đồ án thiết kế môn học thiết kế đường

đồ án thiết kế môn học
thiết kế đ ờng
Phần I: yêu cầu thiết kế

Nhiệm vụ thiết kế
: Thiết kế tuyến nối hai điểm A
và B, uyện Mai Châu tỉnh Hoà Bình
Số liệu thiết kế :
Bình đồ khu vực tỷ lệ 1:10000.
Lu lợng xe N =750 xe/ nđ .
Trong đó :
Xe trục 6(T) chiếm 30 %
Xe trục 8(T) chiếm 20 %
Xe trục 10(T) chiếm 30 %
Xe con chiếm 15%
Hệ số tăng xe chiếm 5%.

Nội dung thiết kế :
Chơng I :Xác định các yếu tố kỹ thuật của đờng theo qui trình.
Chơng II: Thiết kế bình đồ.
Chơng III: Thiết kế trắc dọc.
Chơng IV: Thiết kế trắc ngang, tính khối lợng đào, đắp.
Chơng V: Thiết mặt đờng.
Chơng VI: Thiết kế các công trình thoát nớc, cầu, cống.
Chơng IX: Kết luận Kiến nghị.
- 1 -

phần 2 nội dung thiết
kế

chơng 1 :Xác định các yếu tố của tuyến

Xác định lợng xe con quy đổi / ngày đêm
Xe 6T : N
6T
= 0.35*750 = 263 (xe/ngđ)
Xe 8T : N
8T
= 0.20*750 = 150 (xe/ngđ)
Xe 10 T : N
10T
= 0.30*750 = 225 (xe/ngđ)
Xe con: N
xecon
= 0.10*750 = 75 (xe/ngđ)
Tăng xe : Ntăng xe= 0.05*750 = 37 (xe/ngđ)
Lu lợng xe thiết kế: Là số xe con đợc qui đổi từ các loại xe khác thông
qua một mặt cắt ngang trong một đơn vị thời gian.
Công thức:
N
tk
= a
i
.N
i
(xe/ng.đ).
Trong đó: N
i
là lu lợng loại xe i trong năm tơng lai (xe/ng.đ).
a

i
là hệ số qui đổi từ các loại xe ra xe con.
Theo QT 4054- 98 ta có:
Loại xe 6T 8T 10T xebuýt xecon
ai 2 2 2.5 2.5 1
Qui đổi ra xe con :
N
TK
= (N
6T
+ N
8T
)*2 + N
10T
*2.5 + N
xebuýt
*2.5

+ N
xecon
*1
=(263+150)*2 +225*2.5 +75*2.5 +37 =1613 (xcqđ/ngđ)
Theo QTVN tơng ứng N
TK
= 1613 sẽ có V
TT
=60 km/h
1 . Độ dốc dọc
- 2 -
Độ dốc dọc ảnh hởng rất lớn đến xây dựng tuyến , khi độ dốc dọc lớn

đối với đờng miền núi,nó làm giảm khối lợng đào đắp do đó giá thanh xây
dựng đợc hạ thấp nhng nó lại tiêu hao nhiên liệu ,hao mòn xăm lốp
Điều kiện về đờng để xe chuyển động đợc trên đờng phải thoả mãn điều
kiện lực kéo,lực bám
- Lực kéo : D = f+i i = D - f
- Lực bám :

- lực cản không khí: P
w
= k*V
2
*F /13 ( [V] = km/h)
k hệ số cản không khí phụ thuộc loại xe , hình dạng xe
k = 0.06 ữ0.07 - xe tải
k = 0.04 ữ 0.06 - xe buýt
k = 0.025 ữ 0.035 - xe con
F diện tích cản trở ( m
2
) F = 0.8* B*H
B,H chiều rộng và chiều cao lớn nhất của xe ( m )
Với tốc độ tính toán V
TT
= 60 km/h .Dùng biểu đồ nhân tố động lực thay
vào công thức tính i
max
, ta lập đợc bảng sau: (f = 0.02)
Loại xe Xe tơng ứng D
max
i
max

=D
max
-0,02
Xe con
Vonga 0.11 0.09
Xe 6T
Gaz 51 0.04 0.02
Xe 8T
Zin 130 0.04 0,02
Xe 10T
Maz200 0,035 0,015
Xe buýt
Maz500 0.055 0.035
Chọn điều kiện xe chạy bình thờng, mặt đờng khô sạch
Loại xe
K F(m
2
) P
w
G(Kg) G
k
(Kg) D
b
i
b
Vonga
0,03 2.333 19.382 1805 910 0.24 0.22
Gaz 51
0.05 3.885 53.794
5360

3750 0.34 0.32
Zin130
0.06 4.308 71.574 8125 6015 0.361 0.341
Maz200
0,07 5.152 99.862 13625 10000 0.36 0.34
- 3 -
fDi
G
PG
D
b
wb
b
=

=
.

Maz500
0.06

Độ dốc dọc chọn theo điêù kiện lực kéo, ở đây i
max
=3.5%. Qui trình
qui định i
max
=7%. Lựa chọn i
max
= 7% .Với các xe tải khi chuyển động
với độ dốc lớn hơn độ dốc theo lực kéo của nó thì đi với vận tốc nhỏ hơn

vận tốc thiết kế
2 . Cự Ly Hãm Xe
k hệ số hãm phanh k = 1.2 ữ 1.4
V vận tốc tính toán (km / h)
Lấy k = 1.4 ,i = 2% .Khi xe xuống dốc:
Chọn điều kiện xe chạy bình thờng = 0.5
3 . Tầm Nhìn Xe Chạy Theo Các Sơ Đồ
a . Tầm nhìn theo sơ đồ 1 ( tầm nhìn 1 chiều)
- Tình huống : Xe đang chạy gặp chớng ngại vật ở trên cùng làn xe .
- Điều kiện bố trí tầm nhìn : Lái xe phải nhìn thấy chớng ngại vật hoặc biển báo
hiệu dừng một khoảng cách đủ lớn để kịp dừng xe an toàn trớc chớng ngại vật
- Tầm nhìn theo sơ đồ này là tầm nhìn một chiều .
- Ký hiệu tầm nhìn một chiều : S
1
- Chớng ngại vật trong sơ đồ này là một vật cố định nằm trên làn xe đang chạy nh :
đá đổ, hố sụt,... Xe đang chạy với vận tốc V (Km/h), có thể dừng lại an toàn trớc
chớng ngại vật với chiều dài tầm nhìn s
1
bao gồm một đoạn phản ứng tâm lý l
1
,
một đoạn hãm xe S
h
và một đoạn dự trữ l
0
.
Công thức: S
1
= l
1

+ S
h
+ l
0
(m)
- 4 -
)(*254
*
2
i
Vk
S
h

=

( )
mS
h
34.41
)02.05.0(*254
60*4.1
2
=

=

l
1
quãng đờng xe chạy trong thời gian phản ứng tâm lý l

1
= v*t ( t=
1(s))
S
h
quãng đờng hãm xe.
l
0
cự ly an toàn l
0
= 5ữ 10 (m )
Trờng hợp bất lợi khi xuống dốc : k = 1.4 , l
0
= 10 m , V=60 km/h
Thay số ta có S
1
=68 (m)
b . Tầm nhìn theo sơ đồ 2 ( tầm nhìn 2 chiều)
- Tình huống: Hai xe chạy ngợc chiều trên cùng 1 làn cần hãm để kịp dừng xe
để không đâm vào nhau. Điều này rất khó có thể xảy ra nhng cũng có trờng hợp
lái xe vô kỉ luật, say rợu... tuy rất hãn hữu nhng vẫn phải xem xét.




S
2
= l
1
+ l

2
+ Sh
1
+Sh
2
+ l
0
(m)
Trờng hợp bất lợi 1 xe lên dốc , 1 xe xuống dốc
- 5 -
( )
0
2
1
*254
*
6.3
l
i
VkV
S
+

+=

( ) ( )
i
Vk
i
Vk

VV
S

+
+
++=

*254
*
*254
*
6.36.3
22
21
2
S
2
S
h1
l
2
l
0
1 1
Sơ đồ 2
l
1
S
h2
2

2
S
1
S
h
l
1
l
0
1 1
Sơ đồ 1
Nếu V1 = V2 = V= 60 km/h
Thay số ta có S
2
= 202 (m)
c. Tầm nhìn theo sơ đồ 4 ( tầm nhìn vợt xe ) (v1 > v2)
- Tình huống : Xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm trên cùng một làn, xe 1
muốn vợt xe 2 phải đi sang làn bên cạnh (đờng hai lán xe, không có giải phân
cách) mà trên làn đó có xe 3 đang chạy ngợc chiều .
Ta cần xác định chiều dài tầm nhìn S
4
sao cho xe 1 có thể vợt qua xe 2 mà vẫn
đảm bảo an toàn, không va chạm với xe 3.
S
4
= l
1
+l
2
+l

2
+l
3
(m)

4 . Độ dốc siêu cao i
max
Để đảm bảo an toàn và tiện lợi cho việc điều khiển xe ở các đờng cong
có bán nhỏ ta phải làm siêu cao tức là làm cho mặt đờng có độ dốc ngang
nghiêng về phía bụng đờng cong. Siêu cao là cấu tạo mặt cắt ngang đặc
biệt ở trong các đờng cong có R nhỏ có độ dốc ngang một mái nghiêng về
bụng đờng cong , độ dốc ngang đó gọi là độ dốc siêu cao (i
sc
)
Tác Dụng :
- Siêu cao có tác dụng tâm lí có lợi cho ngời láI làm cho ngời lái tự tin cho
xe chạy với vận tốc nh khi đi ở đờng thẳng
- Giảm lực ngang , hạn chế tác hại của lực li tâm
-Làm cho mặt đờng hàI hoà không bị thu hẹp khi vào đờng cong
- 6 -
3
3
1
2
2
2
1
1
l
1

l
2
l
2
l
3
S
4
( )
à
à
=
+
=
gR
v
i
ig
v
R
sc
sc
**
22
Tiêu chuẩn thiết kế đờng ôtô Việt Nam qui định isc phụ thuộc vận tốc thiết
kế, R . TCVN 4054 : 1998 cũng qui định độ dốc tối đa của siêu cao là 6%
i
sc,max
= 6% ; i
sc,min

= 2% ( để đảm bảo thoát nớc )
5 . Chiều dài đoạn nối siêu cao
Đoạn nối siêu cao đợc thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách
điều hoà từ mặt cắt ngang thông thờng ( hai mái, với độ dốc tối thiểu thoát
nớc ) sang mặt cắt ngang đặc biệt. Sự chuyển hoá sẽ tạo ra một dốc dọc
phụ i
p
.Tiêu chuẩn nớc ta qui định i
p
= 1% đối cấp 20 và cấp 40 ,với các
cấp đờng còn lạI là 0.5%
a . phơng pháp quay quanh mép
-Quay mái mặt đờng bên lơng đờng cong quanh tim đờng cho đạt đến độ
dốc i
sc
(thành đờng một mái ).
-Tiếp tục quay quamh mép trong của mặt đờng ( Khi cha mở rộng cho đạt
đến độ dốc I
sc
)
Chiều dài đoạn nối siêu cao :
L
1
= B . i
n
/2i
p
=L
2

L
3
= L
sc
2.L
1

-Ưu điểm: chiều dài đoạn nối siêu cao lớn lên việc nâng êm thuận
hơn.
-Nhợc điểm: Phơng pháp này tim đờng trong đờng cong bị nâng
cao, mép đờng không thay đổi vì vậy nó khó thể hiện trắc ngang nên ph-
ơng pháp này ít dùng
- 7 -
i
n
i
sc
i
n
i
n
i
n
L
3
L
2
L
1
L

sc
B
i
p
p
sc
sc
i
iB
L
*
=
b. Phơng pháp quay quanh tim
-Quay mái mặt đờng bên lng đờng cong quanh tim đờng cho đạt đến độ dốc i
n
.
-Tiếp tục quay quanh tim cho đạt đến độ dốc I
sc
.
- Ưu điểm phơng pháp nay tim đờng không thay đổi nên ngời ta hay dùng phơng
pháp này
Chú ý mép đờng bị hạ thấp khi thiết kế tránh ngập cục
bộ cho mép đờng

Độ dài siêu cao :

L
sc
= b*.(isc + in)/2i
p

L
1
= L
2
= b*i
n
/2i
p

L
3
= L
sc
2.L
1


.
6.Xác định bán kính tối thiểu của đờng cong bằng :
a. Trờng hợp đờng cong không bố trí siêu cao :
Bán kính đờng cong đợc xác định trong trờng hợp bất lợi nhất là xe chạy ở phần
lng đờng cong :
R
ksc
=
)(127
2
n
i

V

à
=
)02.008.0(127
60
2

= 472.4 m
Trong đó :
- 8 -
B
L
sc
i
n
i
n
L
1
i
n
L
2
i
sc
L
3
i
p

à
: Hệ số lực đẩy ngang, lấy
à
= 0.08 (để cải thiện điều kiện xe chạy)
i
n
: Độ dốc ngang mặt đờng , i
n
= 0.02
Mặt khác , theo điều 5.1TCVN 4054 98 quy định đối với đờng cấp 60 thì
bán kính đờng cong nhỏ nhất khi không bố trí siêu cao là R
min
= 500 m
Kiến nghị lấy R
min,ksc
= 500 m theo quy trình.
b. Trờng hợp đừờng cong bố trí siêu cao :
Trờng hợp 1: Bán kính tối thiểu R
min
, hệ số lực ngang lớn nhất
(0,15) và siêu cao tối đa (0,06).
Công thức xác định bán kính đờng cong nằm :
R
min
=
)i(127
V
maxsc
2

+à
=
)06.015.0(127
60
2
+
= 135 m
Theo quy trình thì bán kính đờng cong nằm nhỏ nhất ứng với siêu cao lớn nhất
(6%) đối với đờng cấp 60 là R
min
= 125 m .
Kiến nghị lấy R
min
= 135 m ( theo tính toán )
Trờng hợp 2 : Bán kính đờng cong thông thờng (ứng với siêu cao
thông thờng i
sctt
= 4% , xét trong điều kiện khó khăn , lấy à =
0.15).
Bán kính đờng cong bằng trong trơng hợp này đợc xác định theo công thức :
R
tt
=
)(127
2
sctt
i
V
+
à

=
)04.015.0(127
80
2
+
= 265 m
Theo quy trình thì bán kính đờng cong nằm nhỏ nhất thông thờng (ứng với siêu
cao 4%) là 250m
Kiến nghị lấy 250m
Trờng hợp 3.
Bán kính đờng cong nằm không cần bố trí siêu cao. Tính cho xe bất lợi phía
lng đờng cong ( à = 0,08 , i
n
= 0.02).
Công thức : R
ksc
=
)(127
2
n
i
V

à
= 472 m
Kết quả tính toán nh sau:
Trờng hợp V (km/h)
à
i
sc

(%) R (m) R(QT)
1 60 0.15 6 135 125
- 9 -
2 60 0.08 4 265 250
3 60 0.08 2 472 500
Kiến nghị chọn các giá trị tính toán theo QT.
7. Mở rộng phần xe chạy trong đờng cong.
Khi xe chạy trên đờng cong mỗi bánh xe xhạy trên một quỹ đạo riêng, chiều rộng
rảI đờng mà xe chiếm lớn hơn khi xe chạy trên đờng thẳng. Để đảm bảo đièu kiện
xe chạy trên đờng cong tơng đơng nh trên đờng thẳng ở nhỡng đờng cong có R
nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy.
Theo qui trình nếu bán kính đờng cong trên bình đồ >250m với cấp đờng 60 thì
không cần bố trí độ mở rộng đờng cong. Đây chọn tất cả các đờng cong có bán
kính >250m Không cần mở rộng đờng cong .
8. Bảo đảm tầm nhìn trên bình đồ
Sơ đồ tính toán
tính toán để đảm bảo tầm nhìn với giả thiết tầm nhìn của ngời lái xe cao
.Tuyến đờng không phải là một đờng thẳng liên tục mà gồm những đoạn thẳng và
các đoạn cong xen kẽ do đó trên tuyến có các chớng ngại vật nh: đồi, núi, nhà cửa,
biển quảng cáo...
Chính tại vị trí này tầm nhìn của ngời lái xe bị hạn chế,đặc biệt khi vào đ-
ờng cong có bán kính nhỏ. Do đó, để đảm bảo cho ngời lái xe chạy với tốc độ thiết
kế phải 1,2m so với mặt đờng.
Gọi Z
0
là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến chớng ngại vật
Z là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến giới hạn tầm nhìn
Nếu Z Z
0
thì tầm nhìn đợc đảm bảo.

Z < Z
0
thì tầm nhìn bị che khuất.
- 10 -
S
0
Z
Z
0
Công thức: Z =
R8
S
2
0
Trong đó :
S
0
: Cự ly tần nhìn S
0
= 80 m.
R : Bán kính đờng cong tính cho trờng hợp R
min
= 60m .
Z =
60.8
80
2
= 13.33 (m)
Vậy để đảm bảo tầm nhìn của ngời lái xe khi vào đờng cong là: Z = 13.33m .
9. Lựa chọn bán kính đờng cong đứng.

Để liên kết các dốc dọc trên trắc dọc, ngời ta phải dùng các đờng cong đứng
để xe chạy điều hoà, thuận lợi, bảo đảm tầm nhìn ban ngày và ban đêm, đảm bảo
hạn chế lực xung kích, lực ly tâm theo chiều đứng.
Theo TCVN 4054-98 với đờng cấp 60 khi hiệu đại số của độ dốc dọc nơi
đổi dốc >1% phải thiết kế đờng cong đứng.
a.Bán kính đờng cong đứng lồi nhỏ nhất.
Để đảm bảo tầm nhìn ban ngày trên đờng cong đứng lồi ta có sơ đồ tính:
Sơ đồ tính toán
Theo hệ thức lợng vòng tròn ta có:
L
1
=
1
..2 dR
(m).
- 11 -
d
1

d
2
r

i
1
i
2
L
2
=

2
..2 dR
(m).
L = L
1
+ L
2
=
R.2
.(
1
d
+
2
d
)
R =
( )
2
21
2
.2 dd
L
+
(m).
Trong đó:
L : Chiều dài phải nhìn thấy.
d
1
: Chiều cao mắt ngời lái xe trên mặt đờng.

d
2
: Chiều cao chớng ngại vật trên đờng.
Để nhìn thấy chớng ngại vật cố định thì L = S
1
= 38.69 m.
Theo TCVN lấy d
1
=1,2m ; d
2
= 0.
Thay vào ta có: R= 624 m.
Tơng tự để đảm bảo tầm nhìn hai chiều :
L = S
2
=67.38m ; d
1
= d
2
= 1,2m R= 518 m.
Theo TCVN 4054-98 qui định bán kính tối thiểu trên đờng cong đứng lồi
với cấp đờng 60 là R= 2500m.
Kiến nghị chọn bán kính theo QT. Tuy nhiên, bán kính đợc lựa chọn
càng lớn càng tốt chọn theo địa hình , tạo điều kiện htuận lợi cho xe
chạy .
b.Bán kính đờng cong đứng lõm nhỏ nhất.
Tính theo điều kiện hạn chế lực li tâm. Trong đờng cong đứng lõm, lực li tâm gia
thêm vào tải trọng, gây khó chịu cho hành khách và gây siêu tải cho lò xo của xe.
Do đó phải hạn chế gia tốc li tâm .
Gọi b là gia tốc li tâm: b =

R
V
2
(0,5 ữ 0,7) m/s
2
R=
b
V
2
.
Lấy b =0,5m/s
2
; tính V theo km/h ta có: R= 60
2
/13*0.5 =553 (m).
Nh vậy ta tính đợc R
min
= 1000 m.
Theo TCVN 4054-98 , với cấp đờng 60 bán kính đờng cong lõm nhỏ nhất
là 1000m. Vậy đề nghị chọn theo qui trình .
Để giảm khối lợng đắp ta nên chọn trị số bán kính đứng lõm theo QT. Tuy
nhiên, để đáp ứng các yêu cầu về phơng diện động lực cũng nh về phơng diện
quang học, cơ học, đồng thời để bám sát địa hình đảm bảo cho các công trình ổn
định lâu dài ta nên chọn các bán kính theo QT.
10.Xác định khả năng thông xe của đờng
a.Khả năng thông xe lý thuyết:
- 12 -
d
Là khả năng thông qua trong điều kiện lý tởng về dòng xe (dòng xe thuần nhất,
toàn xe con), trong điều kiện lý tởng về đờng (làn xe đủ rộng, mặt đờng rất tốt,

không chịu ảnh hởng của khu dân c, của ngã t, dốc dọc).
Công thức:
d
V
N
lt
.1000
=
(xe/h).
Trong đó:
V : Tốc độ xe chạy (km/h).
d : Khổ động học của xe (m).
d = l
f
+ S
h
+ l
x
+ l
o

(m).
Sơ đồ tính toán

Với:
l
f
: là chiều dài xe chạy trong lúc kịp phản ứng tâm lý (thờng lấy1(s) )
l
f

=V/3,6 (m)
l
x
: Chiều dài xe.
l
o
: Chiều dài đoạn dự trữ; l
o
=10m.
S
h
= S
2
- S
1
. Để an toàn ta xét S
1
= 0 nên:
S
h
=
).(254
.
S
2
2
i
Vk

=

k = 1,2 là hệ số sử dụng phanh của xe con.
V = 60km/h.
i = 0 là độ dốc trong điều kiện lý tởng về đờng.
: Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đờng trong điều kiện lý tởng về đ-
ờng lấy = 0,7

V( Km/h)

i k S
h
l
x
(m) l
f
(m) l
0
(m) d(m) Nlt
60 0.7 0 1.2 27.47 4 16.67 10 58.14 1032
Vậy ta có : N
lt
= 1032 (xe/h).
- 13 -