Thiết kế yếu tố hình học đường ôtô - CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ

MỤC ĐÍNH THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ: Khi thiết kế bất kỳ một tuyến đường nào cũng phải tranh thủ tạo ra các điềukiện đường thuận lợi nhất cho người lái xe có khả năng phát huy hết khả năng động lực của ô tô.Muốn vậy cần phải đảm bảo cho tuyến đường rõ ràng, minh bạch, tầm nhìnđảm bảo, tho áng đãng để người lái xe yên tâm lái xe với tốc độ cao.Tuyến đường là một đường không gian hài hoà, đều đặn phù hợp với cảnhquan môi trường xung quanh đồng thời lợi dụng cảnh quan để tô điểm cho đường, gây cho người lái xe những chú ý cần thiết và nhận rõ hướng tuyến.Mục tiêu chủ yếu của việc thiết kế cảnh quan đường ôtô là đảm bảo cho tuyến đường thiết kế được hài hoà, đều đặn về mặt thị giác, tránh những phối cảnh không gian không tốt (bị bóp méo, bị gãy khúc) gây ra cho người lái xe phán đoán sai về điều kiện xe chạy, đảm bảo xe chạy an toàn êm thuận với tốc độ cao và có phối cảnh hấp dẫn trong hành lang của tuyến đường thiết kế, theo cách đó sẽ làm giảm được mức đơn điệu và tăng cường an toàn giao thông.

CHƯƠNG 5

THIẾT KẾ CẢNH QUAN VÀ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ

5.1 MỤC ĐÍNH THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ

Khi thiết kế bất kỳ một tuyến đường nào cũng phải tranh thủ tạo ra các điều kiện đường thuận lợi nhất cho người lái xe có khả năng phát huy hết khả năng động lực của ô tô

Muốn vậy cần phải đảm bảo cho tuyến đường rõ ràng, minh bạch, tầm nhìn đảm bảo, thoáng đãng để người lái xe yên tâm lái xe với tốc độ cao

Tuyến đường là một đường không gian hài hoà, đều đặn phù hợp với cảnh quan môi trường xung quanh đồng thời lợi dụng cảnh quan để tô điểm cho đường, gây cho người lái xe những chú ý cần thiết và nhận rõ hướng tuyến

Mục tiêu chủ yếu của việc thiết kế cảnh quan đường ôtô là đảm bảo cho tuyến đường thiết kế được hài hoà, đều đặn về mặt thị giác, tránh những phối cảnh không gian không tốt (bị bóp méo, bị gãy khúc) gây ra cho người lái xe phán đoán sai về điều kiện xe chạy, đảm bảo xe chạy an toàn êm thuận với tốc độ cao và có phối cảnh hấp dẫn trong hành lang của tuyến đường thiết kế, theo cách đó sẽ làm giảm được mức đơn điệu và tăng cường an toàn giao thông

Sự hài hoà của tuyến đường được thể hiện ở hai khía cạnh đó là sự hài hoà bên trong và sự hài hoà bên ngoài:

- Sự hài hoà bên trong (internal harmony) mô tả sự hài hoà nội tại của bản

thân con đường khi nó lên dốc, xuống dốc hoặc chuyển hướng và mái dốc taluy của đường lên xuống quan hệ như thế nào với tim đường Có nghĩa là người thiết kế phải hình dung, tưởng tượng để trong quá trình thiết kế phải phối hợp các yếu tố Bình đồ, Trắc dọc và Trắc ngang như thế nào Đây là vấn đề trừu tượng, rất khó khăn nếu chỉ dùng giấy và bút mà người ta phải nhờ đến sự trợ giúp của máy tính…

- Sự hài hoà bên ngoài (external hamorny) mô tả sự phối hợp giữa đường ôtô

và môi trường bên ngoài Kết quả của sự hài hoà bên ngoài là con đường và môi trường tạo nên một vẻ đẹp kiến trúc trên nguyên tắc tôn trọng môi trường hơn là phá vỡ nó

Nhiệm vụ thiết kế cảnh quan:

1 Kết hợp hài hoà giữa các yếu tố của tuyến đảm bảo cho xe chạy thuận lợi, an toàn với tốc độ cao

2 Đảm bảo hướng nhìn đúng của người lái

3 Định tuyến và các yếu tố của tuyến sao cho không sinh ra các chỗ sai lệch về quang học

4 Đảm bảo tuyến kết hợp hài hoà với cảnh quan xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến môi trường sinh thái

5 Bảo vệ các di tích lịch sử và văn hoá, các vùng đất nông nghiệp quý giá

5.2 SỰ KẾT HỢP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẢNH QUAN MÔI TRƯỜNG

5.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cảnh quan

Cảnh quan là tổng hợp các tác nhân điển hình về thiên nhiên xuất hiện nhiều lần trong khu vực chọn tuyến như địa hình, địa vật, cây cỏ, ao hồ, có ảnh hưởng đến việc chọn tuyến đường

Các loại cảnh quan đặc trưng: Vùng đồng bằng-Thảo nguyên, vùng đồi và vùng núi

Nguyên tắc chung thiết kế cảnh quan:

- Đảm bảo cho tuyến đường trở thành một đường không gian đều đặn, êm thuận Trong không gian đường không bị bóp méo, không gây sai lạc về thị giác, hướng tuyến phải rõ ràng

- Thiết kế quang học trên đường còn thông báo cho lái xe rõ các tình huống trên đường với một lượng thông tin vừa phải Khi thiếu thông tin phải tìm cách bổ sung bằng các biển báo, gương phản chiếu hoặc trồng cây,

5.2.2 Nguyên tắc đi tuyến ở vùng đồng bằng và thảo nguyên

Đặc điểm của địa hình vùng này là điều hoà, không có chênh lệch lớn về cao

độ Địa hình thoải, dốc nhẹ không gặp các chướng ngại vật lớn về địa hình

Nguyên tắc đi tuyến là kết hợp với môi trường, không cắt nát địa hình, không nên làm các đoạn thẳng dài quá mà bố trí xen kẽ bằng các đường cong có bán kính lớn để giảm tai nạn do đường đơn điệu gây ra

5.2.3 Nguyên tắc đi tuyến vùng đồi

Vùng đồi có đặc điểm là địa hình có nhiều thay đổi Muốn giảm bớt khối lượng công tác, tuyến nên đi theo các đường cong lớn gắn với địa hình Những ta luy đào đắp nên có dạng thoải cong để tạo nên sự uốn lượn từ từ giữa nền đường

và địa hình hai bên

5.1.4 Nguyên tắc đi tuyến vùng núi

Vùng núi là nơi cắm tuyến khó khăn, để tuyến phù hợp tốt nhất với thiên nhiên và tiết kiệm khối lượng đào đắp, khi cắm tuyến có thể sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật giới hạn

Thiết kế các yếu tố của đường như nền, mặt đường, các đường cong, tường chắn một cách hài hoà, phù hợp với cảnh quan để thu hút hành khách chú ý và để lại dấu ấn của con người chinh phục thiên nhiên

Có thể thay nền đường đắp cao bằng 2 nền đường đắp độc lập để tăng ổn định và tiết kiệm khối lượng

Các ta luy đào, đắp cao nên chia bậc để trồng cây che

5.3 ĐI TUYẾN THEO ĐƯỜNG TANG VÀ TUYẾN CLOTHOIDE

Đối với những đường cấp thấp (V≤ 40km/h) thường đi tuyến theo đường tang Việc đi tuyến này sẽ tạo ra một tuyến đường cứng, gây không hài hoà êm thuận nhưng việc cắm tuyến, thi công dễ dàng hơn

Phương pháp đi tuyến theo clothoide: Tuyến gồm nhiều đường cong clothoide nối với nhau, đường cong này là một yếu tố cơ bản của tuyến

Thông số đường cong rất lớn để đảm bảo cho tuyến uốn lượn điều hòa Để đảm bảo yêu cầu này thì:

- Chiều dài ĐCCT không nhỏ hơn ¼ chiều dài đường cong tròn (hoặc nối trực tiếp các ĐCCT với nhau, không cần đường cong tròn)

- Thông số A : 0,4R < A < 1,4R Với các đường có tốc độ 60-80Km/h thì A>100m còn với đường có tốc độ 100-120Km/h thì A>200m

Tổng chiều dài ĐCCT có thể chiếm trên 60% chiều dài của tuyến, tuyến đường sẽ trở nên hài hoà, mềm mại, bám sát địa hình và giảm bớt khối lượng công tác

Trình tự thiết kế tuyến đường theo đường cong clothoide

1 Trên bản đồ với tỷ lệ lớn nghiên cứu địa hình và cảnh quan thiên nhiên của vùng cắm tuyến, đặc biệt là đường chim bay để xác định các điểm khống chế Trên bản

đồ cũng phân biệt các vùng địa chất thuỷ văn bất lợi, các khu di tích lịch sử văn hoá, bảo tồn, Sau đó phải phác thảo tuyến đường nhằm thoả mãn các yêu cầu phối hợp cảnh quan

Có thể dùng thước nhựa dẻo uốn luợn qua các điểm khống chế

Khi có dạng tuyến sơ bộ, chọn các bán kính đường cong tròn phù hợp sau đó nối các đường cong tròn này bằng các đường cong clothoide

2 Nghiên cứu phối hợp các yếu tố của tuyến

3 Định vị lần cuối tuyến đường: Điểm đầu, điểm cuối, các cọc trên tuyến, thể hiện tuyến bằng các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang,

5.4 SỰ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA TUYẾN

5.4.1 Mục đích phối hợp các yếu tố của tuyến

Sự phối hợp các yếu tố của tuyến nhằm:

- Tạo một tầm nhìn tốt, cung cấp đầy đủ thông tin cho người lái xe để kịp thời xử trí các tình huống

- Tạo tâm lý tin cậy, thoải mái để người lái có một môi trường lao động tốt, ít mệt nhọc và có hiệu suất cao

- Tránh các chỗ khuất, các nơi gây ảo giác làm người lái phân tâm, xử lý không đúng đắn

- Tạo một công trình phù hợp cảnh quan, góp phần nâng cao vẻ đẹp của khu vực

đặt tuyến

Các quy định này buộc phải thực hiện trên các đường có tốc độ thiết kế trên 80km/h, khuyến khích thực hiện với đường có tốc độ thiết kế trên 60km/h và là định hướng cho đường các cấp khác

Sự phối hợp này phải là ý thức thường trực của người thiết kế và trên thực tế là không đội giá xây dựng lên nhiều Khi phí tổn gia tăng, phải xét hiệu quả của đồng vốn

5.4.2 Phối hợp các yếu tố trên bình đồ

1 Trên bình đồ, tuyến đi nhiều đường cong bán kính lớn tốt hơn là đi đoạn thẳng dài chêm bằng các đường cong ngắn, tuyến đi lợi dụng địa hình (men bìa rừng, ven đồi, đi theo sông) tốt hơn là đi cắt, phải làm các công trình đặc biệt (tường chắn, cầu cạn )

2 Góc chuyển hướng nhỏ phải bố trí bán kính cong nằm lớn

Bảng5.1 Bán kính cong nằm tối thiểu phụ thuộc vào góc chuyển hướng

Bán kính

đường cong

nằm tối

thiểu, m

Cấp I và cấp II Vtt  100km/h 20 000 14 000 8000 6000 4000 2000 1500 Các cấp khác 10 000 6000 4000 3000 2000 1000 800

3 Tránh các thay đổi đột ngột:

- Các bán kính cong nằm kề nhau có trị số không lớn hơn nhau 2 lần

- Cuối các đoạn thẳng dài không được bố trí bán kính cong tối thiểu

- Nên có chiều dài đoạn cong xấp xỉ bằng hoặc lớn hơn chiều dài đoạn thẳng chêm trước nó

4 Khi đường có 2 phần xe chạy chiều đi và chiều về tách biệt, nên thiết kế thành 2 tuyến có nền đường độc lập, dải phân cách mở rộng để hoà hợp địa hình, có thể biến thành hai nền đường riêng biệt, tiết kiệm khối lượng, công trình đẹp và ổn định hơn

thiết kế cắm đường cong chuyển tiếp để nối tiếp giữa đoạn thẳng và đoạn cong tròn trên bình đồ

Trên các đường cấp cao, khuyến khích nối tiếp các đường cong nằm bằng các đường clothoide liên tục

5 Bán kính đường cong R> (4-8)Rmin , tốt nhất là cắm tuyến bằng các đường cong clotoide

6 Nên dùng tỷ lệ các đường cong trong đường cong tổng hợp 1:1:1

7 Hai đường cong ngược chiều có 2 ĐCCT nối trực tiếp thì thông số A của chúng

2

1 

A

A

Nếu địa hình bắt buộc phải bố trí đoạn chêm m thì

40

2

1 A A

m 

8 Giữa 2 đường cong cùng chiều không nên bố trí đoạn thẳng chêm quá ngắn, nếu đoạn chêm quá ngắn thì nên bố trí nối trực tiếp bằng một đoạn clothoide có thông

số

3

nho

R

5.4.3 Phối hợp các yếu tố trên trắc dọc

1 Tránh thay đổi dốc lồi lõm lắt nhắt trên một đoạn đường ngắn hoặc sau một đoạn đường thẳng dài

nhận thị giác

3 Nếu tuyến nằm trong một đoạn thẳng trên bình đồ thì giữa 2 đường cong đứng liên tiếp cùng chiều (nhất là với đường cong đứng lõm) không nên bố trí đoạn dốc đều ngắn mà thay bằng một đường cong có bán kính lớn

4 Thiết kế đường cong đứng có chiều dài lớn hơn chiều dài hãm xe

5.4.4 Phối hợp bình đồ và mặt cắt dọc

Trong quá trình thiết kế các yếu tố hình học của đường ôtô, chúng ta sử dụng các đoạn thẳng, đường cong đứng, đường cong bằng, và các độ dốc để thiết

kế Tuy nhiên, các yếu tố tuyến trên bình đồ và trắc dọc không thể thiết kế độc lập

mà chúng phải được phối hợp với nhau Việc phối hợp tốt giữa các yếu tố bình đồ

và trắc dọc sẽ làm tăng mức độ hài hoà, êm thuận, tăng cường cảnh quan mà không mất mát chi phí Ngược lại sự phối hợp này không tốt sẽ sinh ra ảo giác, nhiều vị trí trên tuyến đường có cảm giác bị gãy khúc, xoắn và đổi hướng bất ngờ

Đối với đường cao tốc hoặc đường có giải phân cách cố định, để định vị tuyến đường trên thực địa thì việc thiết kế tuyến đảm bảo được cảnh quan là yếu tố quyết định

Như vậy để phối hợp tốt giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ và trắc dọc thì người kỹ sư thiết kế có thể tham khảo một số nội dung mang tính chất hướng dẫn sau đây:

1 Các đường cong và đoạn dốc phải được cân nhắc kỹ lưỡng Đoạn dốc dài, đoạn thẳng và đoạn cong lớn tại vị trí dốc đứng hoặc đường cong có bán kính châm trước với độ dốc siêu cao nhỏ đều không hợp lý Một bản thiết kế hợp lý là bản thiết kế cố gắng không sử dụng những tiêu chuẩn giới hạn…

2 Tránh bố trí nhiều đường cong đứng trên một đoạn thẳng dài (hoặc đường cong nằm có bán kính lớn) Sự đổi dốc liên tục trên trắc dọc nếu không phối hợp tốt với đường cong nằm sẽ gây ra cho người lái xe ảo giác tuyến đường bị lồi lõm bất thường và tạo nên tuyến có nhiều chỗ khuất

3 Tránh bố trí nhiều đường cong nằm trên một đoạn tuyến phẳng tạo nên tuyến quanh co

4 Không đặt đường cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh đường cong đứng lồi Tình huống này có thể gây nguy hiểm cho người lái xe bởi vì người lái xe có thể không nhận thấy được sự đổi hướng tuyến đặc biệt là vào ban đêm

5 Cố gắng để số đường cong nằm bằng số đường cong đứng và nên bố trí trùng đỉnh Khi phải bố trí lệch, độ lệch giữa hai đỉnh đường cong (nằm và đứng) không lớn hơn 1/4 chiều dài đường cong nằm Khi đường cong đứng không thể

bố trí trùng đỉnh với đường cong nằm thì đỉnh đường cong nằm nên bố trí trước đỉnh đường cong đứng nếu theo hướng đi là rẽ trái, còn nếu theo hướng đi là rẽ phải thì đỉnh này bố trí sau

6 Đường cong nằm nên dài và trùm ra phía ngoài đường cong đứng (mỗi bên từ 20-100m)

7 Không bố trí đường cong đứng có bán kính nhỏ nằm trong đường cong nằm (sẽ tạo ra các u lồi hay các hố lõm) Nên đảm bảo R lõm >R nằm

8 Cả đường cong đứng và đường cong nằm cần phải được tăng bán kính nếu có thể khi tiếp cận các nút giao thông, nơi mà việc đảm bảo tầm nhìn là rất quan trọng

Mặc dù tính thẩm mỹ của tuyến sẽ tăng lên khi phối hợp giữa đường cong đứng

và đường cong bằng, tuy nhiên người thiết kế phải chú ý vì sự phối hợp này có khả năng sinh ra ảo giác Đường cong đứng lồi sẽ làm cho đường cong bằng xuất hiện với bán kính lớn hơn so với thực tế trong khi đó đường cong đứng lõm lại làm cho đường cong bằng bị nhỏ hơn Chiều dài đường cong đứng càng nhỏ thì ảnh hưởng của nó càng rõ nét Nếu đường cong nằm có bán kính nhỏ nhất thì đường cong đứng lồi có thể làm cho người lái xe duy trì một tốc độ cao hơn mức an toàn cho phép Trong khi đó, đường cong đứng lõm có thể làm cho người lái xe có định hướng không đúng và thậm chí phanh đột ngột không cần thiết Để phối hợp tốt hơn giữa đường cong đứng và đường cong nằm, cần sử dụng đường cong nằm có trị số bán kính lớn hơn trị số tối thiểu tuỳ theo tốc độ thiết kế

Một vài nội dung khác cũng mang tính chất hướng dẫn như là: Việc thiết kế đường cong nằm có bán kính tối thiểu ở cuối dốc gắt hoặc gần điểm thấp nhất đường cong đứng lõm có bán kính nhỏ là không hợp lý Như đã nói ở trên khi đó tuyến đường sẽ có cảm giác bị ngắn lại, hơn nữa khi xuống cuối dốc tốc độ xe chạy thường lớn hơn gây cho người lái xe các phản ứng điều khiển xe chạy không hợp

lý, nhất là vào ban đêm

5.4.5 Phối hợp giữa bình đồ, trắc dọc và trắc ngang

1 Việc phối hợp giữa các yếu tố tuyến như bình đồ, trắc dọc và trắc ngang trước hết là các yếu tố này được sử dụng các chỉ tiêu tốt hơn các chỉ tiêu giới hạn sau đó

là phối hợp các yếu tố tuyến với nhau để tạo ra một tuyến đường đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế

2 Sự phối hợp giữa bình đồ, trắc ngang và trắc dọc còn được thể hiện ở chỗ bình

đồ và trắc ngang sẽ quyết định đến cao độ thiết kế trên trắc dọc tránh các trường hợp đắp lớn trên sườn dốc, đào nhiều ở đồng bằng, không đảm bảo các yêu cầu kinh tế-kỹ thuật và tính khả thi

5.4.6 Phối hợp giữa tuyến đường và công trình

1 Bố trí tuyến đường thẳng trên cầu và hầm, tuyến vuông góc với dòng chảy Với các đường cấp cao (V≥80km/h) có thể thiết kế đường cong nằm và đứng trên cầu

và hầm để đảm bảo tính liên tục của công trình

2 Không nên thay đổi độ dốc, thay đổi hướng tuyến trong phạm vi cầu, hầm và phạm vi 10m ở 2 đầu công trình

5.4.7 Sự kết hợp với cảnh quan

1 Phải nghiên cứu kỹ các yếu tố địa hình và thiên nhiên của khu vực để kết hợp một cách hợp lý, không phá vỡ quy luật tự nhiên, tránh các công trình đào sâu đắp cao, tránh dùng các công trình đặc biệt

2 Quy định về dốc mái taluy xuất phát trên các nguyên lý cơ học của đất đá Ta luy có thể:

- Thay đổi phù hợp với dốc ngang thường gặp trên địa hình

- Có gọt tròn ở đỉnh taluy và mở rộng ở 2 đầu taluy

- Các taluy thấp dưới 1m, do không tốn nhiều khối lượng nên làm dốc 1: 4

~1:6 và có gọt tròn đỉnh và chân taluy

- Taluy cao nên làm bậc thềm Bậc thềm tạo ổn định cho taluy, làm chỗ chắn nước xói taluy và nên trồng cây bụi

5.4.9 Thiết kế trồng cây phối hợp với tuyến đường

Trồng cây dọc đường để tăng thẩm mỹ, cải thiện môi trường, hấp thu Cácbonđioxit và tăng lượng ôxi cho không khí Cây cối làm giảm bớt sự loá mắt và giảm bớt nhiệt độ ở vùng khí hậu nhiệt đới nước ta Trồng cây cũng quan trọng cho việc làm giảm tổn thất nguồn nước và làm giảm tiếng ồn

Việc chọn loại cây trồng và sắp xếp chúng dọc theo mỗi con đường phải tương đối phù hợp để tạo một không gian tốt và nhịp nhàng Như vậy công tác trông cây gồm các nội dung sau:

- Chọn loại cây trồng, sự phong phú của các loại cây trồng

- Vị trí trồng cây ( ở giữa hoặc dọc theo bên cạnh đường)

- Khoảng cách trồng cây ( khoảng cách giữa các cây và khoảng cách đến đường ôtô)

- Sự sắp xếp các loại cây ( khoảng cách giữa các hàng cây, khoảng cách tự nhiên giữa các bó, loại cây nhỏ ở trước cây to và tương tự như vậy)

DƯỚI ĐÂY LÀ MỘT SỐ HÌNH MINH HOẠ NÓI LÊN SỰ PHỐI HỢP GIỮA CÁC YẾU TỐ

HÌNH HỌC TRÊN BÌNH ĐỒ VÀ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ÔTÔ:

A Chỗ lõm trên một đoạn dốc dài

B Chỗ lõm đã được khắc phục

Hình 1: Đường cong đứng lõm ngắn trên đoạn dốc dài

Cắt dọc tuyến

Phương án đề nghị

A Những điểm lồi ngắn trên đường cong nằm dài

A Các điểm lồi đã được khắc phục

Hình 2 Đường cong đứng lõm có chiều dài ngắn trên đường cong nằm dài

Bình đồ tuyến

Cắt dọc tuyến Phương án đề nghị

A.Các điểm lồi lõm xuất hiện trước đường cong nằm

B Đường cong đững lõm có chiều dài lớn nối tiếp vào đường cong bằng

Hình 3 Đường cong đứng lõm có bán kính nhỏ ngay trước đường cong nằm.

Phương án đề nghị

Bình đồ tuyến

Cắt dọc tuyến