Giáo trình Thiết kế đường ô tô (Phần 1)

vận chuyển ngắn. - Thích ứng với địa hình vùng núi khó khăn. Tốc độ vận tải trên đường ô tô cũng khá nhanh, nhanh hơn đường thủy và tương đương với đường sắt. - Có thể sử dụng hỗn hợp cho nhiều loại phương tiện vận tải (kể cả vận tải thô sơ). Chính vì những đặc điểm có ý nghĩa trên nên đường ô tô là một bộ phận không thể thiếu trong mạng lưới giao thông vận tải của mỗi nước. Mặc dù có ý nghĩa quan trọng như vậy, song việc vận tải trên đường ô tô vẫn có những nhược điểm: - Do tải trọng chở được ít, lại tốn nhiên liệu nên giá thành vận chuyển ô tô cao hơn so với đường sắt và đường thủy, nhất là khi cự ly vận chuyển lớn. - Vận tải đường ô tô phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái đường, mà trạng thái đường lại chịu ảnh hưởng rất lớn của thiên nhiên. Do đó việc vận chuyển bằng ô tô thường gặp nhiều trở ngại. - Tai nạn trên đường ô tô cũng không ngừng tăng lên. Tổn thất về con người cũng như về kinh tế do tai nạn ô tô gây ra cũng ngày càng lớn. - Môi trường xung quanh đường ô tô ngày càng bị xấu đi do khí thải, bụi bẩn và tiếng ồn của ô tô gây ra. - Nạn ùn tắc giao thông ở các đường đô thị ngày càng phổ biến, làm cho tốc độ ô tô giảm xuống, giá thành vận tải tăng lên. 1.2. CÁC YẾU TỐ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ. Để thể hiện một con đường trên bản vẽ, thường dùng 3 hình chiếu: - Hình chiếu bằng (bình đồ tuyến đường). - Hình chiếu đứng (mặt cắt dọc – trắc dọc tuyến đường). - Hình chiếu cạnh (mặt cắt ngang – trắc ngang tuyến đường). 1.2.1. Bình đồ tuyến đường: Do điều kiện địa hình tự nhiên bị hạn chế nên tuyến đường ô tô trên hình chiếu bằng thường phải uốn lượn với các đoạn thẳng và đoạn cong nối tiếp nhau. Tuyến 3 đường hoàn toàn được xác định trên bình đồ (tức là hoàn toàn xác định trên thực địa) nhờ các yếu tố sau (Hình 1.1): - Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên. - Các góc ngoặt 1, 2, 3, ở các chỗ đổi hướng tuyến. - Chiều dài các đoạn thẳng. - Các yếu tố của đường cong như: góc ngoặt , bán kính đường cong R, chiều dài tiếp tuyến T, chiều dài cung tròn K và chiều dài phân cự p (Hình 1.1). T  K p  0 TÑ1 TC1 Ñ P R Hình 1.1 Các yếu tố của đường cong tròn Tất cả các yếu tố trên được đánh dấu trên thực địa bằng các cọc cùng với các đặt ở những chỗ địa hình thay đổi (cọc địa hình) và các cọc đánh dấu lý trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc H). 1.2.2. Trắc dọc tuyến đường: Mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đem “duỗi thẳng” được gọi là trắc dọc, thường được vẽ với tỉ lệ đứng gấp 10 lần tỉ lệ ngang (Hình 1.2). Hình 1.2 Trắc dọc 4 Cao độ mặt đất tự nhiên trên trắc dọc gọi là đường đen. Còn tuyến đường được xác định vị trí của nó trên trắc dọc thông qua đường đỏ thiết kế. Ở các chỗ đổi dốc, đường đỏ phải được thiết kế nối dốc bằng các đường cong đứng lồi hoặc lõm. Đường đỏ xác định nhờ các yếu tố: - Cao độ đường đỏ tại điểm đầu tuyến. - Độ dốc dọc (id) và chiều dài các đoạn dốc. - Đường cong đứng chỗ đổi dốc với các yếu tố của nó. Căn cứ vào đường đỏ đã xác định, với các yếu tố này có thể tính được cao độ thiết kế và chiều sâu đào hoặc đắp ở mỗi vị trí cọc đã bố trí trên bình đồ tương ứng. 1.2.3. Trắc ngang tuyến đường: Mặt cắt vuông góc với tuyến đường ở mỗi điểm trên tuyến (ở vị trí các cọc) được gọi là trắc ngang tại điểm đó. Hình 1.3 Trắc ngang tuyến đường Các yếu tố của đường trên trắc ngang bao gồm: (Hình 1.3) - Bề rộng nền đường a. - Bề rộng mặt đường (phần xe chạy) b. - Bề rộng lề đường c. - Độ dốc ta luy 1:m. - Các kích thước rãnh thoát nước dọc. Thiết kế đường chính là quyết định các yếu tố đường trên bình đồ, trắc dọc và trắc ngang sao cho chúng đáp ứng được yêu cầu chạy xe an toàn, tiện lợi, kinh tế. 1.3. CÁC ĐẶC TRƯNG VẬN TẢI CHỦ YẾU CỦA ĐƯỜNG 1.3.1. Thành phần xe chạy trên đường: Ở nước ta, thành phần xe chạy trên đường bao gồm: - Các loại ô tô: ô tô tải (tải nhẹ, tải nặng, con tai nơ,), ô tô khách (xe du lịch, xe khách nhiều loại chỗ ngồi, xe buýt,). Meùp lề Tim đñường Meùp phần xe chạy 5 - Xe gắn máy. Ở nước ta loại phương tiện này hiện nay khá nhiều. - Xe đạp và các loại xe thô sơ khác. Vì các phương tiện kể trên có khả năng về tốc độ chạy xe khác nhau rất nhiều, do đó về mặt tổ chức giao thông, bao giờ cũng có hai giải pháp thiết kế đường: - Thiết kế theo phương án giao thông hỗn hợp: tức là các loại phương tiện cùng đi chung trên một phần xe chạy. Tất yếu các loại phương tiện chạy chậm sẽ cản trở các loại chạy nhanh. - Thiết kế theo phương án tách riêng từng nhóm theo khả năng về tốc độ: sẽ nâng cao được tốc độ chạy xe. Như vậy, thành phần dòng xe và tỉ lệ có mặt của mỗi loại phương tiện trong dòng xe sẽ ảnh hưởng đáng kể đến các giải pháp thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đường. 1.3.2. Xe thiết kế: Xe thiết kế là loại xe phổ biến trong dòng xe để tính toán các yếu tố của đường. Các kích thước của xe thiết kế được quy định trong bảng sau: B¶ng 1.1  C¸c kÝch th-íc cña xe thiÕt kÕ (mÐt) Lo¹i xe ChiÒu dµi toµn xe ChiÒu réng phñ b× ChiÒu cao Nh« vÒ phÝa tr-íc Nh« vÒ phÝa sau Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trôc xe Xe con 6,00 1,80 2,00 0,80 1,40 3,80 Xe t¶i 12,00 2,50 4,00 1,50 4,00 6,50 Xe moãc tú 16,50 2,50 4,00 1,20 2,00 4,00 + 8,80 1.3.3. Tải trọng xe chạy: Tải trọng xe tác dụng lên đường có ảnh hưởng quan trọng đến sự làm việc của nền mặt đường và các công trình trên đường và là cơ sở để tính toán thiết kế các công trình đó. 1.3.4. Lưu lượng xe thiết kế: Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặt cắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai. Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi đưa đường vào sử dụng đối với các cấp I và II; năm thứ 15 đối với các cấp III và IV; năm thứ 10 đối với các cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo. Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con lấy theo Bảng 1.2. Thường thì xe chạy có mức tăng xe theo quan hệ hàm số mũ: Nt = N0(1+p)t-1 (xcqđ/ng.đ) (1.1) Trong đó : Nt – lưu lượng xe chạy bình quân của năm khai thác thứ t (xcqđ/ng.đ) 6 N0 –lưu lượng xe chạy bình quân của năm đầu khai thác đường ôtô (xcqd/ng.đ) P- mức tăng xe hàng năm. B¶ng 1.2  HÖ sè quy ®æi tõ xe c¸c lo¹i ra xe con §Þa h×nh Lo¹i xe Xe ®¹p Xe m¸y Xe con Xe t¶i cã 2 trôc vµ xe buýt d-íi 25 chç Xe t¶i cã 3 trôc trë lªn vµ xe buýt lín Xe kÐo moãc, xe buýt kÐo moãc §ång b»ng vµ ®åi 0,2 0,3 1,0 2,0 2,5 4,0 Nói 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 5,0 Chó thÝch:  ViÖc ph©n biÖt ®Þa h×nh ®-îc dùa trªn c¬ së ®é dèc ngang phæ biÕn cña s-ên ®åi, s-ên nói nh- sau: §ång b»ng vµ ®åi  30 %; nói > 30 %.  §-êng t¸ch riªng xe th« s¬ th× kh«ng quy ®æi xe ®¹p. Trên đây là tính toán lưu lượng xe chạy trung bình trong năm. Trong thiết kế kỹ thuật còn phải xét đến sự thay đổi lưu lượng xe chạy theo mùa trong năm và theo giờ trong ngày để phục vụ cho thiết kế áo đường, chiều rộng phần xe chạy và tổ chức xe chạy. Ví dụ: Số liệu đếm xe như sau: Loại xe Hệ số quy đổi Kết quả đếm xe (xe/ngđ) Lượng xa quy đổi (xcqđ/ngđ) Xe ®¹p 0,2 662 132.4 Xe m¸y 0,3 7748 2324.4 Xe con 1 25 25 Xe t¶i cã 2 trôc 2 118 236 xe buýt lín 2,5 4 10 Toång coäng: 2728 Giả sử mức tăng xe hàng năm là 8%. Vậy lưu lượng xe trong năm khai thác thứ 15 sẽ là : N15 = 2728 x (1+0.08)15-1 = 8013 (xcqđ/ngđ) 1.4. PHÂN CẤP HẠNG KỸ THUẬT ĐƯỜNG Ô TÔ Việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng thiết kế của con đường trong mạng lưới đường và được quy định theo Bảng 1.3. 7 B¶ng 1.3  B¶ng ph©n cÊp kü thuËt ®-êng « t« theo chøc n¨ng cña ®-êng vµ l-u l-îng thiÕt kÕ CÊp thiÕt kÕ cña ®-êng L-u l-îng xe thiÕt kÕ*) (xcq®/n®) Chøc n¨ng cña ®-êng Cao tèc > 25 000 §-êng trôc chÝnh, thiÕt kÕ theo TCVN 5729 : 1997. CÊp I > 15 000 §-êng trôc chÝnh nèi c¸c trung t©m kinh tÕ, chÝnh trÞ, v¨n ho¸ lín cña ®Êt n-íc. Quèc lé. CÊp II > 6 000 §-êng trôc chÝnh nèi c¸c trung t©m kinh tÕ, chÝnh trÞ, v¨n ho¸ lín cña ®Êt n-íc. Quèc lé. CÊp III > 3 000 §-êng trôc chÝnh nèi c¸c trung t©m kinh tÕ, chÝnh trÞ, v¨n ho¸ lín cña ®Êt n-íc, cña ®Þa ph-¬ng. Quèc lé hay ®-êng tØnh. CÊp IV > 500 §-êng nèi c¸c trung t©m cña ®Þa ph-¬ng, c¸c ®iÓm lËp hµng, c¸c khu d©n c-. Quèc lé, ®-êng tØnh, ®-êng huyÖn. CÊp V > 200 §-êng phôc vô giao th«ng ®Þa ph-¬ng. §-êng tØnh, ®-êng huyÖn, ®-êng x·. CÊp VI < 200 §-êng huyÖn, ®-êng x·. *) TrÞ sè l-u l-îng nµy chØ ®Ó tham kh¶o. Chän cÊp h¹ng ®-êng nªn c¨n cø vµo chøc n¨ng cña ®-êng vµ theo ®Þa h×nh. Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để thiết kế các yếu tố hình học của đường, các yếu tố ảnh hưởng đến vận hành xe. Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo điều kiện địa hình, được qui định trong Bảng 4. B¶ng 4  Tèc ®é thiÕt kÕ cña c¸c cÊp ®-êng CÊp thiÕt kÕ I II III IV V VI §Þa h×nh §ång b»ng §ång b»ng §ång b»ng Nói §ång b»ng Nói §ång b»ng Nói §ång b»ng Nói Tèc ®é thiÕt kÕ, Vtk, km/h 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 chó thÝch: ViÖc ph©n biÖt ®Þa h×nh ®-îc dùa trªn c¬ së ®é dèc ngang phæ biÕn cña s-ên ®åi, s-ên nói nh- sau: §ång b»ng vµ ®åi  30 %; nói > 30 %. 8 1.5. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ TRÊN ĐƯỜNG 1.5.1. Các lực tác dụng vào ô tô khi xe chạy. Khi xe chạy trên đường, ngoài sức kéo ô tô còn chịu tác dụng của các loại sức cản khác nhau bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lực cản do dốc (Hình 1.4). P Pj Pf Pk  Pi Hình 1.4 Các lực tác dụng trên ô tô khi xe chạy Pk – Lực kéo; Pf – Lực cản lăn; P - Lực cản không khí Pi – Lực cản lên dốc; Pj – Lực cản quán tính 1.5.1.1. Lực cản lăn Pf Thực nghiệm cho thấy tổng sức cản lăn trên tất cả các bánh xe Pf tỉ lệ thuận với trọng lượng G (kG) của ô tô: Pf = f.G, (kG) (1.2) Hệ số sức cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tốc độ xe chạy và chủ yếu phụ thuộc vào loại mặt đường (Bảng 1.5). Bảng 1.5 Hệ số sức cản lăn f Loại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f + Bê tông xi măng và bê tông nhựa + Đá dăm đen + Đá dăm 0,01 – 0,02 0,02 – 0,025 0,03 – 0,05 + Lát đá + Đất khô và bằng phẳng + Đất ẩm và không bằng phẳng + Đất cát rời rạc 0 ,04 – 0,05 0,04 – 0,05 0,07 – 0,15 0,15 – 0,30 1.5.1.2. Sức cản do không khí P Theo khí động học, sức cản không khí khi không có gió được xác định theo công thức: 13 kFV P 2 ω  (1.3) Trong đó: 9 k – hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào loại xe: ô tô tải k = 0,06 – 0,07; ô tô buýt k = 0,04 – 0,06; xe con k = 0,025 – 0,035. F – diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô). F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô). V – vận tốc xe chạy, km/h. 1.5.1.3. Sức cản do lên dốc Pi Là do trọng lượng bản thân của ô tô gây ra khi xe chuyển động trên mặt phẳng nằm nghiên. Ta có: Pi = G. sin Do  nhỏ nên sin  tg = i i – độ dốc dọc của đường. Do đó: Pi =  G. i (1.4) Khi xe lên dốc lấy dấu “+” và khi xe xuống dốc lấy dấu “-“. 1.5.1.4. Sức cản do quán tính Pj Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc. Khi xe tăng tốc thì lực quán tính này cản trở sự chuyển động của ô tô. Bao gồm sức cản quán tính do chuyển động tịnh tiến của ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô. Do đó ta có: dt dv g G dt dv mδP j  (1.5) trong đó: m – khối lượng của ô tô; G – trọng lượng của ô tô, g – gia tốc trọng trường; v – tốc độ xe chạy, t – thời gian;  - hệ số kể đến sức cản quán tính của các bộ phận quay. Dấu “+” ứng với trường hợp tăng tốc và dấu “-” ứng với trường hợp giảm tốc . 1.5.2. Phương trình chuyển động của ô tô và biểu đồ nhân tố động lực. Để ô tô có thể chuyển động được trên đường thì động cơ của ô tô phải sản sinh ra một sức kéo không nhỏ hơn tổng các lực cản trên đường, do vậy phương trình chuyển động của ô tô là: Pk  Pf  Pi + P  Pj Hay Pk  fG  Gi + 13 kFV2  dt dv g G δ Đặt D = dt dv g δ if G 13 kFV P 2 k   10 D - được gọi là nhân tố động lực của ô tô. Khi chuyển động đều thì 0 dt dv  và do vậy điều kiện chuyển động đều của ô tô về mặt sức kéo sẽ là: D = f ± i (1.6) Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và vế phải biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường. Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác nhau của một loại ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình 1.5). V, km/h D 0 I II III Hình 1.5 Biểu đồ nhân tố động lực của ô tô Nếu biết tổng sức cản do điều kiện đường gây ra f ± i thì theo điều kiện (1.6), nhờ biểu đồ nhân tố động lực ta có thể nhanh chóng tìm được tốc độ đều lớn nhất tương ứng của ô tô. Ngược lại, nếu muốn ô tô chạy được với tốc độ thiết kế đã định thì cũng có thể xác định được điều kiện đường tương ứng thông qua biểu đồ đó. Biểu đồ này cũng cho thấy khi điều kiện đường thay đổi thì khi chuyển động, ô tô phải chuyển về các chuyển số tương ứng. 1.5.3. Sức bám của lốp xe với mặt đường. Xét một bánh xe chủ động như hình 1.7, nếu tại điểm tiếp xúc A không có phản lực T của đường tác dụng vào lốp xe thì bánh xe sẽ quay tại chỗ, xe không chuyển động được. Phản lực T có được là do sức bám giữa lốp xe với mặt đường. Mk rk Pk TPk A 11 Hình 1.7 Sức bám của lốp xe với mặt đường Lực bám T là một lực bị động, nghĩa là khi có lực tác dụng của bánh xe vào mặt đường (chính là lực kéo Pk) thì đường mới tác dụng trở lại bánh xe một lực là T. Do vậy nếu giữa bánh xe và mặt đường có đủ sức bám thì luôn luôn có T = Pk. Nếu sức kéo Pk càng lớn thì T càng lớn. Nhưng sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một nhân tố khách quan nên không phải sức bám cứ tăng mãi được mà chỉ tăng đến một trị số nhất định là Tmax, tức là sức bám lớn nhất. Nếu Pk > Tmax thì tại điểm A bánh xe sẽ quay tại chỗ và trượt theo quán tính. Do vậy sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một điều kiện quan trọng để xe có thể chuyển động được và để đảm bảo an toàn chạy xe. Thực nghiệm cho thấy sức bám lớn nhất Tmax tỉ lệ thuận với trọng lượng trục xe chủ động Gk. Tmax =  Gk, (kG) Trong đó:  - hệ số bám giữa lốp xe với mặt đường, phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng và độ nhám của mặt đường. Mặt đường càng khô sạch, ít bụi bẩn, ít ẩm ướt và càng nhám thì  càng lớn ( = 0,7), còn nếu mặt đường ẩm, bẩn thì  nhỏ ( = 0,3). Nếu tất cả các bánh xe của ô tô đều là bánh xe chủ động thì Gk = G, G – là trọng lượng toàn bộ xe. Như vậy, điều kiện chuyển động của ô tô về mặt sức bám là: Pk  Tmax Do đó, trong thiết kế đường, để đảm bảo ổn định và an toàn cho xe chạy thì việc tăng hệ số bám  có ý nghiã rất quan trọng. Điều kiện cần và đủ để ô tô chuyển động được trên đường là: Pcản  Pk  Tmax (1.7) 1.5.4. Chiều dài hãm xe. Khi xử lý các tình huống giao thông trên đường thì người lái xe thường phải căn cứ vào khoảng cách tới các chướng ngại vật để ướt tính cường độ hãm phanh sao cho xe vừa kịp dừng lại trước chúng. Khi thiết kế đường phải đảm bảo khoảng cách này cho người lái xe trong mọi trường hợp. Do đó, khi xét điều kiện an toàn chạy xe, chiều dài hãm xe có một ý nghiã rất quan trọng. Khi hãm phanh trên các bánh xe, má phanh tác dụng vào vành xe sinh ra mô men hãm Mh và mô men này sinh ra lực hãm phanh Ph như hình 1.8. 12 Mh rk Pk TPk A Hình 1.8 Sơ đồ phát sinh lực hãm xe Lực hãm phanh Ph chỉ có tác dụng khi có đủ sức bám giữa lốp xe với mặt đường, nếu không thì xe vẫn trượt trên mặt đường mặc dù bánh xe không quay nữa. Vì vậy lực hãm có ích lớn nhất chỉ có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩa là: Ph = Tmax =  Gh Trong đó:  - hệ số bám Gh – trọng lượng hãm, vì tất cả các bánh xe đều bố trí bộ phận hãm phanh nên trọng lượng hãm cũng bằng trọng lượng toàn bộ G của xe. Ngoài lực hãm phanh Ph, khi hãm xe các lực cản khác cũng tham gia vào quá trình hãm, nhưng vì khi hãm xe, xe chạy chậm nên lực cản do không khí P là không đáng kể, còn lực cản lăn Pf và lực quán tính Pj được bỏ qua để tăng an toàn. Do vậy tổng lực hãm lúc này chỉ gồm lực hãm phanh Ph và lực cản do dốc Pi, nghĩa là: Ph + Pi = G  iG = G(  i) trong đó: i – độ dốc dọc của đường. Gọi V1 và V2 (m/s) là tốc độ của ô tô trước và sau khi hãm phanh. Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng thì công của tổng lực hãm sinh ra trên chiều dài hãm xe Sh phải bằng động năng tiêu hao do tốc độ ô tô giảm từ V1 xuống V2, tức là: G(  i)Sh = 2 VV g G 2 VV m 2 2 2 1 2 2 2 1    Do đó có thể tính được chiều dài hãm xe:  ig2 VV S 2 2 2 1 h    Vì khi hãm xe với cường độ cao, chiều dài hãm xe ngoài thực tế sẽ lớn hơn so với lý thuyết, do đó phải đưa vào công thức trên hệ số sử dụng phanh k. Theo thực nghiệm nên lấy k = 1,2 với ô tô con và k = 1,3 – 1,4 với ô tô tải và ô tô buýt. Do đó ta có: 13  ig2 VV .kS 2 2 2 1 h    Nếu tốc độ xe tính bằng km/h thì:  i254 VV .kS 2 2 2 1 h    , m Khi hãm xe, nếu xe dừng lại hẳn thì V2 = 0, do đó:  i254 k.V S 2 h    , m (1.8) 14 CHÖÔNG 2 THIEÁT KEÁ BÌNH ĐỒ 2.1. Khái niệm chung và những nguyên tắc cơ bản: 2.1.1. Khái niệm: Bình đồ là hình chiếu của đường lên mặt phẳng nằm ngang. Trên bình đồ cho ta thấy đường gồm những đoạn thẳng nối tiếp với đường cong. (Hình 3.1). Trên bình đồ cần thể hiện địa hình, địa vật khảo sát được, tim đường thiết kế, mép phần xe chạy, mép lề, rãnh thoát nước, chân taluy, ranh giới giải tỏa, tên cọc, lý trình, các yếu tố cong, tọa độ cọc, ... Hình 3.1: Bình đồ thiết kế 2.1.2. Những yêu cầu chung của tuyến trên bình đồ: - Đảm bảo các yếu tố của tuyến như bán kính tối thiểu đường cong nằm, chiều dài đường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc lớn nhất khi triển tuyến, ... không vi phạm những quy định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế. - Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên - Đảm bảo sự hài hoà, phối hợp giữa đường và cảnh quan - Xét yếu tố tâm lý người lái xe và hành khách đi trên đường, không nên thiết kế đường có những đoạn đường thẳng quá dài (lớn hơn 3km) gây tâm lý mất cảnh giác và gây buồn ngủ đối với lái xe, ban đêm đèn pha ô tô làm chói mắt xe ngược chiều. - Cố gắng sử dụng các tiêu chuẩn hình học cao như bán kính đường cong, đoạn chêm giữa các đường cong, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hình cho phép. 15 - Đảm bảo tuyến là một đường không gian đều đặn, êm thuận, trên hình phối cảnh tuyến không bị bóp méo hay gãy khúc. Muốn vậy phải phối hợp hài hoà giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, giữa tuyến và công trình và giữa các yếu tố đó với địa hình, cảnh quan môi trường xung quanh. 2.1.3. Vị trí tuyến trên bình đồ: - Định tuyến phải bám sát đường chim bay giữa 2 điểm khống chế. - Thiết kế nền đường phải đảm bảo cho giao thông thuận lợi, đồng thời phải tuân theo mọi quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật của tuyến. - Khi định tuyến nên tránh đi qua những vị trí bất lợi về thổ nhưỡng, thuỷ văn, địa chất (như đầm lầy, khe xói, sụt lở, đá lăn, kast,...) để đảm bảo cho nền đường được vững chắc. - Không nên định tuyến qua khu đất đai đặc biệt quí, đất đai của vùng kinh tế đặc biệt, cố gắng ít làm ảnh hưởng đến quyền lợi của những người sử dụng đất. - Khi tuyến giao nhau với đường sắt hoặc đi song song với đường sắt cần phải tuân theo quy trình của Bộ GTVT về quan hệ giữa đường ôtô và đường sắt (vị trí giao phải ở ngoài phạm vi ga, đường dồn tàu, cửa hầm đường sắt, ghi cổ họng, các cột tín hiệu vào ga, góc giao >450. - Khi chọn tuyến qua thành phố, thị trấn thì cần chú ý đến quy mô và đặc tính của giao thông trên đường, lưu lượng xe khu vực hay xe quá cảnh chiếm ưu thế, số dân và ý nghĩa về chính trị, kinh tế, văn hoá, xã hội của đường để quyết định hướng tuyến hợp lý nhất. - Khi qua vùng đồng bằng cần vạch tuyến thẳng, ngắn nhất, tuy nhiên tránh những đoạn thẳng quá dài (≥3km) có thể thay bằng các đường cong có bán kính R≥1000m, tránh dùng góc chuyển hướng nhỏ. - Khi đường qua vùng đồi nên dùng các đường cong có bán kính lớn uốn theo địa hình tự nhiên. Bỏ qua những uốn lượn nhỏ và tránh tuyến bị gãy khúc về bình đồ và trắc dọc. - Qua vùng địa hình đồi nhấp nhô nối tiếp nhau, tốt nhất nên chọn tuyến là những đường cong nối tiếp hài hoà với nhau, không nên có những đoạn thẳng chêm ngắn giữa những đường cong cùng chiều, các bán kính của các đường cong tiếp giáp nhau không được vượt quá các giá trị cho phép. - Khi tuyến đi theo đường phân thuỷ, điều cần chú ý trước tiên là quan sát hướng của đường phân thuỷ chính và tìm cách nắn thẳng tuyến trên từng đoạn, chọn những sườn đồi ổn định và thuận lợi cho việc đặt tuyến, tránh những mỏm cao và tìm những đèo thấp để vượt. - Khi tuyến đi trên sườn núi, mà độ dốc và mức độ ổn định của sườn núi có ảnh hưởng đến vị trí đặt tuyến thì cần nghiên cứu tổng hợp các điều kiện địa hình, địa chất và thuỷ văn để chọn tuyến thích hợp. Nếu tồn tại những đoạn sườn dốc bất lợi về địa chất, thuỷ văn như sụt lở, trượt, nước ngầm, ... cần cho tuyến đi tránh hoặc cắt qua phía trên. - Khi triển tuyến qua đèo thông thường chọn vị trí đèo thấp nhất, đồng thời phải dựa vào hướng chung của tuyến và đặc điểm của sườn núi để triển tuyến từ đỉnh đèo xuống hai phía. 16 Đối với những đường cấp cao nếu triển tuyến qua đèo gặp bất lợi như sườn núi không ổn định hoặc các tiêu chuẩn kỹ thuật về bình đồ, trắc dọc quá hạn chế không thoả mãn thì có thể xem xét phương án hầm. Tuyến hầm phải chọn sao cho có chiều dài ngắn nhất và nằm trong vùng ổn định về địa chất, thuỷ văn. - Khi tuyến đi vào thung lũng các sông suối, nên : + Chọn một trong hai bờ thuận với hướng chung của tuyến, có sườn thoải ổn định, khối lượng công tác đào đắp ít + Chọn tuyến đi trên mực nước lũ điều tra + Chọn vị trí thuận lợi khi giao cắt các nhánh sông suối: nếu là thung lũng hẹp tuyến có thể đi một bên hoặc cả hai bên với một hoặc nhiều lần cắt qua khe suối. Lý do cắt qua nhiều lần một dòng suối thường là khi gặp sườn dốc nặng, vách đá cao, địa chất không ổn định (sụt, trượt,...) - Vị trí tuyến cắt qua sông suối cần chọn những đoạn suối thẳng có bờ và dòng ổn định, điều kiện địa chất thuận lợi. - Trường hợp làm đường cấp cao đi qua đầm hồ hoặc vịnh cần nghiên cứu phương án cắt thẳng bằng cách làm cầu hay kết hợp giữa cầu và nền đắp nhằm rút ngắn chiều dài tuyến. 2.2. Đường dẫn hướng tuyến và phương pháp thiết kế bình đồ : 3.2.1 Đường dẫn hướng tuyến và các lối đi tuyến phù hợp địa hình: a) Trường hợp vị trí hai điểm khống chế nằm dọc một bên theo hướng của đường phân thuỷ hoặc đường tụ thuỷ (dọc theo thung lũng sông, suối của địa hình) : - Lối đi tuyến thung lũng : Tuyến thiết kế có thể đi theo thung lũng và đặt trên các thềm sông, suối có thể dựa vào sông, suối đi gần các điểm khống chế để vạch đường dẫn hướng tuyến. Đường dẫn hướng tuyến được vạch trên quan điểm : Đảm bảo đặt tuyến trên mức nước ngập; tránh được các đầm lầy ven sông; tránh được sự phá hoại do dòng nước; tránh cho tuyến bị uốn lượn quá nhiều theo dòng sông. Tóm lại đường dẫn hướng tuyến nên đi vào các thềm sông địa chất ổn định, rộng, thẳng và không bị ngập. - Lối đi tuyến đường phân thuỷ : Tuyến đi bám theo đường phân thuỷ. Lối đi này có ưu điểm nổi bật là ít phải làm công trình cầu cống và lợi về điều kiện thoát nước. Tuy vậy, đường dẫn hướng tuyến chỉ nên đi trùng với đường phân thuỷ ở các đoạn đỉnh núi không bị phong hoá, địa chất ổn định, phẳng, thẳng và ít lồi lõm, đồng thời nên đi tránh xuống dưới sườn ở các đoạn đỉnh núi lên xuống răng cưa quá nhiều. - Lối đi tuyến sườn núi : Tuyến thiết kế đi trên lưng chừng sườn núi trong phạm vi giữa đường phân thuỷ và tụ thuỷ. Đường dẫn hướng tuyến nên chọn sao cho tranh thủ được các đoạn sườn thoải (độ dốc ngang sườn núi dưới 50%), địa chất ổn định và thế núi ít quanh co. b) Trường hợp vị trí hai điểm khống chế nằm ở hai bên đường phân thuỷ hoặc đường tụ thuỷ: Tuyến đường phải cắt qua đường phân thuỷ hoặc đường tụ thuỷ do đó phải lên xuống dốc. Lối đi tuyến sử dụng lối đi sườn núi là chính và phải khắc phục chênh lệch cao độ nên đường dẫn hướng tuyến phải xác định theo điều kiện triển tuyến. Độ dốc chỉ đạo của đường dẫn hướng tuyến id = imax - i 17 Trong đó : imax là độ dốc max tương ứng với cấp hạng đường thiết kế i: là độ dốc dự phòng (thường lấy 2-3%) Trên bản đồ địa hình ta xác định được bước compa li có độ dốc đều id giữa hai đường đồng mức chênh lệch cao độ H như sau :li = H/id Từ đó xác định được đường độ dốc đều dẫn tuyến. c) Ngoài các lối đi tuyến trên, xét về mặt đặc trưng địa hình còn phân biệt hai lối đi tuyến gò bó và tự do - Lối đi tuyến gò bó : Là trường hợp tuyến bắt buộc phải qua một vùng địa hình khó khăn về bình đồ hoặc trắc dọc hay khó khăn cả bình đồ lẫn trắc dọc. Đường dẫn hướng tuyến được kẻ theo đường độ dốc đều. Trường hợp chỉ gò bó về bình đồ mà không gò bó về trắc dọc thì đường dẫn hướng tuyến thường bám theo một đường đồng cao độ kết hợp với đường dẫn hướng tuyến lối đi sườn núi. - Lối đi tuyến tự do : Trường hợp này tuyến không bị khống chế trước về dải đặt tuyến, thường gặp ở địa hình đồng bằng, thung lũng lòng chảo, vùng cao nguyên bằng phẳng hoặc đồi thoải. Đường dẫn hướng tuyến hay dùng chính là đường chim bay giữa các điểm tựa hoặc các điểm khống chế. Ngoài ra, còn tuỳ thuộc vào ý nghĩa tuyến đường và cấp hạng kỹ thuật mà có các phương án tuyến phù hợp. 2.2.2 Thiết kế bình đồ tuyến qua các dòng nước Thiết kế bình đồ tuyến qua các dòng nước thường được giải quyết theo các quan điểm khác nhau tuỳ thuộc loại và khẩu độ công trình cũng như cấp hạng đường. Tuyến đường luôn luôn cắt thẳng góc với dòng chảy thì giá thành xây dựng cầu cống là rẻ nhất, đồng thời ít gây ảnh hưởng hơn đến dòng nước. Tuy nhiên, yêu cầu này sẽ dẫn đến bẻ gẫy hướng tuyến khiến cho không đảm bảo được độ đều đặn và sự phối hợp giữa các yếu tố tuyến về mặt thị giác, do đó giảm chất lượng vận doanh của tuyến. Thông thường khi tuyến cắt qua các dòng nước nhỏ (các cống, cầu nhỏ và cầu trung) thì nguyên tắc thiết kế bình đồ tuyến là đảm bảo có bình đồ tốt, chấp nhận cắt chéo góc với dòng chảy, hoặc cầu cống nằm trong đường cong bằng, điều này đặc biệt quan tâm áp dụng đối với đường cấp cao. Ngược lại, khi cắt qua sông lớn thì vị trí và hướng cắt sông của cầu quyết định đến bình đồ tuyến để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đối với việc thiết kế cầu lớn và đảm bảo hạ giá thành xây dựng cầu. 2.2.3 Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư được giải quyết tuỳ theo quy mô điểm dân cư, cũng như tuỳ theo quan hệ giữa yêu cầu vận chuyển quá cảnh và yêu cầu vận chuyển địa phương. Nói chung có thể có các phương án sau: - Cắt qua điểm dân cư, tuyến trùng với đường trục chính của thành phố và thị trấn. Phương án này chỉ nên dùng khi yêu cầu vận chuyển quá cảnh nhỏ hơn nhiều so với yêu cầu chuyên chở đến trực tiếp phục vụ cho điểm dân cư. Phương án này được áp dụng cho các khu trung tâm công nghiệp, khai thác lớn và các thành phố đang xây dựng. Nó có ảnh hưởng xấu là cản trở giao thông nội bộ, chia cắt khu dân cư, dễ gây tai nạn, ô nhiễm môi trường... 18 - Vòng qua điểm dân cư. Để kết hợp và tạo thuận lợi cho vận chuyển vào thành phố, tuyến thiết kế lúc này có thể cắt qua vùng ngoại ô hoặc đi vào vùng ranh giới thành phố và thị trấn. 2.3. Ñaëc ñieåm chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ treân ñöôøng cong naèm. Khi xe chaïy treân ñöôøng cong, ñieàu kieän xe chaïy cuûa oâ toâ khaùc haún so vôùi khi xe chaïy treân ñöôøng thaúng: chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm C höôùng ra ngoaøi ñöôøng cong, löïc naøy vuoâng goùc vôùi höôùng chuyeån ñoäng, taùc ñoäng leân oâ toâ vaø haønh khaùch, laøm cho xe deã bò laät hoaëc tröôït khi xe chaïy nhanh ôû caùc ñöôøng cong coù baùn kính nhoû, laøm cho vieäc ñieàu khieån xe gaëp khoù khaên hôn vaø haønh khaùch coù caûm giaùc khoù chòu. Ngoaøi ra, ôû nhöõng ñöôøng cong coù baùn kính nhoû, do taùc duïng cuûa löïc ly taâm C, loáp xe seõ bò bieán daïng theo chieàu ngang taïi choã tieáp xuùc vôùi maët ñöôøng, söùc caûn laên ñoái vôùi oâ toâ taêng leân, loáp xe choùng hao moøn hôn. Vì vaäy khi thieát keá ñöôøng coá gaéng söû duïng ñöôøng cong coù baùn kính lôùn trong ñieàu kieän cho pheùp. Khi xe chaïy trong ñöôøng cong, taïi troïng taâm cuûa oâ toâ chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm vaø troïng löôïng baûn thaân cuûa oâ toâ . G C Yñ  in Hình 3.2 Caùc löïc taùc duïng vaøo oâ toâ khi xe chaïy trong ñöôøng cong Löïc ly taâm C xaùc ñònh theo coâng thöùc: R v g G R mv C 22  trong ñoù: m – khoái löôïng oâ toâ; v - toác ñoä xe chaïy, m/s; R – baùn kính ñöôøng cong, m; G – troïng löôïng cuûa oâ toâ, kG; g – gia toác troïng tröôøng, g = 9,81m/s2; Töø hình veõ, ta coù: Yñ = Ccos ± Gsin 19 Yñ – toång hôïp caùc löïc laøm oâ toâ tröôït ngang;  - goùc nghieân cuûa beà maët ñöôøng so vôùi höôùng naèm ngang; daáu (+) töông öùng vôùi tröôøng hôïp khi xe chaïy treân nöûa laøn xe phía löng ñöôøng cong vaø daáu (-) khi xe ôû phía buïng ñöôøng cong. Vì  raát nhoû neân coù theå xem cos  1, sin  tang = in – ñoä doác ngang cuûa maët ñöôøng. Do ñoù: n 2 n 2 i gR v G Y Gi R v g G Y  Ñaët: n 2 i gR v G Y   - heä soá löïc ngang; Chọn trị số của  xuất phát từ những điều kiện sau đây: - Điều kiện ổn định chống trượt ngang:   0 0: hệ số bám theo chiều ngang giữa lốp xe và mặt đường. Thường lấy 0= ( hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường. Xét điều kiện bất lợi nhất là lúc mặt đường trơn lầy  = 0.25 nên 0 = 0.15. - Điều kiện ổn định chống lật: h b 2 2  Trong đó: b: Kho... = 0,5 – 0,7m/s2, ta có: b v R R v b 2 min 2  v – tốc độ xe chạy, m/s. Nếu v tính bằng km/h và b = 0,5m/s2 thì: m, 6,5 v R 2 min  Ví dụ tính toán bán kính đường cong đứng lõm đường cấp III, tốc độ 80Km/h: mR lõm 62,984 5,6 80 2 min  Theo quy định ở bảng 3.6 thì bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu đối với cấp đường 80km/h là mR lom 2000min  Vậy chọn bán kính đường cong đứng lồi nhỏ nhất là mR lom 2000min   Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn về ban đêm: (Hình 3.5) 44 Hình 3.5 Sơ đồ xác định bán kính tối thiểu đường cong đứng lõm Công thức tính toán như sau: )( )sin.(2 1 2 1 min m Sh S R d lom   Với S1: chiều dài tầm nhìn 1 chiều (m). hd: chiều cao đèn. : góc chiếu sáng của pha đèn. Trị số bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu được quy định bảng 3.6 2.3.3. Phương pháp cắm đường cong đứng: Ví dụ cắm đường cong đứng lồi bán kính R=1000m như hình vẽ dưới đây: Hình 3.6 Sơ đồ cắm như sau: (Hình 3.7) Giả sử chọn cọc C2 làm gốc chuẩn (trục x nằm ngang, trục y thẳng đứng). - Chiều dài đường cong K = R.(i1 - i2) = 1000x(3%+2%) = 50(m) (i>0 khi lên dốc, i<0 khi xuống dốc) - Tiếp tuyến đường cong T = R.( 2 ii 21  ) = mx 25 2 %2%3 1000   - Độ dài phân cự p = 2R T 2 = m x 31.0 10002 25 2  Hình 3.8 là trắc dọc thiết kế có bố trí đường cong đứng: 45 Tung độ các điểm trung gian trên đường cong có hoành độ x được xác định theo công thức: Y =  2R X 2 Trong đó: R : Bán kính đường cong tại điểm gốc của toạ độ tại đỉnh đường cong. Dấu (+) ứng với đường cong đứng lồi. Dấu (-) ứng với đường cong đứng lõm. i1,i2 : Độ dốc của hai đoạn nối nhau bằng đường cong đứng. Dấu (+) ứng với lên dốc. Dấu (-) ứng với xuống dốc. Lưu ý: xem thêm trong sách thiết kế đường tập 1 của Đỗ Bá Chương. 2.4. NHỮNG YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC. Thiết kế đường đỏ hay thiết kế trắc dọc là xác định vị trí của mặt đường trên trắc dọc so với mặt đất tự nhiên. Khi thiết kế đường đỏ cần tuân theo các yêu cầu và nguyên tắc sau đây: - Trắc dọc có ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu khai thác của đường như tốc độ xe chạy, tiêu hao nhiên liệu và an toàn giao thông, có ảnh hưởng lớn đến giá thành xây dựng, do đó khi thiết kế đường đỏ phải đảm bảo tuyến lượn đều, ít thay đổi dốc, 46 nên dùng độ dốc bé. Chỉ ở những nơi địa hình khó khăn mới sử dụng các tiêu chuẩn giới hạn. - Đảm bảo thoát nước tốt từ nền đường và khu vực hai bên đường. Cần tìm cách nâng cao tim đường so với mặt đất tự nhiên vì nền đường đắp có chế độ thủy nhiệt tốt hơn so với nền đường đào. Chỉ sử dụng nền đường đào ở những đoạn tuyến khó khăn như qua vùng đồi núi, sườn dốc lớn, - Đảm bảo cao độ đã được xác định trước tại những điểm khống chế như tại các điểm đầu và cuối tuyến nối liền với các đường hiện có, điểm giao nhau với các đường ô tô khác, giao nhau với đường sắt, cao độ tại mặt cầu, cao độ tối thiểu của nền đường tại các vùng bị ngập nước, - Độ dốc dọc tại các đoạn nền đường đào hoặc đắp thấp (cần phải làm rãnh dọc) không được thiết kế nhỏ hơn 0,5% (cá biệt là 0,3%) để đảm bảo thoát nước tốt từ rãnh dọc và lòng rãnh không bị ứ đọng bùn cát. - Khi thiết kế đường đỏ cần chú ý đến điều kiện thi công thủ công hay cơ giới. Cố gắng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công bằng cơ giới. 2.5. XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM KHỐNG CHẾ KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC: Cao độ khống chế là cao độ buộc đường đỏ phải đi qua hoặc cao độ đường đỏ phải cao hơn một cao độ tối thiểu, hoặc cao độ đường đỏ phải thấp hơn một cao độ tối đa nào đó. 2.5.1. Các điểm khống chế buộc đường đỏ phải đi qua:  Điểm đầu, điểm cuối tuyến: được mô tả ở hình 3.9 Hình 3.9 Minh họa cao độ thiết kế điểm đầu và điểm cuối không đổi  Độ cao tại chỗ đường giao nhau cùng mức: là độ cao tâm điểm của đường giao nhau. (Hình 3.10) 47 Hình 3.10 Minh họa cao độ thiết kế tại chỗ giao nhau  Độ cao mặt cầu (H): (Hình 3.11) H = hn + ht + hc (m) Trong đó: hn – độ cao mặt nước thiết kế của sông (m), ht – chiều cao tỉnh không (m), phụ thuộc vào yêu cầu thông tàu thuyền, cấp đường sông, hc – chiều cao kết cấu cầu (m), Hình 3.11  Độ cao mặt cầu cạn (Hc): - Dưới cầu là đường sắt: Hc = hr + ht + hc (m) Trong đó: hr – độ cao mặt ray đường sắt (m), ht – chiều cao tỉnh không đường sắt (m) phụ thuộc vào loại tàu đi lại, đối với đầu máy hơi nước, đầu máy diêzen ht = 5.5m, đối với đầu máy điện ht = 6.55m, trong trường hợp khó khăn ht = 6.20m. hc – chiều cao kết cấu cầu (m), - Dưới cầu là đường ôtô: Hc = hđ + ht + hc Trong đó: hđ – độ cao mặt đường (m), ht – chiều cao tỉnh không đường ôtô (m), phụ thuộc vào loại xe qua lại dưới cầu; đới với đường ôtô, ht = 4.5m. hc – ý nghĩa giống như trên.  Độ cao đường sắt: là độ cao mặt ray(m). 2.5.2. Các điểm khống chế buộc đường đỏ phải cao hơn:  Cao độ nền đường đắp qua bãi sông phải cao hơn mực nước tính toán (có xét đến mức nước dềnh và chiều cao sóng vỗ) ít nhất là 0,5m. (Hình 3.12) hn 48  Cao độ tối thiểu của mép nền đường: Phải cao hơn mực nước đọng thường xuyên là 0.5m. (Mực nước đọng thường xuyên là mực nước đọng từ 20 ngày trở lên) (Hình 3.13) Hình 3.13  Cao độ nền đường đáp tại vị trí cống tròn phải đảm bảo chiều cao đất đắp tối thiểu là 0,5m để cống không bị vỡ do lực va đập của lốp xe ô tô. Nếu không thỏa mãn yêu cầu trên thì dùng cống chịu lực như cống bản, cống hộp, 2.5.3. Các điểm khống chế buộc đường đỏ phải thấp hơn:  Tại nơi khống chế đường dây điện cao thế.  Tại nút giao nhau khác mức do khống chế độ cao của đường chạy trên. 2.5.4. Các điểm mong muốn: Các điểm mong muốn là cao độ thỏa mãn hàm mục tiêu của người thiết kế trên cơ sở của điều kiện địa hình, tính chất dòng xe, Thường chọn hàm mục tiêu là giá thành xây dựng nhỏ nhất, nghĩa là tận dụng khối lượng đất đào đắp nền đường thông qua diện tích đào và đắp tại mỗi mặt cắt ngang tương đương nhau. Cũng có thể dùng hàm mục tiêu là giá thành xây dựng các công trình chống đỡ đảm bảo tính ổn định của nền đường được đưa ra giữa các phương án làm và không phải làm các công trình chống đỡ gia cố . 2.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC: 2.6.1. Phương pháp đường bao: Theo phương pháp này, đường đỏ được thiết kế song song với mặt đất tự nhiên. Phương pháp này thường dùng ở địa hình đồng bằng, đồi thoải hoặc khi thiết kế đường cải tạo nâng cấp, đường cấp thấp. (Hình 3.14) MND:3.5m 49 Hình 3.14 2.6.2. Phương pháp đường cắt: Thiết kế đường đỏ cắt địa hình tự nhiên tạo thành những đoạn đường đào và đắp xen kẽ nhau. Khi thiết kế cố gắng để vị trí đường đỏ tạo sự cân bằng khối lượng công tác đất giữa các đoạn đào và đắp kề nhau. Mục đích là để tận dụng đất đào từ nền đường đào đắp sang nền đường đắp. Phương pháp này thường dùng cho đường cấp cao, đường ở vùng đồi núi. (Hình 3.15) Hình 3.15 Nói chung tùy theo hình thức thực tế mà vận dụng kết hợp giữa thiết kế bao và thiết kế cắt, trong bất cứ trường hợp nào cũng tránh đào sâu đắp cao. 2.7. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ TRẮC DỌC: - Xác định cao độ những điểm khống chế và điểm mong muốn. - Sơ bộ vạch đường đỏ phải thỏa mãn các yêu cầu và nguyên tắc đã nêu. - Phân trắc dọc thành những đoạn đặc trưng về độ dốc dọc của đường đỏ. Xác định cao độ các điểm đầu của đoạn dốc, sau đó tính toán định trị số dốc dọc cho đoạn đó một cách chính xác. - Tính cao độ của điểm đầu, sau đó chuyền cao độ đường đỏ ở những cọc tiếp theo cho tới điểm cuối dốc. - Kiểm tra lại các yêu cầu của đường đỏ, điều chỉnh lại nếu thấy cần thiết. - Tính chiều cao đào đắp đất ở tất cả các cọc. 50 - Xác định vị trí các điểm xuyên để phục vụ cho việc tính toán khối lượng công tác sau này. Trong thiết kế đường thường gặp hai trường hợp tính toán điểm xuyên sau: (Hình 3.16) Hình 3.16 51 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRẮC NGANG VÀ NỀN ĐƯỜNG 2.8. BỀ RỘNG PHẦN XE CHẠY VÀ LỀ ĐƯỜNG: 2.8.1. Bề rộng phần xe chạy: Bề rộng phần xe chạy được xác định phụ thuộc vào lưu lượng xe chạy trên đường, thành phần, tốc độ xe chạy và việc tổ chức phân luồng giao thông. Bề rộng của nó bằng tổng bề rộng các làn xe bố trí trên đường. Làn xe là không gian đủ rộng để xe chạy nối nhau theo một chiều, đảm bảo an toàn với vận tốc thiết kế, bề rộng làn xe là không gian tối thiểu để chứa xe và 2 khoảng dao động ngang của xe. Bề rộng của một làn xe được xác định phụ thuộc vào chiều rộng của thùng xe, khoảng cách từ thùng xe đến làn xe bên cạnh và từ bánh xe đến mép phần xe chạy (Hình 4.1). B1 B2 y c x x c x Hình 4.1 Sơ đồ xác định bề rộng phần xe chạy - Bề rộng làn xe ngoài cùng xác định theo công thức: 2 cb yx 2 cb cyxB 1     (4.1) Trong đó: b – chiều rộng thùng xe, m; c – cự ly giữa hai bánh xe, m; x – khoảng cách từ thùng xe tới làn xe cạnh; y – khoảng cách từ giữa bánh xe đến mép phần xe chạy, - Khi phần xe chạy gồm nhiều làn xe thì những làn xe nằm ở giữa tính theo công thức: B2 = b + x1 + x2 x1, x2 – khoảng cách từ thùng xe tới làn xe cạnh; 52 Các trị số x, y được xác định theo công thức thực nghiệm sau: x = 0,5 + 0,005V khi làn xe cạnh ngược chiều; x = 0,35 + 0,005V khi làn xe cạnh cùng chiều chiều; y = 0,5 + 0,005V Trong đó x, y tính bằng m, còn V tính bằng km/h; Khi tính toán cần phải xét cả hai trường hợp: xe con có kích thước bé nhưng tốc độ xe chạy cao, xe tải có tốc độ thấp nhưng kích thước lớn. Xét về vị trí xe trong trắc ngang mặt đường có thể có các loại sau đây: Hình 4.2 Bề rộng làn xe tối thiểu được quy định ở bảng 4.1. 2.8.2. Lề đường: Dải đất song song và nằm sát phần xe chạy gọi là lề đường. Lề đường có tác dụng giữ cho mép mặt đường không bị hư hỏng. Lề đường phải đảm bảo khi cần thiết ô tô có thể tránh hoặc đỗ trên lề đường. Khi sửa chữa xây dựng mặt đường, lề đường còn là nơi dùng để chứa vật liệu. Khi Vtt  40km/h thì lề đường có một phần gia cố, phần gia cố này có cấu tạo đơn giản hơn so với mặt đường (bớt lớp, bớt chiều dày, 53 dùng vật liệu kém hơn) nhưng lớp mặt của nó phải cùng vật liệu với mặt đường (Hình 4.3). i1i1i2 i1 i1 i2 Neàn ñöôøng Leà Maët ñöôøng Leà Gia coá Tim ñöôøng Hình 4.3 Cấu tạo nền đường Đường có Vtt từ 60km/h trở lên phải có dãi dẫn hướng – là vạch sơn liền rộng 20cm nằm trên lề gia cố, sát với mép mặt đường. Chiều rộng tối thiểu các yếu tố mặt cắt ngang của các cấp đường được quy định ở bảng 4.1, 4.2. B¶ng 4.1  ChiÒu réng tèi thiÓu c¸c yÕu tè trªn mÆt c¾t ngang cho ®Þa h×nh ®ång b»ng vµ ®åi CÊp thiÕt kÕ cña ®-êng I II III IV V VI Tèc ®é thiÕt kÕ, km/h 120 100 80 60 40 30 Sè lµn xe tèi thiÓu dµnh cho xe c¬ giíi (lµn) 6 4 2 2 2 1 ChiÒu réng 1 lµn xe, m 3,75 3,75 3,50 3,50 2,75 3,50 ChiÒu réng phÇn xe ch¹y dµnh cho c¬ giíi, m 2 x 11,25 2 x 7,50 7,00 7,00 5,50 3,5 ChiÒu réng d¶i ph©n c¸ch gi÷a1), m 3,00 1,50 0 0 0 0 ChiÒu réng lÒ vµ lÒ gia cè2), m 3,50 (3,00) 3,00 (2,50) 2,50 (2,00) 1,00 (0,50) 1,00 (0,50) 1,50 ChiÒu réng nÒn ®-êng, m 32,5 22,5 12,00 9,00 7,50 6,50 Sè trong ngoÆc ë hµng nµy lµ chiÒu réng phÇn lÒ cã gia cè tèi thiÓu. Khi cã thÓ, nªn gia cè toµn bé chiÒu réng lÒ ®-êng, ®Æc biÖt lµ khi ®-êng kh«ng cã ®-êng bªn dµnh cho xe th« s¬. B¶ng 4.2  ChiÒu réng tèi thiÓu c¸c bé phËn trªn mÆt c¾t ngang cho ®Þa h×nh vïng nói 54 CÊp thiÕt kÕ cña ®-êng III IV V VI Tèc ®é thiÕt kÕ, km/h 60 40 30 20 Sè lµn xe dµnh cho xe c¬ giíi, lµn 2 2 1 1 ChiÒu réng 1 lµn xe, m 3,00 2,75 3,50 3,50 ChiÒu réng phÇn xe ch¹y dµnh cho xe c¬ giíi, m 6,00 5,50 3,50 3,50 ChiÒu réng tèi thiÓu cña lÒ ®-êng*), m 1,5 (gia cè 1,0m) 1,0 (gia cè 0,5m) 1,5 (gia cè 1,0m) 1,25 ChiÒu réng cña nÒn ®-êng, m 9,00 7,50 6,50 6,00 *) Sè trong ngoÆc ë hµng nµy lµ chiÒu réng phÇn lÒ cã gia cè tèi thiÓu. Khi cã thÓ, nªn gia cè toµn bé chiÒu réng lÒ ®-êng, ®Æc biÖt lµ khi ®-êng kh«ng cã ®-êng bªn dµnh cho xe th« s¬. 2.8.3. Dải phân cách: Dải phân cách giữa: là khoảng không gian trống để phân cách 2 chiều xe chạy, cho phép xe quay đầu trước công trình hầm, cầu lớn và qua đường ở những nơi quy định. Dải phân cách giữa chỉ được bố trí khi đường có bốn làn xe trở lên và gồm có phần phân cách và hai phần an toàn có gia cố ở hai bên. Kích thước tối thiểu của dải phân cách được qui định trong bảng 4.3, xem hình 4.4. Bảng 4.3  Cấu tạo tối thiểu dải phân cách giữa Cấu tạo dải phân cách Phần phân cách, m Phần an toàn (gia cố), m Chiều rộng tối thiểu dải phân cách giữa, m Dải phân cách bê tông đúc sẵn, bó vỉa có lớp phủ, không bố trí trụ (cột) công trình 0,50 2 x 0,50 1,50 Xây bó vỉa, có lớp phủ, có bố trí trụ công trình 1,50 2 x 0,50 2,50 Không có lớp phủ 3,00 2 x 0,50 4,00 Khi nền đường được tách thành hai phần riêng biệt, chiều rộng nền đường một chiều gồm phần xe chạy và hai lề, lề bên phải cấu tạo theo bảng 4.1 hoặc bảng 4.2 tuỳ địa hình, lề bên trái có chiều rộng lề giữ nguyên nhưng được giảm chiều rộng phần lề gia cố còn 0,50 m. Trên phần lề gia cố, sát mép mặt đường vẫn có dải dẫn hướng rộng 0,20 m. 55 Hình 4.4 - Cấu tạo dải phân cách giữa Chú dẫn: a) nâng cao; b/ cùng độ cao, có phủ mặt đường; c/ hạ thấp thu nước vào giữa Khi dải phân cách rộng dưới 3,00 m, phần phân cách phải phủ mặt và bao bằng bó vỉa. Khi dải phân cách rộng từ 3,00 m đến 4,50 m: - Nếu bao bằng bó vỉa thì phải đảm bảo đất ở phần phân cách không làm bẩn mặt đường (đất thấp hơn bó vỉa), bó vỉa có chiều cao ít nhất 18 cm và phải có lớp đất sét đầm nén chặt để ngăn nước thấm xuống nền mặt đường phía dưới. - Nên trồng cỏ hoặc cây bụi để giữ đất và cây bụi không cao quá 0,80m. - Khi dải phân cách rộng trên 4,50m (để dự trữ các làn xe mở rộng, để tách đôi nền đường riêng biệt) thì nên cấu tạo trũng, có công trình thu nước và không cho nước thấm vào nền đường. Phải cắt dải phân cách giữa để làm chỗ quay đầu xe. Chỗ quay đầu xe được bố trí: - Cách nhau không dưới 1,0 km (khi chiều rộng dải phân cách nhỏ hơn 4,5 m) và không quá 4,0 km (khi dải phân cách rộng hơn 4,5 m); - Trước các công trình hầm và cầu lớn. Chiều dài chỗ cắt và mép cắt của dải phân cách phải đủ cho xe tải có 3 trục quay đầu. Chỗ cắt gọt theo quỹ đạo xe, tạo thuận lợi cho xe không va vào mép bó vỉa. Hình 4.6 Cấu tạo dải phân cách cố định Phần xe chạy a) b) c) Phần an toàn Phần phân cách Phần an toàn Phần xe chạy 56 2.9. CÁC DẠNG TRẮC NGANG NỀN ĐƯỜNG 2.9.1. Trắc ngang đắp hoàn toàn: Hình 4.7 Dạng trắc ngang nền đường đắp hoàn toàn thường áp dụng khi tuyến đường đi qua địa hình bằng phẳng hay gặp trắc ngang đắp. Ưu điểm của dạng này là có chế độ thân nhiệt cho đường tốt, giá thành thi công rẻ. Tuy nhiên nó có nhược điểm là các nền đường đắp cao sẽ không ổn định, nếu sườn dốc lớn thì cần phải có chế độ giữ ổn định không bị trượt theo sườn dốc. 2-3% Thuøng ñaáu 1: 5 Thuøng ñaáu 2-3% 1 :1 ,5 K 1 :1 ,7 5 1 :1 ,5 h 1 h 2 1 :1 ,5 1 :2 0 ,5 a) b) c) d) Hình 4.8 Các trắc ngang định hình nền đường đắp a) Nền đắp dưới 1m; b) nền đắp từ 1 – 6m; c) Nền đắp từ 6 – 12m; 57 d) Nền đường đầu cầu và nền đắp dọc sông Đối với loại đất đắp thông thường, thường cấu tạo mái dốc ta luy là 1:1,5. Khi nền đường đắp quá cao, độ dốc ta luy có thể thoải hơn. Khi xây dựng nền đường trên sườn dốc, tùy theo độ dốc của sườn dốc mà có các biện pháp xử lý như sau: - Khi độ dốc của sườn dốc nhỏ hơn 20% thì chỉ cần dãy cỏ hoặc đào bỏ lớp đất hữu cơ phía trên rồi đắp trực tiếp nền đường trên sườn dốc. - Khi độ dốc của sườn dốc từ 20 – 40% thì phải đánh cấp (bậc) như hình 4.9. Nếu thi công bằng thủ công thì chiều rộng bậc a = 1m; nếu thi công bằng máy thì chiều rộng bậc là a = 3m. a 2-3% 20-40% Hình 4.9 Cấu tạo nền đắp trên sườn dốc có độ dốc 20 – 40% - Nếu độ dốc của sườn dốc lớn hơn 40% thì không thể đắp đất với mái dốc ta luy 1:1,5 được nữa mà phải dùng các biện pháp như xếp đá khan (Hình 4.10a), tường chắn đất (Hình 4.10b). >40% Xeáp ñaù khan Töôøng chaén a) b) Hình 4.10 Cấu tạo các biện pháp chống đỡ nền đường trên sườn dốc a) Xếp đá; b) Xây tường chắn 2.9.2. Trắc ngang đào hoàn toàn: 58 Hình 4.11 Dạng trắc ngang nền đường đào hoàn toàn thường áp dụng khi tuyến leo qua đồi, qua đường phân thủy hay gặp trắc ngang đào. Ưu, nhược điểm: giá thành thi công tương đối cao, khó thi công nếu đào sâu, độ chặt đất nền cao, chế độ thuỷ nhiêt của đường kém. Độ dốc của mái dốc ta luy nền đường đào 1:m được quyết định tùy thuộc vào địa chất và chiều cao mái dốc ta luy. Khi đào qua nhiều lớp đất đá khác nhau thì độ dốc ta luy cũng khác nhau (Hình 4.12). 1 :m 1 :m 1 :m a) b) Raõnh doïc Raõnh doïc Hình 4.12 Cấu tạo nền đường đào a) Nền đào hoàn toàn; b) Nền đào chữ L 1 :1 1 :0 ,2 Taàng ñaát Taàng ñaù goác Hình 4.13 Cấu tạo nền đào qua các lớp đất khác nhau 2.9.3. Trắc ngang nửa đào nửa đắp hoặc đào chữ L: 59 Hình 4.14 Trắc ngang đào chữ L và nửa đào nửa đắp Dạng trắc ngang nền nửa đào, nửa đắp hoạc đào chữ L thường áp dụng khi tuyến đi qua lưng chừng đồi. Ưu, nhược điểm: Tận dụng đất từ đào chuyển sang đắp, giảm công vận chuyển đất đi đổ, cần phải có biện pháp phòng hộ, gia cố chân taluy nếu độ dốc thiên nhiên cao,.. 1 :1 1:1,5 Hình 4.15 Cấu tạo nền đường nửa đào nửa đắp 2.10. YÊU CẦU ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG Nền đường là nền tảng của phần xe chạy, nền đường xấu không thể có mặt đường tốt được. Nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây: 2.10.1. Nền đường phải đảm bảo luôn ổn định toàn khối: Kích thước hình học và hình dạng của nền đường không bị phá hoại hoặc biến dạng gây bất lợi cho việc thông xe. Các hiện tượng mất ổn định toàn khối đối với nền đường thường là: trượt lở mái ta luy nền đường đào hoặc đắp, trượt nền đường đắp trên sườn dốc, trượt trồi và lún nền đất đắp trên đất yếu, (Hình 4.16). a) c) b) d) 60 Hình 4.16 Các hiện tượng nền đường mất ổn định toàn khối. a) Trượt ta luy đắp; b) Trượt ta luy đào; c) Trượt nền đường đắp trên sườn dốc; d) Trượt trồi trên đất yếu. 2.10.2. Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ nhất định: Chịu được lực cắt trượt và không bị biến dạng dưới tác dụng của tải trọng xe chạy. 2.10.3. Nền đường phải đảm bảo ổn định cường độ: Không được thay đổi theo thời gian, theo điều kiện khí hậu, thời tiết một cách bất lợi. 2.10.4. Rẻ: Vốn đầu tư xây dựng và vận chuyển ít nhất. 2.10.5. Dễ thi công: Có thể dùng cơ giới để thi công. 2.11. CÁC LOẠI BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐƯỜNG Nền đường thường bị phá hoại do các nguyên nhân sau đây: - Sự phá hoại của thiên nhiên như mưa làm tích nước hai bên đường, làm giảm cường độ của đất nền đường, gây sạt lở mái dốc ta luy. - Do điều kiện địa chất thủy văn tại chỗ không tốt làm cho nền đường bị mất ổn định. - Do tác dụng của tải trọng xe chạy. - Do tác dụng của tải trọng bản thân nền đường khi nền đường đắp quá cao hoặc đào quá sâu, ta luy thường hay bị sạt lở. - Do thi công không đảm bảo chất lượng: đắp không đúng quy cách, loại đất đắp, lu lèn không chặt, Trong số các nguyên nhân nói trên, tác dụng phá hoại của nước đối với nền đường là chủ yếu nhất (gồm nước mặt, nước ngầm và cả hơi nước). Biến dạng của nền đường chủ yếu do các dạng sau đây: 2.11.1. Biến dạng của nền đắp: 1. Đất đắp bị lún sụp. - Lún sụp là mặt trên của nền đường di động thẳng đứng (xem hình 4.17). 61 Hình 4.17 - Lún sụp chủ yếu là do: + Đất đắp nền đường rời rạc, nén không chặt. + Nền đất thiên nhiên dưới nền đường bị yếu. Đất thiên nhiên yếu, dưới tải trọng của nền đường đắp có thể kèm theo hiện tượng đất trồi lên hai bên nền đắp. + Trong thân nền đường có những chổ quá ẩm ướt, vì khi đắp nền đường đã đắp các loại đất có tính chất thấm nước khác nhau một cách không thứ tự. 2. Taluy bị lở và trụt. (Hình 4.18) - Taluy bị lở và trụt là do các nguyên nhân sau đây: + Mái taluy thiết kế đứng quá. + Đắp nền đường theo những lớp nghiêng không đúng quy cách. + Đất ướt quá, làm giảm sức dính kết. + Chân taluy bị nước xói mòn. Hình 4.18 3. Nền đường trượt trên mặt đất tự nhiên. - Nền đường trượt theo mặt dốc tự nhiên của đất thiên nhiên là do (xem hình 4.19): Hình 4.19 + Chân nền đường đắp bị ướt quá hình thành một mặt trượt. + Nước ở trên taluy xói ngấm quá. + Sườn núi dốc không đánh cấp khi đắp. 4. Nền đường bị sụp đổ. 62 - Nền đường bị sụp đổ thể hiện ở chổ mái taluy mất hẳn hình dạng theo đúng quy cách và mặt nền đường bị sụp xuống vì: + Đắp đất ngậm nhiều nước theo những lớp nghiêng. + Đắp các loại đất khác nhau không theo đúng quy cách đắp hỗn loạn (xem hình 4.20). Hình 4.20 2.11.2. Biến dạng của nền đường đào: Biến dạng nền đường đào chủ yếu là biến dạng của taluy. Ở mái taluy của nền đường đào cũng phát sinh hiện tượng sạt như ở mái taluy nền đắp. Đất sạt nằm ngỗn ngang làm tắc các rãnh biên (hình 4.21) và cả nền đường, hiện tượng sạt lỡ này thường xảy ra khi no nước. Hình 4.21 Hiện tượng trụt của mái taluy đường đào là sự di chuyển của các khối đất lớn theo một mặt trượt, khối đất này tách ra khỏi khối đất chính (xem hình 4.22). Nguyên nhân: 63 + Đất ở mái taluy bị ẩm ướt, do nước mưa thấm xuống đất, tích tụ lại các rãnh thoát nước, đặc biệt là từ các rãnh đỉnh có thể thấm vào bằng cách thẩm thấu. Cuối cùng, có thể do nước ngầm làm cho đất ẩm ướt. + Do mái taluy quá đứng. + Lớp đất sét không thấm nước có độ dốc nghiêng. Về phía nền (thiếu) mặt của lớp này bị nước làm ẩm ướt, có thể sẽ trở thành mặt trượt cho các lớp nằm phía trên. Nền mặt trượt của khối đất ở thấp hơn mặt nền đường thì hiện tượng biến dạng có thể bao trùm cả nền đường và thực tế thì toàn bộ nền đào sẽ bị phá hủy. + Taluy đường đào bị trụt lở có khi còn do đống đất thừa đổ quá gần mép taluy, làm cho taluy chịu lực quá mức. + Đất đá có cường độ yếu, bị phân hóa thành các khối vụn nhỏ, lăn theo mái taluy. Đất lăn tích tụ lại có thể nằm ngỗn ngang làm tắc rãnh biên và một phần nền đường. Cũng có chổ mái taluy lở do đá tảng lớn tách rời khỏi khối đá hoặc khối đất nên lăn theo mái taluy. Hiện tướng đá lở sinh ra do từng đoạn nham thạch bị mất ổn định, vì làm nền đào, đặc biệt là ở các lớp nghiêng về phía nền đào và bị tác dụng phá hoại dần dần của nước. Qua các hiện tượng biến dạng của nền đắp và nền đào, ta thấy rằng nhân tố chủ yếu tác dụng đến sự ổn định của khối đất nền đường là nước. Vì thế biện pháp quan trong bậc nhất để bảo đảm ổn định nền đường là việc thiết kế tổng thể hệ thống thoát nước, để bảo đảm cho chế độ nước của nền đường và phần đất gần nền đường được ổn định. 2.11.3. Các quy định về đất đắp nền đường: - Đất đắp nền đường lấy từ nền đào, từ mỏ đất, từ thùng đấu. Việc lấy đất phải tuân thủ nguyên tắc hạn chế tác động xấu đến môi trường. Thùng đấu phải thiết kế có hình dáng hình học hoàn chỉnh, không làm xấu cảnh quan và khi có thể phải tận dụng được sau khi làm đường. - Đất từ các nguồn phải được thí nghiệm để phân loại, không được đắp hỗn độn mà đắp thành từng lớp. - Các lớp được đắp xen kẽ nhau nhưng khi lớp bằng đất có tính thoát nước tốt ở trên lớp đất có tính khó thoát nước thì mặt của lớp dưới phải làm dốc ngang 2 % đến 4 % để thoát nước. - Không dùng các loại đất lẫn muối và lẫn thạch cao (quá 5 %), đất bùn, đất than bùn, đất phù sa và đất mùn (quá 10 % thành phần hữu cơ) để làm nền đường. - Trong khu vực tác dụng không được dùng đất sét nặng có độ trương nở tự do vượt quá 4 %. - Không nên dùng đất bụi và đá phong hoá để đắp các phần thân nền đường trong phạm vi bị ngập nước. - Tại chỗ sau mố cầu và sau lưng tường chắn nên chọn vật liệu đắp hạt rời có góc nội ma sát lớn. 64 - Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá thải, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho phép là 10 cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng 80 cm kể từ đáy áo đường và 15 cm đối với phạm vi đắp phía dưới; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất này không được vượt quá 2/3 chiều dày lớp đất đầm nén (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng). - Không được dùng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hoá (đá sít...) để đắp nền đường. - Khi nền đường đắp bằng cát, nền đường phải được đắp bao cả hai bên mái dốc và cả phần đỉnh nền phía trên để chống xói lở bề mặt và để tạo thuận lợi cho việc đi lại của xe, máy thi công áo đường. Đất đắp bao hai bên mái dốc phải có chỉ số dẻo lớn hơn hoặc bằng 7; còn đất đắp bao phía trên đỉnh nền phải có chỉ số dẻo từ 6 đến 10 và nên sử dụng cấp phối đồi. Đất đắp bao phần trên đỉnh nền không được dùng vật liệu rời rạc để hạn chế nước mưa, nước mặt xâm nhập vào phần đắp cát. - Chiều dày đắp bao hai bên mái dốc tối thiểu là 1,0 m và bề dày đắp bao phía đỉnh nền (đáy áo đường) tối thiểu là 0,3 m. 2.11.4. Độ chặt đất nền đường: B¶ng 4.7  §é chÆt quy ®Þnh cña nÒn ®-êng Lo¹i c«ng tr×nh §é s©u tÝnh tõ ®¸y ¸o ®-êng xuèng, cm §é chÆt k §-êng «t« tõ cÊp I ®Õn cÊp IV §-êng «t« cÊp V, cÊp VI NÒn ®¾p Khi ¸o ®-êng dµy trªn 60cm 30  0,98  0,95 Khi ¸o ®-êng dµy d-íi 60cm 50  0,98  0,95 Bªn d-íi chiÒu s©u kÓ trªn §Êt míi ®¾p  0,95  0,93 §Êt nÒn tù nhiªn*) cho ®Õn 80  0,93  0,90 NÒn ®µo vµ nÒn kh«ng ®µo kh«ng ®¾p (®Êt nÒn tù nhiªn)**) 30  0,98  0,95 30 - 80  0,93  0,90 2.12. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG 2.12.1. Bài toán: Xét một vách đất thẳng đứng, khối đất trên nó sẽ bị mất ổn định và trượt theo một mặt trượt nào đó (Hình 4.24). 65 i Qi i Qicosi Maët tröôït di h i Hình 4.24 Sơ đồ xét ổn định một vách đất thẳng đứng Xét điều kiện cân bằng cơ học của một mảnh đất i bất kỳ trên mặt trượt của nó, ta có: - Lực gây trượt: Ti = Qi.sinai - Lực giữ: i i iii cos d Ctg.cosQN   trong đó: Qi – trọng lượng mảnh đất i, Qi = di.hi.1m.g g, C,  - dung trọng, lực dính và góc nội ma sát của đất. Khi Ti > Ni thì vách đất mất ổn định và ngược lại. Ở trạng thái cân bằng giới hạn, ta có Ti = Ni Tức là: i i iiii cos d CtgcosQsinQ   Chia hai vế cho Qi.cosi, ta có: i 2 i i cosh C tgtg   Với đất cát có C = 0, muốn ổn định thì ta luy phải có góc dốc bằng góc nghỉ tự nhiên ( = ), điều này hoàn toàn được chứng thực trên thực tế. Với đất dính có C  0: điều kiện ổn định cơ học của mái dốc phụ thuộc vào chiều cao mái ta luy hi, khi hi  0 thì ai  90o, khi hi   thì ai  . Như vậy với đất dính cấu tạo mái ta luy nên có dạng trên dốc dưới thoải. 2.12.2. Kiểm toán ổn định mái đốc ta luy bằng phương pháp phân mảnh cổ điển: Phương pháp này do W.Fellenius người Thụy Điển đề xuất từ năm 1926 với giả thiết khối đất trên ta luy khi mất ổn định sẽ trượt theo mặt trượt hình trụ tròn. Xét bài toán phẳng như hình 4.25, phân khối đất trượt hình trụ tròn thành các mảnh. 66 Pi i Pi ci li N itg  Ni T i i 0 R Hình 4.25 Sơ đồ xét ổn định mái dốc ta luy theo phương pháp phân mảnh cổ điển Xét mảnh thứ i sẽ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân Pi, Pi được phân thành hai thành phần: - Lực gây trượt: Ti = Pisinai - Lực giữ: Ni.tgi + ci.li So sánh tổng mô men đối với tâm trượt O do các lực gây trượt Ti của các mảnh i với tổng mô men cản trở trượt của các mảnh i, ta sẽ biết được mức độ ổn định của ta luy đối với mặt trượt giả thiết (có tâm O, bán kính R) đó. Hệ số ổn định K được xác định theo công thức:           ii ii ii iiii P LCPtg P lctgP M M K     sin .cos sin )cos( tröôït giöõ với L – chiều dài cung trượt của cả khối trượt. Trên đây mới chỉ xác định được hệ số ổn định K ứng với một mặt trượt nào đó nhưng chưa chắc mặt trượt này là mặt trượt nguy hiểm nhất, nghiã là mặt trượt có trị số K nhỏ nhất (Kmin). Nguyên tắc tìm Kmin: đối với mái ta luy đã biết cứ giả thiết thật nhiều mặt trược khác nhau, tương ứng với mỗi mặt trượt sẽ tính được một trị số K, từ đó lấy trị số K nhỏ nhất trong số các trị số K tính được để đánh giá mức độ ổn định cơ học của ta luy. Dựa theo kinh nghiệm để tìm nhanh trị số Kmin ta làm như sau (Hình 4.26): Các giá trị  và  tra bảng 4.8. Sau khi xác định được trị số Kmin, có thể đánh giá mức độ ổn định của ta luy theo công thức: Kmin  Kôđ 67 Kôđ – hệ số ổn định (1,0 – 1,5). i i iH H 4,5H   Ñöôøng quyõ tích taâm tröôït 1 2  3 4 1 2 3 4 min Hình 4.26 Sơ đồ xác định đường quỹ tích tâm trượt Bảng 4.8 1:m  (độ)  (độ) 1:m  (độ)  (độ) 1:0,58 1:1 1:1,5 29 28 26 40 37 35 1:2 1:3 1:5 25 25 25 35 35 31 Hiện nay có nhiều phần mềm giúp ích chúng ta tính nhanh và gần chính xác. Phần mềm thông dụng hiện nay là Slope. Ví dụ cần kiểm tra trượt của nền đường như hình 4.27. 68 Hình 4.27 Kết quả tính toán phần mềm Slope được thể hiện trên hình 4.28 với hệ số an toàn là 4.66. Hình 4.28 2.13. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 2.13.1. Khái niệm về đất yếu: Các loại đất yếu thường có những đặc điểm: thường là đất loại sét có lẫn hữu cơ, hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ, độ thấm nước rất nhỏ, cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn. 69 Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn và than bùn. - Đất sét mềm: là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bảo hòa nước và có cường độ cao hơn so với bùn. Đặc điểm quan trọng của đất sét mềm là tính dẻo. Nhân tố chủ yếu chi phối độ dẻo là thành phần nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn 0,002mm và hoạt tính của chúng đối với nước. - Bùn: là lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn với tỉ lệ phần trăm khá cao. Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn. - Than bùn: là đất yếu nguồn gốc hữu cơ, được tạo thành do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ (chủ yếu là thực vật) tại các đầm lầy, hàm lượng