ĐỒ ÁN MÔN ĐƯỜNG OTO: XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU CỦA TUYẾN ĐƯỜNG

XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN ĐƯỜNGTHIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN 40542005 XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN ĐƯỜNGTHIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN 40542005

Chương I: XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN ĐƯỜNG

I CÁC TIÊU CHUẨN DÙNG TRONG TÍNH TOÁN :

Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 2005

Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06

II CẤP HẠNG KỸ THUẬT VÀ CẤP QUẢN LÝ CỦA ĐƯỜNG :

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế tuyến đường qua hai điểm A -B

Căn cứ vào mục đích ý nghĩa của việc xây dựng tuyến A-B, cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường dựa vào yếu tố sau:

Giao thông đúng với chức năng của đường trong mạng lưới giao thông

Địa hình khu vực tuyến đi qua

Hiệu quả tốt về kinh tế, chính trị xã hội của tuyến

Khả năng khai thác của tuyến khi đưa vào sử dụng trong điều kiện nhất định

Lưu lượng xe thiết kế

 Số liệu thiết kế ban đầu gồm

Bình đồ tỷ lệ : 1:10000

Độ chênh cao giữa hai đường đồng mức : 5 m

Lưu lượng xe chạy năm tương lai: Nt = 1800 (xe/ngày đêm)

Hệ số tăng trưởng xe : p = 9%

Địa hình : Núi

Thành phần xe chạy:

Xe máy : 6%

Xe con : 12%

Xe tải 2 trục : 34%

Xe tải 3 trục : 22%

Xe buýt lớn : 26%

Lưu lượng xe thiết kế là số xe con quy đổi từ các loại xe khác thông qua một mặt cắt trọng một đơn vị thời gian, tính cho năm tính toán tương lai Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi đưa đường vào sử dụng đối với đường cấp I, II; năm thứ 15 đối với đường cấp III, IV; năm thứ 10 đối với đường cấp V, VI và đường thiết kế nâng cấp, cải tạo

 Xác định cấp hạng kỹ thuật:

Bảng lưu lượng xe con quy đổi (hệ số quy đổi dựa vào Bảng 2 TCVN 4054-05

STT Loại xe Thành phần % (chiếc) Số xe

Hệ số quy đổi Vùng núi

Xe con quy đổi Ghi chú

So sánh với Bảng 3 TCVN 4054-05, ta chọn : cấp thiết kế của đường là cấp III và lưu lượng thiết

kế cho năm tương lai là Nt = 4136.4 (xcqđ/ngàyđêm)

 Xác định tốc độ thiết kế

Tốc độ thiết kế là tốc độ dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đường trong trườnghợp khó khăn Tốc độ này khác với tốc độ cho phép lưu hành trên đường của cơ quan quản lýđường Tốc độ lưu hành cho phép phụ thuộc tình trạng thực tế của đường (khí hậu, thời tiết, tìnhtrạng đường, điều kiện giao thông…)

Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo điều kiện địa hình Việc phân biệt địa hình được phânbiệt dựa trên cơ sở dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn núi như sau: đồng bằng và đồi ≤30%,núi >30%

Dựa theo Bảng 4 TCVN 4054-05, đối với đường cấp thiết kế là cấp III, địa hình là núi thì tốc độthiết kế Vtk=60 km/h

BẢNG TỔNG HỢP CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT CỦA TUYẾN

(Theo TCVN 4054-05)

vị

TínhToán

Quytrình Kiến nghị

6 Bán kính đường cong bằng không siêu

7 Chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (tầm nhìn 1 chiều) m 75

8 Chiều dài tầm nhìn thấy xe ngược chiều

9 Chiều dài tầm nhìn vượt xe theo sơ đồ 4

10

Bán kính đường cong đứng lồi nhỏ nhất

nhìn thấy chướng ngại vật di động (theo

Chương II: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

I SỐ LIỆU THIẾT KẾ :

1 Tải trọng và thời gian tính toán (22 TCN 211-06) :

Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn ôtô có trọng lượng 100 kN đối với

áo đường mềm trên đường ôtô các cấp thuộc mạng lưới chung

Thời gian tính toán kết cấu áo đường lấy bằng thời gian đại tu lớp mặt bền vững nhất, tức là phụthuộc vào loại tầng mặt được lựa chọn cho kết cấu theo bảng 2.1 (22 TCN 211-06) Với kết cấu

áo đường cấp cao A1 lớp mặt phải là bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ có T = 15 năm, do đó thờigian tính toán kết cấu áo đường sẽ là 15 năm

2 Lưu lượng và thành phần dòng xe :

Bảng thong số tải trọng xe thiết kế:

Số trục sau

Pi (kN)

Số bánh của mỗi cụm bánh

ở trục sau

Khoảng cách giữa các trục sau (m)

3 Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 kN :

Công thức quy đổi :

4.4 k

N : Tổng số tải trọng trục được quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán sẽ thông qua đoạn đường thiết kế trong 1 ngày đêm trên cả hai chiều xe chạy

Ptt : Tải trọng trục xe tính toán (tiêu chuẩn hoặc nặng nhất)

Pi : Tải trọng trục của loại xe thứ i có trọng lượng trục là Pj

ni : Số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục Pi cần được quy đổi vềtải trọng trục tính toán Trong tính toán thường lấy ni bằng số lần mỗi loại xe i sẽ thông qua mặt cắt ngang đường thiết kế trong 1 ngày đêm.

C1 = 2 nếu khoảng cách hai trục xe ≥ 3 m

C2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của số bánh xe trong 1 cụm bánh

Cụm bánh đơn : C2 = 6.4Cụm bánh đôi : C2 = 1Cụm 4 bánh : C2 = 0.38(Chỉ quy đổi những trục có trọng lượng từ 25 kN trở lên)

Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN (năm thứ 15):

Pi/Ptt C1.C2.ni.

(Pi/Ptt)^4 4

Ở đây đường có 2 làn xe và không có dải phân cách nên fL = 0.55Đối với mặt đường phần xe chạy :

N tt=N tk × f L=700.33 ×0.55=385.182(trục/làn.ngày đêm)

5 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán 15 năm :

Đối với mặt đường

q = 0.085 : tỷ lệ tăng xe hàng năm

t = 15 năm : thời hạn tính toán

Nt : số trục xe dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế (N15)

6 Môdun đàn hồi yêu cầu E yc :

 Trị số modun đàn hồi yêu cầu được xác định theo bảng 3.4 của 22 TCN 211-06 tùy thuộc

số trục xe tính toán Ntt và tùy thuộc loại tầng mặt của kết cấu áo đường thiết kế

 Trị số modun đàn hồi yêu cầu xác định được theo bảng trên không được nhỏ hơn trị sốtối thiểu (Emin) quy định ở bảng 3.5 phụ thuộc loại đường, cấp đường và loại tầng mặt củakết cấu áo đường thiết kế

 Trị số modun đàn hồi chọn tính toán Echọn = max(Eyc, Emin)

 Trị số modun đàn hồi chung yêu cầu được xác định dựa vào bảng 3.4 TCVN 4054-05 và

số trục xe tính toán

Đối với mặt đường cấp cao A1:

Ntt =385.182 trục/làn.ngđ nên bảng tra 3.4 (tiến hành nội suy giữa Ntt=200 và Ntt=500) Eyc =171.11 MPa (lớn hơn giá trị tối thiểu của modun đàn hồi theo yêu cầu ở bảng 3.5 là 140Mpa) => lấy Eyc = 209.54 MPa để kiểm toán

Đường cấp III, theo bảng 3.3, chọn độ tin cậy thiết kế theo cấp hạng đường là 0.85 Dựa vào

số đó tiếp tục tra bảng 3.2 chọn hệ số cường độ về độ võng K cd dv=1.06=>

K cd dv × E yc=1.06× 171.11=181.4 (MPa)

7 Nền đất :

Đất đắp nền đường là loại đất sét và á sét, trạng thái ẩm của đất nền đường khu vực tác dụngthuộc loại I (nền đường không có nước ngập thường xuyên, mực nước ngầm thấp hơn kết cấu áođường 1.5 m, thoát nước mặt tốt) Các đặc trưng tính toán đất nền được lấy theo 22 TCN 211-06như sau: (Bảng B-3 phụ lục B)

Độ chặt yêu cầu

Nền đắp : Từ đáy áo đường xuống 30 cm lấy K = 0.98; Bên dưới chiều sâu trên lấy K =

0.95Nền đào và nền không đào không đắp : Từ đáy áo đường xuống 30 cm lấy K=0.98; Bên

dưới chiều sâu trên lấy K = 0.93

Độ ẩm tương đối a= W W

nh

=0.7Modun đàn hồi Eo =50 MPa

Góc ma sát trong ᵠo= 18 MPa

Trị số lực dính đơn vị c = 0.023 MPa

Trong trường hợp đất nền tự nhiên không đạt độ chặt yêu cầu thì cần đào phạm vi không đạt rồiđầm nén cho đạt độ chặt

III KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

1 Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường phương án 1 và các đặc trưng tính toán

Lớp kết cấu (từ dưới lên)

Bề dày lớp (cm)

E (MPa)

Rku (MPa)

c (MPa)

φ (độ)

Độ võng Trượt

Kéo uốn

Cấp phối đá dăm loại II 20 250 250 250

Cấp phối đá dăm loại I 18 300 300 300

Bê tông nhựa chặt hạt trung 6 350 250 1600 2.0

Bê tông nhựa chặt hạt mịn 4 420 300 1800 2.8

2 Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi :

Một kết cấu áo đường được xem là đảm bảo về mặt cường độ nếu thõa mãn điều kiện :

dv

ch cd yc

E K ETrong đó :dv cd

K : hệ số cường độ về độ võng, phụ thuộc độ tin cậy thiết kế.

Eyc : Modun đàn hồi yêu cầu của kết cấu áo đường, xác định theo bảng 3.4 22

TCN 211-06, phụ thuộc tổng số trục xe tính toán ở năm cuối thời hạn thiếtkế

Ech : được xác định dựa vào toán đồ Kogan cho hệ hai lớpChuyển hệ nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi kết cấu áo đường hai lớp một từ dưới lên trêntheo công thức :

3 1/3 '

E

t =

E và

i+1 i

h

k =h

 Kết cấu áo đường phần xe chạy

i+1 i

h

k = h

Xét đến hệ số điều chỉnh

H

β = fD

=> E c h

E tb dc=0.52 => Ech = 0.52 x 429.933 = 223.57 MPa Giá trị Ech đã được tính toán bên trên

Ech = 223.57 > Kdvcd.Eyc 

181.4 MPaVậy kết cấu dự kiến đảm bảo yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi

3 Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất :

Điều kiện kiểm tra :

Tax : ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe chạy gây ra trong nền đất

hoặc trong các lớp vật liệu kém dính

Tav : ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của các lớp đất bên trên

gây ra cũng tại điểm đang xét

tr cd

K : hệ số cường độ vè chịu cắt trượt được chọn tùy thuộc độ tin cậy thiết kế

 Kết cấu áo đường phần xe chạy :

Xác định Etb của cả 5 lớp kết cấu, kết quả tính toán được lập thành bảng sau :

i+1 i

h

k =h

Xét đến hệ số điều chỉnh

H

β = fD

vì số trục xe tính toán là 339.06 trục/làn.ngày đêm<1000 Với phần lề gia cố lấy k2 = 1

k3 : 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 Ở đây đối với đất nền á sét lấy k3 = 1.5

=> C tt=0.023 ×0.6 × 0.8 ×1.5=0.01656 MPa.

Kiểm toán điều kiện tính toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất

Với đường cấp III, độ tin cậy yêu cầu lấy bằng 0.85, tra bảng 3.7 22 TCN 211-06 ta được

4 Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo khi uốn trong các lớp vật liệu liền khối :

Công thức :

ku tt

ku ku cd

RσK

Trong đó :

K : hệ số cường độ về chịu kéo uốn chọn tùy thuộc vào độ tin cậy thiết kế

 Kết cấu áo đường phần xe chạy

Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán của các lớp bêtông nhựa Rkutt : (mục 3.6.3, 22 TCN211-06)

R tt ku

=K1× K2× R ku=0.52× 1× 2.8=1.456 Mpa

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bêtông nhựa lớp dưới là :

p : áp lực bánh của tải trọng trục tính toán nêu trong 3.2.1 và 3.2.2

kb : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tácdụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh đơn;

Cụm bánh đơn của tải trọng trục nặng nhất (nếu có): kb = 1Cụm bánh đôi của tải trọng tiêu chuẩn : kb = 0.85.(chọn)ku

σ : ứng suất kéo uốn đơn vị, xác định theo toán đồ

 Đối với lớp bêtông nhựa lớp trên H 1 = 4 cm ; E 1 = 1800 MPa

=> E E c h

tb

dc=0.65 => Ech = 0.65 x 511.24= 332.306 MPaTìm σ ở đáy lớp bêtông nhựa lớp trên theo toán đồ hình 3.5 22 TCN 211-06.ku

i+1 i

E

t =E

i+1 i

h

k =h

 Đối với lớp bêtông nhựa lớp trên H 1 = 10 cm ; 1

Từ (1) và (2) Vậy kết cấu đã chọn bảo đảm đủ cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối vớicác lớp bêtông nhựa

5 Kiểm toán theo điều kiện chịu uốn ở đáy móng bằng đá gia cố xi măng

 Đối với lớp bêtông nhựa lớp trên H 1 = 10 cm ;

1

1600 × 6 + 1800 × 4

Trị số Etb của 2 lớp kết cấu bên dưới là 272.2 MPa như đã tính ở trên, bề dày lớp tổngcộng là H’ = 38 cm Xét đến trị số hiệu chỉnh β=f(H D ')=(3833=1 152)

=> Tra bảng 3.6 22 TCN 211-06  = 1.125 (nội suy)

σ ku=0.35× 0.6 ×0.85=0.1785 Mpa

Kiểm toán theo điều kiện (3-9) với R tt ku xác định theo (3-11_ hệ số cường độ K cd ku=0.9

ở đây trong (3-11) theo mục 3.6.3 xác đinh được K1=[1.15× 102.86 6]0.11=0.616 và K2=1; từ

 kết cấu dự kiến thiết kế đảm bảo đủ cường độ tiêu chuẩn chịu uốn nén đối với lớp đá gia cố ximăng

Các kết quả tính toán theo trình tự tính toán trên cho thấy kết cấu dự kiến đảm bảo đầy

đủ các điều kiện về cường độ, do đó có thể chấp nhận nó làm kết cấu thiết kế

Chương III: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC

Trên tuyến ngoài các công khác thì công trình thoát nước cũng đóng một vai trò rất quan trọng.Nếu giải quyết tốt công việc thoát nước thì đảm bảo được cho cường độ nền đường và mặtđường, tránh gây sụt lở xói mòn do nước gây ra

Nền đường và các công trình trên đường đều chịu tác dụng của nguồn nước như nước mưa nướcngầm và nước từ nơi khác đổ về Các nguồn nước đều có tác dụng trực tiếp đến cường độ và độ

và độ ổn định Chính vì vậy cần có công trình điều chỉnh và ngăn chặn dòng nước

Sau khi vẽ được đường đen và điều chỉnh một số bất hợp lý ta tiến hành tính toán thủy văn cầucống, dựa vào bình đồ và cao độ đường đen ta nhận thấy phương án đã chọn phải bố trí rãnh vàmột số cống thoát nước

Tuyến đường tại Đà Lạt-Lâm Đồng với loại đất cấp III

NGUYÊN TẮC VÀ CÁC ỴÊU CẦU THIẾT KẾ:

Công trình thoát nước nhằm đảm bảo tuyến được liên tục, tránh những bất lợi cho nềnđường

Các công trình thoát nước trên tuyến:

 Q >25-35 m3/s thì s chỉ có cầu mới đảm bảo thoát nước được

Để đảm bảo cho việc thoát nước cho rãnh thì phải bố trí cống cấu tạo Theo qui trình thiết kếđường khi chiều dài tối đa là 500 m phải bố trí một cống cấu tạo thoát nước qua đường Khi thiết kế công trình thoát nước cần tuân thủ các qui phạm của bộ giao thông vận tải,trong đó :

+ Bề dày lớp đắp đất trên cống không được nhỏ hơn 0.5m so với mực nuớc dâng trướccông trình , đối với cống có áp hay bán áp thì không được nhỏ hơn 1m

+ Nên đặt cống vuông gốc với tim đường để đảm bảo kinh tế và kỹ thuật nên sử dụng cáccấu kiện bê tông đúc sẵn

+ Khẩu độ cống không nên nhỏ hơn 0.75 m để tiện cho việc duy tu bảo dưỡng sau này.+ Thiết kế sau cho đơn giản dể thi công và cố gắng áp dụng các phương pháp thi công cơgiới

Tính toán khả năng thoát nước tại lý trình Km:0+400

Theo quy trình tính toán dòng chảy lũ (tiêu chuẩn 22TCN 220-95) đối với lưu vực nhỏ có diện

tích < 100 Km2 Thì lưu lượng tính toán được xác định theo công thức :

Hp% : Lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế

1

δ : Hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ ,rừng cây trong lưu vực theo bảng (2.7 tiêu

chuẩn 22TCN 220-95) Trên lưu vực không có ao hồ thì δ = 11

F : Diện tích lưu vực

1 Xác định lượng mưa ngày Hp%

Tuyến đường đặt tại Đà Lạt-Lâm Đồng có vùng mưa XVI

Tra bảng 2.3 tiêu chuẩn 22TCN 220-95( phụ lục 15-Thiết kế đường ô tô-Tập 3)

=> H1% = 213mm ; H4% = 162mm

2 Hệ số dòng chảy lũ j

Chọn loại đất ở Đà Lạt là đất loại III

Lượng mưa ngày thiết kế: H1% = 213mm

Diện tích lưu vực 0,1<F= 0.37Km<1

 Tra bảng 2.1 tiêu chuẩn 22TCN 220-95 ta có j = 0,862

3 Chiều dài lòng sông chính L (km):

Chiều dài lòng sông (suối) chính được tính từ chỗ hình thành rõ ràng đến vị trí công trình Nếutrên lưu vực không hình thành sông (suối), L tính bằng khoảng cách từ công trình tới đường phânthủy dọc theo tuyến đường (Km)

Hệ số địa mạo thủy văn s :

Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực bs :

1%

.( )

s s

Js(0/00) : độ dốc trung bình của sườn dốc lưu vực:

Đo và tính trên bình đồ ta được Js(0/00) = 83,350/00



φ s=694,4440,60,25.83,350,3.(0,862.213)0.4=11,262Vùng mưa: XVI

Tra bảng 2.2 tiêu chuẩn 22TCN 220-95 =>  = 46,36 phút

Vậy Qp% = 0,1208.0,862.162.1.0,4625 = 7,802 (m3/s)

II TÍNH KHẨU ĐỘ CỐNG :

Cống là công trình thoát nước chính trên đường

Cống có thể là cống cấu tạo hoặc là cống địa hình Cống cấu tạo dùng để thoát nước qua đường,tránh ứ đọng nước làm phá hoại nền đường Theo qui định trong " tiêu chuẩn đường " đối vớivùng đồi núi thì cứ 1 km cần đặt 2 đến 3 cống Ơ đây không tính toán thủy lực cống cấu tạo mà

Điều kiện đảm bảo cống làm việc trong chế độ không áp là : H<1.2hcv

Với H : là chiều cao nước dâng trước cống

hcv : chiều cao cống ở cửa vào

1 Tính toán khả năng thoát nước của cống :

Khi ic<ik thì khả năng thoát nước của cống không áp như sau :

Qc= ϕc.ωc √ 2 g. ( H−hc) = Qp=7,802

Trong đó :

hc : chiều sâu nước ở mặt cắt co hẹp của cống hc = 0.9hk

 Ap% = 0,1208

Xác định chiều sâu phân giới :

Công thức tính toán khả năng thoát nước của cống ở trên áp dụng khi độ dốc cống nhỏ hơn độdốc phân giơi ik Đối với cống tròn độ dốc ik có thể xác định theo công thức :

 Như vậy cống đảm bảo chế độ không áp

2 Xác định vận tốc nước chảy trong cống