Bài giảng Công trình đường ôtô - Phan Cao Thọ

pdf

143 trang hapham 2200

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công trình đường ôtô - Phan Cao Thọ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_cong_trinh_duong_oto_phan_cao_tho.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công trình đường ôtô - Phan Cao Thọ

Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph ðI H C ðÀ N NG TR ƯNG ð I H C BÁCH KHOA PHANCAOTHä bµi gi¶ng C¤NGTR×nh®−êng¤T¤C¤NGTR×nh®−êng¤T¤ TS Phan Cao Th 1
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph M ð U Tp bài gi ng Công trình ñưng ôtô bao g m 2 ph n v i 7 ch ươ ng: Ph n 1: Trình bày các v n ñ v c ơ s tính toán thi t k các h ng m c c a ñưng ôtô, c u t o và các ph ươ ng pháp thi t k c ơ b n các b ph n c a t ng hng m c thu c công trình ñưng ôtô t các y u t hình h c Bình ñ tr c d c, tr c ngang ñ n các y u t c ơ h c nh ư n n, m t và công trình thoát n ưc. Ngoài ra giáo trình c ũng trình bày các v n ñ thu c v n i dung và trình t l p d án ñu t ư xây d ng ñưng ôtô c ũng nh ư các phân tích kinh t và tài chính c a d u án. Ph n 2: Trình bày nh ng nguyên t c c ơ b n trong thi t k t ch c thi công và thi t k k thu t thi công ñưng ôtô. Các ph ươ ng pháp t ch c thi công ñưng ôtô và thi t k t ch c thi công ñưng ôtô. Ni dung trình bày 50 ti t lý thuy t và 10 ti t bài t p, th o lu n. V i th i gian không nhi u l i ph i thâu tóm nhi u n i dung c a c ph n chuyên môn thi t k - thi công, yêu c u sinh viên ph i nghiên c u tr ưc bài gi ng, các giáo trình, tài li u tham kh o ñ nâng cao kh n ăng ti p thu ki n th c, k n ăng tính toán thông qua ñ án môn h c. Ni dung bài gi ng s ñưc chúng tôi c p nh t th ưng xuyên theo yêu c u c a th c t và ti n b khoa h c công ngh . Nh ng v n ñ c n trao ñ i th o lu n xin ñưc g i v B môn ðưng ôtô – ñưng thành ph , Khoa xây d ng C u ñưng, tr ưng ð i h c Bách khoa, ð i hc ðà N ng t ng 3 Khu A, 54 Nguy n L ươ ng B ng TP ðà Nng. Ho c theo ñ a ch mail: thophancao@gmail.com. TS Phan Cao Th 2
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph CH ƯƠ NG 1 : KHÁI NI M CHUNG V ðƯNG ÔTÔ §1.1 VAI TRÒ C A ðƯNG ÔTÔ TRONG GIAO THÔNG V N T I ðưng ôtô là t ng h p các công trình, các trang thi t b nh m ph c v giao thông trên ñưng vì v y nó có t m quan tr ng r t l n trong các l ĩnh v c kinh t , chính tr , hành chính, qu c phòng, v ăn hoá và du l ch. ðưng ôtô có vai trò quan tr ng trong su t m i th i ñi, m i ch ñ, m i n n v ăn minh trên kh p th gi i. So v i các lo i hình v n t i khác ( ñưng thu , ñưng s t, ñưng hàng không ) v n t i trên ñưng ô tô có các ưu nh ưc ñim sau : Ưu ñim : (nhi u ưu ñim) - Có tính c ơ ñng cao, v n chuy n tr c ti p hàng hoá, hành khách t n ơi ñi ñn nơi ñn không c n thông qua các ph ươ ng ti n v n chuy n trung gian . - Thích ng v i m i ñiu ki n ña hình ñi, núi khó kh ăn . - Tc ñ v n chuy n cao h ơn ñưng thu , t ươ ng ñươ ng ñưng s t . - Cưi phí v n chuy n r h ơn ñưng hàng không . Nh ưc ñim : - Tai n n giao thông. - Ti tr ng nh , tiêu hao nhiên li u nhi u do ñó giá thành v n chuy n cao h ơn ñưng s t và ñưng thu . QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH TUY N ðƯNG ÔTÔ Kh o Nhi m Kh o sát Thi t k Ch n 1 sát v sơ b sơ b P.A có l i Kh o sát chi ti t Thi t k k Lp Thi PA ñư c ch n thu t bn v công TS Phan Cao Th 3
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph §1.2 H TH NG KHAI THÁC V N T I ÔTÔ VÀ M I QUAN H GI A CÁC B PH N TRONG H TH NG 2.1 . H th ng khai thác v n t i ôtô : (còn g i là h th ng khai thác t ng th ñưng ôtô – BA ДC: ВОДИТЕЛЬ - АВТОМАБИЛЬ - ДОРОГА - СРЕДА ) LÁI XE 3 Ô TÔ 4 1 2 ðƯNG MÔI TR ƯNG 2.2. M i quan h gi a các b ph n trong h th ng : (8 m i quan h c ơ b n) a. M i quan h gi a “ Ôtô - ðưng ôtô “ : Mi quan h này là c ơ s ñ xu t các yêu c u c a vi c ch y xe ñi v i các yu t c a ñưng , N/C m i quan h này ñ ñi ñn quy ñnh c th các ch tiêu k thu t c a tuy n ñưng và các gi i pháp thi t k . b. M i quan h gi a “Môi tr ưng bên ngoài - ðưng ôtô “ : Môi tr ưng bên ngoài chính là ñiu ki n t nhiên ( ña hình, ña m o, ña ch t, thu v ăn . . . ) và s phân b dân c ư . Nghiên c u m i quan h này ñ xác ñnh v trí c a tuy n ñưng và các gi i pháp thi t k ñ ñm b o tính n ñnh và b n vng c a công trình c. M i quan h gi a “Môi tr ưng bên ngoài - Ng ưi lái xe “ : Nghiên c u mi quan h này ñ bi t ñưc nh h ưng c a môi tr ưng xung quanh ñn tâm - sinh lý c a ng ưi lái xe d. M i quan h gi a “ ðưng - Ô tô“ : TS Phan Cao Th 4
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Mi quan h này nói lên nh h ưng c a ch t l ưng ñưng ñn các ch tiêu khai thác v n t i c a ô tô (t c ñ , l ưng tiêu hao nhiên li u, n ăng su t c a ô tô . .) Kt lu n: Nghiên c u các quan h này ñ ñ ra các gi i pháp thi t k hp lý nh m t o ra tuy n ñưng có kh n ăng ph c v tt, ñt hi u qu cao (an toàn, ti n nghi và kinh t - SCE) §1.3 M NG L ƯI ðƯNG ÔTÔ – PHÂN LO I , PHÂN C P ðƯNG 4.1. M ng l ưi ñưng ô tô : 1.1 M ng l ưi ñưng Qu c l : ðưng n i các trung tâm kinh t , chính tr , v ăn hoá l n c a qu c gia . Ví d : Qu c l 1A : L ng S ơn - Nam b - Qu c l 5 : Hà N i - H i Phòng 1.2. M ng l ưi ñưng ña ph ươ ng (tnh, huy n, xã ) : ðưng n i các trung tâm kinh t , chính tr , v ăn hoá c a ña ph ươ ng ( t nh , huy n , xã ). 1.3. Các ch tiêu ñánh giá m c ñ phát tri n c a mng l ưi ñưng (ML ð) ô tô : + M t ñ ñưng / 1000 km2 lãnh th : - ði v i các n ưc phát tri n 250 ( 1000 km/1000km 2 - ði v i các n ưc ñang phát tri n 100 ( 250 km/1000km 2 - ði v i các n ưc ch m phát tri n 50m cho m t ôtô là phù h p. - Chi u dài ñưng 20 ( 50m cho m t ôtô là c n b sung. - Chi u dài ñưng < 20m cho m t ôtô là quá th p. 4.2. C p h ng c a ñưng : Vi c phân c p h ng c a ñưng là c n thi t giúp cho công tác qu n lý, khai thác và thi t k , tính toán các ch tiêu k thu t. ði v i ñưng ôtô thông th ưng thu c m ng l ưi ñưng qu c gia Theo tiêu chu n thi t k ñưng ô tô TCVN 4054 - 05 c p hng c a ñưng ô tô ñưc quy ñnh nh ư sau : TS Phan Cao Th 5
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Bng 1-1 Lưu lưng xe Cp thi t k Ch c n ăng c a ñưng ñưng (xcq ñ/n ñ) Cao > 25.000 - ðưng tr c chính, thi t k theo TCVN 5729 : 97. tc - ðưng tr c chính n i các trung tâm kinh t , chính tr , văn hoá l n c a ñ t n ưc. Cp I > 15.000 - Có d i phân cách gi a, có kh ng ch m t ph n các c a ra vào, còn có nút giao thông cùng m c. - V hành chính th ưng là ñưng qu c l - ðưng n i các trung tâm kinh t , chính tr , v ăn hoá Cp 6000 ÷ 15000 ln c a ñ a ph ươ ng và n i v i ñưng cao t c, ñưng c p I. II - Có th là qu c l ho c ñưng t nh. - ðưng n i các trung tâm kinh t , chính tr , v ăn hoá Cp ln c a ñ a ph ươ ng và n i v i ñưng cao t c, ñưng c p I, > 1000 III cp II. - Có th là qu c l , ñưng t nh hay ñưng huy n. - ðưng n i các trung tâm c a ñ a ph ươ ng. ðưng n i Cp các ñim l p hàng, các khu dân c ư. ≥ 500 IV - Có th là qu c l , ñưng t nh, ñưng huy n hay ñưng xã. Cp - ðưng ph c v giao thông ñ a ph ươ ng các vùng núi. < 500 V - ðưng huy n hay ñưng xã. Cp I II III IV V VI hng ða ðB ðB, ðB, ðB, ðB, ð Núi Núi Núi Núi hình ,ð ð ð ð Tc ñ tính toán 120 100 80 60 60 40 40 30 20 Vtt (km/h) ði v i ñưng cao t c: theo tiêu chu n TCVN 5729-97 Thi t k ñưng cao t c. ði v i ñưng ñô th : theo TCXDVN 104-2007- ðưng ñô th - yêu c u thi t k Gi i thi u tiêu chu n c a m t s n ưc: Nga, M , Pháp, Canada, Úc, Nh t và Trung qu c TS Phan Cao Th 6
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph §1.4 CÁC Y U T CƠ B N CA ðƯNG ÔTÔ 5.1. Tuy n ñưng : Là ñưng n i gi a các tim ñưng , do ñiu ki n t nhiên tuy n ñưng g m các ñon th ng, ñon cong n i ti p nhau . 5.2. Bình ñ : Là hình chi u c a tuy n ñưng trên m t ph ng n m ngang cùng v i ña hình th hi n b ng các ñưng ñ ng m c. 5.3. Tr c d c : Là m t c t th ng ñng d c theo tuy n ñưng ñã ñưc du i th ng . 5.4. Tr c ngang : Là hình chi u các y u t c a ñưng lên hình chi u th ng góc v i tim ñưng. 5.5 Các công trình n n, m t, thoát n ưc, gia c và ch ng ñ . 190 R = 8000 T = 72.00 CÄÚNG TÊNH TOAÏN BTCT K = 144.00 d = 0.33 TRÀÕC DOÜC SÅ BÄÜ φ 100 KM0 + 400 R = 10000 T = 60.00 K = 120.00 d = 0.18 0.00 PHÆÅNG AÏN I 0.70 180 0.15 1.30 2.60 1.70 0.00 0.90 2.10 1.15 0.45 TYÍ LÃÛ ÂÆÏNG : 1/500 0.55 0.65 173.44 0.00 TYÍ LÃÛ NGANG : 1/5000 170 MSS BÇNH ÂÄÖ DUÄÙI THÀÓNG ÂÄÜ DÄÚC THIÃÚT KÃÚ ( ‰)-K.CAÏCH (m) 11 7 5 400 300 300 CAO ÂÄÜ THIÃÚT KÃÚ (m) 176.25 177.05 180.00 178.90 177.80 176.70 175.60 176.26 177.00 176.14 177.70 177.20 176.70 176.20 CAO ÂÄÜ TÆÛ NHIÃN (m) 178.15 177.85 177.15 178.60 180.00 178.20 176.50 175.00 173.44 176.10 176.26 178.24 177.60 176.20 KHOAÍNG CAÏCH LEÍ (m) 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 88.46 80.00 100.00 70.00 100.00 11.54 30.00 20.00 KHOAÍNG CAÏCH CÄÜNG DÄÖN (m) 0.00 200.00 400.00 620.00 300.00 500.00 600.00 900.00 700.00 800.00 830.00 100.00 1000.00 TÃN COÜC A=KM0 H1 H2 H3 H4 S1 H5 X1 H6TD1 H7 H8 D2 H9 KM1 α = 51 °08'24'' R = 470 T = 224.9 ÂOAÛN THÀÓNG_ÂOAÛN CONG K = 419.5 P = 51.0 KM1 KM0 TS Phan Cao Th 7
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph PHÆÅNG AÏN I ðưng t nhiên Kt c u áo ñưng in in 1:1 il il 1:1.5 B B l M Bl TS Phan Cao Th 8
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph CH ƯƠ NG 2: CÁC Y U T HÌNH H C C A TUYN ðƯNG ÔTÔ §2.1 MT S V N ð V S CHUY N ð NG C A ÔTÔ TRÊN ðƯNG 2.1.1 CÁC L C TÁC D NG LÊN ÔTÔ KHI CHUY N ðNG + L c kéo. + L c c n: • Lc c n l ăn Pf . • Lc c n không khí P ω . • Lc c n lên d c Pi. • Lc c n quán tính Pj. Lc c n c a xe trên ñưng a. Lc c n l ăn Pf: Khi xe ch y t i các ñim ti p xúc gi a bánh xe và m t ñưng, xu t hi n l c cn l ăn. L c này ng ưc chi u v i chi u chuy n ñng c a xe. Lc c n l ăn sinh ra do : - - Bi n d ng c a l p xe . - - Do xe b xung kích và ch n ñng trên m t ñưng không b ng phng. - - Do ma sát trong các tr c c a bánh xe. Th c nghi m cho th y l c c n l ăn t l v i tr ng l ưng tác d ng lên bánh xe : Pf = G.f ( 2-1) Trong ñó: G : Tr ng l ưng c a xe (KG) Pf : L c c n l ăn (KG) f : H s s c c n l ăn H s s c c n l ăn : TS Phan Cao Th 9
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph - Ph thu c ch y u vào lo i m t ñưng . - Ph thu c vào ñ c ng c a l p xe. - Trong ñiu ki n l p xe c ng, t t, h s s c c n l ăn trung bình ph thu c vào lo i m t ñưng nh ư sau (f 0) : - Bng 2-1 Lo i m t ñưng H s l c c n l ăn fo 0.01 ÷ 0.02 - - Bêtông xim ăng và BTN - ðá d ăm và cu i s i ñen 0.01 ÷ 0.025 - ðá d ăm tr ng 0.03 ÷ 0.05 - ðưng lát ñá 0.04 ÷ 0.05 - ðưng ñt khô và b ng ph ng 0.04 ÷ 0.05 - ðưng ñt m và không b ng ph ng 0.07 ÷ 0.15 - ðưng cát khô, r i r c 0.15 ÷ 0.30 * Khi t c ñ xe ch y nh h ơn 50 km/h thì h s s c c n l ăn không ph thu c vào vn t c : f = f0. * Khi t c ñ xe ch y l n h ơn 50 km/h thì h s s c c n l ăn ph thu c vào v n tc. f = f o [1 + 0,01(V-50)] ( 2-2) Trong ñó V : t c ñ xe ch y (km/h ) b. Lc c n không khí: Nguyên nhân sinh ra l c c n không khí : - - Kh i không khí tr ưc xe b ép l i. - - Do ma sát gi a không khí và thành xe . - - Do kh i không khí chân không ngay phía sau xe hút l i. 2 Công th c xác ñnh l c c n không khí : P w = C. ρ.F.V (2-3) Trong ñó : F : Di n tích c n tr F = 0,8.B.H (m 2). (2-4) B, H : B r ng và chi u cao c a xe (m). V : T c ñ t ươ ng ñi c a xe, t c là ph i k ñn t c ñ c a gió, trong tính toán coi t c ñ c a gió b ng không, V là t c ñ c a ôtô (m/s). C : H s ph thu c vào hình d ng c a ôtô. TS Phan Cao Th 10
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph ρ: M t ñ không khí (kg/m3). ð ñơ n gi n l y F: - - ði vi xe t i và xe buýt F = 3- 5,5 m2. - - ði v i xe con F = 1,5- 2,8 m 2. Gi K= C. ( là h s s c c n không khí ph thu c vào t ng lo i xe: - - Xe t i K = 0,06 - 0,07. - - Xe buýt K = 0.04 - 0.06. - - Xe con K = 0.025 ÷ 0.035. - Khi v n t c gió Vgió = 0 thì P = Ā (km/h). (2-5) - Khi v n t c gió Vgió = 0 thì P = Ā (2-6) *Trong tr ưng h p xe có r ơmooc thì s c c n P( t ăng lên t (25(30% c .L c c n lên d c P i : Pi = ± G. sin α. (2-7) Do α , xem g n ñúng sin α= tg α = i. ⇒ P i = ± G.i. (2-8) Trong ñó: i: là ñ d c d c c a ñưng. Ly d u “ + “ khi lên d c. Ly d u “ - “khi xu ng d c. d .L c c n quán tính Pj : Lc c n quán tính : Pj = m.j (KG). (2-9) Trong ñó: m: là kh i l ưng c a xe (kg). m = G (2-10) g G: Tr ng l ưng. g: Gia t c tr ng tr ưng. j: là gia t c quán tính , j có th (+) ho c (-) (2-11) ð k ñn s c c n quán tính c a các b ph n quay: TS Phan Cao Th 11
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph G dV Pj = ± δ. . (2-12) g dt Trong ñó: δ: là h s k ñn s c c n quán tính c a các b ph n quay. δ = 1,03 ÷ 1,07 e .T ng l c c n tác d ng lên ô tô : Khi xe ch y trên ñưng nó ch u tác d ng c a t ng l c c n Pc Pc = P f + P ω + P i + P j (2-13) G dV Pc = P ω + G.f ± G.i ± δ (2-14) g dt Lc kéo c a ôtô: Do quá trình ñt cháy nhiên li u trong ñng c ơ -> nhi t n ăng -> ñưc chuy n hóa thành công năng c a công su t hi u d ng N, công su t này t o nên m t mômen M ti tr c khu u c a ñng c ơ. 2.1.2 PH ƯƠ NG TRÌNH CHUY N ðNG VÀ ðC TÍNH ðNG L C CA ÔTÔ. Ph ươ ng trình chuy n ñng: ðiu ki n ñ ôtô chuy n ñng: Pc P f + P ω + P i + P j P k - P ω > P f + P i + P j G dV P k - P ω > G.f ± G.i ± δ (2-22) g dt Gi (2-22) là ph ươ ng trình chuy n ñng c a ôtô. ðc tính ñng l c c a ô tô : T công th c (2-22) ta có : Pk - Pω δ dV > f ± i ± (2-23) G g dt Pk - P ω > f ± i ± j. G TS Phan Cao Th 12
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph ðt D = (Pk - P ω)/G là nhân t ñng l c c a ôtô Nhân t ñng l c c a ôtô là s c kéo c a D ôtô trên m t ñơ n v tr ng l ưng sau khi tr ñi 00.25 sc c n không khí, nhân t ñng l c ph 0.20 thu c s vòng quay c a ñng c ơ. Qua các t 0.15 s truy n ñng, tính ñưc giá tr D ph thu c 0.10 vào t c ñ V. Quan h này ñưc th hi n b ng 0.05 bi u ñ nhân t ñng l c. Các ñưng cong 0 10 20 30 40 50 60 ñưc l p khi b ưm ga c a ñng c ơ m hoàn Km/h toàn hay b ơm nhiên li u ñng c ơ ñiezen m hoàn toàn. *Xét tr ưng h p xe ch y v i t c ñ ñu V=const dV ⇒ = 0 dt D > f ± i (2-24) Trong ñó: D: Nhân t ñng l c c a ôtô. f: H s s c c n l ăn. i: ð d c d c. V trái c a ( 2-24 ) ph thu c vào ôtô V ph i c a (2-24) ph thu c vào ñiu ki n ñưng (conditional road, geometric road) * Nh n xét: Nu bi t t ng s c c n tác d ng lên ôtô thì d a vào công th c (2-24) chúng ta có th xác ñnh ñưc t c ñ chuy n ñng l n nh t t ươ ng ng v i các lo i ôtô ch y trên ñưng và t c ñ ñó g i là t c ñ cân b ng. Bi u ñ bi u th quan h gi a D và V, D = f(V) ng v i các chuy n s khác nhau ñưc g i là bi u ñ nhân t ñng l c c a ôtô . Da vào công th c (2-24) ta có các bài toán sau: TS Phan Cao Th 13
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph - Xác ñnh idmax cho các lo i xe khi bi t t c ñ thi t k . - Xác ñnh t c ñ xe ch y lý thuy t c a các lo i xe khi bi t ñ d c d c c a ñưng. - V bi u ñ t c ñ xe ch y lý thuy t c a các lo i xe. 2.1.3 L C BÁM C A BÁNH XE V I M T ðƯNG Tr ưng h p ti A không có ph n l c T (ph n l c c a ñưng tác d ng vào l p xe) thì t i A không t o nên m t tâm quay t c th i. Nh ư v y Mk không chuy n thành Pk ( bánh xe s quay t i ch ). Ph n l c T g i là l c bám gi a bánh xe v i m t ñưng và T là m t l c b ñng. - Giá tr l c T ph thu c vào P K . Khi P K t ăng thì T c ũng t ăng theo và T không th t ăng mãi ñưc, T t ăng ñn giá tr Tmax (l c bám l n nh t). N u ti p t c t ăng P K > T max thì ñim ti p xúc không tr thành tâm quay t c th i ñưc và bánh xe s quay ti ch ho c tr ưt dai trên ñưng. Do ñó ñiu ki n ñ xe chuy n ñng ñưc là: PK ≤ T max (2-25) Tmax = ϕ . G K (2-26). Trong ñó: ϕ: là h s bám gi a bánh xe v i m t ñưng, ph thu c vào tình tr ng c a mt ñưng và ñiu ki n xe ch y. Bng 2-2 Tình tr ng m t ñưng ðiu ki n xe ch y ϕϕϕ Khô s ch Rt thu n l i 0,7 Khô s ch Bình th ưng 0,5 m, b n Không thu n l i 0,25-0,3 GK: tr ng l ưng c a xe trên tr c ch ñng. Vi xe con: GK = (0,5 -0,55)G Vi xe t i: GK = (0,65 -0,75)G G: T i tr ng toàn xe TS Phan Cao Th 14
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph T (2-25) và (2-26) => PK < ϕ . G K (2-27) Tr hai v c a (2-27) cho s c c n không khí: PK - P ω ≤ ϕ . G K - P ω P - Pω ϕ.G − P D = K ≤ K α G G Kt h p c 2 ñiu ki n l c c n và l c bám ta ñưc : ϕ.G − P f ± i < D ≤ K α (2-28) G * Nh n xét : Nghiên c u s c bám c a bánh xe v i m t ñưng ñ tìm các gi i pháp nâng cao ñ nhám c a m t ñưng, t ăng an toàn giao thông. 2.2 BÌNH ð TUY N (Horizontal alignment or Tracé en plan) 2.2.1 ðC ðIM XE CH Y TRÊN ðƯNG CONG N M. Khi ch y trong ñưng cong, xe ph i ch u nh ng ñiu ki n b t l i: 1 - Xe ph i ch u thêm l c ly tâm. Lc này ñt tr ng tâm c a xe, h ưng n m ngang, chi u t tâm ñưng cong ra ngoài, có tr s : m.V 2 C = (2-29) R Trong ñó: m: Kh i l ưng c a xe. [ kg ] V: tc ñ c a xe. [m/s] R: Bán kính ñưng cong t i Y h nơi tính toán. [ m ] Y L c ly tâm có th gây l t xe, gây b tr ưt ngang, làm tiêu t n nhiên li u, hao mòn x ăm l p, gây cho vi c ñiu khi n xe khó kh ăn, làm khó ch u cho hành khách. 2 - B r ng ph n xe ch y l n h ơn so v i ñưng th ng. 3 - T m nhìn c a ng ưi lái xe b h n ch . TS Phan Cao Th 15
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Do ñó yêu c u ñt ra ñây là nghiên c u các bi n pháp thi t k ñ c i thi n các ñiu ki n b t l i trên . 2.2.2 L C NGANG VÀ H S L C NGANG L c ngang : Gi Y là t ng l c ngang tác d ng lên ôtô khi ch y trên ñưng cong: Y = C.cos α ± G.sin α. (2-30) “ + “ khi xe ch y phía l ưng ñưng cong “ - “ khi xe ch y phía b ng ñưng cong Do góc ( nh nên xem g n ñúng ta có: Cos α ≈ 1, Sin α ≈ tg α ≈in ⇒ Y = C ± G.i n G.V 2 Y = ± i G [ V(m/s)] (2-31) R.g n Y V 2 = ± i [ V(km/h] (2-32) G 127.R n ðt µ =Y/ G là h s l c ngang (L c ngang tác d ng trên m t ñơ n v tr ng lưng xe) V 2 µ = ± i (2-33) 127 .R n Xác ñnh h s l c ngang µµµ : Lc ngang Y hay h s l c ngang µ có th gây ra nh ng nh h ưng x u cho ôtô: - Làm xe b l t - Làm xe b tr ưt ngang. - Gây c m giác khó ch u v i hành khách và ng ưi lái. - Làm tiêu hao nhiên li u và hao mòn x ăm l p. Theo ñiu ki n n ñnh ch ng l t : G.V 2 Y = ± i Mlt = Y.h; Mgi = G.cos α R.g n TS Phan Cao Th 16
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph b ð xe không b l t: G.( − ∆)≥ Y.h (2.34) 2 Trong ñó: b là kho ng cách gi a hai bánh xe. Y: l c ngang. ∆: ð l ch tâm so v i tâm hình h c c a xe ∆=0,2.b ⇒ 0,3.G.b ≥ Y.h 0,3b/h =Y/G ( t s b/h ph thu c t ng lo i xe ) Xe con b = 2 ÷3 h Xe buýt , xe t i b/h = 1,7 - 2,2 ð ñơ n gi n l y b/h = 2 ⇒ µ ≤ 0,3.2 = 0,6 µ ≤ 0,6. Theo ñiu ki n n ñnh ch ng tr ưt ngang : Q P =G. ϕ Q = Y 2 + P 2 k 1 ðiu ki n ñ xe không tr ưt: Y=G. ϕ2 Y 2 + P 2 = Q ≤ G. ϕ Trong ñó: Diãûn têch vãût baïnh xe G: T i tr ng tác d ng trên bánh xe. ϕ : H s bám gi a bánh xe v i m t ñưng 2 2 ϕ = ϕ1 +ϕ 2 ϕ 1: H s bám d c =(0,7 - 0,8) ϕ ϕ 2: H s bám ngang =(0,6 - 0,7) ϕ Y Khi ñó: Y/G ≤ ϕ 2 và µ = ≤ ϕ2 (2-35) G Khi m t ñưng khô, s ch ϕ = 0,6 ϕ 2 = 0,36 µ ≤ 0,36 TS Phan Cao Th 17
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Khi m t ñưng m, s ch ϕ = 0,4 ϕ 2 = 0,24 ⇒ µ ≤ 0,24 Khi m t ñưng m, b n ϕ = 0,2 ϕ2 = 0,12 µ ≤ 0,12 c. Theo ðiu ki n êm thu n và ti n nghi ñi v i hành khách: Khi µ ≤ 0,1 : hành khách chưa c m nh n xe vào ñưng cong. Khi µ = 0,1 - 0,15 : hành khách b t ñu c m nh n có ñưng cong và r t khó ch u. Khi µ =0,15 - 0,2 : hành khách c m th y vô cùng khó ch u. V ph ươ ng di n êm thu n c a hành khách µ ≤ 0,1 d . Theo ñiu ki n tiêu hao nhiên li u và x ăm l p: Khi ch y trên ñưng cong bánh xe ph i h p v i tr c d c m t góc δ. Do có l c ly tâm, bánh xe l ch sang m t bên và khi quay không quay h t góc δ ñưc mà ch u mt góc l ch δ so v i tr c chuy n ñng c a xe. δ càng l n thì tiêu hao x ăm l p càng nhi u. Mu n gi m nh tiêu hao này thì µ ≤ 0,1. Kt lu n : ð ñm b o ñiu kiên n ñnh và ti n nghi khi xe vào ñưng cong năm, khi thi t k chúng ta s d ng h s l c ngang µ nh ư sau: - Khi ñiu ki n ña hình thu n l i nên ch n µ ≤ 0,1. - Trong ñiu ki n khó kh ăn cho phép µ = 0,15 ( khi này ph i dùng ñ d c siêu cao l n nh t) - Trong ñiu ki n c c k ỳ khó kh ăn cho phép l y giá tr l n nh t c a µ = 0,20 (khi này ph i dùng gi i pháp thi t k ñưng cong con r n) 2.2.3 XÁC ðNH BÁN KÍNH ðƯNG CONG N M NH NH T 2.2.3.1. Theo ñiu ki n v h s l c ngang : Có b trí siêu cao: v 2 V 2 Rmin = max = max (2-36) g(µ + isc ) 127 (µ + isc ) TS Phan Cao Th 18
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Không b trí siêu cao: 2 2 ksc v V Rmin = = (2-37) g(µ − in ) 127 (µ − in ) 2.2.3.2. Theo ñiu ki n ñm b o t m nhìn ban ñêm : 30 SI Rmin = (2-38) α Trong ñó : SI : T m nhìn m t chi u [m] α : Góc chi u sáng c a pha ñèn ô tô. [ 2 ñ ] 2.2.4 SIÊU CAO (superevelevation or pdévers) 2.2.4.1 Siêu cao và ñ d c siêu cao : T công th c xác ñnh h s l c ngang V 2 µ = ± i 127 .R n ð gi m có các bi n pháp sau: - T ăng R. - Gi m V. - Làm d c ngang m t mái v phía b ng ñưng cong (siêu cao) a. M c ñích c a vi c b trí siêu cao: - Nh m gi m h s l c ngang µ - Tăng t c ñ xe ch y - Tăng m c ñ an toàn xe ch y. b. ð d c siêu cao: + ð d c siêu cao : i sc = i n -> i scmax Trong ñó : i n là ñ d c ngang c a m t ñưng ( %) iscmax là ñ d c siêu cao l n nh t ( %) + Xác ñnh ñ d c siêu cao l n nh t trên c ơ s c a công th c sau: TS Phan Cao Th 19
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph V 2 isc = (2-39) R.g.n ð d c siêu cao ng v i các bán kính ñưng cong n m (TCVN4054-05) Không §édèc siªu 8 7 6 5 4 3 2 làm siêu Tèc ®é cao tÝnh to¸n km/h 400 450 500 550 650 800 1000 100 ≥ 4000 ÷ 450 ÷ 500 ÷ 550 ÷ 650 ÷ 800 ÷ 1000 ÷ 4000 250 275 300 350 425 500 650 80 ≥ 2500 ÷ 275 ÷ 300 ÷ 350 ÷ 425 ÷ 500 ÷ 650 ÷ 2500 125 150 175 200 250 300 60 - ≥ 1500 ÷150 ÷175 ÷ 200 ÷250 ÷ 300 ÷ 1500 40 - - 60 ÷ 75 75 ÷ 10 100 ÷ 600 ≥ 600 30 - 30 ÷50 50 ÷ 75 75 ÷ 350 ≥ 350 20 - 25 ÷ 50 50 ÷ 75 75 ÷ 150 - ≥ 150 2.2.4.2. C u t o d d c siêu cao: - ðon n i siêu cao ñưc th c hi n v i Âoaûn näúi siãu cao mc ñích chuy n hóa m t cách ñiu hòa t tr c ngang thông th ưng hai mái sang tr c ngang ñc bi t có siêu cao . R0 B S chuy n hóa s t o ra m t ñ d c ph ip. ðưng cong tròn Chi u dài ñon n i siêu cao: i sc (B + E) L n = (2-40) i p Trong ñó: cao Âoaûn siãu näúi B: B r ng m t ñưng. E: ð m r ng m t ñưng trong ñưng cong. ip: ð d c d c ph cho phép Ly ip = 1% khi V = 20(40 km/h. TS Phan Cao Th 20
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph L y ip = 0,5% khi V ( 60 km/h. * Vi c chuy n hóa ñưc ti n hành nh ư sau : Tr ưc khi vào ñon n i siêu cao, c n m t ñon 10m ñ vu t cho l ñưng có cùng ñ d c ngang c a m t ñưng in sau ñó ti n hành theo 1 trong 3 ph ươ ng pháp sau : 1. Quay mái m t ñưng và l ñưng phái l ưng ñưng cong quanh tim ñưng cho mt ñưng tr thành m t mái v i ñ d c t i thi u r i ti p t c quay quanh tim cho ti khi c m t ñưng ñt ñ d c siêu cao (th ưng dùng v i ñưng thành ph có b rng ph n xe ch y h p). 2. Quay m t ñưng và l ñưng phái l ưng ñưng cong quanh tim ñưng cho m t ñưng tr thành m t mái v i ñ d c t i thi u, sau ñoú quay quanh mép trong m t ñưng cho ñn khi ñt ñn ñ d c siêu cao (ph ươ ng pháp này kh i l ưng ñào ñp nhi u nên th ưng dùng cho ñưng ngoài thành ph ) 3. Khi ph n xe ch y l n h ơn 7m có th th c hi n b ng cách quay quanh 1 tr c o cách mép ph n xe ch y 7m. 2.2.5 ðƯNG CONG CHUY N TI P (Transition curve or courbe de transition). 2.2.5.1 Mc ñích c a vi c thi t k ñưng cong chuy n ti p: Khi xe ch y t ñưng th ng vào ñưng cong, ph i chu các thay ñi: - Bán kính t ∞ chuy n b ng R. - Lc ly tâm t ăng t 0 ñn C - Góc δ h p gi a tr c bánh xe tr ưc và tr c sau xe t 0 ñn δ . Nh ng bi n ñi ñt ng t ñó gây c m giác khó ch u cho ng ưi lái xe và hành khách. ð ñm b o có s chuy n bi n ñiu hòa v l c ly tâm, v góc ( và v c m giác c a hành khách c n ph i có m t ñưng cong chuy n ti p gi a ñưng th ng và ñưng cong tròn. ðng th i làm cho tuy n hài hòa h ơn, t m nhìn ñm b o h ơn. TS Phan Cao Th 21
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 2.2.5.2 Xác ñnh chi u dài c a ñưng cong chuy n ti p: * Các gi thi t: Gi thi t 1 là t c ñ xe ch y trên ñưng cong chuy n ti p không ñi và b ng t c ñ thi t k . Gi thi t 2 là trên chi u dài ñưng cong chuy n ti p, gia tc ly tâm thay ñi t 0 ñn v 2 / R ñng th i bán kính ñưng cong thay ñi ñu t ρ =0 t i R, t l b c nh t v i chi u dài ñưng cong chuy n ti p. - G i I là ñ t ăng gia t c ly tâm trên ñưng cong chuy n ti p I = const - t là th i gian xe ch y trên ñưng cong chuy n ti p. V 2 I = (m/s 3) R.t L t = ct (s) V v 3 ⇒ I = L.R ct v 3 ⇒ L = [ V (m/s)] (2-41) ct R.I V 3 Lct = [V(km/h)] (2-42) 47.R.I Trong ñó: - V: tc ñ xe ch y [km/h] y C - R: Bán kính ñưng cong n m. R= S - I: ð t ăng gia t c ly tâm (m/s 3). Theo quy trình M : I = 0,3(0,9 m/s 3 Theo quy trình Pháp : I = 0,65(1 m/s 3 Theo quy trình Vi t Nam : I = 0,5 m/s 3 α x 3 A V s Lct = 23 R.5, (2-43) TS Phan Cao Th 22
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph * L ưu ý: Khi ñưng cong v a có Ln, Lct thì b trí ñon vu t n i và chuy n ti p trùng nhau và l y cùng m t chi u dài: L = max [ L ct , L n] Ph ươ ng trình c a ñưng cong chuy n ti p: Xét m t ñim b t k ỳ trên ñưng cong chuy n ti p. Có chi u dài tính t g c t a ñ S, bán kính ρ: V 3 S = (2-44) 47 ρ I Gi C= v 3/ I = const C C ⇒ S = hay ρ = ρ S ðây là ph ươ ng trình ñưng cong clothoide hay còn g i là ñưng xo n c Euler . 2 ðt C = A = R.L ct A 2 ⇒ S = (2-45) ρ Trong ñó: A: Gi là thông s c a ñưng cong clothoide: A = L.R ct (m) (2-46) A l n: ñưng cong tho i A nh : ñưng cong g p A quy t ñnh d ng c a ñưng cong. Ph ươ ng trình thông s h t a ñ Descarte: Ph ươ ng trình ρ =C/S là ph ươ ng trình trong h t a ñ ñc c c, chuy n sang d ng ta ñ vuông góc ðcác: S5 S9 x = S − + − 40.A 4 3456.A8 S3 S7 S11 y = − + − (2-47) 6.A 2 336.A 6 42240.A10 TS Phan Cao Th 23
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph ðây là chu i có tính hi t nhanh ch c n tính v i hai s h ng ñu là ñ. Ph ươ ng pháp c m ñưng cong chuy n ti p: ( 7 b ưc- xem GT TK ð 1-GS ð Bá Ch ươ ng – NXB GD 2006 ) 1/ Tính các y u t c ơ b n c a ñưng cong tròn theo góc α và bán kính R: - Ti p tuy n c a ñưng cong - Chi u dài ñưng cong - Phân c 2/ Tín h toán chi u dài ñưng cong chuy n ti p: Lct 3/ Tính góc k p gi a ñưng th ng và ti p tuy n cu i ðCCT: Lct ϕ = ph i th a mãn ñiu ki n α ≥ 2 ϕ0 . N u không th a mãn thì ph i t ăng R 0 2R ho c gi m chi u dài ñưng cong chuy n ti p. 4/. Xác ñnh t a ñ ñim cu i c a ñưng cong chuy n ti p: Ho c tra b ng (3-8). 5 9 α S S ϕ0 x0 = S − + − 40.A 4 3456.A8 R S3 S7 S11 y0 = − + − R1 6.A 2 336.A 6 42240.A10 NC TC Vi A Ľ α NÂ P’ y0 e. Xác ñnh các chuy n d ch p’ và t: TÂ t T p'= y − R(1− cosϕ ) x 0 0 0 t = x 0 − sin ϕ0 p’ nh ít nh h ưng và th c t không có ý ngh ĩa ( ñiu ki n p > R/100). 5/. Xác ñnh ñim b t ñu và ñim k t thúc c a ñưng cong chuy n ti p N ð,NC mi v i T = t +T. - Xác ñnh các ph n còn l i c a ñưng cong chuy n ti p: TS Phan Cao Th 24
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph α 0 T0= R tg 0 2 π.α 0 .R 1 K0= 180     1 P =R  −1 0 1  α   cos 0   2  Ta ñ ñim ñu và ñim cu i: TðT1 = ND = ð - ( t + T) TCT 1 = NC = N ð + K 0 + 2Lct K0: Chi u dài ñưng cong cơ b n : π.α 0 .R 1 K0= 180 6/ C m các ñim trung gian c a ñưng cong chuy n ti p: Khi có kho ng cách S S5 S9 x s = S - + − 40.A 4 3456A8 S3 S7 S11 y s = − + − 6A 2 336A6 42240A10 Công vi c tính toán ph c t p nên có th s d ng b ng 3-8/P50/TK ð T p 1 ho c 7-5/P193/TK ð T p 4 Các d ng ñưng cong thay th : Nu trong ph ươ ng trình ñc c c: - Thay S = a ( a là dây cung) ta s ñưc parabol ph ươ ng trình lemniscate: clothoide ρ = 3.C.sin2 ω - Thay S = x (x là hoành ñ ) ta s có lemniscate ph ươ ng trình parabol b c 3: TS Phan Cao Th 25
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph x3 y = y = 6A2 0 + Khi ϕ0 ≤ 24 ph ươ ng trình lemniscate th ưng ñưc s d ng trong các nút giao thông khác m c 2.2.6 M R NG PH N XE CH Y TRÊN ðƯNG CONG Khi xe ch y trên ñưng cong, tr c sau c ñnh luôn luôn h ưng tâm, còn bánh tr ưc h p v i tr c sau 1 góc, nên yêu c u chi u r ng ph n xe ch y ph i l n h ơn so vi trên ñưng th ng. L2 ð m r ng c a m t làn xe : e 1 = (2-48) 2R Trong ñó: e1 là ñ m r ng. L : Chi u dài tínhh toán t tr c sau c a xe ñn gi m x c ñng tr ưc R : Bán kính ñưng cong. ð tính toán ñ l c ngang c a xe khi xe chuy n ñng ta ph i b sung: L2 0,05.V e1 = + (2-49) 2R R e1 L ð m í r ng ph n xe ch y : 1 K e2 Khi có 2 làn xe tr lên thì tính g n ñúng: L2 0,1.V L E = e 1 + e 2 = + (2-50) R R R K2 B Khi có n làn xe: E = n.e (2-51) e : ñ m r ng c a m t làn xe. n : s làn xe. TS Phan Cao Th 26
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph * L ưu ý: - V i nh ng tr ưng h p ñc bi t (có th có xe kéo mooc, xe tr v t r t dài ) ph i có s tính toán riêng - Khi m r ng ñưng cong nên m r ng v phía b ng. Trong m t s tr ưng h p ph i m r ng v phía l ưng. ð m r ng theo TCVN 4054-05 (b ng 12 ) Bán kính ñưng cong n m (m) Dòng xe P c (2-53) Pk min (2-55) TS Phan Cao Th 27
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph C C + C XD KT CXD CKT i i% Hình 2 : C ơ s xác ñnh ñ d c d c B ng 2.1: Theo TCVN 4054 - 05 ñ d c d c l n nh t cho phép nh ư sau : Cp I II III IV IV hng ðng ðng ðng ða ðng bng, Núi bng, Núi bng, Núi Núi hình bng ñi ñi ñi I dmax 4 5 7 6 8 7 9 10 % 2.3.1.2 Xác ñnh ñ d c d c nh nh t i dmin : Xác ñnh theo ñiu ki n ñ m b o thoát n ưc trong rãnh biên ( rãnh d c ) : N n ñưng ñ p cao ( không có rãnh biên ) i dmin = 0 % N n ñưng ñ p th p, n a ñào-na ñ p, n n ñào (có rãnh biên) i dmin =0,5% cá bi t i dmin = 0,3% 2.3.1.3 Chi u dài ñon d c Chi u dài ñon d c l n nh t : Ph thu c vào t c ñ tính toán và ñ d c d c TS Phan Cao Th 28
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Bng 2.2 :Chi u dài l n nh t c a d c d c (m) Tèc®é tÝnhto¸n 20 30 40 60 80 100 idmax km/h Dècdäc% 4 1200 1100 1100 1000 900 800 5 1000 900 900 800 700 - 6 800 700 700 600 - - 7 700 600 600 500 - - 8 600 500 500 - - - 9 400 400 - - - - 10 300 - - - - - Chi u dài ñon d c nh nh t : ð h n ch tr c d c d ng r ăng c ưa và có th b trí hai ñưng cong ñ ng thì chi u dài ñon d c t i thi u nh ư sau: Bng 2.3: Chi u dài t i thi u ñ i d c Tc ñ tính toán, km/h 100 80 60 40 30 20 Chi u dài t i thi u ñ i d c, 250 200 150 120 100 60 m 2.3.1.4. Gi m ñ d c d c trên ñưng cong n m : Trong ñưng cong n m có bán kính cong nh , d c d c ghi trong b ng 5.2 ph i chi t gi m m t l ưng quy ñ nh trong sau Bng5.4 : L ưng d c d c chi t gi m trong ñưng cong n m có bán kính nh Bán kính cong n m, m 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 50 Dc d c ph i chi t gi m, % 2,5 2 1,5 1 2.3.2 ðưngcong ñ ng (Vertical curve – courbe vertical) 2.3.2.1 Ph m vi thi t k ñưng cong ñ ng : Da vào hi u ñ i s hai ñ d c d c liên ti p i1- i 2= ∆i 0 Khi ∆i ≤ 5,0 /00 ph i thi t k ñưng cong ñ ng ñ i v i ñưng c p I, II 0 Khi ∆i ≥ 10 /00 ph i thi t k ñưng cong ñ ng ñ i v i ñưng c p III 0 Khi ∆i ≥20 /00 ph i thi t k ñưng cong ñ ng ñ i v i ñưng c p IV , V TS Phan Cao Th 29
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph i : l y d u "+ "khi lên d c, l y d u "-" khi xu ng d c 2.3.2.2 Xác ñnh bán kính t i thi u c a ñưng cong ñ ng : ðưng cong ñ ng l i ( crest curve) + C ơ s ơ xác ñnh : C ăn c vào ñiu ki n t m nhìn trong ñưng cong ñ ng l i + Xác ñnh bán kính t i thi u c a ñưng cong ñ ng l i : L l1 l2 a2 B A C i2 a1 R i1 O Hình: S ơ ñ xác ñ nh bàn kính t i thi u ñưng cong ñ ng l i Gi d 1,d 2 là chi u cao m t ng ưi lái xe và chi u cao c a v t (d 1 = 1,2m) L: Chi u dài ph i nhìn th y. R: Bán kính ñưng cong ñ ng. BC AC = ⇒ AC 2 = BC .DC AC DC Do R r t l n so v i d 1,d 2 xem g n ñúng: BC ≈ d1 DC = 2R - d1 ≈ 2R AC ≈ l1 l1 = 2Rd 1 ; l2 = 2Rd 2 ⇒ S = l1 + l2 = 2Rd 1 + 2Rd 2 = 2R( d1 + d 2 ) 1 (2 d + d ) 2 S = 1 2 ⇒ R = 2 (2-56) 2 R S 2 (2 d1 + d 2 ) - Tr ưng h p v t 2 c ñ nh trên m t ñưng và có chi u cao r t nh : d 2 ≈0 S 2 S 2 R = = I (2-57) 2 (2 d1 ) 2d1 - Tr ưng h p v t 2 là xe cùng lo i v i xe 1 : d 1= d 2 =1,2(m) TS Phan Cao Th 30
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph S 2 R = II (2-58) 8d ðưng cong ñ ng lõm ( valley curve) Cơ s xác ñ nh : - Theo ñiu ki n không quá t i ñ i v i lò xo nhíp xe và không khó ch u ñ i v i hành khách ( h n ch l c ly tâm) - Theo ñiu ki n ñm b o t m nhìn ban ñêm : * Xác ñnh bán kính t i thi u c a ñưng cong ñ ng lõm : + Theo ñiu ki n không quá t i ñ i v i lò xo nhíp xe và không khó ch u ñ i v i hành khách: Gi a: là gia t c ly tâm cho phép a = 0,5-0,7m/s 2 v 2 v 2 a = ⇒ R = R a Trong ñó: v : V n t c xe ch y (m/s). R : Bán kính ñưng cong ñ ng lõm (m) V 2 R = (V:km/h) (2-59) 6,5 + Theo ñiu ki n ñ m b o t m nhìn ban ñêm : R α h hâ SI Hình 2.: S ơ ñ xác ñ nh bàn kính t i thi u ñưng cong ñng lõm α h = h + S .sin d I 2 BD=h ñ BC AC = ⇒ AC 2 = BC .DC AC DC 2 2 S S I ⇒ S = 2R.h ⇒ R = I = (2-60) I 2h α (2 h + S .sin ) d I 2 Trong ñó: S I : T m nhìn m t chi u TS Phan Cao Th 31
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph h ñ : Chi u cao ñèn α : Góc chi u sáng c a pha ñèn α= 2 o Bng : Bán kính t i thi u c a ñưng cong ñ ng l i và lõm theo tiêu chu n 4054-05 Tc ñ tính toán, 100 80 60 40 30 20 km/h Bán kính ñưng cong ñng l i, m Ti thi u gi i h n 6000 4000 2500 700 400 200 Ti thi u thông th ưng 10000 5000 4000 1000 600 200 Bán kính ñưng cong ñng lõm, m Ti thi u gi i h n 3000 2000 1000 450 250 100 Ti thi u thông th ưng 5000 3000 1500 700 400 200 Các y u t c a ñưng cong ñ ng : + ð dài ñưng cong: K= ( i 1 - i 2)R (2-61) (i − i ) + ð dài ñưng tang: T = R. 1 2 (2-62) 2 T 2 K 2 + Phân c : d = = (2-63) 2R 8R Trong ñó : R : bán kính ñưng cong ñ ng (m) i 1, i 2 : ñ d c d c c a 2 ñon d c liên ti p 2.3.2 TRÌNH T THI T K ðƯNG ð 2.3.2.1 Yêu c u, nguyên t c khi thi t k tr c d c - Tr c d c ph i thoã mãn các ch tiêu kinh t k thu t. - Tr c d c ph i ñ m b o tuy n u n l ưn ñ u ñ n, ít thay ñ i ñ d c và nên dùng ñ d c nh n u ñ a hình cho phép. Trong ñiu ki n ñ a hình khó kh ăn m i s dng các tr s gi i h n ( i dmax , R min . . . ) - Khi thi t k tr c d c ph i ph i h p v i thi t k bình ñ và thi t k tr c ngang. - Thi t k tr c d c ph i ñ m b o các cao ñ các ñim kh ng ch và cao ñ các ñim mong mu n. TS Phan Cao Th 32
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph - Không nên thi t k nh ng ñưng cong n m bán kính nh d ưi chân nh ng ñon d c có ñ d c l n. - Nên thi t k ñ nh c a ñưng cong ñ ng và ñnh c a ñưng cong n m trùng nhau. N u khó kh ăn thì không ñưc l ch nhau quá 1/4 chi u dài ñưng cong ng n h ơn. - Ph i ñ m b o thoát n ưc cho n n ñưng ñào và nn ñưng ñ p th p. - ðáy rãnh d c nên thi t k song song v i mép n n ñưng ( i d ≥ i dmin ) - Khi thi t k tr c d c ph i chú ý ñ n các ñiu ki n thi công sau này ( thi công cơ gi i hoá hay thi công b ng th công) - Thi t k tr c d c ph i chú ý ñ kh i l ưng ñào, ñp t ươ ng ñươ ng nhau. ðào trên cao và ñp d ưi th p - Khi thi t k nên ñp th p h ơn nên ñào nông vì n n ñào làm ph c t p vi c thoát nưc và làm ñưng bi cách bi t v i c nh quan. 2.3.2. 2 Xác ñnh các ñim kh ng ch : Cao ñ kh ng ch là cao ñ bu c ñưng ñ ph i ñi qua ho c cao ñ ñưng ñ ph i cao h ơn m t cao ñô t i thi u, ho c cao ñ ñưng ñ ph i th p h ơn m t cao ñ ti ña nào ñó. Các ñim kh ng ch bu c ñưng ñ ph i ñi qua : - ðim ñ u và ñim cu i c a tuy n . - ðim giao nhau v i các ñưng giao thông khác có c p h ng cao h ơn . - ðim giao nhau v i ñưng s t . - Cao ñ các ñon tuy n ñi qua khu dân c ư - Cao ñ m t c u Các ñim kh ng ch bu c ñưng ñ ph i cao h ơn : - Cao ñ t i thi u trên c ng thoát n ưc TK + ði v i c ng tròn: Cao ñ thi t k nh nh t ( H min ) ñưc ch n giá tr l n nh t trong hai ñiu ki n sau: • Mép n n ñưng cao so m c n ưc ng p ≥ 0,5m • Kho ng cách t ñ nh c ng ñ n ñáy k t c u áo ñưng ≥ 0,5m TK + ði v i c ng vuông, c ng ch nh t: Cao ñ thi t k nh nh t H min l y ngay trên ñnh c ng mà không c n ñ t ñ p trên c ng - Cao ñ t i thi u t i các ñon tuy n ven sông, ñ u c u, nh ng ñon ng p n ưc, nưc ng m ho t ñ ng cao, n n d p trên ñt y u TS Phan Cao Th 33
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Các ñim kh ng ch bu c ñưng ñ ph i th p h ơn : - Ti nút giao nhau khác m c do kh ng ch cao ñ c a ñưng ch y trên - T i n ơi kh ng ch cao ñ ñưng dây ñin cao th 2.3.2.3 Các ñim mong mu n (needle level) : Là cao ñ tho mãn hàm m c tiêu ca ng ưi thi t k trên c ơ s c a ñiu ki n ñ a hình, tính ch t dòng xe th ưng ch n hàm m c tiêu là giá thành XD nh nh t, ngh ĩa là t n d ng kh i l ưng ñ t ñào ñp n n ñưng thông qua di n tích ñào và di n tích ñ p t i m i m t c t ngang tươ ng ñươ ng nhau. C ũng có th dùng hàm m c tiêu là giá thành XD các công trình ch ng ñ ñàm b o tính n ñ nh c a n n ñưng ñưc ñưa ra gi a các ph ươ ng án làm và không ph i làm công trình ch ng ñ gia c . ð xác ñ nh ñưc hình d ng c a n n ñưng và chi u cao h ñào , h ñp mong mu n ti m i ñon cn phân tr c d c thành nh ng ñon có ñ d c nh ư sau ñ xác ñ nh cao ñ c a nh ng ñim mong mu n (cao ñ ch ñ o ) iS 30% d ng tr c ngang ch L ho c thiên v ph n ñào nhi u h ơn . ð xác ñ nh cao ñ mong mu n cho t ng ñon tr c d c (ho c t ng c c ñ i di n ) t i nơi có F ñào =F ñp s xác ñ nh ñưc tr c ngang kinh t . (1) : F ñào = F ñp (2) : ðào hoàn toàn, (3) : ðphoàn toàn F (m2 ) Fâaìo Fâàõp Hâaìo (m) (2) (1) (3) Hâaìo (m) Hình : ð th quan h gi a F ñào và F ñp ti c c ñ c tr ưng cho ñon ñ a hình TS Phan Cao Th 34
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 2.3.2.4 Các ph ươ ng pháp thi t k tr c d c : (2 ph ươ ng pháp ) + Ph ươ ng pháp ñưng bao: S d ng ñ i v i ñưng vùng ñng b ng và ñưng nâng c p, c i t o + Ph ươ ng pháp ñưng c t: S d ng ñ i v i ñưng thi t k m i vùng ñi - núi 2.3.2.5 Trình t thi t k tr c d c Bưc1 : Xác ñnh cao ñ nh ng ñim không ch và ñim mong mu n. Bưc 2 : S ơ b v ch ñưng ñ ph i thoã mãn các yêu c u và nguyên t c nêu m c 2.3.2.1 Bưc 3 : + Phân tr c d c thành nh ng ñon ñ c tr ưng v ñ d c d c c a ñưng ñ. Xác ñnh cao ñ các ñim ñ u c a ñon d c, sau ñó tính toán ñ nh tr s dc d c cho ñon ñó m t cách chính xác ( yêu c u b t bu c ph i ch n ph n nghìn ch không ph i làm tròn). + Tính cao ñ c a ñim ñ u, sau ñó chuy n cao ñ ñưng ñ nh ng c c ti p theo cho t i ñim cu i d c. + Ki m tra l i các yêu c u c a ñưng ñ , ñiu ch nh l i n u th y c n thi t. + Tính chi u cao ñào ñp ñ t t t c các c c. + Xác ñnh v trí các ñim xuyên ñ ph c v cho vi c tính toán kh i l ưng công tác sau này. Trong thi t k ñưng g p hai tr ưng h p tính toán ñim xuyên sau : ðưng ñ là ñưng d c th ng : (hình ) h1 X 1 = l1 ( m) (2-64) h1 + h2 ðưng ñ là ñưng cong ñ ng: ± 2 2 X 2 = R.I R I + 2R(l2 .I − h) (m) (2-65) Trong ñó: X1- Kho ng cách t các c c có chi u cao ñào hay ñp là h 1, h 2 l1: Kho ng cách gi a hai c c ( ch n 2 c c g n ñim xuyên) h, h 2 : Chi u cao ñào, ñp t i 2 c c g n ñim xuyên X 2: Kho ng cách tính t ñim xuyên t i ñim 0 có ñ d c i =0 trên ñưng cong ñng; l 2: Kho ng cách tính t ñim O t i c c chi ti t g n nh t; I : ð d c t nhiên c a ñ t TS Phan Cao Th 35
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph B 2 1 1 O h1 h2 2 I x1 A l1 x2 l2 a) ðưng ñ là ñưng d c th ng b) ðưng ñ là ñưng cong ñ ng Hình : S ơ ñ tính ñim xuyên 2.4 TR C NGANG ðƯNG ÔTÔ (Cross section – Profil en travers) Tr c ngang là hình chi u các y u t c a ñưng lên hình chi u th ng góc v i tim ñưng. Các y u t trên tr c ngang g m : - Ph n xe ch y (Carriage way) - L ñưng ( shoulder = verge) - D i phân cách (median strip) - D i ñ t d tr (reserved strip) - Rãnh biên (side ditch) - Taluy (slope) và ñ d c taluy Ngoài ra trên m t c t ngang còn có th hi n ñon tránh xe, làn xe ph cho xe ti leo d c, hành lang b o v 2.4.1 B R NG CÁC Y U T TRÊN TR C NGANG 1. B r ng ph n xe ch y : ðnh ngh ĩa : Ph n xe ch y là b ph n c a n n ñưng ñưc t ăng c ưng b ng mt hay nhi u l p v t li u ñ ch u tác d ng tr c ti p c a t i tr ng xe ch y và các ñiu ki n t nhiên. B r ng ph n xe ch y có nh h ưng tr c ti p ñ n ch t l ưng dòng xe, t c ñ xe ch y, kh n ăng thông hành và an toàn giao thông. B r ng ph n xe ch y ph thu c vào : chi u r ng s làn xe, s làn xe, t ch c giao thông Chi u r ng c a 1 làn xe Làn xe là không gian ñ r ng ñ xe ch y n i nhau theo 1 chi u, ñ m b o an toàn vi v n t c thi t k , b r ng làn xe là không gian t i thi u ñ ch a xe và 2 kho ng dao ñng ngang c a xe B r ng c a m t làn xe ph thu c vào kích th ưc c a xe, v n t c c a xe và v trí ca làn xe trong m t ñưng. Kích th ưc ho c v n t c xe càng l n thì chi u r ng c a mt làn xe càng l n. Xe có kích th ưc càng l n thì v n t c càng nh và ng ưc l i. TS Phan Cao Th 36
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Vì v y khi tính chi u r ng c a m t làn xe chúng ta ph i tính cho hai tr ưng h p xe con và xe t i n ng. Xét v v trí xe trong tr c ngang m t ñưng có th có các lo i sau ñây: a) ðưng có 2 làn xe: a 2 a1 y y 1 c1 x1x 2 c2 2 B1 B2 B b) ðưng có 4 làn xe: B B4 B 3 D2 a2 a1 D1 Hình : M t c t ngang ñưng 4 làn xe c) ðưng có 6 làn xe: B B5 B4 B3 D2 D D a2 2 2 a2 D1 a1 Hình : M t c t ngang ñưng 6 làn xe a + c B = 1 1 + x + y (2-66) 1 2 1 1 a + c B = 2 2 + x + y (2-67) 2 2 2 2 a + c B = 1 1 + D + y (2-68) 3 2 1 1 a + c B = 2 2 + D + y (2-69) 4 2 2 2 B5 = a2 + 2D2 (2-70) TS Phan Cao Th 37
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Trong ñó: a : B r ng thùng xe(m) c : Kho ng cách tim hai bánh xe (m) x, D: Kho ng cách t s ưn thùng xe ñn làn xe bên c nh(m) y : Kho ng cách t tim bánh xe ngoài ñn mép ph n xe ch y(m) x = y = 0,5 + 0,005V (m) D = 0,35 + 0,005V (m); V(km/h) Bng : B r ng 1 làn xe theo tiêu chu n 4054 - 05 Cp I II III IV V VI ñưng ða ðng ðng ð. ðng ðng ðng Núi Núi Núi Núi hình bng bng bng bng bng bng B 3.5 3.5 3.5 rng 1 3.75 3.75 3.5 3.0 3.5 2.75 2.75 (1làn) (1làn) (1làn) làn xe 2. S làn xe S làn xe ch y nên ch n là ch n, tr tr ưng h p hai chi u có l ưng xe chênh lch ñáng k ho c có t ch c giao thông ñ c bi t S làn xe yêu c u ñưc xác ñ nh theo công th c sau: N n = cdgio (làn) (2-71) ZxN lth Trong ñó : n: s làn xe yêu c u, ñưc l y tròn ñn s nguyên (làn) N cdgio : l ưu l ưng xe con qui ñ i trong gi cao ñim n ăm tính toán (xcq ñ/h) Ncdgio = α .N xcng ñêm (xcq ñ/h) (2-72) Trong ñó: N xcng ñêm : l ưu l ưng xe con quy ñ i trong 1 ngày ñêm n ăm tính toán (xcq ñ/ng ñêm) α : h s quy ñ i l ưu l ưng xe ngày ñêm v l ưu l ưng xe gi cao ñim theo tiêu chu n TCVN4054-05 là α = (0,1-0,12) Z : h s s d ng n ăng l c thông hành, ph thu c vào t c ñ xe ch y Vtk ≤ 40 km/h: Z = 0,85. Vtk = 60 km/h: Z = 0,55 ñi v i ñưng vùng ñng b ng Z = 0,77 ñi v i ñưng vùng ñi, núi TS Phan Cao Th 38
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Vtk ≥ 80 km/h: Z = 0,55 N lth : kh n ăng thông hành th c t l n nh t c a 1 làn xe, l y nh ư sau : - Khi có phân cách xe ch y trái chi u và phân cách ôtô v i xe thô s ơ N lth =1800 (xcq ñ/h.làn). - Khi có phân cách xe ch y trái chi u và không phân cách ôtô v i xe thô s ơ Nlth =1500 (xcq ñ/h.làn). - Khi không phân cách trái chi u và không phân cách ôtô v i xe thô s ơ N lth =1000 (xcq ñ/h.làn). Th c t ch d báo ñưc l ưu l ưng xe h n h p nên ph i quy ñ i ra xe con nh ư sau : n N = ∑ N i .ki (2-73) i Trong ñó : n : s lo i xe trong dòng xe N i : l ưu l ưng c a lo i xe th i n ăm tính toán ( xe/ng. ñêm ) K i : h s quy ñ i lo i xe th i v xe con Bng : H s qui ñ i t xe các lo i ra xe con theo tiêu chu n 4054-05 Lo i xe Xe t i 2 Xe t i có Xe kéo Xe Xe Xe tr c và xe trên 3 tr c moóc, xe ñp máy con buýt d ưi và xe buýt buýt kéo ða hình 25 ch ln moóc ðng b ng và 0,2 0,3 1,0 2,0 2,5 3,0 ñi Núi 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 4,0 Bng : H s qui ñ i t xe các lo i ra xe con theo tiêu chu n TCXDVN 104 -2007 Tc ñ thi t k , km/h Lo i xe ≥≥≥ 60 30, 40, 50 ≤≤≤ 20 Xe ñp 0,5 0,3 0,2 Xe máy 0,5 0,25 0,15 Xe ôtô con 1,0 1,0 1,0 Xe t i 2 tr c và xe buýt d ưi 25 ch 2,0 2,5 2,5 Xe t i có t 3 tr c tr lên và xe buýt l n 2,5 3,0 3,5 Xe kéo moóc và xe buýt có kh p n i 3,0 4,0 4,5 Ghi chú : 1. Tr ưng h p s d ng làn chuyên d ng, ñưng chuyên d ng (xe buýt, xe t i, xe ñ p ) thì không c n quy ñ i 2. Không khuy n khích t ch c xe ñ p ch y chung làn v i xe ôtô trên các ñưng có t c ñ thi t k ≥ 60 km/h TS Phan Cao Th 39
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3. D i phân cách : PhÇn xe ch¹y PhÇn ph©n c¸ch PhÇn xe ch¹y D¶i D¶i an toµn D¶i an toµn ph©n c¸ch a)Ph©nc¸ch®¬ngi¶n phÇn ph©n c¸ch w v¹chs¬n cïngcao®évíiphÇnxech¹y,cãsödôngv¹chs¬n b)CãbãvØa(lo¹iA,B,C) phÇn ph©n c¸ch phÇn ph©n c¸ch w w lo¹ia lo¹ib d¶iph©nc¸chbobãvØav®−îcphñmÆt d¶iph©nc¸chbobãvØavtrångc©y,th¶mcá,thun−íc2bªn phÇn ph©n c¸ch w lo¹ic d¶iph©nc¸chbobãvØavtrångc©y,th¶mcá,thu n−ícëgi÷a c)kh«ngbãvØa(lo¹id,e,f) phÇn ph©n c¸ch phÇn ph©n c¸ch w w lo¹id d¶iph©nc¸chphñmÆtngangb»ngkÕthîpvíibariephßnghé. phÇn ph©n c¸ch w Hình : C u t o d i phân cách gi a lo¹ie d¶iph©nc¸chphñmÆtngangh¹thÊpthun−íc,trångc©yth¶mcá phÇn ph©n c¸ch w lo¹ie d¶iph©nc¸chlkho¶ng®Êtgi÷a2nÒn®−êng phÇn ph©n c¸ch w lo¹if d¶iph©nc¸chlm¸italuygi÷a2nÒn®−êng TS Phan Cao Th 40
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Di phân cách gi a: là kho ng không gian tr ng ñ phân cách 2 chi u xe ch y cho phép xe quay ñu, tr ưc công trình h m, c u l n và qua ñưng nh ng n ơi quy ñnh. + D i phân cách r ng <3m th ưng ñưc s d ng do ti t ki m chi phí xây d ng. Phn phân cách ph i ph m t và bao b ng bó v a., có th cao h ơn ph n xe ch y, có th cao b ng ph n xe ch y, ho c th p h ơn ph n xe ch y. Ph i c t d i phân cách gi a ñ làm ch quay ñ u xe, ch quay ñ u xe ñưc b trí cách nhau không d ưi 500 m. V c u t o có th là d i phân cách c ñ nh hay phân cách m m. ði v i ñưng có 4 làn xe tr lên và có gia c hai bên thì ph i b trí gi i phân cách gi a. Kích th ưc t i thi u c a gi i phân cách ñưc c u t o theo b ng dưi C u t o t i thi u gi i phân cách gi a theo TCVN 4054-05 Chi u r ng t i Ph n Ph n an Tr ưng h p c u t o thi u d i phân phân cách toàn (gia c ) cách gi a Bng d i phân cách bê tông ñúc s n, bó v a có l p ph , 0,50 2x0,50 1,50 không b trí tr (c t) công trình Xây bó v a, có l p ph , có b 1,50 2x0,50 2,50 trí tr công trình Không có l p ph 3,00 2x0,50 4,00 Di phân cách bên : là kho ng không gian tr ng ñ t trên l gia c , ñ tách làn xe ñp và xe thô s ơ v i làn xe c ơ gi i và cho phép xe quay ñu nh ng n ơi qui ñnh. Ch b trí v i ñưng c p II tr lên Cu t o c a d i phân cách bên : + 2 v ch k liên t c + Chôn c c thép b t ch t v i các thanh tôn l ưn sóng + Xây bó v a 4. L ñưng : bao gm có l ñ t và l gia c L ñưng là d i ñ t song song và n m sát ph n xe ch y Tác d ng c a l ñưng : + T ăng ñ n ñ nh cho mép ph n xe ch y không b phá ho i + ð d ng xe khi c n thi t, ñ t p k t v t li u . . . + ð d tr ñ t TS Phan Cao Th 41
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph - ði v i ñưng c p III tr lên k t c u ph n l gia c ñưc làm b ng v t li u nh ư l p m t c a áo ñưng. 1. Làn ph lên d c (Additional climbing lane) Trên các ñon d c l n (>4%), xe t i n ng và xe kéo r ơmooc ch y v i t c ñ rt th p làm c n tr s l ưu thông c a các lo i xe có t c cao nh ư xe con, nh t là v i ñưng 2 làn xe n ăng l c thông hành gi m ñi rõ r t. Làn ph leo d c th ưng ñưc xem xét v i ñưng có hai làn xe không có d i phân cách gi a, ñiu ki n v ưt xe b h n ch và ph i có ñ 3 ñiu ki n sau: ðưng có dòng xe leo d c v ưt quá 200 xe/h; Lưu l ưng xe t i v ưt d c v ưt quá 20 xe/h; Khi ñ d c d c ≥4% và chi u dài ñon d c ≥ 800m. 2.4.2 TÍNH TOÁN N ĂNG L C THÔNG HÀNH (CAPACITY) 2.4.2.1 N ăng l c thông hành lý thuy t P max : Theo mô hình ñng l c h c ñơn gi n v i các gi thi t nh ư sau: - Gi thi t 1: Dòng xe ch có m t lo i xe ( xe con ) - Gi thi t 2: Xe ch y trên ñưng th ng, ñ d c d c b ng không, m t ñưng khô ráo, ñô nhám t t, các xe cùng ch y v i m t v n t c V, kho ng cách gi a các xe là d v v d 1000 V Năng l c thông hành : P = (xctc/h.làn) (2-74) max d Trong ñó: d là kh ñ ng h c c a xe (kho ng cách gi a các xe) (m) V: t c ñ c a dòng xe [km/h] * Nhóm th nh t (các tác gi Greenshields, Svante, Dadenkov) quan ni m: d = l x + l 1 + l0. (2-75) lx : Chi u dài xe V l1 : Chi u dài xe ñi ñưc trong th i gian ph n ng tâm lý l = 1 6,3 l0 : C ư ly an toàn gi a hai xe khi d ng l 0 = 5÷ 10 m TS Phan Cao Th 42
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph * Nhóm th hai (các tác gi Berman, Saar, Birulia, Alison) : ngoài các chi u dài trên còn có chi u dài hãm xe lh : d = l x + l 1 + l0 + l h (3-13) lh : chi u dài hãm xe l h * Nhóm th ba (các tác gi Phinxenson, Edie ), ngoài các chi u dài trên còn có hi u quãng ñưng hãm xe c a xe sau và xe tr ưc l 2 : sau tr ưc l2=S h -Sh * Nhóm th t ư : ch tr ươ ng xác ñnh d b ng th c nghi m: Nh n xét : - d là hàm b c 2 c a t c ñ nên khi l p quan h gi a V va P ta th y lúc ñ u khi V b t ñ u t ăng thì P t ăng theo nh ưng qua 1 giá tr nào ñó d t ăng nhanh h ơn, khi ñó V t ăng thì P gi m xu ng - Nhi u nghiên c u cho th y r ng giá tr t c ñ cho n ăng l c thông hành l n nh t dao ñ ng trong kho ng (30 ÷ 50)km/h, ng v i no là c c tr c a n ăng l c thông hành lý thuy t theo mô hình ñng l c h c ñơn gi n. P Ptt Vo V Hình : ð th xác ñ nh n ăng l c thông hành lý thuy t Quan ñim c a HCM (Highway Capacity Manuel) Năng l c thông hành là s xe h p lý thông qua m t m t c t trong ñiu li n ph bi n v ñưng và v dòng xe trong m t ñơn v th i gian, quan ñim này c ũng nh n m nh ñiu ki n nhi t ñ , m ưa n ng, s ươ ng mù, ñ m, t m nhìn. 2.4.2.2 N ăng l c thông hành th c t Là s xe l n nh t có th thông qua trên m t ñon ñưng hay m t m t c t ngang ñưng trong m t ñơn v th i gian trong ñiu ki n thu n l i nh ưng có xét ñn các ñiu ki n th c t . TS Phan Cao Th 43
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Năng l c thông hành th c t vào nhi u y u t nh ưng có th t p h p thành 3 nhóm y u t nh h ưng sau: - ðiu ki n ñưng - ðiu ki n giao thông - T ch c và ñiu khi n giao thông. Tr ưng phái Nga ñ ngh 15 Ptt = Pmax ∏ K i (xcq ñ/h.làn) i=1 Trong ñó: P max : n ăng l c thông xe t i ña c a m t làn, P max =2000xc/h.làn K i=1, 15 các h s chi t gi m KNTH (Tham kh o các h s Ki trong giáo trình TK ð t p 1 và trong H ưng d n TK ð ô tô – NXB GTVT) * Theo TCVN 4054-2005 năng l c thông hành l n nh t N max ñưc l y nh ư sau : + Khi có phân cách trái chi u và phân cách ôtô v i xe thô s ơ: Nmax =1800 (xcq ñ/h/làn) + Khi có phân cách trái chi u và không phân cách ôtô v i xe thô s ơ: Nmax=1500(xcqñ/h/làn) + Khi không có phân cách trái chi u và ôtô ch y chung v i xe thô s ơ: Nmax=1000(xcqñ/h/làn) ði v i ñưng ñô th tr s KNTH ñưc l y theo b ng sau: Lo¹i®−êng®«thÞ §¬nvÞtÝnhKNTH TrÞsèKNTHlínnhÊt §−êng2ln,2chiÒu Xcq®/h.2ln 2800 §−êng3ln,2chiÒu Xcq®/h.3ln 40004400 (*) §−êngnhiÒulnkh«ngcãph©nc¸ch Xcq®/h.ln 1600 §−êngnhiÒulncãph©nc¸ch Xcq®/h.ln 1800 ChóthÝch: (*) :Gi¸trÞcËnd−íi¸pdôngkhilntrungt©msödông lm ln v−ît, rÏ tr¸i, quay ®Çu ;gi¸trÞcËntrªn¸pdôngkhitæchøcgiaoth«nglÖchln(1h−íng2ln,1h−íng 1ln) TS Phan Cao Th 44
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 2.4.3 T ng h p các tiêu chu n k thu t c a ñưng ôtô: lp b ng t ng hp t t c các tiêu chu n k thu t c a ñưng (16-18 ch tiêu) 2.4.5 Các b n v hình h c c a ñưng ôtô: 1. Bn v bình ñ: trên ñó th hi n v trí tuy n, cao ñ các c c, v i các ñưng ñ ng mc, các v trí công trình thoát n ưc và ch ng ñ , các v trí c a ñưng cong n m theo t l nh t ñ nh tùy theo giai ñon thi t k . (1/5000; 1/10000, 1/2000; 1/1000) 2. B n v tr c d c: th hi n cao ñ và lý trình t nhiên và cao ñ thi t k c a tuy n ti tim ñưng, ñ d c thi t k , thoát n ưc d c và ngang, bi u ñ t c ñ xe ch y lý thuy t 3. B n v tr c ngang: tr c ngang ñin hình, tr c ngang c u t o và tr c ngang chi ti t th hi n v trí, c u t o c a t t c các b ph n c a ñưng. TS Phan Cao Th 45
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Ch ươ ng 3: CÔNG TRÌNH TRÊN TUY N 3.1 N N ðƯNG (groundwork, road-bed, fill, subgrade) 3.1 YÊU C U ð I V I N N ðƯNG 3.1.1.Tác d ng c a n n ñưng: - Kh c ph c ñ a hình t nhiên nh m t o nên m t d i ñ t ñ r ng d c theo tuy n ñưng có các tiêu chu n v bình ñ, tr c d c, tr c ngang ñáp ng ñưc ñiu ki n ch y xe an toàn, êm thu n, kinh t - N n ñưng cùng v i áo ñưng ch u tác d ng c a t i tr ng xe ch y, do ño nó nh hưng r t l n ñ n c ưng ñ và tình tr ng khai thác c a c k t c u áo ñưng. - Nh ng v n ñ l n c n ph i gi i quy t khi nghiên c u v n n ñưng: L a ch n lo i ñ t xây d ng n n, xem xét c u t o và tính toán n ñ nh c a n n ñưng trong quá trình khai thác các ñiu ki n t nhiên khác nhau. 3.1.2. Yêu c u ñ i v i n n ñưng : 3.1.2.1 N n ñưng ph i ñ m b o luôn luôn n ñ nh toàn kh i : Kích th ưc hình h c va hình d ng c a n n ñưng không b phá ho i hay bi n d ng Màût Âáút suût láúp âæåìng Træåüt ta luy âàõp Træåüt taluy âaìo Träö i Træåüt trãn sæåìn däúc Træåüt träöi trãn nãön âáút yãúu Suût låí ta luy St trên n n ñ t yu Hình 3.1 : Các hi n t ưng n n ñưng b m t n ñ nh toàn kh i TS Phan Cao Th 46
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.1.2.2 N n ñưng ph i ñ m b o có ñ c ưng ñ : ð ñ b n khi ch u c t tr ưt và không b bi n d ng quá nhi u ( hay tích lu bi n dng) d ưi tác d ng c a t i tr ng xe ch y. 3.1.2.3 N n ñưng ph i ñ m b o n ñ nh v c ưng ñ: C ưng ñ n n ñưng không ñưc thay ñ i theo th i gian, khí h u, th i ti t b t l i. 3.1.3.Các nguyên nhân gây phá ho i n n ñưng: - Do tác d ng c a n ưc : n ưc m t, n ưc ng m và h ơi n ưc làm gi m c ưng ñ c a ñt taluy n n ñưng và bên trong n n ñưng gây m t n ñ nh toàn kh i và c ưng ñ không n ñ nh . - Do ñiu ki n ñ a ch t – th y v ăn. - Do tác d ng c a t i tr ng xe ch y. - Do tác d ng c a t i tr ng b n thân n n ñưng. - Thi công không ñm b o ch t l ưng. ð ñánh giá ñ n ñ nh toàn kh i c a n n ñưng, xét ñn h s n ñ nh Kôñ K ôñ = K 1. K 2. K 3. K 4. K 5. Kpp (3-1) Trong ñó: K1 : ñ tin c y c a các thông s c ơ h c c a ñ t (c, ϕ ); K 1 = 1,0 - 1,1. K2 : h s xét ñ n ý ngh ĩa c a công trình n n ñưng : ði v i ñưng c p I, II : K 2 =1,03 ði v i ñưng c p III ,IV ,V : K 2 =1,0 K3 : h s xét ñ n m c ñ gây t n th t cho nên kinh t qu c dân n u công trình n n ñưng b phá ho i làm gián ñon giao thông. K 3 = 1,0-1,2 K4 : h s xét ñ n m c ñ phù h p gi a s ơ ñ tính toán v i ñiu ki n ñ a ch t th y v ăn t i n ơi xây d ng n n ñưng K 4 =1,0-1,05 K5 : h s xét lo i ñ t và s làm vi c c a nó trong k t c u n n ñưng K 5 =1,0-1,05 Kpp : h s xét ñ n m c ñ tin c y c a ph ươ ng pháp tính toán n ñ nh Kôñ : h s n ñ nh t ng h p ñ i v i n n ñưng K ôñ = 1,0-1,5. 3.2 C U T O N N ðƯNG VÀ ðT XÂY D NG N N ðƯNG. 3.2.1. C u t o c a n n ñưng : 3.2.1.1 C u t o n n ñưng ñ p : Khi chi u cao ñ p 1/5 khi dùng máy thi công l y ñ t t thùng ñu. TS Phan Cao Th 47
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph - Dùng ñ d c ta luy 1/1,5 khi thi công b ng th công. Khi chi u cao ñp t (6 -> 12)m: Ph n d ưi ñ d c taluy c u t o tho i 1/1,75 và ph n trên (h 1= 6-8m) ñ d c ta luy 1:1,5 1/1.5 1/1.5 h1 1/1.75 1/1.75 h2 Hình 3.2 : C u t o n n ñưng ñ p ( khi h ñp = 6-12m) Khi ñp n n ñưng b ng cát thì ñ d c taluy 1/1,75 và l p trên cùng ñp m t l p ñ t á sét v i ch s d o >7, dày t i thi u 30cm ( không ñưc phép ñ t tr c ti p áo ñưng lên trên n n cát ) Khi l y ñ t thùng ñu ñ ñ p n n ñưng c n có kho ng b o vê chân ta luy (K) 1/1.5 1/1.5 2% 1/1.5 1/1.5 2∼3% K Hình 3.3 : C u t o n n ñưng ñ p dùng ñt thùng ñu Nn ñưng ñ u c u và d c sông có th b ng p n ưc thì ph i c u t o ñ d c taluy tho i 1:2,0 ñn trên m c n ưc thi t k ít nh t 0,5m. M c n ưc thi t kê ng v i t n su t nh ư sau: ðưng c pThæåüng I læu: t n su t 1% Haû læu ðưng c p II 1/1.5, III : t n su t 2% 1/1.5 ðưng0.5 c pm IV, V : t n su t 4% 0.5 m 1/2 1/2 ≥ 4m Hình 3.4: C u t o n n ñưng khi có n ưc ng p Khi ñp ñ t trên s ưn d c : TS Phan Cao Th 48
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph + Khi i s 50)% : thì c n ph i ñánh b c c p 1/1.5 1/1.5 20 ÷50 % ≥ 1 ÷2 m . . Hình 3.5. C u t o n n ñưng ñ p trên s ưn d c ( is = 20%-50%) Khi is ≥ 50% ph i dùng bi n pháp làm ke chân ho c t ưng ch n Xáy væîa 1/1.5 1.0 m Xãúp âaï khan Hình 3.6 : Các bi n pháp ch ng ñ n n ñưng trên s ưn d c 3.2.1.2 C u t o n n ñưng ñào: Nn ñào hoàn toàn: mái taluy ñào ph i có ñ d c nh t ñ nh ñ b o ñ m n ñ nh cho taluy và cho c s ưn d c. ð d c mái taluy 1/n tu ỳ vào ñiu ki n ñ a ch t công trình và chi u cao ta luy ñào. Táöng âáút phuí 1 /1 1 1/ 1 / 0 . 2 2 . 0 / 1 25 Thaûch cæïng Hình 3.7. C u t o n n ñưng ñào qua cac l p ñ a ch tt khác nhau N n ñào ch L: thích h p ñ i v i ñưng vùng ñi và núi. ( Xem b ng 24 , 25 trong TCVN 4054-05 ) TS Phan Cao Th 49
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.2.2. C u t o gia c taluy n n ñưng: - M c ñích c a vi c gia c ta luy là ñ ñ phòng mái taluy b phá ho i do tác d ng c a nưc m ưa, n ưc m t, sóng, gió va các tác d ng khác nh ư phong hoa - Các hình th c gia c : + ðm nén ch t mái taluy va g t nh n mái taluy. + Tr ng c trên mái taluy . + Gia c l p ñ t m t mái taluy b ng ch t liên k t vô c ơ ho c h u c ơ. + Làm l p b o v c c b ho c t ưng h ñ ng ăn ng a tác d ng phong hoá + Nh ng ñon n n ñưng ñ p ch u tác d ng n ưc ch y và sóng v thì có th gia c bng cách dùng các t ng ñá x p khan ho c t ng ñá x p khan có lót v i ñ a k thu t 3.2.3. ðt làm n n ñưng : ðt là v t li u ch y u ñ xây d ng n n ñưng.Tính ch t và tr ng thái c a ñ t ( ñ m và ñ ch t c a ñ t) nh h ưng r t l n ñ n c ưng ñ và m c ñ n ñ nh c a n n ñưng. 3.2.3.1 Phân lo i ñ t theo c h t : Bng 3.1: b ng phân lo i ñ t theo c h t Tên h t Kích c h t (mm) Tên h t Kích c h t (mm) Cu i 100÷40 Cát to 2÷1 Si r t to 40÷20 Cát v a 1÷5 Si to 20÷10 Cát nh 0,5÷0,25 Si v a 10÷4 Cát r t nh (m n) 0,25÷0,05 Si bé 4÷2 Bi to 0,05÷0,01 Bi nh 0,01÷0,005 Bi sét 2mm chi m 0,5mm chi m 0,25mm chi m 0,1mm chi m 0,05mm chi m <1 Ít thích h p TS Phan Cao Th 50
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.2.3.3 Phân lo i ñ t dính Bng 3.3 :Phân lo i ñ t dính T l cát (2÷0,005 )mm có Ch s Kh n ăng s d ng ñ xây Lo i ñ t trong ñt (% kh i l ưng) do dng n n ñưng Á cát nh , h t >50 1÷7 Rt thích h p Á cát nh >50 1÷7 Thích h p Á cát b i 20÷50 1÷7 Ít thích h p Á cát b i n ng 40 7÷12 Thích h p Á sét nh , b i 40 12÷17 Thích h p Á sét n ng, b i 40 17÷27 Thích h p Sét b i Không quy ñnh 17÷27 Ít thích h p Sét béo Không quy ñnh >27 Không thích h p ðt cát: dùng làm n n ñưng thì n n ñưng có c ưng ñ cao, n ñ nh n ưc t t nh ưng ñt cát r i r c không dính nên ph i có l p ñ t dính b c xung quanh. ð t cát th ưng dùng ñ ñp n n ñưng qua vùng ñt y u (sét bão hoà n ưc), thay th các ch n n y u c c b . ð t sét: tính ch t ng ưc v i ñ t cát, th tích thay ñ i theo tr ng thái khô, m, n ñ nh n ưc kém. Th ưng ñưc s d ng ñ ñ p n n ñưng nh ng n ơi cao, thoát n ưc t t và ph i có bi n pháp ñ m nén ch t. ð t b i: Kém dính, n ñ nh n ưc kém, là lo i ñ t b t l i nh t ñ i vi yêu c u xây d ng n n ñưng. Nh ư v y ñ t cát, á cát là v t li u xây d ng n n ñưng thích h p nh t, sau ñó là ñt á sét. 3.2.4. ð ch t c a n n ñưng : ð ch t ca n n ñưng ñưc quy ñnh nh ư sau ( Theo TCVN4054-05) Bng 3.4 : ð ch t qui ñ nh c a n n ñưng ð sâu ð ch t k Lo i công trình tính t ñáy áo ñưng Vtt ≥ 40 Vtt < 40 xu ng (cm) km/h km/h Nn Khi áo ñưng dày trên 60cm 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95 ñp Khi áo ñưng dày d ưi 50 ≥ 0,98 ≥ 0,95 60cm Bên d ưi ðt m i ≥ 0,95 ≥ 0,90 chi u sâu k trên ñp TS Phan Cao Th 51
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph cho ñn ðt n n ≥ 0,85 ≥ 0,85 t nhiên (*) 80 30 ≥ 0,98 ≥ 095 Nn ñào và n n không ñào không ñp (ñt n n t nhiên) ( ) 30 - 80 ≥ 0,85 ≥ 0,85 Ghi chú: (*) Tr ưng h p này là tr ưng h p n n ñ p th p ( ) N u n n t nhiên không ñt ñ ch t yêu c u thì ph i ñào ph m vi không ñ t r i ñm nén l i ñ ñt yêu c u. 3.3 TÍNH N ð NH C A N N ðƯNG TRÊN S ƯN D C 3.3.1. Yêu c u khi ñ p ñ t n n ñưng trên s ưn d c : - N n ñưng ph i ñ t trên m t s ưn d c n ñ nh và b n thân s ưn d c ñó v n n ñ nh sau khi ñã xây d ng n n ñưng. - N n ñ p không b tr ưt trên m t sưn d c ñó, ngoài ra b n thân ta luy n n ñưng ñào ho c ñ p c a n n ñưng c ũng ph i b o ñ m n ñ nh. 3.3.2.Tính toán n ñ nh: 3.3.2.1 Tr ưng h p m t tr ưt t ươ ng ñi ph ng: w F Q Hình 3. 8: S ơ ñ tính n ñ nh c a n n ñưng trên s ưn d c ( mt tr ưt ph ng) Xét m t l p ñ t có chi u cao h, dung tr ng ñ t, l c dính C,góc n i ma sát, s ưn có ñ dc i s ð kh i ñ t không b tr ưt trên m t tr ưt thì ñ d c c a m t tr ưt là: C is ≤ f + (3-2) γ h cos α Trong ñó: F = C + f.Q.cos α : lc gi W = Q.sin α : l c gây tr ưt is: ñ d c c a s ưn. f: h s ma sát gi a kh i tr ưt trên và m t ph ng. γ: dung tr ng kh i ñ t tr ưt (T/m 3) tr ng thái m l n nh t. TS Phan Cao Th 52
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph C: l c dính ñơn v gi a kh i tr ưt va m t tr ưt (T/m 2) α: góc nghiêng c a s ưn d c. h: chi u dày c a kh i ñ t tr ưt (m) có th l y h =h tb ho c h = h max 3.3.2.2 Tr ưng h p tr ưt trên m t gãy khúc : Nãön âæåìng αi- 1 Fi Fi+1 αi αi- 1 Qi-1 F N i Qi α Li +1 Qi+1 i αι i L Qi L Hình 3- 9. S ơ ñô tính n ñ nh c a n n ñưng trên s ưn d c ( m ăt tr ưt g y khúc) - T i các ch thay ñ i d c c a m t tr ưt k các ñưng th ng ñ ng ñ phân kh i tr ươ t thành t ng ñon tr ưt . - Trên t ng ñon tr ưt i tính tr ng l ưng Qi . - L n l ưt tính các l c gây tr ưt Fi, Fi-1, Fi+1 Trong ñó: αi : ñ d c i c a m t tr ưt ñon i 2 Ci, ϕi : là l c dính (T/m ) và góc ma sát gi a kh i tr ưt và m t tr ưt ñon i K : h s n ñ nh K=1,0÷1,5 Cu i cùng tính ñưc l c gây tr ưt d ưi chân d c F i+1, qua ñó ñánh giá n ñ nh c a s ơn dc: Nu F i+1 ≤ 0 thì s ưn d c n ñ nh v i h s K F i-1 > 0 s ưn d c không n ñ nh v i h s K Ngoài ra có th ñánh giá m c ñô n ñ nh riêng c a t ng kh i: Qi .Cos αi.tg ϕii + Ci.li Ki = (3-5) Fi−1.Cos (αi −αi−1) + Qi.Sin α i TS Phan Cao Th 53
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.4 TÍNH N ð NH MÁI D C TA LUY N N ðƯNG 3.4.1. Bài toán 1 : Mt vách ñ t th ng ñ ng th ưng m t n ñ nh, kh i ñ t s tr ưt theo mt m t tr ưt nào ñó. Xét ñiu ki n cân b ng c ơ h c c a m t m nh ñ t i b t k ỳ trên m t tr ưt c a nó ta co ñiu ki n cân b ng: di Màût træåüt hi i Seî træåüt Seî âáút Khäúi ϕ T i Ni α αι Qi Hình 3.10: S ơ ñ xét ñiu ki n cân b ng c ơ h c c a kh i ñ t trên m t tr ưt Ti = Q i.sin αi : lc gây tr ưt d N + C. i : L c gi Cos αi Ni = Q i.cos αi di Qi.sinα = Qi.cos αi.tg ϕ + C. Cos αi C tg αi = tg ϕ + 2 (3-6) γ.hi.Cos αi - V i lo i cát có l c dính C=0, ñ taluy n ñ nh ph i có góc d c b ng góc ngh t nhiên - V i ñ t dính n ñ nh c ơ h c c a mái d c còn ph thu c chiu cao mái ta luy hi 0 Khi hi → 0 thì αi → 90 ; h i → ∞ thì αi → ϕ Nh ư v y c u t o mái ta luy nên có d ng trên d c d ưi tho i Theo giáo s ư NN Matslov ñ ñơn gi n hoá và thêm h s an toàn K 1 C tg ϕ = (tg ϕ + ) (3-7) i K γ.hi 3.4.2. Ph ươ ng pháp phân m nh c ñin : Ph ươ ng pháp này do W.Fellenuis ng ưi Th y ðin ñê xu t t n ăm 1926 v i gi thi t: Kh i ñ t trên ta luy khi m t n ñ nh s tr ưt theo m t tr ưt hình tr tròn. TS Phan Cao Th 54
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph O R B C Z X3 R P1 li ci P2 W3 i H ϕ h3 g it N P3 2 L D A P4 Ti Ni P5 T3 N3 3 Q Pi Hình 3.11:. S ơ ñ tính n ñ nh mái taluy theo W.Fellenuis Xét bài toán ph ng, phân kh i ñ t ra thành các m nh nh ư hình v và gi thi t khi tr ưt c kh i tr ưt se cùng tr ưt m t lúc do ñó gi a các m nh không có l c ngang tác dng lên nhau, tr ng thái gi i h n ch x y ra trên m t m t tr ưt. Mi m nh tr ưt i se ch u tác d ng c a tr ng l ưng b n thân Pi. Tng l c gi và t ng l c gây tr ưt: Nu ñ t ñ ng nh t: n tg ϕ∑ Pi .cos αi + C.L 1 K = n (3-8) Zi ∑ Pi .sinαi + Wi . 1 R Trong ñó: P i : tr ng l ưng m nh th i. i, C i : góc ma sát, l c dính c a m nh th i. Wi : tác d ng l c ñ ng ñ t co cánh tay ñòn so v i tâm O la Z i. Wi = (0,1 0,2)P xác ñnh theo TCVN 22TCN 211-95 R : bán kính cung tr ưt. L: chi u dài cung tr ưt. - Khi bình th ưng chia b r ng m i m nh i la 1 ñ n 2 m (chia càng nh càng chính xác) Trên ñây ch m i xác ñ nh ñưc h s n ñ nh K ng v i m t m nh tr ưt nào ñó. Nh ưng ch ưa ch c m t tr ưt này ñã là m t tr ưt nguy hi m nh t. ð tìm tr s Kmin ñi v i mái ta luy ñã bi t thì gi thi t nhi u m t tr ưt khác nhau, t ươ ng ng v i m i m t tr ưt s tìm ñưc m t hê s K, t ñó tìm ñưc K min . Th ưng ng ưi ta d a vào ñưng qu tích tâm tr ưt nguy hi m. Theo kinh nghi m thì tâm tr ưt nguy hi m nh t s h u nh ư n m trên ñưng th ng DI ho c ñưng AB. TS Phan Cao Th 55
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph DI Âæåìng qué têch tám træåüt ki nh I nghiãûm B h α 1:m A h 4.5h C D Hình 3.12 : S ơ ñ xác ñ nh tâm tr ưt nguy hi m kinh nghi m c a n n ñ p B A 1 β :n 1 /1 α α AB: ñưng qu ĩ tích tâm tr ưt kinh nghi m Hìn h 3.13 : S ơ ñ xác ñ nh tâm tr ưt nguy hi m kinh nghi m c a n n ñào Th ưng thì ch c n ch n 3 ÷5 ñim tren ñưng qu ĩ tích tâm tr ưt nguy hi m r i bi u di n chúng trên hình ñ xác ñ nh K min 5 4 K 3 min 2 1 h Màût træåüt 2h D 4.5h Hình 3.14 : V ñ th h s n ñ nh K ñ tìm K min Các giá tr α; β; γ; 1/m, 1/n xem các b ng 7.5 và b ng 7.6 giáo trình TK ð 1 TS Phan Cao Th 56
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.4.3. Ph ươ ng pháp Bishop : Wi Ei- 1 Ei Pi Ti i α Ni Hình 3.15: S ơ ñ tính n ñ nh mái taluy theo Bishop Vi c tính toán h s n ñ nh gi ng nh ư ph ươ ng pháp phân m nh c ñin, ch khác m i m nh tr ưt Bishop có xét thêm các l c ñ y ngang Ei+1 Ei-1 tác d ng t hai phía ca m nh tr ưt (không quan tâm ñ n v trí ñim ñ t c a các l c ngang ñó) (hình 3.15) ði vi toàn bô kh i tr ưt: H s n ñ nh K t ươ ng ng v i m t tr ưt tròn nh ư sau : n (N .tg ϕ + C .l ∑ i i i i 1 K = n Z i ∑ (Ti + wi . ) 1 R Ci .li .sin α pi − N = K i tag ϕ cos α + i .sinϕ i K i 1 Ti = (C .l + N .tg ϕ ). i i i i K n tg ϕ i ∑ (Pi . + Ci .li )mi cos α ⇒ 1 i K = n (3-9) Z i ∑ (Pi .sin α i + wi . ) 1 R ð tìm tr s K min tính t ươ ng t ph ươ ng pháp W.Fellenuis 3.5 N ð NH N N ðƯNG TRÊN ðT Y U 3.5.1. ðt y u: V ch tiêu c ơ lý, ñt y u là các lo i ñt có h s r ng ε0 ln, ñ m t nhiên l n (th ưng b o hoà n ưc), s c ch ng c t τ (c, ϕ) nh , s c ch u t i nh , t i tr ng TS Phan Cao Th 57
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph gi i h n ch u ñưc nh , ñ t d b phá ho i làm cho n n ñ p trên m t n ñ nh (do lún, lún không ñu, do tr ưt tr i) Các lo i ñ t y u nh ư: ñt sét tr m tích ε0>1,5 (n u là sét), ε0>1 (n u là á sét). ð 2 0 m thiên nhiên x p x W nh : C< 0,1 ÷0.2 Kg/cm , ϕ = 0 ÷10 .V i than bùn còn y u 2 hơn ε0=3 ÷15, C=0,01 ÷0,04 Kg/cm , tg ϕ = 0,03 ÷0,07 3.5.2 .Tính toán n ñ nh c ưng ñ ca n n ñ p trên ñt y u: 3.5.2.1 Ph ươ ng pháp d a vào gi thi t ñ t là môi tr ưng bi n d ng tuy n tính: Theo ph ươ ng pháp này, n n ñ t s n ñ nh n u ng su t gây ra trong ñ t y u t i mi ñim không ñ t o nên bi n d ng d o t i ñim ñó. Nu gi thi t ñ t là là môi tr ưng bi n d ng tuy n tính thì các ng su t σz, σx, τzx gây ra t i m t ñim M b t k ỳ trong ñ t y u d ưi tác d ng t i tr ng c a n n ñ p (có d ng hình thang ) nh ư hình v 3 -16 ho c quy ñ i ra hình ch nh t và c ng tác d ng v i t i tr ng phân b ñ u vô h n c a l p ñ t c ng trên ñt y u nh ư hình 3.17. b β=γ.Η kg/cm 2 L/2 a R 2 R 3 R z 4 R1 3 α2 α α1 σx x σz Hình 3.16 : S ơ ñ tính toán ng su t trong ñ t d ưi tác d ng c a t i tr ng n n ñ p TS Phan Cao Th 58
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph B b P= γâàõp .H(T/m) H Nãön âàõp P'= γ. h1(T/m) 8 8 1 h y Låïp âáút cæïng trãn âaït yãúu Âáút yãúu z Hình 3.17 : S ơ ñ ñ i t i tr ng n n ñ p ra t i tr ng hình ch nh t ñ ki m tra n ñ nh Ti M, khi bi t σz, σx, τzx ta s tính ñưc σ z −σ x 1 2 σ = ± (σ −σ 2) + 4τ zx 1−2 2 2 z x 2 2 σ α = σ 1.cos α + σ 2 sin α (3-10) τ α = (σ 1 −σ 2 ). sin α.cos α Trong ñó : σ1, σ2: ng su t chính t i ñim M σα, τα : ng su t pháp và ng su t ti p trên m t h ưng b t k ỳ qua M, h p v i m t ph ng chính 1 góc α ð ñ t y u t i M không pháp sinh bi n d ng d o thì: τ α ≤ f .σ α + C (3-11) f = tg ϕ H s n ñ nh t i ñim M: f .σ α + C K = = φ(σ 1 ,σ 2 ,α) τ α ð tìm ñưc h s n ñ nh nh nh t ( K min ) : dK = 0 dα ⇒ K min = 2 A(A − f ) TS Phan Cao Th 59
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph f .σ + C Trong ñó: A = 1 σ 1 −σ 2 M Nu K min ≥ 1 thì t i ñim m không phát sinh bi n d ng d o Sau khi xác ñnh K min m i ñim trong ñ t y u< ta có th v ñưc ñưng th ng K min nh ư hình v 3.18 α=55,5 52,5 6 5 ,7 1 30 1/ -(a+20);-(a+10);-a -5 5 a;(a+10),(a+20) y 0 1,0 1,1 2 1,5 R 2,5 3,0 3,5 z Hình 3.18:. Các " ðưng ñ ng Kmin'' va ph m vi phát sinh bi n d ng d o R Nu vùng nào có K min <1,0 thì s phát sinh bi n d ng d o. N u vùng bi n d ng d o càng r ng và ñn hai mép chân taluy thì ñt y u b ñ y tr ưt tr i ra hai bên va s m t n ñnh. Nu vùng bi n d ng d o R≤ 1/2B (B: là b r ng ñáy n n ñ p ) (3-12) thì ñt y u v n có th coi la n ñ nh ( không b tr i, ch b lún nhi u) Tr s ng su t ti p l n nh t τmax c a các ñim trong ñ t y u n m trên tr c tim ñưng c a n n ñ p có th xác ñ nh theo công th c: z.p z 2 + (a + b) 2 τ = ln (3-13) max π.a z 2 + b 2 C Nu ñ t y u ϕ r t nh : K min = τ max τmax =(0,27 ÷0,33).p (3-14) TS Phan Cao Th 60
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph P gh = γñ.Hgh = 3C (3-15) Trong ñó : 2 P gh : t i tr ng n n ñ p gi i h n (t/m ) 3 γñ: dung tr ng c a n n ñ p (t/m ). Hgh : chi u cao n n ñ p gi i h n (m). 3.2 K T C U ÁO ðƯNG 3.2.1 YÊU C U CHUNG VÀ C U T O K T C U ÁO ðƯNG 3.2.1.1 Khái ni m: Áo ñưng là ph n trên c a n n ñưng ñưc t ăng c ưng b ng các l p v t li u khác nhau ñ ch u tác d ng c a t i tr ng xe ch y và các ñiu ki n t nhiên (m ưa, gió, n ưc ng m ) 3.2.1.2 Các yêu c u chung c a k t c u áo ñưng (KCA ð) - K t c u áo ñưng ph i ñ c ưng ñ và n ñ nh c ưng ñ (c ưng ñ ít thay ñ i ho c không thay ñi khi ch u tác d ng c a các ñiu ki n b t l i) - M t ñưng ph i ñ m b o ñ ñ b ng ph ng nh t ñ nh ñ : Gi m s c c n l ăn ( t c ñ xe ch y t ăng cao, gi m th i gian xe ch y, gi m l ưng tiêu hao nhiên li u). Tăng tu i th c a ph ươ ng ti n (h giá thành v n chuy n). - B m t áo ñưng ph i ñ m b o ñ ñ nhám ñ nâng cao h s bám gi a bánh xe v i mt ñưng nh m t ăng m c ñ an toàn xe ch y. - Áo ñưng ph i ít sinh b i: Tăng t m nhìn c a lái xe, tránh gây tác d ng x u ñ n hành khách hàng hóa, ñm b o v sinh môi tr ưng, t ăng tu i th c a ñ ng c ơ c ũng nh ư tu i th c a công trình. ð ñáp ng ñưc các yêu c u trên chi phí b ra là r t t n kém, vì v y tùy vào yêu cu th c t và ý ngh ĩa xây d ng ñưng ñ ñưa ra nh ng k t c u m t ñưng thích h p. 3.2.1.3 ðc ñim ch u l c c a k t c u áo ñưng : Khi xe ch y, l c tác d ng lên áo ñưng g m hai thành ph n: - L c th ng ñ ng P do t i tr ng xe ch y gây ra ng su t σz - L c n m ngang gây ra σx : do l c kéo, l c hãm, l c ngang khi xe ch y trên ñưng vòng, khi t ăng gi m t c gây ra. T i b m t áo ñưng: σz = p σx = (0,2 - 0,3)p khi xe ch y; σx = (0,75 - 0,85)p khi xe hãm. TS Phan Cao Th 61
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph p : Áp l c th ng ñ ng do t i tr ng bánh xe n ng nh t truy n xu ng qua di n tích v t ti p xúc gi a l p xe v i m t ñưng; p = (0,5 ÷ 6)Mpa Lc ngang ch y u tác d ng trên ph n m t c a áo ñưng mà không truy n sâu xu ng các l p phía d ưi nên ch gây tr ng thái ng su t ( σx) l p trên cùng c a k t c u áo ñưng, làm cho v t li u t i ñó b xô tr ưt, bong b t, bào mòn d n ñ n phá ho i. Trái l i lc th ng ñ ng thì truy n xu ng khá sâu cho mãi t i n n ñ t. Nh ư v y v m t ch u l c kt c u áo ñưng c n có nhi u l p, các l p có nhi m v khác nhau ñ ñáp ng nhu c u ch u l c khác nhau. σσσx σσσz σσσx - ng su t do l c n m ngang σσσz - ng su t do l c th ng ñ ng Hình 3.1: S ơ ñ phân b ng su t trong k t c u áo ñưng theo chi u sâu - KCA ð c ng thì áp l c truy n lên l p móng và n n ñ t nh h ơn so v i KCA ð mm ( vì do t m bêtông có ñ c ng l n ) (a) (b) (c) Hình 3.2 : T i tr ng phân b KCA ð a); b) KCA ðmm b) KCA ð c ng TS Phan Cao Th 62
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.2.1.4 C u t o k t c u nn áo ñưng : Sơ ñ c u t o k t c u nn áo ñưng xem hình 3.3 3.2.1.5 Vai trò c a t ng l p trong k t c u t ng th n n m t ñưng. Lp t o nhám + L p t o nhám là m t l p dày 1,5 – 3,0 cm b ng bêtông nh a có ñ nhám cao; ho c bng h n h p nh a thoát n ưc dày 3-4cm + B trí trên ñưng có c p cao A1 có V tk ≥ 80 km/h + Tác d ng: t ăng s c bám gi a bánh xe và m t ñưng ñ m b o xe ch y v i v n t c cao mà v n an toàn ñng th i kiêm ch c n ăng l p hao mòn t o ph ng Låïp màût trãn (Wearing course) Låïp màût dæåïi (Binder course) Táöng Táöng màût Låïp moïng trãn (Base) âæåìng AÏo structure) (Pavement ( Hay kãút cáúu aïo âæåìng) cáúu (Hay kãút Táöng moïng Táöng Låïp moïng dæåïi (Subbase) (foundation)Road ( Subfacing) Låïp âaïy moïng (Capping layer) (hay låïp âaïy aïo âæåìng) âæåìng nãön aïo Kãút cáúu âæåìng) nãönmàût täøng thãø cáúu (Kãút Moïng nãön âáút : Nãön âàõp ( Embankment) (Subgrade) hoàûc âáút tæû nhiãn (Natural ground) Khu væûc taïc duûng 80-100 cm 80-100 taïc duûng Khuvæûc Hình 3.3 : S ơ ñ c u t o k t c u nn áo ñưng - L p m t trên còn g i là l p hao mòn, ho c l p t o nhám, n u b dày ca nó nh d ưi 3cm - L p m t d ưi là l p m t ch u l c ch y u Lp hao mòn, l p b o v + L p b o v là m t l p dày 0,5 – 1,0cm th ưng b ng v t li u cát, s i nh r i r c. + L p hao mòn là m t l p m ng dày 1,0 - 3,0cm làm b ng v t li u có ch t liên k t, ho c c p ph i h t nh ñ t trên l p m t ch y u. TS Phan Cao Th 63
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Tác d ng c a hai l p này là: ð h n ch b t xung kích, xô tr ưt, mài mòn tr c ti p c a bánh xe lên l p m t. T ăng ñ b ng ph ng và ñ kín cho t ng m t. Chú ý : Khi các v t li u c a l p m t không ñ s c liên k t ñ ch u tác d ng c a xe ch y (khi c ưng ñ v n t i l n) thì t ng m t m i làm thêm l p hao mòn, và lp b o v . Và khi tính toán c ưng ñ k t c u áo ñưng thì không k các l p này vào b dày c a t ng m t. Ví d : ð i v i m t ñưng c p cao A2 ng ưi ta s d ng l p láng nh a ñ làm l p hao mòn, t o nhám, t o ph ng . Các l p t ng m t : Là b ph n tr c ti p ch u tác d ng c a t i tr ng bánh xe và nh h ưng c a các nhân t t nhiên ( ñc bi t ngoài tác d ng c a l c th ng ñ ng còn ch u tác d ng c a l c ngang l n). Do ñó t ng m t ñòi h i ñưc làm b ng các v t li u có c ưng ñ và s c liên kt t t, th ưng dùng v t li u có kích th ưc nh ñ gi m phá lo i bong b t do l c ngang các lo i v t li u có gia c ch t liên k t h u c ơ ho c vô c ơ. Các l p móng Ch y u ch u tác d ng c a l c th ng ñ ng, truy n và phân b l c th ng ñ ng ñ khi truy n xu ng n n ñ t thì ng su t s gi m ñ n m t m c ñ ñ t n n ñưng có th ch u ñng ñưc mà không t o nên bi n d ng th ng ñ ng ho c bi n d ng tr ưt quá l n. Vì l c th ng ñ ng truy n xu ng ngày càng bé ñi ñ ti t ki m, t ng móng có th g m nhi u l p vt li u khác nhau có c ưng ñ gi m d n t trên xu ng. Có th c u t o b ng các v t li u ri r c, kích c l n, ch u bào mòn kém nh ưng ph i có ñ ñ c ng và ñ ch t nh t ñ nh. Ngoài ra còn có th dùng các v t li u t i ch ho c các ph li u công nghi p. Lp ñáy móng Ch c n ăng : - T o ra m t lòng ñưng ch u l c ñ ng nh t, có s c ch u t i cao. - Ng ăn ch n và có th c t ñ t dòng m th m t trên xu ng n n ñ t ho c t dưi lên áo ñưng. - T o “hi u ng ñe” ñ b o ñ m ch t l ưng ñ m nén các l p móng phía trên - T o thu n l i cho xe, máy ñi l i trong quá trình thi công áo ñưng mà không gây h ư h i n n ñ t phái d ưi (khi th i ti t x u) Ph m vi áp d ng: - ðưng cao t c, ñưng c p I, ñưng c p II và ñưng c p III có 4 làn xe ðưng c p IV ñ n VI khi n n ñ p b ng cát, b ng ñ t sét tr ươ ng n và khi TS Phan Cao Th 64
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph ñưng vùng m ưa nhi u ho c ch u tác ñ ng c a nhi u ngu n m khác nhau Vt li u s d ng: ðt c p ph i t t, c p ph i thiên nhiên ñt gia c vôi ho c xim ăng v i t l th p ho c v a ph i, tuy t ñ i không ñưc dùng các lo i cát ho c v t li u thích h p ñ ñ t ñưc các yêu c u sau: - ð ch t ñ m nén cao K = 1,00 ÷1,02 ( ñm nén tiêu chu n) - Mô ñun ñàn h i E ≥ 50Mpa ho c t s CBR = 10 ÷15 Móng n n ñ t: ðưc coi là m t b ph n c a KCA ð, vì tuân theo nguyên t c thi t k t ng th n n mt ñưng. B n thân nó c ũng tham gia ch u l c th ng ñ ng c a t i tr ng xe, ñ c bi t khi áo ñưng phía trên có ñ c ng nh . Bng 3.1 : ð ch t t i thi u c a n n ñưng trong ph m vi khu v c tác d ng (so v i ñ ch t ñ m nén tiêu chu n theo 22 TCN 333 - 06) ð sâu ð ch t K tính t ñáy ðưng ô ðưng Lo i n n ñưng áo ñưng tô t c p I ô tô c p V xu ng (cm) ñn c p IV và c p VI Khi áo ñưng dày trên 60cm 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95 Khi áo ñưng dày d ưi 60cm 50 ≥ 0,98 ≥ 0,95 Nn ñp Bên d ưi ðt m i ñ p ≥ 0,95 ≥ 0,93 chi u sâu k ðt n n t nhiên Cho ñn ≥ 0,93 ≥ 0,90 trên (*) 80 Nn ñào và n n không ñào không ñp 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95 ( ñt n n t nhiên) ( ) 30 - 80 ≥ 0,93 ≥ 0,90 Chú ý : Không ph i khi nào KCA ð c ũng có ñ t t c các l p nh ư s ơ ñ c u t o nh ư trên, mà tu ỳ thu c vào yêu c u xe ch y, lo i áo ñưng, c p ñưng, ñiu ki n c th khu vc xây d ng mà c u t o h p lý. a) Bãtäng nhæûa haût nhoí b) 3-4 Bãtäng nhæûa haût væìa Bãtäng ximàng M>30 4-6 Bãtäng nhæûa räùng 9-10 22-24 Cáúp phäúi âaï dàm Caït träün nhæûa hoàûc giáúy 15-24 dáöu queït nhæûa âæåìng Âáút caït gia cäú ximàng Cáúp phäúi cuäüi soíi 14-16 (hoàûc âáút gia cäú) Hình 3.4: Ví d k t c u áo ñưng c p cao a) T ng m t bêtông nh a ; b) T ng m t bêtông xim ăng TS Phan Cao Th 65
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.2.1.6 C u t o c t ngang c a áo ñưng + C u t o tr c ngang có m y ki u nh ư hình v sau : a) a b a b) b :m :m 1 1 2 1 2 c) Hình 3.5 : B trí áo ñưng trên n n ñưng a) C u t o áo ñưng hình máng trên ph n xe ch y (th ưng hay dùng) b) C u t o tr c ngang áo ñưng xây d ng phân kì ( giai ñon 2 m r ng) c) C u t o hình l ưi li m trên toàn b n n ñưng (dùng cho m t ñưng c p ph i hay ñ t c i thi n 3 a) 1: 7.5 7.5 3 b) 1: Hình 3.6: C u t o áo ñưng trên ñưng c p cao có d i phân cách + ð d c ngang áo ñưng và l ñưng Bng3.2: ð d c ngang t i thi u m t ñưng Yu t m t c t ngang ð d c ngang (%) Ph n m t ñưng và ph n l gia c : - Bê tông nh a c p cao A1 1,5 – 2,0 - Các lo i m t ñưng khác c p cao A2 2,0 – 3,0 - M t ñưng ñá d ăm, c p ph i, m t ñưng cp 3,0 – 3,5 th p B1, B2 Ph n l không gia c 4,0 – 6,0 Ph n d i phân cách Tu ỳ v t li u ph và l y nh ư trên TS Phan Cao Th 66
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph + Ng ưi ta th ưng thi t k gia c l ñ tránh mép áo ñưng b phá ho i, ch ng th m nưc, t ăng an toàn, t ăng hi u su t s d ng b r ng ph n xe ch y, làm n i ñ u xe t m th i (n u l gia c r ng) Blgc Blgc a) c) m m 1: 1: Blgc a) Bng d i ñ t gia c (Blgc=50cm) b) Gia c b ng ñá lát, cu i s i (Blgc=50cm) :m b) 1 c) Gia c b ng l p v t li u t ng m t c a KCA ð Hình 3.7 : C u t o gia c l ñưng d c mép áo ñưng 50 Blgc Bpxc il in m 1: Hình 3.8 : C u t o d ng m t ñưng hay dùng nh t 3.2.2 PHÂN LO I K T C U ÁO ðƯNG Có 3 cách phân lo i chính: + Phân lo i theo v t li u s d ng + Phân lo i theo ph ươ ng pháp tính toán + Phân lo i theo c p áo ñưng (ph m vi s d ng) 3.2.2.1 Phân lo i theo c p áo ñưng (ph m vi s d ng): Áo ñưng c p cao ch y u (A1) - (High type pavement) - Là lo i k t c u áo ñưng ñáp ng yêu cu xe ch y không xu t hi n bi n d ng d ư, (áo ñưng ch làm vi c trong giai ñon ñàn h i) , m c ñ d tr c ưng ñ cao. M c ñ an toàn xe ch y cao, t c ñ xe ch y l n. - Tu i th áo ñưng cao ≥ 10n ăm - Th ưng dùng cho v i các tuy n ñưng có t c ñ thi t k V ≥ 60km/h - V t li u : TS Phan Cao Th 67
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph + Bêtông nh a ch t lo i I r i nóng (Atphalt Concret) + Bêtông xim ăng (Ciment concret) Áo ñưng c p cao th y u (A2) - ðáp ng ñiu ki n xe ch y không xu t hi n bi n d ng d ư, v t li u làm vi c trong giai ñon ñàn h i nh ưng m c ñ d tr cưng ñ nh h ơn áo ñưng c p cao ch y u A1 - Tu i th c a m t ñưng c p cao A2 t 4 - 8 n ăm - Các lo i v t li u làm m t ñưng c p A2 : + Bêtông nh a ngu i + Bêtông nh a ch t lo i II + Láng nh a - Lưu l ưng xe ch y không cao, chi phí duy tu b o d ưng th ưng xuyên l n h ơn m t ñưng c p cao A1 Áo ñưng c p th p B1 – Intermediate type pavement - Cho phép xu t hi n bi n d ng d ư, chi u dày c a k t c u gi m ñi r t nhi u, ñáp ng yêu cu l ưu l ưng xe ch y th p, t c ñ xe ch y không cao, chi phí duy tu s a ch a, b o dưng l n - Tu i th c a m t ñưng c p th p B1 t (3 – 4) n ăm - Các lo i v t li u làm m t ñưng c p B1 : + ðá d ăm n ưc + C p ph i ñá d ăm, CP ðD láng nh a ho c nh ũ t ươ ng; CP ðD gia c XM + C p ph i cu i s i láng nh a + Cát gia c xim ăng láng nh a Áo ñưng c p th p B2 ( c p quá ñ ) ) - Low type pavement - Cho phép xu t hi n bi n d ng d ư, l ưu l ưng xe ch y r t th p, sinh b i nhi u - Tu i th m t ñưng không cao (t 2 - 3 n ăm) - Các lo i v t li u làm m t ñưng c p B1 : + ðt c i thi n + ðt ñá t i ch , ph li u công nghi p gia c . 3.2.2.2 Phân lo i theo v t li u s d ng 1 Áo ñưng b ng các lo i v t li u ñ t, ñá t nhiên không có ch t liên k t Có c u trúc theo nguyên lí ñá chèn ñá ho c nguyên lí c p ph i Ví d : - C p ph i ñá d ăm, c p ph i ñ t ñ i, c p ph i s i s n - ðá d ăm macadam ( còn g i là ñá d ăm n ưc, ñá d ăm tr ng) TS Phan Cao Th 68
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 2 Áo ñưng làm b ng v t li u ñ t, ñá t nhiên có gia c các ch t liên k t vô c ơ (vôi, xim ăng) : Có c u trúc theo nguyên lí ñá chèn ñá, nguyên lí c p ph i ho c nguyên lí gia c ñ t Ví d : - ðá d ăm th m nh p v a xim ăng cát - C p ph i ñá d ăm gia c xim ăng, Bêtông xim ăng - ðt gia c vôi, cát gia c xim ăng 3 Áo ñưng làm b ng v t li u ñ t, ñá t nhiên gia c các ch t liên k t h u c ơ ( bitum, gru ñông). Có c u trúc theo nguyên lí ñá chèn ñá ho c nguyên lí c p ph i - Th m nh p nh a - Bêtông nh a - ðá tr n nh a 3.2.2.3 Phân lo i theo ph ươ ng pháp tính toán (tính ch t ch u l c) • Áo ñưng m m (Flexible Pavement ): là k t c u có ñ c ng nh , kh n ăng ch u kéo, ch u u n không ñáng k , tr ng thái ch u l c ch y u là ch u nén và ch u c t. Cưng ñ và kh n ăng ch ng bi n d ng ph thu c vào nhi t ñ và ñ m. Ví d : M t ñưng BTN, th m nh p nh a • Áo ñưng c ng (Rigid Pavement): là k t c u có ñ c ng l n, kh nan ưg ch u nén , ch u kéo, ch u u n ñ u t t, tr ng thái ch u l c ch y u là ch u kéo u n. Cưng ñ ch u u n và mô ñun ñàn h i không thay ñ i theo nhi t ñ và ñ m. Ví d : M t ñưng bêtông xim ăng • Áo ñưng n a c ng n a m m (Semirigid pavement): là lo i m t ñưng trung gian, có ñ c ng t ươ ng ñi l n, có kh n ăng ch u nén, ch u kéokhi u n, tr ng thái ch u l c ch y u là ch u nén, c t và ch u kéo khi u n Ví d : + M t ñưng c p ph i ñá d ăm gia c xim ăng + M t ñưng ñá d ăm th m nh p v a xim ăng . 3.2.2.4 Phân lo i theo tính ch t c ơ h c - V t li u m t ñưng có tính toàn kh i: Kh n ăng ch u nén l n, có kh n ăng ch u kéo khi un ( BTXM, ñá d ăm gia c xim ăng, BTN, cát gia c xim ăng, ñt gia c vôi ) - Vt li u m t ñưng không có tính toàn kh i: Kh n ăng ch u l c kém h ơn, có kh n ăng ch u kéo khi u n không ñáng k (c p ph i ñ t t nhiên, c p ph i s i cu i) TS Phan Cao Th 69
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph 3.2.2.5 Phân lo i theo ñ r ng - M t ñưng kín: ð r ng còn d ư nh ( <6%), h n ch n ưc th m qua ( BTN, BTXM, c p ph i ñá d ăm gia c xim ăng, c p ph i ñá d ăm, ñ t gia c vôi ho c xim ăng ) - M t ñưng h : ñ r ng còn d ư l n ( 6 ÷25)%, không h n ch ñưc n ưc th m qua ( ñá dăm macadam, th m nh p nh a) 3.2.3 NGUYÊN T C THI T K CU T O K T C U ÁO ðƯNG 3.2.3.1 N i dung c a vi c thi t k k t c u áo ñưng. Áo ñưng là b ph n ñ t ti n nh t c a công trình ñưng ôtô. Vi t Nam chi phí xây d ng áo ñưng chi m t i (45- 65) % t ng v n ñ u t ư xây d ng ñưng ñ i v i các d án vùng ñng b ng và ñô th , (30- 45) % t ng v n ñ u t ư xây d ng ñưng ñ i v i các d án vùng ñi núi. Các chi phí duy tu, s a ch a bão trì trong quá trình khai thác c ũng chi m t l r t l n trong t ng v n ñ u t ư cho duy tu ñưng nói chung. Do v y vi c thi t k m t k t cu áo ñưng h p lý và ñúng ñn có ý ngh ĩa h t s c to l n v kinh t và k thu t. 3 n i dung l n c n ph i gi i quy t khi tri n khai công tác thi t k KCA ð Thi t k c u t o KCA ð, t c là ch n ñúng và b trí ñúng c c t ng, l p v t li u trong kt c u áo ñưng sao cho: + Phù h p v i ch c n ăng c a m i t ng l p + ðm b o k t c u ph i có ñ c ưng ñ và duy trì ñưc c ưng ñ ñ h n ch ti ña các tr ưng h p phá ho i c a xe c và c a các y u t môi tr ưng t nhiên + B m t KCA ð ph i ñ m b o b ng ph ng, ñ nhám, d thoát n ưc m t và ít sinh b i ñ ñáp ng yêu c u giao thông an toàn, êm thu n, kinh t , gi m thi u các tác d ng x u ñ n môi tr ưng hai bên ñưng + Phù h p v i kh n ăng cung ng v t li u, kh n ăng thi công và kh n ăng khai thác duy tu, s a ch a, b o trì sau này. Tính toán c ưng ñ (bi n d ng) c a KCA ð, ñây c ũng là n i dung xác ñ nh chi u dày các l p v t li u trong k t c u. Công vi c này liên quan ch t ch v i công vi c thi t k cu t o. Lu n ch ng hi u qu kinh t , so sánh ch n ph ươ ng án t i ưu v kinh t k thu t ng vi t ng ñiu ki n c th c a t ng d án. TS Phan Cao Th 70
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Chú ý : N u không thi t k c u t o KCA ð ñúng ñ n và h p lí thì vi c tính toán cưng ñ c ũng nh ư lu n ch ng kinh t tr nên vô ngh ĩa. 3.2.3.2 Nguyên t c thi t k c u t o 1. Tuân theo nguyên t c thi t k t ng th nn áo ñưng và nguyên t c t o m t k t cu kín ñ t ăng c ưng ñ và s n ñ nh c ưng ñ c a c a n n ñ t phía d ưi áo ñưng, ñ to ñiu ki n thu n l i ñ cho n n ñ t cùng tham gia ch u l c v i áo ñưng m c t i ña, t ñó gi m ñưc b dày áo ñưng và h giá thành xây d ng. 2. La ch n v t li u: Tùy thu c v trí c a l p v t li u trong k t c u áo ñưng C u t o các l p t ng m t Căn c vào c p h ng ñưng, th i h n thi t k , s tr c xe tiêu chu n tích l ũy trên m t làn xe trong su t th i h n thi t k và ñiu ki n t nhiên, ñiu ki n khai thác. Yêu c u : + V t li u và b dày các l p trong t ng m t ph i ch u ñưc tác d ng phá ho i c a xe c và c a các y u t b t l i v th i ti t, khí h u + V t li u làm t ng m t ph i có tính n ñ nh nhi t, n ñ nh n ưc, không th m n ưc, ch ng bào mòn, ñ nhám cao và d b ng ph ng. - Trong tr ưng h p v t li u làm l p m t không ñ các y u c u trên, ñc bi t không ñ s c ch u phá ho i b m t, thì nh t thi t ph i c u t o thêm l p hao mòn và l p b o v . - V i ñưng cao t c và các ñưng hi n ñ i có yêu c u cao v ch t l ưng b m t, ñc bi t là ñ nhám, còn s d ng các l p hao mòn ñc bi t nh ư: : • Va nh a, ho c h n h p nh a c c m ng (<2cm) có ñ b n cao, t o nhám và t o ph ng, • Lp h n h p thoát n ưc (3-4); l p này làm b ng c p ph i h , h t c ng ( ñ r ng 15 ÷20%) tr n v i bitum c i ti n Cu t o các l p t ng móng. Trên c ơ s t n d ng t i ña v t li u t i ch , các ph th i công nghi p t i ch ( s dng tr c ti p ho c gia c các v t li u này v i ch t k t dính vô c ơ hay h u c ơ), có th cu t o nhi u l p có chi u d y t ăng d n theo chi u sâu. Ví d : Thi t k ñưng qua vùng ñng b ng có th dùng ñt sét, á sét gia c vôi, ho c qua vùng có cát thì có th dùng cát gia c xim ăng, qua vùng có m ñ t s i ñ thì ph i dùng l p móng dưi là ñt s i ñ TS Phan Cao Th 71
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph Phù h p v i kh n ăng ch t o v t li u và kh n ăng thi công Ví d : + Mu n s d ng c p ph i ñá d ăm làm t ng móng ph i ñ m b o v t li u c p ph i ñá dăm ñưc t o ra ngay t i m ñá, ph i ñ m b o v t li u không b phân t ng t khâu xúc lên xe, v n chuy n và r i thành l p + Mu n s d ng v t li u bêtông nh a r i nóng ph i ñ m b o coa tr m tr n bêtông nh a và có các thi t b chuyên dùng Ph i xét ñ n nh h ưng c a tr ng thái th y – nhi t c a n n ñưng Trong th c t có nhi u ñon ñưng c p th p (nh ư m t ñưng c p ph i) có tình tr ng vn còn t t nh ưng sau khi láng nh a lên trên l i nhanh chóng b phá ho i. Hi n t ưng này xu t hi n các ñon m ưt. Nguyên nhân ch y u là do l p m t láng n a ñã ng ăn c n s bc h ơi n ưc, do ñó làm t ăng ñ m l p móng và n n ñ t làm gi m kh n ăng ch ng tr ưt c a l p này nên gây ra hi n t ưng tr i tr ưt, n t m t ñưng Vi khí h u nhi t ñ i n ưc ta không nên dùng cát làm móng d ưi vì cát r ng t o ñiu ki n thu n l i cho vi c tích t m. Vì v y v i nh ng ñon ñưng có th b nh h ưng c a mao d n t n ưc ng m phía dưi thì l p móng d ưi nên s d ng v t li u ñ t gia c ch t liên k t vô c ơ ho c h u c ơ. Ph i xét ñ n k ho ch phân k ỳ xây d ng ð s d ng ngu n v n có h n m t cách h p lí ph i xét ñ n m c t ăng xe hàng n ăm ñ xây d ng k t c u ñáp ng yêu c u ng n h n, và ñưc s d ng hoàn toàn ñ làm l p móng cho nâng c p c i t o cho giai ñon sau. Ph i xét ñ n các yêu c u v v sinh, th m m và xét ñn ñiu ki n hình thành l p mt Vi nh ng con ñưng nh trong khu dân sinh, khu hành chính, tr ưng h c, xét v ñiu ki n xe ch y thì không c n thi t ph i làm m t ñưng lo i A1 hay A2. Nh ưng do yêu cu ch ng b i nên c n thi t k l p láng nh a ho c BTN 3. Kh n ăng ch ng bi n d ng Mô ñuyn ñàn h i, c ưng ñ c a các l p v t li u trong k t c u gi m d n theo chi u t trên xu ng d ưi ñ phù h p v i tr ng thái phân b ng su t, d h giá thành xây d ng: Etrên /E dưi < 3l n, và E móng d ưi /E nn ñ t = [2,5 ÷10] t o s làm vi c ñ ng nh t và có hi u qu c a t ng l p và c a c k t c u. Mô ñun ñàn h i các l p nên ñt yêu c u sau ñây: - N n ñưng E 0 ≥ 20 MPa hay CBR ≥ 6-7 TS Phan Cao Th 72
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph - L p ñáy áo ñưng E 0 ≥ 50 MPa hay CBR ≥ 10-15 - L p móng d ưi CBR ≥ 30 - L p móng trên CBR ≥ 80 Không nên c u t o quá nhi u l p gây ph c t p cho thi công. 4. C i thi n ch ñ nhi t m Khi ch ñ th y nhi t c a n n ñưng tr nên b t l i v i s có m t c a các ngu n m nh ư n ưc m ưa, do n ưc ñ ng hai bên ñưng và n ưc mao d n t d ưi lênthì c ưng ñ áo ñưng s b gi m th p và d ưi tác d ng c a xe ch y s r t d b phá ho i. Vì v y ph i dùng các bi n pháp c i thi n sau: - T ăng c ưng ñ m nén ñ t n n ñưng; ñ p cao n n ñưng; h m c n ưc ng m, làm l p mt không th m n ưc; làm các l p ng ăn cách n ưc mao d n; t ăng b r ng l ñưng ñ mép áo ñưng ñ xa n ưc ng p hai bên; dùng các gi i pháp h n ch n ưc m ưa; nưc m t xâm nh p vào khu v c tác d ng. - Trong tr ưng h p không áp d ng ñưc các bi n pháp trên thì ph i ph i áp d ng các bi n pháp làm khô m t ñưng và ph n trên c a n n ñưng nh ư sau: b m t áo ñưng, l ñưng và b m t phân cách có l p ph có ñ d c ngang t i thi u qui ñ nh; thoát nưc m ưa xâm nh p vào k t c u áo ñưng t trên m t ñưng b ng cách b trí rãnh xươ ng cá ñi v i KCA ð h ; các hào thoát n ưc ngang ho c d c. 5. Nguyên t c c u t o chi u dày. - B dày l p trên m ng t i thi u, l p d ưi nên t ăng b dày vì xét ñn tính kinh t - B dày ñưc s d ng nên b ng ho c g n ñúng b ng b i s c a b dày ñm nén có hi u qu l n nh t. N u v ưt qua thì cùng m t l p v t li u thi công 2 l n. B dày ñm nén hi u qu l n nh t c a các l p nh ư sau: + ði v i BTN không quá 8cm + ði v i các v t li u có gia c ch t liên k t không quá 15cm + ði v i các v t li u không gia c ch t liên k t không quá 18cm - ð ñ m b o ñiu ki n làm vi c t t và thu n l i trong thi công , thì chi u dày ( ñã lèn ch t) t i thi u H min ≥ 1,5D max ( ñưng kính c t li u l n nh t ñ oc s d ng trong l p k t cu) và không nh h ơn b ng sau: TS Phan Cao Th 73