Đồ Án Thiết Kế Đường (Nguyễn Thị Phương Dung)

Siêu cao : Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đoạn đờng cong có bán kính nhỏ, mặt đờng có độ dốc ngang một mái, nghiêng về phía bụng đờng cong bằng cách nâng cao thêm phía lng đờng

Thiết kế môn học

THIẾT KẾ ĐƯỜNG F1 GVHD: Nguyễn Huy Hùng

SVTH: Nguyễn Thị Phương Dung

II Lập sơ đồ khối miêu tả các bước thiết kế hình học tuyến đường.

III.Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật dùng thiết kế hình học.

IV Thiết kế áo đường (cứng hoặc mềm) với số liệu trên.

Bài làm

Khái niệm:

Mạng lưới giao thông thường bao gồm rất nhiều tuyến đường với các tiêu chuẩn

kỹ thuật, quy mô khác nhau Vì thế để dễ dàng cho công tác quản lý và thiết kế thì người ta phân chia các tuyến đường đó vào một số nhóm nào đó gọi là phân cấp hạng đường Những con đường trong cùng một nhóm sẽ có quy mô tiêu chuẩn kỹ thuật tương tự nhau.

Căn cứ vào tiêu chuẩn TKĐ ô tô 4054-2005, để phân cấp hạng đường ta quy đổi các loại xe khác nhau ra xe con tiêu chuẩn.

Bảng 2 - Hệ số quy đổi từ xe các loại ra xe con

Địa hình

Loại xe

Xe đạp Xe máy Xe con

Xe tải có

2 trục và

xe buýt dưới 25 chỗ

Xe tải có

3 trục trở lên và xe buýt lớn

Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc Đồng bằng và

đồi

CHÚ THÍCH

II Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ

biến của sườn núi, sườn đồi như sau:

Đồng bằng và đồi 30%; núi > 30%

III Đường tách riêng thô sơ thì không quy đổi xe đạp.

Từ bảng trên và theo địa hình đồi núi ta có lưu lượng xe quy đổi ra xe con tiêu chuẩn như sau

(xe/ng.đ) Hệ số quy đổi

Lưu lượng quy đổi (xcqđ/ng.đ)

Chọn cấp đường ta dựa vào bảng sau:

Bảng 3  Bảng phân cấp kỹ thuật đBảng Bảng phân cấp kỹ thuật đphân Bảng phân cấp kỹ thuật đcấp Bảng phân cấp kỹ thuật đkỹ Bảng phân cấp kỹ thuật đthuật Bảng phân cấp kỹ thuật đđờng Bảng phân cấp kỹ thuật đô Bảng phân cấp kỹ thuật đtô Bảng phân cấp kỹ thuật đtheo Bảng phân cấp kỹ thuật đchức Bảng phân cấp kỹ thuật đnăng Bảng phân cấp kỹ thuật đcủa Bảng phân cấp kỹ thuật đđờng

và Bảng phân cấp kỹ thuật đlu Bảng phân cấp kỹ thuật đlợng Bảng phân cấp kỹ thuật đthiết Bảng phân cấp kỹ thuật đkế

Quốc lộ, đờng tỉnh, đờng huyện.

Cấp V > 200 Đờng phục vụ giao thông địa phơng Đờng tỉnh, đờng huyện, đờng xã. Cấp VI < 200 Đờng huyện, đờng xã.

*) Trị số lu lợng này chỉ để tham khảo Chọn cấp hạng đờng nên căn cứ vào chức năng của đờng và theo địa hình.

Tra bảng 3: ta chọn cấp thiết kế đường : Cấp IV đồi nỳi.

II.LẬP SƠ ĐỒ KHỐI MIÊU TẢ CÔNG VIỆC THIẾT KẾ HÌNH HỌC TUYẾN ĐƯỜNG

XÁC ĐỊNH QUY MÔ CẤP HẠNG CỦA

TUYẾN ĐƯỜNG THIẾT KẾ

III CÁC TIấU CHUẨN KỸ THUẬT

1 Tốc độ tớnh toỏn:

Bảng 4  Tốc độ thiết kế của các cấp đờng

Địa hình Đồng bằng Đồng bằng Đồng bằng Núi Đồng bằng Núi Đồng bằng Núi Đồng bằng Núi

Tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu kĩ thuật

Cấp đường lựa chọn: Cấp 4 - đồi núi, dựa theo Bảng 4 - Tốc độ thiết kế

Mặt khác theo tiêu chuẩn thiết kế đờng TCVN 4054-05, đối với đờng cấp IV-Vùng

đ ng b ng ồng bằng ằng , phải bố trí từ 2 làn xe trở lên Do đó chọn đờng 2 làn xe.

2.2.Chiều rộng một làn xe,chiều rộng mặt đường xe chạy,chiều rộng nền đường

Sơ đồ tính toán:

Trong đó:

b: Chiều rộng thùng xe.

x: khoảng cách từ sờn thùng xe đến làn xe bên cạnh.

c: Khoảng cách giữa tim 2 bánh xe.

y: Khoảng cách từ tim bánh xe ngoài đến mép phần xe chạy.

B: Chiều rộng một làn xe, B =

2

b c + x + y.

Với : x = 0,5 + 0,005V (m) (do làn xe bên cạnh chạy ngợc chiều)

y = 0,5 + 0,005V (m)

 B =

2

b c + 1 + 0,01V.

B B

x x

b

Với vận tốc xe chạy tính toán V = 40 (Km/h)  B =

2

b c + 1,4 (m).

Tính cho xe có kích thớc lớn nhất và phổ biến trong dòng xe tơng lai Tính cho xe moóc tỳ: b = 2,5 m; c = 1,8 m.

Vậy: B = 2,5 1,8

2

 + 1,4 = 3,6 (m)

Chiều rộng mặt đờng xe chạy là: 2B = 2 3,6 = 7,2 (m)

Chiều rộng nền đờng: 7,2 + 21 = 9,2 (m)

Mặt khác theo quy trình 4054-05 ta có các kích thớc tối thiểu áp dụng đối với vận tốc thiết kế Vtk=40 Km/h và cấp đờng IV cho khu vực đồng bằng (bảng 6) nh sau:

- Chiều rộng một làn xe : 2.75m

- Chiều rộng mặt đờng : 5.5m

- Chiều rộng nền đờng : 7.5m

- Chiều rộng lề đờng và lề gia cố : 1.0 m (gia cố 0.5 m)

Dựa vào tính toán và quy trình thiết kế  Ta chọn nh sau:

- Độ dốc ngang mặt đờng và lề gia cố : 2%

- Độ dốc ngang phần lề không gia cố : 6%

3 TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIấU KĨ THUẬT THIẾT KẾ BèNH ĐỒ

3.1 Tầm nhỡn

3.1.1 Chiều dài tầm nhìn trớc chớng ngại vật cố định :

Tính độ dài đoạn để xe kịp dừng trớc chớng ngại vật cố định.

Sơ đồ tính toán :

S1 = lp + Sh + l0 Tính chiều dài tầm nhìn tính theo V ( Km/h ) ta có :

S1 =

6 , 3

V

+

2 max

kV i

 + lo Trong đó :

lp : Chiều dài đoạn phản ứng tâm lý, lp =

6 , 3

V

(m).

Sh : Chiều dài hãm xe, Sh =

2 max

kV i

 .

S1

Shl

0

Sơ đồ 1

l i

S

p l

3.1.3.Chiều dài tầm nhỡn vượt xe ( tớnh theo sơ đồ 4 ):

127( sc )

V i

Trong đó:

S4

S h1 -S h2

+  = 0,3 : hành khách cảm thấy rất khó chịu

Về phơng diện êm thuận và tiện nghi đối với hành khách  ≤ 0,15

 Vậy kiến nghị chọn Rscmin = 60 m

3.2.2 Khi bố trí siêu cao thông thờng :

R =

) (

 = 0.15 ( xột cho trường hợp bất lợi nhất )

isc : Độ dốc siêu cao, lấy theo bán kính đờng cong nằm và tốc độ thiết kế theo Bảng 13, isc = in -> iscmax

Trong đó: in là độ dốc ngang mặt đờng = 2%

 Tra bảng => isc = 4%

 R = 40x40/127x(0.15+ 0.06) = 59.99 m Theo quy trình ( bảng 11 ) : R= 125 m => Chọn R = 125 m.

3.2.3 Khi không bố trí siêu cao:

Khi đó : R ksc =

2

127( n)

V i

 = 40x40/127x(0.15 + 0.06) = 96,91 (m)

Theo quy phạm bán kính đờng cong nằm không cần làm siêu cao là

Rksc ≥ 600 (m) Vậy kiến nghị chọn Rkscmin = 600 m

Nh vậy khi thiết kế tuyến đờng ta có thể lấy bán kính lân cận Rmintt ,trờng hợp khó khăn có thể lấy bán kính Rmin6% ,nếu chọn R ≥ 600 m có thể không bố trí siêu cao.

3.2.4 Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn đêm:

R=30S1

Trong đó:

Khi xe chạy trên đờng cong, trục sau cố định luôn luôn hớng tâm, còn bánh trớc hợp với trục xe 1 góc nên xe yêu cầu một chiều rộng lớn hơn trên đờng thẳng Chỉ những đờng cong có bán kính ≤ 250m mới phải bố trí đoạn nối mở rộng.

Vậy độ mở rộng của phần xe chạy có 2 làn xe gồm có e1 và e2

e2

L

0

- Theo TCVN 4054 - 2005 thì Rmin = 50  70 m => ứng với xe tải, ta có:

E = 1,5 m.

Vậy ta chọn E = 1,5 m.

 chiều rộng mặt đờng trong đờng cong: B = 7 + 1,5 = 8,5 (m).

Đoạn nối mở rộng làm trùng với đoạn nối siêu cao hoặc đờng cong chuyển tiếp Khi không có hai yếu tố này, đoạn nối mở rộng đợc cấu tạo.

- Một nửa nằm trên đờng thẳng và một nửa nằm trên đờng cong trên

đoạn nối, mở rộng đều (tuyến tính) Mở rộng 1 m trên chiều dài tối thiểu 10 m.

Trên đoạn nối, mở rộng đều ( tuyến tính ) Mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu 10m

3.4 Xác định SIÊU CAO Và ĐOạN NốI SIÊU CAO

- 3.4.1 Siêu cao :

Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đoạn đờng cong có bán kính nhỏ, mặt

đờng có độ dốc ngang một mái, nghiêng về phía bụng đờng cong bằng cách nâng cao thêm phía lng đờng cong để đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận

Độ dốc siêu cao lớn nhất theo quy trình là 6 % và nhỏ nhất tuỳ thuộc vào độ dốc mặt đờng nhng không nhỏ hơn độ dốc ngang mặt đờng (bằng 2%)

3.4 2 Đoạn nối siêu cao:

Đoạn nối siêu cao đợc thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách hài hoà

từ trắc ngang thông thờng hai mái với độ dốc tối thiểu để thoát nớc sang trắc ngang

đặc biệt có siêu cao Sự chuyển hoá sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ ip

Theo TCVN 4054 -05, chiều dài đoạn nối siêu cao đợc lấy ( bảng 14 ) :

với i  sc 6% và R=6075 => Lnsc = 35 m.

Đoạn nối siêu cao đợc bố trí nh sau:

- Trùng hoàn toàn với đờng cong chuyển tiếp đối với những đờng cong có

bố trí đờng cong chuyển tiếp.

- Trùng với đoạn nối mở rộng đối với đờng cong có bố trí mở rộng.

- Một nửa ở ngoài đờng thẳng và một nửa ở trong đờng cong khi không có

đờng cong chuyển tiếp.

3.5 Xác định đờng cong chuyển tiếp

Để đảm bảo tuyến phù hợp với quỹ đạo xe chạy và để đảm bảo điều kiện xe chạykhông bị thay đổi đột ngột ở hai đoạn đầu đờng cong, ngời ta bố trí đờng cong chuyển tiếp

Để đơn giản cho cấu tạo đờng cong chuyển tiếp thờng đợc bố trí trùng với

đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng phần xe chạy Chiều dài đờng cong chuyểt tiếp Lct đợc tính bằng công thức :

I : độ tăng của gia tốc li tâm, theo quy trình VN thì I = 0,5 (m / s3).

- Trờng hợp bố trí siêu cao lớn nhất, R = 60 m thì Lct = 403

3.6 Bảo đảm tầm nhìn trên bình đồ

Sơ đồ tính toán :

Để đảm bảo cho ngời lái xe chạy với tốc độ thiết kế  phải tính toán để

đảm bảo tầm nhìn với giả thiết mắt ngời lái xe ở vị trí cao 1,2 m so với mặt đờng Gọi: Z 0 là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến chớng ngại vật

Z là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến giới hạn tầm nhìn

R : Bán kính đờng cong tính cho trờng hợp : R min = 150 m

Vậy để đảm bảo tầm nhìn của ngời lái xe khi vào đờng cong phải có: Z = 5 m.

- Khi S > K: khi vạch tuyến thấy trờng hợp này không xảy ra.

S

Z Z

0

4.TÍNH CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ TRẮC DỌC

4.1.Xác định idọc max:

phát từ hai điều kiện sau:

-Điều kiện 1: điều kiện để xe chuyển động được trên đường về mặt lực cản -Điều kiện 2: điều kiện để xe chuyển động được trên đường về mặt lực bám của lốp xe với mặt đường.

Xác định độ dốc dọc theo sức kéo của xe

Độ dốc dọc lớn nhất của tuyến đường được tính toán căn cứ vào khả năng vượt dốc của các loại xe Hay nói cách khác nó phụ thuộc vào nhân tố động lực học của ô tô và được xác định bằng công thức sau :

imax = D - f Trong đó:

+ D: đặc tính động lực của xe, được xác định từ biều đồ nhân tố

động lực học của xe (trường hợp này lấy giá trị theo xe Volga ứng với tốc độ 40km/h, ở chuyển số 3 => D = 0,111)

+ f : hệ số cản lăn, với vận tốc thiết kế là 40km/h và chọn mặt

đường nhựa bê tông,nên f =0.02

Tra biểu đồ nhân tố động lực của từng loại xe ứng với vận tốc V=40 km/h và

thay vào công thức tính imax, ta có:

imax = 0.111 – 0.02 = 0.091

=> Độ dốc dọc tối đa cho phép của tuyến theo sức kéo là 8,9%

Xác định độ dốc dọc theo điều kiện lực bám

Để xe chuyển động được an toàn thì giữa bánh xe và mặt đường phải có lực bám, đây chính là lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, nó là điều kiện quan

trọng thể hiện được lực kéo, khi hãm xe thì chính nó lại trở thành lực hãm để xe

có thể dừng lại được.Vì vậy điều kiện để xe chuyển động được an toàn là sức kéo phải nhỏ hơn hoặc bằng sức bám giữa lốp xe và mặt đường Tức độ dốc lớn nhất phải nhỏ hơn độ dốc tính theo lực bám ib.

XI Xác định trị số tối thiểu bán kính đờng cong đứng lồi

và lõm:

1 Tớnh bỏn kớnh đường cong nối dốc lồi tối thiểu :

Tính cho trờng hợp bất lợi nhất là tầm nhìn một chiều: S1 = 40 m.

Bán kính tối thiểu của đờng cong đứng lồi đợc tính :

Rmin =

2 1

2 1

S



Với : d1 = 1,2 m : Chiều cao mắt ngời lái xe so với mặt đờng.

d2 : Chiều cao của chớng ngại vật so với mặt đờng.

- Trờng hợp vật 2 là cố định trên mặt đờng và có chiều cao rất nhỏ: d 2 0

Rmin = 666,67 m

- Trờng hợp vật 2 là xe cùng loại với xe 1 : d d1 2  1,2 m

Rmin =

2 1

2 1

S



= 166,67 m

Theo TCVN 4054 -05, với tốc độ tính toán là 40 km/h thì bán kính tối thiểu của

đờng cong đứng lồi là: Rmin = 700 (m).

 Chọn bán kính tối thiểu của đờng cong đứng lồi: Rmin = 700 m.

2 Tớnh bỏn kớnh tối thiểu của đường cong đứng lừm :

*Theo điều kiện hạn chế tác dụng của lực li tâm

- Khi xe chạy vào đờng cong đứng lõm thờng tâm lý ngời lái xe là muốn cho

xe chạy nhanh để lên dốc Do đó thờng phát sinh vấn đề vợt tải do lực li tâm Theo

điều kiện không quá tải đối với nhíp xe và không khó chịu đối với hành khách, bán kính tối thiểu của đờng cong đứng lõm là : Rmin =

5 , 6

2

V

Với vận tốc tính toán V= 40 km/h  Rmin =40x40/6,5 246 (m).

 : Góc chiếu sáng của đèn pha xe, thông thờng lấy bằng 2oS1 : Chiều dài tầm nhìn 1 chiều, S1 = 40 m.



1

2 1

 Chọn bán kính tối thiểu của đờng cong đứng lõm : Rmin = 450 (m).

XII Chiều dài nối tiếp hai đờng cong

Trong thực tế, do địa hình phức tạp (đặc biệt là vùng núi) ngời ta cần phải bố trí hai hay nhiều đờng cong liên tiếp gần nhau Để tránh trờng hợp xe chịu tác dụng của lực ngang liên tục thay đổi, chúng ta cần phải bố trí đoạn nối tiếp giữa hai đờng cong gọi là đoạn chêm.

Chiều dài tối thiểu của đoạn chêm giữa hai đờng cong nằm là:

1 Hai đ ờng cong cùng chiều

a Trờng hợp 1: Khi hai đờng cong không có siêu cao có thể nối trực tiếp với

nhau.

b Trờng hợp 2: Khi hai đờng cong cùng chiều có siêu cao khác nhau thì để nối

tiếp với nhau thì đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí hai nửa đoạn nối siêu cao:

2 Hai đ ờng cong ng ợc chiều

a Trờng hợp 1: Khi hai đờng cong ngợc chiều đều không có siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau.

b Trờng hợp 2: Khi hai đờng cong ngợc chiều có bố trí siêu cao thì cần có

đoạn chêm m:

m ≥ vn12 vn2

L L

XIII Kết luận tổng hợp các chỉ tiêu

Qua tính toán các yếu tố kỹ thuật của tuyến và so sánh với quy phạm tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam 4054-05 của Bộ Giao Thông Vận Tải Đồng thời căn cứ vào tình hình thực tế của tuyến đờng, tính kỹ thuật và kinh tế, kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu cơ bản của tuyến đợc lập vào bảng sau:

STT Các chỉ tiêu Đơn

vị

Trị số

Kiến nghịTính toán Quy phạm

12 Độ dài đờng cong chuyển tiếp

Bố trí siêu cao lớn nhất

Bố trí siêu cao thông thờng

mm

45,3921,79

45,3921,79

Không bố trí siêu cao m 4,53 4,53

13

Bán kính đờng cong đứng

- Nối dốc lồi tối thiểu

- Nối dốc lõm tối thiểu

mm

666,67246

700450

700450

CHƯƠNG IV:

THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG THEO TIấU CHUẨN 22TCN 211-2006

1.CÁC YấU CẦU VÀ NGUYấN TẮC TÍNH TOÁN

1.1 Cỏc nội dung tớnh toỏn:

Theo yờu cầu về cường độ kết cấu ỏo đường , nội dung tớnh toỏn chớnh là tớnh toỏnkiểm tra 3 tiờu chuẩn cường độ dưới đõy:

 Kiểm toỏn ứng suất cắt ở trong nền đất và cỏc lớp vật liệu chịucắt trượt kộm so với trị số giới hạn cho phộp để đảm bảo trongchỳng khụng xảy ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phỏt sinhbiến dạng dẻo)

 Kiểm toỏn ứng suất kộo uốn phỏt sinh ở đỏy cỏc lớp vật liệu liềnkhối nhằm hạn chế sự phỏt sinh nứt dẫn đến phỏ hoại cỏc lớpđú

 Kiểm toỏn độ vừng đàn hồi thụng qua khả năng chống biến dạngbiểu thị bằng trị số mụ đun đàn hồi Ech của cả kết cấu nền ỏođường so với trị số mụ đun đàn hồi yờu cầu Eyc Tiờu chuẩn nàynhằm đảm bảo hạn chế được sự phỏt triển của hiện tượng mỏitrong vật liệu cỏc lớp kết cấu dưới tỏc dụng trựng phục của xe

cộ, do đú bảo đảm duy trỡ được khả năng phục vụ của cả kếtcấu đến hết thời hạn thiết kế

1.2 Cỏc thụng số tớnh toỏn cường độ và bề dày ỏo đường :

Cần phải xỏc định được cỏc thụng số tớnh toỏn dưới đõy tương ứng với thời kỳ bất lợinhất về chế độ thuỷ nhiệt (tức là thời kỳ nền đất và cường độ vật liệu của cỏc lớp ỏođường yếu nhất):

 Tải trọng trục tớnh toỏn và số trục xe tớnh toỏn

 Trị số tính toán của mô đun đàn hồi E0, lực dính C và góc nội ma sát

 tương đương với độ ẩm tính toán bất lợi nhất của nền đất Độ ẩm tính toán bất lợi nhấtđược xác định tuỳ theo loại hình gây ẩm của kết cấu nền áo đường

 Trị số tính toán của mô đun đàn hồi E, lực dính C và góc nội ma sát

 của các loại vật liệu làm áo đường; cường độ chịu kéo uốn của lớp vật liệu

Xét đến các điều kiện nhiệt ẩm, mùa hè là thời kỳ bất lợi vì mưa nhiều và nhiệt độtầng mặt cao Do vậy khi tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi, chỉ tiêu của

bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa được lấy tương ứng với nhiệt độ tính toán là

300C Tuy nhiên, tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn thì tình trạng bất lợi nhất đối với

bê tông nhựa và hỗn hợp đá dăm nhựa lại là mùa lạnh (lúc đó các vật liệu này có độ cứnglớn), do vậy lúc này lại phải lấy trị số mô đun đàn hồi tính toán của chúng tương đươngvới nhiệt độ 10 – 150C Khi tính toán theo điều kiện cân bằng trượt thì nhiệt độ tính toáncủa bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa nằm phía dưới vẫn lấy bằng 300C, riêngvới lớp nằm trên cùng lấy bằng 600C

2 TẢI TRỌNG TRỤC TÍNH TOÁN VÀ CÁCH QUY ĐỔI SỐ TRỤC XE

KHÁC VỀ SỐ TẢI TRỌNG TRỤC TÍNH TOÁN

2.1Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn:

Khi tính toán cường độ của kết cấu nền áo đường theo 3 tiêu chuẩn nêu ở trên , tảitrọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100 kNđối với tất cả các loại áo đường mềm trên đường cao tốc, trên đường ô tô các cấp thuộcmạng lưới chung và cả trên các đường đô thị từ cấp khu vực trở xuống Riêng đối với kếtcấu áo đường trên các đường trục chính đô thị và một số đường cao tốc hoặc đường ô tôthuộc mạng lưới chung thì tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơntrọng lượng 120 kN Các tải trọng tính toán này được tiêu chuẩn hoá như ở bảng sau:

Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn ( Bảng 3-1, TCN 211-06 )

Tải trọng trục tính toán

tiêu chuẩn, P (kN)

Áp lực tính toán lên mặt đường, p (Mpa)