Lập dự án khả thi cầu đường (45%)

PHẦN 1 LẬP DỰ ÁN KHẢ THI (45%) CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Vị trí tuyến đường - chức năng của tuyến và nhiệm vụ thiết kế : 1.1.1. Ví trí tuyến: Tuyến đường A18-B18 là tuyến đường thuộc huyện Hương Thuỷ, với điểm đầu tuyến A18 thuộc Thị Trấn Phú Bài cách Quốc lộ 1A 500m về phía tây nối liền với điểm B18 ở đầu xã Thuỷ Phương cách Quốc lộ 1A 800Km về phía tây. Hương Thủy là huyện cửa ngõ phía Nam của thành phố Huế, phía đông giáp huyện Phú Lộc, phía Bắc giáp huyện Phú Vang, phía Nam giáp huyện Nam Đông và A Lưới. 1.1.2. Chức năng của tuyến: Tuyến đường nằm trên trục giao thông nối liền thị trấn phú Bài và xã Thuỷ Phương. Hương Thủy có lợi thế đặc biệt hơn cả về vị trí địa lý, là cửa ngõ phí nam của thành phố Huế nên được tỉnh và trung ương đầu tư nhiều công trình xây dựng do đó rất có điều kiện để đẩy nhanh đô thị hóa, xây dựng huyện trở thành thị xã vào đầu giai đoạn 2006 – 2010. Một lợi thế khác là hệ thống giao thông, ngoài tuyến đường sắt Bắc Nam chạy qua huyện và tuyến Quốc lộ 1A được đầu tư nâng cấp mở rộng, mới đây còn có tuyến đường tránh phía Tây thành phố Huế được đưa và sử dụng đã làm cho mạng lưới giao thông đối ngoại của huyện phong phú hơn. Đặc biệt sân bay Phú Bài đóng trên điạ bàn huyện cũng dần được đầu tư nâng cấp để tương xứng với sân bay quốc tế. Tuyến đường này sau khi hoàn thành sẻ giảm được đáng kể lưu lượng xe vào thành phố Huế theo đường Quốc lộ 1A. Làm cho mạng lưới giao thông của huyện Hương Thuỷ thêm phong phú, cũng như nhằm phát triển các xã dọc tuyến. 1.1.3. Nhiệm vụ thiết kế : Tuyến đường nối liền trung tâm kinh tế của Thị Trấn Phú Bài và Xã Thuỷ Phương được thiết kế gồm ba phần - Lập dự án khả thi: 45% - Thiết kế kỹ thuật đoạn tuyến: 20% - Thiết kế tổ chức thi công đoạn tuyến: 35% Căn cứ vào các số liệu thiết kế sau: - Lưu lượng xe chạy năm tương lai: Nhh15 = 820 xhh/ngđ. - Hệ số tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm: q = 10% - Thành phần dòng xe : + Xe tải nặng: 18% + Xe tải trung: 51% + Xe tải nhẹ: 24% + Xe con: 7% 1.2. Các điều kiện tự nhiên khu vực tuyến: 1.2.1. Địa hình: Tuyến đi qua vùng trung du miền núi, độ cao so với mực nước biển từ 50¸200 m. Địa hình tạo thành nhiều đường phân thuỷ, tụ thuỷ rõ ràng. Địa hình có độ đốc trung bình, với độ dốc ngang sườn trung bình từ 2%¸5%.Theo TCVN4054-05 với is<= 30% nên địa hình mà tuyến đi qua là vùng đồng bằng và đồi. 1.2.2. Địa mạo: Qua kết quả khảo sát tình hình địa mạo của khu vực tuyến đi qua là rừng loại III đã khai thác, cây con, dây leo chiếm hơn 2/3 diện tích và cứ 100 m2 rừng có từ 30¸100 cây có đường kính 2¸10 cm có xen lẫn cây có đường kính lớn hơn 10cm. 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, đá lăn, castơ. Nhìn chung mắt cắt địa chất khu vực tuyến như sau: - Lớp đất đồi sỏi sạn có trạng thái nguyên thổ, có chiều dày từ 2¸4m. - Lớp Á sét dày 3¸4m - Lớp Sét dày 4¸5m - Bên dưới là lớp đá phong hóa dày. Qua kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đất cho thấy đất ở đây rất thích hợp để đắp nền đường. 1.2.4. Địa chất thủy văn: Qua khảo sát cho thấy tình hình địa chất thủy 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: Nhìn chung, khí hậu có các đặc điểm sau: - Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm : 26,40C. - Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối trong năm : 380C. - Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối trong năm : 14,50C. - Lượng mưa trung bình hàng năm: 2181m, chủ yếu tập trung vào các tháng 9, 10, 11,12 - Lượng mưa lớn nhất trong năm : 3260mm. - Lượng mưa nhỏ nhất trong năm : 1123mm. - Lượng mưa ngày lớn nhất: 573mm. - Biến trình độ ẩm trong năm tương ứng với biến trình mưa và ngược biến trình bốc hơi - Độ ẩm không khí trung bình hàng năm là 83% - Lượng bốc hơi trung bình là 8,37mm vào những tháng ít mưa lượng bốc hơi lớn gấp 4 đến 7 lần - Khu vực chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa Đông Nam, mùa hè có gió đông và gió nam, mùa đông có gió tây và tây bắc. Ngoài ra tuyến cũng nằm khu vực có gió bão hàng năm, thường trùng với các tháng mưa nhiều 9, 10, 11. 1.2.6. Thủy văn: Khu vực tuyến đi qua nhìn chung nằm ở khu vực hầu như ít xảy ra lũ lụt, không có ao hồ, đầm lầy. Các suối ở đây về mùa khô lưu lượng nhỏ và mực nước thấp. Đây là một điều kiện rất thuận lợi cho việc xây dựng tuyến đường. 1.3. Các điều kiện xã hội: 1.3.1. Dân cư và sự phân bố dân cư: Tuyến đường nằm ở trung du miền núi, dân cư sống 2 bên tuyến đông đúc, tập trung và chủ yếu là dân tộc Kinh. Mật độ dân số trung bình 481 người/km2. Người dân ở đây có trình độ văn hoá tương đối cao. Đời sống vật chất, tinh thần 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. Trong những năm gần đây lực lượng lao động chính có xu hướng đến các thành phố lớn lao động. 1.3.2. Tình hình văn hóa -kinh tế - xã hội trong khu vực: Huyện Hương Thuỷ 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 cũng tăng nhưng tỷ trọng vẫn còn thấp so với mức chung của toàn tỉnh. Nhìn chung đời sống kinh tế của nhân dân trong huyện trong những năm gần đây từng bước được nâng cao nhưng vẫn còn cách biệt so với các vùng phụ cận 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 khá cao so với các huyện khác trong tỉnh. Các thế mạnh về nông nghiệp và lâm nghiệp 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: Qua điều tra khảo sát trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên- Huế nói chung và huyện Hương Thuỷ nói riêng có nhiều mỏ vật liệu có thể đáp ứng yêu cầu xây dựng nền mặt đường cũng như các bộ phận công trình, cụ thể: - Xi măng, sắt thép lấy tại các đại lý vật tư ở cách tuyến 1Km. - Đá, cát, sạn các loại đều lấy tại mỏ cách tuyến khoảng 7Km, trữ lượng và chất lượng đáp ứng đầy đủ yêu cầu của quá trình thi công. - Đất đắp nền đường, qua kiểm tra chất lượng cho thấy có thể lấy đất từ nền đường đào sang đắp ở nền đắp, ngoài ra có thể lấy đất tại mỏ cách tuyến 2Km. 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, cách công trình khoảng 5Km. 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: Trong huyện có một trường đào tạo công nhân xây dựng nên lực lượng lao động ở đây dồi dào, nguồn lao động rẻ do đó rất thuận lợi cho việc tận dụng nguồn nhân lực địa phương nhằm góp phần hạ giá thành công trình, hoàn thành công trình đúng tiến độ. 1.4.4. Khả năng cung cấp các loại máy móc, thiết bị phục vụ thi công: Trong huyện có công ty Trách nhiệm hữu hạn ĐỒNG TÂM chuyên cung cấp xe cơ giới và thiết bị phục vụ thi công, đây là một công ty lớn 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 năng lượng, nhiên liệu phục vụ thi công: Tại khu vực gần tuyến có mạng lưới điện quốc gia, có kho xăng dầu nên việc cung cấp năng lượng và nhiên liệu phục vụ cho quá trình thi công rất thuận lợi. 1.4.6. Khả năng cung cấp các loại nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt: Khu vực gần tuyến đi qua có các chợ của các xã và có các chợ phiên buôn bán dọc tuyến do đó khả năng cung cấp các loại nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt cho đội ngũ 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 hóa của xã đã được hình thành góp phần đưa thông tin liên lạc về thôn xã đáp ứng nhu cầu của nhân dân. Đây là điều kiện thuận lợi cho công tác thi công, giám sát thi công, tạo điều kiện rút ngắn khoảng cách giữa ban chỉ huy công trường và các ban ngành có liên quan. 1.5. Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng tuyến đường: Với ý nghĩa là tuyến đường nối hai trung tâm kinh tế, chính trị văn hóa của hai địa phương, do đó việc đầu tư xây dựng tuyến đường là rất cần thiết vì: - Công trình được đầu tư xây dựng sẽ tạo ra một vùng dân cư sầm uất dọc theo hai bên đường, khai thác triệt để tài nguyên hai vùng, nâng cao trình độ văn hóa dân trí của đồng bào vùng sâu, vùng xa thu hút vốn đầu tư, viện trợ từ nhiều ngành khác nhau để mở mang các ngành nghề, giải quyết việc làm cho người lao động, nâng cao năng lực phục vụ phát triển kinh tế xã hội của huyện. - Là tiền đề phát triển giao thông nông thôn và giao thông chuyên dùng, đáp ứng nhu cầu thiết yếu về y tế, giáo dục, từng bước cải thiện đời sống đồng bào trong khu vực. - Để thực hiện mục tiêu kinh tế đặt ra thì việc trao đổi hàng hóa, vật tư thiết bị .... giữa hai vùng và với các tỉnh bạn là hết sức cần thiết và cấp bách. Phù hợp với nhu cầu phát triển kinh tế xã hội theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã được xác định trong kế hoạch đầu tư xây dựng cơ bản và chiến lược phát triển giao thông vận tải của tỉnh nhà giai đoạn 1995-2010. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG V À CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN 2.1. Xác định cấp hạng : 2.1.1. Các căn cứ : - Căn cứ vào chức năng của tuyến: Là tuyến đường nối hai trung tâm của địa phương. - Căn cứ vào địa hình khu vực tuyến đi qua là vùng đồng bằng và đồi. - Căn cứ vào lưu lượng xe chạy trên tuyến ở năm tương lai là: Nqđ15. Nqđ15 = Nhh15. = 820.(0,18.2,5+0,51.2+0,24.2+0,07.1)= 1656,40 (xcqđ/ngày.đêm). Trong đó: + Xe tải nặng: 18 %. + Xe tải trung: 51 %. + Xe tải nhẹ: 24%; + Xe con: 7 %. Căn cứ vào TCVN4054-2005 2.1.2. Chọn cấp thiết kế của đường: Căn cứ vào chức năng của tuyến đường ta chọn cấp thiết kế của tuyến là cấp IV. 2.2. Tính toán - chọn các chỉ tiêu kỹ thuật: 2.2.1. Tốc độ thiết kế: Căn cứ vào cấp thiết kế đã được chọn ở trên và địa hình là vùng đồng bằng và đồi nên ta chọn tốc độ thiết kế là Vtt= 60 km/h. 2.2.2. Xác định độ dốc dọc lớn nhất: -Xác định độ dốc dọc id dựa vào hai điều kiện sau + Điều kiện cơ học + Điều kiện kinh tế 2.2.2.1. Điều kện cơ học : - idmax được xác định từ 2 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. a.Phương trình cân bằng sức kéo: idmax = D - f (2.1). Trong đó: + D: nhân tố động lực của mỗi loại xe, tra ở hình 2-5a và 2-5b trang 29 của tài liệu [3]. + f: Hệ số sức cản lăn được chọn tùy theo từng loại mặt đường sẽ được thiết kế, căn cứ vào tốc độ thiết kế đã được chọn ở trên ta có: f = f0 [1+0,01(V-50)]. Tra bảng 2 của tài liệu [2] ứng với loại mặt đường nhựa ta có fo = 0,02. Độ dốc thiết kế lớn nhất tính theo điều kiện này được ghi ở bảng sau: Bảng 2.1: Loại xe Thành phần (%) V (km/h) D f idmax Maz-500 (Xe tải nặng) 18 60 0,035 0,022 0,013 Zin -150 (Xe tải trung) 51 60 0,040 0,022 0,018 Gaz-51 (Xe tải nhẹ) 24 60 0,036 0,022 0,014 MOSCOVIT (Xe con) 7 60 0,08 0,022 0,058 Từ điều kiện này ta chọn độ dốc dọc lớn nhất idmax ứng với loại xe Zin 150 là xe chiếm đại đa số trong thành phần dòng xe (51%). Þ idmax= 0,018 = 1,8% (a). b.Phương trình cân bằng sức bám: i'dmax = D' - f (2.2). (2.3). Trong đó: + D': Nhân tố động lực xác định tùy theo điều kiện bám của ô tô. + f= 0,022. + j1: Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường tùy theo trạng thái của mặt đường, lấy ở điều kiện bất lợi nhất tức mặt đường ướt và bẩn j1= 0,3. + 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 con: Gk = 0,5 G. + G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô (kg).Tham khảo trang 6 tài liệu [4] - Xe tải nặng: G = 14820(kg). - Xe tải trung: G = 9540(kg). - Xe tải nhẹ: G = 7400(kg). - Xe con: G = 2000(kg). + Pw: Sức cản của không khí (kG). (2.4). Trong đó: + K: Hệ số sức cản không khí (kG.s2/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 [2], kết quả tính thể hiện ở bảng sau: Bảng 2.2: Loai xe K(kGs2/m4) F (m2) V (km/h) Pw (kG) Xe tải nặng 0,07 6 60 116,30 Xe tải trung 0,06 4,5 60 74,77 Xe tái nhẹ 0,05 3 60 41,54 Xe con 0,03 2 60 16,61 Kết quả tính toán được ghi ở bảng sau: Bảng 2.3: Loại xe j1 Gk(kg) G(kg) Pw (kG) D' i’dmax Xe tải nặng 0,3 14820 14820 116,31 0,292 0,270 Xe tải trung 0,3 6201 9540 74,77 0,186 0,164 Xe tải nhẹ 0,3 4440 7400 41,54 0,172 0,150 Xe con 0,3 1000 2000 16,61 0,142 0,120 Từ điều kiện này ta chọn i’dmax = 16,4%. (b) Từ (a) và (b) kết hợp với Bảng 15 của tài liệu [1] có idmax = 6% (với địa hình đồng bằng và đồi). Ta chọn độ dốc dọc lớn nhất là: idmax = 1,8%. 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 ta nên cố gắng giảm độ dốc thiết kế để tăng khả năng vận doanh khai thác. Từ độ dốc đã chọn idmax= 18(‰), tra lại biểu đồ nhân tố động lực ta có Vhc đối với từng loại xe như sau: Bảng 2.4: Loại xe Maz -500 Zin –150 Gaz-51 MOTSCOVIT Vận tốc V(km/h) 50 60 62 100 2.2.2.2. Điều kiện kinh tế: - Khi lưu lượng xe chạy lớn nếu ta bảo đảm độ dọc theo quy phạm thi lượng tiêu hao nhiên liệu lớn, độ an toàn kém, ùn tắc giao thông. Độ dốc dọc có ảnh hưởng rất nhiều đến giá thành xây dựng, chủ yếu là qua khối lượng đào đắp. Độ dốc dọc được áp dụng càng lớn thì chiều dài tuyến đường trên vùng đồi núi càng ngắn, khối lượng đào đắp càng nhỏ dẫn đến giá thành đầu tư xây dựng cang thấp. Ngược lại, khi độ dốc dọc càng lớn thi xe chạy càng lâu, tốc độ xe chạy càng thấp, tiêu hao nhiên liệu càng lớn, hao mòn xăng lốp càng nhiều, tức là giá thành vận tải cao. Hình 2.1: Sơ đồ nguyên tắc xác định độ dốc dọc có lợi Như vậy để xác định độ dốc dọc kinh tế người ta dựa vào độ thị trên. Độ dốc dọc kinh tế là độ dốc dọc thoã mãn tổng chi phí xây dựng khai thác nhỏ nhất. Ptđ=(Cxd+Ckt)tđ Trong đó : + Cxd: Chi phí xây dựng. + Ckt : Chi phí khai thác . Tại nơi có Ptđmin → độ dốc dọc kinh tế ikt 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: l0 Sh lpư 1 1 SI Hình2.2: Sơ đồ tầm nhìn một chiều 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 lí 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. . (2.5). Trong đó: + lpư: Chiều dài xe chạy được trong thời gian phản ứng tâm lý. (m). + Sh: Chiều dài hãm xe. (2.6). + k: Hệ số sử dụng phanh, đối với xe tải k =1,4; đối với xe con k=1,2. + V: Tốc độ xe chạy tính toán, V= 60 km/h. + l0: Đoạn dự trữ an toàn, lấy l0= 7 m. + i: Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i = 0. + j1: Hệ số bám dọc trên đường lấy trong điều kiện bình thường mặt đường trơn, sạch, j1 = 0,5. Vậy: (m) (tính cho trường hợp xe tải) Theo Bảng 10 tài liệu [1] với V= 60 km/h thì S1 = 75 m. Vậy ta chọn S1 = 75 m. 2.2.3.2. Tầm nhìn hai chiều: SII Sh lo Sh lpư1 1 1 lpư2 2 2 Hình.2.3: Sơ đồ tầm nhìn tránh xe hai chiều 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: (2.7). Trong đó: + Ta lấy lpư1= lpư2 + Các thông số khác lấy giống 2.5 Vậy : Theo tài liệu Bảng 10 tài liệu [1] với V= 60km/h thì S2= 150m. Vậy ta chọn S2= 150m. 2.2.3.3. 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. SIV l2 lpư 1 l3 SI-SII l’2 1 2 2 1 3 3 Hình 2.3b: Sơ đồ tầm nhìn vượt xe Thời gian vượt xe gồm 2 giai đoạn: - Giai đọan 1: Xe 1 chạy trên làn trái chiều bắt kịp xe 2. - Giai đoạn 2: Xe 1 vượt xong trở về làn xe của mình trước khi đụng phải xe 3 trên làn trái chiều chạy tới. Ta xét trường hợp nguy hiểm nhất là xe trái chiều (xe 3) cũng chạy cùng vận tốc với xe vượt. (2.8). 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: S4 = 6V. - Cưỡng bức: S4 = 4V. Chọn: S4 = 6V = 6 x 60 = 360m. Theo Bảng 10 tài liệu [1] với V= 60km/h thì S4= 350m, vậy chọn S4= 360m. 2.2.4. Bán kính đường cong nằm: Rscmin , Roscmin. Khi xe chạy trong đường cong, xe chịu tác dụng của lực li tâm C và trọng lượng bản thân xe G. Khi dốc ngang mặt đường hướng ra phía ngoài đường cong (cấu tạo bình thường) thành phần trọng lượng này cùng chiều với lự li tâm. Khi dốc ngang được làm thành dốc hướng tâm (cấu tạo này được gọi là siêu cao) thì thành phần trọng lực sẽ làm giảm tác dụng xấu của lực li tâm. Trong đó: + Y: Lực ngang + C: Lực li tâm + G: Trọng lực + a: Góc mặt đường hợp với đường nằm ngang Thực chất của việc định trị số bán kính của đường cong nằm là xác định trị số lực ngang m 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) (2.9) (I.2.15). Trong đó: + V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h. + µ: Hệ số lực ngang tối đa khi làm siêu cao, µ=0,15. + iscmax: Độ dốc siêu cao lớn nhất: iscmax = 7%. Thay vào I.2.8 ta có. (m) Theo Bảng 11 của tài liệu [1] với V = 60 km/h thì Rscmin = 125 m, ta chọn Rscmin = 130 m. Hình 2.6. Sơ đồ nâng siêu cao. Quay phần xe chạy ở phía lưng đường cong quanh điểm B để phần xe chạy có cùng một độ dốc in. Tiếp tục quay phần xe chạy với in quanh điểm B tới lúc in= isc. 2.2.4.2. Khi không làm siêu cao: (m) (2.10). Trong đó: + V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h. + µ: Hệ số lực ngang khi không làm siêu cao, theo Bảng 5 tài liệu [2] µ=0,08. + in : Độ dốc ngang của mặt đường, chọn in = 2%. Thay vào công thức 2.10 ta có: (m) Theo Bảng 11 tài liệu [1] với V = 60 km/h, thì Roscmin = 1500 m, ta chọn Roscmin = 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). (2.11). Trong đó: + S1: Tầm nhìn một chiều (m), S1 = 75 m. + a: Góc chiếu sáng của pha đèn ô tô, a = 20. Thay vào 2.11 ta có: (m) Biện pháp khắc phục khi R< 1125m. Ta có thể bố trí các gương cầu lồi, biển báo, biển hạn chế tốc độ, hệ thống chiếu sáng, hoặc cấm vượt xe. 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 9 tài liệu [1] quy định độ dốc siêu cao tối đa là 7%, độ dốc siêu cao nhỏ nhất ta lấy theo độ dốc mặt đường và không nhỏ hơn 2%. Độ dốc siêu cao có thể tính theo công thức: (2.12). Ta có bảng quan hệ bán kính đường cong nằm, độ dốc siêu cao, hệ số lực ngang như sau: Bảng 2.5: R(m) 130÷150 150÷175 175÷200 200÷250 250÷300 300÷1500 >1500 m 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,1 0,08 isctt (%) 6,8÷3,8 3,8÷2,2 2,2÷1,1 - - - không bố trí siêu cao iscqp (%) 7 6 5 4 3 2 iscchọn (%) 7 6 5 4 3 2 2.2.6. Vuốt nối siêu cao: 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 chỗ bằng không 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 hoà về lực li tâm và cảm giác của hành khách, cần làm một 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 hoặc ngược lại. Chiều dài đoạn nối siêu cao được xác định: (2.13). Trong đó: + B:Bề rộng phần xe chạy(m); B= 7m. + isc:Độ dốc siêu cao (%). + in:Độ dốc nâng siêu cao (%) với đường có Vtt= 60km/h thì in= 1%. Bảng 2.6: Isc(%) 2 3 4 5 6 7 Lttnsc (m) 14 21 28 35 42 49 Lqpnsc (m) 50 50 50 55 60 70 Lchọnnsc 50 50 50 55 60 70 Cách bố trí đoạn vuốt nối siêu cao ở hình.2.5 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 yêu cầu có một chiều rộng lớn hơn khi xe chạy trên đường thẳng. Độ mở rộng E được tính theo công thức sau với đường 2 làn xe: (2.14). Trong đó: + L: Khoảng cách từ badsosc của xe đến trục sau cùng của xe: L = 8(m). + V: Vận tốc xe chạy tính toán, V= 60 km/h. + R: Bán kính đường cong nằm. Ta có bảng quan hệ giữa độ mở rộng và bán kính đường cong nằm như sau: Bảng 2.7: R (m) 50I70 70I100 100I150 150I200 200I250 Ett (m) 1,84 1,47 1,05 0,82 0,63 Eqp (m) 1,5 1,2 0,9 0,7 0,6 Echọn (m) 1,84 1,47 1,05 0,82 0,63 2.2.8. Đường cong chuyển tiếp: Đường cong chuyển tiếp có chức năng tiếp nối từ đường thẳng vào đường cong và ngược lại. Đường cong chuyển tiếp được thiết kế khi tốc độ xe chạy tính toán lớn hơn hoặc bằng 60 (km/h) Chiều dài đường cong chuyển tiếp Lcht được tính theo công thức: (m) ( 2.15 ) Trong đó: Tốc độ tính toán Vtt = 60 km/h. R: Bán kính của đường cong trên bình đồ. Bảng:2.8 Bảng xác định chiều dài Lct : Theo Bảng 14 tài liệu [1] với Vtt = 60 km/h và R> 200m thì Lct = 50m. 2.2.9. Bán kính đường cong đứng Rlồi min , Rlõm min: Đường cong đứng được thiết kế ở những chỗ đường đỏ đổi dốc tại đó có hiệu đại số giữa 2 độ dốc lớn hơn hoặc bằng 1% ( với đường có Vtt ³ 60Km/h) Trong đó ký hiệu độ dốc như sau: Hình .2.8: Các ký hiệu đường cong đứng i1, i2: là độ dốc dọc của hai đoạn đường đỏ gãy khúc: - Khi lên dốc lấy dấu (+) - Khi xuống dốc lấy dấu (-). w = i1-i2 . Giá trị của w được xác định theo trị tuyệt đối. 2.2.9.1. Bán kính đường cong đứng lồi Rlồimin : Trị số tối thiểu của đường cong đứng lồi xác định theo điều kiện bảo đảm tầm nhìn xe chạy một chiều SI: R= = = 2812,5m. (2.16). Đối với đường có 2 làn xe trở lên có thể xác định Rlồi theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 2 chiều: R= = = 2812,5m. (2.17). Trong đó: + S1: Tầm nhìn một chiều, S1 = 75 m. + S2: tầm nhìn 2 chiều, S2 = 150 m. + d1: Chiều cao tầm mắt của người lái xe, theo 5.1.1 tài liệu [1] có d1=1m. Theo bảng 19 tài liệu [1] với Vtt = 60 km/h thì Rlồimin = 2500 m Þ Chọn Rlồimin = 2500m. 2.2.9.2. Bán kính đường cong đứng lõm Rlõmmin: *Rlõmmin được xác định theo giá trị vượt tải cho phép của nhíp xe, tương ứng với gia tốc ly tâm không lớn hơn 0,5 - 0,7 m/s2, lấy giá trị a = 0,5 m/s2. Công thức tính toán : (2.18). Trong đó: + V: là tốc độ tính toán V= 60km/h. Vậy = 553,84(m). Theo tài liệu [1] với V= 60 km/h, thì Rlõmmin = 1000 (m) . Vậy chọn Rlõmmin = 1000 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 đêm) . (m) (2.19). Trong đó: + S1:Tầm nhìn một chiều S1 = 75m. + hd:Chiều cao của pha đèn trên mặt đường; hd = 0,8 m. + a: Góc chắn của pha đèn; a = 20. Vậy: (m) Chọn Rlõmmin = 1336 m. 2.2.10. Chiều rộng làn xe : Hình 2.9: Sơ đồ xếp xe theo Zamakhaep. Chiều rộng của làn xe phía ngoài cùng được xác định theo sơ đồ xếp xe của Zamakhaép: B = + x + y. (2.20). Trong đó: + b: Chiều rộng thùng xe; b = 2,5m. + c: Cự ly giữa 2 bánh xe; c = 2,0m (tính cho xe tải). + x: Cự ly từ sườn thùng xe đến làn xe bên cạnh (m). + y: Khoảng cách từ giữa vệt bánh xe đến mép phần xe chạy (m). x,y được xác định theo công thức của Zamakhaép . x = 0,5+ 0,005V (2.21) y = 0,5+ 0,005V (2.22) Suy ra x = y = 0,5 + 0,005 x 40 = 0,7(m). Vậy bề rộng làn xe: B = + 0,7 + 0,7 = 3,65m. Theo tài liệu Bảng 6 tài liệu [1] với cấp đường thiết kế là IV và tốc độ thiết kế 60(Km/h), thì B = 3,5m. Thực tế khi hai xe chạy ngược chiều nhau thường giảm tốc độ xuống đồng thời xét theo chức năng của tuyến đường và thường kinh phí hạn hẹp nên ta chọn bề rộng làn xe theo quy phạm B = 3,5m. 2.2.11. Số làn xe: Số làn xe yêu cầu được tính theo công thức : (2.23). Trong đó : + nlx: Số làn xe yêu cầu . + Nlth: Năng lực thông hành tối đa khi không có phân cách trái chiều và ôtô chạy chung với xe thô sơ thì theo mục 4.2.2 tài liệu [1] ta có: Nlth=1000 (xcqđ/h/làn). + 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 = a.Nqđ15 (xcqđ/h). Trong đó: Nqđ15:lưu lượng xe con quy đổi ở năm thứ 15. Nqđ15 = Nhh15. = 820.(0,18.2,5+ 0,51.2+ 0,24.2+ 0,07.1)= 1656,40 (xcqđ/ngày.đêm) a :hệ số tính đổi kinh nghiệm, a= 0,08 ÷ 0,12. Chọn a = 0,1. Vậy : Ncdgio = 0,1.1865,50 = 165,64 (xcqđ/h). Thay các giá trị vào 2.23 ta có: nlx= =0,3 (làn). Theo bảng 6 tài liệu [1] với đường cấp IV, tốc độ 60(Km/h) số làn xe yêu cầu là 2 làn. Vậy ta chọn nlx = 2 làn. 2.2.12. Chiều rộng mặt đưòng và nền đường: Chiều rộng phần xe chạy được tính như sau: Bm = n.B + Bd (m) (2.24) Trong đó: + Bm: chiều rộng toàn bộ phần xe chạy (m) + B: bề rộng một làn xe. + n: số làn xe. + Bd: tổng bề rộng dãi phân cách: Bd = 0 Þ Bm = 2.3,5+ 0 = 7 m. Chiều rộng nền đường. Bn = Bm + 2 B lề. (m) (2.25). Trong đó: + Bn: chiều rộng toàn bộ nền đường. + B1ề: bề rộng lề đường. Theo bảng 6 tài liệu [1] đối với cấp thiết kế của đường là IV thì + Blề = 1m Þ Bn = 7 + 2.1= 9(m). 2.2.13. Môđuyn đàn hồi yêu cầu và loại mặt đường : 2.2.13.1. Xác định tải trọng tính toán : Căn cứ vào chức năng của tuyến đường (đường ôtô chạy) chọn: Theo Bảng 3.1của tài liệu [4]. - Tải trọng trục tính toán: 100(KN). - Áp lực tính toán lên mặt đường: 0,6 (Mpa). - Đường kính vệt bánh xe tương đương: 33cm. 2.2.13.2. Xác định môduyn đàn hồi yêu cầu và loại mặt đường: Căn cứ vàp cấp thiết kế của đường (cấp IV) và tốc độ thiết kế (60Km/h) có thể chọn kết cấu áo đường là loại mặt đường cấp cao A1. Tra bảng 3-5[4] xác định muđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu của KCAĐ tương ứng: + Mặt đường cấp cao A1 : E minyc = 130 Mpa 2.2.14. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến : Bảng 2.9: Stt Tiêu chuẩn kỹ thuật Đơn vị Trị số tính Qui phạm Chọn Tối thiểu Thôngthường 1 Cấp thiết kế - IV IV 2 Tốc độ thiết kế Km/h - 60 60 3 Độ dốc dọc lớn nhất ‰ 18 60 18 4 Tầm nhìn một chiều m 63,34 75 - 75 5 Tầm nhìn hai chiều m 119,70 150 - 150 6 Tầm nhìn vượt xe m 360 350 - 360 7 Bán kính đường cong nằm tối thiểu Rminosc m 472,44 1500 - 1500 8 Bán kính đường cong nằm tổi thiểu Rminsc m 130 125 250 250 9 Bán kính đường cong nằm đảm bảo tầm nhìn ban đêm m 1125 - - 1125 10 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu Rminlồi m 2343,7 2500 4000 4000 11 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu Rlõmmin m 553,84 1000 1500 1500 12 Bán kính đường cong đứng lõm đảm bảo tầm nhìn ban đêm m 1336 - - 1400 13 Độ dốc siêu cao tối đa % 6,8 7 7 14 Số làn xe Làn 0,30 2 2 15 Bề rộng một làn xe m 3,65 3,5 3,5 16 Bề rộng mặt đường m - 7 7 17 Bề rộng nền đường m - 9 9 18 Bề rộng lề đường m - 2x1 2x1 19 Bề rộng phần gia cố lề m - 2x0,5 2x0,5 20 Loại mặt đường - A1 A1 21 Môduyn đàn hồi yêu cầu của mặt đường. MPa - 130 130 22 Môduyn đàn hồi yêu cầu của lề gia cố. MPa - 110 110 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN 3.1. Nguyên tắc thiết kế: Nguyên tắc thiết kế bình đồ tuyến phải thiết kế phối hợp giữa bình đồ, trắc dọc, trắc ngang. Tuy nhiên, để tiện lợi trong quá trình thiết kế cho phép đầu tiên là vạch tuyến trên bình đồ thông qua các đường dẫn hướng tuyến, sau đó dựa vào các đường dẫn hướng tuyến đã vạch tiến hành thiết kế bình đồ, trắc dọc, trắc ngang. 3.2. Xác định các điểm khống chế: Trên bình đồ trắc dọc theo đường chim bay, nghiên cứu kỹ địa hình, cảnh quan thiên nhiên, xác định các điểm khống chế mà tại đó tuyến phải đi qua. - Điểm đầu A18, điểm cuối B18. - Điểm vượt đèo. - Vị trí vượt sông, suối thuận lợi. - Cao độ khu dân cư, trấn thành phố, nơi giao nhau với các đường giao thông khác. Đánh dấu những khu vực bất lợi về địa chất, thuỷ văn mà tuyến nên tránh, các điểm tựa mà tuyến nên chạy qua.3.3. Quan điểm thiết kế - xác định bước compa: * Khi thiết kế tuyến phải dựa trên các quan điểm sau: - Trường hợp tuyến phải đi qua thung lũng và đặt trên các thềm sông, suối phải đảm bảo đặt tuyến trên mực nước ngập về mùa lũ, tránh vùng đầm lầy, đất yếu và sự đe dọa xói lở của bờ sông. Tránh tuyến đi uốn lượn quanh co quá nhiều theo sông suối mà không đảm bảo sự đều đặn của tuyến. - Trường hợp tuyến đi theo đường phân thủy, ít phải làm công trình thoát nước vì điều kiện thoát nước tốt, thường được dùng ở những vùng đồi thoải, nơi đỉnh đồi, núi phẳng ít lồi lõm và địa chất ổn định. - Trường hợp tuyến đi lưng chừng sườn núi nên chọn những sườn đồi thoải, ít quanh co, địa chất ổn định, đường dẫn hướng tuyến sẽ được xác định theo độ dốc đều với một độ dốc chủ đạo với chú ý là phải nhỏ hơn độ dốc cho phép. * Xác định bước Compa. Chiều dài bước Compa được tính theo công thức. (m). (3.1) Trong đó: + Dh: Chênh lệch giữa hai đường đồng mức gần nhau; Dh= 8m. + id= (0,9¸0,95)idmax (0/00) (3.2). + idmax: Dộ đốc dọc lớn nhất cho phép đối với cấp đường (0/00). Có thể lấy id = idmax- 0,02 phòng trường hợp tuyến vào đường cong bị rút ngắn chiều dài mà tăng thêm độ dốc dọc thực tế khi xe chạy. Þ id = 0,018 x 0,95 = 0,0171 + 1/M: Tỷ lệ bản đồ; 1/M=1/20000 Thay số liệu vào công thức trên ta được: L= .= 23,39(mm). Vậy chọn: l = 24 mm. 3.4. Lập các đường dẫn hướng tuyến: Đường dẫn hướng tuyến là một đường gãy khúc cắt các đường đồng mức, đường này có độ dốc không đổi id. Để vạch các đường dẫn hướng tuyến một cách dễ dàng, mà phù hợp với thực tế cần phải xem xét kỹ các yếu tố của địa hình, vì vậy ta cần vạch các hướng tuyến theo các nguyên tắc sau: - Đường dẫn hướng tuyến cố gắng bám sát đường chim bay để giảm chiều dài tuyến. - Tránh tuyến gãy khúc, cua đột ngột. - Cho phép sử dụng độ dốc dọc lớn nhất và các bán kính đường cong nằm tối thiểu nhưng phải đảm bảo tầm nhìn đối với địa hình. - Ở những đoạn cần triển tuyến cố gắng bám theo một độ dốc dọc nào đó. trong trường hợp khó khăn về bình đồ, thì cố gắng bám theo đường đồng mức và có lên xuống chút ít để đảm bảo yêu cầu thoát nước. Dựa vào các chỉ tiêu tính toán, bình đồ và xem xét kỹ vào yếu tố địa hình, ta kết hợp các phương pháp vạch đường dẫn tuyến. - Vạch theo lối đi tự do khi tuyến đi qua vùng đồi thoải. - Vạch theo lối đi sườn, khi tuyến đi qua vùng sườn đồi thoải và quanh co, địa chất ổn định. đường dẫn hướng được xác định theo độ dốc đều. - Một số đoạn có địa hình khó khăn ta vạch đường dẫn hướng tuyến theo lối đi gò bó bằng cách dùng bước compa. 3.5. Các phương án tuyến : * Phương án 1: Tuyến có chiều dài L= 2970,60m gồm 3 đường cong nằm, trong đó đường cong nằm có bán kính nhỏ nhất R= 400m, hệ số triển tuyến bằng 1,12. Tuyến có 13 cống thoát nước tính toán, độ dốc dọc tự nhiên trung bình bằng 9‰. * Phương án 2: Tuyến có chiều dài L= 2903,18m gồm 4 đường cong nằm, trong đó đường cong nằm có bán kính nhỏ nhất R= 350m, hệ số triển tuyến bằng 1,10. Tuyến có 12 cống thoát nước tính toán, độ dốc dọc tự nhiên trung bình bằng 7‰. * Phương án 3: Tuyến có chiều dài L= 3032,01 m gồm 4 đường cong nằm, trong đó đường cong nằm có bán kính nhỏ nhất R= 350m, hệ số triển tuyến bằng 1,15. Tuyến có 14 cống thoát nước, độ dốc dọc tự nhiên trung bình bằng 10‰. * So sánh sơ bộ- chọn hai phương án tuyến. Bảng so sánh chọn phương án tuyến Bảng3.1: STT CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT Đơn vị CÁC PHƯƠNG ÁN 1 2 3 1 Chiều dài tuyến m 2970,60 2903,18 300,,95 2 Hệ số triển tuyến - 1,12 1,10 1,14 3 Dốc dọc tự nhiên trung bình % 1,9 1,7 2,0 4 Dốc dọc tự nhiên lớn nhất/chiều dài %/m 2,5/115 2,8/120 3,2/200 5 Số lần chuyển hướng Lần 3 4 3 6 Góc chuyển hướng trung bình Độ 48,51 48,55 51,21 7 Số lượng đường cong nằm Cái 3 4 3 8 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất m 400 350 300 9 Số lượng công trình cầu Cái 0 0 0 10 Số lượng công trình cống Cái 13 12 13 So sánh chọn hai phương án thích hợp để lập dự án khả thi: Dựa vào Bảng so sánh trên ta thấy phương án 3 có chiều dài tuyến và độ dốc dọc trung bình lớn hơn đồng thời có bán kính đường cong nằm nhỏ nhất nhỏ hơn hai phương án kia. * Kết luận: ta chọn hai phương án 1 và 2 để lập dự án khả thi. 3.6. Tính toán các yếu tố đường cong nằm cho hai phương án tuyến: Sau khi đã xác định sơ bộ hình dạng của các phương án tuyến 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 - Sơ bộ phân tích hướng tuyến và trắc dọc của tuyến, nếu thấy cần thiết sẽ thay đổi vị trí của đường cong nằm hoặc chọn lại trị số bán kính R. - Sau khi sửa chữa vị trí tuyến lần cuối cùng, tiến hành tính toán các yếu tố cơ bản của đường cong nằm và xác định lý trình các điểm đó. + Chiều dài đường tang của đường cong: T = Rtg(a/2) (3.3) + Phân cực của đường cong: (3.4) + Chiều dài của đường cong: (m) (3.5) Trong đó: + R(m): Bán kính của đường cong. + a(độ): Góc chuyển hướng của tuyến Kết quả tính toán được ghi ở bảng sau: Bảng các thông số đường cong phương án tuyến 1 Bảng3.2: STT Lý trình đỉnh Góc chuyến hướng(độ) R (m) T (m) P (m) K (m) isc (%) Ln m Trái Phải 1 Km0+604,76 34024’23” 600 210,82 28,28 410,30 2 50 2 Km2+125,70 62040’41” 400 268,73 68,63 487,58 2 50 3 Km2+666,80 48027’28” 400 205,12 38,92 388,30 2 50 Bảng các thông số đường cong phương án tuyến 2 Bảng3.3: STT Lý trình đỉnh Góc chuyến hướng(độ) R (m) T (m) P (m) K (m) isc (%) Ln m Trái Phải 1 Km0+513,29 49024’29” 800 393,0 80,74 739,87 2 50 2 Km1+224,19 45033’33” 600 277,04 50,95 527,10 2 50 3 Km2+052,11 81044’49” 400 371,39 129,34 620,70 2 50 4 Km2+623,33 50041’30” 350 190,92 37,61 359,66 2 50 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ QUY HOẠCH THOÁT NƯỚC Theo các giáo trình, tài liệu và thực tế ta đã biết: cường độ và tuổi thọ của các công trình trên đường phụ thuộc rất nhiều vào chế độ thủy nhiệt và sự phân bố các nguồn ẩm như: nước ngầm, nước mặt, nước ngập. Các nguồn ẩm này có tác động đến các công trình đường như gây xói lở nền đường, ta luy, ngấm vào nền đường và kết cấu áo đường làm giảm tuổi thọ của nền đường và kết cấu áo đường. Ta đã biết nước là yếu tố số một ảnh hưởng đến tuổi thọ của đường. Chính vì vậy khi xây dựng và thiết kế đường cần chú ý thiết kế các hệ thống thoát nước một cách hợp lý để đảm bảo tuổi thọ cho công trình và tiết kiệm chi phí xây dựng. * Những điều cần chú ý khi quy hoạch thoát nước : - Tần suất thiết kế của công trình thoát nước ứng với cấp kỹ thuật của tuyến đường. Với đường cấp kỹ thuật 40, theo [1] tần suất thiết kế cho cầu, cống là 4%. - Ưu tiên chọn cống ở chế độ chảy không áp để thoát nước tốt, tránh nước dâng trước cống và cống bị phá hoại do vật trôi. - Ưu tiên dùng cống tròn lắp ghép để thi công. Trong các trường hợp cao độ thấp, đất đắp trên cống bị hạn chế hoặc lưu lượng tính toán lớn (>15m3 /s) thì phải nghiên cứu phương án cống vuông, cống hộp trên cơ sở luận chứng kinh tế, kỹ thuật. Việc thiết kế quy hoạch thoát nước bao gồm: Thiết kế rãnh, thiết kế cống, thiết kế cầu. 4.1. Rãnh thoát nước: 4.1.1. Rãnh biên: Rãnh dọc được thiết kế ở các đoạn nền đường đắp thấp hơn 0,6m, ở tất cả các nền đường đào, nền đường nửa đào, nửa đắp, có thể bố trí ở một bên đường hoặc ở cả hai bên của nền đường. Kích thước của rãnh lấy theo cấu tạo: Hình 4.1: Cấu tạo rãnh biên Chiều sâu của rãnh tối thiểu là 0,3m và tối đa là 0,8m (tính từ mép lề đến đáy rãnh) Tiết diện ngang của rãnh được dùng ở đây là hình thang, vì nó dễ thoát nước và dễ thi công. Độ dốc của rãnh được lấy theo độ dốc dọc của đường đỏ và tối thiểu là 5‰, cá biệt có thể lấy lớn hơn hoặc bằng 3‰ sao cho đảm bảo không lắng đọng phù sa ở đáy rãnh và thoát nước nhanh. Ở nơi có độ dốc rãnh lớn hơn độ dốc gây xói đất thì được gia cố cho phù hợp với điều kiện địa chất, địa hình nơi đó để đảm bảo chống xói với chiều cao gia cố mái dốc là cao hơn mức nước tính toán chảy trong rãnh là 0,1m. Những chỗ ngoặt hay có hiện tượng ứ đọng bùn, cát do đó khi chuyển hướng ta thiết kế sao cho rãnh chuyển hướng từ từ với góc ngoặt không lớn hơn 450 và bán kính đường cong không được nhỏ hơn 2 lần chiều rộng mặt trên của rãnh. 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. Rãnh được bố trí ở những nơi sườn núi có độ dốc ngang lớn và diện tích lưu vực tụ nước lớn mà rãnh dọc không thoát kịp. Tiết diện rãnh thường được dùng dạng hình thang, bề rộng đáy tối thiêíu là 0,5 m, bờ rãnh có ta luy 1:1,5 , còn chiều sâu rãnh phải xác định từ tính toán thủy lực nhưng không quá 1,5m. Phân chia rãnh từng đoạn ngắn và dựa vào sự phân đoạn ở trên để 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‰. Ở những nơi địa hình sườn dốc ở hai bên lớn và có địa chất không tốt, có hiện tượng trượt, sụt lở phải thiết kế hai hoặc nhiều rãnh đỉnh. Ngược lại nếu sườn dốc thoải, diện tích sườn núi không lớn thì có thể không cần làm rãnh đỉnh nhưng phải xem xét tăng diện tích rãnh dọc lên. Vị trí rãnh đỉnh phải cách mép taluy nền đường đào ít nhất là 5m. Đất đào rãnh đắp ở phía thấp và dốc vào rãnh tạo thành đê để chắn nước vào rãnh. Trong đồ án này không có rãnh đỉnh. 4.1.3. Rãnh thu nước: Rãnh thu nước được thiết kế để dẫn nước từ các nơi trũng cục bộ về một công trình thoát nước gần nhất hoạt từ rãnh dọc, rãnh đỉnh về chổ trũng hay về cầu cống, hoặc để nối tiếp giữa sông suối với thượng và hạ lưu cống. Rãnh thu nước không nên thiết kế dài quá 500m. Nếu rãnh thu nước bố trí dọc theo nền đường thì mép rãnh phải cách chân taluy nền đường ít nhất là 2m- 4m và giữa rãnh và nền đường có đê bảo vệ cao 0,5m- 0,6m. Tiết diện của rãnh xác định theo tính toán thuỷ lực nhưng chiều sâu của rãnh không nên nhỏ hơn 0,5m và đáy rãnh không nhỏ hơn 0,4m, mép bờ rãnh phải cao hơn mực nước chảy trong rãnh ít nhất là 0,2m. Tần suất tính lưu lượng của rãnh dẫn nước lấy bằng tần suất của công trình thoát nước có liên quan. 4.1.4. Rãnh tháo nước: 4.2. Công trình vượt dòng nước: Công trình thoát nước bao gồm cầu, cống v.v...Được bố trí tại tất cả các nơi trũng trên bình đồ, trắc dọc và nơi có sông suối. Đối với cống tính toán ta chọn loại cống không áp, khẩu độ được chọn theo tính toán thủy văn. Đối với cầu, khẩu độ được chọn dựa trên bình đồ nơi vị trí có dòng chảy rõ ràng theo định lượng. 4.2.1. Cống: 4.2.1.1. Xác định vị trí cống: Các vị trí cần đặt cống là những nơi có suối nhỏ và nơi có tụ thủy. Bảng 4.1 STT Lý trình Phương án 1 Phương án 2 1 KM0 + 100,00 KM0 + 100,00 2 KM0 + 300,00 KM0 + 270,41 3 KM0 + 604,76 KM0 + 537,23 4 KM0 + 800,00 KM0 + 749,99 5 KM0 + 931,57 KM1 + 000,00 6 KM1 + 300,00 KM1 + 527,54 7 KM1 + 664,56 KM1 + 700,00 8 KM1 + 829,27 KM1 + 838,80 9 KM2 +000,00 KM2 + 019,20 10 KM2 + 125,70 KM2 + 226,18 11 KM2 + 300 KM2 + 399,99 12 KM2 + 487,65 KM2 + 741,84 13 KM2 + 817,57 4.2.1.2. Xác định lưu vực cống: Lưu vực cống được xác định như sau: Trên bản đồ địa hình khoanh lưu vực nước chảy về công trình theo ranh giới của các đường phân thủy. Diện tích của lưu vực cống là phần diện tích được bao bởi 2 đường phân thuỷ và tuyến đường. Kết quả được thống kê ở bảng sau: Bảng 4.2 STT Phương án 1 Phương án 2 Lý trình F(km2) Lý trình F(km2) 1 KM0 + 100,00 0,31 KM0 + 100,00 0,32 2 KM0 + 300,00 0,06 KM0 + 270,41 0,07 3 KM0 + 604,76 0,35 KM0 + 537,23 0,38 4 KM0 + 800,00 0,64 KM0 + 749,99 0,64 5 KM0 + 931,57 0,15 KM1 + 000,00 0,20 6 KM1 + 300,00 0,09 KM1 + 527,54 0,08 7 KM1 + 664,56 0,13 KM1 + 700,00 0,16 8 KM1 + 829,27 0,28 KM1 + 838,80 0,30 9 KM2 +000,00 0,22 KM2 + 019,20 0,97 10 KM2 + 125,70 0,94 KM2 + 226,18 0,08 11 KM2 + 300 0,08 KM2 + 399,99 0,17 12 KM2 + 487,65 0,15 KM2 + 741,84 0,04 13 KM2 + 817,57 0,03 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 theo 22TCN220-95 của Bộ giao thông vận tải Việt Nam. Qp = Ap% .a.Hp%.d.F (m3/s) (4.1). + F: Diện tích của lưu vực (km2). + Hp: Lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế 4% theo phu lục II tài liệu [2], ứng với vùng Phú Bài tỉnh Thừa Thiên- Huế ta có H4%= 573mm. + a: Hệ số dòng chảy lũ lấy theo bảng 14 tài liệu [2] tùy thuộc loại đất cấu tạo lưu vực, luợng mưa ngày thiết kế (HP%) và diện tích lưu vực (F). Đất sét cát, đen sét cát, đất rừng đất trồng cỏ( khi ướt khó vê thành sợi). Tra bảng 13 tài liệu [2] thì đây là đất cấp IV. + Ap%: Môduyn dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện d=1. Giá trị Ap xác định bằng tra bảng phụ lục II trang 117của [2]. Phụ thuộc vào: * Đặc trưng địa mạo thuỷ văn của lòng sông Æ * Thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc T * Phân khu mưa rào (vùng mưa).Với tuyến đường ở Thừa Thiên Huế thuộc vùng XI + d: Hệ số chiết giảm lưu lượng do đầm, hồ, ao, d=1. * Trình tự tính toán: a. Tính chiều dài sườn dốc lưu vực theo công thức : (4.2). Trong đó : + ål: Tổng chiều dài các suối nhánh (Km) (Chỉ tính các suối có chiều dài lớn hơn 0,75 chiều rộng trung bình của lưu vực B). + L: Chiều dài suối chính (Km) Đối với lưu vực có 2 mái dốc: B = F/2L Đối với lưu vực có 1 mái dốc: B = F/L Và trị số bsd xác định như trên nhưng thay hệ số 1,8 bằng 0,9. b. Xác định đặc trưng địa mạo của sườn dốc lưu vực: Fsd = (4.3). Trong đó: + isd: là độ dốc trung bình của sườn dốc lưu vực (0/00), xác định trên địa hình. + msd: là hệ số nhám sườn dốc xác định theo bảng 15 trang 32 của [2]. Với tình hình đất bị cày xới, nhiều gốc bụi, dân cư có nhà cửa lớn hơn 20% và cỏ trung bình ta tra được msd= 0,15. Đối với lưu vực nhỏ, khi lòng sông, suối không rõ ràng môđuyn dòng chảy lũ lấy theo phục lục II của [2] ứng với Fls = 0. c. Xác định thời gian tập trung nước : Theo phụ lục II của [2] ứng với vùng mưa thiết kế và Æ Xác định hệ số đặc trưng địa mạo của lòng sông suối theo công thức: Fls = (4.4). Trong đó: + L: Chiều dài dòng suối chính (Km) xác định trên bình đồ. + iLs: Độ dốc dòng suối chính tính theo 0/00. + mLs: Hệ số nhám của lòng suối. Với tình hình suối không có nước thường xuyên, mùa lũ dòng nước cuốn theo nhiều sỏi cuội, bùn cát. Tra bảng 16 của [2] ta có mLs= 9. d. Xác định Ap theo Fls và tsd , vùng mưa theo phụ lục II của [2] e. Xác định trị số Qmax sau khi thay các trị số trên vào công thức. Kết quả tính toán ghi ở phụ lục 2 bảng 1, 2 4.2.1.4. Chọn loại cống, khẩu độ cống: Sau khi đã xác định được lưu lưu lượng Qmax ta đưa ra một số phương án khẩu độ cống theo từng phương án tuyến, sau đó đánh giá chung các cống trên toàn tuyến để ta chọn lại các khẩu độ cống có ít số lượng theo cống chiếm phần lớn, để thuận tiện cho công tác thi công cống sau này. Ứng với mỗi phương án xác định chiều cao mực nước dân trước công trình và vận tốc dòng nước chảy qua khẩu độ cống. Từ lưu lượng Qmax ta tra bảng 9-1a, bảng 9-1b của [5], ta được Ø, H, V ứng với loại cống thường loại I, chảy không áp: Chọn khẩu độ cống được thể hiện ở bảng sau:  Bảng các phương án chọn khẩu độ cống phương án tuyến 1 Bảng 4.3 SST Lý trình Qmax(m3/s) Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 1 KM0 + 100,00 7,55 2Ø175 2Ø200 2 KM0 + 300,00 1,87 2Ø100 1Ø125 1Ø150 3 KM0 + 604,76 8,68 2H200 2Ø175 2Ø200 4 KM0 + 800,00 19,09 1H300 3Ø200 5 KM0 + 931,57 3,80 2Ø125 2Ø150 1Ø175 6 KM1 + 300,00 2,38 2Ø125 1Ø150 7 KM1 + 664,56 2,99 2Ø125 1Ø150 8 KM1 + 829,27 7,22 2Ø175 2Ø200 9 KM2 +000,00 5,78 2Ø150 2Ø175 1Ø200 10 KM2 + 125,70 26,09 1H350 11 KM2 + 300 2,32 2Ø125 1Ø150 12 KM2 + 487,65 4,08 3Ø125 2Ø150 1Ø175 13 KM2 + 817,57 0,87 1Ø90 1Ø150 Bảng các phương án chọn khẩu độ cống phương án tuyến 2 Bảng 4.4 STT Lý trình Qmax(m3/s) Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 1 KM0 + 100,00 7,79 2Ø175 2Ø200 2 KM0 + 270,41 2,04 2Ø125 1Ø150 3 KM0 + 537,23 9,24 2Ø175 2Ø200 4 KM0 + 749,99 18,79 1H300 3Ø200 5 KM1 + 000,00 4,79 2Ø150 1Ø175 6 KM1 + 527,54 2,09 1Ø125 1Ø150 7 KM1 + 700,00 3,98 2Ø125 2Ø150 1Ø175 8 KM1 + 838,80 7,59 2Ø175 2Ø200 9 KM2 + 019,20 26,95 1H350 10 KM2 + 226,18 2,36 2Ø125 1Ø150 11 KM2 + 399,99 4,63 2Ø150 1Ø175 12 KM2 + 741,84 1,12 2Ø90 1Ø100 1Ø150  Bảng chọn khẩu độ cống phương án tuyến 1 Bảng 4.5 Stt Lý trình Qmax (m3/s) Khẩu độ cống(cm) Hd(m) V(m/s) 1 KM0 + 100,00 7,55 2Ø175 1,5 2,74 2 KM0 + 300,00 1,87 1Ø150 1,08 2,28 3 KM0 + 604,76 8,68 2Ø175 1,64 2,92 4 KM0 + 800,00 19,09 1H300 2,72 3,97 5 KM0 + 931,57 3,80 1Ø175 1,51 2,74 6 KM1 + 300,00 2,38 1Ø150 1,25 2,48 7 KM1 + 664,56 2,99 1Ø150 1,42 2,73 8 KM1 + 829,27 7,22 2Ø175 1,46 2,69 9 KM2 +000,00 5,78 2Ø150 1,39 2,68 10 KM2 + 125,70 26,09 1H350 3,01 4,17 11 KM2 + 300,00 2,32 1Ø50 1,23 2,45 12 KM2 + 487,65 4,08 1Ø175 1,58 2,83 13 KM2 + 817,57 0,87 1Ø150 0,72 1,82 Bảng chọn khẩu độ cống phương án tuyến 2 Bảng 4.6 Stt Lý trình Qmax (m3/s) Khẩu độ cống(cm) Hd(m) V(m/s) 1 KM0 + 100,00 7,79 2Ø175 1,53 2,77 2 KM0 + 270,41 2,04 1Ø150 1,14 2,35 3 KM0 + 537,23 9,24 2Ø175 1,71 3,01 4 KM0 + 749,99 18,79 1H300 2,69 3,95 5 KM1 + 000,00 4,79 1Ø175 1,75 3,06 6 KM1 + 527,54 2,09 1Ø150 1,16 2,37 7 KM1 + 700,00 3,98 1Ø175 1,55 2,79 8 KM1 + 838,80 7,59 2Ø175 1,50 2,74 9 KM2 + 019,20 26,95 1H350 3,08 4,22 10 KM2 + 226,18 2,36 1Ø150 1,24 2,47 11 KM2 + 399,99 4,63 1Ø175 1,71 3,01 12 KM2 + 741,84 1,12 1Ø150 0,81 1,91 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ TRẮC DỌC TUYẾN Trắc dọc có ánh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu khai thác của đường như: Tốc độ xe chạy, năng lực thông xe, tiêu hao nhiên liệu và an toàn xe chạy. Nó ảnh hưởng rất lớn đến giá thành xây dựng. 5.1. Nguyên tắc thiết kế : Sau khi chọn được hai phương án 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, điểm yên ngựa ...). 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: - Đảm bảo đường đỏ thiết kế lượng đều với độ dốc hợp lý . Cố gắng dùng các độ dốc dọc bé. Ta chỉ dùng các chỉ tiêu giới hạn như: idmax , Rmin ... ở những nơi đặc biệt khó khăn về địa hình. Khi thiết kế trắc dọc phải kết hợp với trắc ngang. - Đảm bảo thoát nước tốt từ nền đường và khu vực hai bên đường. Đảm bảo nền đường luôn khô ráo bằng cách nếu có thể nâng cao nền đường lên so với cao độ tự nhiên (nếu có thể nên dùng nền đắp). Khi độ dốc sườn lớn thì không nên dùng nền đắp vì dễ gây trượt. - Để đảm bảo thoát nước mặt tốt và không phải làm rãnh sâu thì nền đường đào hoàn toàn và nửa đào nửa đắp không nên thiết kế có độ dốc nhỏ hơn 5‰ (cá biệt 3‰) - Độ dốc dọc lớn nhất trên những đoạn có bán kính đường cong nằm có bố trí siêu cao phải triết giảm đưọc quy định ở bảng 14 của [1] . - Đường cong đứng phải được bố trí ở những chỗ đường đỏ thay đổi độ dốc với hiệu đại số hai độ đốc ³ 2% đối với đường cấp 40, ( khi lên dốc i lấy dấu dương(+), khi xuống dốc i lấy dấu âm(-)). - Đường cong đứng thiết kế ở dạng cung tròn hay parabôn(trong đồ án lây dạng cung tròn). Trị số bán kính quy định ở bảng 9 của [1]. - 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 từng đoạn tuyến có địa hình giống nhau về độ dốc ngang sườn, địa chất . -Ngoài ra phải đảm bảo các yếu tố không gian, cảnh quan tạo cảm giác êm dịu, thoải mái cho lái xe. Aính hưởng của điều kiện địa hình, địa chất thủy văn tới nguyên tắc thiết kế đường đỏ : - Đối với địa hình vùng đồi nên dùng phương pháp "đường cắt'', cố gắng vạch đường đỏ để khối lượng đào và đắp là gần bằng nhau. - Tránh tạo những đoạn nền đường đào ẩm ướt, nhất là đi ven sông, suối. - Đối với địa hình vùng đồi núi để tăng cường sự ổn định của trắc ngang đường và tiện lợi cho thi công nên dùng trắc ngang chữ L. Khi độ dốc ngang sườn lớn mới dùng trắc ngang chữ U. 5.2. Xác định các cao độ khống chế : Hđào;m 2 1 Fđào Fđắp 3 Hđắp;m Hình .5.1: Quan hệ giữa diện tích đào đắp với chiều cao đào đắp tại cọc dặc trưng cho đoạn địa hình. 1: Fdào= Fđắp. 2: Đào hoàn toàn. 3: Đắp hoàn toàn. - Cao độ điểm khống chế là những cao độ mà tại đó bắt buộc đường đỏ phải đi qua như cao độ điểm đầu, điểm cuối của tuyến, cao độ nơi giao nhau cùng mức với các đường giao thông ôtô khác cấp cao hơn hoặc với đường sắt, cao độ mặt cầu, cao độ tối thiểu đắp trên cống, cao độ nền đường bị ngập nước hai bên, cao độ nền đường ở những nơi có mức nước ngầm cao. 5.3. Xác định các cao độ mong muốn : Phân trắc dọc thành những đoạn đặc trưng về địa hình qua độ dốc sườn núi tự nhiên và địa chất khu vực. Nên phân thành từng đoạn có độ dốc sau để xác định cao độ của những điểm mong muốn (cao độ chỉ đạo): is< 20% dùng dạng nền đắp và nửa đào, nửa đắp is = 20¸30% dùng dạng nền nửa đào, nửa đắp is> 30% dùng dạng nền đường chữ L hoặc thiên về phần đào nhiều hơn Để xác định cao độ mong muốn cho từng đoạn trắc dọc. Ta tiến hành lập đồ thị tương quan giữa diện tích đào và diện tích đắp. Tại những nơi có Fđào = Fđắp ta xác định được trắc ngang kinh tế hình .5.1. 5.4. Phân đoạn trắc dọc và quan điểm thiết kế: Địa hình khu vực tuyến đi qua là vùng đồi nên trắc dọc có cao độ tự nhiên thay đổi liên tục do đó 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 đắp cho phần nền đắp. Bám sát các điểm khống chế và các điểm mong muốn, làm thõa mãn tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến như: độ dốc dọc nhỏ hơn độ dốc dọc lớn nhất, độ dốc dọc tối thiểu ở nền đào, bán kính đường cong đứng, phối hợp giữa đường cong đứng và đường cong nằm nhằm đảm bảo sự đều đặn của tuyến. 5.5. Thiết kế đường đỏ: Sau khi đã xác định các điểm khống chế và các điểm mong muốn đưa các điểm đó lên trắc dọc đã vẽ đường “đen” (đường địa hình tự nhiên). Sơ bộ vạch vị trí đường đỏ thoả mãn các yêu cầu sau: - Bám sát các điểm khống chế và các điểm mong muốn. - Thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật. - Trong thực tế khó mà đảm bảo thoả mãn đồng thời tất cả các yêu cầu đặt ra, do đó phải tuỳ tình hình cụ thể cho từng đoạn tuyến để chọn giải pháp thiết kế hợp lý nhất. - Phân trắc dọc thành từng đoạn đặc trưng về độ dốc dọc của đường đỏ, xác định điểm đầu của đoạn dốc tính toán, định trị số dốc dọc cho đoạn đó một cách chính xác (độ dốc dọc phải chẵn phần nghìn). - 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 thường gặp hai trường hợp: - Đường đỏ là đường thẳng thì tính điểm xuyên như sau hình 5.2a: (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 5.2b. (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. 5.6. Thiết kế đường cong đứng: * Tính toán các yếu tố đường cong đứng: Tại vị trí thay đổi độ dốc đường đỏ mà có hiệu độ dốc 20‰ ta phải bố trí đường cong đứng Hình 5.3 : Sơ đồ cấu tạo đường cong đứng Các thông số đường cong đứng xác định như sau: K = R( i1 - i2) 5.3 5.4 5.5 Trong đó: + i1, i2:độ dốc thiết kế của đường đỏ. + i khi lên dốc - i khi xuống dốc + R: bán kính đường cong đứng + K: chiều dài đường cong + T: khoảng cách từ điểm TĐ, TC của đường cong đứng đến điểm đổi dốc của đường đỏ. * Lập bảng cắm cong: Phương án 1: Bảng 5.1: STT LÝ TRÌNH i1(%) i2(%) R(m) K(m) T(m) P(m) 1 KM0+300,00 6 -5 30000 329,48 164,74 0,45 2 KM0+604,76 -5 18 10000 229,52 114,76 0,66 3 KM1+356,92 18 -18 8000 287,86 143,93 1,29 4 KM2+125,70 -12 12 10000 239,96 119,98 0,72 Phương án 2: Bảng 5.2: STT LÝ TRÌNH i1(%) i2(%) R(m) K(m) T(m) P(m) 1 KM0+649,28 -10 6 20000 320,24 160,12 0,64 2 KM0+960,65 6 18 20000 239,58 119,79 0,36 3 KM1+224,19 18 -5 10000 229,84 114,92 0,66 4 KM1+936,27 -9 18 10000 270,18 135,09 0,91 5 KM2+400 18 5 10000 130,04 65,02 0,21 5.6. Tính toán cao độ thiết kế, chiều cao đào đắp-lập bảng cắm cọc: Bảng cắm cọc được thể hiện ở phụ lục 1, bảng 1,2. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ TRẮC NGANG VÀ TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG ĐÀO ĐẮP 6.1. Nguyên tắc thiết kế: - Các đặc trưng mặt cắt ngang của đường ô tô phụ thuộc vào cấp đường và vận tốc thiết kế đã tính toán sơ bộ ở chương 2. Cụ thể: + Nền đường rộng 9 m, trong đó phần xe chạy là 2 x 3,5 m, lề đường là 2 x 1m * Cấu tạo nền đường: - Thiết kế trắc ngang nền đường cần đảm bảo các quy định sau đây: + Bề rộng nền đường gồm có phần xe chạy và lề đường, khi cần thiết phải có dải phân cách. + Lề đường khi Vtt ³ 40 km/h phải có một phần gia cố. + Nền đường phải đủ cường độ, không biến dạng quá nhiều dưới áp lực bánh xe. + Nền đường phải ổn định cường độ - Vì vậy, khi thiết kế trắc ngang nền đường cần chú ý: + Để tránh hiện tượng trượt mái taluy, ta lấy độ dốc mái taluy là 1:1,5. + Nếu nền đắp cao hơn 6¸12m thì dưới dốc taluy phải thoải hơn (1¸1,75) và phần trên (4¸8)m vẫn dùng Taluy 1:1,5. + Nền đường đầu cầu và dọc sông ta lấy cấu tạo độ dốc Taluy 1:2 cho đến mực nước thiết kế 0,5m. + Đắp nền trên sườn dốc khi isd>20% thì ta phải đánh bậc cấp trước khi đắp. + Nền đào: Độ dốc mái taluy nền đào lấy là 1:1 + Đối với nền đào cũng như nền đắp thấp < 0,6m thì ta phải thiết kế trắc ngang có rãnh biên thoát nước. 6.2. Các thông số thiết kế: 6.3. Mặt cắc ngang tĩnh không: Chiều cao khống chế tối thiểu là 4,5m, trong trường hợp cá biệt có thể lấy 4m Hình 6.2:Mặt cắt ngang tĩnh không. 6.4. Thiết kế trắc ngang điển hình: Có 8 dạng trắc ngang điển hình và công thức tính diện tích mặt cắt ngang như sau: 6.4.1. Dạng A1: Điều kiện áp dụng: 0<|K.H|<Bn/2. Hình 6.3: Mặt cắt ngang dạng A1 - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = Trong đó : + FR: Diện tích mặt cắt ngang rãnh biên : FR = 0,32 (m) + Bn: Bề rộng nền đường Bn = 9 (m). + BR: Bề rộng đáy rãnh biên (m) 6.4.2. Dạng A2: Điều kiện áp dụng: Bn/2<|K.H|<Bn/2+BR Hình.6.4: Mặt cắt ngang dạng A2 - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = - Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = 0 6.4.3. Dạng A3: Điều kiện áp dụng: |K.H| ³ Bn/2+BR - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = 0 Hình.6.5: Mặt cắt ngang dạng A3 6.4.4. Dạng A4: Điều kiện áp dụng: K = ¥. Hình 6.6: Mặt cắt ngang dạng A4 - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = - Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = 0 6.4.5. DạngB1: Điều kiện áp dụng: 0<K.H<Bn/2. Hình 6.7: Mặt cắt ngang dạng B1 - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = - Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = 6.4.6. Dạng B2: Điều kiện áp dụng: Bn/2<K.H<Bn/2+BR Hình 6.8: Mặt cắt ngang dạng B2 - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = 6.4.7. Dạng B3: Điều kiện áp dụng: K.H>Bn/2+BR Hình 6.9: Mặt cắt ngang dạng B3 - Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = 0. 6.4.8. Dạng B4: Điều kiện áp dụng: K= ¥. - Diện tích mặt cắt ngang phần đào: Fđào = 0. - Diện tích mặt cắt ngang phần đắp: Fđắp = Hình.6.10: Mặt cắt ngang dạng B4 Ghi chú: 1/x: ta luy nền đắp. + 1/x = 1/1,5: khi chiều cao đào đắp 6m. + 1/x = 1/1,75: khi chiều cao đào đắp > 6m. 6.5. Tính toán khối lượng đào đắp: 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 ta cần phải tính khối lượng đất nền đường. Cơ sở để tính toán khối lượng đào đắp là các bản vẽ trắc dọc, trắc ngang và bình đồ địa hình. Để tính được khối lượng đào hoặc đắp một cách chính xác thì rất phức tạp do phải tính tích phân: (m3). (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 thiết mặt đất là phẳng và tính khối lượng đất đào hay đắp như thể tích một lăng trụ. F (1) đào F TB đào Cọc 2 F (2) đắp F TB đắp F (1) đắp Cọc 1 Hình 6.11: Sơ đồ tính khối lượng đất giữa hai cọc (1) và cọc (2). (m) (6.2). (m) (6.3). Trong đó: + Vđào,Vđắp: Khối lượng đất phải đào, đắp trong đoạn. + F(1)đào, F(2)đào: Diện tích mặt 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. - Với những trắc ngang nửa đào, nửa đắp tính riêng diện tích phần đào, phần đắp. - Khối lượng rãnh biên tính luôn vào diện tích phần đào. - Cao độ đào hay đắp nền đường ở đây là cao độ tại tim đường, nên ta có thể đắp ở phần đường bên này nhưng đào ở phần đường bên kia, vậy tại các vị trí điểm xuyên vẫn có thể có khối lượng đào và khối lượng đắp. - 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 bên đường. - Khối lượng đất đào đắp của toàn tuyến (hay đoạn tuyến) là tổng khối lượng của từng đoạn nhỏ đã tính. (m3) (6.4) 6.4. Khối lượng đào đắp cho các phương án: Được thể hiện ở Bảng 1,2 phụ lục 3 6.4.1. Khối lượng đào đắp phương án 1: - Khối lượng đất đào: Fđào = 19164,94 (m3). - Khối lượng đất đắp: Fđắp = 21450,08(m3). 6.4.2. Khối lượng đào đắp phương án 2: - Khối lượng đất đào: Fđào = 7930,96 (m3). - Khối lượng đất đắp: Fđắp = 9430,89(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.(tra trang 36-22TCN211-06) Tải trọng trục (trục đơn) : P = 100 KN. áp lực tính toán 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 trên một làn xe. Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe đã được quy đổi về trục xe tính toán tiêu chuẩn sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế. 7.2.1. Xác định lượng xe của các loại xe ở năm cuối thời hạn thiết kế Lưu lượng xe chạy tính toán ở năm tương lai được xác định theo công thức: Nt = N1.(1+q)t-1 (7.1) Trong đó: + Nt: Lưu lượng xe ở năm tương lai thứ t (xe/ngày đêm). + N1: Lưu lượng xe ở năm đầu tiên công trình được đưa vào khai thác. + t: Số năm khai thác (tính từ năm đầu trở đi). + q: Hệ số tăng trưởng hàng năm. - Theo số liệu đã cho ta có: N15hh = 820 xehh/ng.đêm. - Hệ số tăng trưởng xe hàng năm: q = 10% - Thành phần dòng xe: + Xe tải nặng: 18% + Xe tải trung: 51% + Xe tải nhẹ: 24% + Xe con: 7% Từ Công thức (7.1). Ta suy ra lưu lượng xe ở năm đầu tiên công trình được đưa vào khai thác. N1 = xehh/ng.đêm * Lưu lượng xe chạy ở năm tính toán thứ 10: N10 = N1.(1+0,1)10-1= 216x(1,1)9 = 510 xehh/ng.đêm Căn cứ vào lưu lượng xe hỗn hợp ở năm tính toán ta tính toán lưu lượng của các xe chạy ở tính toán như sau: ni = N10.Ni Xe con: ni = 510 x 0,07 = 36 (xe/ng.đêm) Xe tải nhẹ: ni = 510 x 0,24 = 123 (xe/ng.đêm) Xe tải trung: ni = 510 x 0,51 = 260 (xe/ng.đêm) Xe tải nặng: ni = 510 x 0,18 = 92 (xe/ng.đêm) Bảng 7.1: Bảng tổng hợp thành phần giao thông ở năm thứ 10. Loại xe Trọng lượng trục Pi (KN) Số trục sau Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau Khoảng cách giữa các trục sau (m) Lượng xe ni (xe/ng.đêm) Trục trước Trục sau Xe tải nhẹ 18 56 1 Cụm bánh đôi <3,0 123 Xe tải trung 25,8 69,6 1 Cụm bánh đôi <3,0 260 Xe tải nặng 48,2 100 1 Cụm bánh đôi <3,0 92 Xe con 36 * Lưu lượng xe chạy ở năm tính toán thứ 15: N15 = 820 xehh/ng.đêm Căn cứ vào lưu lượng xe hỗn hợp ở năm tính toán ta tính toán lưu lượng của các xe chạy ở tính toán như sau: ni = N15.Ni Xe con: ni = 820 x 0,07 = 58 (xe/ng.đêm) Xe tải nhẹ: ni = 820 x 0,24 = 197 (xe/ng.đêm) Xe tải trung: ni = 820 x 0,51 = 419 (xe/ng.đêm) Xe tải nặng: ni = 820 x 0,18 = 148 (xe/ng.đêm) Bảng 7.2: Bảng tổng hợp thành phần giao thông ở năm thứ 15. Loại xe Trọng lượng trục Pi (KN) Số trục sau Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau Khoảng cách giữa các trục sau (m) Lượng xe ni (xe/ng.đêm) Trục trước Trục sau Xe tải nhẹ 18 56 1 Cụm bánh đôi <3,0 197 Xe tải trung 25,8 69,6 1 Cụm bánh đôi <3,0 419 Xe tải nặng 48,2 100 1 Cụm bánh đôi <3,0 148 Xe con 58 7.2.2. Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100KN Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo biểu thức (3.1) và (3.2) (tra trang 37-22TCN211-06) của [4], cụ thể: (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm) (7.3) Trong đó: + C1: hệ số số trục được xác định C1= 1+1,2(m-1), với m là số trục của cụm trục i. + C2: hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh: với các cụm bánh chỉ có 1 bánh thì C2 = 6,4; với các cụm bánh đôi C2 =1,0. Bảng 7.3: Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục xe tiêu chuẩn 100KN ở năm thứ 10. Loại xe Pi (KN) C1 C2 ni C1.C2.ni.(Pi/100)4.4 Xe tải nhẹ Trục trước 18 - - - - Trục sau 56 1 1 123 10 Xe tải trung Trục trước 25,8 1 6,4 260 5 Trục sau 69,6 1 1 260 53 Xe tải nặng Trục trước 48,2 1 6,4 92 24 Trục sau 100 1 1 92 92 Xe con Trục trước 20 - - 36 - Trục sau 20 - - 36 - Tổng cộng = 184 Bảng 7.4: Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục xe tiêu chuẩn 100KN ở năm thứ 15. Loại xe Pi (KN) C1 C2 ni C1.C2.ni.(Pi/100)4.4 Xe tải nhẹ Trục trước 18 - - - - Trục sau 56 1 1 197 16 Xe tải trung Trục trước 25,8 1 6,4 419 7 Trục sau 69,6 1 1 419 85 Xe tải nặng Trục trước 48,2 1 6,4 148 39 Trục sau 100 1 1 148 148 Xe con Trục trước 10 - - 58 - Trục sau 10 - - 58 - Tổng cộng = 295 7.2.3. Xác định số trục xe tính toán trên một làn xe Số trục xe tính toán trên một làn xe xác định theo biểu thức (3-3) của tài liệu [4] (tra trang 37-22TCN211-06): Ntt = Ntk . fi (trục/làn.ngày đêm) (7.4) Trong đó: + fi : hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe, trên phần xe chạy có 2 làn xe thì lấy fi = 0,55. Vậy, số trục xe tính toán trên 1 làn xe: * Ở năm tính toán thứ 10: Ntt = 184 x 0,55 = 102 (trục/làn.ngày đêm) * Ở năm tính toán thứ 1: Ntt = 295 x 0,55 = 163 (trục/làn.ngày đêm) 7.2.4. Xác định số trục xe tính toán tích luỹ trên một làn xe Số trục xe tính toán tích luỹ trong suốt thời hạn thiết kế thông qua trên một làn xe, xác định theo: * Ở năm thứ 10: 251.639 trục * Ở năm thứ 15: 497.776 trục 7.3. Xác định môđuyn đàn hồi yêu cầu. - Xác định môđuyn đàn hồi tối thiểu yêu cầu: Đối với tuyến thiết kế là đường cấp IV, tốc độ thiết kế V=60 km/h: Bảng 3-5 [4]. (tra trang 40-22TCN211-06) Áo đường cấp cao A1 có = 130 MPa Áo đường cấp cao A2 có = 100 MPa - Xác định trị số môđuyn đàn hồi yêu cầu tương ứng với số trục xe tính toán. Từ số trục xe tính toán (trục xe/làn.ng.đêm) tra bảng 3-4 [4], các giá trị tương ứng loại tải trọng trục 100 KN của các loại mặt đường ở năm tính toán như sau: Bảng 7.5: Xác định trị số môđuyn Eyc tương ứng số trục xe tính toán. (tra trang 39-22TCN211-06) Năm tính toán 10 15 Số trục xe tính toán (trục xe/làn.ng.đêm) 102 163 Loại tầng mặt Cấp cao A2 Cấp cao A1 Eyc (MPa) 123 155 Các trị số Eyc tương ứng với lưu lượng xe chạy tính toán đều lớn hơn nên chọn Eyc để tính toán thiết kế kết cấu áo đường. 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 ngày càng nhiều nên việc tập trung vốn một lúc là rất khó khăn. Để tận dụng hết khả năng làm việc của vật liệu và khắc phục hiện tượng trên ta có thể xét phân kỳ đầu tư công trình theo từng giai đoạn. 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. Khi thiết kế nên chọn kết cấu và bề dày áo đường hợp lý để kết cấu làm trước có thể tận dụng sau này. Dựa vào lưu lượng xe chạy vào các năm tương lai và thời gian trung tu, đại tu của các loại tầng mặt áo đường ta đề xuất tính toán các phương án kết cấu áo đường như sau: - Phương án 1: Đầu tư xây dựng 1 lần 15 năm (mặt đường cấp cao chủ yếu A1). - Phương án 2: Đầu tư xây dựng 2 lần: 10 năm đầu (mặt đường cấp cao thứ yếu A2), 5 năm sau (tăng cường lên mặt đường cấp cao chủ yếu A1). 7.5. Xác định các điều kiện cung cấp vật liệu, bán thành phẩm và cấu kiện. - Đất đắp nền dùng đất từ nền đào chuyển sang đắp ở nền đắp, nếu còn thiếu lấy đất từ thùng đấu hoặc mỏ để đắp. - Đá các loại lấy ở mỏ đá La Sơn cách công trình 6km, tất cả đều đạt chất lượng và đáp ứng đầy đủ về số lượng và chủng loại. Đường vận chuyển tương đối thuận tiện. - Các cấu kiện đúc sẵn được lấy tại Xí nghiệp bêtông tươi thuộc Tổng Công ty Xây Lắp Thừa Thiên Huế, với cự ly vận chuyển 10km. Đáp ứng đầy đủ về số lượng và chất lượng theo yêu cầu. - Bê tông nhựa lấy tại trạm trộn Bích Thuận (Dạ Lê, Thuỷ Phương, Hương Thuỷ) cách tuyến 5km. 7.6. Xác định các điều kiện thi công. Các đơn vị thi công trong khu vực có đội ngũ kỹ thuật giàu kinh nghiệm đã từng tham gia chỉ đạo thi công nhiều công trình quan trọng và có quy mô lớn. Đội ngũ công nhân lành nghề đã từng tham gia 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. 7.7. Quan điểm cấu tạo thiết kế. 7.7.1 Quan điểm chung: - Tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường, tức là sử dụng các biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ nền đất, tạo điều kiện để nền đất cùng tham gia chịu lực với kết cấu áo đường đến mức tối đa, đồng thời sử dụng các biện pháp tổng hợp khác nhau để hạn chế tác dụng của ẩm và nhiệt đến cường độ và độ bền của mỗi tầng lớp trong kết cấu áo đường. Như vậy tốt nhất là thiết kế một kết cấu áo đường kín và ổn định nhiệt, có tầng mặt không thấm nước, thoát nước mặt nhanh. - 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. - Chú ý sử dụng tối đa các vật liệu tại chổ, phế thải công nghiệp. Đồng thời vận dụng các kinh nghiệm về xây dựng và khai thác áo đường trong từng điều kiện cụ thể của địa phương. - Phải phù hợp với khả năng thi công thực tế, tăng nhanh tốc độ dây chuyền thi công, cơ giới hóa, công nghệ hóa trong quá trình xây dựng áo đường, giảm giá thành công trình. - 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 cho phù hợp với lưu lượng xe chạy tăng dần theo thời gian: Từ lưu lượng xe chạy tính toán ở bảng 7.2 trong thời gian đầu lưu lượng xe nhỏ do đó ta chọn mặt đường cấp cao thứ yếu A2 và thời gian sau lưu lượng xe lớn ta nâng cấp mặt đường cấp A2 lên mặt đường cấp cao chủ yếu A1. 7.7.2 Nguyên tắc thiết kế: a. Đối với tầng mặt: * Yêu cầu: Đủ cường độ và ổn định cường độ (khả năng chống trượt, chống bong bật cao), ít hoặc không thấm nước. Đủ độ bằng phẳng. Đủ độ nhám (hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường cao). Mặt đường ít sinh bụi (khả năng chịu mài mòn cao). * Nguyên tắc chọn: Căn cứ vào cấp áo đường đồng thời phải xét đến điều kiện khí hậu, khả năng cung cấp vật liệu, khả năng thi công, điều kiện duy tu sửa chữa. Ta đưa ra các loại vật liệu làm mặt đường như sau: + Đối với kết cấu A1: Loại vật liệu sử dụng làm lớp mặt chỉ có thể là bêtông ximăng(BTXM) hoặc bêtông nhựa(BTN) loại I. + Mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng,cấp cao.So với các loại mặt đường khác thì mặt đường BTXM có các ưu điểm sau: -Cường độ cao,thích hợp với mọi phương tiện vận tải, kể cả phương tiện bánh xích. -Cường độ rất ổn định dưới tác dụng phá hoại của nước và không thay đổi theo thời gian như mặt đường nhựa . -Độ hao mòn nhỏ. Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường cao kể cả khi ẩm ướt. -Tuổi thọ lâu hơn so với BTN . -Mặt đường có màu sáng, dễ phân biệt với lề đường có màu thẫm,do đó tăng độ an toàn xe chạy về ban đêm. -Có thể cơ giới hóa hoàn toàn công tác thi công mặt đường BTXM. -Công tác duy tu bảo dưỡng đơn giản . Các nhược điểm của mặt đường BTXM : -Không thông xe được ngay sau khi thi công mà phải bảo dưỡng một thời gian dài để bê tông đạt cường độ thiết kế. -Cần phải xây các khe co giãn trên mặt đường BTXM,các khe này là chổ yếu nhất hay nứt vỡ, làm giảm độ bằng phẳng đi rất nhiều. - Giá thành tương đối cao(1.5~3 lần so với mặt đường nhựa). Tuy có nhiều ưu điểm nhưng với giá thành tương đối cao, không phù hợp tình hình kinh tế của địa phương do đó không chọn mặt đường BTXM. + Mặt đường BTN là loại mặt đường cấp cao sử dụng vật liệu được chế tạo từ một hỗn hợp vật liệu có cấu trúc, thành phần hạt theo nguyên lý chặt, liên tục và có nhựa làm chất kết dính, có những ưu nhược điểm sau: Ưu điểm: -Cường độ mặt đường khá cao, thích hợp lưu lượng giao thông lớn. -Là mặt đường có độ rỗng còn dư nhỏ, chặt, kín, hạn chế được nước thấm xuống dưới. -Mặt đường có độ bằng phẳng cao, cho phép xe chạy với tốc độ lớn, êm thuận, ít gây tiếng ồn. -Mặt đường ít sinh bụi, có độ bào mòn nhỏ, dễ duy tu bảo dưỡng. Nhược điểm: -Cường độ mặt đường giảm khi nhiệt độ cao, đặc biệt khi vào mùa nắng mặt đường dễ sinh hiện tượng trượt, trồi lớn ở những chổ có lực ngang lớn. -Mặt đường dễ bị trơn trượt khi ẩm ướt. -Mặt đường có màu sẫm rất khó phân biệt với lề đường khi xe chạy vào ban đêm. - Mặt đường yêu cầu có thiết bị trộn hiện đại, công tác lu lèn kỹ, thiết bị lu cũng phải chuyên dụng, đắt tiền. - Trạm trộn gây ô nhiễm cho môi trường. Tuy có một số nhược điểm như trên nhưng với lưu lượng chạy lớn và tốc độ xe chạy yêu cầu cao của tuyến thiết kế lại phù hợp với khả năng kinh tế của địa phương, sự đầy đủ máy móc, thiết bị của đơn vị thi công ta chọn BTN làm vật liệu tầng mặt. Đối với kết cấu áo đường A2 thì tầng mặt có thể chọn: BTN loại II hoặc thấm nhập nhựa. Đối với mặt đường thấm nhập nhựa do mặt đường sử dụng vật liệu theo nguyên lý đá chèn đá, nên có lổ rỗng lớn, kết cấu hở không hạn chế được nước thấm xuống nền đường. Do việc tưới thấm nhựa từ trên xuống nên nhựa chỉ liên kết các viên đá chứ không bao bọc đá hoàn hảo, nước có thể len vào tách màng nhựa. Kết cấu hở nên nhựa có thể chảy vào các lổ rỗng, màng nhựa liên kết các viên đá dày dẫn đến việc tốn nhựa. Mặt đường ít bằng phẳng không thích hợp cho xe chạy với vận tốc cao. Quá trình thi công phụ thuộc nhiều vào thời tiết, dễ gây ô nhiễm môi trường, chủ yếu làm bằng thủ công, kém an toàn lao động, dễ thất thoát nhựa. Cường độ mặt đường phụ thuộc nhiều vào việc tưới nhựa đều hay không. Từ những đặc điểm của các loại mặt đường nêu trên ta chọn loại mặt đường BTN, nó vừa phù hợp với các điều kiện thi công của các đơn vị trong khu vực cũng như việc cung cấp vật liệu. b. Đối với tầng móng: * Yêu cầu: Đủ cường độ và ổn định cường độ. * Nguyên tắc chọn: Căn cứ vật liệu địa phương. Môđuyn đàn hồi các lớp vật liệu giảm dần theo chiều sâu. Vật liệu chọn có thể hạt lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết. Môđuyn đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới kề nó không chênh nhau 1.5 ~ 3 lần. Căn cứ vào điều kiện địa chất, thuỷ văn. Ta đưa ra các loại vật liệu làm móng đường như sau: + Cấp phối đá dăm + Cấp phối đá dăm gia cố ximăng + Cát gia cố ximăng + Cấp phối tiêu chuẩn, cấp phối cuội sỏi. + Đá dăm macadam Các loại móng áo đường gia cố chất liên kết vô cơ yêu cầu về thời gian bảo dưỡng dài nên không phù hợp với điều kiện của tuyến (việc trao đổi hàng hoá và đi lại của dân cư 2 khu vực luôn cần phải được đảm bảo, mưa thường kéo dài và nặng hạt) và quá trình công nghệ thi công rất phức tạp từ khâu trộn hỗn hợp cho đến khi san rải và đầm lèn luôn bị khống chế thời gian (sao cho toàn bộ quá trình công nghệ thi công từ khi đổ nước vào máy trộn hỗn hợp đến khi lu lèn, hoàn thiện xong bề mặt không vượt quá thời gian bắt đầu ninh kết của ximăng). Móng đá dăm macadam yêu cầu về kích cỡ hạt cao, sản phẩm phải được làm từ thủ công là tốt nhất. Hơn nữa, trong giai đoạn lu lèn yêu cầu đá này phải sinh ra bột đá để kết hợp với nước làm chất kết dính, do vậy không thích hợp với các mỏ đá trong khu vực. Cấp phối đá dăm có cường độ cao, ổn định nước hơn vì thành phần hạt mịn là bột đá ít hút nước, ngoài ra công nghệ thi công được tiêu chuẩn hoá, cơ giới hoá cao. Cấp phối tiêu chuẩn, cuội sỏi có cường độ cũng khá cao, giá thành rẻ, vật liệu tại địa phương sẵn có nên thích hợp cho việc xây dựng kết cấu áo đường trong giai đoạn đầu của phương án án đầu tư phân kỳ để giảm giá thành xây dựng. 7.8. Đề xuất các phương án cấu tạo kết cấu áo đường. Từ các đặc điểm nêu trên ta chọn kết cấu áo đường cho phương án đầu tư xây dựng như sau: 7.8.1.Các phương án đầu tư xây dựng một lần (15 năm): 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. Nhằm so sánh các phương án hợp lý hơn, kết cấu áo đường sẽ được dự kiến cấu tạo chiều dày các lớp vật liệu. a) Phương án 1a: b) Phương án 1b: +Kết cấu áo đường +Kết cấu áo đường Nãön âæåìng c) Phương án 1c: +Kết cấu áo đường d) Kết cấu lề gia cố cả 3 phương án đều giống kết cấu phần xe chạy: 7.8.2.Các phương án đầu tư xây dựng phân kì: * Kết cấu 10 năm đầu: a) Phương án 2a: b) Phương án 2b: +Kết cấu áo đường + Kết cấu áo đường c) Phương án 2c: +Kết cấu áo đường d) Kết cấu lề gia cố cả 3 phương án đều giống kết cấu phần xe chạy: * Kết cấu 5 năm sau : Dùng kết cấu cho 5 năm sau của cả 3 phương án đều giống nhau bằng cách tăng cường thêm các lớp giống nhau. Tham khảo bảng 2-3 [4], khi lớp CPĐD loại I Dmax25 làm lớp mặt và có Ne =502748 trục > 0,1.106 trục thì bề dày tối thiểu 15cm: 1 . BTNC loại I, Dmax15 6 . Nền đường 2 . BTNC loại II, Dmax25 7 . BTNC loại II, Dmax20. 3 . CPĐD loại I, Dmax25 8 . Đá dăm gia cố XM 5 % 4 . Cấp phối tiêu chuẩn loại C 9. Nền đường cũ 5 . Cát gia cố XM 8 %. 7.9. Phân tích- so sánh các phương án kết cấu áo đường đã đề xuất theo cấu tạo: 7.9.1. Phương án đầu tư xây dựng phân kỳ: + Phương án 1a và 1c: Là một kết cấu kín, khả năng cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của kết cấu này là rất tốt, do có lớp móng trên là lớp đá dăm gia cố xi măng của phương án Ia cũng như lớp cát vàng gia cố ximăng của phương án 1c, có kết cấu chặt kín và rất ổn định nước, đối với phương án 1a có thể tận dụng được vật liệu địa phương. Tuy nhiên yêu cầu phải có thiết bị trộn chuyên dùng khi thi công lớp cát gia cố ximăng cũng như lớp đá dăm gia cố, sau khi thi công xong yêu cầu cần phải có thời gian bảo dưỡng nhất định thì cường độ mới hình thành. Do sử dụng chất liên kết rắn trong nước nên thường khống chế thời gian thi công. Hiện tuyến đường đang thiết kế Chủ đầu tư yêu cầu tiến độ gấp. Mặc dù có gia cố nhưng trị số mô đuyn đàn hồi của các lớp gia cố này không lớn nên chiều dày không nhỏ hơn mấy so với phương án 1b. + Phương án 1b: Là một kết cấu chặt liên tục hạn chế được nước thấm xuống bên dưới, tận dụng được vật liệu địa phương, có khả năng cơ giới hoá hầu hết các khâu thi công, tổ chức thi công đơn giản hơn, máy móc thi công cùng loại, dễ bố trí dây chuyền thi công điều phối xe máy. Giá trị mô đuyn đàn hồi của lớp CPĐD không nhỏ hơn nhiều so với các lớp cát gia cố XM và CP đá dăm gia cố XM, nên chiều dày theo dự kiến không lớn nhiều. Kết luận: Sau khi phân tích thấy phương án 1b có nhiều ưu điểm hơn trong thi công cũng như về mặt kỹ thuật. Vậy kiến nghị chọn phương án 1b để lập phương án so sánh với phương án đầu tư phân kỳ. 7.9.2 Phương án đầu tư xây dựng một lần: + Phương án 2a: Là một kết cấu chặt liên tục hạn chế được nước thấm xuống bên dưới, tận dụng được vật liệu địa phương, có khả năng cơ giới hoá hầu hết các khâu thi công, tổ chức thi công đơn giản hơn, máy móc thi công cùng loại, dễ bố trí dây chuyền thi công điều phối xe máy. Chiều dày các lớp vật liệu theo dự kiến không lớn hơn nhiều do sự chênh lệch các giá trị mô đuyn đàn hồi không lớn. + Phương án 2b và 2c: Là một kết cấu kín, khả năng cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của kết cấu này là rất tốt, phương án 2c tốt hơn do có lớp móng trên là lớp cát vàng gia cố ximăng có thể tận dụng được vật liệu địa phương so với lớp đá dăm gia cố XM của phương án 2b. Tuy nhiên yêu cầu phải có thiết bị trộn chuyên dùng khi thi công lớp cát gia cố ximăng, sau khi thi công xong yêu cầu cần phải có thời gian bảo dưỡng nhất định (cả 2 phương án) thì cường độ mới hình thành. Do sử dụng chất liên kết rắn trong nước nên thường khống chế thời gian thi công. Hiện tuyến đường đang thiết kế Chủ đầu tư yêu cầu tiến độ gấp. Kết luận: Sau khi phân tích thấy phương án 2a có nhiều ưu điểm hơn trong thi công cũng như về mặt kỹ thuật. Vậy kiến nghị chọn phương án 2a để lập phương án so sánh với phương án đầu tư một lần. 7.10. Xác định các thông số tính toán của nền đường và các lớp mặt đường. 7.10.1. Môđuyn tính toán của đất nền đường. Đất nền đường của tuyến là loại đất á sét lẫn sỏi sạn, có độ ẩm tương đối tính toán : tra bảng B-3 [4] (tra trang 63-22TCN211-06) . E0 = 42 MPa, lực dính C = 0,032 MPa, góc ma sát j = 240. 7.10.2. Môđun đàn hồi tính toán của các lớp mặt đường. Các đặc trưng tính toán của các lớp mặt đường phải xác định tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể. - Đối với bêtông nhựa nhiệt độ tính toán (tra trang 67-22TCN211-06) : Khi tính điều kiện chịu kéo khi uốn : t = 150C. Khi tính theo điều kiện độ võng đàn hồi : t = 300C. Khi tính theo điều kiện ổn định trượt : t =600C. - Đối với các tỉnh miền Trung, theo các kết quả khảo sát và thí nghiệm thực tế của các đơn vị thí nghiệm các tỉnh, cho thấy lớp BTN thuộc loại BTN nhiều đá dăm (> 50%). Bảng 7.7. Bảng các thông số yêu cầu các lớp tầng mặt. S T T Tên vật liệu E(MPa) Ru (MPa) C (MPa) j (độ) Võng Uốn Trượt 1 BTNC loại I Dmax15 420 1800 300 2,8 0,3 2 BTNC loại II Dmax25 420 1800 300 2,4 0,2 3 CPĐD loại I Dmax25 300 4 Cấp phối thiên nhiên loại C 180 5 Cát gia cố XM 8% 350 6 Đất nền á sét lẫn sỏi sạn 42 0,032 24 7 BTNC loại II Dmax20 420 1800 300 2,4 0,2 8 Đá dăm gia cố XM 5%, R28 >2MPa 400 9 Mặt đường cũ 80%Ecu 7.11. Tính toán Ech của các phương án kết cấu áo đường-So sánh với Eyc (Phương án chọn). 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 thì kết cấu thoả mãn về điều kiện độ võng cho phép. Trong đó: : hệ số cường độ về độ võng được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế theo các bảng (3-2) và (3-3) [4]. Đối với đường cấp IV, chọn độ tin cậy 0,90 tương ứng với =1,10. Để tiện cho việc sử dụng toán đồ đã được lập sẵn, 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 sẽ xác định được Etb của các lớp mặt đường. Cách xác định chiều dày và Etb của lớp vật liệu quy đổi từ hai lớp về một lớp như sau: E1 Eo P D h1 h2 Ech E2 Etb Eo H D Ech P Hình 7.4: Cách chuyển hệ hai lớp về hệ một lớp Từ đó: H = h1 + h2, (7.4). 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 b. Xác định b theo bảng 3-6 [4]. Tỷ số H/D 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 Hệ số b 1,033 1,069 1,107 1,136 1,178 1,198 1,210 Etttb = b ´ Etb D: Đường kính vệt bánh xe tương đương. D = 33 cm. Đối với phương án xây dựng phân kỳ, trị số môđuyn đàn hồi còn lại của mặt đường cũ lấy bằng 80% môđuyn đàn hồi của các lớp áo đường. 7.11.1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi -Phương án 1b. TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 1 BTN loại I Dmax15 420 4 1,72 0,07 62 253,01 2 BTN loại II Dmax25 420 6 1,40 0,27 58 243,50 3 CPĐD loại I Dmax25 300 22 1,67 0,73 52 225,83 4 Cấp phối tiêu chuẩn loại C 180 30 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,88 ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,20 Vậy : ETB = Etb x b = 253,01x 1,20 = 304,67 MPa Dùng toán đồ 3-1 [4] xác định môđuyn đàn hồi chung của mặt đường. Từ các tỷ số: 1,87 0,14 ÞKOGANÞ 0,5608 Ech = 0,5608 ´ ETB = 0,5608 ´ 304,674 = 170,86 MPa Ech = 170,86 (MPa) > .Eyc = 1,1x155 = 170,50 MPa Nên kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép. 7.1.2. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi -Phương án 2a. 7.1.2.1. Giai đoạn 10 năm đầu: TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 1 BTN loại II Dmax20 420 7 1,79 0,19 43 260,30 2 CPĐD loại I Dmax25 300 18 1,67 1,00 36 234,92 3 Cấp phối thiên nhiên loại C 180 18 4 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,30; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,14 Vậy : ETB = Etb x b = 260,30x 1,14 = 298,02 MPa Dùng toán đồ 3-1 [4] xác định môđuyn đàn hồi chung của mặt đường. Từ các tỷ số: 1,30 0,14 ÞKOGANÞ Ech = 0,4603 ´ ETB = 0,4603 ´ 298,02 = 137,18 MPa Ech = 137,18 (MPa) > .Eyc = 1,1x123 = 135,3 MPa Nên kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép. 7.1.2.2. Giai đoạn 5 năm sau: Trị số môđuyn đàn hồi còn lại của mặt đường cũ: Ecũ = 80% x ETB =0,8 x 298,02 =238,42 MPa TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 1 BTN loại I Dmax15 420 4 1,50 0,06 68 287,32 2 BTN loại II Dmax25 420 6 1,40 0,40 64 280,12 3 CPĐD loại I Dmax25 300 15 1,26 0,35 58 253,45 4 Mặt đường cũ 238,42 43 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:2,06; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,21 Vậy : ETB = Etb x b = 287,32x 1,21 = 347,66 MPa Dùng toán đồ 3-1 [4] xác định môđuyn đàn hồi chung của mặt đường. Từ các tỷ số: 2,06 0,121 ÞKOGANÞ Ech = 0,5000 ´ ETB = 0,5000 ´ 347,66 = 173,83 MPa Ech = 173,83 (MPa) > .Eyc = 1,1x155 = 170,50 MPa Nên kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép. 7.12. Kiểm tra điều kiện cân bằng giới hạn trượt giữa các lớp vật liệu rời rạc và trong lớp bêtông nhựa (Phương án chọn) Để đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong nền đất dưới áo đường và trong các lớp kém dính nào của áo đường, phải thỏa mãn điều kiện sau: Tax + Tav£ (.7.11) Trong đó: + Tax: Là 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: Là ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của các lớp vật liệu nằm trên lớp tính toán gây ra cũng tại thời điểm đang xét (MPa). + : Là hệ số cường độ chịu cắt trượt được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế, bảng 3-7 [4]. Đối với đường cấp IV, độ tin cậy đã được chọn trong phần tính võng là 0,90 tương ứng với =0,94. + Ctt: Là lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm, độ chặt tính toán. * Các bước tính toán: - Xác định Tax: dùng toán đồ đã lập sẵn cho hệ hai lớp. Toán đồ 3-2 và 3-3 của [4] áp dụng cho trường hợp có sự làm việc đồng thời đồng thời của lớp trên và lớp dưới. - Khi kiểm tra trượt nền đất thì ta qui 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 j vẫn dùng trị số tính toán của lớp đó. - Xác định Tav: Bề dày tổng cộng H của các lớp nằm trên lớp cần tính toán trị số ma sát và trị số ma sát trong j của đất hay vật liệu lớp đó. Tra toán đồ 3-4 [4] xác định được Tav. - Xác định Ctt: Ctt = C x K1 x K2 x K3 (7.6). Trong đó: + C: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính lấy theo bảng (7.4) của chương này (MPa). + K1: Hệ số kể đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất nền hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động. Khi tính toán kết cấu áo đường phần xe chạy thì lấy K1=0,6. + K2: Hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu. Hệ số này xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu trong một ngày đêm, xác định theo bảng 3-8 của [4], với PA đầu tư một lần Ntt = 163 (trục/làn.ngđêm) và PA đầu tư phân kỳ Ntt = 102 (trục/làn.ngđêm) < 1000 (trục/làn.ngđêm) có K2 = 0,8. + K3: Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất nền hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử, xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường. Đối với đất nền đường là á sét lấy K3=1,5. Đối với lớp CPĐD lấy K3 tương ứng với loại đất cát thô K3 = 7,0. 7.12.1. Phương án đầu tư xây dựng một lần – Phương án 1b: 7.12.1.1Kiểm tra nền đất theo tiêu chuẩn đảm bảo không trượt. Tính toán điều kiện ổn định trượt khi nhiệt độ t = 600C. TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 1 BTN loại I Dmax15 300 4 1,33 0,07 62 230,20 2 BTN loại II Dmax25 300 6 1,00 0,27 58 225,83 3 CPĐD loại I Dmax25 300 22 1,67 0,73 52 225,83 4 Cấp phối tiêu chuẩn loại C 180 30 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,88; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,20 Vậy : ETB = Etb ´ b = 230,20 ´ 1,20 = 277,20 MPa 1,88 6,6 j = 240 Tra toán đồ 0,0185 hình 3-3 [4] P = 0,6 MPa : áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường Þ Tax = 0,011 MPa. Từ H = 62cm, j = 240 tra toán đồ hình 3-4 xác định được Tav = -0,0136 MPa. Ứng suất cắt hoạt động trong đất là T=Tax+Tav = 0,011 - 0,0136= -0,0036 MPa. Lực dính tính toán của đất nền: Ctt = C x K1 x K2 x K3 = 0,032x0,6x0,8x1,5= 0,024 MPa. Vậy Tax + Tav = -0,0036 MPa < = = 0,0255 MPa Nền đất đảm bảo chống trượt. 7.12.1.2. Kiểm tra điều kiện trượt của các lớp bêtông nhựa. Sơ đồ tính như sau: - Đổi 2 lớp BTN về một lớp theo công thức đơn giản: h12=10cm ; E12= == 300 MPa - Xác định môđyun đàn hồi Echm trên mặt lớp đá cấp phối đá dăm loại I: TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 3 CPĐD loại I Dmax25 300 22 1,67 0,73 52 225,83 4 Cấp phối tiêu chuẩn loại C 180 30 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,58; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,18 Vậy : E34TB = Etb x b = 225,83x 1,18 = 267,39 MPa Từ các tỷ số: 1,58 0,157 ÞKOGANÞ 0,5434 Echm = 0,5434 ´ E34TB = 0,5434 ´ 267,39 = 163,02 MPa - Kiểm tra điều kiện trượt: Từ các số liệu: 1,84 Tra toán đồ 0,3102 hình 3-13 [4] P = 0,6 MPa : áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường Þ Tax = 0,186 MPa. Xác địnhTav: Thường lớp BTN là lớp mặt,Tav không đáng kể :Tav= 0. Ứng suất cắt hoạt động trong đất là T = Tax + Tav = 0,186 + 0 = 0,186 MPa. Lực dính tính toán : Ctt = C x K1 x K2 x K3 = 0,2x0,6x0,8x7,0 = 0,672 MPa. Vậy Tax + Tav = 0,186 MPa < = = 0,715 MPa Lớp BTN đảm bảo chống trượt. 7.12.2. Phương án đầu tư xây dựng phân kỳ – Phương án 2a 7.12.2.1. Giai đoạn 1: 10 năm đầu a. Kiểm tra nền đất theo tiêu chuẩn đảm bảo không trượt. Tính toán điều kiện ổn định trượt khi nhiệt độ t = 600C. TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 1 BTN loại II Dmax20 300 7 1,28 0,19 43 244,80 2 CPĐD loại I Dmax25 300 18 1,67 1,00 36 234,92 3 Cấp phối thiên nhiên loại C 180 18 4 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,30 ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,14 Vậy : ETB = Etb ´ b = 244,80 ´ 1,14 = 280,27 MPa 1,30 6,67 j = 240 Tra toán đồ 0,0328 hình 3-3 [4] P = 0,6 MPa : áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường Þ Tax = 0,0197 MPa. Từ H = 43cm, j = 240 tra toán đồ hình 3-4 xác định được Tav = -0,0093 MPa. Ứng suất cắt hoạt động trong đất là T=Tax+Tav = 0,0197 - 0,0093= 0,0104 MPa. Lực dính tính toán của đất nền: Ctt = C x K1 x K2 x K3 = 0,032x0,6x0,8x1,5=0,024 MPa. Vậy Tax + Tav = 0,0104 MPa < = =0,0255 MPa Nền đất đảm bảo chống trượt. b. Kiểm tra điều kiện trượt của lớp bêtông nhựa. Sơ đồ tính như sau: - Xác định môđyun đàn hồi Echm trên mặt lớp đá cấp phối đá dăm loại I: TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 2 CPĐD loại I Dmax25 300 18 1,67 1,00 36 234,92 3 Cấp phối thiên nhiên loại C 180 18 4 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,09; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,12 Vậy : E34TB = Etb x b = 234,92x 1,12 = 262,53 MPa Từ các tỷ số: 1,09 0,16 ÞKOGANÞ 0,4495 Echm = 0,4495 ´ E34TB = 0,4495 ´ 262,53 = 118,01 MPa - Kiểm tra điều kiện trượt: Từ các số liệu: 0,21 2,54 Tra toán đồ 0,3221 hình 3-13 [4] P = 0,6 MPa : áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường Þ Tax = 0,194 MPa. Xác địnhTav: Thường lớp BTN là lớp mặt,Tav không đáng kể :Tav= 0. Ứng suất cắt hoạt động trong đất là T = Tax + Tav = 0,194 + 0 = 0,194 MPa. Lực dính tính toán : Ctt = C x K1 x K2 x K3 = 0,2x0,6x0,8x7,0 = 0,672 MPa. Vậy Tax + Tav = 0,194 MPa < = = 0,715 MPa Lớp BTN đảm bảo chống trượt. 7.12.2.2. Giai đoạn 2: 5 năm cuối a. Kiểm tra nền đất theo tiêu chuẩn đảm bảo không trượt. Tính toán điều kiện ổn định trượt khi nhiệt độ t = 600C. TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 1 BTN loại I Dmax15 300 4 1,18 0,06 68 256,04 2 BTN loại II Dmax25 300 6 1,00 0,40 64 253,45 3 CPĐD loại I Dmax25 300 15 1,26 0,35 58 253,45 4 Mặt đường cũ 238,42 43 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:2,06 ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,21 Vậy : ETB = Etb ´ b = 256,04 ´ 1,21 = 309,81 MPa 2,06 7,38 j = 240 Tra toán đồ 0,0121 hình 3-3 [4] P = 0,6 MPa : áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường Þ Tax = 0,0073 MPa. Từ H = 68cm, j = 240 tra toán đồ hình 3-4 xác định được Tav = -0,0146 MPa. Ứng suất cắt hoạt động trong đất là T=Tax+Tav = 0,0073 - 0,0146= -0,0073 MPa Lực dính tính toán của đất nền: Ctt = C x K1 x K2 x K3 = 0,032x0,6x0,8x1,5= 0,024 MPa. Vậy Tax + Tav = -0,0073 MPa < = = 0,0255 MPa Nền đất đảm bảo chống trượt. b. Kiểm tra điều kiện trượt của lớp bêtông nhựa. Sơ đồ tính như sau: - Theo mục 7.12.1.2, cho giá trị E12= 300MPa. - Xác định môđyun đàn hồi Echm trên mặt lớp đá cấp phối đá dăm loại I: TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 3 CPĐD loại I Dmax25 300 15 1,26 0,35 58 253,45 4 Mặt đường cũ 238,42 43 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,76; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,20 Vậy : E34TB = Etb x b = 253,45x 1,20 = 303,72 MPa Từ các tỷ số: 1,76 0,138 ÞKOGANÞ 0,5428 Echm = 0,5428 ´ E34TB = 0,5428 ´ 303,72 = 162,84 MPa - Kiểm tra điều kiện trượt: Từ các số liệu: 0,30 1,84 Tra toán đồ 0,2954 hình 3-13 [4] P = 0,6 MPa : áp lực bánh xe tác dụng lên mặt đường Þ Tax = 0,177 MPa. Xác địnhTav: Thường lớp BTN là lớp mặt,Tav không đáng kể :Tav= 0. Ứng suất cắt hoạt động trong đất là T = Tax + Tav = 0,177 + 0 = 0,177 MPa. Lực dính tính toán : Ctt = C x K1 x K2 x K3 = 0,2x0,6x0,8x7,0 = 0,672 MPa. Vậy Tax + Tav = 0,177 MPa < = = 0,715 MPa Lớp BTN đảm bảo chống trượt. 7.13. Kiểm tra ứng suất kéo khi uốn trong các lớp vật liệu toàn khối (Phương án chọn). Kết cấu được xem là đủ cường độ khi thoả mãn điều kiện dưới đây: £ (7.12) Trong đó: + :ứng suất chịu kéo lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của bánh xe, xác định theo: =x p x kb (7.13) với : + : ứng suất kéo uốn đơn vị, xác định theo toán đồ hình (3-5) của [4]. + p: áp lực của tải trọng trục tính toán, lấy p=0,6 MPa. + 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 lấy kb = 0,85. + : Là hệ số cường độ chịu kéo uốn được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế, bảng 3-7 [4]. Đối với đường cấp IV, độ tin cậy đã được chọn trong phần tính võng là 0,90 tương ứng với =0,94. + : là cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối, xác định: (7.14) Với: + Rku: là cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ 15oC (MPa). + k2: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết, với bê tông nhựa loại I lấy k2 = 1,0; bê tông nhựa loại II lấy k2 = 0,8. + k1: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục, đối với vật liệu bê tông nhựa k1 lấy theo biểu thức sau: (7.15) với Ne: là số trục xe tính toán tích luỹ trong suốt thời hạn thiết kế thông qua trên một làn xe, xác định theo mục 7.2.4: * Ở năm thứ 10: * Ở năm thứ 15: 0,620 7.13.1. Phương án đầu tư xây dựng một lần – Phương án 1b 7.13.1.1. Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với BTN lớp dưới. Tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn tương ứng với nhiệt độ 10oC. - Đổi 2 lớp BTN về một lớp theo công thức đơn giản: h12=10cm ; E12= ==1800 MPa - Theo mục 7.12.1.2, Echm trên mặt lớp cấp phối đá dăm loại I như sau: Echm23 = 163,02 MPa - Sơ đồ tính: =1 Từ các tỷ số : 0,30 11,04 Tra toán đồ hình 3-5 [4] Þ =2,25 Þ sku = 0,85 ´ p ´ = 0,85 ´ 0,6 ´ 2,25 = 1,15 MPa Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối, xác định: =0,620 x 1,0 x 2,4= 1,488 MPa Vậy: =1,15 MPa £ = =1,583 MPa Lớp BTN dưới đảm bảo điều kiện chịu kéo khi uốn. 7.13.1.1. Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với BTN lớp trên. - Lớp BTN trên có h= 4cm, E = 1800 MPa, Ru = 2,8 MPa - Xác định Echm trên mặt lớp BTN dưới : TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 2 BTN loại II Dmax25 1800 6 6,00 0,27 58 366,44 3 CPĐD loại I Dmax25 300 22 1,67 0,73 52 225,83 4 Cấp phối tiêu chuẩn loại C 180 30 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,76 ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,20 Vậy : ETB = Etb ´ b = 366,44 ´ 1,20 = 439,12 MPa Từ các tỷ số: 1,76 0,096 ÞKOGANÞ 0,4642 Echm = 0,4642 ´ E234TB = 0,4642 ´ 439,12 = 203,84 MPa - Kiểm tra: Từ các tỷ số : 0,12 8,83 Tra toán đồ hình 3-5 [4] Þ =1,22 Þ sku = 0,85 ´ p ´ = 0,85 ´ 0,6 ´ 1,22 = 0,62 MPa Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối, xác định: =0,620 x 1,0 x 2,8= 1,736 MPa Vậy: =0,62 MPa £ = =1,846 MPa Lớp BTN trên đảm bảo điều kiện chịu kéo khi uốn. 7.13.2. Phương án đầu tư xây dựng phân kỳ – Phương án 2a 7.13.2.1. Giai đoạn 1: 10 năm đầu * Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với BTN lớp mặt. - Lớp BTN có h= 7cm, E = 1800 MPa, Ru = 2,4 MPa - Theo mục 7.12.2.1.b, Echm trên mặt lớp cấp phối đá dăm loại 1 như sau: Echm23 = 280,27 MPa - Kiểm tra: Từ các tỷ số : 0,21 6,42 Tra toán đồ hình 3-5 [4] Þ =1,70 Þ sku = 0,85 ´ p ´ = 0,85 ´ 0,6 ´ 1,70 = 0,87 MPa Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối, xác định: =0,720 x 0,8 x 2,4= 1,382 MPa Vậy: =0,87 MPa £ = =1,470 MPa Lớp BTN đảm bảo điều kiện chịu kéo khi uốn. 7.13.2.1. Giai đoạn 2: 5 năm sau a. Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với BTN lớp dưới. - Đổi 2 lớp BTN về một lớp theo công thức đơn giản: h12=10cm ; E12= ==1800 MPa - Theo mục 7.12.2.2.b, Echm trên mặt lớp cấp phối đá dăm loại I như sau: Echm34= 303,72 MPa - Kiểm tra: Từ các tỷ số : 0,30 5,93 Tra toán đồ hình 3-5 [4] Þ =1,53 Þ sku = 0,85 ´ p ´ = 0,85 ´ 0,6 ´ 1,53 = 0,78 MPa Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối, xác định: =0,620 x 1,0 x 2,8= 1,736 MPa Vậy: =0,78 MPa £ = =1,846 MPa Lớp BTN dưới đảm bảo điều kiện chịu kéo khi uốn. b. Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với BTN lớp trên. - Lớp BTN trên có h= 4cm, E = 1800 MPa, Ru = 2,8 MPa - Xác định Echm trên mặt lớp BTN dưới : TT   Tên vật liệu Ei hi t K ht Etb 2 BTN loại II Dmax25 1800 6 6,00 0,40 64 475,63 3 CPĐD loại I Dmax25 300 15 1,26 0,35 58 253,45 4 Mặt đường cũ 238,42 43 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:1,94 ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số b=1,21 Vậy : ETB = Etb ´ b = 475,63 ´ 1,21 = 574,13 MPa Từ c