THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

Chương 7 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG 7.1 Yêu cầu chung và cấu tạo kết cấu áo đường 7.2 Phân loại áo đường 7.3 Thiết kế cấu tạo áo đường mềm 7.4 Tính toán cường độ và bề dày áo đường mềm 7.5 Th

TỔNG CÔNG TY XÂY DỰNG TRƯỜNG SƠN

TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ

THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

NĂM 2007 TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ

NGUYỄN TIẾN SỸ

THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

Tài liệu dùng cho giảng dạy và học tập

hệ THCĐ thời gian đào tạo 24 tháng

HÀ TÂY - NĂM 2007

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU Trang

Chương 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Vai trò của đường ô tô trong giao thông vận tải

1.2 Các bộ phận của đường ô tô

1.3 Quan hệ giữa ô tô và đưòng

1.4 Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005

Chương 2 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG

2.1 Những khái niệm cơ bản

2.2 Thiết kế các yếu tố kỹ thuật trong đường cong nằm

2.3 Sự phối hợp giữa đoạn thẳng và đoạn cong trên bình đồ

2.4 Phối hợp giữa tuyến đường và cảnh quan

3.1 Định nghĩa và yêu cầu của mặt cắt dọc

3.2 Chọn độ dốc và chiều dài dốc

3.3 Thiết kế đường cong đứng

3.4 Giảm độ dốc dọc trên đường cong nằm có bán kính nhỏ

3.5 Trắc dọc ở những nơi có công trình nhân tạo

3.6 Các phương pháp thiết kế trắc dọc

Chương 4 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG NỀN ĐƯỜNG

4.1 Khái niệm về mặt cắt ngang nền đường

4.2 Các quy định về mặt cắt ngang (Theo TCVN 4054 - 2005)

4.3 Các yêu cầu chung khi thiết kế nền đường

4.4 Đất đắp nền đường 4.5 Thiết kế mặt cắt ngang nền đường

4.6 Các loại biến dạng của nền đường

4.7 Gia cố ta luy

Chương 5 TÍNH KHỐI LƯỢNG NỀN ĐƯỜNG,ĐIỀU PHỐI

VÀ VẬN CHUYỂN ĐẤT

5.1 Tính khối lượng đất đá

5.2 Điều phối và vận chuyển đất đá

Chương 6 THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC

6.1 Quy hoạch hệ thống các công trình thoát nước

6.2 Hệ thống thoát nước mặt

6.3 Hệ thống thoát nước ngầm

Chương 7 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG

7.1 Yêu cầu chung và cấu tạo kết cấu áo đường

7.2 Phân loại áo đường

7.3 Thiết kế cấu tạo áo đường mềm

7.4 Tính toán cường độ và bề dày áo đường mềm

7.5 Thiết kế áo đường cứng (áo đường bê tông xi măng)

Chương 8 KHẢO SÁT TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ

8.1 Mục đích, nhiệm vụ và các giai đoạn khảo sát đường ô tô

8.2 Khảo sát để lập báo cáo tiền khả thi và lập báo cáo khả thi

8.3 Khảo sát để lập thiết kế kỹ thuật (Hoặc TKKT thi công)

8.4 Khảo sát để lập thiết kế bản vẽ thi công

8.5 Khảo sát đường hiện hữu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập trong nhà trường và kịp thời

cập nhật những tiêu chuẩn, quy trình mới vào trong quá trình giảng dạy, trường

THCĐ &DN tổ chức biên soạn và chỉnh lý lại giáo trình: Thiết kế đường ô tô dùng

cho hệ THCN ngành cầu đường bộ, với thời gian đào tạo 24 tháng

Giáo trình thiết kế đường ô tô gồm 8 chương được biên soạn và chỉnh lý theo chương trình đào tạo THCĐ 24 tháng đã được Tổng giám đốc TCTXD Trường Sơn phê duyệt

Trong quá trình biên soạn và chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô lần này, chúng tôi đã cố gắng lược bỏ và bổ sung những nội dung cần thiết, cô đọng, vận dụng các quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật mới nhất vào từng phần để

có cuốn sách sát với thực tế

Quá trình biên soạn và chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô chúng tôi đã nhận được sự tham gia đóng góp những ý kiến quý báu của các đồng chí cán bộ giáo viên trong nhà trường: Đặng Công Tôn; Nguyễn Văn Bản; Nguyễn Đình Hoàng; Nguyễn Văn Doanh và các đồng nghiệp khác trong nhà trường

Dù đã được chỉnh lý và biên soạn lại nhưng chắc không tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp của đông đảo các bạn trong và ngoài nhà trường Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Cầu Đường –Trường THCĐ&DN

Chúng hết sức cảm ơn những ý kiến đóng góp của các bạn

Tháng 1 1năm 2007

TÁC GIẢ

MỞ ĐẦU

Thiết kế đường ô tô là môn học chuyên ngành trong chương trình đào tạo

kỹ thuật viên ngành cầu đường bộ Nội dung môn học nghiên cứu các nguyên lý và phương pháp thiết kế tuyến đường, các công trình trên đường để đảm bảo cho

đường ô tô thực hiện vai trò của nó trong hệ thống giao thông vận tải một cách tốt nhất

Nội dung môn học bao gồm:

-Những khái niệm chung về đường ô tô: Các bộ phận của đường; Quan hệ giữa ô tô và đường; Một số trích dẫn trong TCVN 4054-2005

-Phương pháp thiết kế: Bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cátd ngang và nền đường, thiết kế thoát nước, thiết kế mặt đường mềm (đối với mặt đường cứng chỉ có tính chất giới thiệu)

-Cách tính toán khối lượng nền đường, cách điều phối và vận chuyển đất -Nội dung công tác khảo sát tuyến đường ô tô

Môn học có thời gian 80 tiết gồm 7 chương ( chương 8 được giới thiệu trong phần thực tập khảo sát thiết kế) và để bổ trợ, ứng dụng vào thực tiễn sau đó là chương trình khảo sát thiết kế tại hiện trường với thời gian 3 tuần Cụ thể như sau:

-Một số khái niệm chung về đường ô tô

-Thiết kế bình đồ tuyến đường

-Thiết kế trên mặt cắt dọc tuyến đường

-Thiết kế mặt cắt ngang nền đường

-Tính khối lượng nền đường, điều phối và vận chuyển đất

-Thiết kế thoát nước

-Thiết kế áo đường

Vì môn học “Thiết kế đường ô tô” là một môn khoa học có tính chất tổng hợp và nội dung của nó đề cập đến nhiều vấn đề nên khi học và làm công việc thiết

kế đường cũng phải có quan điểm tổng hợp, xét toàn diện các nhân tố ảnh hưởng, không chỉ nặng về tính toán mà phải chú trọng cả các biện pháp cấu tạo, biện pháp

kỹ thuật, không chỉ đáp ứng các yêu cầu đối với đường một cách cứng nhắc mà phải giải quyết trong điều kiện thiên nhiên cụ thể Phải có quan điểm kinh tế - kỹ thuật – xã hội, nghĩa là tiết kiệm trên cơ sở đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu phục vụ rộng rãi của đường, phải luôn luôn ghi nhớ mục tiêu thiết kế đường là an toàn – tiện lợi – kinh tế

Nhưng trong phạm vi giáo trình này với mục đích đặt ra của môn học là trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản nhất trong công tác thiết kế, biết vận dụng các quy trình quy phạm để thiết kế một tuyến đường không phức tạp, nên không đi sâu vào một số vấn đề có tính chất chuyên sâu Khi nghiên cứu môn học này học viên đã được trang bị những kiến thức cơ bản của các môn học như: Đo đạc công trình; Vật liệu xây dựng; Thuỷ lực thuỷ văn; Vẽ kỹ thuật… đó là cơ sở cho học viên tiếp thu kiến thức của giáo trình này Đồng thời với việc nắm vững kiến thức học viên phải biết vận dụng vào trong thực hành thực tập khảo sát thiết

kế đường, cũng như trong thực tế thi công cầu đường ở công trường hiện nay Ngoài ra để hoc tập tốt môn học này, học viên cần tham khảo thêm các tài liệu sau: -Các tiêu chuẩn về thiết kế đường ô tô

-Các định hình thiết kế cống, tường chắn…

-Các bản vẽ thiết kế hiện hành

CHƯƠNG 1

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Vai trò của đường ô tô trong giao thông vân tải:

Trong các hình thức vận tải: Vận tải thuỷ, vận tải hàng không, vận tải đường sắt,vận tải đường bộ thì vận tải đường bộ là một bộ phận rất quan trọng của ngành vận tải Vận tải đường bộ chủ yếu là đường ô tô có vai trò quan trọng bởi có các đặc điểm sau:

-Có tính cơ động cao và vận chuyển trực tiếp không cần qua các phương tiện trung gian

- Đường ô tô đòi hỏi vốn đầu tư ít hơn đường sắt, độ dốc dọc lớn hơn nên đi được đến các nơi có địa hình hiểm trở Vì vậy về mặt chính trị, quốc phòng đây là một ngành vận tải rất quan trọng

-Tốc độ vận tải khá lớn nhanh hơn đường thuỷ, tương đương đường sắt, ở cự ly ngắn trên các trục đường cấp cao có thể cạnh tranh với hàng không

- Cước phí vận tải rẻ hơn nhiều so với đường hàng không nên lượng vận chuyển hành khách và hàng hoá bằng đường bộ chiếm tỷ trọng lớn

Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của vận tải ô tô là tai nạn giao thông cao Hàng năm số người chết, bị thương vẫn không giảm và có xu hướng tăng lên Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới WHO hàng năm trên thế giới có 1,2 triệu người chết và hàng chục triệu người bị thương, ở nước ta trong những năm gần đây mặc

dù hệ thống đường bộ đã được đầu tư đáng kể nhưng tai nạn giao thông hàng năm vẫn cướp đi hàng chục nghìn sinh mạng mỗi năm

Từ những đặc điểm trên người làm công tác thiết kế phải có giải pháp cần thiết phù hợp để thiết kế tuyến đường cho các phương tiện tham gia giao thông trên đường được an toàn, thuận lợi, kinh tế, giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông

1.2 Các bộ phận của đường ô tô:

* Khái niệm về đường ô tô:

Đường ô tô là sản phẩm của nghành xây dựng các công trình giao thông, là một dải trong không gian gồm nhiều bộ phận , là tổng hợp các công trình và các trang thiết bị nhằm phục vụ giao thông trên đường được nhanh chóng thuận tiện,

an toàn

Thông thường một truyến đường ô tô thường được thể hiện trên 3 bản vẽ cơ bản: Bình đồ, Mặt cát dọc, Mặt cắt ngang Nội dung cụ thể và việc thiết kế các bản

vẽ sẽ được lần lượt nghiên cứu ở các chương sau Để thuận lợi cho việc thiết kế tuyến đường cần phải nắm được các bộ phận cơ bản của đường ô tô thông qua việc xét một mặt cắt ngang đường (Hình 2- 1)

1.Phần xe chạy 5.Nền đường 2.Lề đường 6.Tim đường

3 Mái đường 7.Vai đường 4.Dải đất ven đường 8.Mép phần xe chạy

9.Đỉnh mui luyện

1.2.1 Tim đường:

Tim đường là trục đối xứng của nền đường và mặt đường (Trừ trường hợp trong đường cong phải mở rộng mặt đường và nền đường)

Nối các điểm tim đường trong một đoạn tuyến thành tuyến đường của đoạn tuyến đó Tập hợp các điểm tim đường là đường cong trong không gian, nó gồm các đoạn thẳng nối tiếp với các đoạn cong (Trên bình đồ) và những đoạn bằng đoạn dốc (Trên cắt dọc)

1.2.2 Phần xe chạy:

Còn gọi là phần mặt đường, là bộ phận quan trọng nhất của đường do phải chịu tác dụng trực tiếp của xe chạy và tác dụng của thiên nhiên nên thường được tăng cường bằng các loại vật liệu khác nhau

Mặt đường gồm một số nguyên các làn xe: từ 1 hoặc nhiều làn xe tuỳ theo cấp kỹ thuật của đường ô tô (Bề rộng một làn xe từ 2,75 m - 3,75m)

1.2.3 Nền đường:

Nền đường là phần nền tảng của xe chạy, là bộ phận chống đỡ đảm bảo cường độ của phần xe chạy được ổn định và chịu tác dụng của nhân tố tự nhiên

Nền đường bao gồm: phần xe chạy, lề đường; khi cần thiết có bố trí giải phân cách, các làn xe phụ…

1.2.4 Lề đường:

Trên bề mặt nền đường hai bên phần xe chạy là lề đường Lề đường có tác dụng chắn giữ các vật liệu đã xây đắp thành mặt đường, là chỗ đỗ xe tạm thời, chỗ dành cho xe thô sơ và người qua lại lề đường tối thiểu rộng 1,5m và có thể có gia

cố nhưng phần lề đất tối thiểu phải đạt 0,5m

5

6

8

2 1

9 7

4

h×nh 1-1

1.2.5 Mép mặt đường:

Là đường ranh giới giữa lề đường và mặt đường

1.2.6 Ta luy đường:

Phần giới hạn hai bên bề mặt nền đường gọi là mái đường (Ta luy).Tuỳ theo điều kiện địa hình và thiết kế mà có ta luy đào hay ta luy đắp Độ dốc mái ta luy căn cứ vào vào chiều cao đào đắp, địa chất, khí hậu, thuỷ văn

1.2.7 Mốc lộ giới:

Là chỗ cọc mốc được cắm ở mép ngoài cùng của khoảng đất hành lang đường bộ theo chiều ngang đường

1.3 Quan hệ giữa ô tô và đường

1.3.1 Tác dụng của ô tô trên mặt đường:

1.3.1.1 Tác dụng của lực thẳng đứng (Trọng lực của ô tô):

Lực thẳng đứng bao gồm tự trọng và tải trọng của ô tô tác dụng xuống mặt đường và nền đường thông qua mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

Áp lực đơn vị trên mặt tiếp xúc phụ thuộc vào sự lớn, nhỏ của tải trọng và áp lực không khí trong bánh xe

Tác dụng của lực thảng đứng thường gây cho mặt đường bị lún và rạn nứt

1.3.1.2 Sự hãm xe:

Khi tham gia giao thông trên đường trong nhiều tình huống phải hãm xe, khi hãm xe lực hãm lớn nhất phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa lốp xe với mặt đường và

có trị số: Ph = Tmax =   G

trong đó: : hệ số ma sát

G: Trọng lượng của toàn bộ ô tô Khi hãm xe tất cả các lực cản đều tham gia vào nhưng đều không đáng kể, chỉ đáng kể là dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4% chiều dài hãm xe tăng lên đáng kể, lúc đó: : Ph = Tmax  Pi = .G  i.G = G(  i)

Dấu (+) khi xe lên dốc, dấu (- ) khi xe xuống dốc

1.3.1.3 Lực cản lăn:

Khi xe chạy tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực cản lăn Lực này tác dụng ngược chiều với chiều chuyển động của xe Lực cản lăn là một loại ma sát giữa lốp xe và mặt đường, sinh ra do biến dạng của lốp xe và biến dạng của mặt đường làm cản trở xe chạy, do chấn động và xung kích khi xe chạy trên mặt đường không bằng phẳng, do ma sát trong các ổ trục bánh xe khi xe chạy

Theo thực nghiệm lực cản lăn tỷ lệ thuận với trọng lượng tác dụng trên bánh

xe :

Pf=fG (Kg) Trong đó: G: Tải trọng tác dụng trên bánh xe (Kg)

f: Hệ số lực cản lăn, không thứ nguyên phụ thuộc vào độ cứng của

lốp xe, tình trạng và loại mặt đường

Trong điều kiện lốp xe cứng, tốt hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào loại mặt

đường và chất lượng mặt đường như sau:

Bảng 1-1

Hệ số sức cản lăn trung bình f Loại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f

Bê tông XM và BT nhựa 0,01-0,02 Đường đất khô và bằng phẳng 0,04-0,05

Đá dăm và sỏi cuội đen 0,02-0,025 Đường đất ẩm không bằng phẳng 0,07-0,15

Đá dăm trắng 0,03-0,05 Đường cát khô rời rạc 0,15-0,30 Đường lát đá 0,04-0,05

1.3.1.4.Tác dụng khi bánh xe quay trượt:

Khi xe đi vào chỗ mặt đường lầy lội, nếu bánh xe sau bị sa lầy chỉ quay mà

không chạy (hoặc bánh trước đi vầo chỗ lầy trượt mà không quay) Đó là hiện

tượng quay trượt của bánh xe trên đường mà ta còn gọi là Pa tilê Hoặc khi lên dốc

người lái xe phải tăng ga, bánh xe cũng quay trượt làm phát sinh vệt bánh xe

1.3.2 Tác dụng của đường đối với xe chạy:

1.3.2.1 Lực bám:

Như hình vẽ 1-2 ta thấy rằng: Lực kéo được hình thành từ công suất

động cơ, khi xe chạy nhiên liệu trong động cơ được chuyển hoá từ nhiệt năng

thành cơ năng và truyền tới bánh xe chủ động một mô men quay Mk Mô men này

gây ra lực kéo Pk tác dụng lên mặt đường qua vệt tiếp xúc và nếu đủ sức bám giữa

bánh xe với mặt đường thì mặt đường tác dụng trở lại bánh xe một phản lực T

Phản lực này rất cần thiết để điểm tiếp xúc trở thành một tâm quay tức thời, khi đó

xe mới chuyển động được Phản lực T về giá trị cân bằng với lực kéo Pk nhưng

ngược chiều chuyển động và được gọi là lực bám của bánh xe với mặt đường

Trong đó: rk: Bán kính bánh xe chủ động kể cả biến dạng (rk =0.93-0.95 r0)

r0: Bán kính bánh xe chủ động

Pk: Lực kéo

Mk: mô men quay Mk

Quan hệ giữa Pk và T:

+ T là một lực bị động : Pk nhỏ thì T cũng nhỏ, Pk lớn thì T cũng lớn theo

nhưng lực bám Tkhông thể tăng lên được mãi mà nó chỉ đạt đến một giá trị được

gọi là Tmax

+Nếu Pk> Tmax thì điểm tiếp xúc không trở thành tâm quay tức thời được và

bánh xe quay tại chỗ (Patilê)

+Nếu Pk  Tma x điểm tiếp xúc trở thành tâm quay tức thời và xe chuyển

động được

Lực bám lớn nhất: Tmax =  Gb

Như vậy điều kiện chuyển động của ô tô về mặt lực bám là:

Pk  Tmax =  Gb

Trong đó : Gb trọng lượng xe trên trục chủ động - xe con Gb= ( 0.5-0.55) G -xe tải Gb=(0.65-0.70) G

G:trọng lượng của xe

: Hệ số bám (hệ số ma sát) giữa bánh xe với mặt đường phụ thuộc vào tình trạng

mặt đường và độ nhám của lớp mặt

Bảng 1- 2

Trị số hệ số bám  giữa bánh xe và mặt đường

Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạy Hệ số

Khô sạch Rất thuận lợi 0,7

Ẩm và bẩn Không thuận lợi 0,3

1.3.2.2 Sức cản khi lên dốc:

Lực cản leo dốc sinh ra khi xe phải khắc phục một cao độ Giả thiết xe phải

leo một độ cao h trên một chiều dài l, với trọng lượng của xe G, xe phải sản ra một

công phụ leo dốc G.h trên chiều dài l Như vậy, lực cản leo dốc được tính theo

công thức: Pi=G h/l =  (G  i)

Trong đó :

h: độ cao xe phải leo l: chiều dài đoạn xe phải leo

G :trọng lượng của xe i=h/l độ dốc của đường

dấu (+) : khi leo dốc dấu ( - ) : khi xuống dốc

1.3.2.3.Do chất lượng mặt đường:

Mặt đường tuỳ theo chất lượng khác nhau sau thời gian sử dụng thường bị

mài mòn ít nhiều hoặc có thể bị lồi lõm, lượn sóng… làm cho xe bị xóc, gẫy

nhíp, chóng hư hỏng lốp…

Ngoài ra, khi xe chạy trên đường còn chịu tác dụng của lực cản không khí,

lực cản quán tính, lực cản trên đường… do thời gian có hạn, trong giáo trình này

không đi sâu vào các nội dung đó

1.4Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN4054-2005 về một số quy

định các yêu cầu thiết kế đường ô tô

Trong yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005chỉ quy định về

thiết kế xây dựng mới, cải tạo và nâng cấp đường ô tô Các đường chuyên dụng

như: đường cao tốc, đường công nghiệp, đường lâm nghiệp và các loại đường khác

được thiết kế theo tiêu chuẩn ngành