Bài giảng Thiết kế đường

406 trang phuongnguyen 7300

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết kế đường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_thiet_ke_duong.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế đường

NỘI DUNG MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐƯỜNG Chương 1 : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG ÔTÔ Chương 2: NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ TRÊN ĐƯỜNG Chương 3 :THIẾT KẾ TRẮC NGANG Chương 4 :THIẾT KẾ ĐƯỜNG CONG NẰM
Chương 5 : THIẾT KẾ TRẮC DỌC Chương 6 : NÚT GIAO THÔNG Chương 7 : THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG Chương 8 : CHẾ ĐỘ THUỶ NHIỆT CỦA N. ĐƯỜNG Chương 9 : THIẾT KẾ QUY HOẠCH THOÁT NƯỚC Chương 10 : THIẾT KẾ CẤU TẠO KCAĐ
Chương 11 : THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM Chương 12 : THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG Chương 13 : THIẾT KẾ ĐƯỜNG CAO TỐC Chương 14 : ĐIỀU TRA KINH TẾ VÀ THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG Chương 15 : LUẬN CHỨNG HIỆU QUẢ KINH TẾ ĐƯỜNG Ô TÔ
CHƢƠNG II : NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ TRÊN ĐƢỜNG §2.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG Khi chuyển động ô tô chịu tác dụng của các lực sau : Pj Pi P Pf Pk Pf Hçnh 2-1. Caïc læûc taïc duûng trãn ätä khi xe chaûy. + Lực kéo Pk + Lực cản: Lực cản lăn Pf ; Lực cản không khí P Lực cản lên dốc Pi ; Lực cản quán tính Pj
1. Lực cản của xe trên đƣờng : a. Lực cản lăn (Pf ): Pf = G.f G - trọng lƣợng của xe (KG) f - hệ số sức cản lăn b. Lực cản không khí(P ) : K.F.V 2 - Khi vận tốc gió Vg = 0 -> P = 13 2 2 K.F.(V Vg ) g - Khi vận tốc gió V 0 -> P = 13
c. Lực cản lên dốc ( Pi ) : Pi = G. sin Do cos = 1 -> sin = tg = i -> Pi = G.i trong đó: i - là độ dốc dọc của đƣờng : lấy dấu “ + “ khi xe lên dốc lấy dấu “ - “khi xe xuống dốc
d. Lực cản quán tính (Pj) : G dV P = . . j g dt trong đó: G - trọng lƣợng xe g - gia tốc trọng trƣờng - là hệ số kể đến sức cản quán tính của các bộ phận quay
=> Tổng lực cản tác dụng lên ô tô : Khi xe chạy trên đƣờng nó chịu tác dụng của tổng lực cản : Pc = Pf + P + Pi + Pj G dV P = P + G.f G.i . . c g dt 2. Lực kéo của ôtô : Do nhiên liệu cháy trong động cơ -> nhiệt năng -> cơ năng -> công suất hiệu dụng N -> mômen M tại trục khuỷu của động cơ -> mômen kéo MK ở trục chủ động của xe -> PK
§2.2 PHƢƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC CỦA ÔTÔ 1. Phƣơng trình chuyển động: Điều kiện để ôtô chuyển động: Pk > Pc G dV Pk - P > G.f G.i (*) g dt (*) Phƣơng trình chuyển động của ôtô 2. Đặc tính động lực của ô tô : P - P dV k f i G g dt
P - P Đặt D = k G D - gọi là nhân tố động lực của ôtô Nhân tố động lực của ôtô là sức kéo của ôtô trên một đơn vị trọng lƣợng sau khi trừ đi sức cản không khí Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa nhân tố động lực (D) và tốc độ xe chạy (V) đƣợc gọi là biểu đồ nhân tố động lực
dV Xét trƣờng hợp xe chạy với tốc độ đều 0 dt D > f i ( ) D - nhân tố động lực của ôtô f - hệ số sức cản lăn i - độ dốc dọc Vế trái của ( ) phụ thuộc vào ôtô Vế phải của ( ) phụ thuộc vào điều kiện đƣờng Phƣơng trình ( ) thể hiện mối liên hệ giữa ô tô ( vế trái) và đƣờng ô tô ( vế phải)
* Dựa vào công thức ( ) ta có thể giải các bài toán sau: + Xác định idmax của đƣờng khi biết các loại xe chạy trên đƣờng và biết tốc độ thiết kế + Xác định tốc độ xe chạy lý thuyết lớn nhất của các loại xe khi biết độ dốc dọc của đƣờng + Vẽ biểu đồ vận tốc xe chạy lý thuyết của các loại xe
§2.3 LỰC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƢỜNG Trƣờng hợp tại A không có phản lực T ( phản lực của đƣờng tác dụng vào lốp xe) thì tại A không tạo nên một tâm quay tức thời. Nhƣ vậy Mk không chuyển thành Pk bánh xe sẽ quay tại chỗ. r M k v P T a A
Phản lực T gọi là lực bám giữa bánh xe với mặt đƣờng và T là một lực bị động Do đó để xe chuyển động đƣợc là: Pk < Tmax Tmax = .Gk Gk - trọng lƣợng của xe trên trục chủ động - hệ số bám giữa bánh xe với mặt đƣờng, phụ thuộc vào tình trạng mặt đƣờng và điều kiện xe chạy, đƣợc lấy nhƣ sau :
Tình trạng Điều kiện mặt đƣờng xe chạy Khô sạch Rất thuận lợi 0.7 Khô sạch Bình thƣờng 0.5 Âøm, bẩn Không thuận lới 0.3 => Pk D K K G G Kết hợp cả 2 điều kiện lực cản và lực bám ta đƣợc : .G P f i < D < K G
§2.4 CHIỀU DÀI HÃM XE 1. Lực hãm phanh : M h Ph r0 Lực hãm có ích lớn nhất chỉ có thể bằng lực bám lớn nhất Ph = Tmax = .G G - trọng lƣợng xe (KG) - hệ số bám giữa bánh xe với mặt đƣờng
2. Chiều dài hãm phanh ( Sh) : V 2 V 2 S K. 1 2 h 254.( i) V1,V2- tốc độ của xe trƣớc và sau khi hãm (km/h) K - hê số sử dụng phanh K=1.2 đối với xe con K=1.3-1.4 đối với xe tải, xe buyt i - độ dốc dọc trên đoạn đƣờng hãm phanh (%)
§2.5 TẦM NHÌN XE CHẠY 1. Định nghiã : Tầm nhìn xe chạy là chiều dài quãng đƣờng tối thiểu ở phía trƣớc mà ngƣời lái cần phải nhìn thấy 2. Các sơ đồ tầm nhìn và tính toán tầm nhìn : a.Tầm nhìn một chiều SI: lpæ Sh lo 1 1 SI
SI = lpƣ + Sh + l0 ( m ) lpƣ - quãng đƣờng xe chạy đƣợc trong thời gian phản ứng tâm lý ( tpu = 1s) V l (m) pu 3.6 Sh - quãng đƣờng hãm phanh V 2 S K. (m) h 254.( i) l0 - khoảng cách an toàn giữa xe và vật l0= (5 10) m
b. Tầm nhìn hai chiều SII: h1 h2 lpæ2 lpæ1 S lo S 1 1 2 2 SII SII = lpƣ1 + Sh1 + l0 + Sh2+ lpƣ2 ( m ) lpƣ1- quãng đƣờng xe 1 chạy đƣợc trong thời gian phản ứng tâm lý lpƣ2 - quãng đƣờng xe chạy đƣợc trong thời gian phản ứng tâm lý
Sh1- quãng đƣờng hãm phanh của xe 1 Sh2- quãng đƣờng hãm phanh của xe 2 l0 - khoảng cách an toàn giữa 2 xe Trƣờng hợp hai xe cùng loại K1=K2 = K Hai xe chạy cùng tốc độ V1 =V2 = V 2 V K.V Do đó : S ( ) l II 1,8 127 2 i 2 0
c. Tầm nhìn tránh xe : r 1 2 2 a/2 r 1 l 2 l 0 l 3 l 1 l 1 sIII Khi 2 xe chạy cùng tốc độ V1=V2= V V S l 4 a.r III 0 1,8 l0 - khoảng cách an toàn giữa hai xe r - bán kính vòng xe tối thiểu a - khoảng cách hai tim giữa hai làn xe
d.Tầm nhìn vƣợt xe SIV : l1 s1-s2 1 3 3 1 2 2 1 l2 l'2 l3 sIV ’ SIV = l2 + l 2 + l3 Để đơn giản có thể tính tầm nhìn vƣợt xe nhƣ sau : Trƣờng hợp bình thƣờng : SIV = 6.V Trƣờng hợp cƣởng bức : SIV = 4.V V - tốc độ xe chạy ( km/h)
CHƯƠNG 3 :THIẾT KẾ TRẮC NGANG + Các yếu tố trên trắc ngang gồm : Phần xe chạy Lề đường Dải phân cách Dải đất dự trữ Rãnh biên + Ngoài ra trên mặt cắt ngang còn có thể hiện đoạn tránh xe, làn xe phụ cho xe tải leo dốc, hành lang bảo vệ
§3.1 BỀ RỘNG CÁC YẾU TỐ TRÊN TRẮC NGANG 1. Bề rộng phần xe chạy : a.Định nghĩa : Phần xe chạy là phần trên của nền đường được tăng cường bằng một hay nhiều lớp vật liệu để chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe chạy và các điều kiện tự nhiên. Bề rộng phần xe chạy phụ thuộc vào : Chiều rộng 1 làn xe Số làn xe Tổ chức giao thông
b. Chiều rộng của 1 làn xe : Làn xe là không gian đủ rộng để xe chạy nối nhau theo 1 chiều đảm bảo an toàn với vận tốc thiết kế, bề rộng làn xe là không gian tối thiểu để chứa xe và 2 khoảng dao động ngang của xe. + Sơ đồ xếp xe: X3 a1 x1 x2 a2 Lề đường c1 c2 y2 B1 B2
+ Công thức xác định : - Đối với làn xe ngoài cùng a c B x y 2 2 - Đối với làn xe bên trong B1 = a + x1 + x3 a - bề rộng thùng xe c - khoảng cách tim 2 bánh xe x - khoảng cách từ sườn thùng xe đến làn xe bên cạnh x = 0,35 + 0,005V khi làn xe bên cạnh chạy cùng chiều
x = 0,50 + 0,005V khi làn xe bên cạnh chạy ngược chiều y : khoảng cách từ tim bánh xe ngoài đến mép phần xe chạy y = 0,5 + 0,005V Theo TCVN 4054-2005 bề rộng 1 làn xe như sau : Cấp đường I II III IV V VI Địa Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Núi Núi Núi Núi hình bằng bằng bằng bằng bằng bằng bề rộng 1 3.75 3.75 3.5 3.0 3.5 2.75 2.75 3.5 3.5 3.5 làn xe (1lan) (1lan) (1lan)
c. Số làn xe : N n xcgio Z.Nth n - số làn xe yêu cầu (làn) Nxcgiờ - lưu lượng xe thiết kế trong giờ cao điểm ở năm tương lai (xcqđ/h) Nxcgiờ = . Ntbng.đ Ntbng.đ- L.lượng xe thiết kế trung bình ng.đêm ở năm tương lai (xcqđ/ng.đ)
Năm tương lai: năm thứ 20 đối với đường cấp I và cấp II năm thứ 15 đối với đường cấp III và cấp IV năm thứ 10 đối với đường cấp V, cấp VI - hệ số quy đổi lưu lượng xe ng.đêm về lưu lượng xe giờ cao điểm = (0.1-0.12) Z - hệ số sử dụng năng lực thông hành VTK 40 km/h Z = 0,85 VTK = 60 km/h Z = 0,55 (Đ.bằng & đồi) Z = 0,77 ( núi) VTK 80 km/h Z = 0,55
Nth- KNTH thực tế của 1 làn xe, lấy như sau : + Khi có phân cách xe chạy trái chiều và phân cách ôtô với xe thô sơ Nth=1800(xcqđ/h.làn) + Khi có phân cách xe chạy trái chiều và không phân cách ôtô với xe thô sơ Nth=1500 (xcqđ/h.làn) + Khi không phân cách trái chiều và không phân cách ôtô với xe thô sơ Nth=1000(xcqđ/h.làn)
Thực tế chỉ dự báo được lưu lượng xe hỗn hợp nên phải quy đổi ra xe con ( theo TCVN 4054-2005 ) như sau : n N xcgio Ni .Ki i 1 n - số loại xe trong dòng xe Ni - lưu lượng của loại xe thứ i ở năm tính toán ( xe/ng.đêm ) Ki - hệ số quy đổi loại xe thứ i về xe con ( xem bảng sau )
Loại xe Địa Xe Xe Xe Xe tải 2 Xe tải 3 Xe kéo hình đạp máy con trục và xe trục và xe mooc, xe buýt < buýt lớn buýt kéo 25 chỗ mooc Đ.bằng 0.2 0.3 1 2 2.5 4 và đồi Núi 0.2 0.3 1 2.5 3 5
2. Dải phân cách giữa : + Dải phân cách là khoảng không gian trống để phân cách 2 chiều xe chạy, cho phép xe quay đầu hoặc qua đường ở những nơi quy định . + Dải phân cách giữa chỉ bố trí đối với đường 4 làn xe, có thể cao hơn phần xe chạy, có thể cao bằng phần xe chạy, hoặc thấp hơn phần xe chạy. + Kích thước tối thiểu của dải phân được quy định ( TCVN 4054-2005) như sau:
Cấu tạo dải phân Phần Dải Chiều rộng tối cách phân an thiểu của dải cách toàn phân cách giữa (m) (m) (m) BT đúc sẳn, bó vỉa, không có trụ 0.5 2x0.5 1.5 công trình Xây bó vỉa, có lớp phủ, có trụ 1.5 2x0.5 2.5 công trình Không có lớp phủ 3 2x0.5 4
3. Dải phân cách bên ( ngoài ) : + Dải phân cách bên là khoảng không gian trống để phân cách các phần xe chạy cùng chiều hoặc giữa xe thô sơ và xe cơ giới hoặc giữa làn xe địa phương và xe chạy suốt. + Có thể dùng vạch sơn, lan can phòng hộ mềm hoặc phân cách cứng.
4. Lề đường : + Lề đường là dải đất song song và nằm sát phần xe chạy + Tác dụng của lề đường : - Tăng độ ổn định cho mép phần xe chạy không bị phá hoại - Để dừng xe khi cần thiết, để tập kết vật liệu, để dự trữ đất . . . + Kích thước tối thiểu của lề đường (TCVN 4054-2005) như sau :
Cấp I II III IV V VI đường Địa Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Núi Núi Núi Núi hình bằng bằng bằng bằng bằng bằng VTk (km/h) 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 3.5 3 2.5 1.5 1 1 1 1.5 1.5 1.25 Blề(m) Blềgcố 3 2.5 2 1 0.5 0.5 0.5 1 - - (m)
§3.2 Năng lực thông hành thực tế của 1 làn xe : 15 Ptt Pmax Ki (xe/ h.lan) i 1 Pmax - năng lực thông xe tối đa của một làn, Pmax= 2000 xc/h.làn K1, K2. . K15- các hệ số chiết giảm NLTH (xem sách TKĐ tập1)
CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ ĐƯỜNG CONG NẰM
§4.1 ĐẶC ĐIỂM XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG NẰM 1- Xe phải chịu thêm lực ly tâm, lực này đặt ở trọng tâm của xe, hướng nằm ngang, chiều từ tâm đường cong ra ngoài, có trị số: m.v2 C (4 1) R m - khối lượng của xe ( kg ) v - tốc độ của xe. (m/s) R - bán kính đường cong nằm ( m )
+ Lực ly tâm có thể gây lật xe, trượt ngang, tốn nhiên liệu, hao mòn xăm lốp, làm cho hành khách khó chịu 2 - Bề rộng phần xe chạy lớn hơn so với đường thẳng 3 - Tầm nhìn của người lái xe bị hạn chế => Do đó yêu cầu đặt ra ở đây là nghiên cứu các biện pháp thiết kế để cải thiện các điều kiện bất lợi nêu trên .
§4.2 LỰC NGANG VÀ HỆ SỐ LỰC NGANG 1. Lực ngang : A Y C G Y h A Y b
Gọi Y là tổng lực ngang tác dụng lên ôtô khi chạy trên đường cong: Y = C.cos G.sin (4-2) “ + “ khi xe chạy ở phía lưng đường cong “ - “ khi xe chạy ở phía bụng đường cong Do << nên Cos 1 ; Sin tg in Y = CG .VG.i2 n (4-3) Y G.i (4 4) g.R n
Y V 2 i (4 5) G 127.R n Y là hệ số lực ngang ( lực ngang trên một đơnG vị trọng lượng) V 2 i (4 6) 127.R n 2. Xác định hệ số lực ngang :Y( ) có thể : - Làm xe bị lật - Làm xe bị trượt ngang - Gây cảm giác khó chịu với H.khách và lái xe - Làm tiêu hao nhiên liệu và hao mòn xăm lốp
a.Xác định hệ số lực ngang theo điều kiện chống lật (lật tại A) : G.V 2 Y G.i g.R n M lat Y.h b b M giu G.cos .( ) G.( ) Để xe không bị lật: 2 2 b G( ) Y.h 2 b - khoảng cách giữa hai bánh xe Y - lực ngang
- độ lệch tâm so với tâm hình học của xe =0,2.b Y 0,3.b G h b Xe con = 2 3 h Xe buýt , xe tải = 1,7 2,2 Chọn = 2 => 0,6 Vậy để xe không bị lật thì : 0,6
b.Xác định hệ số lực ngang theo điều kiện ổn định chống trượt ngang : 2 2 Q Q Y P Pk=G. 1 Điều kiện để xe không trượt: Y=G. 2 Y 2 P2 Q G. - hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường 1 : Hệ số bám dọc 1 =(0,7 0,8) 2 : Hệ số bám ngang 2 =(0,6 0,7)
Khi đó: Y G. 2 2 Khi mặt đường khô, sạch : = 0,6 2 = 0,36 0,36 Khi mặt đường ẩm, sạch : = 0,4 2 = 0,24 0,24 Khi mặt đường ẩm, bẩn : = 0,2 2 = 0,12 0,12 Vậy để xe không bị trượt ngang thì : 0,12
c.Xác định hệ số lực ngang theo điều kiện êm thuận và tiện nghi đối với hành khách: Theo kết quả điều tra xã hội học khi : 0,1 : hành khách không cảm nhận xe vào đường cong = 0,15: hành khách bắt đầu cảm nhận có đường cong = 0,2 : hành khách cảm thấy có đường cong và hơi khó chịu, người lái muốn giảm tốc độ = 0,3 : hành khách cảm thấy rất khó chịu. Về phương diện êm thuận và tiện nghi đối với hành khách 0,15
d.Xác định hệ số lực ngang theo điều kiện tiêu hao nhiên liệu và xăm lốp: Muốn giảm tiêu hao nhiên liệu và hao mòn xăm lốp thì 0,1 * Tóm lại : Để đảm bảo điều kiên ổn định và tiện nghi khi xe vào đường cong năm, khi thiết kế hệ số lực ngang lấy như sau: Trong điều kiện thuận lợi nên chọn 0,1 Trong điều kiện khó khăn cho phép = 0,15
§4.3 XÁC ĐỊNH BÁN KÍNH ĐƯỜNG CONG NẰM 1. Xác định bán kính đường cong nằm theo hệ số lực ngang : a. Khi có bố trí siêu cao: v 2 V 2 Rmin max max g( isc ) 127( isc ) b. Khi không bố trí siêu cao: 2 2 ksc v V Rmin g( in ) 127( in )
c. Xác định bán kính đường cong nằm theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm : 30S I Rmin SI - tầm nhìn một chiều (m) - góc chiếu sáng của pha đền ô tô (20)
§4.4 SIÊU CAO 1. Siêu cao : 2. Mục đích của việc bố trí siêu cao: - Giảm hệ số lực ngang - Tăng tốc độ xe chạy trong đường cong nằm - Tăng mức độ an toàn xe chạy trong đường cong nằm 3. Độ dốc siêu cao: + Độ dốc siêu cao : isc = in -> isc.max
in - độ dốc ngang của mặt đường ( %) isc.max - độ dốc siêu cao lớn nhất isc.max= 8% 4. Cấu tạo siêu cao: a.Đoạn nối siêu cao: Đoạn nối siêu cao được thực hiện với mục đích chuyển hóa một cách điều hòa từ trắc ngang thông thường hai mái sang trắc ngang đặc biệt có siêu cao
+ Chiều dài đoạn nối siêu cao (Ln): isc h ip Ln B (B+E)
isc .B Ln i p isc (B E) hoặc Ln i p B -bề rộng mặt đường E - độ mở rộng mặt đường trong đường cong ip - độ dốc dọc phụ cho phép ip = 1% khi VTK = 40 km/h ip = 0,5% khi VTK 60 km/h
b.Cấu tạo siêu cao : Â oaûn näúi si ãu cao max i= i 0 R B Âæåìng cong troìn i= i max i= i 0 Âoaûn näúi siãu cao i= i 0
* Việc chuyển hóa được tiến hành như sau: Trước khi vào đoạn nối siêu cao, cần một đoạn 10m để vuốt cho lề đường có cùng độ dốc ngang với mặt đường (in) sau đó tiến hành theo trình tự và phương pháp sau : 1. Quay mặt đường phía lưng và lề đường phía lưng đường cong quanh tim đường cho mặt đường trở thành một mái với độ dốc in
2. Quay mặt đường a) 2 1 3 0 15% và lề đường phía 4 2 15% 0 2,00 2,25 7,50 4,00 7,50 2,25 2,00 lưng đường cong 0,50 0,50 28,50 quanh tim đường ( b) i% 0 i% hoặc quanh mép 0 trong phần xe chạy 2,00 2,25 7,50 4,00 7,50 2,25 2,00 0,50 0,50 hoặc quanh 1 trục 28,50 ảo ) cho mặt đường c) i%0 i% trở thành một mái 0 với độ dốc siêu cao 2,00 2,25 7,50 4,00 7,50 2,25 2,00 0,50 0,50 ( isc) 28,50
§4.5 ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP 1. Mục đích của việc thiết kế đường cong chuyển tiếp: Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, phải chịu các thay đổi: - Bán kính từ chuyển bằng R 2 - Lực ly tâm tăng từ 0 -> G . V g.R - Góc hợp giữa trục bánh xe trước và trục sau xe từ 0 đến Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho người lái xe và hành khách.
Để đảm bảo có sự chuyển biến điều hòa về lực ly tâm, về góc và về cảm giác của hành khách cần phải có một đường cong chuyển tiếp giữa đường thẳng và đường cong tròn. Đồng thời làm cho tuyến hài hòa hơn, tăng tầm nhìn. 2. Xác định chiều dài của đường cong chuyển tiếp (ĐCCT): V 3 L ct 47.R.I V - tốc độ xe chạy (km/h) R - bán kính đường cong nằm. I - độ tăng gia tốc ly tâm (m/s3).
3. Phương trình của ĐCCT: Xét một điểm trên ĐCCT, có chiều dài tính từ gốc tọa độ S, bán kính V 3 S 47. .I V 3 C Đặt C => S Đây là phương trình 47.I đường cong clothoide R=C/S
+ Phương trình thông sô úcủa đường cong clothoide : C Phương trình S là phương trình độc cực + Chuyển sang dạng tọa độ oxy như sau : S 5 S 9 x S 40.A4 3456.A8 S 3 S 7 S 11 y 6.A2 336.A6 42240.A10
4. Trình tự cắm đường cong chuyển tiếp: a.Tính các yếu tố cơ bản của đường cong tròn b.Tính toán chiều dài đường cong chuyển tiếp c.Tính góc kẹp giữa đường thẳng và tiếp tuyến ở cuối ĐCCT d.Xác định các chuyển dịch p’ và t e.Xác định điểm bắt đầu và điểm kết thúc của ĐCCT f.Xác định các phần còn lại của đường cong tròn g.Cắïm các điểm trung gian của đường cong chuyển tiếp:
+ Cấu tạo đường cong chuyển tiếp dạng clothoide /2 R1 0 2 R R1 R Q L 0 y e A C B t T x0
§4.6 MỞ RỘNG PHẦN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG 1. Độ mở rộng của một làn xe : L2 0,05.V e1 2R R 2. Độ mởí rộng phần xe chạy của đường nhiều làn xe : + Khi có 2 làn xe L2 0,1.V E e1 e2 R R
+ Khi có n làn xe: E = n.e1 e1 - độ mở rộng một làn xe L - chiều dài tính từ trục sau của xe đến đầu xe R - bán kính đường cong V - tốc độ xe chạy (km/h) 3. Phương pháp mởí rộng phần xe chạy :
§4.7 NỐI TIẾP CÁC ĐƯỜNG CONG NẰM 1. Nối tiếp giữa hai đường cong cùng chiều: + Khi hai đường cong không có siêu cao có thể nối trực tiếp với nhau + Nếu hai đường cong cùng chiều có cùng độ dốc siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau. + Khi hai đường cong cùng chiều có siêu cao khác nhau thì để nối tiếp nhau cần có một đoạn thẳng chêm m.
+Nối tiếp hai đường cong cùng chiều : Đ1 Đ1 Đ2 m Đ2 O1 O2 O2 O1
2. Nối tiếp giữa hai đường cong ngược chiều: + Khi hai đường cong ngược chiều đều không có siêu cao có thể nối trực tiếp với nhau + Khi hai đường cong ngược chiều có bố trí siêu cao thì cần có đoạn chêm m L L m vn1 vn 2 2 Lvn1 , Lvn2 : Chiều dài đoạn vuốt nối siêu cao của đường cong 1 và đường cong 2
+ Nối tiếp hai đường cong ngược chiều : O2 m Đ1 Đ2 O1
CHƢƠNG 6 : NÚT GIAO THÔNG §7.1 NÚT GIAO THÔNG VÀ CÁC ĐIỂM XUNG ĐỘT 1.Định nghĩa: NGT là nơi giao nhau của 2 hay nhiều đường ôtô hoặc giữa đường ôtô với đường sắt, tại đó xe có thể chuyển hướng được.Vì vậy NGT là nơi tập trung nhiều xung đột, nhiều tai nạn, gây tắc xe. Nhiệm vụ thiết kế NGT là giải quyết các xung đột ( triệt để hoặc ở mức độ) để nhằm các mục tiêu :
- Đảm bảo an toàn, đảm bảo chất lượng dòng xe, đảm bảo năng lực thông hành - Hiệu quả về kinh tế, mỹ quan và vệ sinh môi trường 2. Các điểm xung đột : Có 3 loại điểm xung đột: + Điểm cắt ( hình a ) + Điểm tách ( hình b ) + Điểm nhập ( hình c )
a) b) c) d) a) Điểm cắt b) Điểm tách c) Điểm nhập
3.Đánh giá sơ bộ mức độ nguy hiểm của nút giao thông cùng mức: M = 5nc +3nn + nt nc - số điểm cắt nn - số điểm nhập nt - số điểm tách M 10 NGT rất đơn giản M = 10-25 NGT đơn giản M = 25-55 NGT phức tạp M > 55 NGT rất phức tạp
Vì vậy khi thiết kế NGT cần có các biện pháp để giảm mức độ phức tạp của nút . Đối với nút ngã 3 M = 27 Đối với nút ngã 4 M = 112 4. Các giải pháp giảm mức độ phức tạp của NGT : - Tổ chức GT bằng đèn tín hiệu - Bố trí đảo trung tâm có bán kính lớn - Tổ chức GT một chiều - Dùng nút GT khác mức
§6.2 PHÂN LOẠI NÚT GIAO THÔNG 1. Phân loại NGT : * Theo cao độ các tuyến dẫn đến nút : - NGT cùng mức - NGT khác mức * Theo mức độ phức tạp của nút : - NGT đơn giản - NGT có đảo trên hướng phụ - NGT có đảo và làn trung tâm trên hướng chính - NGT khác mức
* Theo sơ đồ tổ chức giao thông : - NGT không có điều khiển - NGT có điều khiển cưởng bức - NGT tự điều khiển ( NGT hình xuyến ) - NGT không cần điều khiển ( khác mức )
2. Phạm vi sử dụng các loại hình NGT : * Theo TCVN 4054-05: LL xe thiãút LL xe thiãút kãú trãn âæåìng phuû ( xcqâ.ng.â) kãú trãn Nuït coï âaío trãn Nuït coï âaío vaì Nuït âån Caïc loaûi âæåìng âæåìng phuû, coï laìn reî traïi trãn giaín hçnh khaïc chênh måí räüng hæåìng chênh 1700 1200 700 > 5000 400
* Theo E.M Lôbanôv : 2500 Nkut 2000 1 - Nút đơn giản 4 2 - Nút có đảo trên hướng phụ 1500 3 - Nút có làn trung tâm trên hướng chính 3 4 - Nút khác mức 1000 2 500 1 0 Nut (xe/h) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
* Theo Rugicov: 1200 Nut 1000 800 4 1 - Nút không điều khiển 600 2 - Nút tự điều khiển 3 3 - Nút được điều khiển 400 4 - Nút khác mức 2 200 1 0 Nkut (xe/h) 400 800 1000 1200 1400 1600
* Theo Malaysia : Loại đƣờng Đường Đường Đường Đường địa cao tốc trục gom phương Đường cao tốc KM KM - - Đường trục KM KM/Đ Đ Đ/B Đường gom - Đ Đ B Đường địa phương - Đ/B B B
3. Trình tự thiết kế NGT : - Điều tra tầm quan trọng của đường dẫn , ý nghĩa của nút trong mạng lưới đường - Điều tra về yêu cầu giao thông trong giờ cao điểm trong tương lai. Khi thiết kế xây dựng năm thứ 20 Khi thiết kế TCGT năm thứ 5 - Lập ma trận các luồng xe hoặc sơ đồ rẽ xe, phác thảo các phương án, lập các sơ đồ luồng xe .
- Điều tra địa hình, điều kiện tự nhiên - Cấu tạo chi tiết nút: bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, các công trình vượt, thoát nước, quy hoạch chiều đứng. - Thiết kế tổ chức giao thông và biển báo, đánh giá mức độ an toàn của nút. - Lập luận chứng kinh tế kỹ thuật để chọn phương án. Phương án chọn phải thoả mãn các yêu cầu: An toàn, đơn giản, thông thoáng, hiệu quả, mỹ quan . . .
§6.3 NÚT GIAO THÔNG CÙNG MỨC 1. Tuyến đƣờng dẫn và góc giao : -Tuyến đường trong nút nên thẳng, không nên đặt tuyến trong đường cong, đặc biệt đường cong bán kính nhỏ. - Các đường dẫn nên giao nhau 900 vì dễ bố trí, dễ quay xe, dễ đảm bảo tầm nhìn. Nếu giao nhau với góc xiên thì nên ≥ 600. Trong nhiều trường hợp <600 nên cải tuyến để tuyến giao nhau ≥ 600.
- Nên đặt nút ở nơi địa hình bằng phẳng - Đảm bảo thông xe và thoát nước tốt 2. Xe thiết kế và tốc độ tính toán rẽ xe : a. Xe thiết kế : + khi xe con > 60% dùng xe con làm xe T.kế + khi xe con 20% thì dùng xe kéo mooc làm xe thiết kế b. Tốc độ thiết kế : + Dòng xe đi thẳng : lấy bằng tốc độ thiết kế của cấp đường qua nút
+Dòng xe rẽ phải: VTK 60% tốc độ tính toán trên đường chính + Dòng xe rẽî trái: - Tốc độ tối thiểu 15km/h - Thiết kế nâng cao 40% tốc độ tính toán trên đường chính 3. Siêu cao và hệ số lực ngang : - Độ dốc siêu cao tối đa 6%, khi qua khu dân cư 4% - Hề số lực ngang cho phép = 0,25
4.Các loại NGT cùng mức : a. Nút giao thông đơn giản : Nrẽ 60km/h)
d. Nút giao thông hình xuyến : * Định nghĩa: NGT hình xuyến là một loại hình đặc biệt, có đảo lớn ở trung tâm, tất cả các xe đều chạy bám chu vi đảo trung tâm theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. t
* Ưu điểm: - Đơn giản , giá thành xây dựng thấp - Triệt tiêu hoàn toàn hoặc một phần điểm cắt - Xe chạy qua nút liên tục, không phải dừng xe. - An toàn, không tốn chi phí điều khiển GT - Thích hợp cho NGT có lưu lượng xe trên các tuyến cân bằng và nút có nhiều hướng tuyến ( ngã 4, ngã 5 )
- Hình thức nút đẹp, trong đảo có thể bố trí các công trình kiến trúc như: tượng đài, bồn hoa, đài phun nước . . . * Nhược điểm: - Đường rẽ trái dài nên gây trở ngại cho xe thô sơ - Chiếm diện tích đất quá lớn - Tốc độ xe chạy trong nút không cao
* Đảo trung tâm : hình tròn, elíp, vuông, thoi a) b) A c) d) B D C
§6.4 NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC 1.Định nghĩa : NGT khác mức là nút giao thông có xây dựng một hay nhiều công trình ( cầu , hầm ) cách ly các dòng xe để hóa giải các xung đột.Có hai loại chính : - Nút khác mức liên thông : trong nút có các nhánh nối để xe có thể chuyển hướng - Nút vượt (nút trực thông): trong nút không có các nhánh nối
2.Các nhánh nối: Chiều rộng nhánh nối thường là hai làn xe, khi lưu lượng xe ít, có thể làm phần xe chạy một làn xe với điều kiện lề đường có gia cố hoặc bao bằng đá vỉa thấp, xe vượt qua được. Khi bao bằng đá vỉa cao thì phải làm hai làn xe.
* Nhánh nối rẽ phải: v=80 Km/h v=60 Km/h v=30 Km/h v=30 Km/h * Nhánh nối rẽ trái: Các nhánh nối rẽ trái phức tạp hơn, thường gây nhiều khó khăn khi cấu tạo. Tùy theo yêu cầu của giao thông rẽ trái, người ta có thể chọn các nhánh nối rẽ trái sau:
+ Rẽ trái trực tiếp: + Rẽ trái bán trực tiếp:
* Rẽ trái gián tiếp:
3. Nút giao hoa thị: Nút giao hoa thị là loại hình rất kinh điển, hai tuyến đường chính giao nhau nhờ công trình cầu hay hầm, 4 đường nhánh nối rẽ phải và nối rẽ trái gián tiếp. Có 8 đường nhánh nối Kết hợp còn 4 đường nhánh nối
- Biến thể của nút hoa thị: Rẽ trái bán Rẽ trái Rẽ trái trực trực tiếp trực tiếp tiếp
4. Nút hình xuyến khác mức: Nút khác mức 5 cầu Nút khác mức 2 cầu
5. Nút ngã ba khác mức: Dùng đường nối rẽ trái gián tiếp cho đường phụ thì được nút loa ken thuận, dùng đường nối rẽ trái gián tiếp cho đường chính thì được nút loa kèn ngược. Loa kèn thuận Loa kèn ngược
6. Các làn chuyển tốc: - Tại nút giao thông xe từ nhánh nối vào đường chính và ngược lại đều phải chuyển tốc và tìm cơ hội tham gia vào làn xe mới. - Chiều dài đoạn chuyển tốc (tăng, giảm tốc) : V 2 V 2 L 1 2 (m) ct 26.a V1- tốc độ xe ở đầìu đoạn chuyển tốc (km/h) V2- tốc độ xe ở cuối đoạn chuyển tốc (km/h) a- Gia tốc: khi giảm tốc a = 2 m/s2 khi tăng tốc a = 1 m/s2
- Bố trí làn chuyển tốc : + Làn giảm tốc : Lct Lct + Làn tăng tốc : Lct
7. Tốc độ thiết kế (km/h) các nhánh rẽ : Tốc Đầu và cuối đường Đầu và cuối đường Tốc độ nhánh nối có chuyển nhánh nối không có độ thiết tốc chuyển tốc thiết kế Tốc độ tối Tốc độ tối Tốc độ Tốc độ kế của tuyến thiểu nên thiểu tối thiểu tối thiểu nhánh dùng tuyệt đối nên dùng tuyệt đối nối 120 90 80 80 60 50 100 80 70 70 50 45 80 65 55 55 40 40 60 50 40 40 30 30
CHƢƠNG 7 :THIẾT KẾ NỀN ĐƢỜNG §7.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG 1.Tác dụng của nền đƣờng: - Khắc phục địa hình tự nhiên nhằm tạo nên một dải đất đủ rộng dọc theo tuyến đường có các tiêu chuẩn về bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đáp ứng yêu cầu chạy xe. - Nền đường cùng với kết cấu áo đường chịu tác dụng của tải trọng xe chạy, do đó nó ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và tình trạng khai thác của cả kết cấu áo đường.
2. Yêu cầu đối với nền đƣờng : - Nền đường phải đảm bảo ổn định toàn khối Mặt trượt Đất sụt lấp đường Mặt trượt Trượt ta luy đắp Trượt taluy đào Trồi Trượt trồi trên nền đất yếu Trượt trên sườn dốc Sụt lở ta luy Sụt trên đất yếu Hình 8-1. Các hiện tượng nền đường mất ổn định toàn khối khối - Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ và ổn định cường độ
3.Các nguyên nhân phá hoại nền đƣờng - Tác dụng của nước - Điều kiện địa chất - thuỷ văn - Tải trọng xe chạy và tải trọng bản thân nền đường - Thi công không đảm bảo chất lượng
§7.2 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG 1. Cấu tạo của nền đƣờng đắp: * Khi đắp nền đường bằng cát thì độ dốc taluy 1:1,75 và lớp trên cùng đắp một lớp đất á sét với chỉ số dẻo >7, dày tối thiểu 30cm (không được phép đặt trực tiếp áo đường lên trên nền cát ) * Khi chiều cao đắp 1/5 khi dùng máy thi công lấy đất từ thùng đấu để đắp - Dùng độ dốc ta luy 1/1,5 khi thi công bằng thủ công.
* Khi chiều cao đắp từ (6 -> 12)m: -Phần dưới độ dốc taluy 1/1,75 -Phần trên (6-8m) độ dốc ta luy 1/1,5 1/1.5 1/1.5 h1 1/1.75 1/1.75 h2
* Khi lấy đất thùng đấu để đắp nền đường cần có khoảng bảo vệ chân ta luy (K) 1/1.5 1/1.5 2 1/1.5 1/1.5 2 K
* Nền đường đầu cầu và dọc sông có thể bị ngập nước thì phải cấu tạo độ dốc taluy thoải 1:2,0 đến trên mức nước thiết kế ít nhất 0,5m Thượng lưu Hạ lưu 1/1.5 1/1.5 0.5 m 0.5 m 1/2 1/2 ³ 4m
* Khi đắp đất trên sƣờn dốc : + Khi is 50)% : thì cần phải đánh bậc cấp 1/1.5 1/1.5 20¸50 % ³ 1¸2 m . .
+ Khi is > 50% phải dùng biện pháp làm kè chân hoặc tường chắn Xáy væîa 1/1.5 1.0 m Xãúp âaï khan
2. Cấu tạo nền đƣờng đào: - Nền đào hoàn toàn: mái taluy đào phải có độ dốc nhất định để bảo đảm ổn định cho taluy và cho cả sườn dốc. Độ dốc mái taluy 1/n tuỳ vào điều kiện địa chất công trình và chiều cao ta luy đào Táöng âáút phuí 1/1 1/1 1/0.2 1/0.2 25 Thaûch cæïng
§7.3 TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA NỀÌN ĐƯỜNG TRÊN SƯỜN DỐC 1. Yêu cầu khi đắp đất nền đƣờng trên sƣờn dốc : - Nền đường phải đặt trên một sườn dốc ổn định và bản thân sườn dốc đó vẫn ổn định sau khi đã xây dựng nền đường. - Nền đắp không bị trượt trên mặt sườn dốc đó, ngoài ra bản thân ta luy nền đường đào hoặc đắp cũng phải bảo đảm ổn định.
2.Tính toán ổn định: a. Trƣờng hợp mặt trƣợt tƣơng đối phẳng: Xét một lớp đất có chiều cao h, dung trọng đất , lực dính C, góc nội ma sát , đặt trên sườn dốc có độ dốc is w F h Q
-Để khối đất không bị trượt trên mặt trượt thì độ dốc của mặt trượt là: C i f s .h.cos is : độ dốc của sườn dốc f : hệ số ma sát giữa khối trượt & mặt trượt : dung trọng khối đất trượt (T/m3) C : lực dính giữa khối trượt & mặt trượt (T/m2) : góc nghiêng của sườn dốc h : chiều dày của khối đất trượt (m)
b.Trƣờng hợp trƣợt trên mặt gãy khúc: Nãön âæåìng i-1 F i F i+1 i i-1 Qi-1 F N i Qi Li Qi+1 i+1 i L Qi L
-Tại các chỗ thay đổi dốc của mặt trượt kẻ các đường thẳng đứng để phân khối trượt thành từng đoạn trượt . - Trên từng đoạn trượt i tính Qi - Tính các lực gây trượt Fi, Fi-1, Fi+1 Lực trượt Fi: Fi (Fi 1 cos( i 1) K.Qi .sin i ) (fi .Qi .cos 1 Ci .li ) Fi Qi .(K.Sin i Cos i .tg i ) Fi 1.Cos( i i 1) Ci .li
i : độ dốc i của mặt trượt đoạn i Ci : lực dính giữa khối trượt và mặt trượt i : góc ma sát giữa khối trượt và mặt trượt K : hệ số ổn định K=1,0 1,5 Cuối cùng tính được lực gây trượt dưới chân dốc Fi+1, qua đó đánh giá ổn định của sườn dốc: Fi+1 0 thì sườn dốc ổn định Fi-1 > 0 sườn dốc không ổn định
Ngoài ra có thể đánh giá mức độ ổn định riêng của từng khối trượt Qi .Cos 1.tg i Ci .li Ki Fi 1Cos( i i 1) Qi .Sin i
§7.4 TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG 1. Bài toán 1 : Một vách đất thẳng đứng thường mất ổn định, khối đất sẽ trượt theo một mặt trượt nào đó ( xem hình vẽ ) - Xét điều kiện cân bằng cơ học của một mảnh đất i bất kỳ trên mặt trượt của nó ta có điều kiện cân bằng:
di Màût træåüt hi i Seî træåüt Seî Khäúi âáút Khäúi Ti Ni Qi Lực gây trượt Ti = Qi.sin i di Lực giữ Ni.fi + C . Cos i Ni = Qi.cos i . fi di Qi .sin Q i .cos itg C. Cos i
C tg i tg 2 .h i .Cos . i - Với loại cát có lực dính C= 0, để ta luy ổn định phải có góc dốc bằng góc nghỉ tự nhiên = - Với đất dính ổn định cơ học của mái dốc còn phụ thuộc chiều cao mái ta luy hi 0 Khi hi 0 thì i 90 hi thì i Như vậy cấu tạo mái ta luy nên có dạng trên dốc, dưới thoải.
2. Phƣơng pháp phân mảnh cổ điển : - Khối đất trên ta luy khi mất ổn định sẽ trượt theo mặt trƣợt hình trụ tròn O R B C Z X 3 R P1 l i ci P2 W3 i H h3 itg N P3 2 L D A P4 Ti Ni P5 T3 N3 Q3 Pi
- Xét bài toán phẳng, phân khối đất ra thành các mảnh như hình vẽ và giả thiết khi trượt cả khối trượt sẽ cùng trượt một lúc do đó giữa các mảnh không có lực ngang tác dụng lên nhau, trạng thái giới hạn chỉ xảy ra trên một mặt trượt - Mỗi mảnh trượt i sẽ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân P i n + Tổng lực giữ : Pi .Cos i .tg i Ci .li i 1 n + Tổng lực gây trượt: Pi .Sin i Wi 1
Hệ số ổn định : n n Mg Pi .Cos i .tg i Ci .li 1 1 K n n Zi M t Pi .Sin i w i . 1 1 R Pi : trọng lượng mảnh thứ i Ci : lực dính của mảnh thứ i i : góc ma sát của mảnh thứ i R : bán kính cung trượt Wi : lực động đất , Wi = (0,1 0,2)Pi
Nếu đất đồng nhất: n tg . Pi .Cos i C.L 1 K n Zi Pi .Sin i Wi . 1 R L : chiều dài cung trượt C : lực dính của khối trượt : góc ma sát của khối trượt
3. Phƣơng pháp xác định tâm trƣợt : + Khi mặt trên của ta luy nằm ngang DI Đường quĩ tích tâm trượt kinh nghiệm I B h a A h 4.5h C D
+ Khi mặt trên của ta luy có độ dốc 1/n B A b 1/1 a a AB Đường quĩ tích tâm trượt kinh nghiệm
Sau khi tìm được đường quỹ tích tâm trượt kinmh nghiêm, ta giả thiết 3 5 tâm trượt đường quỹ tích tâm trượt nguy hiểm rồi biểu diễn chúng trên hình để xác định Kmin I Kmin h Mặt trượt 2h D 4.5h
CHƢƠNG 8 CHẾ ĐỘ THUỶ NHIỆT CỦA NỀN ĐƢỜNG & CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CỦA NỀN ĐƢỜNG
§8.1 ẢNH HƯỞNG CỦA TRẠNG THÁI ẨM ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CỦA NỀN ĐƯỜNG 1. Đặc trƣng về cƣờng độ và biến dạng của nền đƣờng: + Lực dính C(daN/cm2), góc nội ma sát (độ)đặc trưng cho cường độ của đất NĐ + Môđun đàn hồi E (daN/cm2) đặc trưng cho biến dạng của nền đường Các thông số : C, , E phụ thuộc vào : - Loại đất, Điều kiện chịu tải - Độ chặt của NĐ, Độ ẩm của đất NĐ
2. Aính hƣởng của độ ẩm đến cƣờng độ, độ biến dạng của nền đƣờng : * Theo kết quả nghiên cứu của bộ môn Đường ô tô và Đường thành phố trường ĐHXD thì quan hệ giữa mô đun đàn hồi của đất với độ ẩm tƣơng đối như sau : W -5 Đối với đất á sét : Etn=24( ) Wnh -3 Đối với đất á cát : Etn=74( )
Từ kết quả trên ta thấy : - Độ ẩm của nền đường càng lớn thì cường độ của nó càng giảm và đất biến dạng nhiều - Nếu nền đường có độ ẩm = 0,5 -> 0,7 đất ở trạng thái dẻo cứng - Nếu nền đường có độ ẩm = 0,75 -> 1 đất chuyển sang trạng thái dẻo mềm và nhão - Khi thiết kế người ta thường tìm các biện pháp giữ cho trạng thái ẩm W ≤ 0,6 -> 0,65 Wnh
* Theo kết quả nghiên cứu của giao sư A.M.Krivitski ( hình vẽ) : p/pgh 0,7 0,6 phạm vi mẫu đất 0,5 bị phá hoại Đường ranh 0,4 giới 0,3 phạm vi mẫu đất 0,2 bị biến cứng 0,1 Trị số tảt trọng trùng phục tương ứng phục trùngtương trọng số tảt Trị 0 0,5 0,6 0,7 08 w/wnh (độ ẩm tương đối)
Nhận xét : + Khi đất tương đối khô (W 0,55) Pgh nền đất vẫn trở nên biến cứng. + Khi W > 0,75Wnh thì với tải trọng trùng phục rất nhỏ đất mới có thể biến cứng được. =>Như vậy đất càng ẩm thì khả năng bị phá hoại càng lớn và khả năng biến cứng càng ít.
Biến cứng là hiện tượng nền đất dưới tác dụng của tải trọng lâu dài trở nên không tích lũy biến dạng dư mà chỉ làm việc ở giai đoạn đàn hồi. Như vậy nếu khống chế được độ ẩm của nền đường trong phạm vi nhất định thì tức là tạo điều kiện để biến tác dụng bất lợi của tải trọng xe chạy trùng phục nhiều lần thành tác dụng có lợi cho cường độ chung của nền đường.
§8.2 CHẾ ĐỘ THUỶ NHIỆT CỦA NỀN ĐƯỜNG 1. Định nghĩa: Chế độ thuỷ nhiệt của nền đường là quy luật thay đổi và phân bố độ ẩm tại các điểm khác nhau trong khối đất nền đường theo thời gian. Quy luật thay đổi và phân bố độ ẩm trong nền đường chịu ảnh hưởng rất lớn của sự thay đổi nhiệt độ và phụ thuộc vào các nguồn ẩm, các điều kiện tự nhiên, kết cấu nền- mặt đường.
2. Các nguồn ẩm: 1 2 2 4 Mực nước ngầm cao 3 1 - Nước mưa 2 - Nước ngập 3 - Nước ngầm 4 - Hơi nước 3. Phân khu khí hậu đường sá :
§8.3 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ ẨM TRONG THÂN NỀN ĐƯỜNG 1. Bài toán : Để z tính toán phân bố ẩm trong thân L nền đường, giáo M.N.ngập Áo đường 0 sư Dương Học x Hải đề nghị sử M dụng lời giải của H M.N.ngầm phương tình o N truyền dẫn ẩm 1 chiều như hình vẽ:
* Phương trình truyền dẫn ẩm 1 chiều : W 2W Nước ngập ( phương 0x) : a . (*) T x 2 W 2W Nước ngầm ( phương 0z) : a . ( ) T z2 T : Thời gian tồn tại nguồn ẩm (giờ) a : Hệ số truyền dẫn ẩm W : Độ ẩm tại điểm tính toán Để giải phương trình (*) và ( ) ta xác định các điều kiện ban đầu và điều kiện biên của bài toán :
+ Điều kiện ban đầu: W (x, T=0) = W0 (a1) W (z, T= 0) =W0 (b1) + Điều kiện biên: W (x=0, T) = Wmax (a2) W (z=0, T) = Wmax (b2) W (x L,T) 0 (a3) x W (z H,T) 0 (b3) z
W0 : độ ẩm ban đầu của đất nền đường Wmax: độ ẩm lớn nhất của đất nền đường + Giải phương trình (*) với các điều kiện (a1), (a2), (a3) ta được : 4 ( ) W(x,T) Wmax (W0 Wmax ).K wx + Giải phương trình ( ) với các điều kiện (b1), (b2), (b3) ta được 4 ( ) W(z,T) Wmax (W0 Wmax ).Kwz
Trong đó : x aT z aT K wx f , và K wz f , 2 có thể L L2 H H tra trực tiếp ở đồ thị hình 9-8 (SGK) a : hệ số truyền dẫn ẩm L, H : như hình vẽ x,z : tọa độ của điểm tính toán => Từ ( ) và ( ) ta có thể xacï định được trạng thái ẩm của các điểm trong thân nền đường .
2. Xác định kích thƣớc của nền đƣờng * Xác định bề rộng của lề đường Blề : W T1<T2<T3 Đường cong phân bố ẩm với W T1 T T bh 2 3 thời gian ngập T W xmax o e Mặt đường M N ngập 0 x b L L
+ Độ ẩm cho phép của đất nền đường W = W0 + = W0+ 2%W0 W(xmax,T) = W0 + 0,02W0 = 1.02W0 (a4) Cần xác định xmax để độ ẩm tại đó bằng độ ẩm cho phép Từ phương trình ( ) và (a4) xác định được xmax= 3,08 a.T a- hệ số truyền dẫn ẩm theo phương ngang T- thời gian tồn tại nước ngập Từ xmax => xác định bề rộng của lề đường
* Xác định chiều cao của nền đường tính từ mực nước ngầm (H) : H ≥ za + zmax Zmax: Chiều cao mao dẫn của nước ngầm ( tính tương tư như xmax) Zmax = 3,08 a.T a :hệ số truyền dẫn ẩm theo phương đứng T :thời gian tồn tại nước ngầm za :khu vực tác dụng của nền đường
§8.4 KHU VỰC TÁC DỤNG CỦA NỀN ĐƯỜNG & CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN CHẾ ĐỘ THỦY NHIỆT CỦA NỀN ĐƯỜNG 1. Khu vực tác p dụng của nền đƣờng : + Ứng suất tại Nền đất a mỗi điểm trong z z nên đất do trọng s b lượng bản thân z nền đường : b b = .z
+ Ứng suất thẳng đứng do tải trọng bánh xe gây ra: P k z z 2 1 - Khi thì ta có thể bỏ qua ảnh z n b hưởng của tải trọng động - Chiều sâu (za) thỏa mãn được gọi là khu vực tác dụng của nền đương : P 1 k.n.P 3 k 2 . .z a z a z a n
Trong đó : : trọng lượng đơn vị đất đắp (T/m3) z : Chiều sâu tính toán ứng suất (m) k : hệ số k = 0.5 P : tải trọng của bánh xe tác dụng lên NĐ Thường giả thiết 1 1 1 n 5 10 za = ( 0,9 1,3)m
2. Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt của nền đƣờng + Đầm nén chặt đất nền đường + Đắp cao nền đường Hđắp ≥ Zmax + Za + Những biện pháp thoát nước và ngăn chặn các nguồn ẩm + Chọn và thiết kế kết cấu áo đường và lề đường thích hợp
CHƯƠNG 9 : THIẾT KẾ QUY HOẠCH THOÁT NƯỚC CHO ĐƯỜNG Ô TÔ §9.1 Khái niệm Hệ thống thoát nước bao gồm các công trình và các biện pháp kỹ thuật được xây dựng để đảm bảo nền đường không bị ẩm ướt. Hệ thống thoát nước đường ôtô bao gồm hệ thống thoát nước mặt và hệ thống thoát nước ngầm.
Hệ thống thoát nước mặt: - Độ dốc ngang và độ dốc dọc của đường. - Rãnh dọc, rãnh đỉnh, rãnh tập trung nước, thùng đấu - Dốc nước và bậc nước - Công trình thoát nước qua đường: cầu, cống, đường thấm, đường tràn - Các công trình hướng dòng nước và uốn nắn dòng chảy.
Hệ thống thoát nước ngầm: - Rãnh ngầm, giếng ngầm - Tác dụng : chặn, tháo và hạ mực nước ngầm, đảm bảo nền đường không bị ẩm ướt, do đó cải thiện được chế độ thủy nhiệt của nền - mặt đường.
§9.2 Thiết kế và tính toán thuỷ lực rãnh 1. Những yêu cầu khi thiết kế rãnh - Phải đảm bảo thoát lưu lượng nước tinh toán. - Tốc độ nước chảy trong rãnh Vmin Vr Vmax - Nên hạn chế góc chuyển hướng ( 450 ) và Rr >{2br ; 10m} - Tìm cách tháo nước từ rãnh ra chỗ trũng - Tần suất tính toán lưu lượng nước tập trung về rãnh 4%
2. Rãnh dọc ( rãnh biên) : a. Phạm vi thiết kế :Rãnh dọc được bố trí ở nền đường đào, nền đường nửa đào nửa đằp và nền đường đắp thấp b.Tác dụng : Thoát nước mặt đường, lề đường và diện tích đất dành cho đường. c. Hình dạng - kích thước : - Hình dạng :hình thang, tam giác, chữ nhật - Kích thước rãnh dọc có thể lấy theo cấu tạo, chỉ tính toán khi rãnh dọc còn để thoát nước min từ sườn lưu vực. Id = 0.5% ( 0.3%)
3. Rãnh đỉnh : a.Tác dụng : Khi diện tích lưu vực lớn, rãnh dọc không thể thoát hết, bố trí rãnh đỉnh để đón nước từ sườn lưu vực và dẫn về công trình thoát nước hoặc chỗ trũng. b. Hình dạng - kích thước : - Thường dùng hình thang, Bmin= 0.5m, chiều min cao tối đa 1.5m, Id = 0.5% (0.3%) - Kích thước rãnh phụ thuộc vào tính toán thuỷ lực
Rãnh đỉnh I II C B Đường ô tô
1m ³ Rãnh đỉnh ³5 m Rãnh đỉnh Rãnh dọc (rãnh biên) 2 % Con trạch Nền đường ³ 1m 0,25-0,5 m ³5 m Rãnh dọc
4. Tính thủy lực rãnh : a.Tốc độ nước chảy : 1 V .R y . R.i (m / s) n r b.Khả năng thoát nước của rãnh : Q = V. (m3/s) - tiết diện thoát nước (m2 ) n - hệ số nhám y - hệ số trong công thức Sêzi ir - độ dốc của rãnh R - bán kính thuỷ lực (m) R - chu vi ướt (m)
c. Trình tự tính toán thuỷ lực rãnh: - Xác định lưu lượng nước thiết kế rãnh Qtk - Giả thiết tiết diện rãnh - Xác định , , R, V - Xác định khả năng thoát nước của rãnh Qr - So sánh Qr với Qtk - Kiểm tra điều kiện xói và chọn biện pháp gia cố lòng rãnh ( nếu cần) - Chọn chiều sâu của rãnh
§9.3 XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC ( CỐNG ) 1. Tính toán lưu lượng nước chảy về công trình: Theo tiêu chuẩn 22TCN 220-95 lưu lượng nước cực đại chảy về công trình được tính : 3 Qp = Ap . . Hp . . F (m /s) F- Diện tích của lưu vực (Km2) Hp- Lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế p (%)
- Hệ số dòng chảy lũ tùy thuộc loại đất cấu tạo lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế (HP) và diện tích lưu vực (F) Ap - Môduyn dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện =1 - Hệ số chiết giảm lưu lượng do đầm, ao hồ, =1.
2. Trình tự tính toán: 1. Xác định vùng thiết kế và lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế ( Hp) 2. Tính chiều dài sườn dốc lưu vực theo công thức: F b sd 1,8 l L F- Diện tích của lưu vực (Km2) l: tổng chiều dài các suối nhánh (km) L: chiều dài suối chính (km)
3. Xác định đặc trưng địa mạo của sườn dốc lưu vực: 0,6 bsd sd 0,3 0,4 msd Isd H p Isd: độ dốc của sườn dốc lưu vực (%0) msd: hệ số nhám sườn dốc 4. Xác định thời gian tập trung nước (tsd) : Thời gian tập trung nước phụ thuộc vào vùng mưa và sd
5. Xác định hệ số đặc trưng địa mạo của lòng suối: 1000L Ls 1/3 1/ 4 1/ 4 mls I Ls F H p% L: chiều dài dòng suối chính (Km) Ils: độ dốc dòng suối chính (%0) mls: hệ số nhám của lòng suối 6. Xác định Ap theo LS, tsd và vùng mưa 7. Xác định trị số Qp
3. Chọn loại cống & xác định khẩu độ : + Chọn loại cống ( cống tròn, cống vuông, loại I hay loại II) + Chế độ chảy trong cống (có áp, bán áp, không áp) + Xác định khẩu độ cống
CHƯƠNG 10 THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
10.1 YÊU CẦU CHUNG VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 1. Khái niệm : Áo đường là phần trên của nền đường được tăng cường bằng các lớp vật liệu khác nhau để chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe chạy và các điều kiện tự nhiên. Kết cấu áo đường gồm: - Áo đường - Phần trên của nền đường (lớp đáy áo đường)
2.Cấu tạo kết cấu áo đường (KCAĐ) : Lớp bảo vệ Tầng mặt Lớp hao mòn Các lớp mặt ¸o đường Tầng móng Lớp móng trên Kết Lớp móng dưới cấu áo đườn g Lớp đáy áo đường, dày 30-50cm, K=0.98 -1.02 Móng nền đất : nền đắp hoặc nền tự nhiên
3.Yêu cầu chung của KCAĐ : - KCAĐ phải đủ cường độ và ổn định cường độ - Đảm bảo độ bằng phẳng - Đảm bảo hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường - Đảm bảo ít sinh bụi
4. Vai trò của các lớp trong KCAĐ : * Lớp bảo vệ : dày 0,5 1cm thường bằng vật liệu:cát thô, đá mạt cở hạt lớn nhất 4.75mm *Lớp hao mòn:dày 2 4 cm làm bằng các loại vật liệu có chất liên kết hữu cơ Tác dụng : hạn chế phá hoại các lớp mặt và tăng độ bằng phẳng cho mặt đường Các lớp này không tính vào khả năng chịu lực của KCAĐ
* Các lớp mặt : + Là bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng bánh xe và chịu ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên. Do đó các lớp mặt được làm bằng các vật liệu có cường độ cao, vật liệu có gia cố chất liên kết, có kích thước hạt nhỏ. + Chiều dày các lớp mặt phụ thuộc vào tính toán cường độ.
* Các lớp móng : + Chủ yếu chịu tác dụng của lực thẳng đứng, truyền và phân bố lực thẳng đứng để khi truyền xuống nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến một mức độ đất nền đường có thể chịu đựng được. + Chiều dày các lớp móng phụ thuộc vào tính toán cường độ, thường làm bằng các loại vật liệu rời rạc, có kích thước hạt lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết.
* Lớp đáy áo đường : + Chức năng : - Tạo được một nền chịu lực đồng nhất, có sức chịu tải cao. - Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất hoặc từ dưới lên áo đường. - Tạo ” hiệu ứng đe “ để thi công các lớp mặt đường phía trên đạt hiệu quả cao. - Tạo thuận lợi cho xe, máy đi lại trong quá trình thi công .
+ Vật liệu :đất cấp phối thiên nhiên, đất gia cố vôi hoặc xi măng + Độ chặt :K= 0.98 - 1.02 + Chiều dày tối thiểu sau khi lu lèn 30 cm + Chiều rộng : phải rộng hơn lớp móng mỗi bên 15 cm (nên làm cả nền đường) + Mô đun đàn hồi :vật liệu làm lớp đáy áo đường phải có mô đun đàn hồi tối thiểu 500 daN/cm2.
* Độ chặt tối thiểu của nền đường trong khu vực tác dụng: Độ sâu tính Độ chặt từ đáy áo Loại công trình đường Đường cấp Đường cấp xuống (cm) I->IV V->VI Khi áo đường dày trên 60cm 30 98 95 Khi áo đường dày dưới 60cm 50 98 95 Nền đắp Bên dưới Đất mới đắp 95 93 chiều sâu Đất nền tự Cho đến 93 90 kể trên nhiên 80 Nền đào và nền không đào, không 30 98 95 đắp ( đất nền tự nhiên ) 30-80 93 90
Chú ý: không phải khi nào KCAĐ cũng có đủ tất cả các lớp như sơ đồ trên, mà tuỳ thuộc vào yêu cầu xe chạy, loại áo đường, cấp đường và điều kiện cụ thể ở khu vực xây dựng mà cấu tạo hợp lý. Một lớp có thể có nhiều chức năng khác nhau (như bê tông nhựa, bê tông xi măng).
20 ¸ 40 14 ¸ 18 9 ¸ 10 5 3 a) Tầngmặt tông bê nhựa Bê tông nhựa hạt mịn Bê tông nhựa hạt vừa Cấp Cấp phối đá dăm Bê tông nhựa rỗng Cấp Cấp phối cuội sỏi (hoặc gia đất cố ) b) Tầngmặt bêmăng xi tông 14 ¸ 16 22 ¸ 24 Nền đất chặt lèn giấy dầu tẩm nhựa đừơng Đất Đất cát gia cốmăng xi BT M>300 ximăng Cát Cát nhựa trộn hoặc
5.Đặc điểm chịu lực của KCAĐ : x z z - ø ng suÊt do lùc th¼ng ®øng x - ø ng suÊt do lùc n»m ngang S¬ ®å ph©n bè øng suÊt trong kÕt cÊu ¸o ®õ¬ng theo chiÒu s©u
+ Khi xe chạy, ứng suất tác dụng lên áo đường gồm: - US theo phương thẳng đứng ( z ) do tải trọng xe chạy gây ra - US theo phương ngang ( x) do lực kéo, lực hãm, lực ngang gây ra. Tại bề mặt áo đường: z = p x = (0,2 0,3)p khi xe chạy x = (0,75 0,85)p khi xe hãm p : Áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường.
- US theo phương ngang ( x) chủ yếu tác dụng lên tầng mặt của áo đường ( không truyền xuống sâu) -> làm cho vật liệu tầng mặt bị xô trượt, bong bật, bào mòn dẫn đến phá hoại. - US theo phương thẳng đứng ( z) thì truyền xuống khá sâu (đến nền đất). Như vậy về mặt chịu lực kết cấu áo đường cần có nhiều lớp, các lớp có nhiệm vụ khác nhau để đáp ứng nhu cầu chịu lực khác nhau.
6. Cấu tạo cắt ngang của áo đường: Yêu tố trên cắt ngang Độ dốc ngang (%) 1. Mặt đường và lề gia cố - Mặt đường cấp A1 1.5-2.0 - Mặt đường cấp A2 2.0-3.0 - Mặt đường cấp B1, B2 3.0-3.5 2. Lề đường đất 4.0-6.0 a) c) a b a B B b) b a) Cấu tạo áo đừơng hình máng trên phần xe chạy b) Cấu tạo trắc ngang áo đừơng xây dựng phân kỳ (giai đoạn 2 mở rộng) 2 1 2 c) Cấu tạo hình lữơi liềm trên toàn bộ nền đừơng Bố trí áo đừơng trên nền đừơng
7,5m 7,5m Cấu tạo áo đừơng trên đừơng cấp cao có dải phân cách
§10.2 Phân loại áo đường: 1.Phân loại theo phạm vi sử dụng : + Áo đường cấp cao chủ yếu (A1) + Áo đường cấp cao thứ yếu (A2) + Áo đường cấp quá độ (B1) + Áo đường cấp thấp (B2) 2.Phân loại theo phương pháp tính toán: b1. Áo đườỏỏỏỏỏỏỏỏ ỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏ
3. Đặc điểm các loại áo đường : * Áo ÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂ Â Là loại áo đường đáp ứng yêu cầu xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, mức độ dự trữ cường độ cao,ü an toàn xe chạy cao, vận tốc xe cao, tuổi thọ áo đường từ 15 25 năm. - 15 năm : bêtông nhựa loại I - 20 25 năm : bêtông ximăng + Aïp dụng với đường có Vtk 60km/h + Có 2 loại lớp măt : - Bêtông nhựa chặt loại I - Bêtông ximăng toàn khối
* Áo đường cấp cao thứ yếu (A2): + Đáp ứng điều kiện xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, nhưng mức độ dự trữ cường độ nhỏ hơn mặt đường cấp cao A1 + Tuổi thọ từ 8 10 năm + Aïp dụng với đường có Vtk 60km/h + Các loại vật liệu lớp mặt : - Thấm nhập nhựa (8 năm) - Đá dăm đen, Bêtông nhựa loại II, BTN nguội (10 năm)
* Áo đường cấp quá độ (B1): + Cho phép xuất hiện biến dạng dư, chiều dày của kết cấu giảm đi rất nhiều, vận tốc xe chạy không cao, chi phí duy tu sửa chữa, bảo dưỡng lớn. + Tuổi thọ từ 3 4 năm + Aïp dụng với đường có Vtk 40km/h + Các loại vật liệu lớp mặt: - Đá dăm, Cấp phối đá dăm - Cấp phối cuội sỏi, Đất gia cố ximăng
* Áo đường cấp thấp (B2): + Cho phép xuất hiện biến dạng dư, lưu lượng xe chạy thấp, sinh bụi nhiều. + Tuổi thọ từ 2 3 năm + Aïp dụng với đường có Vtk=20 km/h + Các loại vật liệu lớp mặt: - Đất cải thiện thành phần hạt - Đất, đá tại chỗ ( đá thải) - Phế liệu công nghiệp
* Áo đường cứng : Là loại áo đường mà một trong những lớp kết cấu của nó ( thường là lớp mặt) làm bằng bê tông xi măng. * Áo ÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂ ÂÂÂc loại còn lại
10.3 Nguyên tắc thiết kế cấu tạo KCAĐ 1. Trình tự chung khi thiết kế KCAĐ: + Thiết kế cấu tạo KCAĐ : - Xác định cấp áo đường A1, A2, B1, B2 - Điều tra vật liệu địa phương->lớp móng - Đề xuất các phương án đầu tư xây dựng (đầu tư xây dựng 1 lần hoặc đầu tư xây dựng phân kỳ) + Tính toán cường độ + So sánh và chọn các phương án tối ưu
2.Yêu cầu khi thiết kế cấu tạo KCAĐ: a. Đối với tầng mặt: - Đủ cường độ và ổn định cường độ - Ít sinh bụi, Ít hoặc không thấm nước - Đảm bảo độ bằng phẳng, đảm bảo hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. - Vật liệu tầng mặt phải có khả năng chống trượt tốt (vật liệu hạt nhỏ và có chất liên kết) * Trong điều kiện không đảm bảo các yêu cầu trên phải có lớp bảo vê, lớp hao mòn.
b. Đối với tầng móng: - Đủ cường độ và ổn định cường độ. - Có thể sử dụng các loại vật liệu rời rạc, không nhất thiết phải có chất liên kết. - Chọn vật liệu sao cho cường độ (mô đun đàn hồi)ü giảm dần theo chiều sâu * Chú ý : - Khi xác định chiều dày các lớp vật liệu phải đảm bảo chiều dày tối thiểu - Tỉ số mô đun đàn hồi giữa 2 lớp liên tiếp không lớn hơn 3 lần
3. Nguyên tắc thiết kế cấu tạo KCAĐ: - Tuân thủ nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường nhằm tăng cường độ của nền đất, tạo điều kiện thuận lợi để nền đất cùng tham gia chịu lực với áo đường ở mức tối đa. - Cấu tạo các lớp tầng mặt trên cơ sở : cấp đường, lưu lượng xe, tốc độ thiết kế, điều kiện tự nhiên, điều kiện khai thác
a. Đối với tầng mặt: - Căn cứ vào cấp đường (VTK) để chọn loại mặt đường ( A1, A2, B1 ,B2) - Căn cứ vào tải trọng, thành phần xe tải nặng để chọn lớp mặt cho hợp lý. - Căn cứ vào vật liệu địa phương - Chọn vật liệu tầng mặt có khả năng chống trượt, chống bong bật . . . - Tầng mặt phải kín ( không thấm nước)
b. Đối với tầng móng: - Căn cứ vào điều kiện địa hình, điều kiện địa chất, điều kiện thuỷ văn - Căn cứ vào điều kiện vật liệu địa phương, (trên tuyến cho phép sử dụng các đoạn tuyến khác nhau có tầng móng khác nhau). - Tầng móng có thể chọn vật liệu rời rạc, hạt lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết.
CHƢƠNG 11 TÍNH TOÁN CƢỜNG ĐỘ KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG MỀM
11.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƢỜNG VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA KCAĐ 1. Đặc điểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường : - Tải trọng động - Tải trọng trùng phục ( lặp đi lặp lại nhiều lần) hiện tượng mỏi - Tải trọng tác dụng đột ngột và tức thời.
+ Độ lớn của tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc: - Độ lớn của tải trọng trục P(tấn)(phụ thuộc trọng lượng của ôtô) - Diện tích vệt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, phụ thuộc vào kích thước và độ cứng của lốp xe (áp lực hơi).
+ Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường được xác định như sau: d d D Vệt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
4.F D 4.P P D 1,08 .p p P: 1/2 tải trọng trục sau của xe (daN) D : Đường kính vệt bánh xe tương đương (cm) p : áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường (daN/cm2) F : Diện tích vệt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (cm2)
Theo 22TCN 211-06 tải trọng tính toán tiêu chuẩn như sau : Tải Áp lực tính Đường Loại đường trọng toán lên kính vệt trục mặt đường bánh xe Q(daN) ( daN/cm2) (cm) +Đương ô tô thuộc mạng lưới chung, đường cao tốc, đường 10000 6 33 đô thị cấp khu vực trở xuống +Trục chính đô thị, một số đường cao tốc, đường khu 12000 6 36 công nghiệp
2. Aính hưởng của tải trọng đến cơ chế làm việc của KCAĐ: + Biến dạng tỷ lệ thuận với thời gian tác dụng: nếu cùng tải trọng tác dụng như nhau thì thời gian tác dụng các lâu sinh ra biến dạng càng lớn + Biến dạng tỷ lệ thuận với tải trọng : nếu cùng thời gian tác dụng thì tải trọng càng lớn sinh ra biến dạng càng lớn + Biến dạng tỷ lệ nghịch với tốc độ gia tải : tốc độ gia tải càng chậm thì biến dạng càng lớn.
11.2 CÁC HIỆN TƢỢNG PHÁ HOẠI KCAĐ MỀM, NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƢỜNG ĐỘ ÁO ĐƢỜNG MỀM 1.Các hiện tượng phá hoại KCAĐ mềm: D Lón KÐo l NÐn C¾t KÐo Tråi D o ¸ p lùc truyÒn lªn ®Êt (®Êt bÞ nÐn) H×nh 13-2. C¸c hiÖn tù¬ng ph¸ ho¹i ¸o ®õ¬ng mÒm ë tr¹ng th¸i giíi h¹n dø¬i t¸c dông cña t¶i träng xe ch¹y
- Ngay dưới mặt tiếp xúc của bánh xe, mặt đường sẽ bị lún (ứng suất nén) - Xung quanh chỗ tiếp xúc sẽ phát sinh trượt dẻo (ứng suất cắt) - Trên mặt đường xuất hiện các đường nứt hướng tâm bao tròn, xa hơn 1 chút vật liệu bị đẩy trồi, mặt đường có thể bị gãy vỡ và phần đáy của áo đường bị nứt (ứng suất kéo- uốn)
2. Nguyên lý tính toán cƣờng độ của kết cấu áo đƣờng mềm: a. Tính theo độ võng đàn hồi: Độ võng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tác dụng của tải trọng xe gây ra không được vượt qua độ võng đàn hồi cho phép. dv Kcd .ldh lgh dv Ech Kcd .Eyc
lđh- độ võng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tác dụng của tải trọng xe gây ra (cm) lgh- độ võng đàn hồi cho phép xuất hiện trong KCAĐ (cm) dv Kcd - hệ số cường độ về độ võng, phụ thuộc vào độ tin cậy thiết kế Eyc- môđuyn đàn hồi yêu cầu của KCAĐ (daN/cm2) Ech- môđuyn đàn hồi chung của cả kết cấu áo đường và nền đường (daN/cm2)
b. Tính theo ứng suất cắt(trượt) : Ứng suất cắt tại mọi điểm trong KCAĐ và trong nền đất do tải trọng xe chạy và trọng lượng bản thân của các lớp vật liệu gây ra không được vượt quá ứng suất cắt giới hạn trong nền đất và trong các lớp vật liệu KCAĐ tr Kcd .( ax  av ) Ctt
ax - ứng suất cắt hoạt động lớn nhất xuất hiện trong nền đất hoặc trong các lớp vật liệu kém dính do tải trọng xe chạy gây ra (daN/cm2) av- ứng suất cắt hoạt động xuất hiện trong nền đất hoặc trong các lớp vật liệu kém dính do trọng lượng bản thân của các lớp vật liệu ở phía trên gây ra (daN/cm2) tr Kcd : Hệ số cường độ về chịu cắt ( trượt) Ctt- lực dính tính toán của nền đất hoặc của các lớp vật liệu kém dính ở trạng thái tính toán (daN/cm2 )
c. Tính theo ứng suất kéo uốn : Ứng suất kéo uốn xuất hiện ở đáy các lớp vật liêu toàn khối do tải trọng xe chạy gây ra không được vượt quá ứng suất kéo uốn cho phép của các lớp vật liệu đó. ku ku Kcd . ku Rtt
ku- ứng suất kéo uốn lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu toàn khối do tải trọng xe chạy gây ra (daN/cm2) ku Rtt - cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu (daN/cm2) ku Kcd - Hệ số cường độ về chịu kéo uốn
11.3 TÍNH CƢỜNG ĐỘ CỦA KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI a. Công thức tính toán : dv Ech Kcd .Eyc min llxc b. Xác định Eyc: Eyc = max{ Eyc , Eyc } min + Xác định Eyc Môđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu của phần xe chạy (lề gia cố) phụ thuộc vào cấp đường và cấp áo đường, được xác định theo bảng sau :
min 2 Cấp Eyc [daN/cm ] đường A1 A2 B1 I 1800(1600) - - II 1600(1400) - - III 1400(1200) 1200(950) - IV 1300(1100) 1000(800) 750 V 800(650) 550 VI Không quy định
llxc + Xác định Eyc Mụđụụụụụụụụụụụụụụụụụụụụheo lưu ờờờờờờtrục xe tính toán phụ thuộc vào:tải trọng trục xe tính toán, cấp áo đườỏỏỏỏỏỏỏỏu lượng trục xe tính toán trên một làn xe trong một ngày đêm ở năm tính toán - Xác định lưu lượng trục xe tính toán trên 4.4 k một làn xe Ntt p i Ntt f C1.C2.Ni . i 1 ptt
- Ni : lưu lượng của loại xe i theo cả 2 chiều ở cuối thời kỳ khai thác (xe/ng. đêm) - k : số loại xe chạy trên đường - Pi : tải trọng trục của loại xe i, chỉ tính những trục >= 2.5 tấn - Ptt : tải trọng trục của loại xe tính toán - C1: hệ số xét đến số trục xe C1= 1+1.2( m-1) - m : số trục của cụm trục
-C2: hệ số xét đến số bánh trong 1 cụm bánh Cụm bánh xe có 1 bánh C2=6.4 Cụm bánh xe có 2 bánh C2=1.0 Cụm bánh xe có 4 bánh C2=0.38 f : hệ số xét đến số làn xe Trường hợp tính toán f - Đường 1 làn xe 1 - Đường 2 - 3 làn, không có dải phân cách giữa 0.55 - Đường 4 làn, có dải phân cách giữa 0.35 - Đường >= 6 làn, có dải phân cách giữa 0.30
Sau khi biết : Tải trọng trục xe tính toán Cấp áo đưỏỏỏỏ ỏ Lưu lượng trục xe tính toán trên một làn xe trong một ngày đêm tra bảng 3-4 ( 22TCN 211-06) xác llxc định được Eyc => Eycỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏ
dv c. Xác định K cd : Độ tin cậy 0.98 0.95 0.9 0.85 0.8 1.29 1.17 1.1 1.06 1.02 Loại đường, cấp đường Độ tin cậy + Đường cao tốc 0.90 0.95 0.98 + Đường ô tô Cấp I, II 0.90 0.95 0.98 Cấp III, IV 0.85 0.90 0.95 Cấp V, VI 0.80 0.85 0.90
D d. Xác định Ech: Ech * Đối với hệ 2 lớp : p E1 h1 h1  E0 D tra toan do Kogan Ech   Ech E 0 E1 E1  h1- bề dầy lớp áo đường có mô đun đàn hồi E1 D -đường kính tương đương của vệt bánh xe E0- mô đun đàn hồi của nền đất
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 E0 E1 D p Ech 0.80 E E Toán ch=0.9 1 h E1 0.80 E0 0.80 1.7 1.8 1.9 2.0 đồ 0.75 0.75 0.70 0.70 Kogan 0.65 0.65 0.60 0.60 0.8 0.55 0.55 0.50 0.50 0.45 0.45 0.7 0.40 0.40 0.35 0.35 0.30 0.6 0.30 0.25 0.25 0.20 0.20 0.5 0.15 0.15 0.4 0.10 0.10 0.3 0.05 0.2 0.05 0.1 h/D 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
• Đối với hệ 3 lớp : đưa về hệ 2 lớp D D E E p ch p ch E2 h2 12 ETB H=h1+h2 E1 h1 E0 E0 3 1 1 K.t 3 E12 .E TB 1 1 K h E K 2 t 2 h1 E1
ETB: Mô đun đàn hồi trung bình của 2 lớp vật liệu 1 và 2 β: hệ số quy đổi từ phương pháp tính gần đúng về phương pháp ỏỏỏỏỏỏỏỏớớớớớớớ ớớớớớớớớớỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỳỏỏỏỏỏỏ0,12 H ớớớớớớ  1,114 ớớớớớớớớớớớớớớỏ D ỏỏỏH/D 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 1.033 1.069 1.107 1.136 1.178 1.198 1.21 ỏỏỏ ỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏớỏỏỏỏỏ ỏỏớỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏ
*Đối với hệ nhiều lớp : đưa về hệ 2 lớp D D D E E E p ch p ch p ch E3 h3 E3 h3 3 E h +h 2 2 2 12 1 123 E ETB H= TB +h +h 1 2 H'= E h 1 h h1 E0 E0 E0 H  D tra toan do Kogan Ech   Ech E 123 0 ETB 123 ETB 
11.4 TÍNH CƢỜNG ĐỘ KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN CHỊU TRƢỢT TRONG NỀN ĐẤT VÀ TRONG CÁC LỚP VL KÉM DÍNH a.Công thức tính toán : tr Kcd .( ax  av ) Ctt tr b. Xác định K cd : Độ tin cậy 0.98 0.95 0.9 0.85 0.8 1.1 1 0.94 0.9 0.87
c. Xác định Ctt : Ctt= C.K1.K2.K3 C : Lực dính của lớp VL tính toán K1 : hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục K1=0.6 Phần xe chạy K1=0.9 Phần lề gia cố K2 : hệ số an toàn xét đến điều kiện làm việc không đồng nhất của KCAĐ, hệ số này phụ thuộc lưu lượng xe chạy :
Số trục xe tính toán trên 1 làn xe trong 5000 1 ngày đêm ( Ntt) K2 1 0.8 0.65 0.6 K3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống trượt của đất hoặc vật liệu kém dính khi làm việc trong kết cấu và điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo đường với nền đất.
- Đối với đất dính K3 = 1,5 - Đối với cát hạt nhỏ K3 = 3,0 - Đối với cát hạt trung K3 = 6,0 - Đối với cát hạt thô K3 = 7,0
d. Xác định ax : + Đối với nền đất: D p E 3 H=h +h +h E2 1 2 3 t E1 ax E0, C0, j0 Sơ đồ tính toán τax đối với nền đất
j0 ü ï H ï t D ý ¾ tra¾toan¾¾do ® ax - >t p ax E123ï tb ï E0 þï
+ Đối với các lớp VL kém dính: D D p p E h 3 3 23 Echm1 t Etb t E2 h2 ax ax E h c j1 1 1 1 c1 j1 E0 Sơ đồ tính toán τax đối với lớp vật liệu kém dính
j1 ü ï H ï t D ý ¾ tra¾toan¾¾do ® ax - >t p ax E23 ï tb ï Echm1 þï
j: góc nội ma sát của nền đất hoặc của các lớp vật liệu kém dính H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của các lớp áo đường phía trên vị trí tính toán
*Nguyên lý chung khi chuyển hệ tính toán bất kỳ ( 3 lớp ) về hệ 2 lớp : - Khi tính toán đối với nền đất thì quy đổi các lớp phía trên nền đất về lớp tương đương, có môđuyn đàn hồi Etb. - Đối với các lớp vật liệu kém dính: quy đổi các lớp vật liệu phía trên vị trí tính toán về 1 lớp tương đương, quy đổi lớp tính toán, các lớp phía dưới và nền đường về 1 bán không gian đàn hồi có môđuyn đàn hồi chung Echm nào đó .
Toán đồ xác định ax khi H/D = 02
Toán đồ xác định ax khi H/D = 04
e. Xác định av : j  tra toan do    av H  j: góc nội ma sát của nền đất hoặc của các lớp vật liệu kém dính. H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán.
+Tav j  Toán 0.003 đồ xác 0.002 j 0 j  0.001 ChiÒu dÇy định 20 40 60 80 100 0 mÆt h= (cm) av 0.001 j 0 0.002 0.003 0.004 j 0 0.005 0.006 0.007 j 0 0.008 T av ( MPa )
11.5 TÍNH CƢỜNG ĐỘ KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN CHỊU KÉO KHI UỐN a.Công thức tính toán : ku ku Kcd . ku Rtt ku b. Xác định K cd : Độ tin cậy 0.98 0.95 0.9 0.85 0.8 1.1 1 0.94 0.9 0.87
c. Xác định ku :  ku kb.p. ku p : áp lực bánh xe tính toán tác dụng lên mặt đường kb : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán. khi kiểm tra với cụm bánh đôi kb = 0,85 khi kiểm tra với cụm bánh đơn kb = 1,0
 ku : ứng suất kéo uốn đơn vị D * Xác định : p = 1 a. Đối với lớp mặt: E3, h3 Echm2 E2 s ku E1 E0 h3 ü ï D ï tra toan do ý ¾ ¾ ¾ ¾¾® s ku E3 ï Echm2þï
h3 : chiều dày của lớp vật liệu tính toán D : đường kính của vệt bánh xe tương đương Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán E3: môđuyn đàn hồi của lớp vật liệu tính toán.
ku 5.0 Toán 4.8 4.6 đồ 4.4 4.2 xác 4.0 3.8 định 3.6 D 3.4 p=1 1 h E ưng 3.2 1 Echm E 3.0 2 E3 suất 2.8 E0 2.6 kéo 2.4 2.2 uốn 2.0 100 1.8 50 30 đơn 1.6 20 15 E /E 1.4 12 1 chm 10 1.2 8 vị 7 1.0 5 4 0.8 3 của 2.5 2 0.6 1.5 lớp 0.4 0.2 mặt h /D 0 0.1 1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
b. Đối với lớp không phải là lớp mặt: Để giải bài toán này ta phải đưa hệ bất kỳ về hệ 3 lớp như sau : - giữ nguyên lớp tính toán - đổi các lớp phía trên lớp tính toán về 1 lớp tương đương - đổi các lớp phiá dưới lớp tính toán và nền đất về 1 bán không gian đàn hồi.
H ü ï D ï ï Etb tra toan do ý ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® s ku Ett ï E ï tt ï Echm þ
H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán D : đường kính của vệt bánh xe tương đương Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán Ett : môđuyn đàn hồi của lớp vật liệu tính toán Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của lớp áo đường phía trên lớp tính toán
Ví dụ : đối với hệ 4 lớp D p = 1(daN/cm2) h3 E3 H Echm1 h2 E2 s ku E1 E0
Toán đồ xác định ưng suất kéo uốn đơn vị của lớp móng
ku d. Xác định Rtt : ku Rtt = k1.k2.Rku Rku: cường độ chịu kéo uốn giới hạn của VL k1 : hệ số xét đến sự giảm cường độ do vật liệu chịu tác dụng của tải trọng trùng phục - Đối với vật liệu bê tông nhựa: 11,11 k1 0,22 N e
- Đối với vật liệu đá, sỏi gia cố chất liên kết vô cơ : 2,86 k1 0,11 Ne - Đối với vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ: 2,22 k1 0,11 Ne - Ne : Số trục xe tính toán tích lũy trong qua trình khai thác
[(1 q)t 1] N .365.N 0 e q tt q : hệ số tăng xe hàng năm (%) t : thời gian khai thác của áo đường (năm) 0 Ntt : lưu lượng trục xe tính toán ở năm đầu tiên (trục xe/ng.đêm)
k2 : hệ số xét đến sự giảm cường độ theo thời gian do các tác nhân về khí hậu thời tiết gây ra. - với các vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ lấy k2 = 1,0 - với BTN loại II, BTN rỗng và các loại hỗn hợp vật liệu đá trộn nhựa lấy k2 = 0,8 - với BTN chặt loại I và BTN chặt dùng nhựa polime lấy k2 = 1,0
11.6 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KHI TÍNH TOÁN CƢỜNG ĐỘ ÁO ĐƢỜNG MỀM Các thông số khi tính toán của VL và nền đất gồm: - Môđuyn đàn hồi của vật liệu Evl - Môđuyn đàn hồi của nền đường E0 - Lực dính của vật liệu C, của nền đường C0 - Góc nội ma sát của VL φ, của nền đường φ0 - Cường độ chịu kéo khi uốn của vật liệu toàn khối Rku.
Chú ý : Khi tính toán KCAĐ theo các tiêu chuẩn, với các lớp vật liệu có sử dụng nhựa phải chú ý đến nhiệt độ tính toán tương ứng với điều kiện bất lợi nhất và điều kiện phổ biến + Kiểm tra điều kiện kéo uốn : t0=(10 - 15)0C + Kiểm tra điều kiện trượt : t0=(50 - 60)0C + Kiểm tra điều kiện võng : t0=(20 - 30)0C (điều kiện phổ biến)
CHƯƠNG 14 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
12.1 ĐẶC ĐIỂM VỀ KẾT CẤU CỦA ÁO ĐƯỜNG CỨNG 1. Khái niệm: Kết cấu AĐC về mặt cấu tạo khác với KCAĐ mềm ở chỗ một trong các lớp kết cấu của nó bằng bêtông ximăng có cường độ cao, có thể là lớp mặt hoặc lớp móng. 2. Phân loại : + Phân loại theo cấu tạo : - Bêtông thường - Bêtông cốt thép - Bêtông cốt thép ứng suất trước
+ Theo phương pháp thi công : - Lắp ghép - Đổ tại chỗ + Theo kích thước tấm : - Tấm liên tục - Tấm có kích thước hữu hạn LxBxh 3. Cấu tạo : TÁÚM BT XIMÀNG LÅÏP ÂÃÛM CAÏC LÅÏP MOÏNG NÃÖN ÂÆÅÌNG
a. Tấm bêtông ximăng : + Chiều dày tối thiểu: TT Tải trọng trục tính Chiều dày tối toán(daN) thiểu(cm) 1 9500 18 2 10000 22 3 12000 24
+ Cường độ của bê tông mặt đường : Cường độ Cường độ Cấp chịu uốn chịu nén Mô đun đường giới hạn tối giới hạn tối đàn hồi thiểu thiểu (daN/cm2) (daN/cm2) (daN/cm2) I,II 45 350 33x104 III,IV, 40 300 31.5x104 V
+ Cường độ của bê tông móng đường: - Cường độ chịu uốn giới hạn tối thiểu 25 (daN/cm2) - Cường độ chịu nén giới hạn tối thiểu 170(daN/cm2) + Tác dụng : bộ phận chịu lực chủ yếu của mặt đường cứng
b. Lớp đệm : + Vật liệu : - Cát, Cát trộn nhựa, Giấy dầu tẩm nhựa đường ( 1-3 lớp ) + Tác dụng : - Tăng độ bằng phẳng cho lớp móng - Tạo tiếp xúc tốt giữa móng với đáy tấm - Giảm ứng suất phát sinh trong tấm c. Các lớp móng : tương tự kết cấu áo đường mềm
4. Các loại khe nối : L l l l l 100 100 1 2 100 b/2 3 400 4 ¸ b/2 100 30 100 30 360 1- Khe dãn 2- Khe co 3- Khe dọc 4- Thanh thép truyền lực
a.Khe dãn: + Tác dụng : Làm cho tấm bêtông di chuyển tự do trên lớp móng và giảm ứng suất sinh ra trong tấm khi tấm bêtông có xu hướng dãn ra do nhiệt độ môi trường lớn hơn nhiệt độ khi thi công. + Cấu tạo : Có 2 loại khe dãn - Khe dãn có thanh truyền lực - Khe dãn kiểu ngàm
b. Khe co : + Tác dụng : giảm ứng suất khi bêtông co ngót trong thời gian đông cứng và khi tấm bêtông làm việc ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ khi thi công. + Cấu tạo : có 2 loại khe co - Khe co có thanh truyền lực - Khe co kiểu ngàm c. Khe dọc : tác dụng và cấu tạo giống khe co
KHE CO KHE DÃN KHE CO
d. Thanh thép truyền lực : Âæåìng Khoaíng caïch giæîa 2 Chiãöu daìi Chiãöu kênh thanh truyãön læûc thanh daìy táúm thanh (cm) truyãön BT (cm) truyãön Trong Trong khe læûc (cm) læûc (mm) khe daîn co < 22 20 50 30 65 (100 ) 22 - 30 25 50 30 65 (100 ) Thanh truyãön læûc cuía khe doüc coï âæåìng kênh 10 - 12 , daìi 75 cm , âàût caïch nhau 100 cm Trị số trong ngoặc ứng với trường hợp tấm BT đặt trên lớp móng gia cố chất liên kết vô cơ.
5. Các thông số tính toán của mặt đường bêtông ximăng ( 22TCN223-95): a. Tải trọng thiết kế và hệ số xung kích : Tải trọng Tải trọng Tải trọng trục tiêu bánh tiêu Hệ số bánh xe chuẩn chuẩn xung kích tính toán (daN) (daN) (daN) 9500 4750 1.2 5700 10000 5000 1.2 6000 12000 6000 1.15 6900
b.Hệ số an toàn và hệ số chiết giảm cường độ : - Hệ số xét đến hiện tượng mỏi của tấm bêtông do tác dụng trùng phục và tác dụng của tải trọng động gây ra. -Hệ số an toàn phụ thuộc vào tổ hợp tải trọng tính toán được lấy như sau :
Hệ số chiết Tổ hợp tải trọng tính Hệ số an giảm toán toàn (k) cường độ (n=1/k ) -Tính với tải trọng thiết 2 0.5 kế -Kiểm toán với xe nặng 1.7 - 1.53 0.59 - 0.83 -Kiểm toán với xe xích 1.54 0.65 -Tác dụng đồng thời của 1.18 - 1.11 0.85 - 0.9 hoạt tải và ứng suất nhiệt
c. Cường độ và môđun đàn hồi của bêtông: Cæåìng âäü giåïi haûn sau Mä âun Caïc låïp kãút 28 ngaìy ( daN/cm2) âaìn häöi E cáúu Cæåìng âäü Cæåìng âäü ( daN/cm2) chëu keïo chëu neïn 50 400 350 000 Låïp màût 45 350 330 000 40 300 315 000 Låïp moïng 35 250 290 000 cuía màût 30 200 265 000 âæåìng BTN 25 170 230 000
6.Ưu nhược điểm của MĐ bêtông ximăng : + Ưu điểm : - Có cường độ rất cao thích hợp với các loại xe kể cả xe bánh xích. - Ổn định cường độ khi chịu tác dụng của nhiệt độ và độ ẩm. - Mặt đường có màu sáng nên dễ phân biệt phần mặt đường và lề đường an toàn xe chạy cao.
- Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường cao và ít thay đổi khi mặt đường ẩm ướt. - Độ hao mòn ít (0.1 0.2mm/1năm) - Tuổi thọ cao (nếu bảo dưỡng tốt có thể sử dụng 30 40 năm) - Công tác duy tu bảo dưỡng ít - Có thể cơ giới hóa hoàn toàn khi thi công và mùa thi công có thể kéo dài (thi công lắp ghép)
+ Nhược điểm: - Do có hệ thống khe nối mặt đường không bằng phẳng vận tốc xe chạy không cao - Giá thành cao - Không thể thông xe ngay mà cần phải có thời gian bảo dưỡng (28 ngày BTXM đổ tại chỗ )
12.2 TÍNH TẤM BTXM CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY 1.Nguyên lý tính toán và phương trình vi phân độ võng: a.Nguyên lý tính toán: + Tính theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi + Theo nguyên lý này muốn tính nội lực của tấm ta phải tìm được phản lực của lớp móng tác dụng lên đáy tấm với giả thiết như sau :
- Độ lún của mặt lớp móng hoàn toàn trùng với độ võng của tấm. - Tấm BT là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng. b. Phương trình vi phân độ võng : - Gọi (x,y) là độ võng của tấm tại toạ độ (x,y), giả sử lực tác dụng P(x,y) và phản lực của nền q(x,y). - Phương trình vi phân độ võng có dạng sau :
4 4 4 L 2 P(x, y) q(x, y) x4 x2 y 2 y 4 L : độ cứng chống uốn của tấm BTXM 3 Eb h L 2 12(1 b ) Eb, b : Môđuyn đàn hồi và hệ số Poisson của bêtông h : chiều dày của tấm bêtông ximăng
2.Các phương pháp tính toán mặt đường bêtông ximăng hiện nay: a. Phương pháp Westergard: + Các giả thiết - Xem tấm BTXM là 1 vật thể đàn hồi đẳng hướng và tuân theo giả thiết tiết diện phẳng. - Tính toán với 3 vị trí đặt tải trọng : Tải trọng đặt ở giữa tấm Tải trọng đặt ở cạnh tấm Tải trọng đặt ở góc tấm
- Dựa trên cơ sở hệ số nền k (xem nền-móng như 1 hệ lò xo) Phương pháp xác định k: * Đặt 1 tấm ép cứng có đường kính 76cm * Tác dụng tải trọng P : tăng dần lực P đến khi độ lún của nền-móng là 1,27cm. * Hệ số nền : P k l
I D D III II )
+ Kết quả tính toán : - Khi tải trọng đặt giữa tấm : l p 1.1(1 )(lg 0.2673) I b h2 - Tải trọng đặt ở cạnh tấm : l P 2.116(1 0.54 )(lg 0.08976) II b h2 - Tải trọng đặt ở góc tấm : 0,6 2 P 3 1 III l h 2
: bán kính vệt bánh xe tương đương P : lực tác dụng h : chiều dày tấm BTXM b : hệ số Poisson của bêtông, b =0,15 L l 4 k L : độ cứng chống uốn của tấm BTXM k : hệ số nền q = k. (x,y)
So sánh kết quả trên với kết quả đo ứng suất thực tế cho thấy : + Trường hợp I, II: nếu h 2 và móng tiếp xúc tốt với đáy tấm, thì kết quả giữa tính toán và thực tế là tương đối phù hợp; nếu móng tiếp xúc không tốt với đáy tấm, thì kết quả ứng suất đo lớn hơn lý thuyết khoảng 10% .
+ Trường hợp III : ứng suất đo thực tế > tính toán lý thuyết khoảng (30 50)%, khi đó ta phải hiệu chỉnh lại công thức xác định III như sau : 0,12 2 P 3 1 III l h2
Nhận xét về phương pháp : Phương pháp nay chỉ tính được ứng suất tại vị trí đặt tải trọng, không tính định được ứng suất do tải trọng đặt lân cận vị trí tinh toán gây ra, do đó phản ánh không đúng điều kiện làm việc của thực tế tấm bê tông xi măng.
b.Tính mặt đường BTXM theo giả thiết xem nền đường là bản không gian đàn hồi (Phương pháp Shekter ââââââââââââââââââââââ âââââââââc dụng của tải trọng phân bố đều trên diện tích hình tròn có bán kính , tại vị trí đặt tải xuất hiện mômem tiếp tuyến và mômem pháp tuyến có độ lớn : C.P(1 ) M M b T F 2 a
* Dưới tác dụng của tải trọng tập trung cách vị trí tính toán một khoảng r, tại vị trí tính toán xuất hiện mômem tiếp tuyến và mômem pháp tuyến có độ lớn: MF= (A+ b.B)P MT= (B+ b.A)P
P : tải trọng tác dụng : bán kính vệt bánh xe tương đương C : hệ số phụ thuộc tích số (a. ) A, B : hệ số phụ thuộc tích số (a.r) a : đặt trưng đàn hồi của tấm BTXM, xác định như sau : 2 1 6E0 (1 b ) 3 a 2 h Eb (1 0 )
E0 : môđuyn đàn hồi chung của (nền- móng) 0 : hệ số Poisson của (nền- móng) Eb : môđuyn đàn hồi của bê tông b : hệ số Poisson của bê tông r : khoảng cách từ vị trí tác dụng tải trọng đến vị trí tính toán nôi lực
Phương pháp này chỉ tính cho trường hợp tải trọng đặt ở giữa tấm và tính toán trong hệ toạ độ cực Để thuận lợi cho việc tinh toán ta chuyển nội lực từ hệ toạ độ cực sang hệ trục toạ độ vuông góc 2 2 Mx = MF.cos + MT.sin 2 2 My = MF.sin + MT.cos
a) b) P M x y M F x r Mx P q y 0 0 a)Hệ tọa độ cực b) Hệ tọa độ xoy
Từ đó tìm được mômem tổng hợp lớn nhất Mtt=max( Mx, My) ứng suất kéo uốn xuất hiện trong tấm bê tông xi măng: 6 M 6 M tt h tt h2
Nhận xét về phương pháp : - Phương pháp này không những tính được ứng suất tại vị trí đặt tải trọng mà còn tính được ứng suất do tải trọng đặt cách vị trí tính toán một khoảng r gây ra . - Phương pháp này không tính được cho trường hợp tải trọng đặt ở cạnh tấm và góc tấm .
Vậy để giải được hoàn chính bài toán mặt đường BTXM tác giả I.A Mednicov giả định ứng suất xuất hiện khi tải trọng đặt ở giữa tấm của 2 phương pháp trên bằng nhau từ đó tìm được quan hệ quy đổi giữa hệ số nền k và mô đuyn đàn hồi của (nền-móng) Eo , từ đó tính được ứng suất và chiều dày tấm bê tông trong trường hợp tải trọng đặt ở cạnh tấm và góc tấm như sau :
+ Khi tải trọng đặt ở giữa tấm : 1 P h1 + Khi tải trọng đặt ở cạnh tấm : 2 P h2 + Khi tải trọng đặt ở góc tấm : 3 P h3
h E phụ thuộc , b ( bảng 12-8) E0 : bán kính vệt bánh xe tương đương h : chiều dày tấm BTXM Eb : môđuyn đàn hồi của bê tông xi măng E0 : môđuyn đàn hồi của (nền- móng) (môđuyn đàn hồi chung của các lớp móng và nền đường dưới tấm BTXM )
Vận dụng kết quả trên để tính toán mômem uốn khi xét ảnh hưởng của các bánh xe bên cạnh và kiểm toán đối với xe xích. A D 2d a B C b Sơ đồ tính toán momen uốn khi có xét đến ảnh hửơng của bánh xe bên cạnh
2,60m 3 6 2 5 r 1 q 4 A 5,0m 2 5 3 6 0,7m 0,7m Sơ đồ tính toán momen do tải trọng của xe xích gây ra
12.3 TÍNH TẤM BTXM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ỨNG SUẤT NHIỆT 1.Tính chiều dài của tấm BTXM theo ứng suất nhiệt: a.Bài toán : - Xét 1 tấm BTXM có BxLxh đặt trên 1 nền-móng có góc nội ma sát , lực dính c - Khi nhiệt độ thay đổi -> co, dãn nhưng do lực ma sát và lực dính cản trở chuyển vị của tấm xuất hiện ứng suất trong tấm
b.Phương pháp giải: + Các giả thiết : - Xem tấm BT là 1vật thể đàn hồi đẳng hướng - Khi tấm BTXM dãn ra hoặc co vào thì phần giữa của tấm vẫn nằm nguyên tại chỗ còn hai đầu tấm có chuyển vị lớn nhất. + Phương pháp giải : - Xác định lực chống trượt lớn nhất trên một đơn vị diện tích Smax :
Độ co ngắn do nhiệt độ L a) L b) Lực chống trượt L/2 Stb Smax c) C ptgj Sức chống chống Sức trựơt Biến dạng trựơt Sơ đồ tính toán xác định chiều dài tấm
Smax = P.tg + C = .h.tg + C - Xác định lực chống trượt trung bình trên một đơn vị diện tích Stb: Stb = 0.7Smax = 0.7( htg + C) - Xác định lực chống trượt trung bình trên toàn bộ tấm : B.L B.L S S 0.7 ( .h.tg C) tb 2 2 - Xác định ứng suất sinh ra trong tấm :
h S. S M S S 2 4 F W B.h B.h 2 B.h 6 =1,4( .h.tg + C). L [ ] h -Xác định chiều dài tấm bê tông : [ ].h L 1.4(h. .tg c)
C : lực dính của vật liệu làm lớp móng : góc nội ma sát của vật liệu làm lớp móng h : chiều dày tấm BTXM : dung trọng của tấm BTXM [ ] : ứng suất kéo uốn cho phép của bê tông [ ] = (0,35- 0.4 )Rku Rku : cường độ chịu kéo uốn giới hạn của bê tông.
2. Tính toán ứng suất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới của tấm: - Gọi t là chênh lệch nhiệt giữa mặt trên và mặt dưới của tấm 0 0 t ttr td Do bức xạ của mặt trời -> nhiệt độ mặt trên và mặt dưới của tấm thường khác nhau-> thớ trên và thớ dưới của tấm co, dãn không đều làm cho tấm bê tông bị uốn vồng -> sinh ra ứng suất.
* Đối với tấm có kích thước vô hạn ứng suất uốn vồng sinh ra trong tấm: Eb . . t 2 2(1 b ) * Đối với tấm có kích thước hữu hạn ứng suất uốn vồng sinh ra trong tấm: -ứng suất uốn vồng ở giữa tấm theo hướng dọc cạnh tấm Eb. . t x 2 (Cx b.Cy ) 2(1 b )
- ứng suất uốn vồng ở giữa tấm theo hướng ngang cạnh tấm: Eb. . t y 2 (Cy b.Cx ) 2(1 b ) - ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở cạnh tấm: Eb. . t o 2 Cx 2(1 b )
Eb, b : môđuyn đàn hồi và hệ số Poisson của bê tông : hệ số dãn nở nhiệt của bê tông Cx, Cy : các hệ số phụ thuộc L/l, B/l l : bán kính độ cứng của tấm bê tông Eb l 0.6h 3 Echm Echm : môđuyn đàn hồi chung của các lớp móng và nền đường dưới tấm bê tông
CHƯƠNG 13 THIẾT KẾ ĐƯỜNG CAO TỐC
§ 13.1 CHỨC NĂNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐƯỜNG CAO TỐC 1.Khái niệm Đƣờng cao tốc là đƣờng có các đặc điểm sau : - Tách riêng 2 chiều xe chạy, mỗi chiều tối thiểu 2 làn xe - Mỗi chiều đều bố trí làn dừng xe khẩn cấp - Trên đƣờng bố trí đầy đủ các trang thiết bị, các cơ sở phục vụ cho việc đảm bảo GT liên tục, an toàn, tiện nghi và chỉ cho xe ra, vào ở những nơi quy định
2 Chức năng : - Dành cho xe chạy với tốc độ cao (tốc độ tối thiểu 50 km/h ) - Dành cho xe có động cơ, không cho xe thô sơ, xe súc vật kéo chạy trên đƣờng. - Trên đƣờng cao tốc phải bố trí đầy đủ trang thiết bị đảm bảo giao thông liên tục trong mọi điều kiện thời tiết kể cả ban ngày lẫn ban đêm : biển báo, vạch sơn, thiết bị chiếu sáng, thiết bị ngăn cản ánh sáng pha đèn của xe ngƣợc chiều về ban đêm
- Các loại xe 2 bánh, dung tích xi lanh <70cm3 không đƣợc phép lƣu hành - Các loại xe có kéo rơmooc, các loại xe chở hàng đặc biệt (hàng dễ vỡ, dễ nổ, dễ cháy) không đƣợc phép lƣu hành trên đƣờng cao tốc. - Tuỳ theo loại đƣờng cao tốc mà các vị trí giao nhau có thể bố trí cùng mức hoặc khác mức.
3. Đặc điểm : So với đƣờng ôtô thông thƣờng (kể cả đƣờng cấp I và II ) đƣờng cao tốc có một số đặc điểm nhƣ sau : a. Tốc độ xe chạy cao: - Theo số liệu quan trắc ở Nhật Bản tốc độ xe chạy trung bình trên đƣờng cao tốc thƣờng lớn hơn trên đƣờng ô tô từ (60- 70)%
- Ở Mỹ tốc độ xe chạy trung bình trên đƣờng cao tốc 97 km/h - Ở Anh và Pháp tốc độ xe chạy trung bình trên đƣờng cao tốc 110 km/h - Tốc độ tối thiểu 50 km/h. b. Khả năng thông hành lớn: Theo thống kê của một số nƣớc + Đƣờng 4 làn : (35.000-50.000) xe/ng.đêm + Đƣờng 6 làn : (70.000-100.000) xe/ng.đêm
c. An toàn xe chạy cao: Theo thống kê của một số nƣớc tỷ lệ số vụ tai nạn trên đƣờng cao tốc bằng 1/3 và tỷ lệ ngƣời chết bằng 1/2 so với đƣờng ô tô thông thƣờng . d. Chi phí vận chuyển thấp: Do tốc độ xe chạy cao, thời gian xe chạy giảm, lƣợng tiêu hao nhiên liệu ít -> chi phí vận chuyển thấp
e. Đảm bảo GT trong mọi điều kiện thời tiết kể cả ban ngày lẫn ban đêm: - Dòng xe trên đƣờng cao tốc thuần nhất hơn so với dòng xe trên đƣờng ôtô thông thƣờng ( V nhỏ) hiện tƣợng vƣợt xe ít xảy ra. - Không phải tránh xe ngƣợc chiều. - Không bị ảnh hƣởng của dòng xe từ hai phía ra,vào đƣờng cao tốc.
* Nhƣợc điểm : + Chiếm diện tích đất rất lớn : - Nút khác mức chiếm (4-10) ha - Đối với đƣờng 4 làn xe : bề rộng (30-35)m - Đối với đƣờng 6 làn xe : bề rộng (50-60)m - Đối với đƣờng 8 làn xe : bề rộng (70-80)m + Chi phí xây dựng rất lớn + Liên hệ giữa đƣờng cao tốc với giao thông địa phƣơng rất phức tạp và khó giải quyết + Ô nhiểm môi trƣờng và tiếng ồn.
§ 13.2 PHÂN LOẠI , PHÂN CẤP VÀ CÁC CTKT CỦA ĐƯỜNG CAO TỐC 1. Phân loại đƣờng cao tốc : ( TCVN 5729-97) + Đường cao tốc loại A : Phải bố trí giao nhau khác mức ở tất cả các vị trí giao nhau + Đường cao tốc loại B : Cho phép bố trí giao nhau cùng mức ở những nút có lƣu lƣợng xe chạy thấp và do hạn chế nguồn vốn đầu tƣ (trừ chỗ giao nhau với đƣờng sắt)
2. Phân cấp và tốc độ thiết kế : Theo TCVN 5729-1997 đƣờng cao tốc chia làm 4 cấp : - Cấp 60, VTK = 60km/h - Cấp 80, VTK = 80km/h Loại B - Cấp 100, VTK = 100km/h Loại A - Cấp 120, VTK = 120km/h
3. Lưu lượng xe chạy tính toán, số làn xe : - Lƣu lƣợng xe chạy tính toán là LL xe con quy đổi ngày đêm trung bình ở năm thứ 20 - Số làn xe của một chiều : N n K NTK NK : lƣu lƣợng xe con quy đổi ở giờ cao điểm thứ K ở năm thứ 20 ( xcqđ/h) Nk = K.NTBnăm K : hệ số quy đổi (xe/ng.đêm) -> (xe /h)
K=0,11 đối với đƣờng cao tốc trong đô thị K=0,13 đối với đƣờng cao tốc ngoài đô thị - vùng đồng bằng K=0,15 đối với đƣờng cao tốc ngoài đô thị - vùng núi, đồi NTBnăm : lƣu lƣợng xe ngày đêm trung bình năm ở năm tính toán cho mỗi chiều xe chạy (xcqđ/ng.đêm) NTK : năng lực thông hành thiết kế của một làn xe
NTK = Z . Nttmax Z : hệ số sử dụng năng lực thông hành Z = 0,55 địa hình đồng bằng và đồi Z = 0,77 địa hình núi Nttmax : khả năng thông hành thực tế lớn nhất của một làn xe ở điều kiện tiêu chuẩn, tính toán lấy Nttmax =2000 (xctc/h.làn)
4.Yêu cầu khi thiết kế a.Bình đồ: * Đoạn thẳng trên bình đồ : - Đoạn thẳng trên bình đồ không lớn hơn 4km (đƣờng ôtô là 3km), thƣờng chọn chiều dài đoạn thẳng bằng (20-25)VTK - Khi chiều dài đoạn thẳng > 4km,cho phép thay đƣờng thẳng bằng đƣờng cong co R=5000-15000m, góc chuyển hƣớng rất nhỏ
* Bán kính đƣờng cong nằm : + Không nên sử dụng các đƣờng cong có bán kính nhỏ hơn trị số bán kính nhỏ nhất thông thƣờng ( isc=5%). + Nên chon bán kính đƣờng cong tùy thuộc chiều dài đƣờng thẳng (l) nối tiếp với nó theo quan hệ sau :
- Nếu l l - Nếu l>500 m , thì chọn R > 500 m + Cần chọn bán kính đƣờng cong nằm sao cho chiều dài đƣờng cong lớn hơn một chiều dài tốt thiểu Kmin + Kmin phải bảo đảm cho lái xe không thay đổi tay lái trong thời gian 6s. Kmin = 1.67 .Vtk
Cấp đường 60 80 100 120 BK nhỏ nhất ứng với 140 240 450 650 isc=7% BK nhỏ nhất thông thƣờng ứng với 250 450 650 1000 isc=5% BK nhỏ nhất ứng với 700 1300 2000 3000 isc=2% BK nhỏ nhất không siêu cao 1200 2000 3000 4000
* Tầm nhìn : chỉ tính tầm nhìn một chiều SI Cấp đường 60 80 100 120 Tầm nhìn một chiều SI 75 100 160 230 * Siêu cao : - Bố trí siêu cao khi R < Rksc - Độ dốc siêu cao : isc= (2-7)% * Đƣờng cong chuyển tiếp : - Tất cả các ĐCN đều phải bố trí ĐCCT. - Phƣơng trình và phƣơng pháp cắm ĐCCT giống nhƣ đƣờng ôtô.
b.Trắc dọc: * Độ dốc dọc : - Phƣơng pháp tính toán và lựa chọn giống nhƣ đƣờng ôtô - idmax khi lên dốc và xuống dốc khác nhau Cấp đường 60 80 100 120 Khi lên dốc (%) 6 6 5 4 Khi xuống dốc(%) 6 6 5.5 5.5
- Độ dốc dọc tối thiểu đảm bảo điều kiện thoát nƣớc trong rãnh biên idmin =0 % : nền đắp cao idmin =0,5 % : nền đào hoặc nửa đào nửa đắp và nền đƣờng đắp thấp idmin =0,3 % : nền đƣờng cao tốc trong hầm
* Chiều dài đoạn dốc tối đa : - Phụ thuộc cấp đƣờng và độ dốc dọc : Cấp Cấp Cấp Cấp Id(%) 120 100 80 60 2 1500 - - - 3 800 1000 - - 4 600 800 900 1000 5 - 600 700 800 6 - - 500 600
* Chiều dài đoạn dốc tối thiểu: Cấp đƣờng 60 80 100 120 Chiều dài đoạn dốc tối thiểu 150 200 250 300 * Đƣờng cong đứng: - Tất cả các vị trí thay đổi độ dốc dọc đều phải bố trí đƣờng cong đứng - Bán kính đƣờng cong đứng và độ dài đƣờng cong đứng nhỏ nhất phụ thuộc cấp đƣờng
Cấp Cấp Cấp Cấp Các chỉ tiêu 120 100 80 60 Bán Tối thiểu 12000 6000 3000 1500 kính Tối thiểu 17000 10000 4500 2000 ĐCĐ thông (20000) (16000) (12000) (9000) lồi thƣờng Bán Tối thiểu 5000 3000 2000 1000 kính Tối thiểu 6000 4500 3000 1500 ĐCĐ thông (12000) (10000) (8000) (6000) lõm thƣờng Chiều dài ĐCĐ tối 100 80 70 50 thiểu Nếu điều kiện địa hình cho phép nên sử dụng bán kính đường cong ghi trong ngoặc
c. Phối hợp giữa đường cong đứng và đường cong nằm: - Nên bố trí đỉnh ĐCĐ và đỉnh ĐCN trùng nhau, trong trƣờng hợp không trùng nhau đƣợc thì cho phép lệch <1/4 Kngắn - Không nên thiết kế điểm cuối của đƣờng cong nằm trùng với điểm đầu của đƣờng cong đứng và ngƣợc lại - Không nên bố trí các đƣờng cong đứng có bán kính nhỏ trong phạm vi đƣờng cong chuyển tiếp
d.Trắc ngang: LÃÖ PHÁÖN XE CHAÛY DAÍI GIÆÎA PHÁÖN XE CHAÛY LÃÖ LAN CAN 75 300 750 75 75 75 75 750 300 75 PHOÌNG HÄÜ 30 30 2% LAN CAN 2% 75 75 3% 3% 4 3 1 2 1 3 4 VAÛCH SÅN ÄÚNG CAÏP QUANG 1/m 1/m * Phần xe chạy : - Bm = Bl.n - Bl =(3,5 -3,75)m - Tách riêng 2 chiều xe chạy bằng dải phân cách
* Dải giữa : + Dải an toàn : - Dẫn hƣớng tia nhìn cho ngƣời lái xe - Khắc phục hiện tƣợng bánh xe va vào bó vỉa + Dải phân cách : - Chỉ cho phép quay đầu xe ở những vị trí nhất định - Bố trí các công trình phục vụ GT:chiếu sáng, cây xanh, thoát nƣớc, cấp điện, cáp quang, trụ của cầu vƣợt, tƣờng ngăn pha đèn của xe ngƣợc chiều.
5000 50 50 5000 ÂOAÛN COÏ BÃÖ ÂOAÛN ÂOAÛN ÂOAÛN ÂOAÛN COÏ BÃÖ RÄÜNG KHÄNG ÂÄØI QUAÏ ÂÄÜ CÀÕT ÂÆÏT QUAÏ ÂÄÜ RÄÜNG KHÄNG ÂÄØI PHẦN XE CHẠY 75 150 75 PHẦN XE CHẠY 20 20 75 LAN CAN CHỐNG TRƢỢT VẠCH SƠN DẢI AN TOÀN DẢI PHÂN CÁCH DẢI AN TOÀN
³ 0,75m a) im im (1) (2) (1) Phần xe chạy Dải giữa Phần xe chạy ³ 0,75m b) im im (1) (2) (1) Phần xe chạy Dải giữa Phần xe chạy
* Lề đƣờng : + Dải an toàn : - Định hƣớng tia nhìn của ngƣời lái xe - Giữ cho mép của phần mặt đƣờng không bị hƣ hỏng - Để dừng xe khẩn cấp + Lề trồng cỏ ( tấm lát): - Giữ cho mép dải an toàn không bị hƣ hỏng - Tăng tầm nhìn ngang của ngƣời lái xe - Bố trí các công trình : lan can, tƣờng chắn
2.5 -> 3.0 75 LÀN DỪNG XE KHẨN CẤP 30 20 VẠCH SƠN BÓ VỈA RÃNH THOÁT NƯỚC 25 7,5 PHẦN XE CHẠY XE PHẦN 3% 2% 100 VẦNG CỎ 10 10 15 10 MÓNG VỈA Kích thƣớc các yếu tố trắc ngang : xem bảng 9-1/271- TKĐ tập 4
e.Bố trí chỗ ra, chỗ vào đƣờng cao tốc:
+ các yếu tố của chỗ ra , chỗ vào : 1- Đƣờng nhánh 2- Đoạn chuyển tốc S 3- Đoạn chuyển làn, có chiều dài Ln - Chiều dài đoạn chuyển làn Ln: Cấp đƣờng 60 80 100 120 Ln(m) 40 50 60 75 - Chiều dài đoạn chuyển tốc S: V 2 V 2 S A B 26.a
VA : vận tốc xe chạy tại A (điểm đầu hoặc điểm cuối đoạn chuyển tốc), phụ thuộc cấp đƣờng. Cấp đƣờng 60 80 100 120 VA (km/h) 50 60 70 80 VB : vận tốc thiết kế của đƣờng nhánh a : gia tốc - Khi tăng tốc a = 1 (m/s2) - Khi giảm tốc a = 2 (m/s2)
- Khoảng cách tối thiểu giữa các chỗ ra, chỗ vào 4km - Khi tuyến đƣờng qua vùng đô thị và vùng công nghiệp (5-10) km - Các trƣờng hợp khác (15-25) km
CHƢƠNG 14 ĐIỀU TRA KINH TẾ VÀ THIẾT KẾ MẠNG LƢỚI ĐƢỜNG
14.1. NỘI DUNG VÀ TỔ CHỨC ĐIỀU TRA KINH TẾ 1.Điều tra tổng hợp a. Mục đích: thu thập các số liệu làm cơ sở cho việc thiết kế mạng lưới đường (MLĐ) b. Nội dung - Nghiên cứu sự phân bố các điểm lập hàng - Điều tra MLĐ ôtô hiện có, sự liên hệ giữa đường ôtô với các loại hình giao thông khác - Xác định nhu cầu vận chuyển hàng hoá, hành khách năm đầu và các năm tính toán. - Điều tra các phương tiện vận tải hiện có - Điều tra về các điều kiện thiên nhiên
2.Điều tra riêng lẻ a. Mục đích: Phục vụ cho việc thiết kế một tuyến đường cụ thể trong ML đường thể với điểm đầu và điểm cuối đã được xác định. b. Nội dung - Quan hệ vận tải giữa các điểm lập hàng thuộc khu vực hấp dẫn của tuyến đường - Khối lượng vận chuyển hàng hóa và hành khách ở các năm tính toán - Các loại phương tiện hiện đang sử dụng và tính năng của chúng ( % các loại xe ) - Mạng lưới đường hiện có ( cấp, nền-mặt . .)
Sau khi có các số liệu trên, cần phải tiến hành các bước : - Luận chứng kinh tế - kỹ thuật về hướng tuyến, các vị trí khống chế trên tuyến. - Chọn cấp hạng và các chỉ tiêu kỹ thuật - Định trình tự xây dựng hay cải tạo - Luận chứng hiệu quả của việc xây mới hay cải tạo
14.2. XÁC ĐỊNH KHỐI LƢỢNG VẬN CHUYỂN HÀNG HOÁ VÀ HÀNH KHÁCH 1.Xác định KL vận chuyển hàng hóa Xác định KL vận chuyển hàng hóa giữa các điểm lập hàng ở thời điểm hiện tại và tương lai trên cơ sở : - Tình hình phát triển kinh tế - Xác định các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở sản xuất của từng điểm lập hàng - Xác định công suất (sản lượng) của các nhà máy đó ở hiện tại và các năm tương lai
- Điều tra cung -cầu của các điểm lập hàng Từ những cơ sở đó tính toán nhu cầu vận chuyển hàng hóa giữa các điểm lập hàng tính toán lượng hàng hóa cần vận chuyển giữa các điểm lập hàng (tấn/năm) lập quan hệ vận tải và ma trận quan hệ vận tải giữa các điểm lập hàng
+ quan hệ vận tải (1000 tấn) 350 B 40 A 200 70 150 50 100 100 170 210 C 200 E D
+ Ma trận quan hệ vận tải ( 1000 tấn) Điểm lập hàng A B C D E A - 350 200 50 100 B - - 40 210 170 C 150 70 - - - D 100 - - - - E - - 200 - -
2.Xác định lƣợng vận chuyển hành khách Tương tự như lượng vận chuyển hàng hoá, tức là xác định nhu cầu đi lại của hành khách và tỉ lệ hành khách đi xe đạp, xe máy, xe con, xe buýt . . .sau đó lập ma trận vận tải để thiết kế mạng lưới đường. Như vậy chúng ta cần điều tra nhu cầu đi lại của hành khách phục vụ mục đích học tập, làm việc, vui chơi-giải trí và các mục đích khác
3. Lƣu lƣợng xe để vận chuyển hàng hóa : * Đối với đường thiết kế mới : + Lưu lượng xe chạy trung bình trong một ngày đêm của một loại xe nào đó xác định theo công thức : ai Q Ni gi .. .T Ni : lưu lượng của loại xe thứ i (xe/ng.đêm ) Q : Lượng hàng hóa cần vận chuyển trên đường trong một năm (tấn)
 : hệ số lợi dụng hành trình T : số ngày xe chạy trong một năm (ngày)  : hệ số lợi dụng tải trọng ai : tỉ lệ hàng hóa mà loại xe thứ i v.chuyển gi .pi ai (g1.p1 g2.p2 gn.pn ) gi : tải trọng loại xe thứ i (tấn/xe) pi : tỷ lệ (%) xe i trong tổng số xe chạy trên đường
* Đối với đường thiết kế cải tạo : Lưu lượng xe chạy năm tương lai xác định theo công thức sau : t Nt=N0(1+q) N0 : lưu lượng xe chạy ở năm đầu tiên xác định thông qua kết quả đếm xe ở năm đầu tiên (xe/ngày.đêm ) Nt : lưu lượng xe chạy ở năm tương lai thứ t (xe/ngày.đêm ) q : hệ số tăng xe hàng năm q = 0,080,12
4. Xác định lƣu lƣợng xe để vận chuyển hành khách : Qk Nk qk .k . k .Thd Qk : lượng V.chuyển hành khách trong năm Nk : lưu lượng xe chở khách ( xe/ng.đêm) qk : số chỗ ngồi của một ô tô Thd: số ngày hoạt động chở khách trong năm k : hệ số lợi dụng hành trình k : hệ số lợi dụng chỗ ngồi
14.3. THIẾT KẾ MẠNG LƢỚI ĐƢỜNG 1. Định nghĩa MLĐ của 1 vùng là tập hợp tất cả các tuyến đường có QHVT với nhau, phối hợp với nhau một cách chặt chẽ. 2. Nội dung - Xác định sơ đồ MLĐ, tức là xác định vị trí các tuyến đường trong khu vực thiết kế - Xác định cấp hạng của từng tuyến đường - Xác định trình tự xây dựng hay nâng cấp
3.Yêu cầu - Đảm bảo đáp ứng tốt các yêu cầu vận chuyển trong khu vực và ngoài khu vực - Phải là mạng lưới thống nhất trong khu vực và toàn quốc, nằm trong quy hoạch chung của quốc gia. - Phải phối hợp chặt chẽ với các loại hình vận tải khác (đường sắt, đường thủy. . .) - Phải được luận chứng hiệu quả kinh tế (tổng chi phí XD và khai thác tính đổi là nhỏ nhất)
4.Trình tự thiết kế - Phân tích các kết quả điều tra, lập quan hệ vận tải và ma trận quan hệ vận tải -Xác định sơ đồ MLĐ tối ưu về mặt lý thuyết -Xác định lưu lượng xe trên từng đoạn tuyến -Xác đinh cấp hạng của từng đoạn tuyến -Tính giá thành xây dựng, chi phí khai thác, đánh giá hiệu quả kinh tế, ý nghĩa về môi trường, quốc phòng -Xác đinh trình tự xây dựng hay nâng cấp.
5.Xác định sơ đồ MLĐ tối ƣu theo lý thuyết a.Bài toán đường nối: A, B là hai trung tâm kinh tế có quan hệ vận tải với nhau, C là một điểm kinh tế. Tìm O trên hướng chính AB để nối C với AB, sao cho chi phí vận tải trong mạng lưới tối ưu nhất. C d A B O C' l1 x l2
NA : Lưu lượng xe trên hướng tuyến AC NB : Lưu lượng xe trên hướng tuyến BC Vc : Tốc độ xe chạy trên hướng chính AB Vn : Tốc độ xe chạy trên hướng nhánh OC CC’ = d, AC’ = l1, BC’ =l2, OC’ = x Mục tiêu : xác định O để tổng thời gian xe chạy trên mạng lưới đường nhỏ nhất hoặc tổng chi phí vận chuyển trên mạng lưới đường nhỏ nhất
* Xét bài toán đối với hàm thời gian : T TAOC TBOC TAOC TAO TOC 2 2 l1 x x d N A N A VC Vn TBOC TBO TOC 2 2 l2 x x d N B N B VC Vn
2 2 l1 x l2 x x d T N A NB (N A NB ) VC VC Vn d T N N x  A B (N N ) 0 dx V V 2 2 A B C C Vn ( x d ) x V N N cos N * A B 2 2 x d VC N A NB Với thỏa phương trình trên thì tổng thời gian xe chạy trên mạng lưới đường nhỏ nhất
b.Bài toán đƣờng nhánh: AB và AC có quan hệ vận tải với nhau (BC không có quan hệ vận tải ). Tìm điểm O để nối OA, OB, OC lại với nhau, sao cho tổng thời gian xe chạy trên mạng lưới đường nhỏ nhất hoặc tổng chi phí vận chuyển trên mạng lưới đường nhỏ nhất
B O d1 A E O2 O1 d2 C
c.Bài toán quan hệ tam giác: A,B,C có quan hệ vận tải với nhau Tìm điểm O để nối OA, OB, OC lại với nhau, sao cho tổng thời gian xe chạy trên mạng lưới đường nhỏ nhất hoặc tổng chi phí vận chuyển trên mạng lưới đường nhỏ nhất
CHƢƠNG 15 LUẬN CHỨNG HIỆU QUẢ KINH TẾ ĐƢỜNG Ô TÔ
15.1 KHÁI NIỆM 1.Hiệu quả và phân tích hiệu quả đầu tƣ: Đối với nền kinh tế quốc dân, hiệu quả của việc đầu tư xây dựng mới hoặc cải tạo đường cũ bao gồm nhiều mặt, trong đó có mặt có thể tính bằng tiền cũng có thể có mặt khó có thể tính bằng tiền.
* Các mặt sau khó có thể tính bằng tiền: - Đẩy mạnh lưu thông hàng hóa -> đem lại lợi ích về kinh tế cho các cơ sở phi giao thông. - Thúc đẩy phát triển sản xuất và khai thác tài nguyên -> đem lại lợi ích. - Thúc đẩy phát triển trong các lĩnh vực phi sản xuất, các hoạt động văn hóa, xã hội, dịch vụ . . . tăng phần đóng góp chung cho xã hội ( thông qua thuế ). . .