Đồ án thiết kế đường ô tô

Đồ án môn học thiết kế đường ô tô với các thông số: Thiết kế tuyến đường nối thị trấn A và B với các số liệu cho trước gồm : + Bình đồ khu vực tuyến: tỉ lệ 120.000. + Các số liệu địa chất , thủy văn, địa hình thuộc tỉnh Thanh Hóa. + Lưu lượng xe chạy năm đầu tiên: N1=370 (xehhng.đêm). + Hệ số tăng trưởng xe trung bình hàng năm q=10%. + Thành phần dòng xe : xe con : 15%. xe tải nhẹ : 20%. xe tải trung : 50%. xe tải nặng : 15%.

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC TUYẾN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG, NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:

1.1.1 Giới thiệu vị trí tuyến đường:

Trong nền kinh tế quốc dân, vận tải là một ngành kinh tế đặc biệt và quantrọng Trong đó vận tải trên đường ô tô là một bộ phận quan trọng của mạng lướigiao thông vận tải Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước, để đáp ứngđược nhu cầu thực tiễn về lưu thông hàng hoá, sự đi lại, mở mang văn hoá trí thức,chính trị, xã hội cũng như quốc phòng thì việc phát triển đường ô tô là cần thiết Tuyến đường thiết kế nằm trong khu vực tỉnh Thanh Hóa, nối liền hai Thị trấn

A và B Tuyến đường nằm trong dự án đường nối các trung tâm kinh tế, chính trị,văn hoá của địa phương với nhau Tuyến được thiết kế nhằm phục vụ cho việc đilại của nhân dân trong vùng, phục vụ cho việc trao đổi hàng hoá và giao lưu vănhoá của nhân dân địa phương Đây là tuyến đường hoàn toàn mới

1.1.2 Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế tuyến đường nối thị trấn A và B với các số liệu cho trước gồm :

+ Bình đồ khu vực tuyến: tỉ lệ 1/20.000

+ Các số liệu địa chất , thủy văn, địa hình thuộc tỉnh Thanh Hóa

+ Lưu lượng xe chạy năm đầu tiên: N1=370 (xehh/ng.đêm)

+ Hệ số tăng trưởng xe trung bình hàng năm q=10%

1.2 CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC TUYẾN ĐI QUA:

1.2.1.Địa hình, địa mạo:

Tuyến đi qua vùng đồng bằng đồi, độ cao trung bình so với mực nước biển là

từ 50 đến 210 m Địa hình có độ đốc tương đối nhỏ, độ dốc ngang sườn phổ biến4%-8%, lớn nhất 10%-12% Giả thiết rằng các đường tụ thuỷ mở rộng 6m, và sâu

từ 0,5m đến 2m (Tỷ lệ bình đồ rất lớn :1/20.000 nên không thể hiện chính xác cao

độ của các đường tụ thuỷ )

Vùng tuyến đi qua không có sông, tuyến chạy men theo chân sườn các quảđồi Mặt đất thu dọn sạch, không có gốc cây, không cày xới, dân cư có nhà cửa nhỏhơn 20%, cỏ thưa, mặt đá xếp Dựa vào đặc điểm địa hình, khi thiết kế cần đưa ra

các phương án sao cho tương đối phù hợp với điều kiện địa hình và chọn phương

án hợp lý nhất

1.2.2 Địa chất thủy văn:

Tuyến từ A đến B nằm trên khu vực có địa chất ổn định nên không có hiệntượng sụt lún, caxtơ; hàng năm không chịu ảnh hưởng của mực nước ngầm tácđộng Suối không có nước thường xuyên, chảy trong điều kiện tương đối thuận lợi.Vùng thiết kế nằm trong vùng mưa XI, theo số liệu mưa tại trạm mưa Phú Thanh,lượng mưa ngày ứng với tần suất 4% là 306 mm

1.2.3.Khí hậu:

Điều kiện khí hậu ở vùng này có sự thay đổi lớn giữa hai mùa, thời tiết thaydổi thất thường Lượng mưa tương đối lớn nên thường xuyên có nước Lượng mưatập trung tương đối lớn, cần thiết kế để đảm bảo thoát nước thường xuyên, đồngthời chống chịu được sự thay đổi của thời tiết

1.3 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI:

1.3.1.Tình hình phát triển dân số:

Đoạn tuyến đi qua vùng đồng bằng - đồi, dân cư phân bố rải rác dọc theotuyến, nhà cửa ruộng vườn của dân nằm xa chỉ giới xây dựng, chỉ ở hai đầu tuyếntập trung khá đông Mật độ dân cư khoảng 100-200 người/km2

Do nhận thức được tầm quan trọng của việc xây dựng tuyến nên nhân dântrong vùng rất đồng tình và ủng hộ cho việc xây dựng tuyến đường này Vì vậytheo dự kiến việc đền bù, giải tỏa sẽ được thực hiện nhanh chóng tạo điều kiện chocông tác kkởi công và thi công đúng kế hoạch

1.3.2.Tình hình kinh tế - văn hóa - xã hội trong khu vực:

Trong khu vực tuyến đi qua nền kinh tế đa dạng nhiều ngành nghề, trong đó sốngười trồng cây nông nghiệp chiếm số lượng lớn trong dân cư, tiểu thủ công nghiệpphát triển chậm, ngành dịch vụ thương mại cũng tăng nhanh, ngày càng chiếm tỷtrọng lớn trong cơ cấu kinh tế Hiện nay với chủ trương phát triển hệ thống giaothông nông thôn Nên việc đầu tư xây dựng tuyến trên là rất cần thiết Đây chính là

cơ hội phát triển kinh tế của huyện nói riêng và của tỉnh Thanh Hóa nói chung Nhìn chung đời sống kinh tế của nhân dân trong huyện những năm gần đâytừng bước được nâng cao nhưng vẫn còn cách biệt so với Tỉnh và Thành phố do cơ

sở hạ tầng chưa được nâng cấp, đặc biệt là mạng lưới giao thông

1.4 NHỮNG THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN KHI THIẾT KẾ VÀ XÂY

DỰNG :

1.4.1.Điều kiện khai thác, cung cấp vật liệu và đường vận chuyển:

- Xi măng, sắt thép lấy tại các đại lý vật tư ở Huyện

- Bê tông nhựa đường lấy ở trạm trộn bê tông nhựa của Công Ty X tại huyện cócông suất 60T/h

- Nhựa đường lấy tại trung tâm thành phố

- Đá các loại, cấp phối đá dăm lấy tại mỏ đá của Công Ty X tại huyện

- Cát, sạn lấy tại sông Mã

- Đất đắp nền đường, qua kiểm tra chất lượng cho thấy có thể lấy đất từ nềnđường Đào từ nền đào sang đắp ở nền đắp, ngoài ra có thể lấy đất tại các vị trí mỏdọc tuyến với cự ly trung bình là :1-2 km

1.4.2.Điều kiện cung cấp bán thành phẩm, cấu kiện và đường vận chuyển:

Các bán thành phẩm và cấu kiện đúc sẵn được sản xuất tại các các công tytrong tỉnh, cách chân công trình vài km Năng lực sản xuất của xưởng đáp ứng đầy

đủ về số lượng, chất lượng theo yêu cầu đặt ra

Trong vùng đã có sẵn mạng lưới giao thông đường cấp V liên hệ giữa các vùngvới nhau do đó các loại bán thành phẩm, cấu kiện và vật liệu vận chuyển đến châncông trình là tương đối thuận lợi

1.4.3.Khả năng cung cấp nhân lực phục vụ thi công:

Tuyến đường nối liền hai trung tâm kính tế của huyện, tại hai trung tâm dân cưtập trung đông đúc, lực lượng lao động nông công dồi dào, nguồn lao động rẽ do đórất thuận lợi cho việc tận dụng nguồn nhân lực địa phương nhằm góp phần hạ giáthành công trình, hoàn thành công trình đúng tiến độ

1.4.4.Khả năng cung cấp các loại máy móc, thiết bị phục vụ thi công:

Các đơn vị xây lắp trong và ngoài tỉnh có đầy đủ cán bộ kỹ thuật có trình độ,năng lực và trang thiết bị thi công có thể đảm bảo thi công đạt chất lượng và đúngtiến độ

1.4.5.Khả năng cung cấp các loại nhiên liệu, năng lượng phục vụ thi công:

Trước đây tuyến đường đã có đường đất nối liền do đó việc vận chuyển cácloại nhiên liệu phục vụ thi công là rất thuận lợi Mặt khác các xã ven tuyến đã cóđiện phục vụ sinh hoạt và sản xuất nên việc sử dụng năng lượng thi công là rấtthuận lợi

1.4.6.Khả năng cung cấp các loại nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt:

Khu vực tuyến đi qua nối liền hai trung tâm huyện do đó khả năng cung cấpcác loại nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt cho cán bộ, công nhân thi công rất thuậnlợi

1.4.7.Điều kiện về thông tin liên lạc và y tế:

Hiện nay hệ thống thông tin liên lạc, y tế đã xuống đến cấp huyện, xã Cácbưu điện văn hóa của xã đã được hình thành góp phần đưa thông tin liên lạc về thôn

xã đáp ứng nhu cầu của nhân dân Đây là điều kiện thuận lợi cho công tác thi công,giám sát thi công, tạo điều kiện rút ngắn khoảng cách giữa ban chỉ huy công trường

và các ban ngành có liên quan

1.5 SỰ CẦN THIẾT PHẢI ĐẦU TƯ XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG:

Khu vực tuyến đi qua là vùng đồng bằng - đồi, mạng lưới giao thông ở đâychưa phát triển và chưa đáp ứng đủ nhu cầu của người dân trong vùng Do đó, việcxây dựng tuyến đường nối liền từ Thị trấn A đến Thị trấn B là một việc làm cầnthiết Tạo điều kiện thuận lợi cho việc đi lại của người dân nơi đây, hàng hoá đượcvận chuyển lưu thông qua lại một cách dễ dàng giữa 2 trung tâm với nhau, thúc đẩy

sự phát triển kinh tế, văn hoá và xã hội của hai địa phương nói riêng và tỉnh ThanhHóa nói chung

2.1.1 Chức năng chủ yếu của tuyến:

Là tuyến đường nối hai trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa của địa phương,tuyến đường hình thành sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế, giao lưuvăn hóa được thuận tiện Góp phần phát triển hệ thống giao thông trong vùng, pháttriển dịch vụ và thu hút đầu tư của nhà đầu tư

2.1.2 Địa hình của tuyến :

Căn cứ vào bình đồ khu vực tỷ lệ 1/20000, địa hình khu vực tuyến đi quathuộc vùng đồi (do địa hình thoải, các đường đồng mức cách xa nhau, độ dốcngang sườn phổ biến 4%-8%, lớn nhất 10%-12%), tuyến chạy dọc theo sườn

2.1.3 Căn cứ vào lưu lượng xe:

Lưu lượng xe con quy đổi ở năm hiện tại là:

Nxcqđ =

Trong đó:

+ n: số loại xe có trong dòng xe

+ Ni: lưu lượng của loại xe thứ i ở năm tính toán

+ Ki: hệ số quy đổi của loại xe thứ i về xe con

Bảng 2.1.3: Bảng tính quy đổi xe hỗn hợp về xe con quy đổi

Loại xe

N 1

= 370 (xe/ ngđ)

2.1.4 Căn cứ vào tiêu chuẩn thiết kế đường TCVN 4054-05:

*Từ các yếu tố trên ta dựa vào bảng 3 (TCVN 4054-2005) xác định được cấp

thiết kế của đường là cấp IV

2.2 TÍNH TOÁN - CHỌN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN :

2.2.1 Tốc độ thiết kế :

- Căn cứ vào địa hình tuyến đường đi qua hai điểm A và B thuộc tỉnh ThanhHóa là địa hình đồi thoải và dốc

Xác định lưu lượng xe thiết kế ở năm tương lai là:

Năm thứ 15 đối với đường cấp IV

2.2.2.1.Điều kiện về mặt cơ học:

- Sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản của đường

- Sức kéo phải nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe và mặt đường

a Phương trình cân bằng sức kéo:

Pk ≥ ∑Pc

↔ D ≥ f ± i

↔ idmax = D - f (1.2.1)Trong đó:

+ D: nhân tố động lực của mỗi loại xe

+ f: Hệ số sức cản lăn khi xe chạy, phụ thuộc từng loại mặt đường và độcứng của lốp xe Khi Vtk > 50 (km/h) thì f còn phụ thuộc vào vận tốc và được xácđịnh theo công thức sau:

Độ dốc thiết kế lớn nhất tính theo điều kiện này được ghi ở bảng 1.2.1

Bảng 2.2.2.a: Bảng xác định độ dốc dọc thiết kế lớn nhất theo sức kéo:

+ :hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, phụ thuộc vào mặt đường

và điều kiện xe chạy

+ Gk: trọng lượng của xe trên trục chủ động

Khi Pk lớn thì T cũng lớn theo nhưng lực bám T không thể tăng lên mãi được.Khi Pk > T bánh xe quay tại chổ(hiện tượng batinê) Sức kéo của ô tô phải nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe với mặt đường

i'dmax = D1 - f (1.2.2) Với: +

+ i'dmax = - f (1.2.3)

Trong đó:

+ D1: Nhân tố động lực xác định tùy theo điều kiện bám của ô tô.+ Giả thiết mặt đường ở trong tình trạng ẩm, bẩn, điều kiện xe chạykhông thuận lợi =0,3

+ Gk: trọng lượng của xe trên trục chủ động

- Xe tải nặng: Gk = 21000 (KG)

- Xe tải trung: Gk = 6800 (KG)

- Xe tải nhẹ : Gk = 5500(KG)

- Xe con : Gk = 700 (KG) + G: trọng lượng toàn bộ của xe (KG)

- F: Diện tích chắn gió của ô tô bảng 1 tài liệu [2]: (m2).

0.0132

14.795

Xe tải nhẹ

0.2215

0.0132

20.828

Xe tải trung

0.0132

19.279

0.0132

22.463

Bảng 2.2.2.b:Bảng xác định độ dốc dọc thiết kế lớn nhất theo sức bám:

Từ điều kiện này ta chọn idmax = 14,795% (b)

Ta chọn nhỏ hơn giữa hai điều kiện (a) và (b), kết hợp với D1 D f i

ta chọn độ dốc dọc lớn nhất là: = 2,0 % Đây là độ dốc hạn chế để xe tải nặng

chạy đúng với tốc độ thiết kế

Theo TCVN 4054-2005 ứng với V = 60 km/h thì idmax = 6 (%)

2.2.4 Tầm nhìn trên bình đồ:

Để đảm bảo an toàn xe chạy trên đường người lái xe phải luôn đảm bảo nhìnthấy đường trên một chiều dài nhất định về phía trước để người lái xe kịp thời xử lýhoặc hãm dừng xe trước chướng ngại vật (nếu có) hay là tránh được nó Chiều dàinày được gọi là tầm nhìn

2.2.4.1 Tầm nhìn một chiều S I :

Chướng ngại vật trong sơ đồ này là một vật cố định nằm trên làn xe chạy: đá

đổ, đất trượt, hố sụt, cây đổ, hàng hoá của xe trước rơi Xe đang chạy với tốc độ V

có thể dừng lại an toàn trước chướng ngại vật với chiều dài tầm nhìn SI bao gồmmột đoạn phản ứng tâm lí lpư, một đoạn hãm xe Sh và một đoạn dự trữ an toàn l0 Vìvậy tầm nhìn này có tên gọi là tầm nhìn một chiều

+ V : Tốc độ xe chạy tính toán, V = 60 km/h.

+ i : Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i = 2,0%

+ : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường lấy trong điều kiện xe chạy bìnhthường, tình trạng mặt đường khô, sạch: = 0,5

Ở đây ta chỉ tính cho trường hợp bất lợi (xe tải) => k = 1,4

Thay các giá trị vào công thức (1.2.6) ta được:

+ l0: khoảng cách an toàn giữa xe và vật, lấy trong khoảng (5-10)m, chọn l0 =10m

+ Vn : vận tốc người đi bộ, lấy Vn = 1 m/s = 3,6 km/h

Có hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn xe, chiều dài tầm nhìn trongtrường hợp này gồm hai đoạn phản ứng tâm lí của 2 lái xe, tiếp theo là hai đoạnhãm xe và đoạn an toàn giữa hai xe Như vậy chiều dài tầm nhìn hai chiều bằng 2lần chiều dài tầm nhìn một chiều nên chiều dài SII được tính là:

L n

V n

V

+ Ta lấy lpư1= lpư2 = V/3,6

+ Các thông số khác lấy giống 1.2.6

Thay các giá trị vào công thức 1.2.8 ta có:

Hình 2.4: Sơ đồ tầm nhìn vượt xe.

Tầm nhìn vượt xe phân ra 2 trường hợp :

- Bình thường : SIV = 6.V

- Cưỡng bức :SIV = 4.V

Ở đây ta tính theo công thức SIV = 6.V = 6.60 =360 (m)

Theo bảng 10(TCVN 4054-2005) với V = 60km/h thì SІV = 350(m).

=> Ta lấy SІV =360(m).

2.2.5 Bán kính đường cong nằm , :

Hình 2.5:Các lực tác dụng lên xe khi chạy trong đường cong nằm.

Khi xe chạy trên đường cong, điều kiện chuyển động của xe khác hẳn so vớikhi chuyển động trên đường thẳng :

- Xe chịu tác dụng của lực li tâm C và trọng lượng bản thân xe G hướng

ra phía ngoài đường cong Lực này thẳng góc với hướng chuyển động của ôtô, lái

xe, hành khách, có thể làm cho xe bị lật hay trượt ở những đường cong có bán kínhnhỏ, làm cho việc điều khiển xe khó khăn hơn, người ngồi trên xe bị lắc và có cảmgiác khó chịu

- Ở những đoạn đường cong có bán kính nhỏ, dưới tác dung của lực litâm lốp xe bị biến dạng theo chiều ngang, diện tích tiếp xúc giữa bánh xe với mặtđường lớn nên sức cản của đường với ôtô tăng lên, đòi hỏi công suất của ôtô cầnphải lớn hơn, hao phí nhiên liệu và hao mòn lốp xe tăng

- Tầm nhìn của xe chạy trên đường cong hạn chế đặc biệt về ban đêm

vì đèn pha của ôtô chỉ có thể chiếu sáng trên một đoạn ngắn hơn so với đoạn thẳng

- Bán kính đường cong càng nhỏ thì ảnh hưởng càng nhiều, vì vậy khithiết kế đường cố gắng sử dụng bán kính đường cong lớn hơn giới hạn cho phép Khi dốc ngang được làm thành dốc hướng tâm (cấu tạo này được gọi là siêucao) thì thành phần trọng lực sẽ làm giảm tác dụng xấu của lực li tâm

Từ các đặc điểm trên ta thấy thực chất của việc định trị số bán kính củađường cong nằm là xác định trị số lực ngang và độ dốc ngang một mái isc một cáchhợp lý nhằm để đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận khi vào đường cong nằm cóbán kính nhỏ

2.2.5.1.Khi làm siêu cao :

Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo siêu cao.

(m) (2.2.5.1) (T34 TKD1) Trong đó:

+ V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h

+ μ= 0,15: Hệ số lực ngang lớn nhất khi có làm siêu cao

+ isc max: Độ dốc siêu cao lớn nhất: isc max = 7%

Thay các giá trị vào công thức (2.2.5.1) ta có:

+ V: Tốc độ thiết kế V = 60 km/h

+ μ= 0,08: Hệ số lực ngang khi không làm siêu cao

+ in : Độ dốc ngang của mặt đường, chọn in = 2%

Thay vào công thức (2.2.5.2) ta có:

(m) (2.2.5.3) (T34 TKD1) Trong đó:

2.2.6 Bán kính đường cong đứng R lồi

min , R lõm

min :

2.2.6.1 Phạm vi thiết kế đường cong đứng:

Đường cong đứng được thiết kế ở những chổ có đường đỏ đổi dốc tại đó cóhiệu đại số giữa 2 độ dốc lớn hơn hoặc bằng 1% (với tốc độ thiết kế 60km/h,T25TC) để xe chạy điều hoà, thuận lợi, đảm bảo tầm nhìn ban ngày, ban đêm, đảm bảohạn chế lực xung kích, lực li tâm theo chiều đứng

Trong đó ký hiệu độ dốc như sau:

- Khi lên dốc lấy dấu (+)

- Khi xuống dốc lấy dấu (-)

Trong đó: + SI: tầm nhìn 1 chiều, SI = 75 m

+ d: chiều cao của mắt người lái xe tới mặt đường, lấy d=1,2 m

Theo bảng 19(TCVN 4054-2005) thì = 4000m Nên chọn theo quy phạm

= 4000m

b) Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 2 chiều: