Đồ án Kỹ thuật: tốt nghiệp thiết kế cơ sở thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi

Đồ án tốt nghiệp thiết kế cơ sở kỹ thuật và tổ chức thi công tuyến đường G-H tại tỉnh Phú Thọ. Tài liệu chuyên ngành xây dựng giao thông.

• Tác giả: Đặng Thanh Phúc
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Đình Đạm
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Cầu đường Sân bay
• Đề tài: Thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công tuyến đường G – H thuộc địa phận tỉnh Phú Thọ
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Hướng dẫn thiết kế cơ sở tuyến đường G H tại Phú Thọ an toàn và hiệu quả

Việc xây dựng đồ án tốt nghiệp thiết kế cơ sở tuyến đường G H đòi hỏi sự chính xác trong lập dự án, phù hợp với điều kiện tự nhiên và quy chuẩn kỹ thuật. Trong đó, thiết kế cơ sở là nền tảng để xác định các yếu tố về địa hình, địa chất và các yếu tố khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến phương án thi công. Bước này giúp xác định rõ quy mô, cấp hạng tuyến đường, từ đó xây dựng các tiêu chuẩn về mặt bằng, chiều rộng nền đường, cấp hạng kỹ thuật phù hợp nhất. Việc lựa chọn các phương pháp bố trí tuyến phù hợp còn giúp giảm tối đa khối lượng đào đắp, tiết kiệm chi phí thi công và đảm bảo an toàn giao thông.

1.1. Phân tích điều kiện tự nhiên khu vực tuyến đường G H

Khu vực đi qua đồi núi thấp thuộc tỉnh Phú Thọ, độ cao từ 620m đến 750m, khí hậu đặc trưng vùng Tây Nguyên. Địa hình chia cắt bởi khe suối và các thung lũng, địa chất chủ yếu là bazan Pleistocen, đất hữu cơ dày 20-30cm, ổn định không có hiện tượng trồi sụt hoặc hang động. Mạng lưới thủy văn phát triển với sông suối phân bố dày đặc, ảnh hưởng đến phương án thoát nước đường bộ. Những yếu tố này đều ảnh hưởng đến quy mô, cấp hạng thiết kế và lựa chọn phương án thi công phù hợp.

1.2. Đề xuất phương pháp thiết kế phù hợp cho tuyến đường G H

Dựa trên điều kiện tự nhiên, phương pháp thiết kế theo kiểu đi bao hoặc cắt địa hình phù hợp với từng đoạn tuyến. Phối hợp giữa hai phương pháp này giúp tối ưu hóa khối lượng đào đắp, giảm chi phí và bảo vệ cảnh quan tự nhiên. Đặc biệt, kết hợp thiết kế trắc dọc và trắc ngang để đảm bảo tuyến đường không gây ra các cung đường gập ghềnh hoặc quá dốc, thuận lợi cho phương tiện giao thông vận tải. Đồng thời, sử dụng hệ thống thoát nước hợp lý, bố trí cống thoát nước, rãnh dọc phù hợp giúp hạn chế ngập úng và xói mòn mặt đường.

II. Các bước lập và chọn phương án thiết kế kỹ thuật tuyến đường G H chính xác

Việc xây dựng đồ án tốt nghiệp thiết kế kỹ thuật tuyến đường G H đòi hỏi các bước tính toán chi tiết, phù hợp quy chuẩn kỹ thuật, đồng thời phải xét đến điều kiện thực tế địa phương. Trong đó, xác định bán kính đường cong, độ dài đoạn chuyển tiếp, chiều dài tầm nhìn xa, vạch các đoạn ngoặt từ mặt cắt ngang đến mặt cắt dọc đảm bảo vận hành an toàn. Sử dụng phần mềm chuyên dụng như Nova – TDN cho hiệu quả chính xác cao. Các yếu tố kỹ thuật như tốc độ thiết kế, bán kính đường cong, đoạn nối mở rộng, siêu cao đều phải được xây dựng dựa trên tính toán cụ thể, phù hợp với thực tế địa hình và tiêu chuẩn an toàn giao thông hiện hành.

2.1. Tính toán các yếu tố mặt cắt ngang và bố trí thoát nước

Lựa chọn chiều rộng phần xe chạy tối thiểu 3m, lề gia cố 1m, lề đất 0.5m phù hợp với tiêu chuẩn đường cấp IV. Phân bổ rãnh dọc, thoát nước hợp lý nhằm tránh hiện tượng ngập úng, trượt nước gây mất ổn định mặt đường. Các mặt cắt ngang cần chú ý đến địa hình tự nhiên, tránh rời rạc gây ảnh hưởng tới phương án khai thác sau này. Thực hiện tính toán khối lượng đào, đắp dựa trên diện tích mặt cắt, giúp xác định rõ nhu cầu vật liệu trong diện tích xây dựng.

2.2. Xác định bán kính đường cong và các đoạn chuyển tiếp phù hợp

Chọn bán kính tối thiểu phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 4054 – 2005, trong đó bán kính nhỏ nhất Rmin = 60m cho đường cong nằm và Rlõm = 896m cho đường cong lõm đảm bảo độ an toàn và êm thuận khi xe chạy. Phân tích các đoạn chuyển tiếp dùng đường cong Clotoit hoặc parabola để chuyển ngoặt điều hòa, tránh gây cảm giác khó chịu cho lái xe và hành khách. Độ dài đoạn chuyển tiếp phù hợp đảm bảo sự mượt mà, an toàn trong quá trình vận hành của tuyến đường.

III. Phối hợp thiết kế trắc dọc và trắc ngang tuyến đường G H tối ưu cho giao thông

Thiết kế trắc dọc và trắc ngang phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo tuyến đường vận hành êm thuận, an toàn, tiết kiệm và phù hợp cảnh quan. Các nguyên tắc chính gồm: bố trí đường đi theo địa hình tự nhiên, kết hợp giữa phương pháp bao- cắt địa hình, tối ưu chiều dài các đoạn dốc, dốc khúc, và phân bố đường cong hợp lý. Trong trắc ngang, bố trí chiều rộng làn xe tối đa 3m, phần lề thoải mái phối hợp với hệ thống thoát nước, rãnh âm dương phù hợp. Đặc biệt, các đoạn đường cong và các điểm đổi dốc cần bố trí phù hợp để đảm bảo khả năng thoát lực, cấp nước, và trải nghiệm lái xe thuận lợi nhất.

3.1. Nguyên tắc phối hợp giữa trắc dọc và trắc ngang

Phối hợp hài hòa giữa các yếu tố này nhằm đảm bảo tuyến đường ít bị gập ghềnh, có tầm nhìn tốt, không gây ảo giác hoặc quá dài gây mệt mỏi cho lái xe. Các điểm đổi dốc, đổi đường cong, các đoạn gập ghềnh đều cần bố trí phù hợp, thường xuyên phối hợp giữa thiết kế từng phần để giảm thiểu khối lượng đào đắp, tiết kiệm chi phí, đồng thời tối ưu hóa khả năng thoát nước và giảm thiểu rung lắc, va đập trong quá trình vận hành.

3.2. Định mức thiết kế mặt cắt ngang phù hợp với cảnh quan

Chiều rộng làn xe 3m, phần lề từ 0.5 đến 1m tùy từng đoạn tuyến, đảm bảo khả năng thoát nước, dễ thi công và bảo trì. Trong các đoạn cong hoặc chuyển tiếp, thiết kế mở rộng phù hợp giúp hạn chế lực ly tâm và cảm giác khó chịu khi xe chạy. Đồng bộ với thiết kế trắc dọc, đảm bảo tuyến đường không bị mất thẩm mỹ, phù hợp cảnh quan tự nhiên, giảm thiểu tác động đến hệ sinh thái xung quanh.

IV. Các đề xuất nâng cao an toàn hiệu quả và bền vững của tuyến đường G H

Để nâng cao hiệu quả, an toàn vận hành của đồ án thiết kế kỹ thuật tuyến đường G H, cần có các giải pháp đồng bộ về kỹ thuật và thủ tục thi công. Trong đó, lắp đặt hệ thống biển báo giao thông phù hợp, kiểm tra tải trọng tối đa, đảm bảo các bẫy tốc độ và gương cầu để hạn chế va chạm nguy hiểm. Bên cạnh đó, tận dụng các yếu tố cảnh quan tự nhiên để giảm thiểu tác động môi trường, phê duyệt các giải pháp bảo vệ môi trường, kiểm thảo kế hoạch thi công nhằm hạn chế gây ô nhiễm khí thải và thất thoát tài nguyên. Quản lý thi công theo tiêu chuẩn, giám sát chất lượng vật liệu, kiểm tra định kỳ và dự án thực tế tiến hành theo kế hoạch tỉnh chỉ tiêu đảm bảo tính bền vững, lâu dài.

4.1. Biện pháp đảm bảo an toàn giao thông và tiết kiệm vận chuyển

Lắp đặt hệ thống biển báo cảnh báo, hạn chế tốc độ phù hợp, bố trí các gờ giảm tốc tại các đoạn cong, đoạn gập ghềnh. Đồng thời, quy hoạch, bố trí các điểm kiểm tra định kỳ để giám sát tình trạng mặt đường, hệ thống thoát nước và thiết bị an toàn khác. Các biện pháp này giúp tránh tai nạn, giảm thiểu thiệt hại về tài sản và con người, đồng thời tối ưu hóa quy trình vận hành của tuyến đường.

4.2. Thúc đẩy phát triển bền vững gắn kết cảnh quan tự nhiên

Sử dụng các vật liệu địa phương, cây xanh trong thiết kế cảnh quan, giảm thiểu công trình cồng kềnh, phù hợp khí hậu và môi trường tự nhiên địa phương. Đồng thời, mở rộng diện tích trồng cây, hoa, tạo cảnh quan tự nhiên, đảm bảo duy trì hệ sinh thái, tránh gây ô nhiễm và bảo vệ giá trị văn hóa, cảnh quan trong quá trình thi công và vận hành. Điều này góp phần nâng cao tính bền bỉ của tuyến đường, phù hợp tiêu chuẩn cảnh quan Việt Nam và xu hướng phát triển đô thị xanh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan Tuyến đường qua 2 điểm G – H là tuyến đường thuộc dự án đường tỉnh lộ Đắc Nông, đi qua vùng đồi núi thấp, cao độ tự nhiên dao động trong khoảng 620m đến 750mm. Tuyến đường được xây dựng nhằm phục vụ an ninh quốc phòng, giao thông trong vùng và phát triển giao lưu kinh tế – xã hội của tỉnh với các tỉnh xung quanh. Điều kiện tự nhiên 1.

Địa hình Địa hình nơi tuyến đi qua là đồi, núi thấp; độ dốc ngang phổ biến nằm trong khoảng 10% - 25%. Độ chênh cao giữa các đỉnh và chân đồi núi khá cao. Các sườn đồi núi bị chia cắt bởi các khe hẻm và nhánh suối nhỏ. Địa chất, thuỷ văn - Địa chất: Khu vực đi tuyến mang đặc điểm địa chất điển hình của khu vực nam Tây Nguyên, với các thành tạo bazan Pleistocen phân bố rộng khắp.

Lớp trên cùng lớp đất hữu cơ, chiều dày từ 20 – 30cm. Lớp 2 là lớp đất á sét, dày từ 1. Lớp thứ 3 là lớp đá phong hóa dày từ 4 – 5m. Phía dưới cùng là lớp đá gốc.

Cấu tạo của địa chất khu vực tuyến đi qua tương đối ổn định, không có vị trí nào đi qua khu vực có hang động Kastơ và khu vực nền đất yếu, không có hiện tượng trồi sụt do cấu tạo và thế nằm của lớp đá gốc phía dưới. - Thuỷ văn: Mạng lưới thuỷ văn trong vùng phát triển khá mạnh với mật độ sông suối cao 0,8-0,9 km/km2, với 2 lưu vực sông chính là lưu vực sông Bé và lưu vực sông Đồng Nai. Mùa lũ bắt đầu từ tháng cuối tháng 5, kết thúc vào tháng 10 và thường xảy ra lũ cục bộ. Lũ cao nhất vào các tháng 8 và 9.

Mùa cạn kiệt từ tháng 11đến tháng 4 năm sau, mực nước các sông xuống rất thấp gây ra hiện tượng thiếu nước sản xuất và sinh hoạt. Các tháng khô hạn nhất vào tháng 1, 2. Nhìn chung khu vực tuyến đi qua không có hiện tượng ngập úng. Khí hậu Các đặc trưng khí hậu lấy theo tài liệu quan trắc của Trạm khí tượng Đắc Nông: + Nhiệt độ: Vùng mang đặc trưng của khí hậu vùng Tây Nguyên.

Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng 23.60C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất là 260C; nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất là 20. Biên độ dao động trong ngày lớn, trung bình vào khoảng 15 - 160C. + Độ ẩm: Độ ẩm trung bình trong năm cao, đạt tới 71  88%. Mùa ẩm ướt kéo dài từ tháng cuối tháng 5 tới tháng 12, độ ẩm trung bình trên dưới 80%.

Lượng mưa trung bình năm đạt 1796 mm. Lượng mưa cao nhất vào các tháng 8 và tháng 10. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, với các tháng khô hạn nhất vào tháng 1 và tháng 2. + Gió: Hướng gió thịnh hành là Tây và Tây Bắc với tần suất tới 40  50%.

Tốc độ gió khá lớn, nhất là ở khu vựa ven các con sông. Tốc độ gió trung bình năm đạt tới 2,3 – 2. Đặc điểm kinh tế – chính trị – xã hội 1. Kinh tế Kinh tế trong vùng chủ yếu là nông lâm nghiệp (trồng trọt và chăn nuôi).

Cơ cấu kinh tế trong vùng: Nông nghiệp 20% – Lâm nghiệp 55% – Công nghiệp 10% – Dịch vụ và thủ công nghiệp chiếm gần 15%. Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp khai khoáng đặc biệt là khai thác quặng bauxit phát triển mạnh. Do đó việc phát triển cơ sở hạ tần giao thông trong vùng nói chung cũng như xây dựng tuyến đường N –M nói riêng là một trong những chiến lược quan trọng để kích thích nền kinh tế Đắc Nông phát triển. Dân cư Dân cư sinh sống trong khu vực này rải rác trong các buôn, tốc độ tăng dân số bình quân hàng năm 6%.

Mật độ dân số trung bình 220 người /1km 2. Đời 4 sống dân cư ở đây nhìn chung còn thấp do nguồn thu nhập chủ yếu là từ các sản phẩm của nông lâm nghiệp. Trình độ dân trí ở mức thấp. Sự cần thiết phải đầu tư Đắc Nông là tỉnh nằm ở phía nam Tây Nguyên, trong vùng tam giác phát triển Việt Nam, Lào, Campuchia.

Phía đông giáp các tỉnh duyên hải Nam Trung bộ, phía bắc giáp Đắc Lắc, phía tây giáp Campuchia, đông nam giáp Lâm Đồng ,phía Nam giáp Bình Phước. Do đó, việc đầu tư xây dựng tuyến đường N – M sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế, giao lưu văn hóa, chính trị và xã hội, góp phần đẩy nhanh sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hoá trong tỉnh cũng như đảm bảo an ninh – quốc phòng trong khu vực. 5 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG VÀ CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA TUYẾN 2. Xác định cấp hạng kĩ thuật của tuyến đường Căn cứ vào chức năng ý nghĩa phục vụ của tuyến và lưu lượng xe điều tra năm xuất phát để xác định cấp hạng kĩ thuật cho tuyến đường.1: Lưu lượng xe điều tra năm xuất phát Trọng lượng Khoảng Lượng trục (KN) Số Số bánh của cách xe 2 Loại xe trục mỗi cụm bánh giữa các chiều ni Trục Trục sau ở trục sau trục sau (xe/ngày trước sau (m) đêm) Xe con - - - - 350 Xe buýt nhỏ 26.2 1 Cụm bánh đôi - 120 Xe buýt lớn 56.8 1 Cụm bánh đôi - 50 Xe tải nhẹ 18.0 1 Cụm bánh đôi - 180 Xe tải vừa 25.6 1 Cụm bánh đôi - 80 Xe tải nặng 48.2 100 1 Cụm bánh đôi - 30 Xe tải nặng 45.2 2 Cụm bánh đôi 1.4 10 Theo TCVN 4054 – 2005 thì lưu lượng xe thiết kế là số xe con quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặt cắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai được xác định theo bảng sau: Bảng 2.2: Hệ số quy đổi từ các loại xe ra xe con.

Lưu lượng xe Lưu lượng quy Hệ số quy đổi Loại xe năm xuất phát đổi ra xe con ra xe con (xe/ngày đêm) (xcqđ/ng.đêm) Xe con các loại 350 1 350 Xe buýt nhỏ 120 2.5 300 Xe buýt lớn 50 3.0 150 Xe tải nhẹ 180 2.5 450 Xe tải vừa 80 2.5 200 Xe tải nặng 30 2.5 75 Xe tải nặng 10 3.0 30 Lưu lượng xe bình quân trong năm xuất phát sau khi được quy đổi ra xe con là: Ntbnam = 1555 (xcqđ/ng. Lưu lượng xe bình quân trong năm tương lai: 6 NtbnamTL = Ntbnam.1) Trong đó: + t là năm tương lai, lấy bằng 15 năm; + q là hệ số công bội, lấy bằng 6%. Thay số: NtbnamTL = 1555x(1+0. Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai: Ngcđ = (0.2) Lấy hệ số 0.

Theo TCVN 4054 – 2005 ta có thể chọn cấp hạng kĩ thuật của tuyến đường là đường cấp III – miền núi, tốc độ thiết kế Vtk = 60km/h. Xác định các yếu tố kĩ thuật theo mặt bằng. Xác định tầm nhìn xe chạy. Để đảm bảo xe chạy được an toàn lái xe luôn phải đảm bảo nhìn thấy đường trên một chiều dài nhất định về phía trước, để người lái xe kịp thời xử lý khi có tình huống bất thường xảy ra, chiều dài này được gọi là tầm nhìn.

Khi thiết kế tuyến đường phải đảm bảo chiều dài tầm nhìn trên những đường cong bằng, trên những đường cong đứng bởi vì tại những vị trí này tầm nhìn thường bị hạn chế. Tầm nhìn 1 chiều S1 Đây là sơ đồ cơ bản nhất cần phải kiểm tra trong mọi tình huống của đuờng, trong đó xe cần hãm trước một chướng ngại vật cố định trên đường. Sơ đồ 1 Sh Lpư L0 1 1 S1 Hình 2.1: Sơ đồ tính toán tầm nhìn 1 chiều 7 Xe đang chạy trên đường với vận tốc V có thể dừng lại an toàn trước chướng ngại vật với chiều dài tầm nhìn S1 gồm một đoạn phản ứng tâm lý Lpư một đoạn hãm xe Sh, một đoạn an toàn Lo. Công thức tính: S1 = Lpư + Sh + Lo (2.3) Trong đó: Lpư – Chiều dài quãng đường xe đi được trong khoảng thời gian phản ứng tâm lý, thường lấy tpư = 1s Lpư = V/3.

Lo – Cự ly an toàn, thường lấy từ 5 10m, lấy Lo= 10m; Sh – Chiều dài hãm xe, (v tính theo m/s). Tính chiều dài tầm nhìn theo V (km/h) ta có: (2.4) Trong đó: - V: Là vận tốc xe chạy tính toán, V = 60 km/h; - idmax: Độ dốc dọc trên đường, theo TCVN 4054 – 05 quy định đường cấp III miền núi có idmax = 7%. Do vậy ta lấy trong điều kiện bất lợi nhất khi xe xuống dốc idmax = 7%; - K: Hệ số sử dụng phanh, với xe con K = 1.2; - φ: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường, trong điều kiện bất lợi đường xấu trơn, trượt lấy φ = 0. Theo TCVN 4054 – 2005 quy định với đường cấp III, tốc độ thiết kế là 60 (km/h) thì tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định S1 = 75m.

So sánh tiêu chuẩn và quy trình ta chọn S1 = 100. Tầm nhìn 2 chiều S2. 8 Tính cho hai xe chạy ngược chiều trên cùng 1 làn cần hãm để kịp dừng xe để không đâm vào nhau. Điều này rất khó có thể xảy ra nhưng cũng có trường hợp lái xe vô kỉ luật, say rượu.tuy rất hãn hữu nhưng vẫn phải xét.

Sơ đồ 2 Lpư1 Sh1 Sh2 Lpư2 L0 1 1 2 2 S2 Hình 2.2: Sơ đồ tính toán tầm nhìn 2 chiều Chiều dài tầm nhìn trong giai đoạn này gồm 2 giai đoạn phản ứng tâm lý Lpư , hai giai đoạn hãm phanh Sh và một giai đoạn an toàn Lo: S2 = Lpư1 + L0 + Sh1 + Sh2 + Lpư1 (2.5) Trường hợp 2 xe cùng loại và chạy cùng vận tốc thì K1= K2, V1=V2= V. Khi đó chiều dài tầm nhìn tính theo vận tốc V (Km/h):. Theo TCVN 4054 – 2005 quy định chiều dài tầm nhìn thấy xe chạy ngược chiều với đường cấp III, tốc độ thiết kế là 60 (km/h) là 150m. So sánh quy trình và tính toán ta chọn S2 = 163.

Tầm nhìn tránh xe ngược chiều, cùng làn và không giảm tốc độ S3 Tình huống hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn xe nhưng không đúng làn xe phải quay về với làn xe của mình nhưng không giảm tốc độ. Sơ đồ tính toán: 9 Sơ đồ 3 1 1 r 2 2 r 1 Lpư L11 L0 L2 Lpư 21111 S3 111 22 Hình 2.3: Sơ đồ tính toán tầm nhìn tránh xe Tầm nhìn tránh xe chạy ngược chiều được tính theo công thức: S3 = 2Lpư + L1 + L2 + Lo (2.6) Theo sơ đồ L1 = L2 = 2 Giả thiết nếu 2 xe cùng tốc độ thì: V1 = V2 = V.