Thiết kế trắc ngang tính toán khối lượng đào đắp

Chương 6 THIẾT KẾ TRẮC NGANG TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG ĐÀO ĐẮP 6.1. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ: Nền đường là bộ phận chủ yếu của công trình đường. Nhiệm vụ của nó là đảm bảo cường độ và độ ổn định của kết cấu áo đường. Nền đường khắc phục địa hình tự nhiên, tạo nên một dải đất đủ rộng dọc theo tuyến có các tiêu chuẩn thỏa mãn cho điều kiện khai thác sau này như chế độ thủy nhiệt, độ chặt của đất nền. Vì áo đường đặt trực tiếp lên trên nền đường, chịu tác động của điều kiện tự nhiên xe cộ và chế độ thủy nhiệt. Do vậy khi thiết kế trắc ngang nền đường cần phải tuân theo các nguyên tắc sau đây: + Nền đường phải luôn luôn ổn định, kích thước và hình dáng không thay đổi khi chịu những tác động bất lợi trong quá trình khai thác. + Cường độ nền đường phải luôn ổn định, tức là cường độ không thay đổi theo thời gian dưới tác động bất lợi của thời tiết khí hậu, xe cộ. + Phải đảm bảo khoảng không gian trong đường hầm và các công trình khác trên nền đường. Khoảng không gian khống chế tối thiểu là 4,5m. Hình 1.6.1. Tĩnh không của đường + Các đặc trưng mặt cắt ngang của nền đường phụ thuộc vào cấp đường và vận tốc thiết kế, ứng với sự thay đổi của địa hình, địa chất thì trắc ngang có sự thay đổi hình dạng và kích thước khác nhau như nơi đào sâu, đắp cao, đường cong bán kính nhỏ. Chỉ giới xây dựng của đường bao gồm phần xe chạy, phần lề đường, dải cây xanh. Với cấp đường là cấp IV, theo bảng 21 của tài liệu [1], chỉ giới xây dựng là 19m. Mặt cắt ngang đối với đường cấp IV, tốc độ thiết kế 40km/h gồm các yếu tố sau: + Phần xe chạy: 2 x 2,75 m + Phần lề đường : 2 x 1 m. + Phần lề gia cố : 2 x 0.5 m. + Bề rộng nền đường : 7,5 m Độ dốc ngang của mặt đường: Dự kiến mặt đường cấp cao A2 (bê tông nhựa loại 2). Theo bảng 8 của tài liệu [1], chọn độ dốc ngang của mặt đường và lề gia cố là: 2%. Mái dốc ta luy, theo bảng 25 của tài liệu [1], Tuyến đi qua vùng có địa chất ổn định, mực nước ngầm sâu không ảnh hưởng đến nền đường, do đó ở những đoạn đường đắp lấy đất thùng đấu hay tại các mỏ gần đấy . Từ các yêu cầu trên, các dạng trắc ngang của 2 phương án tuyến như sau: + Dạng nền đường đào: Độ dốc mái ta luy là 1:1, rãnh dọc hình thang có kích thước đáy rãnh là 0,4 m, chiều sâu rãnh là 0,4 m, ta luy rãnh là 1:1. + Dạng nền đắp: Độ dốc mái ta luy là 1:1,5 : ở những đoạn đường đắp thấp <0,6m bố trí rảnh dọc như ở nền đường đào. + Dạng nền nửa đào - nửa đắp: ta luy đào là 1:1, ta luy đắp là 1:1,5. Độ dốc sườn is< 20%, đắp trực tiếp mà không cần đánh bậc cấp. 6.2.THIẾT KẾ TRẮC NGANG ĐIỂN HÌNH Nhìn chung các tuyến đường thiết kế có các dạng trắc ngang cơ bản sau: - Trắc ngang nền đường dạng nền đắp hoàn toàn. Nền đường đắp thông thường. Nền đường đắp thấp. Nền đường đắp có siêu cao. Nền đường đắp trên cống - Trắc ngang nền đường dạng nền đào hoàn toàn. Nền đường đào thông thường. Nền đường đào chử L. Nền đường đào có siêu cao. - Trắc ngang nền đường dạng nền nửa đào nửa đắp. Nền đường thiên về đào. Nền đường thiên về đắp. Nền đường dạng nền nửa đào nửa đắp có siêu cao. Mục đích của việc thiết kế trắc ngang chi tiết là để đua ra các biện pháp thi công hợp lý. 6.3. TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG ĐÀO ĐẮP: Cơ sở để tính toán khối lượng đào đắp là các bản vẽ trắc dọc, trắc ngang và bình đồ địa hình. Khối lượng đào đắp được tính chính xác khi địa hình thực tế phải thống nhất với thiết kế. Để tính được khối lượng đào hoặc đắp một cách chính xác thì rất phức tạp do phải tính tích phân: (m3). (I.6.1). Trong đó: + V: Khối lượng đào hoặc đắp (m3). + F: Diện tích mặt cắt ngang nền đường biến đổi dọc theo tuyến tùy theo địa hình, cao độ đào đắp thiết kế và cấu tạo kích thước nền đường (m2). + L: Chiều dài đoạn tuyến định tính toán (m). Vì F phụ thuộc nhiều yếu tố trên và thay đổi không theo quy luật nào. Do vậy việc áp dụng công thức trên rất khó khăn. Nên tính theo phương pháp gần đúng như sau: - Chia đoạn tuyến thành từng đoạn nhỏ, điểm chia là các cọc địa hình và tại các vị trí điểm xuyên. - Trong mỗi đoạn giả thiêt mặt đất là phẳng và tính khối lượng đất đào hay đắp như thể tích một lăng trụ: (m) (I.6.2). (m) (I.6.3). Trong 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 mặt cắt ngang phần đắp tại đầu đoạn và cuối đoạn. Trên mỗi trắc ngang tính diện tích phần đào, phần đắp, những trắc ngang nửa đào, nửa đắp cũng 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 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 tim đường. Hình I.6.2: Sơ đồ tính khối lượng đào đắp giữa hai cọc (1) và (2) F 1 F TB cọc 1 F1đắp 1:n đào F 1 1:m đắp Tim đường TB đào F đào F 2 1:n cọc 2 đắp F 2 Khối lượng đất đào đắp của toàn tuyến (hay đoạn tuyến) là tổng khối lượng của từng đoạn nhỏ đã tính. (m3) (I.6.4) Khối lượng đất ở cống và cầu nhỏ vẫn tính như thường vì khối lượng không đáng kể. Nếu có cầu lớn, 1/4 hình nón thì phải tính riêng. Sau đây là công thức tính Fđào, Fđắp theo phương pháp gần đúng. Đường ở đây có các kích thước sau: + Bề rộng phần xe chạy: 2 ´ 2,75 = 5,5(m). + Bề rộng lề đường: 2 ´ 1= 2(m). + Rãnh dọc hình thang kích thước:0,4 ´ 0,4 ´ 1,2 (m). Có các dạng trắc ngang như sau: ( các dạng này chỉ dùng để tính toán khối lượng đào đắp). 6.3.1. Khi H = Htn - Htk 0 nền thiên về đào: 3.1.1.Khi kH b trắc ngang có dạng hình 1.6.3 Dạng:1 d t H 1:1 1:1,5 1:k a b b d 1,5t x Hình 1.6.3: Nền đường dạng nửa đào- nửa đắp (thiên về đào) Diện tích rãnh: (m2) = F0 Ta có: ; Với b = 3,75 m; a = 1,2; Þ (m2) (6.5). Þ(m2) (6.6). 3.1.2.Khi b<kH < b+a trắc ngang có dạng như hình 1.6.4: Dạng: 2 ` d 1:k a d 1:1 b b H x Hình 1.6.4: Nền đường dạng nửa đào chữ L Þ (m2) (.6.7). Þ(m2) 3.1.3.Khi kH > b + a nền đường có dạng như hình 1.6.5. Dạng: 3 Hçnh1.6.5: Nãön âæåìng daûng âaìo thäng thæåìng 1:k a 1:1 b b H 1:1 a (6.8). Fđắp = 0. 6.3.2.Khi H > 0 nền đường thiên về đắp: 6.3.2.1.Khi kH < b = 3,75 nền đường có dạng như hình 1.6.6: Dạng: 4 d 1:k a d 1:1 b b H x 1,5t 1:1,5 t Hình 1.6.6 Nền đường dạng nửa đào- nửa đắp (thiên về đắp) Fđào = 0,32 + (6.10). Fđắp = (6.11). 3.2.2.Khi b<KH<b+a nền đường có dạng như hình 1.6.7: Điều kiện này tương ứng với h £ 0,6m (6.12). (.6.13). Dạng: 5 1:k H b b 1:1,5 h Hình 1.6.7: Nền đường dạng đắp thấp 3.2.3 Khi KH>b+a nền đường có dạng như hình 1.6.8: (.6.14). Dạng: 6 b H 1:k b 1:1,5 Hình 1.6.8: Nền đường dạng đắp thông thường 3.2.4.Khi k = ¥ nền đường có dạng như hình 1.6.9: Dạng: 7 Hình 1.6.9: Nền đường đắp hoàn toàn với độ đốc ngang sườn is =0 Fđào = 0 Fđắp = 2.b.H +1,5H2 (m2) (6.15) 3.2.5 Khi H=0 nền đường dạng nửa đào nửa đắp: Dạng: 8 1:k a 1:1 b b 1:1,5 Hình 1.6.10: Nền đường dạng nửa đào- nửa đắp Fđào = 0,32 + (6.16) Fđắp = (6.17) 6.4. KHỐI LƯỢNG ĐÀO ĐẮP CHO CÁC PHƯƠNG ÁN: Khối lượng đào đắp đất nền đường được tính cụ thể ở( phụ lục II) Khối lượng đào đắp phương án I: - Khối lượng đất đào: Vđào = 12917,58 (m3) - Khối lượng đất đắp: Vđắp = 20591,72 (m3) Khối lượng đào đắp phương án II: - Khối lượng đất đào: Vđào = 16117,24 (m3) - Khối lượng đất đắp: Vđắp = 27891,35 (m3)