Thiết kế kỹ thuật tuyến đường trục dọc 04 khu du lịch biển diễn thành diễn châu đoạn từ km0 00 đến km1 862 82 thuộc huyện diễn châu tỉnh nghệ an

Xác định cấp hạng kỹ thuật của tuyến thiết kế Cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường thể hiện mức độ hoàn thiện về mặt kỹ thuật trong xây dựng cũng như trong phục vụ công tác vận chuyển.Vì vậ

Chương 1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG KHU VỰC XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG

1.1.Những vấn đề chung

1.1.1.Tên khóa luận

Thiết kế kỹ thuật tuyến đường giao thông (đường trục dọc số 04), phục vụ kinh tế khu du lịch biển Diễn Thành, huyện Diễn Châu

1.1.2.Địa điểm

Xã Diễn Thành, huyện Diễn Châu, Tỉnh Nghệ An

1.2.Điều kiện tự nhiên

1.2.1.Vị trí địa lý

Diễn Châu là huyện nằm ở phía Bắc tỉnh Nghệ An, cách trung tâm thành phố Vinh khoảng 30Km về phía Bắc, huyện có vị trí địa lý như sau:

- Phía Bắc giáp huyện Quỳnh Lưu

-Phía Tây giáp huyện Yên Thành

-Phía Nam giáp huyện Nghi Lộc

- Phía Đông giáp Biển

Tuyến đường giao thông thuộc khu du lịch biển Diễn Thành, nằm ở phía Đông Quốc lộ 1A

Đường trục dọc số 04, điểm đầu tại ngã ba giao với Quốc Lộ 7 kéo dài, điểm cuối tại cống tiêu xã Diễn Thịnh Dài 1862.82m

1.2.2.Điều kiện địa hình, khí hậu, thủy văn

1.2.2.1 Đặc điểm về địa hình, địa mạo

- Các tuyến đường giao thông thuộc khu du lịch biển Diễn Thành – huyện Diễn Châu – tỉnh Nghệ An hầu như đã có quy hoạch sẵn Địa hình đoạn tuyến đi qua khá bằng phẳng

- Điều kiện địa mạo khu vực xây dựng tuyến tồn tại ở 2 dạng chủ yếu sau:

Dạng lắng đọng trầm tích tập trung ở các thung lũng, ruộng vườn và hai bên

bờ mương, kênh

Dạng vừa lắng đọng trầm tích vừa bào mòn

1.2.2.2 Tình hình khí hậu trong khu vực

Huyện Diễn Châu nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với những đặc trưng cơ bản như sau:

Nhiệt độ trung bình khá cao, biên độ giao động nhiệt giữa ngày và đêm lớn, nắng nhiều

Mưa khá điều hòa giữa các tháng trong mùa mưa Mùa khô kéo dài từ tháng

02 đến tháng 6, tuy nhiên do đặc điểm là vùng biển nên nhiệt độ có phần thấp hơn

1.2.2.3 Đặc điểm thủy văn và địa chất thủy văn

Phân tích tài liệu khảo sát thủy văn tại khu vực tuyến đường đi qua kết hợp với các tài liệu thực tế thì nước dưới đất chủ yếu liên quan đến nước mặt, trong phạm vi chiều sâu lỗ khoan chưa xác định được sự xuất hiện của nước dưới đất Nước dưới đất ở đây ảnh hưởng không đáng kể đến việc thi công công trình

1.2.3.Địa tầng và đặc tính cơ lý của các lớp đất đá

Căn cứ vào tài liệu địa chất tại 08 lỗ khoan khảo sát tại hiện trường,tài liệu

đo vẽ Địa chất công trình, kết hợp các số liệu trong phòng thí nghiệm, phân chia đất

đá trong đoạn tuyến ra các lớp theo thứ tự từ trên xuống như sau:

Lớp 1: Cát hạt mịn màu xám vàng xám nâu, chặt vừa Lớp có diện phân bố

rộng khắp trong các tuyến khảo sát Bề dày từ 1.50m – 2.00m

Qua số liệu thí nghiệm 08 mẫu cho kết quả: Sức chịu tải quy ước [R] = 2.22kG/cm2

Lớp 2: Cát hạt mịn màu xám xanh, chặt vừa Lớp có diện phân bố rộng khắp

trong các tuyến khảo sát Bề dày lớp hiện chưa xác định được, trong phạm vi chiều sâu lỗ khoan khảo sát đã khoan vào lớp từ 3.00m – 3.50m

Qua số liệu thí nghiệm 08 mẫu cho kết quả: Sức chịu tải quy ước [R] = 2.24kG/cm2

1.3.Tình hình kinh tế, văn hóa, xã hội

Diễn Châu là huyện nằm giáp với biển, huyện chú trọng vào việc phát triển kinh tế theo hướng kinh doanh thủy hải sản và du lịch biển Vì vậy mà huyện Diễn Châu nói chung và xã Diễn Thành nói riêng có nền kinh tế phát triển, mức thu nhập bình quân theo đầu người khá cao

Diễn Châu là huyện có nhiều bãi biển đẹp, là điểm đến của nhiều du khách

nghỉ mát Nhằm đáp ứng nhu cầu giải trí của du khách hằng năm huyện đã tổ chức nhiều lễ hội du lịch biển, mang đậm nét văn hóa của vùng

1.4.Mạng lưới giao thông khu vực đi qua

Điểm đầu của đường trục dọc số 04 giao tại ngã ba với Quốc Lộ 7 kéo dài, điểm cuối tại cống tiêu xã Diễn Thịnh

Mạng lưới giao thông khu vực tuyến đi qua còn nhiều hạn chế, tuyến đường trục dọc số 04 có lưu lượng rất lớn trong khi khả năng đáp ứng lại không đạt, tuyến

đã hư hỏng nặng, bề rộng đường hẹp không đủ giải quyết giao thông qua lại

Hiện tại khu du lịch biển Diễn Thành mới chỉ có 01 trục đường chính và 04 trục đường nội bộ.Mật độ giao thông qua lại tuyến đường này là rất lớn.Và trong tương lai nhu cầu lại càng lớn hơn, vì vậy việc xây dựng thêm một tuyến đường nữa

là cần thiết để giải quyết nhu cầu giao thông hiện tại và trong tương lai

Chương 2 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG 2.1 Xác định cấp hạng kỹ thuật của tuyến thiết kế

Cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường thể hiện mức độ hoàn thiện về mặt kỹ thuật trong xây dựng cũng như trong phục vụ công tác vận chuyển.Vì vậy, để tiến hành thiết kế cụ thể một tuyến đường thì trước tiên phải tiến hành xác định cấp hạng đường nhằm đảm bảo một cách tốt nhất các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong xây dựng cũng như khai thác, sử dụng tuyến đường này

Việc xác định cấp hạng kỹ thuật của đường dựa trên các cơ sở sau:

- Chức năng của mỗi tuyến đường

- Lưu lượng xe thiết kế và vận tốc thiết kế

- Khả năng đầu tư vốn xây dựng

- Điều kiện địa hình, địa chất nơi triển khai dự án

Theo điều tra khảo sát thiết kế và qua xử lý số liệu bằng phương pháp thống

kê, lưu lượng các thành phần xe tham gia trên tuyến như sau:

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp lưu lượng xe cho năm hiện tại

STT Loại xe Lưu lượng thực

tế(xe/ng.đ) Hệ số quy đổi

Xe con quy đổi/ng.đêm

7152238



Lấy N = 4588 (xe con quy đổi/ngày đêm)

Trên cơ sở phân tích yêu cầu sử dụng của tuyến đường, lưu lượng xe chạy trên tuyến đường, mức độ vận chuyển hàng hóa hàng năm và điều kiện của khu vực tuyến đi qua, kết hợp với quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực đến năm 2027, căn cứ vào nguồn vốn đầu tư cho công trình, tuyến đường giao thông trục dọc số 04 thuộc khu lịch biển Diễn Thành, huyện Diễn Châu cần thiết kế là đường cấp III đồng bằng

Theo tiêu chuẩn TCVN 4054 – 2005 với tuyến đường là đường cấp III đồng bằng ta có các chỉ tiêu kỹ thuật như bảng 2.2

Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của tuyến đườn

7 Bán kính đường cong lồi tối thiểu giới hạn m 4000

8 Bán kính đường cong lõm tối thiểu giới hạn m 2000

được nối với nhau bằng các đường cong Khi thiết kế bình đồ cần dựa vào các nguyên tắc chủ yếu sau:

1 Phải vạch ra nhiều phương án tuyến khác nhau, sau đó tiến hành so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của chúng và chọn lấy phương án tối ưu Phương án tối ưu là phương án có tổng chi phí về xây dựng và chi phí vận chuyển là nhỏ nhất

2 Trong quá trình vạch tuyến cố gắng để tuyến đi theo hướng thẳng và ngắn nhất, số đỉnh là ít nhất

3 Bình đồ tuyến được triển khai bám sát đường cũ, cố gắng tận dụng nền đường cũ đã có, tránh tới mức thấp nhất phải dịch tuyến

4 Đối với đường cấp cao có thể tăng chi phí xây dựng để nâng cao chất lượng kỹ thuật của tuyến Ngược lại, đối với các tuyến đường cấp thấp nên hạn chế chất lượng tuyến để giảm chi phí xây dựng đường

5 Khi đường vượt qua dòng chảy thì cần chú ý:

Đối với đường cấp cao thì hướng tuyến quyết định vị trí công trình vượt dòng, đối với tuyến đường cấp thấp thì vị trí công trình vượt dòng quyết định hướng tuyến

6 Đảm bảo các yếu tố kỹ thuật không vi phạm quy định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế

7 Đảm bảo tuyến là một không gian đều đặn và phù hợp với cảnh quan xung quanh, tránh bóp méo không gian

8 Xét yếu tố tâm lý của người lái xe và hành khách đi trên đường, không nên thiết kế đường có đoạn thẳng quá dài (lớn hơn 3Km) gây tâm lý mất cảnh giác và gây buồn ngủ đối với lái xe, về ban đêm đèn pha ô tô làm chói mắt lái xe đi ngược chiều

2.2.2 Xác định các yếu tố kỹ thuật của bình đồ

Căn cứ vào địa hình, địa chất tại đỉnh đường cong, ta chọn sơ bộ chiều dài phân

cự P sao cho tim đường đi qua vị trí hợp lý nhất, phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất tại đoạn đường cong đó Từ đó ta tính toán xác định sơ bộ bán kính R Việc xác định bán

Hình 2.1.Sơ đồ tính toán các yếu tố kỹ thuật của đường cong nằm

Sau khi có bán kính R ta tiến hành tính toán các yếu tố đường cong theo các công thức dưới đây:

2 tg m R

T  

180

1

m R

Chiều dài gia cự: D = 2.T – K (m)

Ta chỉ bố trí đường cong nằm tại các đỉnh có góc ngoặt >50 .Kết quả tính toán các yếu tố đường cong được thể hiện ở bảng 2.3

Bảng 2.3: Yếu tố đường cong

2.2.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của bình đồ

- Chiềudài thực tế của tuyến: Ltt = 1862,82 m

- Chiều dài tuyến theo đường chim bay: L0 = 1832,15 m

- Hệ số triển tuyến:

02 , 1 15 , 1832

82 , 18620

77 , 230 3

, 57 3

i

K : Chiều dài đường cong thứ i (m)

i

 : Góc chuyển hướng của đường cong thứ i (độ)

- Tỷ số giữa bán kính đường cong trung bình và bán kính đường cong nhỏ nhất:

08 , 0 250

36 , 19min

77 ,



ttL

Ki



- Số đỉnh trên đoạn tuyến: 04

- Số công trình vượt dòng: 07 cống thoát nước

Qua các chỉ tiêu kỹ thuật của bình đồ mà ta đã xét ở trên ta thấy:

- Hệ số triển tuyến K= 1,02 và hệ số uốn lượn  =0,12 cho thấy tuyến tương đối thẳng, thay đổi hướng tuyến không nhiều

- Tỷ số bán kính đường cong trung bình và bán kính tối thiểu Z = 0,08

chứng tỏ đoạn tuyến có nhiều đường cong có bán kính khá tương đồng với bán kính tối thiểu

2.3 Tính toán các yếu tố kỹ thuật của tuyến đường

xe chạy an toàn và êm thuận trên đường với chi phí xây dựng nhỏ nhất

Đối với tuyến đường thiết kế là đường 2 làn xe nên ta xác định bề rộng nền đường theo sơ đồ và công thức sau:

b

Hình 2.2.Sơ đồ tính toán bề rộng nền và mặt đường

Trong đó: b - chiều rộng thùng xe

x - 1/2 khoảng cách giữa 2 xe chạy ngược chiều

c - khoảng cách giữa hai vệt bánh xe

2.3.2 Tính toán tầm nhìn trên đường

Để đảm bảo an toàn khi xe chạy trên đường, người lái xe luôn luôn phải đảm bảo nhìn thấy đường trên một khoảng cách nhất định về phía trước để có thể kịp

thời xử lý hãm dừng trước các chướng ngại vật hay tránh được nó

2.3.2.1 Chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định

Tính độ dài đoạn đường để xe kịp dừng lại trước chướng ngại vật cố định

Sơ đồ tính toán

Hình 2.3 : Sơ đồ tính toán tầm nhìn 1 chiều

Tính chiều dài tầm nhìn theo V (m/s) ta có:

d

L i

f

V k

2546

V

(m)

Sh : Chiều dài hãm xe, Sh =

)(

2

i f

k :Hệ số sự dụng phanh k = 1,2 đối với xe con

d : Hệ số bám dọc giữa bánh xe và mặt đường(giả sử mặt đường bê tông nhựa ở điều kiện bình thường):d = 0,5

, 3

80 2 , 1 6

, 3

80 2 , 1 6

, 3

Theo TCVN 4054-05, tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định S1 = 100 m

Chọn tầm nhìn một chiều S1= 100m

2.3.2.2 Chiều dài tầm nhìn thấy xe ngược chiều

Hình 2.4 :Sơ đồ tính toán tầm nhìn 2 chiều

Tầm nhìn hai chiều được xác định theo công thức sau đây:

i f

f V

K V

, 1

52 , 0 80 2 , 1 8

, 1

80 1

2 2

So sánh với quy phạm ta thấy ST = 170,91m <ST qp  200 m ( ), vì vậy để tăng mức

độ an toàn ta chọn tầm nhìn hai chiều theo quy phạm thiết kế là ST = 200m

2.3.2.3 Chiều dài tầm nhìn vượt xe:

-Xem hình vẽ xe 01 vượt xe 02 phải chạy nhờ sang làn xe trái chiều, trên đó có xe

03 chạy ngược lại Xe 01 phải trở về làn xe cũ trước khi gặp xe 03

Tầm nhìn S IV được tính toán theo giả thiết:

+Xe con chạy với tốc độ V1 = 80km/h chạy sang làn ngược chiều đẻ vượt xe tải có tốc độV2= 60 km/h

+Tốc độ xe chạy ngược chiều có cùng vận tốc V3 = 80 km/h vì đây là tình huống nguy hiểm nhất

+Khi tính toán cần chú ý S IV phụ thuộc đáng kể vào tốc độ giữa xe vượt và

xe bị vượt Tốc độ chênh lệch càng ít thì khoảng cách S IV càng phải dài

6

V k V V

d = 0,5

m

5,0254

802.16,3

8060

Theo bảng 10 TCVN 4054-2005 thì tầm nhìn vượt xe tối thiểu là 550 m Vậy

ta chọn S IV = 800m để thiết kế chiều dài vượt xe

2.3.3 Thiết kế Viara

Như chúng ta đã biết trị số lưc li tâm tỷ lệ nghịch với bán kính R, và tỷ lệ bình phương với vận tốc của xe Khi chuyển động trên đường cong có bán kính nhỏ với vận tốc lớn, thì ô tô sẽ chịu tác dụng của lực ly tâm C có giá trị khá lớn, lực này

có xu hướng làm cho ô tô bị trượt hay bị lật ngang về phía lưng đường cong Để tránh hiện tượng trên, tại các đường cong cần xây dựng đường nghiêng một mái về

phía bụng đường cong, hay còn gọi là Viara

Đối với các loại xe thông dụng, nếu điều kiện chống trượt đảm bảo thì điều kiện chống lật cũng đảm bảo yêu cầu Vì vậy ta chỉ cần tính toán độ dốc viara theo điều kiện chống trượt, cụ thể là:

2.

V i

23,

isc=8% Tính toán tương tự cho các đỉnh còm lại ta thu được kết quả như bảng 2.4

Độ dốc viara trên toàn chiều dài đường cong tròn là lớn nhất và giảm dần trên các đoạn nối siêu cao

Bảng 2.4 Bảng kết quả tính toán độ dốc viara(i sc )

2.3.4 Thiết kế đoạn nối viara:

Để quá trình chuyển động của xe được điều hòa và êm thuận khi xe chuyển động từ đường thẳng (mặt đường 2 mái) vào đường cong có xây dựng viara (mặt đường 1 mái) thì người ta phải bố trí 1 đoạn chuyển tiếp từ mặt đường 2 mái sang mặt đường 1 mái gọi là đoạn nối siêu cao

Hình 2.6 Bố trí siêu cao và đoạn nối siêu cao

Chiều dài đoạn nối siêu cao được xác định theo công thức:

iot: Độ dốc vuốt siêu cao, đối với đường cấp III : iot= 5%

Tính toán cho các đường cong có xây dựng siêu cao ta thu được kết quả ở bảng 2.6

2.3.5 Xác định độ mở rộng mặt đường

Khi ôtô chuyển động trên đường cong, các bánh xe sẽ chuyển động theo chiều quỹ đạo riêng Bánh xe sau phía trong chuyển động với quỹ đạo nhỏ nhất, bánh xe trước phía ngoài chuyển động với quỹ đạo lớn nhất Sự chuyển động theo những quỹ đạo riêng như vậy sẽ làm cho các bánh xe chiếm một dải đất rộng hơn so với trên đường thẳng, nên trong một số trường hợp bánh xe có thể bị chệch ra khỏi phần xe chạy Muốn khắc phục hiện tượng này thì nhất thiết tại các vị trí đường cong, đặc biệt là đường cong có bán kính nhỏ người ta phải mở rộng mặt đường Độ

mở rộng phụ thuộc vào bán kính cong của con đường, kích thước loại xe chạy trên

đó và vận tốc của xe chạy trên đường cong

Hình 2.7 Sơ đồ tính toán độ mở rộng mặt đường trên đường cong

Độ mở rộng cho đường hai làn xe được tính theo công thức:

Bảng 2.5 Kết quả tính toán độ mở rộng phần xe chạy

Đỉnh R(m) etính toán(m) etiêu chuẩn(m) ethiết kế (m)

*) Xác định chiều dài đoạn nối mở rộng

Chiều dài đoạn nối mở rộng được xác định theo công thức:

Le = 10×etk (m)

Trong đó: Le: Chiều dài đoạn nối mở rộng (m)

etk: Độ mở rộng thiết kế (m)

Kết quả tính toán đoạn nối mở rộng thể hiện trong bảng 2.6

2.3.6.Thiết kế đường cong chuyển tiếp

Để đảm bảo tuyến phù hợp với quỹ đạo xe chạy và đảm bảo điều kiện xe chạy không bị thay đổi đột ngột ở 2 đầu đoạn đường cong ảnh hưởng đến sự an toàn của lái xe và hành khách trên xe người ta tiến hành xây dựng đường cong chuyển tiếp Chiều dài đường cong chuyển tiếp được xác định theo công thức:

L CT =

3

V47.R.I (m) Trong đó: V: Là tốc độ thiết kế , V = 80 (Km/h)

I: Độ tăng gia tốc ly tâm, Việt Nam: I = 0,5 (m/s3)

R: Bán kính đường cong (m)

Tính lần lượt cho các đỉnh đường cong ta được kết quả thể hiện ở bảng 2.6:

Theo quy phạm 4054 – 2005: Nếu trên đoạn đường cong vừa có bố trí đoạn đường cong chuyển tiếp, vừa bố trí đoạn nối mở rộng và bố trí đoạn chuyển hóa viara thì chiều dài lớn nhất trong tất cả các đoạn được dùng làm LChung:  LMax

= max( LCT, Le, LSC) = Lchung

Sau khi tính toán và xác định các yếu tố kỹ thuật của đường cong trên bình

đồ và so sánh với quy phạm thiết kế ta tiến hành lập bảng như sau:

Bảng 2.6 Các yếu tố kỹ thuật của đường cong bình đồ

2.3.7.Tính toán độ triệt huỷ trên đường cong

Khi xe chuyển động trên đường bán kính nhỏ thì tầm nhìn của lái xe bị hạn chế bởi các vật cản ở phía bụng đường cong như mái ta luy nền đường đào, cây cối,

các công trình khác… Vì vậy, để đảm bảo tầm nhìn cho người lái xe cần phải tiến hành triệt hủy các vật cản tầm nhìn về phía bụng đường cong

Đối với đường hai làn xe độ triệt hủy tính toán Ztt được xác định trong điều kiện tầm nhìn hai chiều ST = 200(m) và tính cho hai trường hợp:

*) Trường hợp tầm nhìn nhỏ hơn chiều dài đường cong (S T < K)

Từ bảng các yếu tố đường cong bình đồ ta thấy không có đường cong nào có chiều dài lớn hơn chiều dài tầm nhìn hai chiều Vì vậy ta không cần tính độ triệt hủy tầm nhìn trong trường hợp này

*) Trường hợp tầm nhìn lớn hơn chiều dài đường cong (S T > K)

K S

 ) (đối với đường 2 làn xe) Trong đó: Ztt: Chiều dài độ triệt hủy tính toán (m)

Zth: Chiều dài độ triệt hủy thực tế (m)

K: Chiều dài đường cong nằm (m)

Bn: Chiều rộng nền đường :12 (m)

b: Chiều rộng rãnh biên b=1,2 (m)

Sau khi tính toán ta được bảng 2.7

Bảng 2.7: Bảng độ triệt hủy trên đường cong

Do độ cao của tầm mắt người lái xe so với mặt đường ( lái xe con là 1,2m) nên

ta chỉ cần tiến hành triệt hủy vật cản từ độ cao 1,2m trở lên

Chương 3 THIẾT KẾ TRẮC DỌC, TRẮC NGANG, NỀN ĐƯỜNG

cần phải dựa trên những nguyên tắc cơ bản

3.1.1 Những nguyên tắc khi thiết kế trắc dọc

1 Khi thiết kế đường đỏ cần phối hợp chặt chẽ với thiết kế bình đồ, thiết kế mặt cắt ngang để đảm bảo các thông số kỹ thuật của tuyến đường tốt nhất với kinh phí xây dựng nhỏ nhất

2 Trong mọi trường hợp độ dốc dọc của đường, bán kính đường cong lồi, lõm không được vi phạm tiêu chuẩn quy định đối với cấp đường thiết kế

3 Đảm bảo cao độ tại vị trí đã được khống chế như: Điểm đầu, điểm cuối tuyến đường hiện có, giao cắt với đường sắt, đường ô tô hoặc các công trình vượt dòng như cầu, cống…

4 Có hệ thống đảm bảo thoát nước tốt từ khu vực 2 bên đường và lề đường, ngăn ngừa sự phá hoại của nước mặt đối với công trình nền mặt đường

5 Tại những nơi có công trình vượt dòng, chiều cao nền đường phải đủ để xây dựng công trình Cao độ nền đắp tại các vị trí đã đặt cống đều lớn hơn cao độ đỉnh cống ít nhất 0,5m

6 Đảm bảo sự lượn đều của trắc dọc tại những vị trí đã đặt cống

7 Ở những chỗ tuyến đường thay đổi độ dốc, nếu hiệu số độ dốc lớn hơn 1% thì phải thiết kế đường cong đứng

8 Ở những vùng mực nước ngầm cao hay có nước đọng ở hai bên đường thì chiều cao tối thiểu nền đường đắp tính từ mực nước ngầm (hoặcmực nước đọng thường xuyên) tới đáy áo đường phải đảm bảo theo quy định để không làm ẩm áo đường

9 Phương pháp vạch đường đỏ: Có 2 phương pháp vạch đường đỏ trên mặt cắt dọc: Phương pháp đường bao và phương pháp đường cắt Tùy theo điều kiện địa hình mà ta chọn phương pháp này hay phương pháp kia cho phù hợp

- Phương pháp đường bao: Phương pháp này đường đỏ bao đường đen tạo nên khung cảnh hài hòa không gian tuyến đường Áp dụng qua vùng đồi thoải Đường đỏ bám sát đường đen từ 25 ÷ 50(cm) để loại bỏ lớp thực vật ở trên

+ Ưu điểm: Khối lượng đất đào ít, nền đường ổn định, chế độ thủy nhiệt thuận lợi, ít thay đổi cảnh quan và cân bằng tự nhiên vùng đặt tuyến

+ Nhược điểm: Độ dốc dọc đường lớn nên cản trở việc chuyển động của xe

Do có những đoạn lên dốc xuống dốc liên tục, lái xe phải sang số và về số liên tục

sẽ ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của xe, gây cảm giác khó chịu cho lái xe và hành khách trên xe

- Phương pháp đường cát tuyến: Phương pháp này áp dụng khi xây dựng đường qua vùng đồi núi có độ dốc dọc lớn nhất, đặc biệt là độ dốc dọc tự nhiên lớn hơn rất nhiều so với độ dốc giới hạn cho phép Nơi có địa hình chia cắt phức tạp, để đảm bảo độ dốc cho phép vạch đường đỏ cắt đường đen tạo ra những đoạn đào đắp xen kẽ

+ Ưu điểm: Phương pháp này áp dụng cho vùng địa hình chia cắt phức tạp Tạo ra đoạn đào đắp xen kẽ vì vậy cân bằng về mặt khối lượng, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công theo phương án điều vận đất dọc Phương pháp này tránh mực nước ngầm và mặt nên đảm bảo nền đường ổn định

+ Nhược điểm: Khối lượng đất đào, đắp lớn

Dựa vào các nguyên tắc thiết kế trắc dọc trên ta tiến hành thiết kế trắc dọc cho đoạn tuyến Sau khi tiến hành vẽ đường đen thì dựa vào độ dốc cho phép, dựa vào địa hình ta tiến hành vạch đường thiết kế (đường đỏ) Kết quả thiết kế cũng như các số liệu đo đạc được thể hiện trên bản vẽ trắc dọc

3.1.2.Thuyết minh trắc dọc,

- Điểm đầu tuyến: Tại Km 0+00, cao độ: +3,41

- Điểm cuối tuyến: Tại Km 1+862,82 , cao độ: +2,69

+) Độ dốc dọc nhỏ nhất là 0,00% từ cọc 64(Km1+467,78) đến cọc 74 (Km1+ 759,57)

3.1.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của trắc dọc

- Tổng chiều dài thực tế của tuyến là: L = 1862,82m

- Độ dốc dọc lớn nhất: imax = 1,13%

- Chiều dài đoạn dốc dọc lớn nhất là 291,79m

- Tổng khối lượng đào nền: 2445,76 m3 (Phụ biểu 02)

- Tổng khối lượng đắp nền: 4278,29 m3 (Phụ biểu 02)

3.1.4 Kiểm tra các thông số của trắc dọc

Độ dốc dọc dọc của tuyến đường là chỉ tiêu quan trọng nhất của tuyến đường,

nó ảnh hưởng lớn đến chi phí xây dựng và chất lượng sử dụng sau này Nếu chúng ta

bố trí độ dốc dọc lớn thì khối lượng đào đắp ít, chi phí xây dựng trên tuyến nhỏ Tuy nhiên, do độ dốc dọc lớn nên vận tốc xe chạy thấp dẫn đến giá thành vận chuyển cao, nhất là đối với các tuyến có trục đường chính, có khối lượng vận chuyển lớn Ngược lại độ dốc nhỏ sẽ dẫn đến giá thành xây dựng lớn, nhưng tốc độ xe chạy lớn sẽ làm giá thành vận chuyển hạ Sau khi thiết kế trắc dọc tuyến đường ta phải tính toán kiểm tra các thông số của trắc dọc mà chủ yếu là kiểm tra dộ dốc dọc của tuyến Để kiểm tra độ dốc dọc của tuyến cần kiểm tra theo 2 điều kiện đó là:

- Kiểm tra độ dốc dọc theo điều kiện lực kéo tiếp tuyến

Để cho xe chuyển động được thì lực kéo tiếp tuyến của xe phải thắng được lực cản chuyển động của xe (lực ma sát là chủ yếu) Độ dốc dọc tuyến được xác định theo công thức:

imax = D – f (3.1)

Trong đó:

imax: Độ dốc dọc lớn nhất của tuyến thiết kế (%)

f: Hệ số cản của mặt đường, với mặt đường thiết kế

- Kiểm tra độ dốc dọc theo điều kiện lực bám của xe và mặt đường

Theo điều kiện này thì để xe chuyển động được thì lực kéo tiếp tuyến của xe phải nhỏ hơn lực bám của xe với mặt đường:

D’: Nhân tố động học của xe

i’max: Độ dốc dọc lớn nhất của tuyến thiết kế (%)

: Hệ số bám dọc giữa lốp xe với mặt đường  = 0,2 (Tra theo bảng 3.2.5, sổ tay thiết kế đường ô tô Dùng cho các loại mặt đường nhựa bẩn, ở điều kiện ướt)

GK: Trọng lượng của xe trên bánh chủ động, GK = 6150 Kg.(Sổ tay thiết

kế đường ô tô, đối với xe tải hạng trung)

G: Trọng lượng toàn bộ của xe, G = 8250(kg) .(Sổ tay thiết kế đường ô

tô, đối với xe tải hạng trung)

K 

=

13

30 6 07 ,

0   2

= 29,07(kg)

Trong đó:

K: Hệ số cản của không khí, lấy K = 0,07.(kg.s2/m4)

F: Diện tích của xe, đối với xe chọn để tính toán thì F = 6 (m2)

V: Vận tốc chuyển động của xe, V = 30Km/h

Thay các giá trị vào công thức (3.3) ta có: D’ = 0,15

Thay các giá trị vào công thức (3.2) ta có: imax = 0,15– 0,02 = 13(%)

Với độ dốc dọc tối đa thiết kế là imax = 1,13% nhỏ hơn độ dốc cho phép vượt dốc nên vẫn đảm bảo an toàn cho xe khi tham gia giao thông Với những tính toán ở trên ta có thể thấy rằng tuyến đường thiết kế đủ điều kiện đảm bảo cho xe hoạt động

an toàn trong những điều kiện khắc nhiệt nhất

3.1.5.Tính toán điểm xuyên

Điểm xuyên là điểm giao nhau giữa đường đỏ và đường đen, tại đó cao độ thi công bằng không Việc xác định điểm xuyên để phục vụ cho tính toán khối lượng đào đắp và cự ly điều vận đất Đối với đường thiết kế chủ yếu là đường đắp nên ít

có điểm xuyên

- Trường hợp 1: Điểm xuyên gần hoặc sát gần với các cọc đã cắm trước, trường hợp này không cần tính toán

- Trường hợp 2: Điểm xuyên cách xa các cọc đã cắm, trường hợp này có phương pháp tính toán theo sơ đồ và công thức sau:

.( )

H1, H2: Cao độ thi công của các cọc trước và sau điểm xuyên

L: Khoảng cách giữa hai cọc có cao độ thi công H1, H2 (m)

HDX: Cao độ điểm xuyên (m)

h1: Cao độ điểm lân cận trước, sau (m)

i: Độ dốc của đoạn tính toán điểm xuyên (%)

Tính toán điểm xuyên theo công thức (3.4), (3.5), (3.6)ta được kết quả như bảng 3.1

Bảng 3.1: Kết quả tính toán điểm xuyên

Đường cong đứng có tác dụng liên kết các đoạn có độ dốc dọc trong trắc dọc, giúp cho xe chạy điều hòa, êm thuận, đảm bảo tầm nhìn vào ban ngày và ban đêm, giảm tác động có hại của lực xung kích, lực ly tâm theo chiều đứng Theo tiêu chuẩn thiết kế, nếu hệ số dốc dọc (góc gẫy) giữa hai đoạn liên tiếp i 1%đối với tuyến thiết kế có vận tốc 80(Km/h) thì phải thiết kế đường cong đứng Để xác định đường cong đứng trước hết ta phải xác định bán kính tối thiểu trong hai trường hợp Đường cong lồi và đường cong lõm

*Xác định bán kính tối thiểu đường cong lồi

Tiến hành tính toán theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban ngày trên đường cong Nếu điều kiện đảm bảo tầm nhìn được thỏa mãn thì điều kiện chuyển động

êm thuận của xe cũng được đảm bảo Tính bán kính tối thiểu của đường cong lồi được xác định theo công thức sau đây:

 

2 2

1 2

2

S R



 (m) (3.7)

Trong đó: R: Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi (m)

S: Chiều dài tầm nhìn tính toán, S = 200m

d1: Chiều cao từ mắt người lái xe đến mặt đường, d1 = 1,2m

d2: Chiều cao của chướng ngại vật để nhìn thấy

Đối với 2 xe ngược chiều thì d2 là chiều cao mui xe, để có một dự trữ an toàn lấy d2 là chiều cao mắt người lái ngồi trong xe con là 1,00m hay 1,20m tỳ theo quy trình Lấy d1 = d2thì công thức (3.7) được viết lại là:



2

8

S R d

 , (m) (3.8)

Thay các giá trị vào công thức (3.8)ta được: 4166 , 67 ( )

2 1 8

*Xác định bán kính tối thiểu đường cong lõm

Khi ô tô chuyển động vào đường cong lõm lực ly tâm tác dụng cùng chiều với tải trọng làm cho nhíp xe bị quá tải, gây khó chịu cho hành khách, ảnh hưởng đến hệ thống treo đỡ của xe Vì vậy, cần hạn chế gia tốc ly tâm bằng cách tăng bán kính đường cong đứng lõm Ta tính toán bán kính đường cong lõm cho hai trường hợp sau đây:

- Trường hợp đảm bảo hạn chế lực ly tâm trên đường cong đứng lõm:

)(6,9845

,6

805,6

2 2

( V: vận tốc của xe, lấy bằng vận tốc thiết kế V = 80 (km/h) )

- Trường hợp đảm bảo tầm nhìn ban đêm:

Rlõm =

)sin,.(

2

2



S d

: Góc mở tia sáng của đèn pha, ( = 10)

Thay các số liệu vào công thức (3.10) ta xác định được: Rlõm = 2004,01m

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 2005 thì bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu là 2000m Do vậy bán kính đường cong lõm tối thiểu tính toán phải chọn theo giá trị tính toán RLõm = 2100m

* Tính các yếu tố đường cong:

- Chiều dài đường cong đứng: K = R(i1 – i2) = R.∆i

- Chiều dài phân cự:

2

8

K P

Chỉ những đoạn có ∆i1% thì mới thiết kế đường cong đứng để đảm bảo an toàn và êm thuận

Từ Rlồi min = 4200m, Rlõm min = 2100m ta chọn R và tính các yếu tố kỹ thuật đường cong, kết quả tính toán được ghi trong bảng 3.2

Bảng 3.2: Tổng hợp các yếu tố đường cong đứng

 >1% Các đỉnh còn lại ta không phải bố trí đường cong đứng

*) Tính toán cao độ thi công

Cao độ thi công ở một điểm nào đó được xác định bằng cách lấy cao độ thiết

kế trừ đi cao độ tự nhiên: ∆H = Htk - Htn

 Kết quả thiết kế trắc ngang của tuyến thiết kế

Căn cứ vào trắc ngang thiết kế (sử dụng phần mềm Nova_TDN), tuyến đường

có các dạng trắc ngang sau: (Hình vẽ được thể hiện ở phần phụ biểu)

- Nền đường đào hoàn toàn

- Nền đường đắp hoàn toàn

- 3/Nền đường ½ đào+ ½ đắp

* Tính toán khối lượng đào đắp trên tuyến

Tính toán khối lượng đào đắp là một trong những cơ sở để lập dự toán kinh phí xây dựng và tổ chức thi công Khối lượng đào đắp phụ thuộc vào các yếu tố sau: Kích thước nền, chiều dài đoạn đường tính toán, địa hình khu vực xây dựng…Các thông số này phụ thuộc vào quá trình tính toán, lựa chọn các yếu tố tuyến khi thiết

kế Khối lượng đào đắp xác định theo công thức sau:

+ Fi: Diện tích đào đắp ở trắc ngang thứ i (m2)

+ Fi+1: Diện tích đào đắp ở trắc ngang thứ i+1(m2)

+ Li: Chiều dài giữa hai trắc ngang (m)

Bảng tổng hợp khối lượng đào, đắp trên toàn tuyến và trắc ngang điển

hình của tuyến thể hiện ở phần phụ biểu (Phụ biểu 02)

3.3 Thiết kế nền đường

Nền đường là bộ phận quan trọng của tuyến, là nền tảng của phần xe chạy

mà trên đó người ta tiến hành xây dựng áo đường và đảm bảo cho áo đường đủ cường độ và ổn định Do vậy ở bất kỳ hoàn cảnh nào thì nền đường đều phải có khả năng chịu tải cần thiết, đồng thời chịu được tác động của các nhân tố thiên nhiên Khi thiết kế nền đường cần phải dảm bảo các yêu cầu sau:

- Nền đường phải đảm bảo luôn ổn định toàn khối, kích thước và hình dạng của nền đường không bị phá huỷ, biến dạng trong mọi trường hợp

- Không có những biến dạng nguy hiểm, lún quá mức cho phép dưới tác dụng của xe và trọng lượng bản thân

- Nền đường không quá ẩm, không giảm cường độ trong thời kì ẩm ướt, duy trì được độ cao trong suốt quá trình sử dụng

- Tại những đoạn có nền đất yếu cần phải xử lý trước khi đắp nền

Nền đường ô tô là công trình được xây dựng bằng đất nhằm :

- Khắc phục các điều kiện địa hình tự nhiên theo phương ngang và dọc tuyến

để tạo ra không gian đủ rộng theo yêu cầu thiết kế thoả mãn các tính chất của bình

đồ, trắc dọc, trắc ngang, các công trình thoát nước, phòng hộ, … Đồng thời đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế, kĩ thuật đã đề ra và luôn luôn đảm bảo tạo mọi điều kiện thuận lợi cho xe chạy trên đường

- Tạo ra nền móng cơ sở để bố trí các lớp kết cấu ở trên nó (áo đường) Vì vậy, nền đường ôtô phải là bộ phận vững chắc để chịu toàn bộ tải trọng của xe cộ lên đường nên nền đường phải đảm bảo ổn định về cường độ, tuổi thọ cho toàn bộ

hệ thống công trình trong suốt thời gian thiết kế cũng như sử dụng

- Hệ thống giao thông là công trình ngoài trời thường xuyên chịu tác dụng của điều kiện tự nhiên Do vậy nền đường và áo đường phải tạo ra kết cấu hợp lý,

có cường độ cao và ổn định trong mọi điều kiện

3.3.1 Kiểm tra độ dốc mái ta luy nền đường

Việc xác định độ dốc mái ta luy nền đường có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định của nền đường cũng như đến chi phí xây dựng đường Chính vì vậy cần phải tính toán để chọn độ dốc mái ta luy sao cho hợp lý với từng loại nền đất

Qua khảo sát thực tế trên tuyến cho thấy, về địa chất chủ yếu là đất cát pha ở trạng thái chặt vừa đến chặt, không có hiện tượng sạt lở Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4054 - 2005 ta xác định được độ dốc mái ta luy như sau:

- Độ dốc mái đường đắp: 1:1,5

- Độ dốc mái đường đào: 1:1

* Tính toán kiểm tra ổn định mái ta luy nền đường

Việc kiểm tra ổn định của nền đường là kiểm tra độ ổn định của mái taluy đắp Khi kiểm tra sự ổn định của nền đường ta sử dụng công thức của giáo sư MN

Trong đó: α: là góc nghiêng của mái ta luy, α = arctg(1:1,5) = 33,70

h: Chiều cao độ ổn định với mái ta luy 1:1,5

C: Lực dính của đất (đối với đất á sét) lấy C = 4,5(T/m2)

υ: Góc nội ma sát của đất pha cát, υ = 230 (sổ tay thiết kế tập II)

γ: Dung trọng của đất, γ = 2,1T/m2

Từ công thức trên ta có:

)(76,12)7,33(cos1,2)237

,33(

5,4)

.(cos)

3.3.2 Thiết kế rãnh biên

Rãnh được xây dựng để thoát nước mưa từ mặt đường, lề đường, ta luy nền đường đào và diện tích khu vực hai bên dành cho đường ở các đoạn nền đường đào, nửa đào nửa đắp, nền đường đắp thấp hơn 0.6m Căn cứ vào điều kiện thủy văn, địa chất, địa hình của tuyến, trên cơ sở TCVN 4054 -2005 rãnh biên được thiết kế có dạng hình thang với kích thước như sau:

* Bước 1: Xác định lưu lượng lớn nhất của rãnh cần thoát (Q max )

Áp dụng công thức tính lưu lượng theo cường độ mưa giới hạn:

Qmax = 16,67×ap.F× × (m3/s) Trong đó: F: Diện tích lưu vực tính bằng km2;

Tính toán cho đoạn đường dài nhất trong các đoạn đường cần thiết kế rãnh: L = 824,63 (m); Từ cọc 21 (Km 0+492,89) đến cọc 57(Km1+317,52) bề rộng hứng nước 22(m)

F = ( 0,5.Bm + br + 22 )x824.63

= ( 0.5x7.0 + 1.2 + 22)x824.63= 2.20.10-2(km2)

α: Hệ số dòng chảy phụ thuộc vào loại đất (cấp III), diện tích lưu vực

F < 0,1km2 và chiều dày lượng mưa H10%=227, tra phụ lục 15( trang 260) – sổ tay thiết kế tập III ta được: α = 0,95

δ: Hệ số triết giảm do ao hồ và đầm lầy, δ = 1 υ: Hệ số tra bảng (9-11) – sổ tay thiết kế tập III: υ = 0,77 + ap: Cường độ mưa tính toán (mm/phút)

A và B: Hệ số phản ánh sức mưa của vùng thiết kế

n: Hệ số phản ánh dạng cơn mưa tính toán tức quy luật thay đổi giữa lượng mưa và thời gian

N: chu kỳ tính toán lưu lượng năm, N = 25

t: thời gian tính toán mưa lấy bằng thời gian tập trung nước.Lấy t = 15(phút)

Tra phụ lục 7 cho 18 địa danh đặc trưng khí hậu Việt Nam – Tập 2 thiết kế đường ô tô (Trang 244) Ta có: n = 0,284; A = 1,790; B = 3,182

Thay vào (6.1) ta được:

aP = 0.284

15

25log182,3790

,

= 2,89 (mm/phút)

Qmax = 16,67x2,89x2,20x10-2x1x0,77x0,95 = 0,77(m3/s)

Vậy lưu lượng nước lớn nhất có thể dồn về công trình là Qmax = 0,77(m3/s)

* Bước 2: Xác định lưu lượng thoát của rãnh biên

Trong đó: b: Chiều rộng đáy rãnh, b = 0,4 (m)

h0: Chiều sâu nước chảy lấy bằng 0,2(m)

m: Hệ số mái dốc trung bình của bờ 1 và bờ 2, m = 1

12,

s m i R

n i

R R n

V  Y  r  Y r

Tra bảng (13-3) Thiết kế đường ô tô tập II ta được:

s m

Chương 4 THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH VƯỢT DÒNG 4.1 Nguyên tắc thiết kế công trình vượt dòng nước nhỏ

Bố trí công trình thoát nước trên trắc dọc và bình đồ

Công trình thoát nước đường ô tô bao gồm hệ thống thoát nước mặt và công trình thoát nước ngầm Hệ thống công trình thoát nước có tác dụng tập trung và thoát nước nền mặt đường hoặc ngăn chặn không cho nước xâm nhập vào các bộ phận của nền đường

Do đặc điểm địa hình, địa chất thủy văn của tuyến đi qua nên toàn bộ tuyến chỉ phải bố trí các công trình thoát nước là rãnh dọc và cống

Việc thiết kế các công trình vượt dòng phải đảm bảo các nguyên tắc sau:

- Đặt cống vuông góc với tim đường để đảm bảo kĩ thuật và kinh tế

- Khẩu độ cống không nên dùng loại có đường kính nhỏ hơn 0,75m để tiện lợi cho công tác duy tu bảo dưỡng

- Bề dày lớp đất đắp trên cống phải lớn hơn 0,5 m

- Cố gắng sử dụng cống định hình như cống bê tông cốt thép, lắp ghép

- Việc thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật, đơnn giản, dễ thi công

Qua điều tra khảo sát điều kiện thuỷ văn ở khu vực xây dựng tuyến đường thì trên toàn tuyến có 07 vị trí phải đặt cống, được thể hiện trên trắc dọc tại

A: Hệ số phụ thuộc vào địa hình địa mạo, đối với vùng tuyến thiết kế là đồng bằng nên A = 18 (Thiết kế đường ô tô tập III, trang 189)

K: Hệ số xét tới ảnh hưởng của khí hậu, chu kỳ tính toán, độ dốc lòng suối:

25  

S

S25: Là vũ suất mưa tương ứng với chu kỳ là 25 năm, với trạm Vinh thì

S25 = 28,40(trang 239-thiết kế đường ô tô tập III)

K2: Hệ số phụ thuộc vào chu kỳ lũ tính toán, với n = 25, K2 = 0,65

K3: Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ dốc lòng suối, theo số liệu khảo sát suối có độ dốc 20, (tra bảng 9-19, Thiết kế đường ô tô tập III): K3 = 1,10

Fn : Diện tích lưu vực, theo số liệu khảo sát Fn = 0,14 km2

n: Hệ số phụ thuộc diện tích lưu vực, n = 0,8

   m s 

Qmax  18  1 , 01  0 , 65  1 , 1  0 , 014 0,8  0 , 42 3 /



4.3 Tính toán khẩu độ cống

4.3.1 Kiểm tra khẳ năng thoát nước cống hộp

Tại tại lí trình Km0+629,27, ta tiến hành thiết kế cống phục vụ thoát nước thủy lợi Do cao độ thi công không cho phép chọn cống tròn khẩu độ phù hợp với lưu lượng cần thoát nên ta chọn cống hộp thay thế Từ lưu lượng cần thiết kế ta chọn khẩu độ cống cho các cống như sau:

Tại tất cả các cọc: Km0+164,70; Km0+265,71; Km0+440,66; Km0+629,27; Km0+906,72; Km1+547,18; Km1+862,82.đều có khẩu độ cống là:

BxH=1,0m×1.0m

Để kiểm tra khẩu độ các cống đã chọn phù hợp hay chưa, ta tiến hành kiểm tra khẳ năng thoát nước của từng cống