Lập dự án khả thi (45%)

PHẦN I LẬP DỰ ÁN KHẢ THI (45%) Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. VỊ TRÍ TUYẾN ĐƯỜNG, MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA TUYẾN VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 1.1.1. Ví trí tuyến: Tuyến đường nằm trong khu vực huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam, trên trục đường nối liền hai huyện Thăng Bình và Hiệp Đức. Mặc dù tuyến đường được hình thành rất sớm nhưng thực chất tuyến chỉ hình thành trên cơ sở đường mòn hiện có, không đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế và giao thông trong vùng . 1.1.2. Mục đích, ý nghĩa của tuyến: Tuyến đường được xây dựng nhằm mục đích: nối liền trung tâm văn hoá, kinh tế chính trị của hai huyện, tăng khả năng lưu thông buôn bán hàng hoá giữa hai huyện, thúc đẩy nền kinh tế giữa hai huyện phát triển nhanh hơn. Hoàn thiện mạng lưới giao thông trong quy hoạch chung của tỉnh, đáp ứng nhu cầu giao thông các khu vực lân cận và trung tâm hai huyện, thúc đẩy sự phát triển kinh tế, giao lưu văn hoá của các vùng ven. 1.1.3. Nhiệm vụ thiết kế : Tuyến đường nối liền hai trung tâm kinh tế của tỉnh được thiết kế gồm ba phần - Lập dự án khả thi: 45% - Thiết kế kỹ thuật đoạn tuyến: 25% - Thiết kế tổ chức thi công đoạn tuyến :30% Căn cứ vào các số liệu thiết kế sau: - Lưu lượng xe quy đổi ở năm đầu ttiên :N0 = 500 (xcqđ/ng.đ). - Hệ số tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm: q = 10% - Thành phần dòng xe : + Xe tải nặng: 9% + Xe tải trung: 47% + Xe tải nhẹ : 29% + Xe con: 15%. 1.2. CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC TUYẾN: 1.2.1. Địa hình: Tuyến đường nối hai trung tâm kinh tế, văn hoá của huyện Thăng Bình và huyện Hiệp Đức thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam. Tuyến đi qua vùng đồng bằng, độ cao so với mực nước biển từ 160÷180 m. Địa hình tạo thành nhiều đường phân thuỷ, tụ thuỷ rõ ràng. Địa hình có độ đốc không lớn lắm với độ dốc ngang sườn trung bình từ 2% ÷10%. Cao độ của hai điểm đầu tuyến và cuối tuyến chênh nhau 6,67m, điểm A có cao độ là 163,33m và điểm B là 170m. Trong vùng có một con sông lớn, đáy sông có cao độ khoảng 153m. Hai điểm A và B đều nằm ven sông 1.2.2. Địa mạo: Trong khu vực tuyến đi qua, rừng chủ yếu là rừng thưa, gồm các loại đồi sim, cỏ tranh, chủ yếu là cây lá nhỏ, cây lớn là các loại cây do người dân trồng để lấy củi gỗ. 1.2.3. Địa chất: Theo kết quả điều tra khảo sát điều kiện địa chất cho thấy điều kiện địa chất trong khu vực rất ổn định, không có hiện tượng sụt lở, hay nước ngầm lộ thiên. Nhìn chung mắt cắt địa chất khu vực tuyến như sau: - Lớp đất sét pha cát, dày từ 5÷9m. - Bên dưới là lớp đá phong hoá dày 1.2.4. Địa chất thuỷ văn: Qua khảo sát cho thấy tình hình địa chất thuỷ văn trong khu vực hoạt động ít biến đổi, mực nước ngầm hoạt động thấp rất thuận lợi cho việc xây dựng tuyến đường. 1.2.5. Khí hậu: Khu vực tuyến đi qua mang đặc trưng của khí hậu Miền Trung chịu ảnh hưởng của hai mùa gió. Mùa đông với gió Đông Bắc, mưa lạnh. Mùa hè với gió Tây Nam khô hanh. Mùa khô từ tháng 2 đến tháng 8, mùa mưa kéo dài từ tháng 9 đến tháng 1 năm sau. Theo số liệu thống kê nhiều năm cho thấy: - Nhiệt độ trung bình hàng năm: 26 0C. - Nhiệt độ cao nhất trong năm: 38 0C. - Nhiệt độ thấp nhất trong năm: 130 C. - Lượng mưa trung bình hàng năm: 2044mm. - Lượng mưa lớn nhất trong năm: 3077mm. - Lượng mưa nhỏ nhất trong năm: 1440mm. - Lượng mưa ngày lớn nhất (ứng tần suất p=4%): 501mm. - Tốc độ gió lớn nhất 4m/s theo hướng Đông Bắc vào khoảng tháng 8 đến tháng11. - Hướng gió chủ yếu theo hai phương. Hướng gió Tây Nam vào tháng 2 đến tháng 8 vơi vận tốc trung bình năm là 2,5 m/s. Hướng gió Đông Bắc vào tháng 9 đến tháng 1 năm sau 3,3m/s. Với điều kiện khí hậu khu vực tuyến đi qua thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, độ ẩm cao thời gian thi công thuận lợi nhất là từ tháng 2 đến tháng 8. 1.2.6. Thuỷ văn: Tuyến đường chạy dài theo hướng Đông Tây, đi qua các đường tụ thuỷ và vượt qua sông rộng khoảng 30÷40m, do đó số lượng cầu cống tương đối nhiều. Khu vực tuyến đi qua nhìn chung nằm ở khu vực ít xảy ra lũ lụt. Khi có mưa lớn thì nước tập trung từ các lưu vực chảy về cắt ngang qua tuyến. Các suối và sông ở đây về mùa khô lưu lượng nhỏ và mực nước thấp. 1.3. CÁC ĐIỀU KIỆN Xà HỘI: 1.3.1. Dân cư và tình hình phân bố dân cư: Dân cư trong khu vực tập trung phân bố không đồng đều theo tuyến và tập trung chủ yếu ở hai đầu tuyến. Người dân ở đây có trình độ văn hoá tương đối cao. Đời sống vật chất và tinh thần của người dân ở đây tương đối đồng đều và ở mức trung bình. Đa số lực lượng lao động thuộc nghề nông giàu kinh nghiệm dân gian về canh tác nông nghiệp . 1.3.2. Tình hình kinh tế văn hoá xã hội trong khu vực: Khu vực tuyến đi qua nằm trong vùng địa giới giữa đồng bằng và miền núi, kinh tế đa dạng nhiều ngành nghề thủ công truyền thống. Cơ cấu kinh tế có sự chuyển dịch trong những năm gần đây nhưng chưa mạnh, nông nghiệp vẫn là ngành chiếm tỷ trọng lớn, tiểu thủ công nghiệp phát triển chậm, ngành dịch vụ thương mại có tăng nhưng tỷ trọng vẫn còn thấp so với mức chung của toàn tỉnh. Nhìn chung đời sống kinh tế của nhân dân trong vùng những năm gần đây từng bước được nâng cao nhưng vẫn còn cách biệt so với các nơi khác do cơ sở hạ tầng chưa được nâng cấp, đặc biệt là mạng lưới giao thông. 1.3.3. Các định hướng phát triển trong tương lai: Nhìn chung nền kinh tế của huyện có tốc độ phát triển tương đối thấp so với các huyện khác trong tỉnh. Các thế mạnh về lâm nghiệp và chế biến nuôi trồng thuỷ sản chưa được khai thác tốt. Nguyên nhân một phần là do cơ sở hạ tầng yếu kém. Để phát triển kinh tế khu vực đang rất cần sự ủng hộ đầu tư của nhà nước trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt là xây dựng mạng lưới giao thông thông suốt giữa các vùng kinh tế và giữa trung tâm huyện với tỉnh lỵ, đồng thời phù hợp với quy hoạch mạng lưới giao thông vận tải mà tỉnh đề ra. 1.4. CÁC ĐIỀU KIỆN LIÊN QUAN KHÁC: 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 khu vực dọc tuyến (cự ly 5 Km). - Bê tông nhựa lấy tại trạm trộn bê tông nhựa Bình An-Thăng Bình (cự ly 7Km). - Đá các loại lấy tại mỏ đá (cự ly vận chuyển 3 Km). - Cát, sạn lấy tại sông Thu Bồn (cự ly 10 Km). - Đất đắp nền đường, qua kiểm tra chất lượng cho thấy có thể lấy đất từ nền đường đào. Đào từ nền đào sang đắp ở nền đắp, ngoài ra có thể lấy đất tại các vị trí mỏ dọc tuyến với cự ly trung bình là: 5km. 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 xí nghiệp phục vụ công trình, xí nghiệp đóng tại Thành Phố Tam Kỳ cách chân công trình 30km. Năng lực sản xuất của xưởng đáp ứng đầy đủ về số lượng, chất lượng theo yêu cầu đặt ra. Tuyến đường được hình thành trên cơ sở tuyến đường sẵn có do đó các loại bán thành phẩm , cấu kiện và vật liệu vận chuyển đến chân công trình là tương đối thuận lợi. 1.4.3. Khả năng cung cấp nhân lực phục vụ thi công: Đơn vị thi công có đội ngũ cán bộ kỹ thuật và công nhân có trình độ và tay nghề cao, có khả năng đảm bảo thi công công trình đúng tiến độ. Những công việc cần nhiều lao động thủ công thì có thể thuê nhân lực nhàn rỗi ở địa phương, tạo công ăn việc làm cho người dân ở đó, mặt khác cũng có thể giảm giá thành xây dựng công trình. 1.4.4. Khả năng cung cấp các thiết bị phục vụ thi công: Các đơn vị xây lắp trong và ngoài tỉnh có đầy đủ trình độ năng lực và trang thiết bị thi công có thể đảm bảo thi công đạt chất lượng và đúng tiến độ. 1.4.5. Khả năng cung cấp các loại nhiên liệu ,năng lượng phục vụ thi công: Nhiên liệu như xăng, dầu nhớt, ... sử dụng cho máy móc đã được chuẩn bị đảm bảo đầy đủ về số lượng và chất lượng. Hệ thống điện được nối với mạng lưới điện sinh hoạt của nhân dân, ngoài ra đơn vị còn có máy phát điện riêng nhằm đảm bảo công việc được tiến hành liên tục không bị gián đoạn trong trường hợp bị cúp điện. 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 cấp các loại nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt cho cán bộ, công nhân thi công rất thuận lợi. 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. Các bưu điện văn hoá 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: Nền kinh tế hàng hoá đã đưa đất nước ta chuyển sang một thời kỳ mới: thời kỳ công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Trong đó ngành giao thông vận tải đóng một vai trò rất quan trọng thúc đẩy sự phát triển kinh tế. Nâng cao mức sống cho người dân. Quảng Nam là một tỉnh nghèo nằm ở khu vực miền trung cơ sở hiện nay còn thấp kém, đường sá giao thông chưa phát triển mạnh. Hiện trạng giao thông ở nơi xây dựng tuyến đường là rất xấu, tuyến đường lâu nay dùng để đi lại giữa hai huyện là đường do nhân dân tự làm, do vậy không đảm bảo về các chỉ tiêu kỹ thuật của một tuyến đường. Lòng đường nhỏ, mặt đường đất thiên nhiên, do vậy về mùa mưa đường trơn và lầy lội khó đi, về mùa nắng thì sinh nhiều bụi và ổ gà. Trước tình hình đó, việc xây dựng tuyến đường nối liền từ huyện Thăng Bình đến huyện Hiệp Đức là việc cần thiết. Tuyến đường xây dựng sẽ đáp ứng nhu cầu hiện tại cũng như tương lai, sẽ nối liền hai trung tâm kinh tế giữa hai huyện, vì vậy giao thông đi lại sẽ dễ dàng hơn, thúc đẩy nền kinh tế hai vùng phát triển. Tạo điều kiện thuận lợi cho việc đi lại của người dân nơi đây, hàng hoá được vận chuyển lưu thông qua lại một cách dễ dàng. Do vậy việc xây dựng tuyến đường trên cũng là tạo điều kiện quan tâm thu hút của các nhà đầu tư đến với khu vực này. Như vậy việc đầu tư xây dựng tuyến đường trên lại càng trở nên cần thiết và cấp bách, thiết thực phục vụ kịp thời cho sự nghiệp phát triển kinh tế của khu vực và đất nước. Chương 2 : XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN 2.1. XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG : 2.1.1. Các căn cứ : Căn cứ vào mục đích và ý nghĩa phục vụ của tuyến: là đường nối hai trung tâm kinh tế, chính trị văn hoá của huyện Thăng Bình và huyện Hiệp Đức. Căn cứ vào địa hình khu vực tuyến đi qua là vùng đồng bằng và đồi is=2÷10% Căn cứ vào lưu lượng xe chạy trên tuyến ở năm tương lai. Do số liệu ban đầu là lưu lượng xe quy đổi ở năm đầu tiên:N0=500 xcqđ/ng.đ nên ta phải đổi về số xe con quy đổi ở năm thứ 15. Lưu lượng xe quy đổi ở năm thứ 15: N14qđ=N0x(1+q)14-0=500x(1+0,1)14=1900 (xcqđ/ng.đ) Căn cứ vào tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005. 2.1.2. Xác định cấp thiết kế của đường: -Từ các căn cứ trên ta chọn cấp thiết kế của đường là cấp IV 2.1.3. Tốc độ thiết kế: -Căn cứ vào cấp đường ta có tốc độ thiết kế V=60km/h và V=40km/h -Căn cứ vào địa hình là đồng bằng ta chọn tôc độ thiết kế là V= 60km/h 2.2. TÍNH TOÁN - CHỌN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT: 2.2.1. Tốc độ thiết kế: Theo trên ta có tốc độ thiết kế Vtt=60km/h 2.2.2. Xác định độ dốc dọc lớn nhất: Độ dốc dọc lớn nhất idmax là độ dốc sao cho tất cả các loại xe chạy trên đường đều khắc phục được các điều kiện sau: - Sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản của đường. - Sức kéo phải nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe và mặt đường. 2.2.2.1. Phương trình cân bằng sức kéo: idmax = D - f (I.2.1). Trong đó: + D: nhân tố động lực của mỗi loại xe. + f: Hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào tốc độ xe chạy: Do tốc độ thiết kế của ta là 60km/h nên : f=f0 Tra bảng 2 của [2] ứng với loại mặt đường nhựa ta có f0 = 0,015. f=0,015=0,0165 Độ dốc thiết kế lớn nhất tính theo điều kiện này được ghi ở bảng I.2.1: Bảng I.2.1 Loại xe Thành phần (%) V (km/h) D f Idmax% Maz-504 (Xe tải nặng) 9 60 0,036 0,0165 1,9 Zin -130 (Xe tải trung) 47 60 0,039 0,0165 2,2 Raz-51 (Xe tải nhẹ) 29 60 0,045 0,0165 2,8 MOSCOVIT (Xe con) 15 60 0,08 0,0165 6,3 Từ điều kiện này ta chọn độ dốc dọc lớn nhất idmax ứng với loại xe Zin 130 là xe chiếm đa số trong thành phần dòng xe (47%). Idmax=2,2(%). (a) 2.2.2.2. Phương trình cân bằng sức bám: I'dmax = D' - f (I.2.2). (I.2.3). Trong đó: + D': Nhân tố động lực xác định tuỳ theo điều kiện bám của ô tô. + φ1: Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường tuỳ theo trạng thái của mặt đường, khi tính toán lấy φ1trong điều kiện bất lợi tức là mặt đường ẩm ướt, φ1= 0,25. + Gk: Trong lượng trục của bánh xe chủ động (kg). - Xe tải nặng: Gk = G. - Xe tải trung: Gk = 0,65 G. - Xe tải nhẹ: Gk = 0,6 G. - Xe tải con: Gk = 0,5 G. + G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô (kg). + P : Sức cản của không khí (kg). (I.2.4). Trong đó: - K: Hệ số sức cản không khí (kgs2/m4). - F: Diện tích chắn gió của ô tô (m2). - V: Tốc độ thiết kế V = Vtt = 60 km/h. + K và F được tra theo bảng 1 của tài liệu [2], kết quả tính thể hiện ở bảng I.2.2: Bảng 1.2.2 Loai xe K(kgs2/m4) F (m2) V (km/h) Pω (kg) Xe tải nặng 0,07 6 60 116,31 Xe tải trung 0,06 4,5 60 74,77 Xe tải nhẹ 0,05 3,5 60 48,46 Xe con 0,02 2 60 11,08 Kết quả tính toán các giá trị của các công thức I.2.2, I.2.3, I.2.4 được ghi ở bảng I.2.3: Bảng I.2.3. Loại xe Φ1 G(kg) Gk(kg Pω (kg) D’ idmax (%) Xe tải nặng 0,25 13725 13725 116,31 0,241 21,90 Xe tải trung 0,25 8125 5281,25 74,77 0,153 13,10 Xe tải nhẹ 0,25 5350 3210 48,46 0,141 11,90 Xe con 0,25 4000 2000 11,08 0,122 10,00 Từ điều kiện này ta chọn idmax = 13,10 % (b). Từ (a) và (b) kết hợp với D'≥ D≥ f ± I ta chọn độ dốc dọc lớn nhất là: Idmax = 2,2%. Theo bảng 15 của [1] với đường cấp IV đồng bằng thì idmax= 6%, vậy ta chọn idmax= 2,2 %. Đây là độ dốc hạn chế mà xe có thành phần lớn nhất trong dòng xe chạy đúng với tốc độ thiết kế, trong quá trình thiết kế trắc dọc thì ta nên cố gắng giảm độ dốc thiết kế để tăng khả năng vận doanh khai thác. Nếu trên đường cong nằm có bố trí siêu cao, theo quỹ đạo xe chạy với độ dốc lớn hơn độ dốc của đường, do đó phải triết giảm độ dốc dọc lớn nhất tại nơi đó. Trị số triết giảm Δi được phép lấy theo bảng 18 tài liệu [1] Bảng I.2.4. Bán kính đường cong nằm (m) 50-35 35-30 30-25 15-25 Lượng chiết giảm (%) 1,0 1,5 2,0 2,5 2.2.3. Tầm nhìn trên bình đồ: Để đảm bảo an toàn xe chạy trên đường người lái xe phải luôn đảm bảo nhìn thấy đường trên một chiều dài nhất định về phía trước để người lái xe kịp thời xử lý hoặc hãm dừng xe trước chướng ngại vật (nếu có) hay là tránh được nó. Chiều dài này được gọi là tầm nhìn. 2.2.3.1. Tầm nhìn một chiều: lo Sh lpæ 1 1 SI Hçnh I.2.1: Så âäö táöm nhçn mäüt chiãöu 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 gồm một đoạn phản ứng tâm lý lpư, một đoạn hãm xe Sh và một đoạn dự trữ an toàn l0.Vì vậy tầm nhìn này có tên gọi là tầm nhìn một chiều. (I.2.5). Trong đó: +lpư: Chiều dài xe chạy trước thời gian phản ứng tâm lý. (m). +Sh: Chiều dài hãm xe. (I.2.6). + k: Hệ số sử dụng phanh; đối với xe tải k = 1,4. + V: Tốc độ xe chạy tính toán, V = 60 km/h. + i : Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i = 0. + φ1: Hệ số bám dọc trên đường lấy trong điều kiện bình thường mặt đường trơn, sạch: φ1 = 0,5. Thay các giá trị vào công thức I.2.7 ta có: + l0: Đoạn dự trữ an toàn, l0 = 5 - 10m, ta chọn l0=7 m. Suy ra: Stải = 16,67 + 39,69 +7 = 63,36(m). Theo bảng 10 tài liệu [1] với V= 60 km/h thì SI = 75 m. Vậy ta chọn SI =75 m. 2.2.3.2. Tầm nhìn hai chiều: SII Sh2 lo Sh1 lpæ 1 1 lpæ 2 2 Hçnh I.2.2: Så âäö táöm nhçn traïnh xe hai chiãöu Có hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn xe, chiều dài tầm nhìn trong trường hợp này gồm hai đoạn phản ứng tâm lí của 2 lái xe, tiếp theo là hai đoạn hãm xe và đoạn an toàn giữa hai xe. Như vậy chiều dài tầm nhìn hai chiều bằng 2 lần chiều dài tầm nhìn một chiều nên chiều dài SII được tính là: (I.2.7). Trong đó: + K: Hệ số sử dụng phanh: đối với xe tải k=1,4. + V: Tốc độ tính toán V=60km/h. + 1: Hệ số bám dọc trên đường hãm lấy trong điều kiện bình thường mặt đường sạch: φ1=0,5. + i: Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i= 0. Thay các giá trị vào công thức I.2.8 ta có: . Theo bảng 10 tài liệu [1] với V = 60km/h thì SII = 150m. Vậy ta chọn SII = 150m. 2.2.3.3. Tầm nhìn vượt xe: Hình I.2.3. Sơ đồ tầm nhìn vượt xe Một xe chạy nhanh bám theo một xe chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1-Sh2, khi quan sát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe sau lợi dụng làn trái chiều để vượt. Thời gian vượt xe gồm 2 giai đoạn: - Giai đoạn I : Xe 1 chạy trên làn trái chiều bắt kịp xe 2. - Giai đoạn II : Xe 1 vượt xong trở về làn xe của mình trước khi đụng phải xe 3 trên làn trái chiều chạy tới. Thời gian vượt xe được tính: (I.2.8). Khoảng cách l2 dài không đáng kể, do đó để đơn giản hoá việc tính toán và có nghiêng về an toàn, ta lấy l2 bằng chiều dài hãm xe của xe 2. Công thức trên được viết lại là: (I.2.9). Tầm nhìn vượt xe là chiều dài xe 1 quan sát được xe trái làn(xe 3), do đó: SIV= lpư + tvx +(V1 - V2) + lo (I.2.10). Ta xét trường hợp nguy hiểm nhất là xe trái chiều(xe 3) cũng chạy cùng vận tốc với xe vượt. (I.2.11). Công thức trên còn có thể viết đơn giản hơn, nếu như người ta dùng thời gian vượt xe thống kê được trên đường. Trị số này trong trường hợp bình thường, khoảng 10s và trong trường hợp cưỡng bức, khi đông xe... khoảng 7s. Lúc đó tầm nhìn vượt xe có thể có 2 trường hợp: - Bình thường: SIV = 6V. - Cưỡng bức: SIV = 4V. Chọn: SIV = 6V = 6 x 60 = 360m. Theo bảng 10 tài liêụ [1] với V = 60km/h thì SIV = 350m. Vậy ta chọn SIV = 360m. 2.2.3.4.Tầm nhìn ngang dọc 2 bên đường : Sơ đồ tầm nhìn như hình vẽ : Gọi V, Vn là vận tốc của xe và của người đi bộ . Tầm nhìn ngang được tính theo công thức : ln = 2.2.4. Bán kính đường cong nằm Rscmin , Roscmin: Thực chất của việc xác định trị số bán kính của đường cong nằm là xác định trị số lực ngang và độ dốc ngang một mái isc một cách hợp lý nhằm để đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận khi vào đường cong nằm có bán kính nhỏ. 2.2.4.1. Khi làm siêu cao: (m) (I.2.12). Trong đó: + V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h. + 0,15: Hệ số lực ngang lớn nhất khi có làm siêu cao. + iscmax: Độ dốc siêu cao lớn nhất: iscmax = 7%. Thay các giá trị vào công thức 1.2.13 ta có: (m). Theo tài liệu bảng 13 của tài liệu [1] với V = 60 km/h thì Rscmin = 125 m, ta chọn Rscmin =130 m. 2.2.4.2. Khi không làm siêu cao: (m) (I.2.13). Trong đó: + V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h. + 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 I.2.14 ta có: (m). Theo bảng 13 tài liệu [1] với V = 60km/h thì Rmin0sc= 1500m, ta chọn Rmin0sc= 1500 m. 2.2.4.3. Bán kính đường cong nằm tối thiểu đảm bảo tầm nhìn ban đêm: Ở những đoạn đường cong có bán kính đường cong bán kính nhỏ thường không bảo đảm an toàn giao thông nếu xe chạy với tốc độ tính toán vào ban đêm vì tầm nhìn bị hạn chế. Theo điều kiện này: (m). (I.2.14). Trong đó: + SI: Tầm nhìn một chiều (m), SI = 75 m. + : Góc chiếu sáng của pha đèn ô tô, α = 20 Thay vào I.2.14 ta có: (m) 2.2.5. Độ dốc siêu cao: Độ dốc siêu cao được áp dụng khi xe chạy vào đường cong bán kính nhỏ hơn bán kính đường cong tối thiểu không làm siêu cao. Siêu cao là dốc một mái của phần xe chạy hướng vào phía bụng đường cong. Nó có tác dụng làm giảm lực ngang khi xe chạy vào đường cong, nhằm để xe chạy vào đường cong có bán kính nhỏ được an toàn và êm thuận. Theo bảng 13 của [1] quy định độ dốc siêu cao tối đa là 7% ứng với tốc độ 60km/h, độ dốc siêu cao nhỏ nhất lấy theo độ dốc mặt đường và không nhỏ hơn 2%. Độ dốc siêu cao có thể tính theo công thức: (I.2.15). Thay các giá trị vào I.2.15 ta tính được isc ở bảng I.2.5 : Bảng I.2.5 R(m) 125 150 175 200 250 300 1500 μ 0,15 0,13 0,12 0,11 0,09 0,085 0.08 Isctt % 7, 6 5,9 4,2 3,2 2,3 0,95 - Iscqp % 7 6 5 4 3 2 2 Iscchọn % 7 6 5 4 3 2 2 2.2.6. Vuốt nối siêu cao: Hình I.2.4: Siêu cao và đoạn vuốt nối siêu cao Đoạn vuốt nối siêu cao là đoạn chuyển tiếp cắt ngang mặt đường từ dốc hai mái sang dốc một mái và nâng lên bằng độ dốc siêu cao qui định: Bước thực hiện, được tiến hành bằng phương pháp:Quay phần xe chạy ở phía lưng đường cong quanh tim đường để phần xe chạy có độ dốc in=0 , sau đó vẫn tiếp tục quay phần xe chạy ở phía lưng đường cong quanh tim đường để phần xe chạy có độ dốc in sau đó vẫn tiếp tục quay quanh tim đường tới lúc đạt độ dốc siêu cao. Khi có đường cong chuyển tiếp, đoạn nối siêu cao bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp. Khi không có đường cong chuyển tiếp, đoạn nối siêu cao bố trí một nửa ngoài đường thẳng và một nửa nằm trong đường cong tròn. Chiều dài đoạn nối siêu cao được xác định: (I.2.16). Trong đó : + B : Bề rộng phần xe chạy(m), B=7 m. + ∆ : Độ mở rộng của phần xe chạy (m). + isc: Độ dốc siêu cao (%). + in : Độ dốc nâng siêu cao (%) với đường có Vtk=60km/h thì in=0,5%. Các giá trị của công thức I.2.16 được ghi ở bảng I.2.6: Bảng I.2.6. R (m) 125 150 175 200 250 300 1500 isc (%) 7 6 5 4 3 2 2 ∆(m) 0,9 0,7 0,7 0,6 0,6 0 0 Lnsc(m) 110,6 92,4 77 60,8 45,6 28 28 2.2.7. Độ mở rộng trong đường cong nằm: Khi xe chạy trên đường cong, trục sau cố định luôn hướng tâm còn bánh trước luôn hợp với trục xe một góc nên xe yêu cầu có một chiều rộng lớn hơn khi xe chạy trên đường thẳng. Phần mở rộng bố trí ở phía bụng đường cong. Đoạn nối mở rộng làm trùng hoàn toàn với đoạn nối siêu cao và đường cong chuyển tiếp. Độ mở rộng E được tính theo công thức sau với đường 2 làn xe: (I.2.17). Trong đó: + LA: Khoảng cách từ badsoc của xe đến trục sau cùng của xe: LA = 8 (m). + V : Vận tốc xe chạy tính toán, V = 60 km/h. + R : Bán kính đường cong nằm. Kết quả tính toán ở bảng I.2.7: Bảng I.2.7 R(m) 30 ÷50 50 ÷70 70÷100 100÷150 150 ÷200 200 ÷250 Ett (m) 2,55 1,84 1,47 1,02 0,80 0,70 Eqp (m) 2,00 1,50 1,20 0,90 0,70 0,60 Echọn (m) 2,60 1,90 1,50 1,10 0,80 0,70 2.2.8. Đường cong chuyển tiếp: Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, phải chịu các sự thay đổi. - Bán kính từ +∞ chuyển bằng R. - Gia tốc li tâm từ chổ bằng 0 đạt tới giá trị . Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho lái xe và hành khách. Vì vậy để đảm bảo sự chuyển biến điều hòa về lực li tâm và cảm giác của hành khách, cần làm một đường cong chuyển tiếp giữa đường thẳng và đường cong tròn. Theo [1] với đường có Vtt ≥60 km/h thì phải bố trí đường cong chuyển tiếp. Đường cong chuyển tiếp bố trí trùng với đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng phần xe chạy. Chiều dài đường cong chuyển tiếp Lcht không nhỏ hơn chiều dài các đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng, được tính theo công thức : (I.2.18). Trong đó : Vtt : tốc độ tính toán (km/h). R : Bán kính đường cong trên bình đồ (m). Bảng I.2.8 R(m) 350 400 500 600 900 Vtt(km/h) 80 80 80 80 80 Lcht(m) 62,25 54,47 43,57 36,31 24,21 2.2.9. Bán kính đường cong đứng Rlồi min , Rlõm min: Đường cong đứng được thiết kế ở những chỗ có đường đỏ đổi dốc tại đó có hiệu đại số giữa 2 độ dốc lớn hơn hoặc bằng 1% đối với đường cấp 60 (theo [1]). Trong đó ký hiệu độ dốc như sau: i1, i2: là độ dốc dọc của hai đoạn đường đỏ gãy khúc: - Khi lên dốc lấy dấu (+). - Khi xuống dốc lấy dấu (-). ω = |i1-i2| ›1% thì ta thiết kế đường cong đứng 2.2.9.1:Bán kính đường cong đứng lồi Rlồimin : Đối với đường có 2 làn xe xác định Rlồi theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 2 chiều: (m). Trong đó: + SII: tầm nhìn 2 chiều, SII = 150 m. + d1: Chiều cao tầm mắt của người lái xe, lấy d1=1,2 m. Theo bảng 19 của [1] với Vtt = 60 km/h thì Rlồimin = 4000 m . Chọn Rlồimin = 4000 m . 2.2.9.2 :Bán kính đường cong đứng lõm Rlõmmin: Trị số bán kính min được xác định theo giá trị vượt tải cho phép của nhíp xe, tương ứng với trị số gia tốc ly tâm không lớn hơn 0,5 - 0,7 m/s2. Chọn a = 0,5 m/s2. Công thức tính toán : (m) (I.2.19). + V: Là tốc độ tính toán V=60km/h. Váûy = 553,85(m). Theo bảng 19 của [1] với Vtt = 60 km/h, thì Rlõmmin = 1500 (m) . Vậy chọn Rlõmmin = 1500 m. * Ngoài ra bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm còn phải được xác định theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm trên mặt đường (sử dụng cho đường có nhiều xe chạy vào ban đêm) . (m) (I.2.20). Trong đó: + SI:Tầm nhìn một chiều SI = 75m. + hd:Chiều cao của pha đèn trên mặt đường; hd = 0,8 m. + α : Góc chiếu của 1/2 pha đèn; α = 10. Thay vào công thức 1.2.20 ta có: (m). 2.2.10. Chiều rộng làn xe : Chiều rộng của làn xe phía ngoài cùng được xác định theo sơ đồ xếp xe của Zamakhaép: B = + x + y. (I.2.21). Trong đó: + b: Chiều rộng thùng xe; b = 2,5m. + c: Cự ly giữa 2 bánh xe; c = 1,9m (tính cho xe Zin130). + x: Cự ly từ sườn thùng xe đến làn xe bên cạnh (m). + y: Khoảng cách từ giữa vệt bánh xe ngoài đến mép phần xe chạy (m). x,y được xác định theo công thức của Zamakhaép . x = 0,5+ 0,005V (hai xe chạy ngược chiều). y = 0,5+0,005V Suy ra x = y = 0,5 + 0,005 x 60 = 0,8 (m). Vậy bề rộng làn xe : B = + 0,8 + 0,8 = 3,8m. Theo bảng 6 của [1] với đường cấp IV tốc độ Vtt=60km/h thì B = 3,5m Thực tế khi hai xe chạy ngược chiều nhau thường giảm tốc độ xuống đồng thời xét theo mục đích, ý nghĩa phục vụ của tuyến đường nên ta chọn bề rộng làn xe theo qui phạm B = 3,5m 2.2.11.Số làn xe: Số làn xe yêu cầu được tính theo công thức : (I.2.22). Trong đó :+ n : Số làn xe yêu cầu . + Nth: Năng lực thông hành tối đa, khi không có phân cách trái chiều và ôtô chạy chung với xe thô sơ thì theo [1] ta có : Nth=1000 (xcqđ/h). + Z : Hệ số sử dụng năng lực thông hành, với Vtt= 60km/h thì Z = 0,55 + Ncdgio:Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm Ncdgio = 0,1.Nqđ15 = 0,1 1900= 190 (xcqđ/h). Thay các giá trị vào I.2.22 ta có: (laìn). Theo bảng 6 của [1] với đường cấp IV số làn xe yêu cầu là 2 làn. Vậy ta chọn n = 2 làn . 2.2.12. Môđuyn đàn hồi yêu cầu và loại mặt đường : 2.2.12.1.Xác định tải trọng tính toán : Căn cứ vào mục đích ý nghĩa phục của tuyến đường chọn : - Tải trọng trục tính toán (trục đơn) : P= 100KN. - Áp lực tính toán của bánh xe lên mặt đường :p= 0,6 (MPa). - Đường kính vệt bánh xe tương đương :D= 33cm. 2.2.12.2.Xác định môduyn đàn hồi yêu cầu và loại mặt đường: Từ mục đích ý nghĩa phục vụ của tuyến, cấp đường (cấp IV), vận tốc thiết kế Vtt = 60km/h ta chọn loại mặt đường cấp cao chủ yếu A1 có trị số môđun đàn hồi tối thiểu theo 22TCN -211- 06 : E ycmin = 130 MPa đối với kết cấu áo đường phần xe chạy. E ycmin = 110 MPa đối với kết cấu áo đường phần lề gia cố. 2.2.13. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến : Bảng 1.2.9 STT CHỈ TIÊU KỸ THUẬT Đơnvị Trị số tính Qui phạm Chọn 1 Cấp thiết kế của đường - IV IV 2 Vận tốc thiết kế Km/h - 60 60 3 Độ dốc dọc lớn nhất (%) 2,2 6 2,2 4 Tầm nhìn một chiều SI m 66,36 75 75 5 Tầm nhìn hai chiều SII m 119,7 150 150 6 Tầm nhìn vượt xe SIV m 360 350 360 7 Tầm nhìn ngang m 6,25 6,25 8 Bán kính đường cong nằm tối thiểu không làm siêu cao m 472,44 1500 1500 9 Bán kính đường cong nằm tối thiểu khi làm siêu cao m 128,85 125 128,85 10 Bán kính đường cong nằm đảm bảo tầm nhìn ban đêm m 1125 1125 11 Bán kính đường cong đứng lồi Rminlồi m 2343,75 4000 4000 12 Bán kính đường cong đứng lõm Rminlõm m 553,85 1500 1500 13 Độ dốc siêu cao tối đa % - 7 7 14 Chiều rộng một làn xe m 3,8 3,5 3,5 15 Số làn xe Làn 0,35 2 2 16 Bề rộng mặt đường m - 7 7 17 Bề rộng nền đường m - 9 9 18 Bề rộng lề đường m - 2x1,0 2x1,0 19 Bề rộng phần gia cố lề m - 2x0,5 2x0,5 20 Tải trọng tính toán KN - 100 100 21 Loại mặt đường - A1 A1 22 Môđun đàn hồi tối thiểu KCAĐ phần xe chạy MPa - 130 130 23 Môđun đàn hồi tối thiểu KCAĐ phần lề MPa - 100 100 Chương 3 : THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN 3.1. Nguyên tắc thiết kế: Thiết kế bình đồ phải tuân thủ các nguyên tắc: + Vạch tuyến phải đi qua các điểm khống chế . + Thiết kế bình đồ đảm bảo phối hợp giữa các yếu tố trên bình đồ : Giữa các đoạn thẳng - đoạn cong và giữa các đoạn cong với nhau. + Phối hợp các yếu tố mặt cắt dọc và bình đồ. + Phối hợp giữa tuyến và công trình. + Phối hợp giữa tuyến và cảnh quan. 3.2. Xác định các điểm khống chế: - Tuyến thiết kế nằm trong khu vực có sông và không giao cắt các công trình giao thông khác... nên điểm khống chế tuyến phải đi qua bao gồm. + Điểm đầu tuyến A. + Điểm cuối tuyến B. + Điểm vượt sông thuận lợi. - Khu vực tuyến có điều kiện và địa chất, địa chất thuỷ văn thuận lợi không có đầm lầy, đất yếu, trượt lở và không có mực nước ngầm hoạt động cao, nên không có những điểm cần tránh. 3.3. Quan điểm thiết kế và xác định bước compa: 3.3.1. Quan điểm thiết kế: Ta phải thiết kế tuyến nối hai điểm A - B đi qua tất cả các điểm khống chế đã nêu, đồng thời sao cho tuyến phải thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật đã tính toán. Trên bình đồ, tuyến đường gồm các đoạn thẳng và các đoạn đường cong tròn. Đường có Vtt=60 km/h nên giữa đường thẳng và đường cong tròn được chuyển tiếp bằng đường cong chuyển tiếp clôtôit. Chiều dài các đoạn thẳng không dài quá 3km. Giữa các đường cong tròn, phải có đoạn chêm đủ dài để bố trí các đường cong chuyển tiếp, và không nhỏ hơn 2V(m) giữa hai đường cong ngược chiều. Ngoài ra phải thiết kế tuyến sao cho khối lượng đào đắp, các công trình và chiều dài tuyến là ít nhất, để giảm chi phí xây dựng và nâng cao khả năng vận doanh khai thác của tuyến . 3.3.2. Xác định bước compa: Để xác định vị trí đường dẫn hướng tuyến dốc đều trên bình đồ, dùng cách đi bước compa cố định có chiều dài: (mm). (I.3.1). Trong đó: + Δh: Chênh lệch giữa hai đường đồng mức gần nhau, Δh=10000mm. + Id= (0,9 0,95)idmax (‰). + idmax =2,5 (‰)Độ dốc dọc lớn nhất đã chọn đối với đường cấp 60. Id = 0,025 x 0,95 = 0,024 + : Tỷ lệ bình đồ, Thay các số liệu vào công thức 1.3.1 ta được:: (mm). 3.4. Lập các đường dẫn hướng tuyến: Sau khi xem xét kỹ các yếu tố của địa hình trên bình đồ trong khu vực mà tuyến sẽ phải đi qua, ta thấy có 2 đường dẫn hướng tuyến nối 2 điểm A-B. - Đường dẫn hướng tuyến thứ nhất : hướng này đi dọc theo bên trái dòng chảy của sông, hướng này có một vị trí vượt sông thuận lợi ở gần điểm đầu tuyến . Vì vậy theo hướng tuyến này ta vạch được 2 phương án tuyến ứng với 1 vị trí vượt sông khác nhau : + Phương án Ia : có điểm đầu là A, điểm kết thúc là B, tuyến này có vị trí vượt sông ở vị trí có đoạn sông tương đối thẳng, lòng sông hẹp. Tuyến này có hướng đi men theo đường đồng mức có cao độ 160m nhằm giảm khối lượng đào đắp. + Phương án Ib: điểm đầu là A , điểm cuối B, tuyến này cũng có vị trí vượt sông thuận lợi , ở giữa tuyến đã đi men trên đường đồng mức 170 điều nay sẽ sinh ra khối lượng đào đắp chênh lệch nhiều hơn. -Đường dẫn hướng tuyến thứ hai : hướng này đi dọc theo bên phải của dòng sông, cắt qua con suối nhỏ ở gần đầu tuyến sau đó sẻ vượt sông ở gần giữa tuyến .Vị trí vượt sông cũng tương đối thuận lợi.theo hướng này ta vạch được hai phương án ứng với 1 vị trí vượt sông khác nhau : + Phương án IIa: tuyến có một vị trí vượt suối, điểm đầu xuất phát từ A, tuyến uốn lượn theo địa hình để giảm độ dốc dọc đường đen nhằm giảm khối lượng đào đắp, vượt sông tại vị trí có đoạn sông thẳng, bờ sông hẹp, dòng chảy ổn định, địa chất tốt, điểm kết thúc của hướng tuyến này là điểm B. + Phương án IIb:tuyến có một vị trí vượt suối,một vị trí vượt sông đi vòng qua đồi nhỏ ở đầu tuyến sau đó uốn lượn và vượt song tại vị trí cũng tưong đối thuận lợi.Cuối tuyến độ dốc dọc sẽ lón do vuợt qua đường đồng mức 170 đồng thời tuyến dài hơn phương án IIa 3.5. Các phương án tuyến: Dùng cách đi bước compa đã xác định vạch các tuyến thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật trên bình đồ. -Phương án Ia : Tuyến xuất phát từ A đi theo hướng Tây-Nam khoảng 1180m rẽ trái góc 16022’11” có bán kính đường cong R=900m, đi theo hướng Tây-Nam khoảng 650m rẽ phải góc58012’32” bán kính đường cong R=600m, đi khoảng 2100m rẽ trái góc 680 34’28” bán kính đường cong R=350m, đi theo hướng Tây-Nam khoảng koảng hơn 500m và kết thúc tại B. Tuyến có 1 vị trí vượt sông tại KM0+504,00. Chiều dài tuyến 4640m. -Phương án Ib: Từ A đi thẳng theo hướng Tây-Nam khoảng 1963m rẽ phải góc 600 50’19” có bán kính đường cong R=700m, đi theo hướng Tây-Bắc khoảng 1028m rẽ trái góc 770 44’28” có đường cong bán kính R=350m đi thẳng khoảng khoảng 567m và kết thúc tại B. Tuyến này có 1 vị trí vượt sông tại Km0+468. Chiều dài tuyến 4758m. -Phương án IIa : Từ A đi theo hướng Tây-Bắc khoảng 1251m sau đó rẽ trái góc 63046’30” theo hướng Tây-Nam với đường cong nằm có bán kính R=500m, đi thẳng khoảng 325m rẽ phải góc 740 12’16” có bán kính đường cong R=350m. Tiếp đó đi thẳng khoảng 952m rồi rẽ trái góc 830 25’12” theo hướng Tây-Nam với đường cong nằm bán kính R=400m. Đi thẳng khoảng khoảng 850,6m và kết thúc tại B. Tuyến này có 1 vị trí vượt sông tại Km2+990, vượt một suối cạn tai Km1+580. Chiều dài tuyến 4985m. -Phương án IIb: Từ A đi theo hướng Tây-Bắc khoảng 857m sau đó rẽ trái góc 82026’12” theo hướng Tây-Nam với đường cong nằm có bán kính R=400m, đi thẳng khoảng 1635m rẽ phải góc 710 22’47” có bán kính đường cong R=300m. Tiếp đó đi thẳng khoảng 712m rồi rẽ trái góc 730 19’54” theo hướng Tây-Nam với đường cong nằm bán kính R=300m. Đi thẳng khoảng và kết thúc tại B. Tuyến này có 1 vị trí vượt sông tại Km3, vượt một suối cạn tai Km2. Chiều dài tuyến 5137m 3.6. So sánh sơ bộ chọn 2 phường án tuyến: * Đối với hướng tuyến I ta có bảng so sánh các phương án tuyến như bảng I.3.1: Bảng I.3.1. STT Chỉ tiêu so sánh Đơn vị PA Ia PA Ib 1 Chiều dài tuyến. m 4640 4758 2 Hệ số triển tuyến 1,10 1,13 3 Số đường cong nằm - 3 2 4 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất m 350 350 5 Số lượng cầu C.T 1 1 6 Số công trình thoát nước. C.T 4 5 7 Địa chất khu vực tuyến đi qua ổn định ổn định * Đối với hướng tuyến 2 ta có bảng so sánh các phương án tuyến như bảng I.3.2: Bảng I.3.2. STT Chỉ tiêu so sánh Đơn vị PA IIa PA IIb 1 Chiều dài tuyến. m 4985 5137 2 Hệ số triển tuyến 1,18 1,22 3 Số đường cong nằm - 3 3 4 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất m 350 300 5 Số lượng cầu C.T 1 1 6 Số công trình thoát nước. C.T 3 4 7 Địa chất khu vực tuyến đi qua ổn định ổn định Trong hai phương án tuyến Ia ,Ib ta nhận thấy phương án Ia có chiều dài tuyến ngắn hơn, cả 2 dều có 4 công trình thoát nước tính toán. Phương án Ia đi bám theo đường đồng mức có cao độ 160m, do đó độ dốc dọc đường đen sẽ giảm. Phương án Ib có độ dốc dọc đường den lớn hơn do tuyến có nhũng chổ lên dốc. Mặc dù tuyến có 3 đường cong nằm và gấn sông hơn nên nhờ có thêm ưu điểm la khối lượng đào đắp sẽ nhỏ do tuyến đi đều và bám đường đồng mức 160m. Qua việc phân tích các yếu tố như trên ta chọn phương án Ia để lập dự án khả thi. * Đối với hướng tuyến II ta nhận thấy rằng phương án tuyến IIa có chiều dài tuyến ngắn hơn ,bán kính đường cong nằm lớn hơn ,và vị trí vượt sông thuận lợi hơn.Ngoài ra tuyến đi sẽ có độ dốc dọc nhỏ hơn và khối lượng đào đắp nhỏ hơn Từ các đặc điểm nêu trên ta chọn hai phương án tuyến Ia và IIa để lập dự án khả thi. 3.7. Tính toán các yếu tố đường cong cho 2 phương án tuyến chọn: Sau khi đã so sánh các phương án tuyến ta chọn được hai phương án tối ưu nhất qua các đường dẫn hướng tuyến, tiến hành chọn các bán kính đường cong sao cho thích hợp với địa hình, với các yếu tố đường ở đoạn lân cận với độ dốc cho phép của cấp đường, đảm bảo đoạn thẳng chêm tối thiểu giữa hai đường cong ngược chiều có bố trí siêu cao. - Xác định điểm đầu, điểm cuối của đường cong tròn. - Xác định hướng các đường tang của đường cong, giao điểm của các đường tang là đỉnh của đường cong. - Đo góc chuyển hướng của tuyến, ký hiệu tên đỉnh các đường cong, ghi trị số bán kính lên bình đồ. + Chiều dài đường tang của đường cong : T = R.tg()(m) (I.3.2). + Phân cực của đường cong: (m) (I.3.3). + Chiều dài của đường cong: (m) (I.3.4). Trong đó: + R(m) : Bán kính của đường cong. + α(độ) : Góc chuyển hướng của tuyến. Kết quả tính toán cắm cong của hai phương án tuyến như ở bảng sau : PHƯƠNG ÁN I STT LÝTRÌNH ĐỈNH Góc chuyến hướng α R T P K Trái Phải (m) (m) (m) (m) 1 KM1+294,80 16022’11’’ 900 129,45 9,27 257,13 2 KM2+104,78 58012’32’’ 600 334,02 86,71 609,56 3 KM3+848,83 68034’28’ 350 238,64 73,61 418,90 PHƯƠNG ÁN II STT LÝTRÌNH ĐỈNH Góc chuyến hướngα R T P K Trái Phải (m) (m) (m) (m) 1 KM1+529,28 63046’30’’ 500 311,08 88,87 556,54 2 KM2+376,62 74012’16’’ 350 264,72 88,84 453,29 3 KM3+859,82 83025’12’’ 400 356,51 135,82 582,38 Chương 4 : THIẾT KẾ QUY HOẠCH THOÁT NƯỚC 4.1. RÃNH THOÁT NƯỚC: Hệ thống thoát nước đường ôtô bao gồm hàng loạt các công trình và các biện pháp kỹ thuật được xây dựng để nền đường đảm bảo không bị ẩm ướt. Các công trình này có tác dụng tập trung và thoát nước nền đường, hoặc ngăn chặn không cho nước ngấm vào phần trên của nền đất. Mục đích của việc xây dựng hệ thống thoát nước trên đường nhằm đảm bảo chế độ ẩm của nền đất luôn luôn ổn định, không gây nguy hiểm cho mặt đường. Đối với tuyến đường đang thiết kế thì những công trình của hệ thống thoát nước là những công trình thoát nước mặt nó bao gồm: - Hệ thống rãnh: rãnh dọc, rãnh đỉnh, rãnh thoát nước và rãnh tập trung nước nhằm mục đích thoát nước mặt nền đường và trong khu vực. - Hệ thống các công trình vượt dòng nước như cầu và cống. 4.1.1. Rãnh biên: Rãnh dọc được thiết kế ở tất cả các nền đường đào và diện tích khu vực hai bên dành cho các đoạn nền đường đào, nền đường nửa đào nửa đắp, nền đường đắp thấp hơn 0,6m, có thể bố trí ở một bên đường hoặc ở cả hai bên của nền đường. Kích thước của rãnh lấy theo cấu tạo mà không tính toán thủy lực. Chỉ yêu cầu tính toán khi rãnh dọc không chỉ dùng để thoát nước mặt mà còn dùng để thoát nước cho một phần đáng kể của sườn lưu vực với bề rộng đáy rãnh nhỏ nhất là 0,4m. Tiết diện và độ dốc của rãnh được xác định phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình khu vực tuyến qua : hình thang, hình tam giác hay hình máng tròn. - Tiết diện hình thang có chiều rộng đáy lòng rãnh 0,4m, chiều sâu tối đa của rãnh là 0,8m tính từ mặt đất . - Tiết diện hình tam giác thường dùng ở những nơi có điều kiện thoát nước tốt, đất đá, cứng thi công bằng máy. Với tuyến thiết kế ta chọn dùng rãnh tiết diện hình thang, kích thước rãnh như hình I.4.1 Hình I.4.1 :Rảnh thoát nước tiết diện hình thang - Độ dốc của rãnh được quy định theo điều kiện đảm bảo không lắng đọng phù sa ở đáy rãnh, thường lấy theo độ dốc dọc của đường đỏ, nhưng tối thiểu phải lớn hơn hoặc bằng 5 0/00, cá biệt có thể lấy lớn hơn hoặc bằng 30/00. Đối với rãnh có tiết diện hình thang đã chọn, khoảng 500m phải bố trí một cống cấu tạo ngang đường có đường kính nhỏ để thoát nước từ rãnh dọc chảy sang phía bên kia của nền đường. 4.1.2. Rãnh đỉnh: Rãnh đỉnh dùng để thoát nước và thu nước từ sườn lưu vực không cho nước chảy về rãnh dọc. Được bố trí ở những nơi sườn núi có độ dốc ngang khá lớn và diện tích lưu vực tụ nước lớn mà rãnh dọc không thoát kip. Tiết diện rãnh thường được dùng dạng hình thang, bề rộng đáy tối thiểu là 0,5m, bờ rãnh có ta luy 1:1,5 còn chiều sâu rãnh phải xác định từ tính toán thuỷ lực nhưng không nên quá 1,5m. Phân chia rãnh từng đoạn ngắn và dựa vào sự phân đoạn ở trên, khoanh lưu vực tụ nước trên bình đồ, xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn. Độ dốc của rãnh xác định giống như rãnh dọc imin =3÷ 5%. Đối với 2 tuyến thiết kế thì diện tích lưu vực nhỏ, độ dốc ngang sườn không quá (2,0 ÷ 10%) nên ta không cần thiết kế rãnh đỉnh. 4.2. CÔNG TRÌNH VƯỢT DÒNG NƯỚC: Tại tất cả các nơi trũng trên bình đồ, trắc dọc và có sông suối đều phải bố trí công trình thoát nước bao gồm cầu, cống v.v... Đối với cống tính toán ta chọn loại cống không áp, khẩu độ phải được chọn theo tính toán thuỷ văn. Đối với cầu cũng được chọn theo tính toán thuỷ văn và từ đó dựa vào lượng nước tính toán mà chọn ra khẩu độ cầu định hình. 4.2.1. Cống: 4.2.1.1. Xác định vị trí cống: Các vị trí cần đặt cống hoặc cầu nhỏ là những suối nhỏ, các đường tụ thuỷ. *Phương án I: Lý trình của các công trình thoát nước của phương án I được ghi ở bảng I.4.1: Bảng I.4.1. STT 1 2 3 4 Lý trình Km1+064 Km2+100 Km2+700 Km3+300 *Phương án II: Lý trình của các công trình thoát nước của phương án II được ghi ở bảng I.4.2: Bảng I.4.2. STT 1 2 3 Lý trình Km1+580 Km2+100 Km4+100 4.2.1.2. Xác định lưu vực cống: Diện tích lưu vực được xác định dựa vào bình đồ địa hình, ta khoanh từng lưu vực nước chảy về công trình theo ranh giới của các đường phân thủy, sau đó tính diện tích của từng lưu vực . Kết quả được thống kê ở bảng sau: *. Phương án I: Diện tích lưu vực cống của phương án I được xác định ở bảng I.4.3: Bảng I.4.3. Lưu vực 1 2 3 4 F(km2) 0,62 0,71 0,57 0,58 *. Phương án II: Diện tích lưu vực cống của phương án II được xác định ở bảng I.4.4: Bảng I.4.4. Lưu vực 1 2 3 F(km2) 2,21 0,29 0,09 4.2.1.3. Tính toán lưu lượng nước cực đại chảy về công trình: Xác định lưu lượng cực đại chảy về công trình theo công thức tính Qmax 22TCN 220-95 của Bộ giao thông vận tải Việt Nam được áp dụng cho sông suối không bị ảnh hưởng của thủy triều. Công thức tính có dạng: Qp = ApaHpdF (m3/s) (I.4.1). Trong đó: + F : Diện tích của lưu vực (km2). + Hp: Lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế 4% theo bảng 30 tài liệu [1], lấy vùng Nông Sơn - Quảng Nam. + α : Hệ số dòng chảy lũ lấy theo bảng 9-7 tài liệu [8] tuỳ thuộc cấp đất, lượng mưa ngày thiết kế (HP%) và diện tích lưu vực (F). + Cấp đất xác định theo bảng 9-8 tài liệu [8] ta có đất cấp IV với hàm lượng cát 45%. + Ap: Môduyn dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện δ=1,xác định theo phụ lục13,phụ thuộc vào ФLSvà τsd. tài liệu [8] + : Hệ số chiết giảm lưu lượng do đầm, ao hồ, δ =1. tài liệu [8] Trình tự tính toán: -Dựa vào tài liệu [8] xác định vùng thiết kế và lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế: Tuyến đường nối liền huyện Thăng Bình và huyện Hiệp Đức thuộc tỉnh Quảng Nam nằm ở vùng mưa XII ứng với địa danh là Nông Sơn. Có lượng mưa ngày ứng với tần suất lũ thiết kế lấy theo bảng 30 tài liệu [1], với đường cấp IV ta lấy p=4%, Tra phụ lục 15 trang 269 tài liệu [8] ta có: H4%= 501mm. Ở khu vực tuyến đi qua có đất là loại đất cấp IV, hàm lượng cát 45%. -Tính chiều dài sườn dốc lưu vực theo công thức: (m) (I.4.2). Trong đó: + l: Tổng chiều dài các suối nhánh (km). + L: Chiều dài suối chính (km). - Đối với lưu vực có 2 mái dốc B =. - Âäúi våïi læu væûc coï1 maïi däúc B = . Và trị số bsd xác định như trên nhưng thay hệ số 1,8 bằng 0,9. - Xác định đặc trưng địa mạo của sườn dốc lưu vực: Fsd = (I.4.3). Trong đó: + Isd: là độ dốc của sườn dốc lưu vực (0/00) Xác định trên địa hình. + msd: là hệ số nhám sườn dốc xác định theo bảng 9-9 tài liệu [8] Đối với lưu vực nhỏ, khi dòng chảy lũ không rõ ràng môduyn dòng chảy đỉnh lũ lấy theo phục lục 13 của tài liệu [8] ứng với Фls = 0. -. Xác định thời gian tập trung nước : Xác định thời gian tập trung nước τsd Theo phụ lục 14 của tài liệu [8] ứng với vùng mưa thiết kế và Фsd . -. Xác định hệ số đặc trưng địa mạo của lòng sông suối: FLS = (I.4.4). Trong đó:+ L: Chiều dài dòng suối chính (Km). + ILS: Độ dốc dòng suối chính tính theo(0/00). + mLS: Hệ số nhám của lòng suối xác định theo bảng 9-3 tài liệu [8] ta có mLS=9 - Xác định Ap theo ФLS và τsd , vùng mưa theo phụ lục 13 của tài liệu [8] - Xác định trị số Qmax sau khi thay các trị số trên vào công thức I.4.1 . Kết quả tính toán ghi ở phụ lục 1: 4.2.1.4. Chọn loại cống, khẩu độ cống: Chọn loại cống, khẩu độ cống theo lưu lượng Qmax dựa trên quan điểm ưu tiên chọn loại cống tròn bê tông cốt thép định hình, thi công theo kiểu lắp ghép, chế độ nước chảy không áp nhằm mục đích thoát được vật trôi dễ dàng và dự trữ được lưu lượng của công trình. Khi lưu lượng nước lớn không thể đặt cống tròn dùng phương án cống vuông để thay thế. Từ lưu lượng Qmax ta tra phụ lục 16 - 17 của tài liệu [8] , ta được Ф, H, V ứng với loại cống thường loại I, chảy không áp: Khẩu độ cống tính toán của phương án I được xác định ở bảng I.4.5: Bảng I.4.5. Stt Lý trình Qmax (m3/s) Khẩu độ cống (cm) Hd(m) V(m/s) 1 Km1+064 12,694 2Ø200 1,93 3,17 2 Km2+100 13,334 2Ø200 1,99 3,26 3 Km2+700 10,492 2Ø200 1,72 2,91 4 Km3+300 11,161 2Ø200 1,78 2,99 Có 3 cống cấu tạo Ø75 Khẩu độ cống của phương án II được xác định ở bảng I.4.6: Bảng 1.4.6. Stt Lý trình Qmax (m3/s) Khẩu độ cống (cm) Hd V(m/s) 1 Km1+580 37,853 2300 2,70 3,95 2 Km2+100 7,293 2Ø175 1,48 2,71 3 Km4+100 2,629 1Ø150 1,32 2,57 Có 5 cống cấu tạo Ø75 Kết quả tính toán cụ thể của 2 phương án ở phụ lục 1 4.2.2.Cầu: 4.2.2.1. Xác định vị trí cầu: Đối với cầu vị trí vượt sông là điểm khống chế khi vạch tuyến thường được chọn ở những nơi sông hẹp, bãi sông nhỏ, lòng sông không có nhánh, tránh bãi bồi, sông cũ và bùn lầy, lòng sông phải ổn định thẳng đều, địa chất lòng sông tốt có tầng đá cơ bản gần mặt đất, địa chất hai bên lòng sông tốt ổn định không bị trượt lở, sụt lở. 4.2.2.2. Xác định khẩu độ: Ta chọn khẩu độ cầu dựa vào chiều rộng của đoạn sông mà tại đó tuyến đi qua. Phương án I: vị trí cầu tại Km 0+504 khẩu độ cầu L = 30m, dầm BTCT dự ứng lực; Phương án II : vị trí cầu tại Km 2+990 , khẩu độ cầu L = 40m, dầm BTCT dự ứng lực; Chương 5 : THIẾT KẾ TRẮC DỌC TUYẾN 5.1. Nguyên tắc thiết kế : Sau khi chọn được hai phương án tuyến trên bản đồ đường đồng mức ta tiến hành lên trắc dọc các phương án đó tại các cọc 100m (cọc H), cọc địa hình (cọc nơi địa hình thay đổi), cọc khống chế (điểm đầu, điểm cuối nơi giao nhau, cầu, cống...). Từ đó nghiên cứu kỹ địa hình để vạch đường đỏ cho phù hợp với các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật theo các nguyên tắc cơ bản sau : - Đối với mọi cấp đường đảm bảo đường đỏ thiết kế lượn đều với độ dốc hợp lý . + Khi địa hình cho phép nên dùng các chỉ tiêu kỹ thuật cao. + Khi địa hình thật khó khăn mới sử dụng tới tiêu chuẩn giới hạn. + Khi chọn các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế cho từng đoạn tuyến phải phải so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật. - Nên tránh dùng những đoạn dốc ngược chiều khi tuyến đang liên tục lên hoặc liên tục xuống. - Đảm bảo thoát nước mặt tốt và không phải làm rãnh sâu thì nền đường đào và nền nửa đào, nửa đắp không nên thiết kế độ dốc dọc nhỏ hơn 5‰.(cá biệt 3‰) - Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật ban đầu (trong chươngII); độ dốc ; . - Đường cong đứng phải được bố trí ở những chỗ đường đỏ đổi dốc mà hiệu đại số giữa hai độ dốc : % - Đường cong đứng thiết kế dạng đường cong tròn hay dạng parabol bậc hai. - Phải đảm bảo cao độ của những điểm khống chế . - Khi vạch đường đỏ cố gắng bám sát những cao độ mong muốn để đảm bảo các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật và điều kiện thi công. Độ cao của những điểm mong muốn được xác định trên cơ sở vẽ các biểu đồ H = f (giá thành F). Định ra các chiều cao kinh tế cho từng cọc hay cho từng đoạn tuyến có địa hình giống nhau về độ dốc ngang sườn, về địa chất 5.2. Xác định các cao độ khống chế: Cao độ điểm khống chế là cao độ mà tại đó bắt buộc đường đỏ phải đi qua như cao độ điểm đầu, điểm cuối của tuyến, cao độ mặt cầu, hoặc cao độ đường đỏ phải cao hơn hoặc bằng cao độ tối thiểu như cao độ tối thiểu đắp trên cống, điểm yên ngựa, cao độ nền đường bị ngập nước hai bên, cao độ nền đường ở những nơi có mức nước ngầm cao. Các điểm khống chế trên trắc dọc cũng là những điểm nếu không đảm bảo được sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ cũng như chất lượng của công trình. Trong hai phương án tuyến các điểm khống chế cao độ như sau: - Điểm đầu tuyến A: 163,33m - Điểm cuối tuyến B : 170m. - Cao độ tối thiểu tại các cống tính toán của phương án I: Bảng I.5.1. STT 1 2 3 4 LÝ TRÌNH Km1+064 Km2+100 Km2+700 Km3+300 CAO ĐỘ MIN(m) 162,18 160,74 162,10 163,72 - Cao độ tối thiểu cống tính toán của phương án II : Bảng I.5.2. STT 1 2 3 LÝ TRÌNH Km1+580 Km2+100 Km4+100 CAO ĐỘ MIN(m) 160,44 164,20 163,08 5.3.Xác định các cao độ mong muốn : Cao độ mong muốn là những điểm làm cho Fđào = Fđắp , để làm được điều này phải lập đồ thị quan hệ giữa diện tích đào và đắp . Do khi thiết kế đường đỏ còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nên ở đây ta không xác định cụ thể điểm mong muốn mà tuỳ theo thực tế trắc dọc ta vạch đường đỏ cố gắng làm sao cho Fđào » Fđắp trong điều kiện có thể được. 5.4.Quan điểm thiết kế: Khi thiết kế đường đỏ cố gắng bám sát các điểm khống chế, thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến : độ dốc dọc lớn nhất, độ dốc dọc tối thiểu ở nền đào, bán kính của đường cong đứng, phối hợp vị trí đỉnh của đường cong đứng và đường cong nằm nhằm đảm bảo sự đều đặn của tuyến trong không gian. Tuyến thiết kế có vận tốc thiết kế 60km/h nên chấp nhận đào đắp nhiều để đảm bảo thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật và nâng cao khả năng vận doanh khai thác của tuyến sau này. Địa hình khu vực tuyến đi qua là vùng đồi nên trắc dọc cao độ tự nhiên thay đổi liên tục nên ta chọn quan điểm thiết kế đường theo phương pháp đường cắt. Khi thiết kế cần cân bằng giữa khối lượng đào và đắp để tận dụng vận chuyển dọc hoặc vận chuyển ngang từ phần nền đào sang phần nền đắp. 5.5.Thiết kế đường đỏ - lập bảng cắm cọc hai phương án : Xuất phát từ A (cao độ 163,33m) đi qua các cao độ khống chế như trên, khi qua cầu phải đi với độ dốc 0(0/00), điểm kết thúc là B (cao độ 170m) .Chiều dài và độ dốc từng đoạn chi tiết như trên trắc dọc sơ bộ. Xác định cao độ và chiều cao đào đắp đất ở các cọc. Khi vạch đường đỏ và tính toán chiều cao đào đắp ở tất cả các cọc cần xác định điểm xuyên để phục vụ cho việc tính toán khối lượng công tác sau này. Trong thiết kế trường gặp hai trường hợp: - Đường đỏ là đường thẳng thì tính điểm xuyên như sau hình I.5.2a: h2 h1 Âæåìng âoí Âæåìng âen x1 l1 Hçnh I.5.1: (m). Trong đó: + x1: Là khoảng cách tính từ cọc có chiều cao đào hay đắp là h1. + l1: Là khoảng cách giữa hai cọc (chọn hai cọc gần điểm xuyên). + h1, h2: Là chiều cao đào đắp tại hai cọc gần điểm xuyên. - Đường đỏ là đường cong đứng hình I.5.2b. x2 l2 y 0 B J h0 A Âæåìng âen Âæåìng âoí Hçnh I.5.2 (m). Trong đó: R: bán kính đường cong đứng. J: độ dốc tự nhiên mặt đất. x2: Khoảng cách từ điểm xuyên đến điểm O có độ dốc i=0 trên đường cong đứng. l2: khoảng cách giữa điểm O với một cọc chi tiết gần nhất. Từ các điều kiện nêu trên ta lập được bảng cắm cọc của hai phương án tuyến. Bảng cắm cọc hai phương án ở phụ lục 2 Chương 6 THIẾT KẾ TRẮC NGANG TÍNH KHỐI LƯỢNG ĐÀO ĐẮP 6.1. Nguyên tắc thiết kế : Nền đường là bộ phận chủ yếu của công trình đường. Nhiệm vụ của nó là đảm bảo cường độ và độ ổn định của kết cấu áo đường. Nền đường khắc phục địa hình tự nhiên tạo nên một dãi đất đủ rộng dọc theo tuyến có các tiêu chuẩn thỏa mãn cho điều kiện khai thác sau này như chế độ thủy nhiệt, độ chặt của đất nền. Vì áo đường đặt trực tiếp lên trên nền đường, chịu tác động của điều kiện tự nhiên xe cộ và chế độ thủy nhiệt. Do vậy khi thiết kế trắc ngang nền đường cần phải tuân theo các nguyên tắc sau đây : + Nền đường phải luôn luôn ổn định, kích thước và hình dáng không thay đổi khi chịu những tác động bất lợi trong quá trình khai thác. + Cường độ nền đường phải luôn ổn định, tức là cường độ không thay đổi theo thời gian dưới tác động bất lợi của thời tiết khí hậu, xe cộ. + Phải đảm bảo khoảng không gian trong đường hầm và các công trình khác trên nền đường. Khoảng không gian khống chế tối thiểu là 4,5m. Hình I.6.1:Tĩnh không của đường + Các đặc trưng mặt cắt ngang của nền đường phụ thuộc vào cấp đường và vận tốc thiết kế, ứng với sự thay đổi của địa hình địa chất thì trắc ngang có sự thay đổi hình dạng và kích thước khác nhau như nơi đào sâu, đắp cao, đường cong bán kính nhỏ. Chỉ giới xây dựng của đường bao gồm phần xe chạy, phần lề đường, dải cây xanh. Với cấp đường là cấp IV, chỉ giới xây dựng là 20m. Mặt cắt ngang đối với đường cấp IV, tốc độ thiết kế là 60km/h gồm các yếu tố sau: + Phần xe chạy: 2 x 3,5 m + Phần lề đường: 2 x 1,0 m. +Phần lề có gia cố: 2 x 0,5 m. +Lề đất: 2 x 0,5 m + Bề rộng nền đường: 9,0 m Độ dốc ngang của đường, dự kiến mặt đường cấp cao A1 (bê tông nhựa). Theo bảng 9 của tài liệu [1] , độ dốc ngang của mặt đường và lề gia cố là: 2% Độ dốc ngang của lề đất : 6%. Mái dốc ta luy, theo bảng 24 và 25 của tài liệu [1], địa chất đi qua là đất sét pha cát chiều cao đào H < 12m nên ta chọn taluy nền đào là 1:1,0 và chiều cao đắp H < 6m nên ta chọn taluy nền đắp là 1:1,5 Từ các yêu cầu trên, các dạng trắc ngang của 2 phương án như sau: + Dạng nền đường đào: Độ dốc mái ta luy là 1:1, rãnh dọc hình thang có kích thước đáy rãnh là 0,4 m, chiều sâu rãnh là 0,4 m, taluy rãnh là 1:1. + Dạng nền đắp : Độ dốc mái taluy là 1:1,5 + Dạng nền nửa đào - nửa đắp: taluy đào là 1:1, taluy đắp là 1:1,5. 6.2. Thiết kế trắc ngang điển hình: Nhìn chung tuyến đường A - B có các dạng trắc ngang cơ bản sau: Hình I.6.2:Nền đường đắp có siêu cao Hình I.6.3:Nền đường đắp thấp Hình I.6.4:Nền đường đắp thông thường Hình I.6.5:Nền đường đắp trên cống. Hình I.6.6:Nền đường đào có siêu cao. Hình I.6.7:Nền đường đào thông thường. Hình I.6.7:Nền đường nữa đào nữa đắp có siêu cao. Hình I.6.8:Nền đường thiên về đào. Hình I.6.8:Nền đường thiên về đắp. 6.3. Tính toán khối lượng đào đắp: Trong thiết kế đường ô tô phải tính được khối lượng đất nền đường để tiến hành so sánh các phương án tuyến thiết kế, để thiết kế tổ chức thi công nền đường (tính ra ca máy, số nhân công cần thiết...) Bố trí thi công cụ thể (Đất thừa: thừa bao nhiêu, đổ đi đâu; Đất thiếu:thiếu bao nhiêu, lấy ở đâu...). Để tính được giá thành, lập khái toán (thiết kế sơ bộ), lập dự toán (thiết kế kỹ thuật) công trình. Cơ sở để tính toán khối lượng đào đắp là các bản vẽ trắc dọc, trắc ngang và bình đồ địa hình. Khối lượng đào đắp được tính chính xác khi địa hình thực tế phải thống nhất với thiết kế. Để tính được khối lượng đào hoặc đắp một cách chính xác thì rất phức tạp do phải tính tích phân: (m3). (I.6.1) Trong đó: + V: Khối lượng đào hoặc đắp (m3). + F: Diện tích mặt cắt ngang nền đường biến đổi dọc theo tuyến tùy theo địa hình, cao độ đào đắp thiết kế và cấu tạo kích thước nền đường (m2). + L: Chiều dài đoạn tuyến định tính toán (m). Vì F phụ thuộc nhiều yếu tố như trên và thay đổi không theo quy luật nào. Do vậy việc áp dụng công thức trên rất khó khăn. Nên ta tính theo phương pháp gần đúng như sau: - Chia đoạn tuyến thành từng đoạn nhỏ, điểm chia là các cọc địa hình và tại các vị trí điểm xuyên. - Trong mỗi đoạn giả thiêt mặt đất là phẳng và tính khối lượng đất đào hay đắp như thể tích một lăng trụ: (m) (I.6.2) (m) (I.6.3) Trong âoï: + Vđào,Vđắp: Khối lượng đất phải đào, đắp trong đoạn. + F(1) đào, F(2) đào: Diện tích mắt cắt ngang phần đào tại đầu đoạn và cuối đoạn. + F(1) đắp, F(2) đắp: Diện tích mắt cắt ngang phần đắp tại đầu đoạn và cuối đoạn. Trên đoạn các đường cong cách tính khối lượng đất cũng như trên, cự ly giữa hai cọc trên đường cong tính theo cự ly cong ở tim đường. Trên đoạn các đường cong cách tính khối lượng đất cũng như trên, cự ly giữa hai cọc trên đường cong tính theo cự ly cong ở tim đường. Trên mỗi trắc ngang tính diện tích phần đào, phần đắp, những trắc ngang nữa đào, nữa đắp cũng tính riêng diện tích phần đào, phần đắp. Khối lượng rãnh biên tính luôn vào diện tích phần đào. Trên đoạn các đường cong cách tính khối lượng đất cũng như trên, cự ly giữa hai cọc trên đường cong tính theo cự ly cong ở tim đường Khối lượng đất đào đắp của toàn tuyến (hay đoạn tuyến) là tổng khối lượng của từng đoạn nhỏ đã tính. (m3) (I.6.4) Sau đây là công thức tính Fđào, Fđắp theo phương pháp gần đúng. Ta có các dạng trắc ngang như sau: b = 4,5m , a = 1,2m ,m = 1,5 , n = 1 ,H : chiều cao đào hoặc đắp . 6.3.1. Khi H = Htn - Htk ≥ 0 nền thiên về đào: d t 1,5t 1 n 1 k m 1 nd a b x H Hình I.6.10: Nền đường dạng nữa đào nữa đắp * Dạng 1 :Khi KH ≤ b: nền có dạng nửa đào - nửa đắp (hình I.6.10) Diện tích rãnh (m2) = F0 Ta có: Þ ; Với b = 4,5 m ; a = 1,2 ; m = 1,5; n = 1; F0 = 0,32 m2. 1 : K = is : độ dốc ngang sườn Þ (m2) Þ(m2) * Dạng 2 : Khi b<KH < b+a nền đường có dạng như hình I.6.11: Hình I.6.11. Nền đường đào chữ L Þ (m2) Þ * Dạng 3: Khi K.H > b + a :Dạng đào hoàn toàn có 2 rãnh biên(hình I.6.12) ; Hình I.6.12 :Nền đường đào hoàn toàn * Dạng 4 :Khi K = nền đường có dạng như hình I.6.13: Hình I.6.13: Dạng nền đường đào có k = ¥ Fđào = 2F0 + 2.(5,7 + H).H - H2 (m2) Fđắp = 0. 6.3.2. Khi H = Htn - Htk < 0 nền đường thiên về đắp: * Dạng 5 :Khi ‌‌‌|K.H| < b = 4,5 nền đường có dạng như hình I.6.14: Hình I.6.14 :Nền đường thiên về đắp Fđào = 0,32 + Fđắp = * Dạng 6 : Khi |K.H|≥ b = 4,5 nền đường có dạng như hình I.6.15: Hình I.6.15 :Nền đường đắp hoàn toàn * Dạng 7 : Khi b <|KH| < b+a nền đường có dạng như hình I.6.16 Hình I.6.16 :Nền đường đắp hoàn toàn Fđào = 0 Fđắp = 2.(4,5 + 3H) - 1,5H2 (m2) * Dạng 8 :Khi nền đường có dạng như hình I.6.17: Hình I.6.17 :Nền đường đắp hoàn toàn có rãnh biên 1 bên .. Khối lượng đào đắp cho các phương án: Khối lượng đào đắp của các phương tuyến xem phụ lục 3. * Khối lượng đào đắp phương án I: + Khối lượng đất đào: Vđào = 29005,61 (m3). + Khối lượng đất đắp: Vđắp = 43523,24(m3). *Khối lượng đào đắp phương án II: + Khối lượng đất đào: Vđào = 21071,36 (m3). + Khối lượng đất đắp: Vđắp = 50643,20(m3). Chương 7: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Áo đường mềm là một kết cấu nhiều lớp. Chọn lựa và bố trí các lớp kết cấu một cách hợp lý để tạo được một hệ kết cấu nền mặt đường vừa có thể chịu được tải trọng xe chạy và tác dụng của các yếu tố môi trường, vừa có thể phát huy đầy đủ khả năng lớn nhất của các tầng lớp lại vừa hợp lý về mặt kinh tế. Vấn đề này chính là một nội dung quan trọng của việc thiết kế kết cấu mặt đường và cũng là tất yếu phải giải quyết trước tiên đó là việc thiết kết cấu tạo các lớp áo đường và tính toán chiều dày của các lớp áo đường dựa trên tiêu chuẩn 22TCN 211-06, sau đó so sánh lựa chọn kết cấu áo đường cũng như việc chọn phương án đầu tư thích hợp. 7.1.Quy trình tính toán, tải trọng tính toán: 7.1.1.Quy trình tính toán: Áo đường mềm được tính toán thiết kế theo quy trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06 7.1.2.Tải trọng tính toán: Tải trọng trục tiêu chuẩn (trục đơn): P=100 (KN). Áp lực tính toán của bánh xe lên mặt đường : p=0,6 (MPa). Đường kính vệt bánh xe tương đương:D= 33 cm. 7.2.Xác định số trục xe tính toán: Lưu lượng xe chạy tính toán là số ôtô được quy đổi về loại ô tô có tải trọng tính toán tiêu chuẩn thông qua mặt cắt ngang của đường trong một ngày đêm trên làn xe nặng nhất, chịu đựng lớn nhất ở cuối thời kỳ khai thác tính toán của áo đường. - Theo số liệu đã cho: N0 = 500 xcqđ/ngđ. Trong đó thành phần dòng xe như sau: + Xe con: 15% + Xe tải nhẹ: 29% + Xe tải trung: 47% + Xe tải nặng: 9% Hệ số tăng trưởng xe hàng năm: q = 10%. Lưu lượng xe hỗn hợp ở năm thứ t: (I.7.1) Trong đó: + ai : hệ sô quy đổi loại xe i về xe con (tra bảng 2 tài liệu TCVN 4054-2005). Bảng I.7.1 Loại xe Xe con Tải nhẹ Tải trung Tải nặng ai 1 2 2 2,5 + ki : thành phần phần trăm của xe i trong dòng xe hỗn hợp. Lưu lượng xe chạy hổn hợp tính toán ở năm đầu tiên được xác định (xe/ngđ) + Xe con: (xe/ngđ). + Xe tải nhẹ: (xe/ngđ). + Xe tải trung: (xe/ngđ). + Xe tải nặng: (xe/ngđ). Căn cứ vào lưu lượng xe ở năm đầu tiên công trình được đưa vào khai thác ta tính toán lưu lượng xe chạy ở các năm cần thiết: Bảng I.7.2 Năm tính toán Lưu lượng xe hổn hợp năm thứ nhất Lưu lượng xe hổn hợp năm tính toán Xe con Xe tải nhẹ Xe tải trung Xe tải nặng 1 263,85 263,85 39,58 76,52 124,01 23,75 4 263,85 351,18 52,68 101,84 165,05 31,61 5 263,85 386,30 57,95 112,03 181,56 34,77 8 263,85 514,17 77,13 149,11 241,66 46,28 10 263,85 622,14 93,32 180,42 292,41 55,99 15 263,85 1002 150,3 290,57 470,93 90,18 Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 KN N= (I.7.2) Trong đó :+C1=1+1,2(m-1);với m là số trục của cụm trục i +C2=6,4 cho các trục trước và trục sau mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh;C2=1 cho các cụm bánh đôi +ni là số lần tác dụng của của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục Pi cần được quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt Bảng tính trục xe quy đổi về trục tính toán năm 15 Bảng I.7.3 Loại xe PI(KN) C1 C2 nI(xe/ngđ) C1. C2. nI.(Pi/Ptt)4,4(trục/ngđ) Tải nặng Trục trước 25,4 1 6,4 90,18 18 Trục sau 90 2,2 1 90,18 125 Tải trung Trục trước 25,8 1 6,4 470,93 8 Trục sau 69,6 1 1 470,93 96 Tải nhẹ Trục trước 18 1 6,4 290,57 Trục sau 56 1 1 290,57 23 Vậy tổng số trục xe quy đổi về trục tính toán năm thứ 15là 270 trục/ngđ.2chiều -Số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên 1 làn xe: Ntt =N.fl Vì đường thiết kế là đường cấpIV có hai làn xe không có dải phân cách =>fl =0,55 Khi đó Ntt=270.0,55=148,5 (trục/làn.ngđ ) -Số trục xe tiêu chuẩn tích luỷ trong thời hạn tính toán là 15 năm +Kết cấu mặt đường : Ne==0,45.106 (trục) Bảng tính trục xe quy đổi về trục tính toán năm 10 Bảng I.7.4 Loại xe PI(KN) C1 C2 nI(xe/ngđ) C1. C2. nI.(Pi/Ptt)4,4(trục/ngđ) Tải nặng Trục trước 25,4 1 6,4 55,99 12 Trục sau 90 2,2 1 55,99 78 Tải trung Trục trước 25,8 1 6,4 292,41 5 Trục sau 69,6 1 1 292,41 60 Tải nhẹ Trục trước 18 1 6,4 180,42 Trục sau 56 1 1 180,42 15 Vậy tổng số trục xe quy đổi về trục tính toán năm thứ 10 là 170 trục/ngđ.2chiều -Số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên 1 làn xe: Ntt =N.fl Vì đường thiết kế là đường cấpIV có hai làn xe không có dải phân cách =>fl =0,55 Khi đó Ntt=170.0,55=93,5 (trục/làn.ngđ ) -Số trục xe tiêu chuẩn tích luỷ trong thời hạn tính toán 10 năm Ne==0,23.106 (trục) 7.3.Xác định môđun đàn hồi yêu cầu: Đối với tuyến thiết kế là đường cấp IV đồng bằng :Theo bảng 3-5 của TCN211-06 + Áo đường cấp cao thứ yếu A2 có = 100(MPa) + Áo đường lề đường cấp cao thứ yếu A2 có = 80(MPa) + Áo đường cấp cao chủ yếu A1 có = 130 (MPa) + Áo đường lề đường cấp cao thứ yếu A1 có = 110(MPa) Từ số trục xe chạy tính toán (xe/làn.ngày đêm) tra bảng 3-4 của tài liệu [3] được các giá trị mô đun đàn hồi tính toán () tương ứng của các loại mặt đường Bảng I.7.5 Năm tính toán Số trục xe(trục/làn/ngđ) Loại áo đường (MPa) 10 93,5 A2 121 15 148,5 A1 154 Các trị số Eyc tương ứng với số trục xe chay tính toán đều lớn hơn nên ta chọn Eyc để tính toán thiết kế kết cấu áo đường. Từ số trục xe chạy tính toán (xe/làn.ngày đêm) bằng 50% số trục xe tính toán của mặt đường tra bảng 3-4 của 22TCN 211-06 được các giá trị mô đun đàn hồi tính toán () tương ứng của các loại lề đường Bảng 1.7.6 Năm tính toán Số trục xe(trục/làn/ngđ) Loại áo đường (MPa) 10 46,75 A2 108 15 74,25 A1 140 7.4.Xác định phân kỳ đầu tư : Hiện nay do nguồn vốn đầu tư cho các ngành xây dựng cơ bản còn hạn hẹp mặt khác các công trình xây dựng giao thông đang cần được đầu tư xây dựng nhiều nên việc tập trung vốn vào một lúc là rất khó khăn. Mặt khác để tận dụng hết khả năng làm việc của vật liệu và để khắc phục hiện tượng trên ta có thể xét phân kỳ đầu tư công trình theo từng giai đọan. Việc đầu tư xây dựng phân kỳ theo từng giai đoạn sẽ đáp ứng được cường độ xe chạy trên tuyến tăng dần theo thời gian và khả năng thông xe cũng như Eyc của kết cấu áo đường trong thời kỳ sử dụng. Đối với đường cấp cao chủ yếu A1 ta có thể phân kỳ đầu tư thành hai giai đoạn, làm ngay một lần lớp móng và phân kỳ xây dựng lớp mặt bằng nhựa. Dựa vào thời hạn thiết kế qui định của mặt đường cấp cao chủ yếu A2 là 10 đến 12 năm. Từ đó ta chọn năm thứ 10 là năm đầu tư phân kỳ (vì đây là năm trung tu lần thứ hai của mặt đường A2 có lớp mặt trên là bêtông nhựa loại II). 7.5.Xác định các điều kiện cung cấp vật liệu, bán thành phẩm và cấu kiện: - Đất đắp nền đường điều phối đất từ nền đào sang đắp ở nền đắp, nếu thiếu lấy đất từ thùng đấu hoặc mỏ để đắp. - Đá các loại, cấp phối đá dăm lấy tại mỏ đá (cự ly trung bình khoảng 3Km). - Cát lấy tại điểm khai thác tại sông Thu Bồn (cự ly trung bình 10Km). - Xi măng, sắt thép lấy tại các đại lý vật tư ở thị trấn Hà Lam (cự ly vận chuyển trung bình 5km). - Bê tông nhựa nóng lấy ở trạm trộn bê tông nhựa Bình An Thăng Bình (cự ly trung bình 7km). - Các bán thành phẩm và cấu kiện đúc sẵn, lấy tại xí nghiệp đúc bê tông li tâm trực thuộc Công ty QL&SC Đường Bộ Quảng Nam, cách chân công trình 18km. Năng lực sản xuất của xí nghiệp đáp ứng đầy đủ về số lượng, chất lượng theo yêu cầu đặt ra. Tất cả các loại vật tư, vật liệu, các bán thành phẩm và cấu kiện đúc sẵn phục vụ công tác thi công đều đáp ứng được đầy đủ về số lượng và chất lượng, chủng loại yêu cầu. Trước khi thi công đều được kiểm tra, thí nghiệm thành phần, các chỉ tiêu cơ lý ... nếu đạt yêu cầu mới được đem vào sử dụng. 7.6.Xác định các điều kiện thi công: Các đơn vị thi công trong khu vực có đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ năng lực, kinh nghiệm, nhiệt huyết trong công tác, đã từng tham gia chỉ đạo thi công nhiều công trình quan trọng và có quy mô lớn. Đội ngũ công nhân lành nghề được tham gia thi công nhiều công trình tương tự đạt chất lượng cao. Ngoài ra các đơn vị thi công có đầy đủ các loại máy móc, trang thiết bị phục vụ thi công góp phần nâng cao năng suất rút ngắn thời gian thi công, đảm bảo hoàn thành công trình đúng tiến độ và đạt chất lượng. Những điều kiện thuận lợi trên là rất cơ bản để xây dựng tuyến đường. 7.7.Quan điểm cấu tạo - thiết kế: - Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường. Tức là phải sử dụng các biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ đất nền, tạo điều kiện để nền đất tham gia chịu lực cùng với kết cấu áo đường đến mức tối đa, đồng thời phải sử dụng các biện pháp tổng hợp khác nhau để hạn chế tác dụng của nhiệt và ẩm đến cường độ và độ bền của mỗi tầng, lớp trong kết cấu áo đường. - Cấu tạo lớp mặt và trong một số trường hợp còn có lớp bảo vệ trên lớp mặt nhằm hạn chế tác hại của ngoại lực đến lớp chịu lực chủ yếu của tầng mặt. - Phải chú ý sử dụng tối đa các vật liệu tại chổ, phế thải công nghiệp. Đồng thời phải chú ý vận dụng các kinh nghiệm về xây dựng và khai thác áo đường trong từng điều kiện cụ thể của từng địa phương. - Phải phù hợp với khả năng thi công thực tế, tăng nhanh tốc độ dây chuyền thi công, cơ giới hóa, công nghiêp hóa trong quá trình xây dựng áo đường, góp phần giảm giá thành xây dựng. - Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư trong thiết kế cấu tạo áo đường, dự tính biện pháp tăng cường bề dày, thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường để phù hợp với lưu lượng xe chạy tăng dần theo thời gian. - Kết cấu nên được phân chia thành nhiều tầng lớp để phù hợp với điều kiện chịu lựcvà tận dụng vật liệu rẽ tiền để làm lớp dưới . - Chiều dày của mỗi lớp vật liệu không nhỏ hơn chiều dày tối thiểu để thi công dể dàng và vật liệu không bị gãy vỡ cục bộ trong quá trình lu lèn và chịu tải trọng sau này * Dựa vào năng lực của đội ngũ cán bộ kỹ thuật và thiết bị máy móc hiện có của đơn vị thi công, đồng thời có lợi thế là ở gần trạm trộn bêtông nhựa như trên nên ta kiến nghị ưu tiên chọn lớp mặt là lớp bêtông nhựa. 7.8.Đề xuất các phương án cấu tạo kết cấu áo đường: 7.8.1.Phương án đầu tư xây dựng một lần: Phương án đầu tư xây dựng một lần có thời gian đại tu là 15 năm. Kết cấu áo đường là loại cấp cao chủ yếu A1 gồm các loại sau: 7.8.1.1: Đề xuất các phương án: * Phương án Ia : -Kết cấu mặt đường và lề gia cố: * Phương án Ib : -Kết cấu mặt đường và lề gia cố: * Phương án Ic : -Kết cấu mặt đường và lề gia cố: 7.8.1.2: Phân tích cácđiều kiện chọn phương án: *Kết cấu lớp mặt: Kết cấu lớp mặt như sau: - Bêtông nhựa : * Ưu điểm: + Cường độ cao, có khả năng chịu nén, kéo và chịu cắt đều tốt, ở trạng thái bất lợi nhiệt độ cao môđun đàn hồi Eđh = 120220 (MPa). Đặc biệt chịu lực ngang rất tốt và hạn chế gây bong bật của bánh xe do có chất atphan. + Mặt đường sử dụng vật liệu theo nguyên lý cấp phối, do đó kết cấu mặt đường đặc chắc kín nước hạn chế nước thấm xuống nền đường. + Mặt đường dễ tạo phẳng, độ cứng không quá lớn cho phép xe chạy với tốc độ cao mà vẫn êm thuận, ít gây tiếng ồn. + Mặt đường có độ bào mòn nhỏ, ít sinh bụi. +Tuyến đường đang thiết kế nằm gần trạm trộn bêtông nhựa Bình An Thăng Bình cách chân công trình khoảng 10Km nên việc cung cấp vật liệu bêtông nhựa cho công trình là rất thuận lợi. + Các đơn vị thi công trong khu vực có một đội ngũ cán bộ kỹ thuật năng lực, các trang thiết bị máy móc đầy đủ nhằm phục vụ cho việc thi công mặt đường bêtông nhựa, do đó có khả năng cơ giới hóa hầu hết các thao tác trong thi công, góp phần đẩy nhanh tiến độ thi công, nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng. *Nhược điểm: +Mặt đường có màu sẩm khó định hướng xe chạy về ban đêm +Cường độ giảm khi nhiệt độ cao +Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường giảm khi mặt đường bị ẩm ướt +Mặt đường bị hoá già dưới tác dụng của thời gian tải trọng và các yếu tố bất lợi của khí hậu thời tiết *Kết cấu lớp móng: Kết cấu lớp móng áo đường gồm các loại sau: - Cấp phối đá dăm loại I Dmax25. - Cấp phối đá dăm loại I Dmax37,5. - Cấp phối đá dăm loại II Dax37,5. -Cấp phối đá dăm gia cố ximăng 4% -Cát gia cố ximăng 8% -Cấp phối đá dăm: *Ưu điểm: +Kết cấu chặt kín,cường độ cao (Eđh=200-300Mpa) +Sử dụng được vật liệu địa phương +Thi công đơn giản , có thể cơ giới hoá toàn bộ khâu thi công +Tương đối ổn định nước giá thành hợp lý *Nhược điểm: +Công lu lèn lớn +Hao mòn ,sinh bụi nhiều khi khô hanh + Cường độ giảm nhiều khi bị ẩm ướt -Các loại móng áo đường gia cố các chất vô cơ như đá gia cố chất liên kết vô cơ, đất gia cố vôi và cát gia cố ximăng yêu cầu về thời gian bảo dưỡng dài trong quá trình thi công Cấp phối đá dăm có cường độ cao hơn cấp phối tiêu chuẩn, là một cấp phối liên tục, ổn định nước hơn vì thành phần hạt mịn là bột đá ít hút nước, ngoài ra công nghệ thi công được tiêu chuẩn hóa, cơ giới hóa cao. Trong khu vực có mỏ đá của địa phương đã đựơc kiểm tra chất lượng đảm bảo có khả năng cung cấp các loại cấp phối đá dăm cho công trình, do đó chọn cấp phối đá dăm làm lớp móng cho kết cấu áo đường. - Lớp trên: Cấp phối đá dăm loại I Dmax25 - Lớp dưới: Cấp phối đá dăm loại I Dmax37,5 cấp phối đá dăm loại II Dmax37,5 -Các loại móng áo đường gia cố chất kết dính vô cơ: *Ưu điểm: +Cường độ cao :có cường độ chịu nén cao ,có khả năng chịu kéo khi uốn +Ổn định nước và nhiệt :cường độ hầu như không giảm khi độ ẩm và nhiệt độ mặt đường thay đổi +Có thể cơ giới hoá toàn bộ khâu thi công * Nhược điểm: +Chịu tải trọng động kém +Yêu cầu phải có thiết bị chuyên dụng +Khống chế thời giant hi công(không quá 2 giờ) +Không thông xe được ngay sau khi thi công =>Từ các đặc điểm nêu trên chọn kết cấu áo đường cho phương án đầu tư xây dựng một lần là phương án Ia 7.8.2.Phương án đầu tư xây dựng phân kỳ : 7.8.2.1.Kết cấu cho 10 năm đầu:(Cấp cao A2) * Phương án IIa : -Kết cấu mặt đường và lề gia cố *Phương án IIb : -Kết cấu mặt đường và lề gia cố * Phương án IIc : -Kết cấu mặt đường và lề gia cố *Kết cấu cho 10 năm đầu: Kết cấu lớp mặt gồm: - Bêtông nhựa chặt loại II Dmax 20 Từ các đặc điểm nêu ở phần trên, chọn kết cấu áo đường cho10 năm đầu là phương án IIa 7.8.2.2.Kết cấu cho 5 năm sau (Cấp cao A1): Kết cấu cho 5 năm sau được nâng cấp từ mặt đường cấp thấp A2 lên mặt đường cấp cao A1. Thời điểm này lưu lượng xe tăng lên, để đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu áo đường đồng thời để thuận lợi cho thi công, tiết kiệm vật liệu ta chọn kết cấu như sau Kết cấu mặt đường và lề gia cố 7.9.Xác định các thông số tính toán của nền đường và các lớp mặt đường: 7.9.1.Môđun tính toán của đất nền đường : Đất nền sau khi thi công xong lớp đáy móng dày 80cm đạt được yêu cầu sau -30cm trên cùng đảm bảo sức chịu tải CBR =6 -50 cm tiếp theo đảm bảo sức chịu tải CBR =4 Đất nền đường của tuyến là loại đất á sét lẫn sỏi sạn, có độ ẩm tương đối tính toán : W/Wnh = 0,6. tra bảng B-3 tài liệu [ 3] có môđun đàn hồi đất nền E0 = 57 MPa , Lực dính C = 0,032 MPa, góc ma sát trong φ = 240. 7. 9.2. Môđun đàn hồi tính toán của các lớp mặt đường: Các đặc trưng tính toán của bê tông nhựa phải xác định tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nhiệt độ tính toán của bêtông nhựa : -Khi tính điều kiện chịu kéo khi uốn : t = 100C -Khi tính theo điều kiện độ võng đàn hồi: t = 300C -Khi tính toán điều kiện ổn định trượt : t = 600C Bảng I.7.7. STT VẬT LIỆU E (MPa) Ru C φ VÕNG UỐN TRƯỢT MPa MPa (độ) 1 BTNC loại I Dmax20 420 1800 300 2,8 - 2 BTNC loại I Dmax25 350 1600 250 2,0 - 3 BTNR Dmax25 320 1200 250 1,6 - 4 BTNC loại II Dmax20 280 1200 200 1,2 - 5 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 - - - - - 6 Cấp phối đá dăm loạiI Dmax 37,5 300 - - - - - 7 Cấp phối đá dăm loại II Dmax 37,5 250 - - - - - 5 CPÂD gia cäú Ximàng 4% 4000 6 - 8 Đất nền á sét lẫn sỏi sạn 57 - - - 0,032 24 7.10.Tính toán Ech của các phương án kết cấu áo đường - so sánh với Eyc: Vì kết cấu áo đường đã đề xuất gồm các lớp vật liệu với bề dày giả thiết nên tính Ech của cả kết cấu rồi so sánh với Eyc ở cuối thời kỳ khai thác của mỗi loại áo đường. Nếu Ech>.Eyc thì kết cấu thoả mãn về điều kiện độ võng cho phép. Trong đó : :Hệ số cường độ về độ võng đựơc chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy Đường cấp IV đồng bằng 2 làn xe theo bảng 3-3 tài liệu [3]chọn độ tin cậy bằng 0,90 do đó theo bảng 3-2 tài liệu [3] ta có =1,10 Để tiện cho việc sử dụng toán đồ đã được lập sẵn, ta phải chuyển nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi lần lượt các lớp kết cấu áo đường hai lớp một từ dưới lên. Từ đó ta sẽ xác định được ETB của các lớp mặt đường. Cách xác định chiều dày và ETB của lớp vật liệu qui đổi từ 2 lớp về 1 lớp như sau :(hình 1.7.3): Ta có : H = h1 + h2 (I.7.3). Trong đó: ; với + h1, h2 : Là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường + E1, E2 : Là môđun đàn hồi lớp trên và dưới của vật liệu. Sau khi qui đổi nhiều lớp vật liệu áo đường về một lớp thì cần nhân thêm Etb với hệ số điều chỉnh β xác định theo công thức = b.Etb’ H : chiều dày toàn bộ áo đường (cm) D : đường kính vệt bánh xe tương đương (D = 33cm) 7.10.1Các phương án đầu tư 1 lần : * Phương án Ia : -Kết cấu mặt đường và lề gia cố: Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) Etb’(MPa) Cấp phối đá dăm loại II Dmax 37,5 250 15 15 250 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1,2 15 1 15 274,241 BTNchặt loại I Dmax 25 350 1,2763 7 0,4667 37 297,018 BTNchặt loại I Dmax 20 420 1,4141 5 0,1351 42 310,194 Tỷ số ; trị số Etb’ của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(1,273)0,12=1,147 Vậy : ETB = Etb’ x β = 310,194 x 1,147 = 355,70(MPa). Dùng toán đồ hình 3-1 của tài liệu [3] - Xác định môduyn đàn hồi chung của mặt đường Từ các tỷ số: Ech = 0,485 x ETB = 0,485x 355,70 = 172,51 MPa. Khi đó : +Kết cấu mặt đường có .Eyc=1,10.154=169,4 MPa +Kết cấu lề gia cố có .Eyc=1,10.140=154 MPa Do Eyc của lề gia cố gần bằng với giá trị tính toán của lề gia cố và để đơn giản cho thi công ta chọn kết cầu lề gia cố cùng bề dày và kết cấu như mặt đừờng =>Ech > :.Eyc nên kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép. 7.10.2:Các phương án đầu tư phân kỳ : 7.10.2.1.Kết cấu cho 10năm đầu: *Phương án IIa: -Kết cấu mặt đường và lề gia cố Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại I Dmax 37,5 300 17 17 300 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1 15 0,8824 32 300 BTNchặt loại II Dmax 20 280 0,9333 8 0,25 40 295,926 Tỷ số ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(1,212)0,12=1,140 Vậy : ETB = Etb’ x β = 295,926 x 1,140= 337,356(MPa). Dùng toán đồ hình 3-1 của tài liệu [3]- Xác định môduyn đàn hồi chung của mặt đường Từ các tỷ số: Ech = 0,49 x ETB = 0,49x 337,356 = 165,304 MPa. +Kết cấu mặt đường có .Eyc=1,10.121=133,1 MPa +Kết cấu lề gia cố có .Eyc=1,10.108=118,8 MPa Do Eyc của lề gia cố gần bằng với giá trị tính toán của lề gia cố và để đơn giản cho thi công ta chọn kết cầu lề gia cố cùng bề dày và kết cấu như mặt đừờng =>Ech > :.Eyc nên kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép. 7.10.2.2.Kết cấu cho 5 năm sau: Kết cấu mặt đường và lề gia cố Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 15 15 300 BTNR Dmax 25 320 1,0667 7 0,4667 22 306,27 BTNchặt loại I Dmax 20 420 1,3713 5 0,2273 27 325,548 Tỷ số ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(0,818)0,12=1,087 Vậy : ETB = Etb’ x β = 325,548 x 1,087= 354,03(MPa). Mặt đường A2 sau 10 năm khai thác môđun đàn hồi còn lại là E0=0,90. 165,304 =148,77 MPa Dùng toán đồ hình 3-1 của tài liệu [3] - Xác định môduyn đàn hồi chung của mặt đường. Từ các tỷ số: Ech’ = 0,65x ETB = 0,65x 354,03 = 230,12 MPa. +Kết cấu mặt đường có .Eyc=1,10.154=169,4 MPa +Kết cấu lề gia cố có .Eyc=1,10.140=154 MPa Do Eyc của lề gia cố gần bằng với giá trị tính toán của lề gia cố và để đơn giản cho thi công ta chọn kết cầu lề gia cố cùng bề dày và kết cấu như mặt đừờng =>Ech’ > :.Eyc nên kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi 7.11.Tính toán kiểm tra theo tiêu chuẩn ứng suất gây trượt trong các lớp vật liệu kém dính và trong nền đất: Để đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong n ền đất dưới áo đường và trong các lớp kém dính nào của áo đường,phải thoả mãn điều kiện Tax+Tav≤ (I.7.4) Trong đó : +Tax: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa). +Tav: ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa) + là cường độ về chịu cắt trượt được chọn tuỳ thuộc và độ tin cậy thiết kế .Theo bảng 3-7 tài liệu [3] tương ứng độ tin cậy 0,90 là =0,94 +Ctt:Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm độ chặt tính toán *Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất . +Việc xác định Tax đựợc thực hiện thông qua việc xác định Tax/p (biết p sẽ tính được Tax) theo toán đồ hình 3-2 tài liệu [3] (khi H/D=0÷2,0)hoặc toán đồ hình 3-3 (khiH/D=0÷0,4) Các toán đồ này được lập theo sơ đồ tính toán hệ hai lớp có sự làm việc đồng thời giữa các lớp áo đường phía trên và nền đất phía dưới với hệ số Poisson μ1=0,25 đối vật liệu áo đường và μ2=0,35 đối với nền đất ,trong đ ó th ể hiện mối quan hệ giữa tỉ số H/D(bề dày tương đối của áo đường )tỷ số mô đun đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới E1/E2 với tỷ số Tax/p đối với các trường hợp góc ma sát trong của nền đất φ khác nhau.Trình tự xác định Tax/p được chỉ dẩn bằng các mủi tên trên tán đồ và lưu ý cũng phải chọn φ ở trạng thái tính toán bất lợi +Khi kiểm tra trược trong nền đất dưới áo đường để áp dụng toán đồ Tax phải đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp ;lúc này trị số Etb tính được đóng vai trò E1và trị số mô đun đàn hồi của nền đất E0 đóng vai trò của E2 phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi Ech ở trên mặt lớp đó (trong khi C và φ vẫn dùng trị số tính toán của lớp đó ),còn trị số E1 phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi trung bình Etb của các lớp nằm trên nó *Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân Tav Xác định Tav được thực hiện với toán đồ hình 3-4 tuỳ thuộc vào bề dày tổng cộng H của các lớp nằm trên lớp tính toán và trị số ma sát trong φ của đất hoặc vật liệu lớp đó. *Xác định trị số lực dính tính toán Ctt Trị số lực dính Ctt được xác định theo biểu thức : Ctt =K1.K2.K3 ; (I.7.5) Trong đó : +C:lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm tương ứng với độ chặt và độ ẩm tính toán (MPa) +K1 :Hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trược khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động .Với kết cấu áo đường phần xe chạy thì lấy K1=0,6;với kết cấu áo lề gia cố thì K1 =0,9. +K2 :hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu ;các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn ,do vậy K2 được xác định tuỳ thuộc vào số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngày đêm như ở bảng 3-8 tài liệu [3] +K3 :hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trược của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẩu thử :ngoài ra hệ số này để xét đến sự khác biệt về điều kiện tiếp xúc thực tế giữua các lớp kết cấu áo đường với nền đất so với điều kiện xem như chúng dính chặt khi áp dụng toán đồ hình 3-2và 3-3 tài liệu [3] cho cả trường hợp nền đất là đất kém dính .Cụ thể K3 được xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụngcủa nền đường như dưới đây : -Đối với các loại đất dính(sét , á sét , á cát ) K3 =1,5 -Đối với các loại đất cát nhỏ K3 =3,0 -Đối với các loại đất cát trung K3 =6,0 -Đối với các loại đất cát thô K3 =7,0 7.11.1.Kiểm tra nền đất theo tiêu chuẩn đảm bảo không trượt: 7.11.1.1 Phương án đầu tư 1 lần: Phương án Ia: -Kết cấu mặt đường và lề gia cố: Bảng I.7.11 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại II Dmax 37,5 250 15 15 250 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1,2 15 1 30 274,24 BTNchặt loại I Dmax 25 250 0,9116 7 0,2333 37 269,54 BTNchặt loại I Dmax 20 300 1,113 5 0,1351 42 273,05 Tỷ số ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(1,273)0,12=1,147 Vậy : ETB = Etb’ x β = 273,05 x 1,147 = 313,11(MPa). Từ các số liệu Tra toán đồ có : P = 0,6 MPa :áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường => Tax = 0,0192 (MPa.) Từ H = 42cm, φ = 240 tra toán đồ H .3-4 xác định được Tav= -0,0008 (MPa.) Ứng suất cắt hoạt động trong đất là : Tax+Tav=0,0192-0.0008=0,0184( MPa) Lực dính tính toán của nền đất:Ctt=C.K1.K2K3 +K1=0,6 Theo tài liệu [3] +K2=0,8 do số trục tính toán <1000 (trục/ngày đêm /làn) +K3=1,5 do đất nền là đất á sét +C=0,032 :lực dính của đất nền =>Ctt =0,032.0,6.0,8.1,5=0,02304 (MPa) Hệ số cường độ về chịu cắt trược =0,94 tưong ứng với độ tin cậy đã chọn ở trên =>=0,0245 > Tax+Tav=0,0184 ( MPa) Thoả điều kiện trược 7.11.1.2.Phương án đầu tư phân kỳ: Phương án IIa:Kết cấu 10 năm đầu -Kết cấu mặt đường: Bảng I.7.12 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại I Dmax 37,5 300 17 17 300 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1 15 0,8824 32 300 BTNchặt loại II Dmax 20 200 0,6667 8 0,25 40 277,81 Tỷ số ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(1,2120,12=1,14 Vậy : ETB = Etb’ x β = 277,81 x 1,14= 316,71(MPa). Từ các số liệu Tra toán đồ có : P = 0,6 MPa :áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường => Tax = 0,0204(MPa.) Từ H = 42cm, φ = 240 tra toán đồ H .3-4 xác định được Tav= -0,0008 (MPa.) Ứng suất cắt hoạt động trong đất là : Tax+Tav=0,0294-0,0006=0,0196( MPa) Lực dính tính toán của nền đất:Ctt=C.K1.K2K3 +K1=0,6 Theo TCN211-06 +K2=1 do số trục tính toán <100 (trục/ngày đêm /làn) +K3=1,5 do đất nền là đất á sét +C=0,032 :lực dính của đất nền =>Ctt =0,032.0,6.1,0.1,5=0,0288 (MPa) Hệ số cường độ về chịu cắt trược =0,94 tưong ứng với độ tin cậy đã chọn ở trên =>=0,031 > Tax+Tav=0,0196 (MPa) 7.11.2.Kiểm tra điều kiện trượt của bêtông nhựa so với móng: Để đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong nền đất dưới áo đường và trong các lớp kém dính kết nào của áo đường, phải thỏa mãn điều kiện sau : τax+ τav≤K’.c (1.7.6) Trong đó: + τax : ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe chạy gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (Mpa). + τav: ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của các lớp vật liệu nằm trên lớp tính toán gây ra (Mpa). + c:lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính ở trạng thái tính toán, xác định theo phụ lục II của [4]. + K’ :hệ số tổng hợp xét đến đặc điểm của kết cấu và điều kiện làm việc của áo đường * Các bước tính toán: -Xác định τax:Ta dùng toán đồ đã lập sẵn cho hệ hai lớp: Toán đồ hình 3-5 và 3-7của tài liệu [4] áp dụng cho trường hợp có sự làm việc đồng thời của lớp trên và lớp dưới. - Khi kiểm tra trượt nền đất thì ta qui đổi tất cả các lớp vật liệu phía trên về thành một lớp có trị số môđun đàn hồi trung bình như phần trước. - Khi kiểm tra trượt trong lớp vật liệu kém tính dính thì ta đổi các lớp bên trên về 1 lớp, còn lớp vật liệu kém dính và các lớp bên dưới như 1 lớp. Trị số E1 chính là trị số Etb của các lớp trên nó, trị số E2 chính là Ech trên mặt lớp đó, trong khi đó c và φ vẫn dùng trị số tính toán của lớp đó. -Xác định τav: Bề dày tổng cộng H của các lớp nằm trên lớp cần tính toán trị số ma sát và trị số ma sát trong φ của đất hay vật liệu lớp đó. Tra toán đố 3-9 của tài liệu [18] ta xác định được τav. * Xác định K’: (1.7.7) Trong đó: - n: hệ số vượt tải do xe chạy, lấy n =1,15 - m :hệ số xét đến điều kiện tiếp xúc của lớp kết cấu trên thực tế không đúng như giả thiết. Khi nền đất dính m = 0,65; khi nền đất kém dính m = 1,15 - k1: hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục, k1=0,6 - k2: hệ số xét đến sự làm việc không đồng nhất của kết cấu xác định theo bảng 3-7 của tài liệu [4] + Với Ntt <1000(trục/làn/ngđ) có k2 = 0,8 + Với Ntt <100 (trục/làn/ngđ) có k2 = 1 - Kkt : hệ số cường độ xét đến độ bền vững và dự trữ cường độ của kết cấu áo đường Với mặt đường cấp A1,A2: Kkt=1,0 + Kết cấu mặt đường + Kết cấu lề đường 7.11.2.1.Phương án đầu tư 1 lần: -Kết cấu mặt đường và lề gia cố: -Đổi 2 lớp bêtông nhựa về một lớp tương đương có H = 12cm Bảng I.7.13 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) BTNchặt loại I Dmax 25 250 7 7 250 BTNchặt loại I Dmax 20 300 1,2 5 0,7143 12 270,1 Tỷ số ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(0,364)0,12=0,987 Vậy : ETB12 = Etb’ x β = 270,1 x 0,987 = 266,5(MPa). -Xác định môđun đàn hồi Echm trên mặt lớp đá cấp phối đá dăm theo sơ đồ tính sau : Bảng I.7.14 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại II Dmax 37,5 250 15 15 250 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1,2 15 1 30 274,24 Tỷ số ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(0,909)0,12=1,101 Vậy : ETB34 = Etb’ x β = 274,24 x 1,101= 302,03 (MPa). Từ các tỷ số: Ech.m = 0,45x ETB 34= 0,45x 302,03 = 135,91 MPa. Ta có sơ đồ tính trượt của bêtông nhựa Từ các số liệu Tra toán đồ hình 3-13 tài liệu [4] => p = 0,6 Mpa ;=>τax = 0,37.0,6=0,222 MPa Theo tài liệu [7] trang 122 thì khi tính điều kiện ổn định trượt của bê tông nhựa thì ta lấy K=1,6 ;C=0,3 Mpa => [ τ] =K’.c=1,6.0.3=0,48 (MPa) Vậy τax<[ τ] nên bêtông nhựa đảm bảo điều kiện chống trượt 7.11.2.2.Phương án đầu tư phân kỳ: *Kết cấu cho 10 năm đầu(A2) -Kết cấu mặt đường và lề gia cố -Xác định môđun đàn hồi Echm trên mặt lớp đá cấp phối đá dăm theo sơ đồ tính sau : Bảng I.7.15 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại I Dmax 37,5 300 17 17 300 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1 15 0,8824 32 300 Tỷ số ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(0,97)0,12 = 1,11 Vậy : ETB23 = Etb’ x β = 300.1,11=333 (MPa) Từ các tỷ số: Ech.m = 0,45x ETB 23= 0,45.333=149,85 (MPa) Ta có sơ đồ tính trượt của bêtông nhựa Từ các số liệu Tra toán đồ hình 3-13 tài liệu [4] => p = 0,6 MPa ;=>τax = 0,16.0,6=0,096 MPa Theo tài liệu [7] trang 122 thì khi tính điều kiện ổn định trượt của bê tông nhựa thì ta lấy K=1,6 ;C=0,3 Mpa => [ τ] =K’.c=1,6.0.3=0,48 (Mpa) Vậy τax<[ τ] nên bêtông nhựa đảm bảo điều kiện chống trượt *Kết cấu cho 5 năm sau: Kết cấu mặt đường Mặt đường A2 sau 10 năm khai thác môđun đàn hồi còn lại là E0=0,90. 165,304 =148,77 (MPa) Đổi 2 lớp bêtông nhựa về một lớp tương đương có H = 12cm Bảng I.7.16 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(Mpa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(Mpa) BTNR Dmax 25 250 7 7 250 BTNchặt loại I Dmax 20 300 1,2 5 0,7143 12 270,1 Tỷ số ; trị số Etb’ của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,114.(0,364)0,12=0,987 Vậy : ETB12 = Etb’ x β = 270,1 x 0,987 = 266,50(MPa). -Xác định môđun đàn hồi Echm trên mặt lớp đá cấp phối đá dăm có mô đun đàn hồi E=300 MPa Từ các tỷ số: Ech.m = 0,615 x E = 0,615x 300 = 184,5 MPa. Ta có sơ đồ tính trượt của bêtông nhựa Từ các số liệu Tra toán đồ hình 3-13 tài liệu [4] => p = 0,6 MPa ;=>τax = 0,20.0,6=0,12 MPa Theo tài liệu [7] trang 122 thì khi tính điều kiện ổn định trượt của bê tông nhựa thì ta lấy K=1,6 ;C=0,3 MPa => [ τ] =K’.c=1,6.0.3=0,48 (MPa) Vậy τax<[ τ] nên bêtông nhựa đảm bảo điều kiện chống trượt 7.12 Tính toán kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo khi uốn trong các lớp vật liệu toàn khối: *Điều kiện tính toán : -Kết cấu được xem là đủ cường độ khi thoả mãn điều kiện dưới đây : (I.7.8) Trong đó : +:ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệuliền khối dưới tác dụng của tải trọng bánh xe +:cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối +:hệ số cường độ về chịu kéo uốn được chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế giống như với trị số ở bảng 3-7 Chỉ phải tính toán kiểm tra điều kiện kéo uốn đối với các lớp bê tông nhựa ,hổn hợp đá trộn nhựa ,các lớp đất ,cát gia cố chất liên kết vô cơ sử dụng trong kết cấu áo đường cấp cao A1 và A2.Riêng với lớp thấm nhập nhựa và các lớp đất , đá gia cố nhựa lỏng thì không cần kiểm tra . *Xác định -Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối được xác định theo biểu thức = (I.7.9) Trong đó : +p: áp lực bánh của tải trọng tính toán +kb :hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh đơn ;khi kiểm tra với cụm bánh đôi (là trường hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩn )thì lấy kb =0,85,còn khi kiểm tra với cụm bánh đơn của tải trọng trục đặc biệt nặng nhất (nếu có ) thì lấy kb=1. +:ứng suất kéo uốn đơn vị ;trị số này được xác định theo toán đồ hình 3-5 tài liệu [3] cho trường hợp tính ở đáy các lớp liền khối trong tầng mặt tuỳ thuộc vào tỷ số h1/D và E1/Ech.m và xác định theo toán đồ 3-6 tài liệu [3] cho trường hợp tính ở đáy các lớp liền khối trong tầng móng =f(h1/D,E1/E2,E2/E3).Các ký hiệu trong đó có ý nghĩa như sau : ·h1 là tổng bề dày các lớp kết cấu kể tư đáy lớp được kiểm tra kéo uốn trở lên đến bề mặt áo đường . · E1 là môđun đàn hồi trung bình của các lớp nằm trong phạm vi h1 +D: đường kính vệt bánh xe tính toán + Echm là môđun đàn hồi chung của nền đất và các lớp nằm phía dưới đáy lớp vật liệu liền khối được kiểm tra .Trị số Echm được xác định theo cách quy đổi nền đất và các lớp nằm phía dưới lớp đang xét nêu trên về hệ hai lớp từ dưới lên *Xác định : Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác định theo biểu thức (I.7.10) Trong đó: Rku:cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán k2 :hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết .Với các vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ lấy k2=1,0;còn với bêtông nhựa loại II ,bêtông nhựa rỗng và các hổn hợp vật liệu trộn nhựa lấy k2=0,8;với bêtông nhựa chặt loại Ivà bêtông nhựa chặt dung nhựa polime k2=1. k1:hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục ; k1 được lấy theo các biểu thức dưới đây : +Đối với vật liệu bêtông nhựa : (I.7.11) +Đối với vật liệu đá (sỏi cuội)gia cố chất liên kết vô cơ (I.7.12) +Đối với vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ (I.7.13) Trong các biểu thức trên Ne là số trục xe tính toán tích luỹ trong suốt thời hạn thiết kế thông qua trên một làn xe .Với các lớp bêtông nhựa chặt loại Ivà bê tông nhựa polime , thời hạn thiết kế là 15 năm ;còn với các loại bêtông nhựa và hổn hợp nhựa khác lấy bằng 10 năm. Đối với các lớp móng gia cố chất lien kết vô cơ ,thời hạn thiết kế được lấy bằng thới hạn thiết kế của tầng mặt đặt trên nó. 7.12.1. Phương án đầu tư 1 lần : *Phương án Ia: -Kết cấu mặt đường và lề đường +Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp BTN: -Đối với bê tông nhựa lớp dưới h1 =12 cm;E1 = (MPa) Trị số Etb’ của 2 lớp móng cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 và cấp phối đá dăm loại II Dmax37,5 Bảng I.7.17 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại II Dmax 37,5 250 15 15 250 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1,2 15 1 30 274,24 Ta có Etb’=274,24 với bề dày của hai lớp này là H=15+15=30 (cm) Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β với H/D=0,909 =1,114.(0,909)0,12=1,101 Khi đó =1,101.274,24=301,94 (MPa) Từ (MPa) Từ các tỷ số tra toán đồ hình 3-5 tài liệu [3] Ta có =2,07và với p=0,6MPa => =2,07.0,6.0,85=1,056 MPa -Đối với bê tông nhựa lớp trên h1 =5 cm;E1 =1800 (MPa) Bảng I.7.18 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại II Dmax 37,5 250 15 15 250 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1,2 15 1 30 274,24 BTNchặt loại I Dmax 25 1600 5,8343 7 0,2333 37 418,61 Ta có Etb’=418,61 với bề dày của ba lớp này là H=15+15+7=37 (cm) Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β với H/D=1,121 =1,114.(1,121)0,12=1,129 Khi đó =1,129.418,61=472,61(MPa) Từ (MPa) Từ các tỷ số tra toán đồ hình 3-5 tài liệu [3] Ta có =2,26và với p=0,6MPa => =2,26.0,6.0,85=1,153 MPa *Tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa -Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán của các lớp bê tông nhựa theo công thức =k1.k2.Rku Trong đó : +Với bê tông nhựa :k1===0,634 +Với bê tông nhựa chặt loại I :k2=1 +Rku=2,8 đối với lớp trên và 2,0 đối với lớp dưới Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới =k1.k2.Rku=0,634.1.2=1,268 MPa Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp trên =k1.k2.Rku=0,634.1.2,8=1,775 MPa Trị số =0,94 +Với bê tông nhựa lớp trên =1,153</0,94=1,888MPa +Với bê tông nhựa lớp dưới =1,056 </0,94 =1,349MPa Vậy điều kiện về uốn được thoã mãn 7.12.2. Phương án đầu tư phân kỳ : 7.12.2.1Kết cấu cho 10 năm đầu -Kết cấu mặt đường *Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy lớp BTN: h1 =8 cm;E1 =1200 (Mpa) Trị số Etb’ của 2 lớp móng cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 và loại I Dmax 37,5 Bảng I.7.19 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) Etb’(MPa) Cấp phối đá dăm loại I Dmax 37,5 300 17 17 300 Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 1 15 0,8824 32 300 Ta có Etb’=300 với bề dày của hai lớp này là H=15+17=32(cm) Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β với H/D=0,97 =1,114.(0,97)0,12=1,11 Khi đó =1,11.300=333 (MPa) Từ (MPa) Từ các tỷ số tra toán đồ hình 3-5 tài liệu [3] Ta có =1,91 và với p=0,6MPa => =1,91.0,6.0,85=0,97 MPa *Tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy lớp bê tông nhựa -Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán của các lớp bê tông nhựa theo công thức =k1.k2.Rku Trong đó : +Với bê tông nhựa :k1===0,735 +Với bê tông nhựa chặt loại II :k2=0,8 +Rku=1,6 Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa =k1.k2.Rku=0,735.0,8.1,6=0,9408 MPa Trị số =0,94 =0,97</0,94=1,001MPa Vậy điều kiện về uốn được thoã mãn 7.12.2.2Kết cấu cho 5năm sau: Kết cấu mặt đường Mặt đường A2 sau 10 năm khai thác môđun đàn hồi còn lại là E0=0,90.165,304=148,77 MPa *Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp BTN: -Đối với bê tông nhựa lớp dưới h1 =12 cm;E1 = (MPa) Trị số môđun đàn hồi của lớp móng cấp phối đá dăm loại I Dmax 25: E=300 (MPa) h=15cm Ta có (MPa) Từ các tỷ số tra toán đồ hình 3-5 tài liệu [3] Ta có =1,67 và với p=0,6(MPa) => =1,67.0,6.0,85=0,852 (MPa) -Đối với bê tông nhựa lớp trên h1 =5 cm;E1 =1800 (MPa) Bảng I.7.20 Kết quả đổi tầng hai lớp một từ dưới lên lên để tính ETB Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 HTB(cm) ETB(MPa) Cấp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 15 15 300 BTNR Dmax 25 1200 4 7 0,4667 22 501,61 Ta có Etb’=501,61 với bề dày của hai lớp này là H=15+7=22 (cm) Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β với H/D=0,667 =1,114.(0,667)0,12=1,061 Khi đó =1,061.501,61=532,26 (MPa) Từ (MPa) Từ các tỷ số tra toán đồ hình 3-5 tài liệu [3] Ta có =1,85 và với p=0,6MPa => =1,85.0,6.0,85=0,9435 MPa *Tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa -Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán của các lớp bê tông nhựa theo công thức =k1.k2.Rku Trong đó : +Với bê tông nhựa :k1===0,634 +Với bê tông nhựa chặt loại I :k2=1 +Với bê tông nhựa rỗng :k2=0,8 +Rku=2,8 đối với lớp trên và 1,6 đối với lớp dưới Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới =k1.k2.Rku=0,634.0,8.1,6=0,812 MPa Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp trên =k1.k2.Rku=0,634.1.2,8=1,775 MPa Trị số =0,94 +Với bê tông nhựa lớp trên =0,9435</0,94=1,888MPa +Với bê tông nhựa lớp dưới =0,852 </0,94 =0,864MPa Vậy điều kiện về uốn được thoã mãn 7.13.1. Xác định tổng chi phí xây dựng và khai thác qui đổi về năm gốc: 7.13.1.1.Công thức tính toán: (I.7.14). Trong đó : + Ktd : Tổng chi phí tập trung cho xây dựng, sửa chữa định kỳ và cải tạo 1km kết cấu áo đường tính đổi về năm gốc (đồng). + Ct : Chi phí thường xuyên gồm chi phí sửa chữa nhỏ và chi phí vận tải ở năm thứ t (đồng/năm). + n : Thời khai thác tính toán kể từ năm gốc (chọn năm gốc là năm đầu tiên công trình đưa vào sử dụng). + t : Là khoảng thời gian tính từ năm gốc tới năm bỏ vốn đầu tư . + Etđ: Là hệ số hiệu quả kinh tế tiêu chuẩn khi tính đổi: Etđ = 0,1 a. Xác định các chi phí tập trung: (I.7.15). Trong đó: + Ko: Chi phí đầu tư xây dựng ban đầu 1km kết cấu áo đường được xác định theo dự toán (đồng). + Kc: Chi phí cải tạo áo đường (nếu có) trong khoảng thời gian khai thác tính toán (đồng), xác định theo dự toán. + Kd : Chi phí một lần đại tu áo đường xác định theo dự toán. + Ktr : Chi phí một lần trung tu áo đường xác định theo dự toán. + tct, td, ttr: Thời gian kể từ năm gốc đến lúc cải tạo, đại tu, trung tu áo đường xác định tùy theo từng loại tầng mặt. + nd, ntr : Số lần tiến hành đại tu và trung tu trong khoảng thời gian khai thác tính toán (xác định theo bảng 5-1 của tài liệu [4] b.Xác định các chi phí thường xuyên: Tổng chi phí trong thời gian khai thác gồm chi phí sửa chữa thường xuyên cho đường và chi phí vận tải hàng năm tính đổi về năm gốc xác định theo công thức: (1.7.16). Với Trong đó: + TS: Thời gian so sánh (lấy bằng thời gian đại tu của phương án đắt tiền) + Ctd: Chi phí hàng năm cho việc duy tu sửa chữa thường xuyên 1 km kết cấu áo đường xác định theo bảng 5-1 của tài liệu [4] + : Chi phí vận chuyển một tấn hàng đi 1km ở năm thứ t . *St : Giá thành vận chuyển ở năm thứ t (đồng/T.km) (I.7.17). + Pbđ : Chi phí biến đổi trung bình cho một hành trình của xe ô tô, đồng/xe.km. Pbđ = e . r . λ (đồng/xe.km). + e : Lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình cho 1 km (lít/xe.km). + λ :Tỷ lệ giữa chi phí biến đổi so với chi phí nhiên liệu λ = 2,6 - 2,8. + r : Giá nhiên liệu. + Pcđ: Chi