Bài tập lớn thiết kế đường ô tô

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-98 ta chọn B=12m BẢNG TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT toán TCTK Theo Chọn để TK 3 Bán kính đường cong bằng tối thiểu m 5 Bán kính tổi thiểu

KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG

BÀI TẬP LỚN

THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

GVHD : CHÂU MINH HIẾU SVTH : TRẦN VĂN NHÂN LỚP : KTCT 04+1 MSSV : 80401290

THÁNG 2- 2007

CHƯƠNG 1

TÌNH HÌNH CHUNG CỦA KHU VỰC XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG VÀ

SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG

1.Vị trí

 Tuyến đường thiết kế từ A B thuộc địa phận Hàm Tân tỉnh Bình Thuận Đây là tuyến đường có ý nghĩa rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế địa phương nói riêng và cả nước nói chung Tuyến đuờng nối cáctrung tâm kinh tế , chính trị , văn hóa của tỉnh Tuyến đường xây dựng ngoài phục vụ đi lại của người dân , vận chuyển hàng hóa , du lịch mà nó còn có ý nghĩa nâng cao đời sống và trình độ dân trí của người dân

 Tỉnh Bình Thuận nằm lân cận tỉnh Ninh Thuận , Phan Thiết , Đồng Nai, Bà Rịa- Vũng Tàu nên tỉnh có tiềm năng phát triển du lịch- dịch vụ , lâm- ngư nghiệp và hóa chất Tỉnh rất phát triển trồng thanh long , nho , xoài và trồng các loại cây công nghiệp như điều ,tiêu Do đó việc xây dựng tuyến đường là rất cần thiết để hổ trợ cho công tác khai thác tài nguyên , tiềm năng phát triển kinh tế của tỉnh

2.Khí hậu :

 Khí hậu ở đây phân biệt 2 mùa rõ rệt : mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9 , nhiệt độ trung bình

260c ; mùa nắng từ tháng 10 đến tháng 3 , nhiệt độ trung bình 290c Tổng lượng mưa trung bình cả năm là 300 mm

3.Địa hình :

 Tuyến đường xay dựng đi qua và khu vực lân cận là vùng đồi ; tuyến đường đi qua ở cao độ tương đối cao, đi ven sườn đồi gần suối trong đó có một sối có dòng chảy tập trung tương đối lớn, lưu vực xung quanh ít ao hồ, nên việc thiết kế các công trình thoát nước nước đều tính vào mùa mưa

4.Địa chất :

 Địa chất tuyến đường đi qua khá tốt, có cấu tạo không phức tạp , đất đồi núi cấp II , lớp trên là lớp á cát ,lớp dưới là lớp á sét Do đó tuyến đường trên không cần xử lí đất nền , vật liệu tại chổ có thể khai thác sỏi đá

5.Ýnghĩa :

 Tuyến đường trên được xây dựng sẽ phân bố dân cư rải đều theo dọc tuyến đường , tuyến đường A-B hoàn thành góp phần vào mạng lưới đường bộ chung của tỉnh và đồng thời nâng cao đời sống vật chất và tinh thần dân cư khu vực lân cận tuyến đường lên từng bước góp phần đưa điện năng vào vùng sâu để nhằm điện khí hóa nông thôn toàn tỉnh

CHƯƠNG 2

XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT

CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA TUYẾN ĐƯỜNG

*Số liệu thiết kế :

- Tỷ lệ bình đồ : 1\ 2000

- Độ chênh cao h = 2 m

- Mức tăng xe hang năm : p= 5%

- Lưu lượng xe hiện tại N 0 = 375 xe/ng.đêm

- Thành phần xe chạy :

 Xe đạp : 11%

 Xe máy : 9%

 Xe con : 8%

 T-nhẹ : 18%

 T-vừa : 12%

 T-nặng : 38%

 Moóc : 4%

2.1 Xác định cấp kỹ thuật và cấp quản lý của tuyến đường

Theo tuyến đường thiết kế được làm mới nên thời gian sử dụng tuyến đườngnày là 20 năm

Số xe con được quy đổi từ các loại xe khác , thông qua mặt cắt ngang của đường ô tô trong một đơn vị thời gian , tính cho lưu lượng xe chạy ở năm thứ 20 trong tương lai

-Lưu lượng xe chạy bình quân của năm đầu khai thác N 0 = 375(xe/ng.đêm)

-Mức tăng xe hàng năm p = 5%

-Thành phần xe chạy :

%

Lưu lượng (ở năm đầu khai thác)

Hệ số quy đổi

Số xe con quy đổi

∑ = 674.625

- Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm thứ 20 là : N qđ

20 = N 0 *(1+p) 20-1 = 674.625*(1+0.05) 20-1

= 1705 (xeqđ/ng.đêm)

Theo TCVN4054-98 , ứng với lưu lượng xe thiết kế là 1705(xeqđ/ng.đêm) , đường nằm trong địa hình đồi ta chọn :

- Cấp kỹ thuật : 60

- Vận tốc thiết kế : VTK = 60(km/h)

Chức năng của tuyến đường này là nối các trung tâm kinh tế , chính trị , văn hóa lớn do đó ta chọn cấp quản lý III và số làn xe yêu cầu : 2 làn xe không có dải phân cách

2.2 Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu

2.2.1 Xác định độ dốc tối đa(i max ) của tuyến đường

i max =min

_ Theo đề bài cho ta thấy lượng xe tải nặng chiếm đa số nên ta chọn dộ dốc dọc lớn nhất i max của

xe tải nặng , được xác định theo điều kiện sức kéo và sức bám của ô tô.

_ Đặc trưng của xe tải nặng MAZ –500 :

1 Có hàng trục trước Gbị động = 4225 (kg)

2 Có hàng trục sau Gchủ động = 10000(kg)

3 Trọng lượng xe có hàng Gxe = 14225(kg)

4 Chiều rộng B = 2.65(m)

5 Chều cao lớn nhất của thân xe H = 2.43(m)

 Hệ số lực cản không khí : K = 0.64÷0.74 (Ns2/m4) đối với xe tải

Chọn K = 0.7(Ns 2 /m 4 ) = 0.07(kgs 2 /m 4 )

 Diện tích cản không khí : F = 0.9*B*H = 0.9*2.65*2.43 5.8(m2)

Chọn F = 6 (m 2 )

Vì xe chạy với vận tốc V = 60(km/h) nên f thay đổi rất ít , khi đó nó chỉ phụ thuộc vào loại mặt đường và tình trạng mặt đường Mặt đường bê tông nhựa ở trạng thái bình thường có hệ số lực cản lăn f 0 = 0.018÷0.022 chọn f = f 0 = 0.022

 Hệ số động lực học của xe DV = 60 =0.088 i

 Vận tốc xe chạy so với môi trường không khí :

Khi xe chạy xuôi gió : V = Vxe – Vkk

Với Vkk = 27(m/s) = 97.2(km/h) ở Hàm Tân

V= 60 – 97.2 = -37.2(km/h)

 Lực cản không khí : Pw = K*F* 0.07*6*

 Sức bám trên một đơn vị trọng lượng xe ở vận tính toán :

= *m - = d * -

Với : hệ số bám dọc của lốp xe d = 0.2

D bám = 0.2* - = 0.08

2.2.2 Xác định tầm nhìn :

 Tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định :

_ Đoạn đường đủ để người lái xe nhìn thấy chướng ngại vật , sau đó thực hiện hãm phanh và dừng xe cách vạt cản 1 đoạn an toàn (l at = 5m)

S t = +

Trong đó :

K : hệ số xét đến hiệu quả của bộ hãm phanh K = 1.3÷1.4 đối với xe tải , xe buýt

chọn K = 1.4 vì xe tải có thành phần lớn

f : hệ số lực cản lăn vì độ dốc dọc i = 0 nên f = 0

Khoảng cách an toàn l at = 5 (m)

Khi tốc độ xe V tt = 60 (km/h) , hệ số bám dọc phụ thuộc trạng thái bề mặt áo đường nhám và khô = 0.7

S t = + + 5 = 50(m)

Theo TCVN 4054-98 ta chọn : S t = 75(m)

 Tầm nhìn thấy xe ngược chiều (Sđ) :

Tầm nhìn thấy xe ngược chiều được xét cho đường 2 làn xe không đủ rộng

Theo TCVN 4054-98 ta chọn : S đ =150(m).

2.2.3 Xác định R R osc :

 Bán kính đường cong nằn tối thiểu khi có siêu cao :

Rmin =

Cấu tạo mặt đường nghiêng về phía tâm đường cong iscmax = 0.04 trong trường hợp có xe súc vật kéo

Với vận tốc xe chạy Vtk = 60(km/h)

R min = 149.2(m)

Chọn R min = 150(m)

TheoTCVN 4054-98 thiết kế đường ô tô ta chọn R min = 250 (m)

 Bán kính đường cong bằng nhỏ nhất không siêu cao :

_Trong điều kiện bình thường khi đặt đường cong không siêu cao ,không gây ra chi phí lớn _Khi đó µ = 0.08 và in = 0.02 (theo TCVN 4054-98 , để thoát nước nhanh và làm khô mặt đường bê tông nhựa thì in = 0.02 0.025)

Chọn Rosc = 218(m)

Theo TCVN 4054-98, tiêu chuẩn đường thiết kế ô tô ta chọn R osc = 501(m)

2.2.4 Xác định bán đường cong đứng

 Đường cong đứng lồi :

Bán kính đường cong lồi được xác dịnh theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn trên mặt cắt dọc Đối với loại đường không có dải phân cách giữa các làn xe thì tính toán theo tầm nhìn thấy xe ngược chiều , ta có :

Trong đó :

hl = 1.2(m) : khoảng cách từ mặt đường dến mắt người lái

S đ = 150(m) : tầm nhìn thấy xe ngược chiều

2343.75(m)

Chọn 2344(m)

Theo TCVN 4054-98, tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô ta chọn

 Đường cong đứng lõm :

Đường cong đứng lõm được xác định theo 2 điều kiện :

1.Bảo đảm không bị gãy nhíp xe do lực ly tâm gây ra và không gây khó khăn cho hành khách:

Trong đó :

Vận tốc thiết kế V= 60(km/h)

a = 0.5 (m/s 2 ) : gia tốc ly tâm cho phép , chọn[a] = 0.5(m/s 2 )

553.8(m)

Chọn =554(m)

2.Bảo đảm tầm nhìn vào ban đêm :

Trong đó :

h đ = 0.5(m) : độ cao đèn xe ô tô so với mặt đường

α : góc chiếu sang của đèn ô tô theo phương đứng thường α =

S t = 75(m) : tầm nhìn trước chướng ngại vật

= 902(m)

Bán kính đường cong đứng lõm theo TCVN 4054-98 , thiết kế đường ôtô ta chọn

=1000(m)

2.2.5 Xác định sốlàn xe ; bề rộng làn xe ; bề rộng mặt dường ; bề rộng nền đường

 Số làn xe :

Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4054-98 số làn xe yêu cầu cho đường ô tô là 2 ;cấp quản lý III

 Bề rộng làn xe ;

Thông thường chiều rộng 1 làn xe cho cấp kỹ thuật 60 (Vtt = 60km/h) thì bề rộng B1làn=3.5(m)

Chọn B 1làn =3.5(m)

 Bề rộng mặt đường :

_Xác định bề rộng mặt đường phần xe chạy

Bxe =2 3.5 = 7(m)

_Xác định bề rộng lề đường

Blđ = Bgia cố +  = 2+0.5 =2.5(m)

2Blđ = 2 2.5 = 5(m)

 Bề rộng nền đường :

B = Bxe + 2Blđ = 7+5 =12(m)

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-98 ta chọn B=12(m)

BẢNG TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT

toán TCTK Theo Chọn để TK

3 Bán kính đường cong bằng tối thiểu m

5 Bán kính tổi thiểu của đường cong lồi theo

6 Bán kính tổi thiểu của đường cong lõm

 Đảm bảo tầm nhìn về đêm

1Xá

THIẾT KẾ SƠ BỘ TUYẾN ĐƯỜNG TRÊN BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH

 Tỉ lệ tuyến đường trên bình đồ : 1/5000

 Độ chênh cao giữa 2 đường đồng mức : h = 2m

 Thiết kế tuyến đường đi qua 2 điểm A và B

 Cao độ điểm A :72.85 sua lai cao do A B

 Cao độ điểm B :65

3.1 Vạch các phương án tuyến trên bản đồ địa hình :

 Dựa vào các chỉ tiêu hình học của tuyến đường đuợc thiết kế và các điểm khống chế phải đi qua hoặc tránh để vạch tất cả các phương án tuyến đường có thể thiết kế Để nâng cao chất lượng khai thác của tuyến đường khi thiết kế cố gắng sử dụng các chỉ tiêu kỹ thuật thông thường dối với đường cấp 60 vùng đồi núi và nhìn vào bản đồ , ta vạch tất cả các phuơng án

mà tuyến đường có thể đi qua Khi thiết kế đường ôtô cần phải đảm bảo được tính hợp lý về kinh tế kỹ thuật đối với nhiều nội dung thiết kế , trong đó có nội dung thiết kế bình đồ của tuyến đường , nghĩa là bình đồ của tuyến đường phải đảm bảo tính kỹ thuật ( xe chạy an toàn

vớ vận tốc thiết kế 60 km/h) và tính kinh tế (chi phí xây dựng tuyến đường C và chi phí có vận chuyển hàng hóa ; duy tu sửa chữa đường trong thời gian khai thác tuyến đường có tổng là nhỏ nhất ) , mà chúng ta biết quy luật chung là chịu một chi phí xây dựng đắt tiền đề đạt được một đích là được một chi phí vận doanh khai thác rẻ Để vạch các phương án tuyến ta sẽ thực hiện các bước sau đây :

3.1.1 Quan sát kỹ bản đồ địa hình để có thể nắm được tình hình địa thế sau đó ước tính các khả năng nối tuyến giữa hai điểm :

 Quan sát địa hình có thể căn cứ vào các dòng sông chảy trong khu vực nhận ra được hệ thống sông suối , rồi theo các đường đồng mức tìm được các thung lũng sông và các đường phân thủy Cũng có thể từ đường đồng mức cao ( đỉnh núi cao ) theo các đường đồng mức dẫn xuống để khảo sát tình hình địa hìn Khi quan sát yêu cầu phải nắm được các dòng nước (đường tụ thủy) , các sườn núi và độ dốc của sườn , bình nguyên , các đèo cao , và các khu vực địa chất nguy hiểm như catstơ ,khe sói ký hiệu trên bản đồ

 Tuyến đường phải kết hợp một cách hài hòa với địa hình xung quanh Không cho phép vạch tuyến đường quanh co trên địa hình đồng bằng hay vạch tuyến đường trên địa hình đồi núi nhấp nhô Cần quan tâm yêu cầu kiến trúc đối với các đường phục vụ du lịch , đường qua công viên , đường đến các khu nghỉ mát , các công trình văn hóa và di tích lịch sử

 Khi vạch tuyến , nếu có thể , cần tránh đi qua những vị trí bất lợi về thổ nhưỡng , thủy văn , địa chất(như đầm lầy , khe sói , đá lăn , catstơ …)

 Khi đường qua vùng đồi nên dùng những bán kính lớn , uốn theo vòng lượn của địa hình tự nhiên , chú ý vòng lượn nhỏ và tránh tuyến bị gãy khúc ở bình đồ và mặt cắt dọc

 Khi tuyến đi vào thung lũng các sông , suối nên :

_ Chọn 1 trong 2 bờ thuận với hướng chung của tuyến , có sườn thoải , ổn định , khối lượng đào đắp đất đá ít

_ Chọn tuyến đi cao hơn mực nước lũ điều tra

_ Chọn vị trí thuận lợi khi cắt qua các nhánh sông suối

 Khi tuyến vượt qua đèo có thể vạch ra nhiều phương án và chọn được phương án thích hợp nhất Khi gặp đèo thường chọn vị trí thấp nhất dựa vào bản đồ đồng mức có tỉ lệ lớn hoặc đo bằng khí áp kế

3.1.2 Sau khi biết được tình hình địa thế , dự kiến phương pháp nối tuyến

 Hai điểm hàng hóa đả cho ở hai bên đường phân thủy cao thì việc nối hai điểm đó sẽ phải qua

đèo Trước hết ta phải lựa chọn đèo có thể triển tuyến qua được , thông thường là đèo thấp ở trên đưởng phân thủy , nhưng có trường hợp phải xét địa hình khai triển dưới đèo , nên vị của đèo cũng chưa phải là yếu tố quyết định Vì vậy có thể tìm vài vị trí vượt đèo va dự kiến nhiều phươngán nối tuyến

 Những vị trí qua các con sông nhỏ thì hyòan tòan phụ thuộc vào huớng của tuyến đường Lúc

đó ta chỉ cần vạch theo tuyến đường và các cầu nhỏ được cấu tạo theo tuyến đường

 Khi địa thế sườn núi có đuờng đồng mức dạng chân chim thì phải đào đắp nhiều , nên thường

đi theo thung lũng sông hoặc đi theo đuờng phân thủy Để tránh phải đào sâu và đắp cao ở những đoạn đường qua vùng khó khăn ta sử dụng buớc compa :

Lcp =

h = 2(m) : Độ chênh cao của hai đường đồng mức kề nhau (m)

: tỉ lệ của bản đồ địa hình

imax : độ dốc dọc lớn nhất

K = 0.8 – hệ số chiết giảm

100 : hệ số đổi đơn vị từ (m) ra (cm)

1000 : hệ số đổi đơn vị từ ra số thực

 lcp = cm

 Khi vạch tuyến để đảm bảo độ dốc dọc cho phép thì chiều dài tuyến giữa 2 đường đồng mức phải thỏa mãn :L >= lcp =0.86(cm)

 Dựa trên bình đồ ta vạch được phương án thích hợp nhất

3.2 Xác định góc ngoặt – quyết địng bán kính đường cong bằng của phương án tuyến

 Góc ngoặt được xác định trên bản đồ địa hình bằng thước đo độ , ta đo được 1= 2=

 Bán kính đường cong nằm phải thỏa mãn điều kiện : R >= Rmin = 250(m) , ta chọn R = 250 (m)

3.3 Xác định chiều dài đoạn thẳng – Đoạn cong và vị trí của các cọc – Cự ly giữa các cọc ;trong thiết kế sơ bộ cần xác định các loại cọc sau đây :

1 Cọc km

2 Cọc TĐ , TC và G của đường cong

3 Cọc thay đổi địa hình Cn …;cọc Cn được hiểu trong đồ án là các vị trí tuyến đường cắt qua đường phân thủy , đường tụ thủy , đường đồng mức , tại chổ đổi dốc của đường đen tại chổ độ dốc ngqng của sườn thay đổi , chỉ số n được lấy từ 1

3.3.1 Xác định lý trình của cọc TĐ và cọc TC của đường cong :

Sau khi xác định được góc ngoặc và quyết định bán kính đường cong R = 250(m) chúng ta xác định được chiều dài tiếp tuyến T = = 250

Theo tỉ lệ bản đồ chúng ta có :

Tbđ = T

= 100 1.82( )

5000 1

Dùng Tbđ để xác định vị trí TĐ , TC

Tb d

Trong đó :

100 : hệ số đổi từ m ra cm

T : chiều dài tíếp tuyến

 Chiều dài đoạn cong ,ta dùng thước dẻo uốn cong để đo

 Chiều dài đoạn thẳng được xác định theo tỉ lệ bản đồ địa hình :

Mij = mijbđ

Trong đó :

mijbđ : chiều dài đoạn thẳng chêm được đo trên bản đồ tính bằng cm

M :mẫu số của tỉ lệ bản đồ

100 : hệ số đổi từ cm

BẢNG LÝ TRÌNH CỦA CÁC ĐIỂM TĐ , TC VÀ G CỦA CÁC ĐƯỞNG CONG

Chiều dài

đoạn thẳng

(m)

Chiều dài đoạn cong (m)

Chiều dài cộng dồn (m)

Lý trình của điểm

3.3.2 Dựa vào bảng lý trình ở trên và vị trí của TĐ, TC , theo tỉ lệ bản đồ ta xác định được vị trí của các cọc Km trên bình đồ tuyến :

3.3.3 Xác định cọc thay đổi địa hình C n :

Dựa vào vị trí của tuyến đường và đường đồng mức chúng ta xác định được vị trí` của các cọc C n

3.3.4 Xác định cự ly giữa các cọc :

Sau khi có vị trí các cọc Km , TĐ , TC và các cọc C n Chúng ta dùng thước để đo cự ly giữa các cọc đó trên bản đồ và nhân với M (hệ số tỉ lệ bản đồ ) để có được cự ly thực tế tính bằng (m)

L i =

Trong đó : l ibđ : cự ly giữa các cọc trên bản đồ (mm)

1000 : hệ số đổi đơn vị (mm) => (m)

Kết quả được thể hiện dưới dạng bảng sau đây :