giáo trình Lý thuyết thiết kế

Xác định bán kính đờng cong nằm tối thiểu trên bình đồ Tại những vị trí tuyến đờng đổi hớng ngoặt phải hoặc trái , ta phải bố trí đờng cong cơ bản có bán kính đủ lớn để hạn chếlực đẩy n

CHƯƠNG 1

1 Quy trình khảo sát:

+ Quy trình khảo sát thiết kế đờng Ô tô 22TCN 263 – 2000

+ Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình 22TCN 82 – 85+ Quy trình khảo sát địa chất 22TCN 27 – 82

2 Quy trình thiết kế:

+ Tiêu chuẩn thiết kế đờng Ô tô TCVN 4054 - 05

+ Quy trình thiết kế áo đờng mềm 22TCN 211 - 06

+ Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 1979 BộGTVT

+ Quy trình lập thiết kế tổ chức xây dựng và thiết kế thi côngTCVN 4252-88

+Quy trình tính toán dòng chảy lũ do ma rào ở lu vực nhỏ củaViện thiết kế

giao thông 1979

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIấN KHU VỰC TUYẾN ĐI QUA

8.1 :Điều kiện khí hậu, thủy văn

8.1.1 Khí hậu

a Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình trong năm khoảng 240C, biên nhiệt độ củangày và đêm chênh lệch nhau gần 50 Mùa nóng từ tháng 4 đếntháng 10, mùa lạnh từ tháng 11 đến tháng Nhiệt độ cao nhất co khilên đến 400C

Lợng ma trung bình năm khoảng 200mm với số ngày ma khoảng

130 ngày Lợng ma trong mùa ma chiếm 80% lợng ma cả năm

d Gió, bão

Qua tài liệu thu thập đợc của trạm khí tợng thuỷ văn, tôi tập hợp

và thống kê đợc các số liệu về các yếu tố khí hậu theo bảng sau:

Độ ẩm W % 65 68 75 83 88 90 92 91 85 81 73 68

Độ ẩm W % 65 68 75 83 88 90 92 91 85 81 73 68

Biểu 8.1 Biểu đồ nhiệt độ - độ ẩm

- đ ờng biểu diễn nhiệt độ

- đ ờng biểu diễn độ ẩm

t há ng

Bảng 8.2.Bảng thống kê tần suất gió trung bình trong năm

Hớng gió Số ngày gió trong

năm(ngày)

Tỷ lệ số ngày gió (%)

Ngoài sông Hiếu, Nghĩa Đàn còn 48 chi lu lớn nhỏ Trong đó có 5nhánh chính:

Sông Sào: Bắt nguồn từ vùng núi Nh Xuân -Thanh Hoá qua các xãNghĩa Sơn, Nghĩa Lâm, Nghĩa Trung, Nghĩa Bình (dài 34 km),trong lu vực sông có nhiều hồ đập lớn nhỏ Đặc biệt là công trình

thuỷ lợi Sông Sào với diện tích lu vực 160km2, dung tích hồ chứa từ

đỉnh có độ cao từ 300 đến 400 m nh: Dãy Chuột Bạch, dãy Bồ Bố,dãy Cột Cờ,

Khu vực phía Tây Nam và phần lớn các xã trong huyện là đồithoải Xen kẽ giữa các đồi núi thoải là những thung lũng có độ caotrung bình từ 50 - 70m so với mực nớc biển

Địa hình toàn huyện đợc phân bố nh sau: - Diện tích đồi núithoải chiếm 65% Đồng bằng thung lũng chiếm 8% - Đồi núi caochiếm 27%

Ngoài ra, do đặc điểm kiến tạo của địa hình, Nghĩa Đàn còn

có những vùng đất tơng đối bằng phẳng, có quy mô diện tích lớn,

đồi núi thấp thoải là điều kiện thuận lợi để phát triển một nềnnông - lâm nghiệp phong phú

8.3 Địa chất công trình tuyến

Địa chất chủ yếu là sét pha lẫn sỏi sạn, phía trên là lớp hữu cơ0.2m, sau đó là lớp đất phong hóa dày từ 0.3ữ18m, phía dới cùng làlớp đá gốc Cấu tạo của địa chất khu vực tuyến đi qua tơng đối

ổn định, không có vị trí nào đi qua khu vực có hang động castơ

và khu vực nền đất yếu, không có hiện tợng trồi sụt do cấu tạo vàthế nằm của lớp đá gốc phía dới Vì vậy, không phải xử lí đặc biệt.Phơng án tuyến chủ yếu đi ven sờn núi, cắt qua nhiều khe tụthuỷ nên cấu tạo nền đất có đầy đủ các loại nền đờng đặc trng

đào hoàn toàn, đào chữ L, nửa đàonửa đắp, đắp hoàn toàn Vớinền đắp trớc khi đắp cần phải bóc bỏ lớp đất hữu cơ với chiều dày

từ 0,2 phía dới lớp đất hữu cơ là đất nền á sét điều kiện địa chấttốt cho việc xây dựng đờng ở những vị trí tuyến cắt qua đồi(đào) đất đào ở đây chủ yếu là đá phong hoá có thành phần lẫnsỏi sạn Tầng đá gốc ở rất sâu bên dới chính vì thế việc thi côngnền đào không gặp khó khăn

8.4: Vật liệu xõy dựng

Do tuyến nằm trong khu vực đồi nỳi nờn vật liệu xõy dựng tuyến tương đối sẵn Ởkhu vực xõy dựng tuyến đó cú sẵn mỏ đất cú thể khai thỏc với trữ lượng lớn cú thểđảm bảo chất lượng cho việc xõy dựng nền đường

Vật liệu cấp phối đỏ dăm cú thể mua ở nhà mỏy khai thỏc đỏ gần đú

Núi túm lại, vật liệu xõy dựng đường ở đõy tương đối thuận lợi cho cụng tỏc xõydựng

8.5: Giỏ trị nụng lõm nghiệp khu vực tuyến đi qua

Chủ yếu là loại cõy ngụ, mớa với diện tớch khỏ lớn

8.6: Những gũ bú khi thiết kế tuyến đường

Do tuyến dài đi qua nhiều sụng suối nờn phải cú cụng trỡnh cầu và hệ thống thoỏtnước tốt để đảm bảo cho cụng trỡnh sử dụng lõu dài

QUY Mễ VÀ TIấU CHUẨN KỸ THUẬT TUYẾN

Đối chiếu với quy phạm đối với đờng cấp IV đồng bằng vận tốc thiết

kế V=60km/h độ dốc lớn nhất trên toàn tuyến là imax= 6 %

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

Tại những vị trí tuyến đờng đổi hớng ngoặt phải hoặc trái ,

ta phải bố trí đờng cong cơ bản có bán kính đủ lớn để hạn chếlực đẩy ngang gây nguy hiểm cho lái xe và hành khách cũng nh sựchuyển động của xe.Tuy nhiên do điều kiện địa hình bị hạn chếnên ta bố trí đơng cong có bán kính lớn thì việc thi công sẽ rất khókhăn và khối lợng thi công tăng lên nhiều làm tăng giá thành côngtrình Từ những vấn đề trên, ta cần phải xác định bán kính tốithiểu của đờng cong một cách hợp lí nhất

a Bán kính đờng cong nằm nhỏ nhất (m) :

Rmin = 127.( max max)

127

602

m

=+

Mặt khác theo TCVN 4054-05 đối với đờng cấp III-miền núi có

V = 60km/h thì bán kính đờng cong nhỏ nhất giới hạn là 125 m

Vậy ta chọn bán kính đờng cong nằm nhỏ nhất R min = 125 m.

b Bán kính đờng cong thông thờng (m) :

chọn à=0.08

isctt = độ dốc siêu cao tính toán = 4%

Rmin =

)(2,236)04.008.0.(

127

602

m

=+

Mặt khác theo TCVN 4054-05 đối với đờng cấp IV có V = 60km/h thì bán kính đờng cong thông thờng là 250 m.

Vậy ta chọn bán kính đờng cong thông thờng R ttmin = 250m.

c Bán kính đờng cong nằm tối thiểu không cần bố trí siêu cao (m) :

Vậy ta chọn bán kính đờng cong tối thiểu không càn bố trí siêu cao là

R ksc = 1500m

8 Xác định độ mở rộng của đờng cong và đoạn nối mở rộng

a Xác định độ mở rộng

B R

L K1

e1

e2

L

0Sơ đồ tính toán

Khi xe chạy trên đờng cong vệt bánh trớc và vệt bánh sau xekhông trùng nhau Do đó để xe có thể chạy đợc bình thờngcần phải mở rộng phần xe chạy lớn hơn so với trên đờng thẳng.Khi R<=250 m thì mới cần mở rộng phần xe chạy

Giả thiết quỹ đạo chuyển động của xe là đờng tròn

Độ mở rộng của 1 làn xe : e = +

R 2

L2 0,05V

R ( m ) Vậy độ mở rộng của phần xe chạy có 2 làn xe

xét trờng hợp bất lợi nhất R= Rmin =250 m.

V: vận tốc thiết kế, V=60 (km/h)

Phần mở rộng được bố trớ ở phớa bụng đương cong trong trường hợp khú khăn Trờn bỡnh đồ, do cỏc đường cong đều là đường cong chuyển tiếp và cú bỏnkớnh lớn hơn 250m nờn khụng cần phải mở

b Chiều dài đoạn mở rộng

Thông thờng phần mở rộng thêm đợc bố trí phía bụng ờng cong Tuy nhiên ở những nơi địa hình khó khăn ,hoặckhi cải tạo đờng cũ cho phép bố trí một phần mở rộng vềphía lng đờng cong, một phần về phía bụng

Đoạn mở rộng đợc bố trí trùng với đoạn vuốt nối siêu caotheo tỉ lệ tính từ đầu đoạn vuốt nối siêu cao để đạt đợc đổ

mở rộng toàn phần ở cuối đờng cong vuốt nối siêu cao

9 Xác định đoạn nối siêu cao

Đoạn nối siêu cao đợc thực hiện với mục đích chuyển hoá mộtcách hài hoà từ trắc ngang thông thờng hai mái với độ dốc tốithiểu để thoát nớc sang

trắc ngang đặc biệt có siêu cao ( trắc ngang một mái ) Sựchuyển hoá sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ ip phía lng đờngcong

Chiều dài đoạn nối siêu cao đợc tính theo công thức quayquanh tim

ip : Độ dốc dọc phụ thêm, Theo quy trình với vận tốc thiếtkế

V=60 (km/h) thì ip=0,5%

i SC : Độ dốc siêu cao, ứng với các bán kính đờng cong nằmkhác nhau thì độ dốc siêu cao sẽ khác nhau ⇒ chiều dài

đoạn vuốt nối siêu cao sẽ khác nhau

chiều dài đoạn vuốt nối siêu cao tối thiểu ứng với siêucao 2%

Lnsc= = 28 m

Lct = = =29.65 mTra bảng tiờu chuẩn => Lct = 50m

Do vận tốc thiết kế V=60(km/h), theo tiêu chuẩn Việt Nam tacần phải bố trí đờng cong chuyển tiếp vì vậy đoạn vuốtsiêu cao ta bố trí trên đoạn chuyển tiếp

a.Tính bán kính nhỏ nhất của đờng cong đứng lồi

Trị số tối thiểu của bán kính đờng cong đứng lồi đợc xác

định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn chạy trên mặt đờng

• Trong trờng hợp đảm bảo tầm nhìn 1 chiều

Rmin=

2 1

min

2

2 1623.4

75 2*( 1 0.1)

+ Theo tiêu chuẩn việt nam 4054-05, đối với đờng cấp IV cóV=60(km/h), bán kính lồi nhỏ nhất là 4000 m vì vậy chọntheo quy trình Rmin=4000 m

b Tính bán kính đờng cong đứng lõm tối thiểu

- Khi xe chạy vào đờng cong đứng lõm thờng thì tâm lý ngờilái xe là muốn cho xe chạy nhanh để lên dốc Do đó thờng phátsinh vấn đề vợt tải do lực li tâm , đồng thời gây khó chịu chohành khách Vì vậy để xe chạy trong đờng cong đứng lõm

đợc êm thuận, bán kính tối thiểu đờng cong nối dốc lõm là :

Rmin = 6,5

V2 Với vận tốc tính toán V= 60 Km/h

⇒ Rmin =

2

60 6,5 = 553.85(m)

-Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm có:

2 1 min

SR

2 h p S.sinα

=

+Trong đó hp : Chiều cao đèn pha lấy hp =1.2 m

α : Góc mở của đèn pha xe, thông thờng lấy α= 1o

S1 : Chiều dài tầm nhìn 1 chiều, S1 = 75 m

⇒

2

75 Rmin

đầu TĐ, tiếp cuối đờng cong TC, nối đầu ND, nối cuối NC và cáccọc phụ

Các yếu tố của tuyến trên bình đồ phối hợp với các yếu tố củatuyến trên trắc dọc, trắc ngang và đợc chú ý thiết kế để bảo đảm

sự đều đặn và mềm mại của tuyến trong không gian

Tuyến đợc sửa chữa, bố trí hợp lý hơn, phối hợp các yếu tố để

đạt đợc yêu cầu toàn diện bảo đảm các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật

có chất lợng tốt và giá thành hạ

Căn cứ vào địa hình địa mạo, địa chất thủy văn, các tiêuchuẩn kỹ thuật đã tính toán, bố trí độ dốc siêu cao, chiều dài đờngvuốt nối, tầm nhìn và mở rộng trên đờng cong nằm để chọn bánkính đờng cong đứng tại các điểm nối dốc cho hợp lý

Dựa vào những nguyên tắc trên, hớng tuyến từ B đến D đãchọn và các điểm khống chế để tiến hành thiết kế trên bình đồ.Kết quả đợc thể hiện trong tập bản vẽ

2 Quy định thiết kế bình đồ

Ngoài yêu cầu đảm bảo cho xe lu thông trên đờng đợc an toàn

êm thuận và kinh tế với tốc độ mong muốn còn phải phối hợp giữacác yếu tố của tuyến đờng với cảnh quan khu vực nhằm tạo ra sự hàihoà của tuyến, đảm bảo về mặt môi trờng, mĩ quan cho côngtrình và khu vực tuyến đi qua

a Phối hợp giữa các yếu tố trên bình đồ

Sau các đoạn thẳng dài không bố trí đờng cong nằm có bánkính tối thiểu Các đờng cong nằm tối thiểu phải bao hai bên bằngcác đờng cong nằm tối thiểu thông thờng.Khi góc chuyển hớng nhỏphải làm bán kính cong nằm lớn theo quy định

4.000

3.000

2.000

1.000

800

Giữa các đờng cong cùng chiều không bố trí đoạn chêm ngắn(đối với đờng Vtk = 60 là 120m), khi có thể nên nối trực tiếp bằngmột đờng cong có bán kính lớn

Không bố trí đoạn chêm ngắn giữa hai đờng cong nằm ngợcchiều, nếu có thể nên giải quyết theo các cách sau:

+ Tăng bán kính cho hai đờng cong nối liền

+ Đoạn chêm phải lớn hơn 200m

b Phối hợp giữa các yếu tố mặt cắt dọc và bình đồ

- Về vị trí, đờng cong đứng nên trùng với đờng cong nằm.Hai đỉnh đờng cong không nên lệch nhau quá 1/4 chiều dài đờngcong ngắn hơn

- Chiều dài đờng cong nằm nên lớn hơn chiều dài đờng cong

đứng từ 50 ữ 100 m

- Không đặt đờng cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh của

đờng cong đứng lồi

- Bán kính đờng cong đứng lõm không nhỏ hơn 1/6 bánkính đờng cong nằm.

c Phối hợp tuyến đờng và cảnh quan

Tuyến đờng phải lợi dụng phong cảnh hai bên đờng nh: đồinúi, mặt nớc, các công trình kiến trúc để tạo cảnh quan cho đ-ờng

Tuyến đờng phải là công trình bổ sung cho cảnh quan Nên

đi vào ranh giới giữa rừng và ruộng, uốn theo các đồi, các con sông,tránh cắt lát địa hình Các chỗ đào sâu đắp cao phải sửa sang,trồng cây che phủ, các đống đất thừa và các thùng đấu phải cóthiết kế sửa sang

3 Sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật để thiết kế tuyến

a Yêu cầu khi vạch tuyến

1 Phải đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật của tuyến nh bán kính tốithiểu đờng cong nằm, chiều dài đờng cong chuyển tiếp, chiềudài đoạn chêm, độ dốc dọc max, chiều dài đoạn thẳng

2 Đảm bảo tuyến ôm hình dạng địa hình để khối lợng đào, đắp

là nhỏ nhất, bảo vệ đợc cảnh quan thiên nhiên

3 Đảm bảo sự hài hoà, phối hợp giữa đờng và cảnh quan thiênnhiên

4 Xét yếu tố tâm lí của hành khách và lái xe trên đờng, không nênthiết kế các đoạn thẳng dài quá 3 km gây tâm lí mất cảnh giác

và gây buồn ngủ đối với lái xe, ban đêm đèn pha ô tô làm chóimắt xe đi ngợc chiều

5 Cố gắng sử dụng các yếu tố hình học cao nh bán kính đờngcong, chiều dài đờng cong chuyển tiếp trong điều kiện địahình cho phép

6 Đảm bảo tuyến là một đờng không gian đều đặn, êm dịu, trênhình phối cảnh tuyến không bị bóp méo hay gẫy khúc Muốnvậy phải phối hợp hài hoà các yếu tố của tuyến trên bình đồ,

mặt cắt ngang,mặt cắt dọc và các yếu tố đó với địa hìnhxung quanh.

7 Tránh các vùng đất yếu, đất sụt Đối với đờng cấp cao tránh tuyếnchạy qua khu dân c

8 Phải phối hợp tốt giữa các yếu tố tuyến và phối hợp tốt tuyến ờng với cảnh quan vùng tuyến chạy qua

đ-b Các phơng pháp đi tuyến có thể áp dụng

*) Phơng pháp đi theo đờng phân thuỷ

- Vạch theo thung lũng sông có u điểm là dễ cắm tuyến khốilợng đào đắp ít nhng điều kiện địa chất thờng không thuận lợi vàgặp nhiều công trình thoát nớc

- Vạch tuyến theo đờng phân thuỷ có u điểm là địa chất

ổn định tầm nhìn đảm bảo nhng phải khắc phục cao độ lớn do

ơng pháp này thờng không phù hợp với đờng cấp cao

Thiết kế đ ờng cong tròn trên bình đồ:

Khi thiết kế đờng cong trên bình đồ ta cần căn cứ vào gócchuyển hớng, chiều dài các đoạn thẳng mà chọn bán kính phù hợp

đảm bảo tuyến hài hòa, tăng vẻ đẹp mĩ quan cho con đờng Trênnửa đờng cong tròn có các điểm chủ yếu sau:

- Điểm tiếp đầu: TĐ

- Điểm tiếp cuối: TC

- Điểm giữa: P

Và các yếu tố: Góc chuyển hớng (θ0), bán kính đờng cong R,chiều dài tiếp tuyến (T), chiều dài đờng phân giác P và chiều dài

đờng cong tròn (K)

Để nắm đợc các điểm chủ yếu trên đờng cong tròn cần phảitính toán đợc các yếu tố trên Trong quá trình làm công việc, chọnbán kính R là rất quan trọng nhất Để có đợc R hợp lý ta phải địnhtrớc giá trị D sao cho đủ đoạn chêm nh qui định phải định trớc Bsao cho điểm nằm ở vị trí có lợi nhất Trong trờng hợp B và D không

bị gò bó thì ta chọn R càng lớn tuyến càng hài hòa Dựa vào độ lớngóc chuyển hớng (θ0) và trị số R đã chọn ta xác định các yếu tố đ-ờng cong theo các công thức sau:

T = R.tg2

θ (m)

Cũng từ bán kính R ta tra qui trình sẽ đợc độ dốc siêu cao và

độ mở rộng cho mỗi đờng cong Trong giai đoạn thiết kế lập dự ánkhả thi không phải làm đờng cong chuyển tiếp nên chiều dài đoạnnối giữa đờng thẳng và đờng cong tròn đợc lấy bằng chiều dài

đoạn vuốt siêu cao (bằng chiều dài đoạn mở rộng) và tính theocông thức:

Lsc = n

sc

i i B.

lệ 1:10.000 phát hiện các khả năng đi tuyến và loại bỏ các trờng hợpbất hợp lý Lựa chọn các điểm khống chế, phơng pháp đi tuyến quacác điểm dân c, kiểm tra khả năng đi tuyến tại các chỗ khó nh quacác thung lũng, qua đèo

Sơ bộ xác định các đoạn lợi dụng đờng cũ

Dựa vào các nguyên tắc trên để tiến hành vạch tuyến trên bản

Các yếu tố của tuyến trên bình đồ phối hợp với các yếu tố củatuyến trên trắc dọc, trắc ngang và đợc chú ý thiết kế để bảo đảm

sự đều đặn và uốn lợn của tuyến trong không gian

Tuyến đợc sửa chữa, bố trí hợp lý hơn, phối hợp các yếu tố để

đạt đợc yêu cầu toàn diện bảo đảm các tiêu chuẩn kỹ thuật có chấtlợng tốt và giá thành hạ

Căn cứ vào địa hình địa mạo, địa chất thủy văn, các tiêu chuẩn

kỹ thuật đã tính toán, bố trí độ dốc siêu cao, chiều dài đoạn vuốtnối, tầm nhìn và mở rộng trên đờng cong nằm, chọn bán kính đ-ờng cong đứng tại các điểm nối dốc cho hợp lý

Dựa vào những nguyên tắc trên, hớng tuyến đã chọn và các điểmkhống chế để tiến hành thiết kế trên bình đồ

d Tính toán độ mở rộng trên đờng cong

Theo quy trình 4054-2005 thì chỉ với những đờng cong bằngnào có R<250m thì khi đó mới phải mở rộng đờng cong ở đây đ-ờng cong bằng có R>250m nên ta không tính toán và bố trí mở rộngtrên đờng cong

f Tính toán đảm bảo tầm nhìn trên đờng cong bằng

Khi xe đi vào đờng cong thì tầm nhìn của ngời lái xe bị hạnchế Để đảm bảo ngời lái xe chạy với vận tốc thiết kế thì phải tínhtoán để đảm bảo tầm nhìn với giả thiết tầm nhìn của ngời lái xecao 1,2m so với mặt đờng

Tầm nhìn sử dụng để tính toán là tầm nhìn S1 đối với đờng 1chiều, S2 đối với đờng 2 chiều

Phơng pháp giải tích

Xem đờng giới hạn nhìn là đờng tròn đồng tâm với đờng xechạy và cách đờng một khoảng Z đợc tính theo công thức sau:khi có

bố trí đờng cong chuyển tiếp

1 Khi chiều dài tầm nhìn S nhỏ hơn chiều dài đờng cong K0:

Z = RS(1 - cos2

γ

)Trong đó