Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành xây dựng cầu đường

168 trang hoanguyen 3030

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành xây dựng cầu đường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_tot_nghiep_chuyen_nganh_xay_dung_cau_duong.doc

Nội dung text: Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành xây dựng cầu đường

Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP. HCM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CÔNG TRÌNH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG Sinh viên: Lê Hồng Thịnh. Lớp: CD04CM. A. Tên và tóm tắt yêu cầu, nội dung đề tài 1/ Thiết kế lập báo cáo nghiên cứu khả thi tuyến đường qua hai điểm: L - T 2/ Thiết kế kỹ thuật 1,2 km 3/ Thiết kế tổ chức thi công nền - mặt đường. B. Số liệu cần thiết để thiết kế 1/ Lưu lượng xe: 1580 xe/ngày đêm (năm tương lai - năm cuối kỳ khai thác). Trong đó thành phần xe bao gồm: a) Xe máy : 4,6% b) Xe con : 12 % c) Xe tải 2 trục: - Xe tải nhẹ : 6 % - Xe tải vừa : 9,5 % - Xe tải nặng : 11 % d) Xe tải 3 trục: - Xe tải nhẹ : 17% - Xe tải vừa : 10,9 % - Xe tải nặng : 14 % e) Xe kéo moóc : 6% f) Xe buýt - Xe buýt lớn : 9 % 2/ Bình đồ địa hình tỉ lệ 1: 10.000 - khu vực: 3/ Số liệu địa chất của tuyến đường đi qua: - Modun đàn hồi nền đất Enền = 55 MPa. - Các lớp địa chất: 4/ Các số liệu khác Tp. HCM, Ngày 10 tháng 12 năm 2008 Sinh viên thực hiện Giáo viên hướng dẫn Lê Hồng Thịnh Ths. Trần Thiện Lưu SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 1
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu PHẦN I THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TUYẾN ĐƯỜNG I. Mở Đầu: Giao thông vận tải giữ một vị trí cực kỳ quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Trong hai cuộc kháng chiến vừa qua cũng như công cuộc xây dựng và bảo vệ tổ quốc xã SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 2
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu hội chủ nghĩa hiện nay hệ thống giao vận tải luôn đóng một vai trò quan trọng. Nó là nền tảng cho sự phát triển kinh tế - văn hóa - xã hội, gắn với an ninh quốc phòng. Chính vì vậy, Đảng và Nhà nước ta rất quan tâm đến việc phát triển mạng lưới giao thông trên mọi miền đất nước. Trong thời kỳ đổi mới của đất nước và hội nhập kinh tế quốc tế, nước ta đã thu hút được sự đầu tư mạnh mẽ từ nhiều nước trên thế giới. Do vậy nhu cầu về giao thông vận tải ở nước ta ngày càng cao. Dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông ở những thành phố lớn tập trung dân cư nhiều cũng như các khu kinh tế tập trung. Còn ở các vùng nông thôn, miền núi, trung du cơ sở hạ tầng về giao thông vận tải còn thấp kém, không đảm bảo được nhu cầu phát triển kinh tế, đi lại của nhân dân trong vùng còn khó khăn. Từ những lý do đó, hiện nay việc xây dựng, phát triển mạng lưới giao thông trong cả nước là nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của nước ta. II. Tình hình chung của tuyến đường thiết kế: 1. Điều kiện tự nhiên: a. Vị trí địa lý Bà Rịa - Vũng Tàu thuộc vùng Đông Nam Bộ, nằm trong vùng trọng điểm kinh tế phía Nam. Lãnh thổ của tỉnh gồm hai phần: đất liền và hải đảo. Bà Rịa - Vũng Tàu có địa giới hành chính chung dài 16,33 km với thành phố Hồ Chí Minh ở phía Tây, 116,5 km với Đồng Nai ở phía Bắc, 29,26 km với Bình Thuận ở phía Đông, Nam và Tây Nam là biển Đông. Chiều dài bờ biển là 305,4 km với trên 100.000 km 2 thềm lục địa. Bà Rịa - Vũng Tàu có 5 huyện, trong đó có 1 huyện đảo, 1 thành phố, 1 thị xã. Bà Rịa - Vũng Tàu nằm trên trục đường xuyên Á, có hệ thống cảng biển, sân bay và mạng lưới đường sông, đường biển thuận lợi. Các đường quốc 51, 55, 56 cùng với hệ thống đường tỉnh lộ, huyện lộ là những mạch máu chính gắn kết quan hệ toàn diện của Bà Rịa - Vũng Tàu với các tỉnh khác trong cả nước và quốc tế. b. Đặc điểm địa hình Địa hình toàn vùng phần đất liền có xu hướng dốc ra biển. Tuy nhiên ở sát biển vẫn có một số núi cao. Núi có độ cao lớn nhất chỉ khoảng 500 m. Phần đất liền (chiếm 96% diện tích của tỉnh) thuộc bậc thềm cao nguyên Di Linh - vùng Đông Nam Bộ, độ nghiêng từ Tây Bắc xuống Đông Nam, giáp biển Đông. Toàn tỉnh có hơn ¾ diện tích đồi núi, thung lũng thấp, có trên 50 ngọn núi cao 100 m trở lên, khi ra biển tạo thành nhiều vũng, vịnh, mũi, bán đảo, đảo. Độ cao trên 400 - 500 m có núi Ông Trịnh, núi Chúa, núi Thánh Giá. Địa hình tập trung vào 4 loại đặc trưng (đồng bằng hẹp, các núi, gũ đồi, thềm lục địa). c. Khí hậu Bà Rịa - Vũng Tàu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của đại dương. Nhiệt độ trung bỡnh khoảng 27 0C; sự thay đổi nhiệt độ của các tháng trong năm không lớn. Số giờ nắng trong năm dao động trong khoảng 2.370 - 2.850 giờ và phân phối đều các tháng trong năm. Lượng mưa trung bình hàng năm thấp (khoảng 1.600 mm) và phân bố không đều theo thời gian, tạo thành hai mùa rừ rệt: mựa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, chiếm 90% lượng mưa cả năm; và 10% tổng lượng mưa tập trung vào mùa khô là các tháng cũn lại trong năm. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 3
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Khí hậu Bà Rịa - Vũng Tàu nhìn chung mát mẻ, rất phự hợp với du lịch, thuận lợi cho phát triển các loại cây công nghiệp dài ngày (như tiêu, điều, cao su, cà phê) và cho phát triển một nền lâm nghiệp đa dạng. 2. Tài nguyên thiên nhiên a. Tài nguyên nước Nguồn nước mặt của Bà Rịa - Vũng Tàu chủ yếu do ba con sông lớn cung cấp, đó là sông Thị Vải, đoạn chảy qua tỉnh dài 25 km, sông Dinh đoạn chảy qua tỉnh dài 30 km, sông Ray dài 120 km. Trên các con sông này có 3 hồ chứa lớn là hồ Đá Đen, hồ sông Ray, hồ Châu Pha b. Tài nguyên đất Với diện tích 197.514 ha, chia thành 4 loại: đất rất tốt là loại đất có độ phì rất cao, chiếm 19.60% diện tích tự nhiên, chủ yếu là đất phù sa và đất xám; đất tốt chiếm 26,40%; đất trung bình chiếm 14,4%; còn lại 39,60% là đất nhiễm phèn, mặn, đất xói mòn và đất cát lẫn sỏi sạn (tập trung vào khu vực đồi núi) - Tuyến đường thiết kế đi qua khu vực này. c. Tài nguyên rừng Diện tích rừng của Bà Rịa - Vũng Tàu không lớn. Đất có khả năng trồng rừng là 38.850 ha, chiếm 19,7% diện tích tự nhiên, trong đó đất hiện đang có rừng là 30.186 ha (rừng tự nhiên là 15.993 ha, rừng trồng là 14.253 ha), còn lại khoảng 8,664 ha đất lâm nghiệp chưa có rừng. Rừng của Bà Rịa - Vũng Tàu chỉ có tầm quan trọng trong tạo cảnh quan, môi trường, phũng hộ và phát triển du lịch, còn việc khai thác rừng lấy gỗ, nguyên liệu không lớn. 4. Tài nguyên - khoáng sản Bà Rịa - Vũng Tàu cú nhiều loại khoáng sản, nhưng đáng kể nhất là dầu mỏ, khí thiên nhiên và khoáng sản làm vật liệu xây dựng, Bà Rịa - Vũng Tàu nằm trong vùng có tiềm năng lớn về dầu mỏ và khí thiên nhiên của Việt Nam. Tài nguyên dầu khí với tổng trữ lượng tiềm năng và tổng trữ lượng đó xác minh, đủ điều kiện để tỉnh phát triển công nghiệp dầu khí thành ngành công nghiệp mũi nhọn trong chiến lược phát triển công nghiệp cả nước và đưa Bà Rịa - Vũng Tàu thành một trung tâm khai thác và chế biến dầu khớ lớn nhất Việt Nam. Khoáng sản làm vật liệu xây dựng của Bà Rịa - Vũng Tàu rất đa dạng, bao gồm: đá xây dựng, đá ốp lát, phụ gia xi măng, cát thuỷ tinh, bentonit, sét gạch ngói, cao lanh, cát xây dựng, than bùn, immenit Hiện nay, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu đó xây dựng 19 mỏ với tổng trữ lượng 32 tỷ tấn, phân bố ở hầu khắp các huyện trong tỉnh, nhưng chủ yếu ở các huyện Tân Thành, Long Đất, thị xã Bà Rịa và thành phố Vũng Tàu. Chất lượng đá khá tốt, có thể dùng làm đá dăm, đá hộc cho xây dựng; giao thông, thuỷ lợi, đá khối cho xuất khẩu. Nhỡn chung cỏc mỏ nằm gần đường giao thông nên khai thác thuận lợi. Đá ốp lát có 8 mỏ lớn với tổng trữ lượng 1.324 triệu m 3, chủ yếu nằm ở huyện Côn Đảo. Chất lượng đá tốt, màu sắc đẹp, nguyên khối lớn; phụ gia xi măng có 6 mỏ thuộc 3 huyện Long Đất, Xuyên Mộc và thị xó Bà Rịa, tổng trữ lượng 44 triệu tấn. Các mỏ đều có điều kiện khai thác thuận lợi, có thể khai thác làm chất kết dính, phụ gia xi măng. Đây là nguồn vật liệu quan trọng có thể sử dụng xây dựng tuyến đường. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 4
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Ngoài ra tỉnh còn có một trữ lượng đáng kể các loại khoáng sản vật liệu xây dựng khác như sét gạch ngói, cao lanh, cát xây dựng, bentonit nằm rải rác ở nhiều nơi, cho phép hình thành cụm nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng khắp trong tỉnh. 5. Tài nguyên biển Bà Rịa - Vũng Tàu có bờ biển dài 305,4 km, trong đó khoảng 70 km có bãi cái thoai thoải, nước xanh, có thể dùng làm bãi tắm quanh năm. Vịnh Giành Rái rộng khoảng 50 km2 có thể xây dựng một hệ thống cảng hàng hải. Với diện tích thềm lục địa trên 100.000 km 2 đã tạo cho tỉnh không những có vị trí quan trọng về an ninh quốc phòng, mà còn tạo ra một tiềm năng to lớn để phát triển các ngành kinh tế biển. Thềm lục địa của Bà Rịa - Vũng Tàu có 661 loài cá, 35 loài tôm, 23 loài mực, hàng ngàn loài tảo, trong đó có nhiều loài có giá trị kinh tế cao. Trữ lượng hải sản có thể khai thác tối đa hàng năm từ 150.000 – 170.000 tấn. Tài nguyên biển của Bà Rịa - Vũng Tàu rất thuận lợi cho phát triển vận tải biển, hệ thống cảng, du lịch và công nghiệp khai thác, chế biến hải sản. 3. Tiềm năng kinh tế a. Tiềm năng du lịch Bà Rịa - Vũng Tàu có nhiều di tích lịch sử, văn hoá được phân bố đều khắp trên các huyện (đó được Nhà nước công nhận xếp hạng di 25 di tích). Hầu hết di tích hiện có đều có khả năng khai thác phục vụ mục đích tham quan du lịch như khu Đỡnh Thắng Tam. Thớch Ca Phật Đài, Niết Bàn Tịch Xá, Tượng chúa Giêsu, Khu Bạch Dinh, Tháp đèn Hải Đăng và các di tích lịch sử cách mạng như địa đạo Long Phước, khu căn cứ kháng chiến Bàu Sen, căn cứ núi Minh Đạm, đặc biệt là khu nhà tù Côn Đảo và khu nghĩa trang Hàng Dương. b. Những lĩnh vực kinh tế lợi thế Trữ lượng, tài nguyên dầu khí đủ điều kiện cho tỉnh phát triển công nghiệp dầu khí thành công nghiệp mũi nhọn trong chiến lược phát triển công nghiệp cả nước và đưa Bà Rịa - Vũng Tàu trở thành một trung tâm khai thác và chế biến dầu khí lớn nhất Việt Nam. Bà Rịa - Vũng Tàu có nhiều tiềm năng để phát triển ngành du lịch với nhiều bãi tắm nổi tiếng, hệ thống hang động, các di tích lịch sử, đặc biệt là các di tích lịch sử Côn Đảo. 3. Mục tiêu xây dựng tuyến đường: Việc xây dựng tuyến đường L-T nhằm nối liền 02 trung tâm tinh tế lớn của tỉnh, đáp ứng nhu cầu đi lại của nhân dân, góp phần bố trí, sắp xếp lại dân cư và sẽ hình thành khu kinh tế mới tỉnh này. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 5
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG VÀ CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT CỦA TUYẾN I. Cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường: Cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường được chọn phải dựa vào các yếu tố sau: - Khả năng vận tải của xe thiết kế. - Lưu lượng xe chạy trên tuyến. - Địa hình khu vực tuyến đi qua. - Chức năng của tuyến đường: Đối với đường cấp III (chức năng chủ yếu là nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa của đất nước, của địa phương; nối vào đường cao tốc, đường cấp I, II, II và quốc lộ hay tỉnh lộ). - Khả năng thiết kế theo những điều kiện nhất định. Từ các yếu tố nêu trên và căn cứ vào tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN4054- 05 sẽ xác định được cấp hạng cụ thể của đường. Theo số liệu dự báo: - Lưu lượng xe thiết kế:  Ni 1.580 x/ng.đêm, trong đó: + Xe máy : 4,6% + Xe con : 12 % + Xe tải 2 trục: . Xe tải nhẹ : 6 % . Xe tải vừa : 9,5 % . Xe tải nặng : 11 % + Xe tải 3 trục: . Xe tải nhẹ : 17% . Xe tải vừa : 10,9 % . Xe tải nặng : 14 % + Xe kéo moóc : 6% + Xe buýt . Xe buýt lớn : 9 % - Tính đổi ra xe con theo công thức sau: Nqđ = Ni ai Ni: lưu lượng xe thứ i. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 6
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu ai: hệ số qui đổi ra xe con của các loại xe thứ i. Lấy ở bảng 2 điều 3.3.2 TCVN 4054-05. Bảng tính lưu lượng xe qui đổi: Hệ số Lưu lượng quy đổi Lưu lượng xe quy STT Thành phần xe Tỷ lệ (Ni ) (ai ) đổi (N) (%) (Xe/ng.đêm) (xcqđ/ng.đêm) 1 Xe máy 4,6 73 0,3 22 2 Xe con 12,0 190 1,0 190 3 Xe tải 2 trục 419 2,5 1.047 a Xe tải nhẹ 6,0 95 2,5 237 b Xe tải vừa 9,5 150 2,5 375 Xe tải nặng 11,0 174 2,5 435 4 Xe tải 3 trục 662 3,0 1.986 Xe tải nhẹ 17,0 269 3,0 806 Xe tải vừa 10,9 172 3,0 517 Xe tải nặng 14,0 221 3,0 664 5 Xe kéo moóc 6,0 95 5,0 474 6 Xe buýt 142 3,0 427 Xe buýt lớn 9,0 142 3,0 427 Tổng cộng 100,0 1.580 4.145 Đây là tuyến đường nối liền các trung tâm kinh tế của các địa phương nhằm phát triển kinh tế trong vùng, đảm bảo việc đi lại của người dân, góp phần thúc đẩy kinh tế - xã hội phát triển, đồng thời có ý nghĩa quan trọng trong việc giữ vững an ninh chính trị. Tổng lưu lượng xe quy đổi N= 4.145xcqđ/ng.đêm. * Tổng hợp các yếu tố trên, chọn cấp hạng kỹ thuật của đường là cấp III, miền núi; tốc độ thiết kế Vtk=60km/h. II. Xác định các yếu tố kỹ thuật của tuyến đường: - Các căn cứ để xác định các yếu tố kỹ thuật của tuyến đường: + Lưu lượng thiết kế: Theo lưu lượng điều tra được và lưu lượng quy đổi ra xe con: Nqđ =4.145 xcqđ/ng.đêm. + Địa hình: Qua quá trình khảo sát, căn cứ vào bình đồ thấy khu vực tuyến đi qua là vùng miền núi. + Thành phần xe chủ yếu là xe tải nhẹ và xe tải nặng. + Vận tốc thiết kế: Theo cấp hạng thiết kế đã xác định chọn vận tốc thiết kế: Vtk=60km/h. - Các yếu tố kỹ thuật của tuyến đường cần xác định là: + Bình đồ tuyến đường. + Hình cắt dọc đường. + Hình cắt ngang của đường. 1. Xác định quy mô mặt cắt ngang đường: Mặt cắt ngang của tuyến có dạng như sau: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 7
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu n c i ilkgc ilg b b B l B m B m B l =3.5m =3.5m Trong đó: Bn: chiều rộng nền đường; Bm: chiều rộng mặt đường. Bl: chiều rộng lề đường; im: độ dốc mặt đường. ilgc: độ dốc lề đường gia cố; ilkgc: độ dốc lề đường không gia cố. a) Số làn xe cần thiết : Ncdg nlx = Trong đó: Z Nlth Ncđg: lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm theo điều 3.3.3 TCVN 4054-2005 N gcd (10 12)%Nxcqd / ng.dem (=Ntbnăm) Lấy N gcd 12%Nxcqd / ng.dem 12% 4145 497xcqd / cdg Điều 4.2.2 TCVN 4054-05 có Z=0,77 (vùng đồi núi). 497 Vậy: nlx = 0,5 làn xe. 0,77 1000 Theo bảng 7 điều 4.1.2 TCVN 4054-05 đường cấp III miền núi, tốc độ 60km/h: chọn số làn xe tối thiểu là 2 làn. b) Tính khả năng thông xe của đường: Khả năng thông xe của đường là số đơn vị phương tiện giao thông lớn nhất có thể chạy qua một mặt cắt của đường trong một đơn vị thời gian mà giả thiết rằng xe chạy liên tục. Ta có: 3600 V m 1000 V km N = s = h Lo Lo Trong đó: N: khả năng thông xe theo lý thuyết km V: vận tốc xe chạy tính toán, V = 60 /h L0: khổ động học của xe, được tính toán dựa vào sơ đồ sau: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 8
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Lo lo V.t Sh lk L 0 = l0 + V.t + Sh + lk với : l0: chiều dài của xe con, lấy theo quy trình 4054-2005 ta được l0 = 6 m t : thời gian phản ứng tâm lý của người lái xe, thường lấy t = 1s lk: cự ly an toàn (bằng 5 -10 m tùy chướng ngại vật ), lấy lk = 8 m Sh: cự ly hãm xe, được tính như sau : k V 2 Sh = 254 i Trong đó: k: là hệ số sử dụng phanh, lấy k = 1,4 i: là độ dốc dọc, lấy i = 7% (lên dốc - lấy theo độ dốc dọc lớn nhất đường cấp III vùng núi - bảng 15 TC4054-2005) : hệ số bám của bánh xe với mặt đường, điều kiện bình thường = 0,55. Thế các giá trị vào công thức, ta được : 1,4 602 Sh= = 32 m 254 0,55 0,07 Do đó, khổ động học của xe : L0 = 6 + 60 × 1 + 32 + 8 = 106 m Khả năng thông xe theo lý thuyết: 1000 80 xe Nlt = = 754 /h 106 Nếu xe chạy mà không thấy nguy hiểm thì thực tế khả năng thông xe của một làn xe trên mỗi giờ chỉ bằng 0,3 0,5 trị số N tính ở trên, tức là: Khả năng thông xe thực tế của mỗi làn trong 1 giờ : xe Ntt = (0,3 0,5) x Nlt = (0.3 0.5) x 754= (226 377) /h Suy ra: Khả năng thông xe thực tế của mỗi làn trong một ngày đêm: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 9
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu xe N1 = (266 377) x 24 = (6384 10.179) /ng.đêm xcqđ So sánh với lưu lượng xe thiết kế Ntk = 4.145 /ng.đêm ta thấy khả năng thông xe của đường 2 làn xe là đảm bảo. c) Tính bề rộng của làn xe và mặt đường xe chạy: - Bề rộng của làn: Tính toán bề rộng một làn xe theo trường hợp xe kéo moóc (chọn đối với loại xe có kích thước lớn nhất trong dòng xe). Công thức xác định bề rộng một làn xe: a c B1làn = x y 2 Trong đó: a, c: bề rộng thùng xe và khoảng cách giữa tim 2 dãy bánh xe. Đối với xe kéo moóc: a = 2,5m; c = 1,95m. x: là khoảng cách từ mép thùng xe tới làn xe bên cạnh (ngược chiều). y: là khoảng cách từ giữa vệt banh xe đến mép ngoài phần xe chạy. x = y = 0,5 + 0,005 V = 0,5 + 0,005 80 = 0,9 m V: lấy theo vận tốc thiết kế bằng 60km/h. a c 2,5 1,95 B1làn = x y = 0,9 2 = 4,025 m 2 2 Theo TCVN 4054-2005 bảng 7: đường cấp thiết kế III, vùng núi có B1làn= 3,5m. Để đảm bảo tính kinh tế ta chọn B1làn= 3,5 m theo điều kiện tối thiểu. Các xe khi tránh nhau có thể lấn ra phần lề gia cố. - Bề rộng mặt đường xe chạy: B=2×B1làn=7 mét. d) Lề đường: Chiều rộng lề và lề gia cố tối thiểu theo quy định là 1,5m ứng với đường cấp III vùng núi có vận tốc thiết kế 60 km/h, trong đó phần gia cố tối thiểu là 1m. Kiến nghị gia cố theo chiều rộng tối thiểu là 1m (bảng số 7). e) Xác định độ dốc ngang của mặt đường và lề đường: Để đảm bảo cho đường luôn khô ráo, đủ cường độ, khi cấu tạo áo đường người ta thường cấu tạo theo một độ dốc 2 mái hoặc dốc Parabol nhằm thoát nước nhanh theo chiều ngang đường, gọi là độ dốc ngang mặt đường. Tương tự, lề đường cũng có độ dốc ra phía ngoài tiếp theo độ dốc mặt đường nhưng dốc nhiều hơn. Các độ dốc ngang này phụ thuộc nhiều vào vật liệu cấu tạo mặt đường và lề đường. Theo bảng 9 điều 4.9 Tiêu chuẩn 4054-05 quy định: - Độ dốc ngang của mặt đường bê tông nhựa là 1,5% - 2%, ta chọn 2%. - Phần lề gia cố chọn cùng độ dốc với mặt đường là 2%. - Độ dốc ngang của lề không gia cố là 4%-6%, chọn 4%. 2. Các yếu tố kỹ thuật trên bình đồ: a) Bán kính đường cong nằm: Bán kính đường cong nằm được xác định theo công thức: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 10
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu V 2 R = , Với: g ( in ) R: bán kính đường cong nằm (m). V: vận tốc thiết kế(m/s) g: gia tốc trọng trường(m/s2): g=9.81m/s2. in: độ dốc ngang của mặt đường. (+): dùng cho trường hợp có siêu cao. (-): dùng cho trường hợp không có siêu cao. : hệ số lực đẩy ngang. Để xác định lực đẩy ngang  phải dựa vào các điều kiện sau: . Điều kiện ổn định chống lật của xe. Lấy theo trị số an toàn nhỏ nhất  =0,6 . Điều kiện ổn định chống trượt ngang: Lấy trong điều kiện bất lợi nhất. Mặt dường có bùn bẩn  =0,12. . Điều kiện về êm thuận và tiện nghi đối với hành khách: Khi  0,1: hành khách khó nhận biết xe vào đường cong.  0,15: Hành khách bắt đầu cảm nhận xe đã vào đường cong.  = 0,2: Hành khách cảm thấy khó chịu.  = 0,3: Hành khách cảm thấy xô dạt về một phía., nguy hiểm muốn lật đổ. . Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp. Sau khi nghiên cứu thực nghiệm cho thấy để săm lốp và nhiên liệu không tăng lên quá đáng hệ số lực đẩy ngang hạn chế là 0,1. Tổng hợp tất cả các chỉ tiêu trên kiến nghị lấy  = 0,15. Vậy bán kính đường cong nằm R được xác định như sau: + Bán kính đường cong nằm tối thiểu khi có siêu cao lớn nhất iscMax =7% V 2 602 RMin = = 129m 127( iscMax ) 127 (0,15 0,07) Theo bảng 11 điều 5.3.1 và bảng 14 điều 5.6.2 TCVN 4054-05: ứng với siêu cao 7% Vtk = 60km/h, RMin=125m, phải chọn #129m. + Bán kính tối thiểu khi đường cong nằm không có siêu cao: V 2 RMin = ; với in=2% 127 (0,15 in ) 602 RMin = 218m 127 (0,15 0,02) Theo bảng 11 điều 5.3.1 TCVN 4054-05 khi không có siêu cao RMin =1500m. Bảng tính toán bán kính đường cong nằm. RMin Đơn vị Tính toán Tiêu chuẩn Kiến nghị Có siêu cao m 129 125 129 Không có siêu cao m 218 1500 1500 b) Tính toán siêu cao: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 11
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Siêu cao có tác dụng làm giảm lực đẩy ngang, tạo điều kiện cho xe chạy an toàn và tiện lợi trong việc điều khiển xe chạy ở đường cong có bán kính nhỏ. Độ dốc siêu cao được xác định theo công thức. V 2 V 2 isc =  = 127 R 127 R 2 V: vận tốc thiết kế V=60km/h. R: bán kính đường cong nằm. : hệ số lực đẩy ngang tính toán. 2: hệ số bám ngang của lốp xe với đường. Từ công thức trên cho thấy isc phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm R, hệ số lực đẩy ngang 2, thường lấy từ 2 = 0,08-0,1, tối đa là 0,15. Theo bảng 13 điều 5.5.1 TCVN 4054-05 có độ dốc siêu cao như sau: R(m) 125÷150 150÷175 175÷200 200÷250 250÷300 300÷1500 >1500 isc(%) 7 6 5 4 3 2 ksc Căn cứ vào tính toán và tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054-05 có RMin=129m vậy isc=7% và isc nhỏ nhất i sc = in =2% để đảm bảo thoát nước trong đường cong. Ñoaïn noái sieâu cao x a im i= Ñöôøng cong troøn B i=imax i=im ax áp i=in tie eån uy ch ng co g ôøn Ñö c) Chiều dài đoạn nối siêu cao: Lnsc Chiều dài đoạn nối siêu cao được xác định theo công thức: (B ) isc Lnsc = i p B: chiều rộng phần xe chạy: B=7m. : độ mở rộng của phần xe chạy (m). Theo bảng 12 điều 5.4.1 TCVN 4054-05 có =0,9m. isc: độ dốc siêu cao (%). SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 12
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu ip: độ dốc phụ thêm ở mép ngoài mặt đường trong quá trình nâng siêu cao(%). Theo điều 5.6.4 TCVN 4054-05 với Vtt 60km/h lấy ip = 0,5%. (7 0,9) 7% Vậy: Lnsc = 110,6m 0,5% Bố trí đoạn nối siêu cao như hình vẽ trên. d) Tính toán đường cong chuyển tiếp: Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong phải chịu các thay đổi: - Bán kính từ + đến R. G V 2 - Lực ly tâm từ chổ bằng không đạt đến giá trị: Flt = . g R - Góc hợp giữa trục bánh xe trước và trục xe từ giá trị bằng không chuyển đến giá trị trên đường cong. Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho lái xe và hành khách. Vì vậy để đảm bảo có sự chuyển biến điều hòa về lực ly tâm, về góc ngoặc và về cảm giác của người đi xe cần phải làm đường cong chuyển tiếp giữa đường thẳng và đường cong tròn. Ngoài những tác động cơ học trên, khi làm đường cong chuyển tiếp còn có tác dụng làm cho tuyến hài hòa hơn, tầm nhìn đảm bảo hơn, mức độ tiện nghi và an toàn tăng lên rõ rệt. Chiều dài đường cong chuyển tiếp được xác định theo công thức sau: 3 Vtt Lct = 23,5 R Với : Vtt: vận tốc tính toán thiết kế tuyến Vtt =60km/h. R: bán kính đường cong nằm(m). Chiều dài đường cong chuyển tiếp tuỳ thuộc vào bán kính R. Ở đây lấy trong điều kiện bán kính nhỏ nhất để tính toán RMin =129m. 603 Vậy: L = 71,3m . ct 23,5 129 Theo điều 5.6.2 chiều dài đường cong chuyển tiếp và chiều dài đoạn nối siêu cao không được nhỏ hơn quy định trong bảng 14 (đối với vận tốc V=60km/h, iscmax=7% thì L=70 mét). Vậy chọn: Lct = Lnsc = 100m. Bố trí đường cong chuyển tiếp như hình ở trên. e) Tính độ mở rộng mặt đường trong đường cong: Khi xe chạy trong đường cong, trục sau xe cố định luôn luôn hướng tâm, còn trục bánh trước hợp với trục xe một góc (như hình vẽ) nên xe yêu cầu một chiều rộng lớn hơn trên đường thẳng, nhất là khi xe đi vào đường cong có bán kính nhỏ. Vì vậy đối với những đường cong có bán kính nhỏ thì cần thiết phải mở rộng mặt đường. Công thức tính độ mở rộng của phần xe chạy đường hai làn xe: L2 0,1V E = R R SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 13
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Với: L: chiều dài từ trục sau xe đến đầu mũi xe trước. Vì thành phần xe chạy trên tuyến theo số liệu khảo sát đa số là xe tải 3 trục hạng nhẹ (17%) và hạng nặng (14%) cho nên lấy L=(12-4)=8m (bảng 1 điều 3.2.2 TCVN 4054-05). V: vận tốc xe chạy thiết kế V = 60km/h. R: bán kính đường cong nằm. Độ mở rộng phần xe chạy khi RMin =129m. 82 0,1 60 E = 1,00m 129 129 Theo bảng 12 điều 5.4.1 TCVN 4054-05: Với: Xe tải, R = 129m thì E = 0,9m. Chọn E=1 mét. f) Chiều rộng nền đường: + Trên đoạn thẳng: B = Bnđ + Blề = 2×3,5 +1,5 2 = 10 m + Trên đoạn cong đoạn mở rộng lớn nhất (khi Rnằm = 129m): B = Bnđ + Blề + = 2×3,5 +1,5 2+1 = 11 m. g) Tính nối tiếp các đường cong: * Hai đường cong cùng chiều: - Khi hai đường cong không có siêu cao chúng có thể nối trực tiếp với nhau. - Khi hai đường cong có siêu cao thì đoạn chêm phải đủ dài để bố trí hai nữa đường cong chuyển tiếp. Hoặc hai nữa đoạn nối siêu cao. L L m 1 2 2 L1, L2: Chiều dài đường cong chuyển tiếp hoặc đoạn nối siêu cao của đường cong 1 và đường cong 2. L L Nếu m < 1 2 thì tốt nhất là thay đổi R để hai đường cong tiếp giáp nhau có 2 cùng độ dốc siêu cao mở rộng theo đường cong có giá trị lớn hơn. Nếu địa hình không cho phép có đường cong ghép mà cần phải giữ đoạn chêm ngắn thì bố trí độ dốc ngang một mái trên đoạn chêm đó theo giá trị lớn hơn. L L Nếu m 1 2 thì đoạn thẳng còn lại nếu đủ dài lớn hơn hoặc bằng (20-25)m 2 thì bố trí đoạn đó hai mái. Nếu không đủ dài thì bố trí một mái. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 14
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu TC1TÑ2 Ñ2 Ñ1 1 2 1 Ñ C T O T 2 O Ñ1 TC1 L1/2 L2/2TÑ2 Ñ2 1 O1 O2 2 Ñ T C T * Hai đường cong ngược chiều: - Hai đường cong ngược chiều không có siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau. - Hai đường cong ngược chiều có bố trí siêu cao thì chiều dài đoạn chêm phải đủ để bố trí hai đường cong chuyển tiếp hoặc hai đoạn nối siêu cao. L L m 1 2 2 Tính cho trường hợp bất lợi nhất khi hai đường cong ngược chiều có cùng R và bằng RMin ứng với siêu cao 7% có đoạn nối siêu cao là Lsc = 100m. m 2V, với V: tốc độ tính toán thiết kế V= 60km/h. Vậy: m 2×60 =120m. O 2 T C 2 TCT1Ñ2 Ñ2 Ñ1 1 1 Ñ 2 T O O2 C T Ñ1 TC1 m TÑ2 Ñ2 L1/2 L2/2 O1 g) Xác định tầm nhìn: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 15
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Để đảm bảo an toàn cho xe chuyển động trên đường thì người lái xe cần phải nhìn thấy ở phía trước một khoảng cách nhất định nào đó để khi có tình huống bất ngờ xảy ra thì có thể xử lý tình một cách kịp thời và an toàn, tránh gây tai nạn. Khoảng cách đó được gọi là cự ly tầm nhìn, kí hiệu là S0. Khi tính toán S0, để phù hợp với điều kiện xe chạy thực tế trên đường người ta chia ra các trường hợp sau đây : - Sơ đồ tầm nhìn một chiều (Sơ đồ 1): hãm xe dừng lại trước chướng ngại vật cố định trên cùng một làn với một khoảng cách an toàn nào đó. Sơ đồ này là cơ bản nhất và được kiểm tra ở bất kỳ tình huống nào của đường. - Sơ đồ tầm nhìn hai chiều (Sơ đồ 2): Hai xe ngược chiều trên cùng một làn phải dừng lại kịp thời cách nhau một đoạn an toàn. Ap dụng kiểm tra đối với đường không có dãy phân cách và dùng để tính toán đường cong đứng. - Sơ đồ tầm nhìn tránh xe (Sơ đồ 3): Hai xe ngược chiều trên cùng một làn xe chạy sai phải kịp thời trở về làn xe của mình một cách an toàn. Không phải là sơ đồ cơ bản nên trong đồ án này ta không kiểm tra. - Sơ đồ tầm nhìn vượt xe (Sơ đồ 4): tính toán khoảng cách sao cho xe 1 có thể vượt xe 2 và trở về làn cũ của mình an toàn trước khi gặp xe 3 đang chạy ngược lại. Trên đường có 2 làn xe có giải phân cách trung tâm thì không tính toán. Đối với đường không có dãy phân cách phải kiểm tra, với ý nghĩa đảm bảo 1 chiều dài nhìn được cho lái xe chạy với vận tốc cao an tâm. Các trường hợp trên là những trường hợp thường hay xảy ra tương ứng với các cấp hạng đường. Ở đây, với cấp hạng kỹ thuật là cấp III, tốc độ 60km/h ta chọn xét theo hai trường hợp đầu. Tầm nhìn được tính toán trong điều kiện bình thường. Hệ số bám =0,5 (Lấy ở bảng 2-2 trang 26 giáo trình thiết kế đường ô tô tập 1 Đỗ Bá Chương NXBGD). Xét trong điều kiện đường bằng phẳng id=0%. * Xác định cự ly tầm nhìn một chiều: Trường hợp này chướng ngại vật là một vật cố định nằm trên làn xe chạy như: đá đổ, đất trượt, hố sụt, cây đổ và hàng của xe trước rơi . . . Xe đang chạy với tốc độ V có thể dừng an toàn trước chướng ngại vật với chiều dài tầm nhìn S1 (tầm nhìn một chiều). Sơ đồ tính toán tầm nhìn một chiều: S 1 l1 S h lk Chiều dài tầm nhìn một chiều được xác định: S1 =l1 + Sh + lk SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 16
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Với: L1: chiều dài phản ứng tâm lý của người lái xe khi thấy chướng ngại vật l1 =V t (t =1s) l1 = V. lk: chiều đoạn dự trữ an toàn lk = (3-5)m, chọn lk=5 mét. Sh: quãng đường ô tô đi được trong quá trình hãm xe được xác định: k V 2 S = h 254 ( i) Với : k: hệ số sử dụng phanh trung bình dùng k = 1,3. V: vận tốc thiết kế của xe V = 60km/h. : hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường = 0,5. I: độ dốc dọc của đường trong điều kiện bình thường lấy id=0%. V k V 2 S1 = l 3,6 254 ( i) k V k V 2 60 1,3 602 Vậy: S = L = 5 58.52m 1 3,6 254( i) O 3,6 254 0,5 * Xác cự ly tầm nhìn hai chiều: Hai xe ô tô chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe và phải nhìn thấy nhau từ một khoảng cách đủ để hãm phanh dừng lại trước nhau một khoảng cách an toàn. Sơ đồ tính toán tầm nhìn hai chiều: S2 l1 Sh lk S'h l'1 S2 = l1 + Sh + lk + S’h + l1’ Tuy nhiên vì tính cho cùng một loại xe chạy cùng một vận tốc (V1 = V2 ) cho nên S2 được tính như sau: S2 = 2l1 + 2Sh + lk V k V 2 60 1.4 602 0,55 S2 = l 112m 1,8 127 ( 2 i2 ) k 1,8 127 (0,552 0,072 ) Căn cứ bảng 10 TCVN4054-2005: Tầm nhìn Đơn vị Tính toán Tiêu chuẩn Kiến nghị Tầm nhìn một chiều m 58,52 75 75 Tầm nhìn hai chiều m 112 150 150 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 17
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu h) Xác định tầm nhìn trên đường cong nằm: Khi xe chạy vào đường cong nằm, nhất là đường cong có bán kính nhỏ, nhiều trường hợp có chướng ngại vật nằm phía bụng đường cong gây cản trở cho tầm nhìn như mái ta luy, cây cối trên đường. Tầm nhìn trong đường cong được kiểm tra đối với xe chạy trong làn phía bụng đường cong với giả thiết mắt người lái xe cách mép đường 1,5m và ở độ cao cách mặt đường 1,2m. Gọi: Z0 là khoảng cách từ mắt người lái xe đến chướng ngại vật. Z là khoảng cách từ mắt người lái xe đến ranh giới chướng ngại vật cần phá bỏ. Sơ đồ tính toán tầm nhìn trên đường cong: Z o Z M e ùp ñ ö ô øn g Z Z -Z o Z o m 2 . 1 1 .5 m Có hai phương pháp xác định phạm vi phá bỏ của chướng ngại vật: * Phương pháp đồ giải: Trên quỹ đạo xe chạy xác định điểm đầu và điểm cuối của những đường cong có chiều dài dây cung bằng cự ly tầm nhìn (lấy tầm nhìn hai chiều S2 =150m). Nối chúng lại bằng những đường thẳng gọi là các tia nhìn vẽ đường bao các tia nhìn xác định được phạm vi phá bỏ. Sơ đồ xác định phạm vi phá bỏ theo phương pháp đồ giải: S 2 Ñ ö ô øn g b a o c a ùc tia n h ìn B Q u y õ ñ a ïo m a ét n g ö ô øi la ùi * Phương pháp giải tích: Xảy ra hai trường hợp: + Chiều dài tầm nhìn S nhỏ hơn cung đường tròn K.  S 1800 Z = R (1 Cos ) với  2 R Với: R: bán kính đường cong nằm. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 18
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu S: chiều dài tầm nhìn. + Chiều dài tầm nhìn S lớn hơn chiều dài đường cong K. Khi đó phần phá bỏ có hai phần: Z = Z1 + Z2. 1 Z =R(1 Cos ) ; Z = (S K) Sin 1 2 2 2 2 K K S1 S1 K/2 S1- 1 Z Z - 2  Z Z   R   3. Tính các yếu tố kỹ thuật trên hình cắt dọc: a) Độ dốc dọc: Độ dốc dọc của đường ảnh hưởng rất lớn đến giá thành xây dựng, giá thành vận doanh, mức độ an toàn xe chạy. Muốn cho xe chạy trên đường luôn đảm bảo vận tốc thiết kế, phù hợp với địa hình khu vực tuyến cần xác định độ dốc dọc dựa vào các yếu tố sau: + Sức kéo phải lớn hơn sức cản ( f i ) của đường. + Sức kéo phải nhỏ hơn lực bám để xe chạy không bị trượt. + Xác định độ dốc dọc theo điều kiện lực kéo của động cơ (theo nhân tố động lực của xe). + Theo thiết kế đường ô tô khi xe chạy với tốc độ đều nhân tố động lực của xe được tính: D = f i D: nhân tố động lực của xe. f: hệ số lực cản lăn trung bình. i: độ dốc dọc của đường. Điều kiện cần thiết của đường để đảm bảo xe chạy với một tốc độ cân bằng yêu cầu. Trên loại mặt đường đã biết, hệ số cản lăn f. Độ dốc dọc tối đa xe có thể khắc phục ở chuyển số thích hợp được tính: i = D – f Căn cứ vào thành phần xe thiết kế chọn loại xe chiếm đa số để tính toán, ta có xe tải nhẹ chiếm đa số (17%), nên chọn loại xe này để tính toán: Theo bảng 2-1 trang 15 giáo trình thết kế đường ô tô tập 1 Đỗ Bá Chương (NXBGD) chọn f = 0,02 cho mặt đường bê tông nhựa. Theo biểu đồ nhân tố động lực, với tốc độ 60km/h và ở chuyển số lớn nhất của xe 8T xác định được D = 0,065. Vậy: i = D - f = 0,065 – 0,02 = 0,045. Bảng 15 điều 5.7.3 TCVN 4054-05, với đường cấp III miền núi thì i dMax = 7%. Kiến nghị chọn idMax = 7%. Vì chọn idMax =7% lớn hơn độ dốc dọc tính toán cho nên cần kiểm tra khả năng leo dốc của xe trong điều kiện idMax = 7%. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 19
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu + Kiểm tra độ dốc dọc theo điều kiện bám. Muốn xe chạy được trên đường cần phải đảm bảo các điều kiện sau: Pk Pcản Lực kéo phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám của bánh xe chủ động trên đường. ib ik ib: Độ dốc dọc tính theo điều kiện bám của xe được xác định: Db = f + ib vậy ib = Db – f Db : đặc tính động lực của từng loại xe được xác định G P D = B W b G Với: Gb: trọng lượng bám phụ thuộc vào loại ô tô Xe tải nặng có hai cầu trở lên: Gb = G Xe tải trung có một cầu: Gb =(0,65-0,7)×G Xe con: Gb = 0,55G : hệ số bám dọc phụ thuộc vào từng loại mặt đường, độ cứng của lốp xe và tốc độ xe chạy. Để xe chạy được trong mọi điều kiện đường chọn trong tình trạng mặt đường ẩm ướt bất lợi cho xe: = 0,3 Pw : lực cản của không khí khi xe chạy k F V 2 P = w 13 F: diện tích hình chiếu của xe lên mặt phẳng vuông góc với hướng xe chạy: F = 0.8B×H. B: chiều rộng xe B = 2,5m H: chiều cao xe H = 4m K: hệ số cản của không khí k = 0,07 V: vận tốc thiết kế V = 60km/h G: trọng lượng của toàn bộ xe. Xe tải nhẹ 3 trục (tải trọng trục 10 tấn) chiếm đa số và tải trọng trục thường chiếm (60-70)% tổng trọng lượng xe, nên: 1 1 G (  ) 10.000 (16.667 14.286)kg , chọn G = 16.667 kg. 60% 70% Xét trong điều kiện xe chở đầy hàng xe tải trọng trục 8T nên G = 12T = 12000kg. 0.07 0.8 2.5 4 602 Vậy: P = 155.1kg w 13 Gb = 0.7×G = 0,7×16.667= 11.666.7kg 11.667,7 0,3 155.1 Vậy: D = 0.29 11.667,7 ib = D – f = 0,29 – 0,02 =0.17 = 27% Với: ik = 4,5% < ib = 27% xe đảm bảo leo dốc khi chọn độ dốc dọc. idMax =4,5%. b) Tính chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong nằm: Trong đường cong nằm nhất là những đường cong có bán kính nhỏ phải làm siêu cao. Vì vậy trong trường hợp này độ dốc dọc trong đường cong nằm sẽ bị nâng cao hơn bình thường. Nếu trong đường cong nằm có siêu cao trùng với đoạn tuyến có độ dốc dọc SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 20
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu lớn, thì độ dốc dọc ở đoạn này sẽ vượt qua giới hạn cho phép. Cho nên cần phải tính toán chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong nằm. Gọi ix là độ dốc dọc trong đường cong có siêu cao, gần đúng có 2 2 ix = isc i i: độ dốc dọc theo hướng tiếp tuyến đường tròn. isc: độ dốc siêu cao của đường cong. Vậy trị số chiết giảm độ dốc dọc trong đướng cong là: 2 2 I = ix - id =isc i -id id : độ dốc dọc lớn nhất idMax =7%. idMaxcd = idMax - i. Bảng chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong có siêu cao. Isc(%) 7 6 5 4 3 2  2,9 2,2 1,6 1,1 0,62 0,28 idMax(%) 4,1 4,8 5,4 5,9 6,38 6,72 c) Tính thiết kế đường cong nối dốc đứng: Khi hai đoạn tuyến cùng một đỉnh trên trắc dọc có độ dốc dọc khác nhau sẽ tạo một góc gãy. Để cho xe chạy êm thuận an toàn và đảm bảo tầm nhìn cho người lái xe thì tại các góc gãy cần thiết kế đường cong nối dốc đứng. * Bố trí đường cong nối dốc đứng lồi: Bán kính tối thiểu của đường đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn của người lái xe trên đường. L L 1 L 2 d 2 B d 1 C A i2 R i1 O L Công thức tính: R = 2 2( d1 d 2 ) L = S: cự ly tầm nhìn của người điều khiển ô tô. d1; d2: chiều cao tầm nhìn của người lái so với mặt đường của ô tô một và ô tô hai. + Theo tầm nhìn một chiều sơ đồ một thì d1=d =1,2m, d2 = 0. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 21
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu S 2 752 R = 1 2343,75m đ1 2 d 2 1,2 + Theo tầm nhìn hai chiều của sơ đồ hai thì d1 = d2 = d =1.2m S 1502 R = 2 2343.75m đl 8 d 8 1.2 Bảng 19 điều 5.8.2 TCVN 4054-05 với cấp đường 60km/h thì bán kính đường cong đứng lồi nhỏ nhất RđlMin = 2500m * Bố trí đường cong đứng lõm. - Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu được xác định từ điều kiện không gây khó chịu cho hành khách và cho lò xo (nhíp) xe ô tô không bị hỏng do lực ly tâm. V2 Công thức tính: Rloõm min 13 [a] Trong đó: [a] = 0.5 m/s2 : gia tốc ly tâm cho phép. Trang 62 giáo trình thiết kế đường ô tô tập 1 (Đỗ Bá Chương NXBGD) có [a] = 0,5 – 0,7m/s2 chọn [a] = 0,5m/s2. V2 602 Vậy: Rloõm = 553,85 m min 13 [a] 13 0,5 V: vận tốc tính toán lấy bằng vận tốc thiết kế. * Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn về đêm: 2 2 loõm S1 75 Rmin = 0 882,6m 2 (hd S1 tg ) 2 (0,8 75 tg2 ) Trong đó: hd = 0,8m: Độ cao của đèn ô tô so với mặt đường (xét với ôtô con). = 2 0 : Góc phát sáng của đèn ô tô theo phương đứng. S1 = 75 m: Tầm nhìn hãm xe. loõm Theo bảng1 9điều 5.8.2 TCVN 4054-05: Rmin = 1000 m. loõm Chọn: Rmin = 1000 m 4. Một số quy định khác: Theo TCVN 4054-2005 thì chiều dài lớn nhất của dốc dọc ứng với tốc độ 60km/h với độ dốc 4% là 1000 m và 7% là 500m (bảng số 16-TCVN4054-05). Chiều dài tối thiểu đổi dốc phải đủ để bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn 150m. Giữa hai đường cong bằng ngược chiều đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí các đường cong chuyển tiếp hoặc các đoạn nối siêu cao. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật STT Tên chỉ tiêu kĩ thuật Đơn Theo tính Theo tiêu Kiến vị toán chuẩn nghị 1 Cấp hạng đường III III 2 Vận tốc xe chạy thiết kế km/h 60 60 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 22
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 3 Bán kính cong bằng tối thiểu: - Không siêu cao m 218 1500 2500 - Có siêu cao 129 125 129 - Đảm bảo tầm nhìn về đêm 1433 4 Tầm nhìn: - Hãm xe S1 m 58,52 75 75 - Thấy xe ngược chiều S2 112 150 150 5 Bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi theo điều kiện đảm bảo 2.343,75 2500 2500 tầm nhìn m 6 Bán kính tối thiểu đường cong đứng lõm theo điều kiện: 1000 1000 - Không gãy nhíp xe m 553,85 - Đảm bảo tầm nhìn về đêm 882,6 7 Số làn xe 0,5 2 2 8 Bề rộng một làn xe m 4,025 3 3,5 9 Bề rộng mặt đường xe chạy m 8,05 6 7 10 Bề rộng nền đường m 10 9 10 11 Bề rộng lề m 1,5 1,5 12 Bề rộng lề gia cố m 1 1 13 Chiều dài đoạn cong chuyển tiếp m 71,3 70 100 14 Độ mở rộng mặt đường trong m đường cong: (chố lớn nhất) 1.0 0,9 1 15 Dốc ngang mặt và lề có gia cố % 2 2 16 Dốc ngang lề không gia cố % 4 4 17 Độ dốc dọc lớn nhất % 4,5 7 4,5 CHƯƠNG III THIẾT KẾ TUYẾN TRÊN BÌNH ĐỒ I. Những căn cứ để xác định bình đồ: Để vạch tuyến trên bình đồ ta cần phải dựa vào các căn cứ sau: - Tình hình địa hình, địa mạo của khu vực tuyến đi qua L-T. - Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000, mức chênh cao 2,5m. - Cấp hạng kỹ thuật của đường. - Nhu cầu phát triển kinh tế, văn hóa của khu vực tuyến đi qua trong tương lai. - Tham khảo bản đồ quy hoạch phát triển mạng lưới giao thông, quy hoạch khu dân cư, quy hoạch xây dựng các công trình thủy lợi trong vùng. II. Xác định các điểm khống chế của tuyến: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 23
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Điểm khống chế là những điểm tuyến bắt buộc phải đi qua hoặc phải tránh. Đó là những điểm đầu, điểm cuối và những điểm ở giữa như là chỗ giao nhau với đường ôtô cấp hạng cao hơn, những điểm giao nhau với dòng nước lớn, những chỗ thấp nhất của dãy núi. Điểm đầu tuyến L, điểm cuối tuyến T. Hai điểm này là hai điểm kinh tế, chính trị và văn hóa quan trọng trong vùng. Dựa vào những điểm khống chế đã được xác định ta bắt đầu tiến hành vạch tuyến trên bình đồ. III. Nguyên tắc và cách vạch tuyến trên bình đồ: a) Các nguyên tắc khi vạch tuyến trên bình đồ: Khi vạch tuyến trên bình đồ cần phải đảm bảo các nguyên tắc sau: - Đảm bảo xe chạy an toàn và êm thuận. - Đảm bảo tốt các yêu cầu về kinh tế và quốc phòng. - Đảm bảo giá thành xây dựng là rẻ nhất và không cần phải sử dụng các biện pháp thi công phức tạp. - Đảm bảo cho việc duy tu bảo dưỡng sau này được thuận lợi. b) Cách vạch tuyến trên bình đồ: Dựa vào các căn cứ, các điểm khống chế và các nguyên tắc trên. Ta dùng compa đi độ dốc đều 4% (ta dùng độ dốc nhỏ hơn độ dốc tối đa để sau này còn điều chỉnh vị trí các đỉnh). Các đường đồng mức cách nhau 10m, do vậy mở khẩu độ compa là 4mm (tương ứng 100 mét). Sau đó, ta xê dịch các đỉnh sao cho giảm bớt được điểm gãy mà vẫn đảm bảo độ dốc dọc không quá 4%. Bằng cách này ta vạch được rất nhiều các phương án tuyến nhưng sau khi cân nhắc ta chọn phương án sau: Tuyến đi từ điểm đầu A men theo con suối chính theo hướng TTB - ĐĐB đến B. IV. Thiết kế bình đồ: Chọn bán kính đường cong trên bình đồ: Tuyến đường thiết kế là thuộc loại đường vùng núi cho nên tuyến phải đổi hướng nhiều lần để giảm tối thiểu khối lượng đào đắp nhưng sự đổi hướng nhiều lần lại làm tăng mức độ quanh co của tuyến. Chính vì vậy trên tuyến ta cần phải bố trí các đường cong. Việc lựa chọn bán kính đường cong cần phải dựa vào các yếu tố sau: - Đảm bảo sự an toàn và êm thuận khi xe chạy vào đường cong vì lực ly tâm có xu hướng làm cho xe bị trượt hoặc lật đổ. - Giảm thiểu khối lượng đào đắp. - Việc bố trí đường cong cũng làm tăng sự chú ý của lái xe vì đường thẳng nếu dài qúa sẽ làm cho điều kiện lái xe trở nên đơn điệu, người lái xe sinh ra chủ quan, phản xạ kém dễ gây tai nạn. Đường cong trên bình đồ bố trí theo cung tròn, đặc trưng của đường cong tròn là bán kính R và góc chuyển hướng . Đường cong tròn gồm các điểm chủ yếu sau: + Điểm tiếp đầu: TĐ + Điểm tiếp cuối: TC + Điểm giữa: P SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 24
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Ñ T b TC TÑ R Các yếu tố chủ yếu của đường cong được xác định theo công thức sau: R 1 T R tg ; k ; b R 1 2 180 cos 2 BẢNG TỔNG HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA ĐƯỜNG CONG PHƯƠNG N I: Góc ngoặt Bán kính Đỉnh T (m) b (m) k (m) Trái Phải R (m) Đ1 28052’ 500 163,8 16,73 321,99 Đ2 640 250 191,74 45,78 349,31 Đ3 25021’ 1200 269,9 29,98 530,97 Đ4 45018’ 400 166,93 33,43 316,28 Đ5 34032’ 500 155,45 23,61 301,44 Đ6 4026’ 1500 58,11 1,13 111,16 BẢNG TỔNG HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA ĐƯỜNG CONG PHƯƠNG N II: Góc ngoặt Bán kính Đỉnh T (m) b (m) k (m) Trái Phải R (m) Đ1 31035’ 300 84,86 11,7 165,41 Đ2 21044’ 1500 288,01 27,4 569,1 Đ3 2025’ 1500 31,74 0,34 63,47 Đ4 4506’ 500 207,68 41,41 393,67 Đ5 40059 500 186,91 33,79 357,73 Đ6 32046’ 800 235,21 33,86 457,52 Sau khi xác định được đường cong, tiến hành rải cọc trên tuyến gồm: - Cọc Km - Cọc 100m, ký hiệu là cọc K SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 25
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu - Cọc trong đường cong - Cọc cống, ký hiệu là C. 1. Cách xác định đường cong trên bình đồ: - Xác định góc ngoặt trên bản đồ bằng thước đo độ. - Chọn bán kính đường cong R phù hợp. - Tính các yếu tố cơ bản của đường cong: T, P, K. - Từ đỉnh đường cong đo theo hai cánh tuyến một đoạn có chiều dài bằng T (sau khi chuyển qua tỉ lệ bản đồ) xác định được TĐ, TC. - Xác định đường phân giác góc TĐ-Đ- TC. - Từ TĐ hoặc TC dựng đường vuông góc với cánh tuyến cắt đường phân giác tại điểm O. Từ O mở khẩu độ compa với bán kính R xác định được đường cong tròn. Điểm P chính là giao của cung tròn và đường phân giác. 2. Cách xác định đường cong trên thực địa: * Trường hợp đỉnh Đ đặt được máy kinh vĩ: - Đặt máy kinh vĩ tại Đ, hướng về cạnh đầu tuyến, đo một đoạn dài T tính từ đỉnh Đ, xác định được điểm tiếp đầu TĐ. - Quay máy kinh vĩ một góc 180 0+ , kiểm tra hướng ngắm cạnh cuối tuyến. Đo một đoạn T (tính từ đỉnh Đ), xác định được điểm TC. 180 0 1 - Quay 1 góc (tính từ T C), xác định 1 đoạn b R 1 , tại đó 2 cos 2 chính là đỉnh P. - Khi đo chiều dài để bố trí các điểm chủ yếu phải đo 2 lần. Trong quá trình đo phải liên tục kiểm tra sai số. * Trường hợp đỉnh Đ không đặt được máy: Ñ T M N b TC TÑ R - Chọn 2 điêm M, N tuỳ ý như hình vẽ, từ góc ĐMN và góc ĐNM suy ra được góc = gócĐMN + gócĐNM - Xác định MN, trong tam giác MNĐ: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 26
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu MD ND MN sin DNM sin DMN sin(180 0 (DNM DMN)) MN.sin DNM MD sin(180 0 (DNM DMN)) MN.sin DMN ND sin(180 0 (DNM DMN)) so sánh MĐ T NTc=NĐ-T (tiếp cuối nằm trong NĐ) - Bố trí Tđ và Tc : + Đặt máy kinh vĩ tại M để xác định Tđ thông qua giá trị độ dài MTđ + Đặt máy kinh vĩ tại N để xác định Tc thông qua độ dài NTc + Đặt máy kinh vĩ tại Tđ ngằm về hướng đầu cánh tuyến. Quay bàn độk ngang 1 góc=1800, đo 1 đoạn T’ ta xác định được Đ’: T’=TđĐ’=Rtg ( ) 4  ' (180 0 ) 2 - Đặt máy tại Đ’ ngắm về Tđ, quay 1 góc 360 0-’, trên hướng đó xác định 1 đoạn T’, tìm được P 3. Tính số hiệu cọc 100m tại những điểm chủ yếu của đường cong: Dựa vào các yếu tố của đưồng cong tròn và số hiệu của cọc đỉnh góc chuyển hướng để tính số hiệu cọc chủ yếu theo công thức: H TD H D T H TC H TD K K H P H TD 2 Trong đó : H TD Số hiệu cọc 100m của điểm TĐ. H TC Số hiệu cọc 100m của điểm TC H P Số hiệu cọc 100m của điểm P. H D Số hiệu cọc 100m của đỉnh Đ. Cách kiểm tra : H H T D TC D K H H P TC 2 4. Chuyển các điểm cọc 100m từ tiếp tuyến xuống đường tròn theo phương pháp tọa độ vuông góc: Các cọc được tiến hành trên từng nửa đường cong riêng biệt. Trục X là đường tiếp tuyến, trục Y là bán kính đường cong đi qua điểm TĐ hay TC. Toạ độ các điểm cọc tính theo công thức sau : X = R.Sin SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 27
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Y = 2R.Sin2 2 K .1800 Trong đó : i .R Ki : Chiều dài cung tròn từ điểm cọc 10m, cần chuyển đến điểm đầu hay điểm cuối đường cong tròn X 3' y3 3 2' y2 ki 2 ki R R x3 y1 1' 1 x2 i R x1 ki i i TÑ O Y 5. Cách tính cao độ các điểm trên bình đồ: Nếu điểm D nằm trên đường đồng mức thì D có cao độ của đường đồng mức. Nếu C nằm giữa hai đường đồng mức, cách tính như sau: qua D vẽ đường EF vuông góc với hai đường đồng mức. E ' E D ' C D F E D F Cao độ điểm D được xác định như sau: hD = hF + DD’ Xét 2 tam giác đồng dạng FDD’ và FEE’ ta có: DF DD' EE' EF E E’: chênh cao giữa hai đường đồng mức. DE, E F: đo trên bình đồ bằng thước mm. (h h ) D' F Hoặc h h E F D' F E' F Sau khi đã có vị trí các cọc, ta tiến hành nội suy cao độ của các cọc dựa vào các đường đồng mức trên bình đồ và tiến hành vẽ đường đen. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 28
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu CHƯƠNG IV THIẾT KẾ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG I. Các yêu cầu thiết kế: Để đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận, kinh tế, đảm bảo các chỉ tiêu khai thác vận doanh có hiệu quả nhất thì việc thiết kế và xây dựng áo đường cần phải đạt được các yêu cầu cơ bản sau đây: - Áo đường phải có đủ cường độ chung, biểu thị qua khả năng chống lại biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn do chịu kéo uốn hoặc lo nhiệt độ và phải ít bị thay đổi theo điều kiện thời tiết khí hậu, tức là phải ổn định về cường độ. - Mặt đường phải đạt được độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản lăn, giảm sốc khi xe chạy do đó nâng cao được tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiên liệu và kéo dài tuổi thọ phương tiện giao thông. - Bề mặt áo đường phải đủ độ nhám nhất định để nâng cao hệ số bám, tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao. - Áo đường càng sản sinh ít bụi càng tốt vì bụi làm giảm tầm nhìn, gây tác động xấu đến con người và máy móc. Tuy nhiên không phải lúc nào cũng đòi hỏi áo đường có đủ phẩm chất trên một cách hoàn hảo. Vì như vậy sẽ rất tốn kém, do đó người thiết kế phải xuất phát từ yêu cầu thực tế để đưa ra những kết cấu mặt đường thích hợp thỏa mãn ở mức độ khác nhau các yêu cầu nói trên. II. Thông số phục vụ tính toán và cấp kết cấu mặt đường: Lưu lượng xe chạy ở năm tương lai 4145 xe/ng.đêm. Tải trọng trục tính toán P = 100KN, áp lực tính toán lên mặt đường p = 0,6 Mpa, đường kính vệt bánh xe D = 33 cm. 1. Tính số trục xe: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 29
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Căn cứ theo mục 3.2 của 22TCN211-06 quy đổi về trục tiêu chuẩn 100KN, vì: tải trọng trục đơn của xe nặng nhất là 100kN (không có tải trọng trục vượt quá 20% trị số tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn 100KN) và số lượng các trục này chiếm dưới 5% tổng số trục xe tải và xe buýt các loại chạy trên đường (theo mục 3.2.2). Ta chỉ quy đổi về tải trọng trục tiêu chuẩn 120KN khi trên đường có các trục đơn nặng trên 120 kN và dưới 144 kN với số lượng chiếm dưới 5% tổng số trục xe tải và xe buýt chạy trên đường (theo mục 3.2.3). Việc tính toán quy đổi tải trọng trục được thực hiện theo mục 3.2.3: k 4.4 Pi N c1.c2 .ni I 1 100 Với C1 = 1+1,2(m-1) và C2 = 6,4 cho các trục trước và trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C2 = 1,0 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi). Việc tính toán được thực hiện như ở dưới đây: Ta có bảng quy đổi các xe về tải trọng trục tính toán và lượng tải trọng trục tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm như sau: Khoảng Số 4.4 cách ST Loại xe Pi trục m c1 c2 ni P giữa các T (KN) c c n i sau 1 2 1 100 trục sau (m) Trục trước 5,60 1 1 6,4 190 không quy đổi 1 Xe con M-21 Trục sau 1 9,05 1 1 6,4 190 không quy đổi Tải nhẹ Gaz- Trục trước 19,60 1 1 6,4 95 không quy đổi 2 53A Trục sau 1 48,40 1 1 1 95 3,90 Tải vừa Zil - Trục trước 25,75 1 1 6,4 150 2,45 3 130 Trục sau 1 62,80 1 1 1 150 19,37 Tải nặng Trục trước 48,25 1 1 6,4 174 45,09 4 Maz-500 Trục sau 1 100 1 1 1 174 367,21 Tải nhẹ Trục trước 18,60 1 1 6,4 269 Không quy đổi 5 Trục sau 2 38,60 1 2,2 1 269 8,98 Tải vừa Trục trước 32,80 1 1 6,4 172 8,16 6 Kamaz-5320 Trục sau 2 61,50 2 2,2 1 172 44,57 3 Kéo moóc Trục trước 25,90 1 1 6,4 95 1,59 8 Kraz-257 Trục sau 2 74,10 2 2,2 1 95 55,89 1,5 Trục sau 2 73,10 2 2,2 1 95 52,65 1,5 Buýt lớn Trục trước 52,50 1 1 6,4 142 53,35 9 Laz-695E Trục sau 1 90,90 1 1 1 142 93,32 10 Tổng cộng 1.816 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 30
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Vì đường thiết kế có hai làn xe và không có dải phân cách giữa nên theo 3.3.2 22TCN 211-06 chọn fL = 0,55. Ntk là số trục xe tiêu chuẩn 100KN cho cả hai chiều trong một ngày đêm ở năm cuối của thời kỳ khai thác. Vậy Ntt=0,55×1.816= 999 (trục/làn.ngày đêm) 2. Tính toán tải trọng tích lũy: Trong trường hợp này, biết số trục dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế N t =1.816 (trục/ngày đêm) (lấy đối với cả 2 làn) nên có thể tính Ne theo biểu thức: [(1 q)t 1] N 365 N , trong đó: e q (1 q)t 1 t q=10% - là tốc độ tăng trưởng xe hàng năm t=15 năm; Ntt=1.816 [(1 0,1)15 1] N 365 1816 5.545.775 trục. e 0,1 (1 0.1)15 1 Ở biểu thức trên cho số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên cả 2 chiều xe chạy, vì đường có 2 làn xe do đó ta phải nhân thêm hệ số phân phối số trục tính toán trên mỗi làn xe fL để xác định ra số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên một làn xe (trục/ngày đêm.làn). Vậy: Ne=0,55×5.545.775 =3.050.176 trục. 3. Tính Eyc: Với đường cấp III đồng vùng núi có V tk = 60 Km/h, ta kiến nghị lựa chọn mặt đường cấp cao A1 để thiết kế, sử dụng bê tông nhựa chặt loại một cho lớp mặt. Mô đun đàn hồi yêu cầu đối với kết cấu áo đường thiết kế ứng với số trục xe tính toán Ntt = 999 trục/làn.ngày đêm. Tra bảng 3.4 (trang 36) -22TCN211-06 có: Eyc = 192 MPa và mô đun đàn hồi yêu cầu tối thiểu là 140 MPa. Vậy kết cấu khi thiết kế thì trị số mô đun đàn hồi yêu cầu sử dụng là giá trị 192 MPa. Độ tin cậy khi thiết kế ứng với đường cấp III chọn 0,9 (bảng 3- 3). Mô đun đàn hồi của đất nền ứng với loại đất á sét lẫn ít sỏi sạn ứng với độ ẩm tương đối 0,55 theo kết quả thí nghiệm là 55MPa, góc ma sát trong 170, lực dính c = 0.036 MPa. Theo mục 3.3.3: Khi tính toán lề gia cố N tt lấy bằng 35% - 50%Ntt của làn xe chạy kế bên, kiến nghị lấy bằng 40% cho đường hai làn xe không phân cách giữa. III. Lựa chọn sơ bộ hai phương án kết cấu áo đường: 1. Phương án I: Bề dày các lớp Bề dày các lớp ứng với Vật liệu sử dụng (từ trên xuống) ứng với phần xe phần lề gia cố (cm) chạy (cm) Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ loại A 6 6 (BTNC 15) Bê tông nhựa chặt hạt trung loại B 8 8 (BTNC 25) Cấp phối đá dăm loại I 25 25 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 31
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Cấp phối đá dăm loại II 35 35 (loại bỏ nếu dư thừa) 2. Phương án II: Bề dày các lớp ứng Bề dày các lớp ứng với Vật liệu sử dụng (từ trên xuống) với phần xe chạy phần lề gia cố (cm) (cm) Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ loại A 5 5 (BTNC 15) Bê tông nhựa chặt hạt trung loại B 7 7 (BTNC 25) Đá dăm gia cố xi măng 6% 18 18 Cấp phối đá dăm loại II 35 35 (loại bỏ nếu dư thừa) IV. Kiểm toán kết cấu áo đường: A. Kiểm toán kết cấu áo đường phương án I: Giả sử chiều dày của các lớp kết cấu áo đường từ trên xuống như sau: Bề dày các lớp ứng Bề dày các lớp ứng với Vật liệu sử dụng (từ trên xuống) với phần xe chạy phần lề gia cố (cm) (cm) Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ loại A 6 6 (BTNC 15) Bê tông nhựa chặt hạt trung loại B 8 8 (BTNC 25) Cấp phối đá dăm loại I 25 25 Cấp phối đá dăm loại II 35 35 (loại bỏ nếu dư thừa) Bảng các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cho phương án I: Bề E (Mpa) dày Tính Tính R C Lớp kết cấu (từ dưới lên) Tính ku lớp độ kéo (Mpa) (MPa) (độ) trượt (cm) võng uốn Đất nền á sét lẫn ít sỏi sạn 55 0,036 17 (a = 0,55) Cấp phối đá dăm loại II 35 230 230 230 Cấp phối đá dăm loại I 18 290 290 290 Bê tông nhựa chặt hạt 7 360 300 1100 1,8 0,3 trung loại B (BTNC 25) Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ 5 324 240 1600 2,0 0,3 loại A (BTNC 15) * KIỂM TOÁN ĐỐI VỚI PHẦN MẶT ĐƯỜNG: 1. Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: Thường kiểm tra ở t0= 10-150C : SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 32
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu - Có Eyc = 192 MPa - Sơ đồ tính: Lớp vật liệu Ev MPa h (cm) BTN nóng hạt mịn 324 6 BTN nóng hạt trung 360 8 Cấp phối đá dăm loại I 290 25 CPĐD loại II 230 35 Nền: Á sét lẫn ít sỏi sạn 55 - - Tính Ech: Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách quy đổi kết cấu áo đường lần lượt từ 2 lớp thành 1 lớp từ dưới lên trên sẽ xác định được mô đun đàn hồi E ch của các lớp mặt đường. Theo mục 3.4.5 -22TCN211-06: 3 1 1 k t 3 E E tb1 1 1 k h2 k ; h2 , h1 – Chiều dày lần lượt của lớp trên và lớp dười kết cấu. h1 E2 t ; E2; E1: Môđun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới. E1 * Quy đổi lớp lớp cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I thành một lớp: 3 1 25 290 3 1 35 230 E 230 253,9MPa tb1 25 1 35 * Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I) và BTN hạt trung thành một lớp: 3 1 8 360 3 1 60 253,9 E 253,9 256,12MPa tb2 8 1 60 * Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm loại II + cấp phối đá dăm loại I + BTN hạt trung) và BTN hạt mịn thành một lớp: 3 1 6 324 3 1 68 265,12 E 265,12 269,6MPa tb3 6 1 68 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 33
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu H 35 25 8 6 Ta thấy: 2,24 2 , D 33 H Theo 3.4.5 2 và biểu thức 3-6 E dc  E '  E , với: D tb tb tb3 0,12 0,12 H 74  1,114 1,114 1,23 D 33 dc Etb  Etb3 1,23 269,6 331,6MPa dc Etb 2 dc Do Etb  Etb max(Etb2 ; E4 ) 324MPa E4 * Tính Ech của kết cấu mặt đường: H 74 Do 2,24 2 , theo điều 3.4.4 tính E ch theo công thức gần đúng ở phụ D 33 lục F- 22TCN211-06: 1,05.E 1,05 55 E 0 212,95MPa ch E 55 1 0 1 55 E1 Eo 324 2 0,67 2 0,67 E 324 H E 1 74 55 o 1 4. . 1 4. . 33 324 D E1 - Do đường cấp III, có 2 làn xe, độ tin cậy 0,9; theo bảng 3-2 chọn dv dv kcd 1,1 kcd Eyc 1,1 192 211,2MPa dv Nhận xét: Ech 212,95MPa kcd Eyc 211,2MPa Đạt điều kiện tiêu chuẩn đọ vng. * Kết luận: Vậy kết cấu mặt đường đã chọn đảm bảo điều kiện tiêu chuẩn độ võng đàn hồi. 2. Kiểm tra điều kiện chống trượt trong nền đất: * Tìm Tax : - Tính Etb cho cả 04 lớp kết cấu áo đường: Theo mục 3.4.5 -22TCN211-06: 3 1 1 k t 3 E E tb1 1 1 k * Quy đổi lớp lớp cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I thành một lớp: 3 1 25 290 3 1 35 230 E 230 253,9MPa tb1 25 1 35 * Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I) và BTN hạt trung thành một lớp: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 34
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 3 1 8 300 3 1 60 253,9 E 253,9 259,1MPa tb2 8 1 60 * Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm loại II + cấp phối đá dăm loại I + BTN hạt trung) và BTN hạt mịn thành một lớp: 3 1 6 240 3 1 68 259,1 E 259,1 257,5MPa tb3 6 1 68 H 35 25 8 6 Ta thấy: 2,24 2 , D 33 H Theo 3.4.5 2 và biểu thức 3-6 E dc  E '  E , với: D tb tb tb3 0,12 0,12 H 74  1,114 1,114 1,23 D 33 dc Etb  Etb3 1,23 257,5 316,7MPa dc Etb 2 dc Do Etb  Etb max(Etb2 ; E4 ) 259,1MPa E4 * Xét các tỷ số: h 74 + 2,24 D 33 E 259,1 E 1 4,71 5 , chọn 1 5 để tra toán đồ E0 55 E0 T h E ax f ( ; 1 ; ) 0,0155 (tra toán đồ hình 3-3) p D E0 Tax p 0,0155 0,6 0,0155 0,0093MPa - TìmTav : Tav (h, ) , tra toán đồ hình 3-4: Tav 0,0004 Tax Tav 0,0093 0,0007 0,0087MPa * Kết cấu nền áo đường được xem là đủ cường độ khi thoả mãn biểu thức (3.7): Ctt Tax Tav tr , trong đó: Kcd + Trị số Ctt được xác định theo biểu thức (3.8): Ctt = C× K1× K2 × K3 C =0,036MPa: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 35
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu K1 =0,6: hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động. Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K1=0,6 K2 =0,8: hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn, do vậy K 2 được xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngày đêm như ở Bảng (3-8). K3 =1,5 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử. K 3 được xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường: Ctt 0,036 0,6 0,8 1,5 0,026 tr + Kcd =0,94 – Hệ số cường độ trượt, lấy theo bảng 3-7 đối với độ tin cậy 0,9. Ctt 0,026 Ta có: tr 0,027 Tax Tav 0,0087MPa Kcd 0,94 * Vậy đảm bảo điều kiện chống trượt giữa kết cấu mặt đường và nền đất. 3. Kiểm tra theo điều kiện chống trượt của các lớp bê tông nhựa: * Quy đổi 2 lớp bê tông nhựa: 3 1 3 1 3 6 240 1 1 k t 3 8 300 E E 300 273,19MPa tb1 3 1 k 6 1 8 * Quy đổi lớp lớp cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I thành một lớp: 3 1 25 290 3 1 35 230 E 230 253,9MPa tb1 25 1 35 - Tính Ech: Tra toán đồ 2 lớp hình 3-1 xác định Ech: E H E ch f ( ; 0 ) E1 D E1 H 60 + 1,82 D 33 E0 55 Ech + 0,22 0,64 Ech 0,64 253,9 162,5MPa E1 253,9 E1 * Tra toán đồ hình 3-3 tìm Tax trong bê tông nhựa: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 36
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu H 14 + 0,42 D 33 E E 273,19 1 tb1 1,68 E2 Ech 162,5 00 T h E ax f ( , 1 , ) 0,042 p D E0 Tax p 0,042 0,6 0,036 0,025MPa * TìmTav :  av =0 do góc 0 Vậy Tax Tav 0,025MPa * Kết cấu nền áo đường được xem là đủ cường độ khi thoả mãn biểu thức (3.7): Ctt Tax Tav tr , trong đó: Kcd + Trị số Ctt được xác định theo biểu thức (3.8): Ctt = C. K1. K2 . K3 C =0,3 MPa: lực dính của vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán. K1 =0,6: hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động. Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K1=0,6 K2 =0,8: hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn, do vậy K 2 được xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngày đêm như ở Bảng (3-8). K3 =1,5: hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử. K 3 được xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường: Ctt 0,3 0,6 0,8 1,5 0,216 tr + Kcd =0,94 – Hệ số cường độ trượt, lấy theo bảng 3-7 đối với độ tin cậy 0,9. Ctt 0,216 Vậy: tr 0,23 Tax Tav 0,025MPa Kcd 0,94 Vậy đảm bảo điều kiện chống trượt của các lớp bê tông nhựa. 4. Kiểm tra điều kiện chịu kéo khi uốn trong các lớp bê tông nhựa: a) Đối với lớp dưới: * Tính toán ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy lớp bê tông nhựa hạt trung theo biểu thức 3-10: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 37
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu - Quy đổi lớp bê tông nhựa hạt trung và bê tông nhựa hạt mịn thành 01 lớp: 3 1 6 1600 3 1 8 1100 E 1100 1299,1MPa tb1 6 1 8 h 14 0,42 0,5 , chọn  1,0 D 33 dc Etb1 1,0 1299,1 1299,1MPa - Tính Ech.m - là Ech của các lớp cấp phối đá dăm loại I + lớp cấp phối đá dăm loại II và đất nền: - Quy đổi lớp lớp cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I thành một lớp: 3 1 25 290 3 1 35 230 E 230 253,9MPa tb1 25 1 35 h 60 1,82  1,201 D 33 dc Etb Etb1  253,9 1,201 304,9MPa dc E1 dc Do Etb  Etb max(E1; E2 ) 290MPa E2 - Tra toán đồ hình 3-1 tìm Ech.m h 60 1,82 D 33 E0 E 0 55 dc 0,19 E 1 Etb 290 E ch.m E ch.m E0 h dc f ( , ) 0,62 E1 Etb E 1 D E ch.m 0,62 290 179,8MPa - Tra toán đồ hình 3-5 xác định  ku đơn vị ở lớp mặt: h E1 h Etb1  ku f ( ; ) f ( ; ) D Ech D Ech.m h 14 0,42 D 33 E dc 1299,1 tb 7,3 Ech.m 179,8 h E1  ku f ( ; ) 1,35 D Ech Theo 3.10 ta có: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 38
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu  ku Kb p  ku 0,85 0,6 1,35 0,69MPa (Kb=0,85- Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán, lấy theo mục 3.6.2) * Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu uốn ở đáy lớp BTN hạt trung theo biểu thức 3-9: - Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3- 12): 11,11 11,11 K1 0,22 0,22 0,42 Ne 3.050.176 - Theo mục 3.6.3, lấy K2=1 (đối với bê tông nhựa chặt). Vậy cường độ kéo uốn tính toán của các lớp bê tông nhựa là: ku Rtt k1 k2 Rku 0,42 1 1,8 0,756MPa (Rku- lấy ở bảng bảng chỉ tiêu cơ lý vật liệu) ku tr kdc Kcd 0,94 - hệ số cường độ về chịu kéo uốn, lấy ở bảng 3-7 phụ thuộc vào độ tin cậy. - Kiểm toán theo tiêu chuẩn kéo uốn theo biểu thức (3-9): ku Rtt 0,765  ku 0,69MPa ku 0,804MPa (đạt) Kcd 0,94 b) Lớp bê tông nhựa hạt mịn (lớp trên): * Tính toán ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy lớp bê tông nhựa hạt trung theo biểu thức 3-10: - Mô đun đàn hồi của lớp bê tông nhựa hạt mịn: E1 1600MPa - Tính Ech.m - là Ech của các lớp bê tông nhựa hạt, cấp phối đá dăm loại I, lớp cấp phối đá dăm loại II và đất nền: + Quy đổi lớp lớp cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I thành một lớp: 3 1 25 290 3 1 35 230 E 230 253,9MPa tb1 25 1 35 + Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm loại II và cấp phối đá dăm loại I) và BTN hạt trung thành một lớp: 3 1 8 1100 3 1 60 253,9 E 253,9 601,55MPa tb2 8 1 60 + Xét đến hệ số điều chỉnh: h 68 2,06 D 33 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 39
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 0,12 0,12 H 74  1,114 1,114 1,23 D 33 dc Etb  Etb3 1,23 601,55 739,9MPa + Tra toán đồ hình 3-1 tìm Ech.m h 68 + Do 2,06 2 theo điều 3.4.4 tính Ech theo công thức gần đúng ở phụ D 33 lục F- 22TCN211-06: 1,05.E 1,05 55 E 0 306,12MPa ch.m E 55 1 0 1 E E 739,9 55 1 o 2 0,67 E 2 0,67 739,9 H E 1 74 55 1 4. . o 1 4. 33 739,9 D E1 - Tra toán đồ hình 3-5 xác định  ku đơn vị ở lớp mặt (đáy lớp bê tông nhựa hạt mịn): h E1 h Etb1  ku f ( ; ) f ( ; ) D Ech D Ech.m h 6 0,182 D 33 E 1600 1 5,22 Ech.m 306,12 h E1  ku f ( ; ) 1,35 D Ech Theo (3-10) ta có:  ku Kb p  ku 0,85 0,6 1,35 0,689MPa (Kb=0,85- Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán, lấy theo mục 3.6.2). * Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu uốn ở đáy lớp BTN hạt mịn theo biểu thức 3-9: - Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-12): 11,11 11,11 K1 0,22 0,22 0,42 Ne 3.050.176 - Theo mục 3.6.3, lấy K2=1 (đối với bê tông nhựa chặt). Vậy cường độ kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa hạt mịn (lớp trên) là: ku Rtt k1 k2 Rku 0,42 1 2 0,84MPa - Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu uốn ở đáy các lớp BTN theo biểu thức (3-9) ku Rtt 0,84  ku 0,389MPa ku 0,894MPa (đạt) Kcd 0,94 Vậy các lớp bê tông nhựa đạt điều kiện tiêu chuẩn chịu kéo uốn. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 40
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu * Kết luận: Kết cấu mặt đường như trên đạt được tất cả các tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi, tiêu chuẩn chống trượt cắt và tiêu chuẩn chịu kéo uốn. * KIỂM TOÁN ĐỐI VỚI PHẦN LỀ ĐƯỜNG GIA CỐ: Theo mục 3.3.3: Khi tính toán lề gia cố N tt lấy bằng 35% - 50%Ntt của làn xe chạy kế bên, kiến nghị lấy bằng 40% cho đường hai làn xe không phân cách giữa Suy ra Ntt lề=40%×999=399,6MPa Tra bảng 3.4, nội suy có Eyc = 187,3 MPa - Sơ đồ tính: Giả sử bỏ lớp cấp phối đá dăm loại 2 dày 35 cm, kết cấu áo đường phần lề gia cố như sau: Lớp vật liệu Ev MPa h (cm) BTN nóng hạt mịn 324 6 BTN nóng hạt trung 360 8 Cấp phối đá dăm loại I 290 25 Nền: Á sét lẫn ít sỏi sạn 55 - 1. Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: Thường kiểm tra ở t0= 10-150C : - Tính Ech: Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách quy đổi kết cấu áo đường lần lượt từ 2 lớp thành 1 lớp từ dưới lên trên sẽ xác định được mô đun đàn hồi E ch của các lớp mặt đường. Theo mục 3.4.5 -22TCN211-06: 3 1 1 k t 3 E E tb1 1 1 k h2 k ; h2 , h1 - Chiều dày lần lượt của lớp trên và lớp dười kết cấu. h1 E2 t ; E2; E1: Môđun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới. E1 * Quy đổi cấp phối đá dăm loại I và BTN hạt trung thành một lớp: 3 1 8 360 3 1 25 290 E 290 306,05MPa tb1 8 1 25 * Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm loại II + cấp phối đá dăm loại I + BTN hạt trung) và BTN hạt mịn thành một lớp: 3 1 6 324 3 1 33 306,05 E 306,05 308,72MPa tb3 6 1 33 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 41
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu H 25 8 6 Ta thấy: 1,18 , suy ra hệ số điều chỉnh  =1,127 D 33 dc Etb = 1,127 × 308,72 = 347,93MPa * Tính Ech của kết cấu mặt đường theo sơ đồ sau: Tra toán đồ 2 lớp với: hc E1 = Etb , h1=39 cm Eo = 55MPa E 55 0 0,16 E1 347,92 Tra toán đồ 02 lớp hình 3.1 ta có: Ech hc 0,47 Ech 0,47 347,93 163,53MPa Etb - Do đường thiết kế là đường cấp III, có 2 làn xe, theo bảng 3-3 chọn độ tin cy 0,9; dv dv theo bảng 3-2 chọn kcd 1,1 kcd Eyc 1,1 187,3 206,03MPa dv Nhận xét: Ech 163,5MPa kcd Eyc 206,03MPa không đạt điều kiện tiêu chuẩn đọ vng. * Kết luận: Vậy kết cấu lề đường đã chọn không đảm bảo điều kiện tiêu chuẩn độ võng đàn hồi. Vậy để thuận lợi cho thi công ta chọn kết cấu áo đường của lề gia cố tương tự với kết cấu áo đường phần mặt đường. B. Kiểm toán đối với phương án II: Giả sử chiều dày của các lớp như sau: Bề dày các lớp ứng Bề dày các lớp ứng với Vật liệu sử dụng (từ trên xuống) với phần xe chạy phần lề gia cố (cm) (cm) Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ loại A 5 5 (BTNC 15) Bê tông nhựa chặt hạt trung loại B 7 7 (BTNC 25) Đá dăm gia cố xi măng 6% 18 18 35 (có thể loại bỏ nếu Cấp phối đá dăm loại II 35 không cần thiết) Bảng các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cho phương án II: E (Mpa) Tính Lớp kết cấu (từ dưới Bề dày Tính Tính R C về ku lên) lớp (cm) về độ về (Mpa) (MPa) (độ) kéo võng trượt uốn Đất nền á sét lẫn ít sỏi 55 0,036 17 sạn (a = 0.55) Cấp phối đá dăm loại II 35 230 Đá dăm gia cố xi măng 25 600 600 600 0.8 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 42
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 6% Bê tông nhựa chặt hạt 7 360 300 1100 1,8 trung loại B (BTNC 25) Bê tông nhựa chặt hạt 5 324 240 1600 2,0 nhỏ loại A (BTNC 15) * KIỂM TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY: 1. Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: Thường kiểm tra ở t0= 10-150C Sơ đồ tính: Lớp vật liệu Ev MPa h (cm) BTN nóng hạt mịn 324 5 BTN nóng hạt trung 360 7 Đá dăm gia cố xi măng 6% 600 18 CPĐD loại II 230 35 Nền: Á sét lẫn ít sỏi sạn 55 - Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách quy đổi kết cấu áo đường lần lượt từ 2 lớp thành 1 lớp từ dưới lên trên sẽ xác định được môđun đàn hồi E của các lớp mặt đường. Theo mục 3.4.5 -22TCN211-06: 3 1 1 k t 3 E E tb1 1 1 k t = E2/E1 ( E2; E1: Môđun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới). k = h2/h1 ( h2; h1: Chiều dày lớp trên và lớp dưới). * Qui đổi lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% và lớp cấp phối đá dăm loại II thành một lớp: h1 = 18 cm ; h2 = 35 cm 2 2 E2 = 600 daN/cm ; E1 =230 daN/cm k = 18/38; t = 600/230 H1 = h1 +h2 =18 + 35 = 53 cm 3 1 18 600 3 1 35 230 E 230 330,02MPa tb1 18 1 35 * Qui đổi hệ (cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% và cấp phối đá dăm loại II) và BTN hạt trung thành một lớp : SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 43
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 3 1 7 360 3 1 53 330,02 E 330,02 333,43MPa tb2 7 1 53 * Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% + cấp phối đá dăm loại II + bê tông nhựa hạt thô) và BTN hạt mịn thành một lớp: 3 1 5 324 3 1 60 333,43 E 333,43 332,7MPa tb3 5 1 60 h 65 Ta thấy: 1,97 , suy ra hệ số điều chỉnh  =1,2 D 33 dc Etb = 1,20 × 332,7 = 399,24MPa * Tính Ech của kết cấu mặt đường theo sơ đồ sau: Tra toán đồ 2 lớp với: hc E1 = Etb , h1=65 cm Eo = 55MPa E 55 0 0,14 E1 399,24 Tra toán đồ ta có: Ech hc 0,58 Ech 0,58 399,24 231,6MPa Etb - Do đường thiết kế là đường cấp III, có 2 làn xe, theo bảng 3-3 chọn độ tin cy 0,9; dv dv theo bảng 3-2 chọn kcd 1,1 kcd Eyc 1,1 192 211,2MPa dv Nhận xét: Ech 231,6MPa kcd Eyc 211,2MPa Đạt điều kiện tiêu chuẩn đọ vng. * Kết luận: Vậy kết cấu mặt đường đã chọn đảm bảo điều kiện tiêu chuẩn độ võng đàn hồi. 2. Kiểm tra điều kiện chống trượt trong nền đất: * Tìm Tax : - Tính Etb cho cả 04 lớp kết cấu áo đường: Theo mục 3.4.5 -22TCN211-06: 3 1 1 k t 3 E E tb1 1 1 k t = E2/E1 ( E2; E1: Môđun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới). k = h2/h1 ( h2; h1: Chiều dày lớp trên và lớp dưới). SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 44
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu + Qui đổi lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% và lớp cấp phối đá dăm loại II thành một lớp: h1 = 18 cm ; h2 = 35 cm 2 2 E2 = 600 daN/cm ; E1 =230 daN/cm k = 18/38; t = 600/230 H1 = h1 +h2 =18 + 35 = 53 cm 3 1 18 600 3 1 35 230 E 230 330,02MPa tb1 18 1 35 + Qui đổi hệ (cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% và cấp phối đá dăm loại II) và BTN hạt trung thành một lớp: 3 1 7 300 3 1 53 330,02 E 330,02 326,42MPa tb2 7 1 53 + Qui đổi hệ (cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% + cấp phối đá dăm loại II + bê tông nhựa hạt trung) và BTN hạt mịn thành một lớp: 3 1 5 240 3 1 60 326,42 E 326,42 319,14MPa tb3 5 1 60 h 65 Với: 1,97 → =1,2 D 33 dc Etb 1,2 319,14 382,99MPa * Xét các tỷ số: h 65 + 1,97 D 33 E 382,99 1 6,96 E 55 0 (tra toán đồ hình 3-3) T h E ax f ( ; 1 ; ) 0,016 p D E0  ax p 0,016 0,6 0,016 0,0096MPa - TìmTav : Tav (h, ) , tra toán đồ hình 3-4: Tav 0,0004 Tax Tav 0,0096 0,0004 0,0092MPa * Kết cấu nền áo đường được xem là đủ cường độ khi thoả mãn biểu thức (3.7): SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 45
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Ctt Tax Tav tr , trong đó: Kcd + Trị số Ctt được xác định theo biểu thức (3.8): Ctt = C. K1. K2 . K3 C =0,036MPa: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán. K1 =0,6: hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động. Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K1=0,6. K2 =0,8: hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn, do vậy K 2 được xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngày đêm như ở Bảng (3-8). K3 =1,5 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử. K 3 được xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường: Ctt 0,036 0,6 0,8 1,5 0,026 tr + Kcd =0,94 – Hệ số cường độ trượt, lấy theo bảng 3-7 đối với độ tin cậy 0,9. Ctt 0,026 Ta có: tr 0,027 Tax Tav 0,0092MPa Kcd 0,94 * Vậy đảm bảo điều kiện chống trượt giữa kết cấu mặt đường và nền đất. 3. Kiểm tra theo điều kiện chống trượt của các lớp bê tông nhựa: * Quy đổi 2 lớp bê tông nhựa: 3 1 3 1 3 5 240 1 1 k t 3 7 300 E E 300 273,9MPa tb1 3 1 k 5 1 7 h 5 7 h 0,36 0,5 , lấy 0,5 để tính toán D 33 D Tra bảng 3-6 có hẹ số điều chỉnh  1,033 dc Etb1  Etb 1,033 273,9 282,9MPa * Quy đổi lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% và cấp phối đá dăm loại II thành 01 lớp: - Tính Etb2 : SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 46
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 3 1 18 600 3 1 35 230 + E 600 330,02MPa tb2 18 1 35 h 53 + 1,6  1,186 D 33 dc Etb2  Etb2 1,186 330,02 391,4PMPa - Tính Ech: Tra toán đồ 2 lớp hình 3-1 xác định Ech: E h E ch f ( ; 0 ) E1 D E1 E0 55 Ech + 0,14 0,53 Ech 0,53 391,4 154,44MPa E1 391,4 E1 * Tra toán đồ tìm Tax trong bê tông nhựa: h 12 + 0,36 D 33 E E dc 282,9 1 tb1 1,83 E2 Ech 154,44 00 T h E ax f ( , 1 , ) 0,036 p D E0 Tax p 0,036 0,6 0,036 0,022MPa * TìmTav :  av =0 do góc 0 Vậy Tax Tav 0,022MPa * Kết cấu nền áo đường được xem là đủ cường độ khi thoả mãn biểu thức (3.7): Ctt Tax Tav tr , trong đó: Kcd + Trị số Ctt được xác định theo biểu thức (3.8): Ctt = C. K1. K2 . K3 C =0,3 MPa: lực dính của vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán. K1 =0,6: hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động. Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K1=0,6. K2 =0,8: hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn, do vậy K 2 được SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 47
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngày đêm như ở Bảng (3-8). K3 =1,5 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử. K 3 được xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường: Ctt 0,3 0,6 0,8 1,5 0,216 tr + Kcd =0,94 – Hệ số cường độ trượt, lấy theo bảng 3-7 đối với độ tin cậy 0,9. Ctt 0,216 Vậy: tr 0,23 Tax Tav 0,022MPa Kcd 0,94 Vậy đảm bảo điều kiện chống trượt của các lớp bê tông nhựa. 4. Kiểm tra điều kiện chịu kéo khi uốn trong các lớp bê tông nhựa: a) Tính toán ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-10): * Lớp bê tông nhựa hạt trung (lớp dưới). - Quy đổi lớp bê tông nhựa hạt trung và bê tông nhựa hạt mịn thành 01 lớp: 3 1 5 1600 3 1 7 1100 E 1100 1293,2MPa tb1 5 1 7 h 12 0,36 0,5 , chọn  1,0 D 33 dc Etb1 1,0 1293,2 1293,2MPa - Tính Ech.m - là Ech của các lớp đá dăm gia cố xi măng 6% và lớp cấp phối đá dăm loại II và đất nền: 3 1 18 600 3 1 35 230 + E 230 330,02MPa tb1 18 1 35 h 53 1,6  1,186 D 33 dc Etb  Etb1 1,186 330,02 391,4MPa + Tra toán đồ hình 3-1 tìm Ech.m SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 48
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu h 53 1,6  1,186 D 33 E0 E 0 55 dc 0,141 E 1 Etb 391,4 E ch.m E ch.m E0 h dc f ( , ) 0,53 E1 Etb E 1 D E ch.m 0,53 330,02 174,91MPa - Tra toán đồ hình 3-5 xác định  ku đơn vị ở lớp mặt: h E1 h Etb1  ku f ( ; ) f ( ; ) D Ech D Ech.m h 12 0,36 D 33 E dc 1293,2 tb 7,39 Ech.m 174,91 h E1  ku f ( ; ) 1,55 D Ech Theo 3.10 ta có:  ku Kb p  ku 0,85 0,6 1,55 0,79MPa (Kb=0,85- Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán, lấy theo mục 3.6.2) * Lớp bê tông nhựa hạt mịn (lớp trên): E1 1600MPa h 12 0,36 0,5 , chọn  1,0 D 33 - Tính Ech.m - là Ech của các lớp bê tông nhựa hạt thô, đá dăm gia cố xi măng 6% và lớp cấp phối đá dăm loại II và đất nền: + Quy đổi lớp cấp phối đá dăm loại II và đá dăm gia cố xi măng 6% thành 01 lớp: 3 1 18 600 3 1 35 230 E 230 330,02MPa tb1 18 1 35 + Quy đổi lớp (cấp phối đá dăm loại II và đá dăm gia cố xi măng 6%) và lớp bê tông nhựa hạt trung thành 01 lớp: 3 1 7 1100 3 1 53 330,02 Etb2 330,02 390,4MPa 1 53 + Xét đến hệ số điều chỉnh: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 49
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu h 60 1,81  1,2 D 33 dc Etb  Etb1 1,2 390,4 468,48MPa + Tra toán đồ hình 3-1 tìm Ech.m h 60 1,81 D 33 E0 E 0 55 dc 0,11 E 1 Etb 468,48 E ch.m E ch.m E0 h dc f ( , ) 0,5 E1 Etb E 1 D E ch.m 0,5 468,48 234,24MPa - Tra toán đồ hình 3-5 xác định  ku đơn vị ở lớp mặt (đáy lớp bê tông nhựa hạt mịn): h E1 h Etb1  ku f ( ; ) f ( ; ) D Ech D Ech.m h 5 0,151 D 33 E 1600 1 6,83 Ech.m 234,24 h E1  ku f ( ; ) 1,7 D Ech Theo 3.10 ta có:  ku Kb p  ku 0,85 0,6 1,7 0,867MPa (Kb=0,85- Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán, lấy theo mục 3.6.2). b. Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu uốn ở đáy các lớp BTN theo biểu thức (3-9) - Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-12): 11,11 11,11 K1 0,22 0,22 0,42 Ne 3.050.176 - Theo mục 3.6.3, lấy K2=1 (đối với bê tông nhựa chặt). Vậy cường độ kéo uốn tính toán của các lớp bê tông nhựa là: + Đối với bê tông nhựa hạt trung (lớp dưới): ku Rtt k1 k2 Rku 0,42 1 1,8 0,756MPa + Đối với bê tông nhựa hạt trung (lớp dưới): ku Rtt k1 k2 Rku 0,42 1 2 0,84MPa - Kiểm toán theo tiêu chuẩn kéo uốn theo biểu thức 3-9: ku tr kdc Kcd 0,94 - hệ số cường độ về chịu kéo uốn, lấy ở bảng 3-7 phụ thuộc vào độ tin cậy. + Đối với bê tông nhựa hạt trung (lớp dưới): SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 50
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu ku Rtt 0,765  ku 0,79MPa ku 0,804MPa (đạt) Kcd 0,94 + Đối với bê tông nhựa hạt mịn (lớp trên): ku Rtt 0,84  ku 0,867MPa ku 0,894MPa (đạt) Kcd 0,94 Vậy các lớp bê tông nhựa đạt điều kiện tiêu chuẩn chịu kéo uốn. 5. Kiểm tra lớp đá dăm gia cố xi măng 6%: a) Tính toán ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy lớp đá dăm GC xi măng 6% theo biểu thức 3-10 * Quy đổi 2 lớp bê tông nhựa về 1 lớp: 3 1 5 1600 3 1 7 1100 E 1100 1293,2MPa tb1 5 1 7 * Lớp cấp phối đá dăm giá cố xi măng 6% có E2= 600Mpa. * Xác định Ech.m dưới lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6%: - Lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6%: + E’1=230Mpa; h=35cm h 35 + 1,06  1,114 D 33 E dc E '  E ' 1,114 230 1,114 256,52MPa tb 1 1 E0 55 Ech.m + 0,214 0,49 Ech.m 0,49 256,52 125,7MPa E1 256,52 E1 - Tra toán đồ hình 3-6 xác định  ku đơn vị ở tầng móng: h E1 E2 h Etb1 E2  ku f ( ; ; ) f ( ; ; ) D E2 E3 D E2 Ech.m h 5 7 18 0,91 D 33 E E 1293,2 1 tb1 2,16 E2 E2 600 E E 600 2 2 4,77 E3 Ech.m 125,7 ku 0,32 Theo 3.10 ta có:  ku Kb p  ku 0,85 0,6 0,32 0,163MPa (Kb=0,85- Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán, lấy theo mục 3.6.2). SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 51
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu b. Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu uốn ở đáy lớp đá dăm GCXM 6% theo biểu thức 3-9 - Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán lớp đá dăm GCXM 6% theo biểu thức (3-13): 2,86 2,86 K1 0,11 0,22 0,553 Ne 3.050.176 - Cường độ kéo uốn tính toán của lớp đá dăm GCXM 6% là: Theo mục 3.6.3, lấy K2=1 (đối với bê tông nhựa chặt). ku Rtt k1 k2 Rku 0,553 1 0,6 0,332MPa - Kiểm toán theo tiêu chuẩn kéo uốn theo biểu thức 3-9: ku tr kdc Kcd 0,94 - hệ số cường độ về chịu kéo uốn, lấy ở bảng 3-7 phụ thuộc vào độ tin cậy. ku Rtt 0,332  ku 0,163MPa ku 0,35MPa (đạt). Kcd 0,94 Lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% thoả điểu kiện chịu kéo khi uốn. * KIỂM TOÁN ĐỐI VỚI PHẦN LỀ ĐƯỜNG GIA CỐ: Theo mục 3.3.3: Khi tính toán lề gia cố N tt lấy bằng 35% - 50%Ntt của làn xe chạy kế bên, kiến nghị lấy bằng 40% cho đường hai làn xe không phân cách giữa Suy ra Ntt lề=40%×999=399,6MPa Tra bảng 3.4, nội suy có Eyc = 187,3 MPa - Sơ đồ tính: Giả sử bỏ lớp cấp phối đá dăm loại 2 dày 35 cm, kết cấu áo đường phần lề gia cố như sau: 1. Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: Thường kiểm tra ở t0= 10-150C Sơ đồ tính: Lớp vật liệu Ev MPa h (cm) BTN nóng hạt mịn 324 5 BTN nóng hạt trung 360 7 Đá dăm gia cố xi măng 6% 600 18 Nền: Á sét lẫn ít sỏi sạn 55 - Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách quy đổi kết cấu áo đường lần lượt từ 2 lớp thành 1 lớp từ dưới lên trên sẽ xác định được môđun đàn hồi E của các lớp mặt đường. Theo mục 3.4.5 -22TCN211-06: * Qui đổi cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% và BTN hạt trung thành một lớp: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 52
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 3 1 7 360 3 1 18 600 E 600 524,5MPa tb2 7 1 18 * Quy đổi hệ (cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% + bê tông nhựa hạt thô) và BTN hạt mịn thành một lớp: 3 1 5 324 3 1 25 524,5 E 524,5 486,6MPa tb3 5 1 524,5 h 30 Ta thấy: 0,91 , suy ra hệ số điều chỉnh  =1,083 D 33 dc Etb = 1,086 × 486,6 = 526,44MPa * Tính Ech của kết cấu mặt đường theo sơ đồ sau: Tra toán đồ 2 lớp với: hc E1 = Etb , h1=30 cm Eo = 55MPa E 55 0 0,104 E1 526,99 Tra toán đồ ta có: Ech hc 0,35 Ech 0,35 528,44 184,9MPa Etb - Do đường thiết kế là đường cấp III, có 2 làn xe, theo bảng 3-3 chọn độ tin cy 0,9; dv dv theo bảng 3-2 chọn kcd 1,1 kcd Eyc 1,1 187,3 206,03MPa dv Nhận xét: Ech 184,9MPa kcd Eyc 206,03MPa không đạt điều kiện tiêu chuẩn đọ vng. * Kết luận: Kết cấu mặt đường đã chọn không đảm bảo điều kiện tiêu chuẩn độ võng đàn hồi. Vậy để thuận lợi cho thi công ta chọn kết cấu áo đường của lề gia cố tương tự với kết cấu áo đường phần mặt đường. Kết luận chung: Kết cấu mặt đường vừa chọn đảm bảo các điều kiện về yêu cầu thiết kế. Về phương diện chịu lực, phương án này kết cấu áo đường đảm bảo khả năng lực theo các tiêu cuẩn độ võng đàn hồi, chống cắt trượt và chịu kéo khi uốn. Tuy nhiên, việc thi công phải bảo dưỡng, tốn nhiều thời gian và nhân công, đồng thời phải tăng tổng chiều dày của 2 lớp bê tông lên đủ 18 cm (bằng với chiều dày lớp đá dăm gia cố xi măng 6%- Lớp móng nữa cứng) nhằm tránh hiện tượng nứt phản ảnh theo tiêu chuẩn 22TCN211-06, vì xậy rất tốn kém. Bảng tổng hợp kết quả tính toán về mặt kết cấu của hai phương án được trình bày bên dưới: Tiêu chí Phương án I Phương án II SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 53
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu dv dv Độ võng đàn Ech Kcd .Eyc Ech Kcd .Eyc hồi 212,95 211,2 231,6 211,2 C C Trượt trong T +T tt T +T tt ax av ktr ax av ktr nền đất cd cd 0,0087 0,027 0,0092 0,027 C C Trượt trong lớp T +T tt T +T tt ax av ktr ax av ktr b tơng nhựa cd cd 0,025 0,23 0,022 0,23 Rtt Rtt Kéo uốn BTN  ku  ku ku kku ku kku lớp dưới cd cd 0,69 0,804 0,79 0,84 Rtt Rtt Kéo uốn BTN  ku  ku ku kku ku kku lớp trên cd cd 0,389 0,894 0,867 0,894 Rtt Kéo uốn lớp  ku Không có ku kku ĐDGCXM 6% cd 0,163 0,35 Nhận xét: Các phương án kết cấu nêu trên đều đảm bảo các yêu cầu tối thiểu về mặt cấu tạo và bề dày các lớp phù hợp cho quá trình thi công theo khuyến cáo của 22TCN211-06 cho số trục xe tiêu chuẩn tích lũy 2.10 6 (trục xe/làn) trong 15 năm. Các kết kiểm tra chịu lực theo ba trạng thái giới hạn đều đạt yêu cầu về mặt kỹ thuật. C. Lựa chọn phương án kết cấu hợp lý cho thiết kế kỹ thuật: Mục đích của việc so sánh kinh tế các phương án mặt đường là chọn kết cấu mặt đường hợp lý nhất của một tuyến đường đã xác định, vì vậy khi tính chi phí xây dựng tập chung và chi phí thường xuyên sẽ đơn giản và những thành phần chi phí nào giống nhau đối với các kết cấu mặt đường đem so sánh thì có thể bỏ qua không xét tới. Với 2 loại kết cấu lựa chọn thì chất lượng khai thác của hai phương án ở cuối thời hạn tính toán 15 là gần như nhau. a. Tính tổng chi phí xây dựng và khai thác tính đổi Ptđ : n C t Ptñ Ktñ  t 1 1 etñ Trong đó Ktñ : tổng chi phí tập trung cho xây dựng ban đầu, các đợt cải tạo nâng cấp, đại tu và trùng tu; n thời gian tính toán lấy n = 15 năm ; C :t chi phí thường xuyên trong thời gian khai thác mặt đường gồm chi phí duy tu thường xuyên và chi phí vận tải năm thứ t (đồng/năm); etđ = 0,08 là hệ số hiệu quả kinh tế khi tính đổi. Xác định Ktđ : n n C ñ C Tr C CT ñ Tr Ktñ C0 T  T  T C ñ r 1 1 1 etñ 1 etñ 1 etñ SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 54
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Trong đó C0 : chi phí xây dựng ban đầu 1km kết cấu áo đường được xác định theo dự toán ; CCT : chi phí cải tạo nâng cấp mặt đường, C đ: chi phí một lần đại tu áo đường xác định theo dự toán khi thiếu số liệu có thể tham khảo bảng tỷ lệ với vốn xây dựng ban đầu, CTr : chi phí một lần trung tu áo đường xác định theo dự toán khi thiếu số liệu có thể tham khảo bảng tỷ lệ với vốn xây dựng ban đầu. T C , Tđ , Tr : thời gian (năm) kể từ năm gốc đến lúc cải tạo đại tu hoặc trùng tu. n đ, nTr : số lần đại tu và trung tu trong khoảng thời gian khai thác tính toán n. n C Xác định t :  t 1 1 etñ n C t  t Cñ Mn SQn Mq 1 1 etñ Trong đó: Cđ : chi phí hàng năm cho việc duy tu sửa chữa nhỏ 1km kết cấu áo đường. S : chi phí vận tải 1T.km hàng hóa. M q : hệ số tính đổi phụ thuộc vào thời gian khai thác tính toán, hệ số tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm với hệ số hiệu quả kinh tế 0.08. Qn: khối lượng vận chuyển hàng hóa trong năm. Trong quá trình sử dụng giả sử không có cải tạo nâng cấp và vì chất lượng kỹ thuật của hai phương án kết cấu là tương đương nhau nên khi tính toán so sánh ta không xét đến chi phí vận tải hàng hóa vì chúng bằng nhau, các chi phí đại tu trung tu tỷ lệ với vốn đầu tư ban đầu (và giả sử thời gian đại tu, trung tu hai phương án là như nhau) do đó khi phân tích so sánh ta chỉ cần xét tới giá thành xây dựng ban đầu là được. Bảng tính toán chi phí xây dựng cho 1 m dài đường theo đơn giá xây dựng cơ bản của tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu năm 2005 cho hai phương án như sau: Phương án I: Đơn giá Khối Đơn giá nhân Đơn giá Thành tiền Lớp xây dựng lượng ĐVT vật liệu công ca máy (đồng) Bê tông nhựa hạt mịn 6 cm 9,00 m2 63.976 944 2.201 604.082 Bê tông nhựa hạt trung 8 cm 9,00 m2 81.994 1.233 5.056 794.544 Cấp phối đá dăm loại I 2,25 m3 127.800 1870 11334 317.260 Cấp phối đá dăm loại II 3,15 m3 127.800 1.658 11.686 444.603 Tổng cộng 2.160.490 Phương án II: Đơn giá Khối Đơn giá nhân Đơn giá Thành tiền Lớp xây dựng lượng ĐVT vật liệu công ca máy (đồng) Bê tông nhựa hạt mịn 5 cm 9,00 m2 54.967 799 1.575 516.073 Bê tông nhựa hạt trung 7 cm 9,00 m2 72.985 1.088 3.628 699.313 Đá dăm gia cố xi măng 6% 1,62 m3 257858 19726 51938 533.826 Cấp phối đá dăm loại II 3,15 m3 127.800 1.658 11.686 444.603 SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 55
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Tổng cộng 2.193.815 b. Các tiêu chí khác: Ta nhận thấy hai phương án kết cấu áo đường đòi hỏi về yêu cầu vật liệu không khác biệt nhiều, chất lượng khai thác và duy tu bảo dưỡng là tương đương nhau. Phương án thứ nhất thi công đơn giản và tiện lợi hơn so với phương án thứ hai có lớp đá dăm gia cố xi măng và giá thành xây dựng cũng thấp hơn. Kết luận: Dựa trên so sánh về mặt kinh tế và điều kiện thi công ta thấy phương án thứ nhất giá thành thấp hơn phương án 2 và phương án thứ nhất thi công đơn giản hơn, dễ kiểm tra kiểm soát chất lượng và phù hợp với công nghệ thi công ở địa phương, còn phương án thứ 2 việc thi công khá phức tạp, tốn nhiều thời gian cho công tác bảo dưỡng, làm kéo dài thời gian thi công do đó ta lựa chọn phương án thứ nhất làm phương án thiết kế. (Chi tiết tính toán kết cấu theo 22TCN211-06 sẽ được tính cho kết cấu được lựa chọn ở phần thiết kế kỹ thuật). CHƯƠNG V THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC TUYẾN ĐƯỜNG 1. Hệ thống thoát nước trên đường ô tô: Nước luôn là kẻ thù nguy hiểm của đường nhất là kết cấu áo đường mềm. Nước gây xói lở cầu cống, nền đường, sạt lở ta luy. Nước ngấm vào nền và mặt đường làm cho cường độ chịu lực của đất nền và vật liệu mặt đường giảm đi đáng kể và do đó kết cấu mặt đường dễ bị phá hoại khi xe nặng chạy qua. Vì vậy việc thiết kế hệ thống thoát nước trên đường hợp lý có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và nâng cao chất lượng khai thác của đường ô tô. Hệ thống thoát nước đường ô tô gồm hàng loạt các công trình và các biện pháp kỹ thuật được xây dựng để đảm bảo nền đường không bị ẩm ướt. Các công trình này có tác dụng tập trung và thoát nước nền đường, hoặc ngăn chặn không cho nước ngấm vào phần trên của nền đất. Mục đích của việc xây dựng hệ thống thoát nước trên đường là đảm bảo chế độ ẩm của nền đất luôn luôn ổn định và không gây nguy hiểm cho đường. Hệ thống thoát nước đường ô tô bao gồm hệ thống thoát nước mặt và hệ thống thoát nước ngầm. Với đặc điểm địa hình của 2 phương án tuyến trên ta chỉ xem xét tính toán hệ thống thoát nước mặt. Các giải pháp kỹ thuật thoát nước mặt như độ dốc dọc và SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 56
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu độ dốc ngang tuân thủ theo quy định của TCVN 4054-05, các công trình thoát nước thiết kế gồm có: Rãnh biên, công trình thoát nước qua đường (cầu hoặc cống ). * Các yêu cầu khi thiết kế công trình thoát nước: Việc tính toán và lựa chọn công trình thoát nước có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và kỹ thuật. Thông thường đều phải bố trí công trình thoát nước ở tất cả những nơi có địa hình thấp, trũng trên địa hình. Số lượng công trình phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa hình sao cho tiết kiệm chi phí nhất nhưng vẫn đảm bảo điều kiện thoát nước. Đối với các công trình thoát nước nhỏ thông thường quy định như sau : + Đối với những nơi có lưu lượng Q > 25m3/s thì phải bố trí cầu nhỏ + Đối với những nơi có lưu lượng Q =15 25 m3/s thì bố trí cống bản + Đối với những nơi có lưu lượng Q =12 15 m3/s thì bố trí cống vuông + Đối với những nơi có lưu lượng Q < 12 m3/s thì bố trí cống tròn Ngoài những công trình như cầu cống bố trí theo địa hình phải đặt thêm các cống cấu tạo để đảm bảo thoát nước tốt cho đường. Theo quy trình chiều dài nền đường đào tối đa là 500 m phải đặt một cống cấu tạo để thoát nước qua đường, cống cấu tạo không cần tính toán, khẩu độ 0,75m, khi thiết kế cống, cầu thoát nước cần tuân thủ các quy định như: - Bề dày lớp đất đắp trên cống 0,5m so với mực nước dâng trước công trình. - Nên đặt cống vuông góc với tim tuyến để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. - Cao độ mặt đường chỗ có cống tròn phải cao hơn đỉnh cống ít nhất là 0,5m. Khi chiều dày áo đường lớn hơn 0,5m độ chênh cao này phải đủ làm chiều dày áo đường. - Cống phải có đầy đủ các công trình thượng và hạ lưu, không cho nước xói vào thân nền đường. Thiết kế xây dựng cầu phải chọn các vị trí có: - Chiều sâu ngập và phạm vi ngập nước trên bãi sông ứng với mức tính toán là nhỏ nhất. - Lòng sông thẳng, ổn định, lưu lượng chảy chủ yếu theo dòng chủ. - Hướng nước chảy mùa lũ và mùa cạn gần song song với nhau. Việc làm cầu không gây ra ngập nhiều đất trồng trọt hay làm hư hại tới công trình thủy lợi đã có. 2. Xác định lưu lượng tính toán Qp%: Theo quy trình tính toán dòng chảy lũ do mưa ở lưu vực nhỏ, ta có công thức: 3 Qp% Ap% Hp% 1 F (m/s) Trong đó: - Ap: Mô đun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện chưa xét ảnh hưởng của hồ ao, phụ thuộc vào hệ số đặc trưng địa mạo lòng sông  ls , thời gian tập trung nước trên sườn dốc sd và vùng mưa. - p% : tần suất lũ tính toán, được quy định tùy thuộc vào cấp hạng kỹ thuật của đường ô tô được thiết kế. Đường cấp III, theo bảng 30 TCVN4054-05: p% = 4%. - H4% = 212 mm: Lưu lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất thiết kế p% = 4% tại trạm đặc khu Vũng Tàu - Côn đảo. Đây là khu vực thuộc vùng mưa XVIII. - F: diện tích của lưu vực. Dựa vào bình đồ ta tìm được diện tích lưu vực thực tế theo công thức: SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 57
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu M2 F F ( km2) bd 1010 Trong đó: 2 + Fbđ: diện tích lưu vực trên bình đồ (cm ) + M: hệ số tỷ lệ bình đồ + 1010 : hệ số qui đổi từ cm2 sang km2. -  : Hệ số dòng chảy lũ lấy theo bảng 2.1(22 TCN220 - 95) tùy thuộc vào loại đất cấu tạo lưu vực (ta lấy đất cấp III đối với khu vực tính toán), lượng mưa ngày thiết kế (Hp) và diện tích lưu vực (F). - 1: Là hệ số xét đến sự làm nhỏ lưu lượng do ao hồ, đầm lầy (hệ số chiết giảm dòng chảy). Tuyến đi qua vùng trồng cây công nghiệp, với diện tích ao hồ, đầm lầy chiếm 6% về phía hạ lưu, ta có 1 = 0,65. Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc :s Thời gian tập trung nước trên sườn dốc  sđược xác định bằng cách tra bảng 2.2- 22TCN220-95 (bảng thời gian nước chảy trên sườn dốc  stra theo hệ số địa mạo thủy văn s và vùng mưa. - Vùng mưa: XVIII: - Hệ số s xác định theo công thức: b0,6  s s 0,3 0,4 ms .Js .( .Hp ) Trong đó : -b s: Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực bs (m) tính theo công thức: 1000F b s 1,8(L l) - L = chiều dài lòng chính. -l = tổng chiều dài các lòng nhánh có chiều dài lớn hơn 0.75 chiều rộng bình quân B của lưu vực: F Đối với lưu vực có 2 mái dốc: B 2 L F Đối với lưu vực có 1 mái dốc: B và thay hệ số 1,8 bằng 0,9 trong công L thức xác định bsd. - ms = 0,2: thông số tập trung dòng trên sườn dốc với mặt đất thu dọn sạch, không có gốc cây ,không bị cày xới, vùng dân cư nhà cửa không quá 20% mặt đá xếp và cỏ dày. 0 -J s( /00):độ dốc trung bình của sườn dốc lưu vực. Tính hệ số địa mạo thủy văn của lòng sông 1 theo công thức: 1000L  1 1/3 1/4 1/4 m1.J1 .F ( .Hp ) - m1 =7: thông số tập trung nước trong sông, với lòng sông nhiều đá, mặt nước không phẳng, suối chảy không thường xuyên, quanh co, lòng suối tắc nghẽn, tra bảng 2.6 22 TCN220 – 95. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 58
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu 0 - J1 : độ dốc lòng sông chính tính theo /00 h l (h h )l (h h )l J 1 1 1 2 2 n 1 n n 1 L2 Trong đó : -h 1,h2, ,hn : cao độ những điểm gãy khúc trên trắc dọc so với giao điểm của 2 đường. -l 1, l2, ,ln : cự ly giữa các điểm gãy khúc. Xác định trị số Ap%: Ap% được xác định bằng cách tra bảng 2.3 - 22TCN220 - 95 phụ thuộc vào vùng mưa, thời gian tập trung nước chảy trên sườn dốc  s và hệ số địa mạo thủy văn. Kết quả tính toán được thể hiện ở các bảng sau: BẢNG TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂ N Phương 2 l(km) 0 0 án Lý trình F(Km ) L(Km)  bs(m) Jl( /00) Js( /00) I Km0+516,87 7,9 5,25 6,5 747,04 5,7 4,6 Km4+ 000 0,162 0,36 0 500,00 41,67 45,32 II Km0+536,52 5,82 4,57 6,32 593,82 5,7 4,6 Km1+300 0,452 0,52 0 965,81 26,92 28,73 Km4 +053 0,23 0,72 0 354,94 16,67 20,73 BẢNG XÁC ĐỊNH THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC s   Phương HP s s 0 0 án Lý trình bs(m) Jl( /00) Js( /00) (mm)  I Km0+516,87 747,04 5,7 4,6 212,00 0,8 21,50 184,5 Km4+ 000 500 41,67 45,32 212,00 0,85 8,30 63 Km0+536,52 593,82 5,7 4,6 212,00 0,8 150,18 II 18,73 Km1+300 965,81 26,92 28,73 212,00 0,85 14,13 95,07 Km4 +053 354,94 16,67 20,73 212,00 0,85 8,55 75,5 BẢNG XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐỊA MẠO LÒNG SÔNG 1 Phương 2 0  án Lý trình F(Km ) L(Km) Jl( /00) m1  l I Km0+516,87 7,9 5,25 5,7 7,00 0,8 69,40 Km4+ 000 0,162 0,36 41,67 7,00 0,85 6,38 Km0+536,52 5,82 4,57 5,7 7,00 0,8 II 65,20 Km1+300 0,452 0,52 26,92 7,00 0,85 8,25 Km4 +053 0,23 0,72 16,67 7,00 0,85 15,87 BẢNG XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN DÒNG CHẢY AP SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 59
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu Phương s l án Lý trình Vùng mưa AP I Km0+516,87 XVIII 184,5 69,4 0,039 Km4+ 000 XVIII 63 6,38 0,135 Km0+536,52 XVIII 150,18 0,04 II 65,2 Km1+300 XVIII 95,07 8,25 0,11 Km4 +053 XVIII 75,5 15,87 0,09 BẢNG XÁC ĐỊNH Qp 2 Phương Lý trình AP  HP F(Km ) Qp 1 án (mm) I Km0+516,87 0,039 0,8 212,00 7,9 0,65 33,96 Km4+ 000 0,135 0,85 212,00 0,162 0,65 2,56 II Km0+536,52 0,04 0,8 212,00 5,82 0,65 25,66 Km1+300 0,11 0,85 212,00 0,452 0,65 4,82 Km4 +053 0,09 0,85 212,00 0,23 0,65 2,42 Dựa vào lưu lượng tính toán được kiến nghị khi Q <12m 3/s thì ta sử dụng cống bê tông cốt thép (cống trong) để thoát nước. Khi Q 25m 3/s thì ta sử dụng cầu để đảm bảo thoát nước. 3 . Khẩu độ và bố trí công trình thoát nước: a. Khẩu độ và bố trí cống: Dựa vào giá trị lưu lượng đã tính toán được ta lựa chọn sơ bộ cấu tạo cống và nhờ vào các bảng tra thủy lực được tính sẵn, ứng với lưu lượng và khẩu độ của loại cống lựa chọn ta tính ra được mực nước dâng trước cống H (m) và vận tốc nước chảy trong cống v (m/s). Dựa vào H và v mà ta xác định cao độ mặt đường và mép nền đường cho hợp lý, đồng thời xem xét xem có phải gia cố chống xói cho hạ lưu cống hay không. Chiều dày lớp đất đặt trên đỉnh cống 0,5m và phải đủ để bố trí chiều dày kết cấu áo đường; cao độ mép nền đường phải cao hơn mực nước dâng 0,5m. Tính toán khả năng thoát nước của cống: Tính toán thuỷ lực cống, với các đặc trưng sau: - Chế độ chảy trong cống là không áp - Cống bê tông cốt thép, có độ dốc cống từ thượng lưu đến hạ lưu là 1% - Cống miệng kiểu dòng chảy điều kiện H 1,4 hcv - Đường kính cống d = 1,0 m Giả sử chọn cống đôi có d=1,0 mét và sử dụng lưu lượng tính toán của phương án II tại Km1+300, có Q=4,82 m3/s. 4,82 Vậy Q 2,41m3 / s tt 2 Xác định mực nước dâng trước cống: H = 2 hc ; hc = 0,9 hk. SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 60
Ñoà aùn toát nghieäp GVHD: ThS Traàn Thieän Löu * Xác định chiều sâu phân giới hk: - hk phụ thuộc vào Qtt : Q 2 2,412 + Phương án 1: tt 0,59 . g d 5 9,81 15 Tra bảng 13-20 trang 166 (Giáo trình thiết kế đường tập II Trường ĐH GTVT): h Ta có: k 0,652 d Vậy hk = 0,9 x 1,0 = 0,9m hc = 0,9 0,59 = 0,531 m H = 2 hc = 2 0,531 = 1,062m. Chọn cống loại II, ở cửa vào cống có một khoảng trống a = d/4 nhưng < 0,25m. Chọn a = 0,2 m, khi đó: hcv = 1,0 – 0,2 = 0,8 m. H 1,4 hcv = 1,4 0,8 = 1,12 m. Thỏa mãn điều kiện cống không áp có miệng theo kiểu dòng chảy. * Kiểm tra điều kiện ic ik : Q2 - ik : Độ dốc phân giới : ik = 2 K0 K 0 Kk: Hệ số tra bảng 13-20 trang 166 GTTKĐ tập II Trường ĐH GTVT từ K d Q 2 Phụ thuộc vào: tt g d 5 Q 2 tt K0 8/ 3 8/ 3 Với 5 0,59 có 0,768 và Kd = 24 d = 24 1,0 =24 g d Kd Vậy : K0 = 0,768 kd= 0,768 24 = 18,43 2,412 ik = 0,01 1% 242 ik ic =2%: Nên cống làm việc theo chế độ dốc nước. * Vận tốc nước chảy trong cống: Với trường hợp tính được K0, Kd, và Wd thì tốc độ nước chảy trong cống có thể xác định theo công thức: Vc = W0. ic Trong đó: Q 2,41 K0 = 24,1 ; Kd = 24 ic 0,01 2/ 3 2/ 3 Wd = 24,1 d = 24,1 1,1 = 24,1; K 24,1 Vậy: 0 1,004 , tra bảng 13-20 trang 166 GTTKĐ tập II Trường ĐH Kd 24 W0 GTVT ta được: 1,0 W0 = 1,0 Wd= 1,0 x 24,1 = 24,1 Wd Do đó, vận tốc nước chảy trong cống: Vc = W0.ic = 24,1 0,01 = 2,41 m/s SVTH: Leâ Hoàng Thònh Trang 61