Kỹ Thuật - Công Nghệ - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Kiến trúc - Xây dựng TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ III - 1 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN 3.1.1 Khái niệm : Bình đồ tuyến đường là hình chiếu của tuyến đường trên mặt phẳng nằm ngang. Bình đồ tuyến gồm 3 yếu tố chính là: đoạn thẳng, đoạn đường cong tròn và đoạn đường cong chuyển tiếp nối tiếp đoạn thẳng với đoạn đường cong tròn. 3.1.2 Những yêu cầu chung đối với tuyến trên bình đồ 1. 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. 2. Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên 3. Đảm bảo sự hài hoà, phối hợp giữa đường và cảnh quan 4. 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. 5. 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 6. 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 3.1.3 Những nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến, định tuyến 1. Định tuyến phải bám sát đường chim bay giữa 2 điểm khống chế. 2. 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. 3. 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. 4. 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. TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ III - 2 5. 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 ). 6. 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. 7. 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. 8. 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. 9. 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. 10.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. 11.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. 12.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. 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. 13.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 TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ III - 3 - 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,...) 14.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. 15.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. 3.2 ĐƯỜNG DẪN HƯỚNG TUYẾN, PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN Khi khảo sát thiết kế sơ bộ (định tuyến), việc thiết kế bình đồ, dù tiến hành trên bình đồ hoặc trên thực địa là một quá trình không thể tách rời việc thiết kế các yếu tố khác của đường (trắc dọc, trắc ngang, nền và công trình), đồng thời đó cũng là một quá trình liên tục phân tích kinh tế – kỹ thuật để đi tới một phương án cuối cùng được công nhận là hợp lý nhất. Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tích kinh tế – kỹ thuật đó, việc thiết kế bình đồ nên bắt đầu bằng cách xác định các đường dẫn hướng tuyến trên từng đoạn (theo từng phương án khác nhau) giữa các điểm khống chế hoặc các điểm tựa tuỳ theo quan điểm thiết kế và địa hình cụ thể. Sau khi định được đường dẫn hướng tuyến, việc thiết kế bình đồ sẽ là tiến hành định tuyến sao cho sát nhất với đường dẫn hướng tuyến, nhưng vẫn phải đảm bảo được các tiêu chuẩn kỹ thuật khác đối với các yếu tố bình đồ đó, và đảm bảo tốt các yêu cầu phối hợp các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, yêu cầu phối hợp không gian các yếu tố tuyến và cũng như yêu cầu phối hợp quang cảnh và giữ gìn môi trường hai bên tuyến. 3.2.1 Đường dẫn hướng tuyến và các lối đi tuyến phù hợp địa hình Tuỳ thuộc vào địa hình, vị trí hai điểm khống chế khi thiết kế tuyến có hai trường hợp sau : 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 TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ III - 4 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’ 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 : d i i H l (1) Từ đó xác định được đường độ dốc đều dẫn tuyến. Ví dụ : Bản đồ có tỷ lệ 125.000, khoảng cách chênh cao giữa 2 đường đồng mức kề nhau là 10m, muốn vạch độ dốc đều 5 thì chiều dài đoạn dốc đều trên thực địa là 100,05=200m và trên bản đồ là 20025.000=0,008m=8mm Hình 1. Dùng compa bước cố định để đi đường độ dốc đều R D TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ III - 5 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 cá...
TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN 3.1.1 Khái niệm : Bình đồ tuyến đường là hình chiếu của tuyến đường trên mặt phẳng nằm ngang Bình đồ tuyến gồm 3 yếu tố chính là: đoạn thẳng, đoạn đường cong tròn và đoạn đường cong chuyển tiếp nối tiếp đoạn thẳng với đoạn đường cong tròn 3.1.2 Những yêu cầu chung đối với tuyến trên bình đồ 1 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 2 Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên 3 Đảm bảo sự hài hoà, phối hợp giữa đường và cảnh quan 4 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 5 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 6 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 3.1.3 Những nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến, định tuyến 1 Định tuyến phải bám sát đường chim bay giữa 2 điểm khống chế 2 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 3 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 4 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 III - 1 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ 5 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 ) 6 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 7 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 8 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 9 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 10.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 11.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 12.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 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 13.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 III - 2 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ - 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, ) 14.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 15.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 3.2 ĐƯỜNG DẪN HƯỚNG TUYẾN, PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN Khi khảo sát thiết kế sơ bộ (định tuyến), việc thiết kế bình đồ, dù tiến hành trên bình đồ hoặc trên thực địa là một quá trình không thể tách rời việc thiết kế các yếu tố khác của đường (trắc dọc, trắc ngang, nền và công trình), đồng thời đó cũng là một quá trình liên tục phân tích kinh tế – kỹ thuật để đi tới một phương án cuối cùng được công nhận là hợp lý nhất Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tích kinh tế – kỹ thuật đó, việc thiết kế bình đồ nên bắt đầu bằng cách xác định các đường dẫn hướng tuyến trên từng đoạn (theo từng phương án khác nhau) giữa các điểm khống chế hoặc các điểm tựa tuỳ theo quan điểm thiết kế và địa hình cụ thể Sau khi định được đường dẫn hướng tuyến, việc thiết kế bình đồ sẽ là tiến hành định tuyến sao cho sát nhất với đường dẫn hướng tuyến, nhưng vẫn phải đảm bảo được các tiêu chuẩn kỹ thuật khác đối với các yếu tố bình đồ đó, và đảm bảo tốt các yêu cầu phối hợp các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, yêu cầu phối hợp không gian các yếu tố tuyến và cũng như yêu cầu phối hợp quang cảnh và giữ gìn môi trường hai bên tuyến 3.2.1 Đường dẫn hướng tuyến và các lối đi tuyến phù hợp địa hình Tuỳ thuộc vào địa hình, vị trí hai điểm khống chế khi thiết kế tuyến có hai trường hợp sau : 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 III - 3 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ 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’ 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 (1) id Từ đó xác định được đường độ dốc đều dẫn tuyến Ví dụ : Bản đồ có tỷ lệ D 1/25.000, khoảng cách chênh cao giữa 2 đường đồng mức R kề nhau là 10m, muốn vạch độ dốc đều 5% thì chiều dài đoạn dốc đều trên thực địa là 10/0,05=200m và trên bản đồ là 200/25.000=0,008m=8mm Hình 1 Dùng compa bước cố định để đi đường độ dốc đều III - 4 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ 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 3.2.2 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 3.2.3 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 III - 5 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ 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 - 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 3.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG ĐƯỜNG CONG Khi chạy trong đường cong, xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi hơn so với khi chạy trong đường thẳng Những điều kiện bất lợi đó là: 1 Khi chạy trong đường cong xe phải chịu thêm lực li tâm, lực này nằm ngang trên mặt phẳng thẳng góc với trục chuyển động, hướng ra phía ngoài đường cong và có giá trị C = m.v 2 (kG) R Trong đó: C – lực li tâm Hình 3.2 Các lực tác dụng khi xe chạy trong đường cong m – khối lượng của xe (kg) v – tốc độ xe chạy (m/s) R – bán kính đường cong tại vị trí tính toán (m) Lực li tâm có tác dụng xấu, có thể gây ra những khó khăn sau : + Xe có khả năng bị lật hoặc trượt ngang về phía lưng đường cong + Gây khó khăn cho việc điều khiển xe, gây khó chịu cho hành khách, gây đổ vỡ hàng hoá vận chuyển + Gây biến dạng ngang của lốp xe nên làm cho săm lốp chóng hao mòn hơn + Làm tăng sức cản do đó làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn 2 Xe chạy trong đường cong yêu cầu có bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đường thẳng thì xe mới chạy được bình thường 3 Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhìn nhất là khi bán kính đường cong nhỏ, ở đoạn đường đào Tầm nhìn ban đêm của xe chạy trong đường cong cũng bị hạn chế do pha đèn chiếu thẳng một đoạn ngắn hơn III - 6 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ 3.4 LỰC NGANG VÀ HỆ SỐ LỰC NGANG Khi xe chuyển động trong đường cong thì ôtô chịu hai lực tác dụng: - Trọng lượng bản thân G của xe có hướng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang - Lực li tâm C hướng ra ngoài đường cong và vuông góc với trục chuyển động, lực li tâm có giá trị: C G V 2 gR Chiếu các lực tác dụng lên ô tô theo C.cos G.sin phương song song với mặt đường C được công thức tính lực ngang Y tác dụng lên ôtô: Y = C.cos G.sin Dấu “+” : trong trường hợp bình G.cos G thường, mặt đường hai mái và xe chạy ở làn ngoài (xe chạy phía lưng đường cong) Dấu “” : trong trường hợp cấu tạo siêu cao, dốc đổ về phía bụng đường cong (xe chạy phía bụng đường xong) : là góc nghiêng của mặt đường so với phương nằm ngang h : là chiều cao trọng tâm của xe tới mặt đường b : chiều rộng của hai bánh xe Vì góc rất nhỏ cos 1; sin tg = in : là độ dốc ngang của mặt đường G V2 đặt Y Y G.in G gR Y V2 in với G g.R Y : là hệ số lực ngang, đặc trưng cho lực ngang tác dụng trên một đơn vị trọng G lượng của xe và dùng trong thiết kế đường Trong đó: Y là tổng lực ngang.; G là trọng lượng của ô tô Từ đó tính được bán kính đường cong nằm R theo hệ số lực đẩy ngang và vận tôc xe chạy: R v2 (m) v : (m/s) g.( in ) R V 2 (m) V: (km/h) 127.( in ) III - 7 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ “+” khi xe chạy phía bụng đường cong “-“ khi xe chạy phía lưng đường cong 3.5 LỰA CHỌN HỆ SỐ LỰC NGANG Lực ngang, tuỳ theo hệ số của nó, có thể gây ra những tác động bất lợi cho xe chạy trong đường cong: - Làm lật xe qua điểm tựa là bánh xe ở phía lưng đường cong - Làm cho xe bị trượt ngang trên đường - Gây cảm giác khó chịu cho hành khách và người lái xe - Làm tiêu hao thêm nhiên liệu và tăng hao mòn săm lốp Vì vậy cần phân tích từng mặt của vấn đề ta sẽ lựa chọn được hệ số lực ngang tính toán cần thiết để đảm bảo cho xe chạy an toàn và kinh tế 3.5.1 Điều kiện ổn định chống lật Dưới tác dụng của lực ly tâm thì xe có thể bị lật quanh bánh xe phía ngoài: Điều kiện ổn định giữa mô men lật và mô men giữ : Y.h G.(b ) Y b 2. b 2. 2 G 2.h 2.h b : khoảng cách giữa hai tâm bánh xe h: chiều cao của trọng tâm xe Thực nghiệm có được : độ dịch ngang của thân xe ô tô so với bánh, thường lấy 0,2.b thông thường: b 2 3 đối với xe du lịch h = 1,73 đối với xe buýt Nếu lấy giá trị (b/h=2) thì ta có 0,6 Như vậy khi 0,6 thì điều kiện trên luôn đảm bảo 3.5.2 Điều kiện ổn định chống trượt ngang Phân tích các lực tác dụng vào các bánh xe G G Để đảm bảo xe không bị trượt ngang trên mặt đường thì : Y≤ G.2 Y G Hình 3.3 Các lực tác dụng lên bánh xe III - 8 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ Trong đó: G.2: là lực bám giữa bánh xe và mặt đường theo phương ngang G : trọng lượng của ô tô 2 : hệ số bám theo chiều ngang giữa bánh xe và mặt đường Y : tổng lực ngang tác dụng lên xe 2 Y Như vậy μ ≤ φ2 G : hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường (gồm hệ số bám dọc và ngang) 12 22 với 1 là hệ số bám dọc của bánh xe và mặt đường 1=(0,7-0,8). thay vào ta có 2=(0,6-0,7). Như vậy ta có các điều kiện của μ như sau : - Mặt đường khô ráo μ ≤ 0,36 - Mặt đường khô, ẩm sạch μ ≤ 0,24 - Mặt đường ẩm có bùn bẩn μ ≤ 0,12 3.5.3 Điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách Khi chịu tác dụng của lực li tâm, hành khách cảm thấy khó chịu, nhiều khi sợ hãi có cảm giác xe bị lật đổ Điều tra theo thực nghiệm cho ta các kết quả như sau : ≤0,1 thì hành khách không cảm thấy xe chạy trên đường cong =0,15 thì hành khách hơi cảm thấy trên đường cong =0,2 thì hành khách cảm thấy khó chịu =0,3 thì hành khách cảm thấy bị xô dạt về một phía Để đảm bảo êm thuận và thoải mái cho hành khách nên chọn 0,15 và trong điều kiện khó khăn, khi hành khách có chuẩn bị cho phép dùng tới 0.25 3.5.4 Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp Dưới tác dụng của lực ngang thì lốp xe bị biến dạng và bị lệch sang một phía, do đó đúng ra thì bánh xe phải hợp với trục dọc của xe một góc α khi xe vào đường cong nhưng thực tế bánh xe không quay hết góc α mà chịu một góc lệch so với trục chuyển động của xe Theo nghiên cứu thực nghiệm góc lệch này rất nhỏ và tỉ lệ với lực ngang: Y Kn Kn: hệ số biến dạng ngang của lốp xe, phụ thuộc vào độ đàn hồi của lốp III - 9 TS LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ Với xe con: Kn = 40-70 (kG/độ) Với xe tải: Kn = 110-120 (kG/độ) Góc lệch càng lớn thì tiêu hao nhiên liệu càng nhiều và hao mòn lốp xe càng tăng lên Nghiên cứu cho thấy nên dùng 0,1 ( công suất tiêu thụ tăng 15%; hao mòn lốp gấp 5 lần) 3.5.5 Lựa chọn hệ số lực ngang tính toán Đây là một bài toán kinh tế - kỹ thuật, khi thiết kế phải đảm bảo an toàn và tiện nghi với hành khách và phương tiện, hàng hoá, đồng thời lại phải bám sát địa hình để đảm bảo khối lượng công tác là ít nhất, giá thành hạ Xét tổng hợp 4 điều kiện trên thì trong trường hợp thông thường nên đảm bảo 0,1; trường hợp khó khăn có thể lấy = 0,15; trường hợp đặc biệt khó khăn dùng = 0,2 trong qui phạm thường tính toán với = 0,15 3.6 SIÊU CAO VÀ ĐỘ DỐC SIÊU CAO 3.6.1 Siêu cao, tác dụng của siêu cao Trở lại công thức tính lực ngang, hệ số lực ngang và bán kính đường cong V2 R v2 g.( in ) Y = C.cos G.sin ; in ; g.R Khi xe chạy trong đường cong, những xe chạy bên nửa phía lưng đường cong kém ổn định hơn những xe chạy phía bụng đường cong, ngoài ra việc điều khiển xe cũng khó khăn hơn Hiện tượng này càng bất lợi khi đường cong có bán kính nhỏ và tốc độ xe chạy lớn Vì vậy, để đảm bảo an toàn và tiện lợi trong việc điều khiển ô tô ở các đường cong bán kính nhỏ thì phải làm siêu cao, tức là làm cho mặt đường có độ dốc ngang nghiên về phía bụng của đường cong Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đường cong có bán kính nhỏ, phần đường phía lưng đường cong được nâng cao để mặt đường có độ dốc ngang một mái nghiêng về phía bụng đường cong đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận Tác dụng của siêu cao: - Siêu cao có tác dụng làm giảm lực ngang, do đó giảm các tác hại của lực ly tâm, đảm bảo xe chạy an toàn trong đường cong - Siêu cao có tác dụng tâm lý có lợi cho người lái, làm cho người lái tự tin điều khiển xe khi vào trong đường cong - Siêu cao có tác dụng về mỹ học và quang học, làm cho mặt đường không bị cảm giác thu hẹp giả tạo khi vào đường cong III - 10