Đồ án thiết kế đường (Nguyễn Danh Nghĩa)

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

Đồ án THiết kế môn học

Thiết kế đờng

A-yêu cầu:

Lập dự án khả thi của tuyến đờng qua hai điểm A17-B17 cho trớc trên bản đồ địa hình

I-Số liệu (STT: Cấp 4_01 )

- Thành phần các loại xe cho trong năm đầu nh sau:

Chơng I

điều kiện tự nhiên của tuyến

I Địa hình, địa mạo

Khu vực tuyến đờng đi qua có địa hình chủ yếu là đồi và đồng bằng, không có công trình vĩnh cửu nơi bố trí tuyến và tuyến đờng thiết kế không ảnh hởng nhiều tới những khu dân c

II Dân c, kinh tế, chính trị

Tuyến đờng mang ý nghĩa quan trọng về kinh tế, văn hoá và chính trị, nối liền giao thông giữa các khu dân c, tạo ra sự thuận lợi cho giao thông của khu vực, góp phần quan trọng vào quá trình xây dựng và bảo vệ tổ quốc VN XHCN

III Khí hậu khu vực

Tuyến đờng A17B17 thuộc khu vực tây nguyên, cho nên chịu ảnh hởng của thời tiết nóng ẩm phức tạp

Mùa ma bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 10, lợng ma tơng đối lớn

- Địa hình: đồng bằng và đồi nỳi

- Lu lợng xe qui đổi ra xe con tiêu chuẩn ở năm tơng lai: 2958xcqd/ngđ

 Căn cứ vào tiêu chuẩn thiết kế đờng ô tô TCVN 4054 – 05 (bảng 3) và

căn cứ vào địa hình khu vực (bảng 4), ta lựa chọn cấp đờng là Cấp IV đường đồng bằng và đồi tốc độ tính toán là V tt = 60 km/h.

II Xác định độ dốc dọc tối đa của tuyến

Độ dốc dọc lớn nhất cho phép của tuyến đờng là idmax đợc xác định xuất phát từ hai điều kiện sau:

-Điều kiện 1: điều kiện để xe chuyển động đợc trên đờng về mặt lực cản

-Điều kiện 2: điều kiện để xe chuyển động đợc trên đờng về mặt lực bám của lốp xe với mặt đờng

1 Xác định độ dốc dọc theo sức kéo của xe

Độ dốc dọc lớn nhất của tuyến đờng đợc tính toán căn cứ vào khả năng vợt dốc của các loại xe Hay nói cách khác nó phụ thuộc vào nhân tố động lực học của ô tô và đợc xác

định bằng công thức sau :

imax = D - f Trong đó:

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

lực học của xe (trờng hợp này lấy giá trị theo xe Volga ứng với tốc độ 60km/h, ở chuyển số 3 => D = 0,111)

+ f : hệ số cản lăn, với vận tốc thiết kế là 60km/h và chọn mặt đờng

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

2 Xác định độ dốc dọc theo điều kiện lực bám

Để xe chuyển động đợc an toàn thì giữa bánh xe và mặt đờng phải có lực bám,

đây chính là lực ma sát giữa bánh xe và mặt đờng, nó là điều kiện quan trọng thể hiện

đợc lực kéo, khi hãm xe thì chính nó lại trở thành lực hãm để xe có thể dừng lại ợc.Vì vậy điều kiện để xe chuyển động đợc an toàn là sức kéo phải nhỏ hơn hoặc bằng sức bám giữa lốp xe và mặt đờng Tức độ dốc lớn nhất phải nhỏ hơn độ dốc tính theo lực bám ib

B: là bề rộng xe (m)H: là chiều cao xe (m) Trong trờng hợp này, ta tính toán với xe con quy đổi :

ϕ = 0,3; K = 0,03; G = 3600Kg ; G k = 1800Kg ; B = 1,8m; H = 2m

i b =

2

0, 03 0,8 1,8 2 600,3 1800

III Xác định khẳ năng thông xe của đờng

Khả năng thông xe của đờng là số phơng tiện giao thông có thể chạy qua một mặt cắt bất kì trong một đơn vị thời gian Khả năng thông xe của đờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: chiều rộng làn xe, thành phần xe lu thông, vận tốc các loại xe, khả năng thông xe mỗi làn và số làn

1 Khả năng thông xe lý thuyết tối đa của một làn xe :

Khả năng thông xe lý thuyết tối đa của một làn xe (năng lực thông xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe) là khả năng thông xe đợc xác định bằng công thức lý thuyết với giả thiết đoàn xe cùng loại, chạy cùng vận tốc, tất cả các xe chạy theo một hàng trong điều kiện đờng thuận lợi và xe nọ cách xe kia một khoảng không đổi tối thiểu để bảo đảm an toàn.

+ Nmax: Năng lực thông xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe

+ V: Vận tốc xe chạy, tính cho cả dòng xe

+ d : Khổ động học của dòng xe (khoảng cách tối thiểu giữa hai xe liền nhau để bảo

đảm an toàn)

d= lx+l0+Sh+l1

Với:

l1: Chiều dài đoạn xe chạy với thời gian phản ứng tâm lý, trong tính toán, thời gian

này lấy bằng 1 giây→ l1 = 16 , 67

6 , 3

60 6 ,

K V i

ϕ ± k: Hệ số sử dụng phanh, lấy với xe con k =1,2

ϕ : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đờng, khi tính với năng lực thông hành ϕ = 0,5l0: Cự li an toàn giữa hai xe, lấy l0=5m.

lx: Chiều dài xe, theo quy trình lấy chiều dài xe con lx=6m.

Từ những giá trị đã tính ở trên, thay vào công thức (*) và tính cho trờng hợp đờng bằng phẳng (i= 0 %), ta đợc:

chuẩn thiết kế đờng TCVN 4054-05, đối với đờng cấp IV-Vùng đồng bằng và đồi, phải bố trí từ 2 làn xe trở lên Do đó chọn đờng 2 làn xe.

2 Chiều rộng 1 làn xe, mặt đờng, nền đờng :

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

Chiều rộng nền đờng: 7,6 + 2ì1 = 9,6 (m)

Mặt khác theo quy trình 4054-05 ta có các kích thớc tối thiểu áp dụng đối với vận tốc thiết

kế Vtk=60 Km/h và cấp đờng IV cho khu vực đồng bằng (bảng 6) nh sau:

xx

b

- 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:

3 Độ dốc ngang mặt đờng, lề đờng: ( bảng 9)

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

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

V Xác định tầm nhìn xe chạy :

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

V +

2 max

kV i

φ− + 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

φ φ

Vậy kiến nghị chọn : S4 = 350 m

VI Xác định bán kính đờng cong nằm tối thiểu trên bình đồ

1 Khi bố trí siêu cao lớn nhất

Rscmin =

2 max

127( sc )

V i

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

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

 Vậy kiến nghị chọn Rscmin = 150m

2 Khi bố trí siêu cao thông thờng :

R =

) (

V= 60 Km/h

à = 0,15 ( Xét cho trờng hợp bất lợi nhất)

isc : Độ dốc siêu cao, lấy theo bán kính đờng cong nằm và tốc độ thiết kế theo Bảng

134,98 ( )

+

à− =

2

60 127(0,15 0,02) − = 218 (m) Theo quy phạm bán kính đờng cong nằm không cần làm siêu cao là Rksc ≥ 1500 (m) Vậy kiến nghị chọn Rkscmin = 1500 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 Rmin7% ,nếu chọn R ≥ 1500 m có thể không bố trí siêu cao

4 Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn đêm:

R=30S1

αTrong 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.

- Theo TCVN 4054 - 2005 thì Rmin = 125 ữ 150 m => ứng với xe tải, ta có: E = 0,9 m Vậy ta chọn E = 0,9 m

⇒ chiều rộng mặt đờng trong đờng cong: B = 7 + 0,9 = 7,9 (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

VII Xác định SIÊU CAO Và ĐOạN NốI SIÊU CAO

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 7 % và nhỏ nhất tuỳ thuộc vào độ dốc mặt

đờng nhng không nhỏ hơn độ dốc ngang mặt đờng (bằng 2%)

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 =7% và R=125ữ150 => Lnsc = 70 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 ờng cong chuyển tiếp

đ 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

IX Xác định đờng cong chuyển tiếp nhỏ nhất

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 = 150 m thì Lct = 603

36,77 ( )

X 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

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

và lõm:

Để đảm bảo êm thuận khi xe chạy vào những chỗ đổi dốc thì phải bố trí đờng cong

đứng, Theo qui định của quy trình, với đờng cấp IV, tốc độ thiết kế ≥ 60 km/h thì phải bố trí

đờng cong đứng khi hiệu hai độ dốc ∆ ≥i 1%

1 Tính bán kính đờng cong nối dốc lồi tối thiểu :

Tính cho trờng hợp bất lợi nhất là tầm nhìn một chiều: S1 = 75 m

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

S

Z

Z0

Rmin = ( )2

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: d2≈0

⇒ Chọn bán kính tối thiểu của đờng cong đứng lồi: Rmin = 2500 m

2 Tính bán kính tối thiểu của đờng cong đứng lõm :

*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 đ ờng cong đứng lõm là : Rmin =

5 , 6

* Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm

Trong đó: hd : Chiều cao đèn pha, lấy h = 0,75 m.

α : Góc chiếu sáng của đèn pha xe, thông thờng lấy bằng 2oS1 : Chiều dài tầm nhìn 1 chiều, S1 = 75 m

⇒

2 min

60 R

⇒ Chọn bán kính tối thiểu của đờng cong đứng lõm : Rmin = 1000 (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:

c Trờng hợp 3: Nếu hai đờng cong cùng chiều có cùng độ dốc siêu cao thì có thể nối trực

tiếp với nhau

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:

2

vn vn

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 đ-

- Siêu cao lớn nhất m 128,85 125 125

- Siêu cao thông thờng m 134,98 250 250

11 Siêu cao Đoạn nối siêu cao(max) %m 70 7 707

12

Độ dài đờng cong chuyển tiếp

Bố trí siêu cao lớn nhất

Bố trí siêu cao thông thờng

Không bố trí siêu cao

m m m

61,28 36,77 6,13

61,28 36,77 6,13

13

Bán kính đờng cong đứng

- Nối dốc lồi tối thiểu

- Nối dốc lõm tối thiểu

m m

2343,75 874,24

2500 1000

2500 1000

Chơng III:

Thiết kế tuyến trên bình đồ

Thiết kế tuyến trên bình đồ có đờng đồng mức bao gồm các công việc sau:

+ Vạch các phơng án tuyến đi qua 2 điểm A17 và B17

+ Đo góc, cắm cong, tính các yếu tố của đờng cong

+ Đo dài, rải các cọc chi tiết

+ Xác định cao độ tự nhiên của các cọc chi tiết

Nguyên tắc chung của việc thiết kế là phải phối hợp giữa bình đồ, trắc ngang, trắc dọc để kết hợp hài hoà giữa các yếu tố của tuyến, tạo điều kiện cho xe chạy an toàn, êm thuận với tốc độ thiết kế

I tổng quan về phơng pháp đi tuyến

1 Trình tự vạch tuyến :

- Để vạch các phơng án tuyến trên bình đồ, công việc trớc tiên là ta phải nghiên cứu thật kỹ điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn, cảnh quan thiên nhiên nơi đặt tuyến; xác

định các điểm khống chế mà tuyến phải đi qua nh :

+ Điểm đầu và điểm cuối của tuyến trên bình đồ : A17,B17

- Khi đã nghiên cứu kỹ những điều kiện trên ta tiến hành đánh dấu những khu vực bất lợi về địa hình, địa mạo, địa chất, thuỷ văn mà tuyến nên tránh và đánh dấu các điểm thuận lợi mà tuyến cần đi qua

- Trên cơ sở những điểm nói trên ta tiến hành kẻ những đờng dẫn hớng tuyến chung cho toàn tuyến và cho từng đoạn cục bộ; sau đó căn cứ vào điều kiện địa hình, các trị số bán kính đờng cong theo quy trình để bố trí đờng cong nằm tại những vị trí thay đổi hớng tuyến Nếu địa hình thuận lợi, nên cố gắng sử dụng đờng cong có bán kính lớn để tạo điều kiện thuận lợi cho xe chạy

3 Các nguyên tắc khi vạch tuyến trên bình đồ :

Thiết kế tuyến trên bình đồ phải tuân theo các nguyên tắc sau:

+ Căn cứ vào các yếu tố kỹ thuật của tuyến nh: độ dốc dọc lớn nhất, bán kính đờng cong nằm tối thiểu…

+ Tại các vị trí chuyển hớng phải bố trí đờng cong nằm có bán kính đủ lớn để đảm bảo cho xe chạy an toàn, êm thuận; đờng cong nằm đợc bố trí cho phù hợp với điều kiện địa hình, nên bám sát đờng đồng mức để giảm khối lợng đào, đắp…

+ Sau các đoạn thẳng dài không bố trí các đờng cong có bán kính cong nằm tối thiểu.+ Khi góc chuyển hớng nhỏ phải làm bán kính đờng cong lớn theo tiêu chuẩn thiết kế

đờng TCVN 4054 -05

+ Không bố trí các đoạn đờng thẳng dài quá 3km

+ Giữa các đờng cong tròn phải có các đoạn chêm đủ dài: để bố trí đờng cong chuyển tiếp và không nhỏ hơn 2V (m) giữa các đờng cong ngợc chiều, (V : là vận tốc tính toán:

km/h)

+ Giữa các đờng cong cùng chiều không bố trí đoạn chêm ngắn Khi có thể, nên nối trực tiếp bằng một đờng cong bán kính lớn

+ Cố gắng bố trí tuyến thẳng trên cầu và hầm Với đờng có vận tốc tính toán Vtt ≥

100km/h khi cần thiết, trên cầu và hầm có thể thiết kế đờng cong đứng và nằm để đảm bảo tính liên tục của công trình

+ Tuyến đờng phải lợi dụng đợc phong cảnh 2 bên đờng nh đồi, núi, mặt nớc, các hàng cây lớn, các công trình kiến trúc… để tạo cảnh quan cho đờng

+ Tuyến đờng phải là một công trình bổ xung cho cảnh quan: uốn theo các sờn đồi, các con sông, tránh cắt nát địa hình, các chỗ đào sâu đắp cao phải bố trí trồng cây cho phủ các

đống đất thừa và các thùng đấu phải có thiết kế sửa sang lại

+ Thiết kế tuyến phải đảm bảo các điểm khống chế nh điểm đầu, điểm cuối của tuyến,

vị trí vợt dòng nớc, nơi giao nhau với các đờng giao thông khác…

II phơng án tuyến qua hai điểm A17-B17

Căn cứ vào các nguyên tắc cơ bản trên, căn cứ vào bản đồ 1/10000 có độ chênh giữa hai đờng đồng mức là 5(m) ta tiến hành vạch đợc phơng án tuyến thể hiện trong bình đồ

đồng mức ?????????????????????????????????

III ĐO góc và lựa chọn bán kính đờng cong nằm

Tiến hành đo góc trên bình đồ và căn cứ vào điều kiện địa hình ta lựa chọn đợc bán kính các đờng cong nằm nh bảng sau:

Góc chuyển hớng Phải 67 o 49’33’’

IV Bố trí đờng cong Nằm

Do tuyến đờng thiết kế là đờng cấp IV với vận tốc thiết kế Vtk=60km/h nên theo quy trình cần phải thiết kế đờng cong chuyển tiếp