tiờu chuẩn tớch lũy)
Theo số trục xe tiờu chuẩn tớch lũy trong thời hạn thiết kế ( Bảng 2-1 chọn loại tầng mặt, 22 TCN 211-06) và thời hạn thiết kế của tuyến đƣờng là 15 năm, và xột theo vai trũ của tuyến đƣờng nờn ta chọn cấp mặt đƣờng là cấp A1.