BÀI GIẢNG THIẾT KẾ ĐƯỜNG, HỆ CAO ĐẲNG LIÊN THÔNG

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 R – bán kính đường cong

Chương 1 THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Các vấn đề chung

1.1.1 Đặc điểm của sự chuyển động của ô tô trong đường cong

Khi chạy trong đường cong tròn, xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi hơn so với khi chạy trong đường thẳng Những điều kiện bất lợi đó là:

a 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

R – bán kính đường cong tại vị trí tính toán (m)

Lực ly 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

b 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

Hình 1.1 - Các lực tác dụng khi xe chạy trong đường cong

c 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

1.1.2 Lực ngang và hệ số lực ngang

a 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 ly tâm C hướng ra ngoài đường cong và vuông góc với trục chuyển động, lực ly tâm có giá trị:

R

V g

G C

α : 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 α rất nhỏ ⇒ cosα=1; sinα ≈ tgα ≈ in: là độ dốc ngang của mặt đường

R

V g

y

y

h G

b

⇒ = ±i n = µ

R g

V G

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 tốc xe chạy:

⇒

) (

2

n

i g

v R



µ

= (m) V: (km/h) (1.7)

“+” khi xe chạy phía bụng đường cong

“-“ khi xe chạy phía lưng đường cong

b 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

+ 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 :

) 2 (

.h≤G b− ∆

Y

h

b G

Y

2

b : khoảng cách giữa hai tâm bánh xe

h: chiều cao của trọng tâm xe

= 1,7÷3 đối với xe buýt

Nếu lấy giá trị (b/h=2) thì ta có µ≤0,6

Như vậy khi µ≤ 0,6 thì điều kiện trên luôn đảm bảo

+ Điều kiện ổn định chống trượt ngang

Phân tích các lực tác dụng vào các bánh xe

Để đảm bảo xe không bị trượt ngang trên mặt đường thì :

Trong đó:

G.ϕ2: là lực bám giữa bánh xe và mặt đường theo phương ngang

G : trọng lượng của ô tô

ϕ2 : hệ số bám theo chiều ngang giữa bánh xe và mặt đường

Y : tổng lực ngang tác dụng lên xe

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

+ 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 :

µ ≤0,1 thì hành khách không cảm thấy xe chạy trên đường cong

µ =0,15 thì hành khách hơi cảm thấy trên đường cong

µ =0,2 thì hành khách cảm thấy khó chịu

µ =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 µ≤0,15 và trong điều kiện khó khăn, khi hành khách có chuẩn bị cho phép dùng tới 0.25

+ 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 δ so với trục chuyển động của xe

Theo nghiên cứu thực nghiệm góc lệch này rất nhỏ và tỉ lệ với lực ngang:

+ 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 µ≤0,1; trường hợp khó khăn có thể lấy µ = 0,15; trường hợp đặc biệt khó khăn dùng µ= 0,2 trong qui phạm thường tính toán với µ = 0,15

Đối với đường cao tốc, vì xe chạy với tốc độ cao nên quy định về hệ số lực ngang cũng nhỏ để đảm bảo an toàn và thuận lợi µ = 0,03 -:- 0,08

1.2 Thiết kế bình đồ

1.2.1 Bán kính đường cong nằm

a Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn

) (

127

2 min

i

V R

+

=

Trong đó:

V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)

μ - Hệ số lực ngang, lấy μ = 0,08-0,15

(chọn giá trị μ nhỏ đối với đường cấp cao và địa hình thuận lợi)

iscmax - Độ dốc siêu cao lớn nhất

b Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường

) (

127

2 min

sctt

i

V R

isctt - Độ dốc siêu cao thông thường isctt=iscmax-2%

c Bán kính đường cong nằm tối thiểu không cần bố trí siêu cao

) (

127

2

n ksc

i

V R

Lựa chọn bán kính đường cong nằm tính toán

Đây là bài toán kinh tế-kỹ thuật, khi thiết kế cần vận dụng bán kính đường cong lớn để cải thiện điều kiện xe chạy, đảm bảo an toàn, tiện lợi đồng thời cũng đảm bảo giá thành xây dựng nhỏ nhất Chỉ khi khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu, khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở lên, luôn tận dụng địa hình để nâng cao chất lượng chạy xe

Bán kính đường cong bằng được lựa chọn theo các nguyên tắc:

- Lớn hơn các giá trị giới hạn

- Phù hợp với địa hình, càng lớn càng tốt (thường R=3 đến 5 lần Rmin)

- Đảm bảo sự nối tiếp giữa các đường cong

- Đảm bảo bố trí được các yếu tố đường cong như : chuyển tiếp, siêu cao

- Đảm bảo phối hợp hài hoà các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến đường với cảnh quan

Quy định của TCVN 4054-05 các giá trị giới hạn của bán kính

Bảng 1.1 Bán kính đường cong nằm tối thiểu

Tốc độ thiết kế (km/h) 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 Bán kính đường cong nằm:

(m)

- tối thiểu (giới hạn) 650 400 250 125 125 60 60 30 30 15

- tối thiểu thông thường 1000 700 400 250 250 125 125 60 60 50

- tối thiểu không siêu cao 5500 4000 2500 1500 1500 600 600 350 350 250

1.2.2 Các yếu tố kỹ thuật của đường cong nằm

1.2.2.1 Siêu cao – đoạn nối siêu cao

Siêu cao, tác dụng của siêu cao

Trở lại công thức tính lực ngang, hệ số lực ngang và bán kính đường cong

Y = C.cosα±G.sinα ; 2

. n

v i

g R

µ = ± ;

) (

2

n

i g

v R

Hình 3.4 Bố trí siêu cao trong đường cong

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

In % L3

§­êng cong chuy

Ón tiÕp

- 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

Như vậy, nếu V lớn và R nhỏ thì đòi hỏi độ dốc siêu cao lớn

Nếu chọn độ dốc siêu cao lớn, đối với những xe tải và xe thô sơ có tốc độ thấp có khả năng bị trượt xuống dưới, theo độ dốc mặt đường Độ dốc siêu cao quá lớn đòi hỏi phải kéo dài đoạn nối siêu cao, điểm này sẽ gặp khó khăn đối với đường vùng núi vì sẽ không đủ đoạn chêm giữa 2 đường cong trái chiều

Độ dốc siêu cao khi thiết kế được tra trong quy trình phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và bán kính đường cong

Bảng 3.1 - Độ dốc siêu cao (%) theo bán kính đường cong nằm (m) và tốc độ thiết kế

(km/h) Isc

- Độ dốc siêu cao lớn nhất : 8%

- Độ dốc siêu cao nhỏ nhất : bằng độ dốc ngang mặt đường hai mái

- Độ dốc siêu cao thông thường : 4%

- Những đường cong có bán kính lớn R>Rkscthì không cần bố trí siêu cao

Ngoài ra, ở vùng núi, những đường cong ôm vực, cần có các biện pháp đảm bảo an toàn vì độ dốc siêu cao nghiêng về phía vực, có thể bố trí các tường phòng hộ, hoặc hạn chế độ dốc siêu cao đến 4% Nhiều trường hợp người ta còn bố trí siêu cao ngược, quay về phía lưng đường cong (phía núi)

Đoạn nối siêu cao và các phương pháp nâng siêu cao

Đoạn nối siêu cao được thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách điều hoà từ mặt cắt ngang thông thường hai mái sang mặt cắt ngang đặc biệt có siêu cao

Việc chuyển hoá này sẽ làm phía lưng đường cong có độ dốc dọc phụ thêm if

- Khi Vtt=20÷40 km/h thì if = 1%

- Khi Vtt ≥60 km/h thì if = 0,5%

Trước khi vào đoạn nối siêu cao cần có một đoạn dài 10m để nâng lề có độ dốc ngang bằng độ dốc ngang mặt đường, riêng phần lề đất không gia cố phía lưng đường cong vẫn dốc ra phía lưng đường cong

Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp Khi không có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đường cong và một nửa trên đường thẳng

1 Phương pháp quay quanh tim đường

Đây là phương pháp thường hay được sử dụng nhất, phương pháp này được quy định trong quy trình hiện hành TCVN 4054-05

Trình tự các bước :

- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc ngang mặt đường in ;

- Tiếp tục quay cả mặt đường quanh tim đường cho đạt độ dốc isc

Theo hình 3.5 có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng như sau :

f sc

2 2

n sc n

sc

i i b i

b i

b

= +

2i L L

bi i

h L

f n f

i

i i b L L L L

2

) (

) ( 1 2

3

−

= +

−

Trong đó : b : chiều rộng mặt đường (m)

L1: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ -inđến 0

L2: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ 0 đến in

L3: Chiều dài đoạn nâng mặt đường từ in đến isc

Hình3.5 Diễn biến nâng siêu cao và sơ đồ tính chiều dài Lsc

theo phương pháp quay quanh tim đường

Tính lại độ dốc dọc phụ thêm

sc

n sc f

L

i i b i

2

) ( +

Bằng hình học tìm được công thức tính độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cách đầu đoạn một khoảng cách x như sau :

+ Nếu x≤L1thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong

−

=

+ Nếu L1≤x≤L1+L2thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong

2

1 ) (

L

L x i

1 ) (

L L

L x i

(

L

L L x i i i

2 Phương pháp quay quanh mép đường

- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc in;

- Tiếp tục quay quanh mép trong mặt đường (khi chưa mở rộng) cho đạt độ dốc isc Bằng cách tương tự, theo hình 3.7 có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng như sau :

i

i i b L L L

= +

L

i b

Tính toán độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cũng tương

tự như phương pháp trên

Hình 3.7 Diễn biến nâng siêu cao và sơ đồ tính chiều dài Lsc theo phương pháp

quay quanh mép trong mặt đường

3 Các phương pháp nâng siêu cao cho đường cao tốc, đường có dải phân cách

Đối với đường cao tốc, đường có nhiều làn xe thì có các phương pháp nâng siêu cao như hình 3.8

a Hình 3.8a là mặt cắt ngang trên đoạn thẳng

b Hình 3.8b quay quanh tim đường (tim phần dải phân cách giữa) chiều dài đoạn nối siêu cao và cách tính giống như phần 1 ở trên với bề rộng b là khoảng cách giữa 2 mép đường

c Hình 3.8c nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 mép giữa đường giáp giải phân cách :

Tương tự, có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng như sau :

f

n sc

L1 = 2 = . ;

f

n sc sc

i

i i b L L L

= +

L

i i b

Độ dốc ngang mặt đường i tại mặt cắt bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cách đầu đoạn một khoảng cách x như sau :

+ Nếu x≤L1thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :

Độ dốc phần đường bên trái (bên bụng) i=in

Độ dốc phần đường bên phải (bên lưng)

−

=+ Nếu L1≤x≤L1 + L2thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :

Độ dốc phần đường bên trái i=in

Độ dốc phần đường bên phải

2

1 ) (

L

L x i

=+ Nếu (L1+L2) ≤x≤ Lsc thì mặt cắt nằm trong đoạn 3 :

Độ dốc nâng cả 2 phần trái và phải

3 2

1 ) (

L L

L x i

e Hình 3.8e nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 tim của từng phần đường : Chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng được tính như sau

f

n sc

i

i i b L L L L

2

) (

) ( 1 2

3

−

= +

−

Tính lại độ dốc dọc phụ thêm

sc

n sc f

L

i i b i

2

) ( +

L1 = 2 = . ;

f

n sc sc

i

i i b L L L

= +

L

i i b

- Nên sử dụng phương pháp quay quanh tim đường để nâng siêu cao và bố trí đoạn nối siêu cao Với phương pháp này cao độ tim đường không thay đổi nên dễ dàng thể hiện trên trắc dọc và tổng quát được khi lập các chương thiết kế trên máy tính Phương pháp này còn đặc biệt thuận lợi với trường hợp tuyến uốn lượn gồm nhiều đường cong ngược chiều liên tiếp

- Với đường cao tốc, đường nhiều làn xe thì nên thiết kế theo các phương pháp ở hình 3.8b và 3.8c các phương pháp này đảm bảo tạo được độ đều đặn về thị giác khi nhìn từ xa

5 Trình tự tính toán nâng siêu cao :

- Xác định độ dốc siêu cao isc, độ dốc dọc phụ thêm if : Theo quy trình quy định phụ thuộc vào cấp đường và bán kính đường cong

- Chọn phương pháp nâng siêu cao : Phương pháp nâng siêu cao phụ thuộc vào địa hình, điều kiện thoát nước, chiều rộng mặt đường, kích thước và cấu tạo dải phân cách giữa, …

- Lựa chọn chiều dài đoạn bố trí siêu cao LSC: Thông thường chiều dài đoạn bố trí này phụ thuộc vào địa hình và lấy bằng giá trị lớn nhất trong các giá trị tính toán : Chiều dài đoạn nối siêu cao - LSC, chiều dài đường cong chuyển tiếp - LCT, chiều dài đoạn nối mở rộng - LMR và theo bảng 3.2; là bội số của 5 (để dễ dàng cắm và thiết kế các mặt cắt ngang trong đường cong)

- Từ chiều dài LBT đã chọn tính lại if và tính các đoạn đặc trưng L1, L2, L3

- Tính độ dốc phần mặt đường trong đoạn nối siêu cao

- Tính các độ dốc lề đường (lề đất, lề gia cố), độ dốc dải phân cách tại các mặt cắt ngang trong đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào độ dốc ngang mặt đường và phương pháp nâng siêu cao

- Kết hợp tính toán đường cong chuyển tiếp và mở rộng trong đường cong thiết kế trắc ngang trên cơ sở các độ dốc ngang đã xác định được

Bảng 3.2 - Độ dốc siêu cao isc và chiều dài đoạn chuyển tiếp nối siêu cao L(m) phụ

thuộc vào bán kính đường cong R(m) và tốc độ thiết kế Vtk(km/h)

Trị số chiều dài L trong bảng áp dụng đối với đường hai làn xe Đối với đường cấp I

và II nếu đường có trên hai làn xe thì trị số trên phải nhân với 1,2 đối với ba làn xe; 1,5 đối với 4 làn xe và 2 đối với ≥ 6 làn xe

1.2.2.2 Mở rộng phần xe chạy - đoạn nối mở rộng

Tính toán độ mở rộng

Khi xe chạy trên đường cong, mỗi bánh xe chuyển động theo quỹ đạo riêng, chiều rộng dải đường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn so với khi xe chạy trên đường

thẳng Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tương đương như trên đường thẳng, ở những đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy

Hình 3.9 Sơ đồ mở rộng mặt đường trong đường cong

Để xác định độ mở rộng ta giả thiết quỹ đạo chuyển động của ô tô trong đường cong là đường tròn

Xét chuyển động của ô tô trong đường cong như hình vẽ Theo hệ thức lượng tam giác vuông CAD ta có CB2 = AB.BD

trong đó: CB = LA – chiều dài từ đầu xe tới trục bánh xe sau, m;

AB = e – chiều rộng cần mở thêm của 1 làn xe, m;

BD = 2R – AB ≈ 2R

Hình 3.10 Sơ đồ tính độ mở rộng mặt đường trong đường cong

Do đó:

R2

Le

2 A

Công thức trên được xác định theo sơ đồ hình học mà chưa xét đến khả năng thực tế khi xe chạy, khi xe chạy với tốc độ cao, xe còn bị lắc ngang sang hai bên, như vậy ta phải bổ sung số hạng hiệu chỉnh :

,R

0,05.V2R

Le

0,1.VR

LE

3.6.2 Bố trí độ mở rộng mặt đường trong đường cong:

Đoạn nối mở rộng làm trùng với đoạn nối siêu cao hoặc đường cong chuyển tiếp Khi không có hai yếu tố này, đoạn nối mở rộng được cấu tạo:

- Một nửa nằm trên đường thẳng và một nửa nằm trên đường cong

- Trên đoạn nối, mở rộng đều (tuyến tính) Mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu 10m

Độ mở rộng bố trí ở cả hai bên, phía lưng và bụng đường cong Khi gặp khó khăn, có thể bố trí một bên, phía bụng hay phía lưng đường cong

Thông thường để mép mặt đường được trơn tru, êm thuận, thì trị số độ mở rộng En tại một điểm bất kỳ được tính theo công thức:

K = với LMRlà chiều dài đoạn nối mở rộng

Lnlà khoảng cách từ đầu đoạn nối mở rộng đến điểm đang xét Phương của độ mở rộng là phương đường pháp tuyến của tim đường xe chạy

Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố Dải dẫn hướng (và các cấu tạo khác như làn phụ cho xe thô sơ, …) phải bố trí phía tay phải của độ mở rộng Nền đường khi cần phải mở rộng, đảm bảo phần lề đất còn ít nhất là 0,5 m

Hình 3.11 Bố trí mở rộng phần xe chạy về hai phía của đường cong

tc b p

Ón tiÕp

Bảng 3.3 Độ mở rộng phần xe chạy 2 làn xe trong đường cong nằm, m.[1]

Các dòng xe có xe đặc biệt, phải kiểm tra lại các giá trị trong bảng 3.11

1.2.2.3 Đường cong chuyển tiếp

Tác dụng của đường cong chuyển tiếp

Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, xe phải chịu các thay đổi

- Bán kính ρ giảm dần từ +ở ngoài đường thẳng đến R trong đường cong

- Lực ly tâm C tăng dần từ 0 đến

R

mv C

2

=

- Góc α hợp thành giữa trục bánh trước và trục xe

tăng dần từ 0 đến α

Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho

lái xe và hành khách và làm cho việc điều khiển xe khó

khăn hơn

Để đảm bảo tuyến đường phù hợp với quỹ đạo thực tế

xe chạy và để đảm bảo điều kiện xe chạy không bị thay

đổi đột ngột ở hai đoạn đầu đường cong, người ta bố trí

đường cong chuyển tiếp - ĐCCT

Quy trình Việt Nam, Trung Quốc và một số nước quy

định với các đường có Vtt ≥ 60 km/h thì phải bố trí

ĐCCT Theo AASHTO thì chỉ thiết kế ĐCCT khi

đường ô tô được thiết kế với tốc độ V ≥ 50 km/h

- Tuyến có dạng hài hoà, lượn đều không bị gãy khúc, phù hợp với quỹ đạo thực tế

xe chạy, tăng mức độ tiện lợi êm thuận và an toàn xe chạy

α

Xác định chiều dài của ĐCCT

Để cấu tạo ĐCCT người ta giả thiết:

- Tốc độ xe chạy trên ĐCCT không thay đổi và bằng Vtt

- Trên suốt chiều dài của ĐCCT từ S=0 đến S=Lct gia tốc ly tâm thay đổi đều từ 0 đến

m Rt

v

I = ( / 3) =

2

(0.5) Trong đó:

I - Độ tăng của gia tốc ly tâm (m/s3

v L RL

v

3 3

V

L ct

47

- Liên xô (cũ) và Việt Nam : 0,5 m/s3

- Thụy Điển, Anh, Ý : 0,8 m/s3

Như vậy, với I=0,5 m/s3 ta có công thức dùng để tính toán chiều dài tối thiểu của đường cong chuyển tiếp

3 ct

V L

23, 5.R

Chiều dài của ĐCCT còn được xác định từ điều kiện thời gian hành trình trên ĐCCT Với lái xe có trình độ chuyên môn trung bình thì thời gian này bằng 3s và ta được công thức Lct = 3.v = 0,83V (m)

Nghiên cứu dạng hình học của đường cong chuyển tiếp

Đường cong chuyển tiếp là đường cong quá độ có bán kính cong thay đổi dần thích ứng với quỹ đạo xe chạy biến đổi, được dùng khi nối đường thẳng với đường cong tròn hoặc giữa hai đường cong tròn có bán kính khác nhau

Có một số dạng đường cong toán học có thể thỏa mãn các yêu cầu trên với những mức

độ nhất định Đó là các đường cong xoắn ốc bức xạ hay gọi là clothoid; đường hoa thị

Lemniscat Becnulli; đường parabol bậc 3 và bậc 4, Người ta sử dụng một phần của các đường cong toán học này để làm ĐCCT

Tiêu chuẩn để lựa chọn sử dụng loại đường cong toán học nào làm ĐCCT phụ thuộc vào 2 điều kiện cơ bản:

- Dạng đường cong phù hợp với quỹ đạo chuyển động của xe

- Tính toán và cắm đường cong được đơn giản và dễ dàng

Đường cong clothoid

1 Phương trình của đường cong clothoid

Đường clothoid là đường phù hợp nhất để làm đường cong chuyển tiếp trong số các đường cong đã được nghiên cứu từ trước đến nay Khi xây dựng các con đường ôtô có tốc độ tính toán từ 60km/h trở lên người ta sử dụng đường clothoid không chỉ để làm đường cong chuyển tiếp mà còn sử dụng làm yếu tố tuyến để làm đẹp thêm hình ảnh đường

Xét một điểm B bất kỳ trên đường cong chuyển tiếp có toạ độ cong tính từ gốc đường cong là S, tại đó có bán kính đường cong ρ, bán kính ρ này giảm dần đều từ + (S=0) đến R (S=L)

Ta có

ρ

3 3

I

v S S

v

C = = = và người ta gọi A là thông số Clothoid

Phương trình (3.38) được viết dưới dạng toạ độ cực, vì vậy việc cắm tuyến còn khó khăn Người ta chuyển sang hệ toạ độ Descarte nhờ phương trình sau:

42240 336

6

3456 40

10 11 6

7 2

3

8 9 4

5

+ +

−

=

+ +

−

=

A

S A

S A

S Y

A

S A

S S X

(0.11)

Phương trình (3.39) hội tụ nhanh nên chỉ cần 2 số hạng đầu là đủ chính xác, nhưng đối với những đường cong dài thì phải tính tới 3 số hạng Hiện nay phương trình (3.39) được lập sẵn trong máy tính cầm tay (PPC) để tính toạ độ ĐCCT ngoài thực tế

Hỡnh 3.14 Sơ đồ tớnh đường cong chuyển tiếp

Điểm cuối của ĐCCT cú S=L ứng với toạ độ (X0, Y0)

Gúc φ hợp bởi tiếp tuyến của điểm cuối ĐCCT và đường tang chớnh được xỏc định như sau:

, R 2

L 6620 , 63 hay rad , R 2

L C

dS S dS dS

d

L

0 L

0

= ϕ

= ϕ

⇒

= ρ

= ϕ

⇒

ρ

=

Từ cỏc biểu thức trờn ta cú thể lập cỏc cụng thức thể hiện mối liờn quan giữa thụng số

A, bỏn kớnh R, chiều dài đường cong clothoid L và gúc tiếp tuyến φ như bảng sau:

Bảng 3.5 Quan hệ giữa cỏc yếu tố đường cong clothoid

2 2

RL L

R

φ

ϕ 2 A

R 2 R

A2

ϕ

ϕ

2 A 2 L L

A2

2 2 2 2

R 2 A

A 2 L

R 2 L

2 Đặc điểm của đường cong clothoid

Thụng số A của đường cong clothoid cú chức năng giống hệt như bỏn kớnh R của đường cong trũn, nú phục vụ cho việc phúng to thu nhỏ đường cong Cú một số lượng

vụ hạn đường clothoid tương tự nhau về mặt hỡnh học, khi phúng to hoặc thu nhỏ thỡ chiều dài của đường cong thay đổi tỉ lệ thuận với thụng số A, tất cả cỏc gúc và những trị số tương quan khỏc giữ nguyờn khụng đổi (hỡnh 3.15)

a) Nghiên cứu dạng đường cong chuyển tiếp b) Đường clothoid trong tọa độ vuông góc

- π

π

A 2 -

+Y

π

+X

Hình 3.15 Các nhánh đường clothoid có độ lớn khác nhau (A1<A2<A3) và

chung một đường tang

Các vị trí đặc trưng và các vị trí về hình dạng của đường clothoid

Một điểm trên đường clothoid mà tại đó có R=L=A gọi là điểm đặc trưng Góc giữa các đường tang ở vị trí này bằng: φ=0.5 hoặc φ=31.8310 grad Nhờ điểm đặc trưng có thể xác định được thông số của bất kỳ một đường clothoid nào bằng cách đo chiều dài

L đến điểm tiếp xúc của đường tang có góc φ=0.5 (31.8310 grad) (hình 3.16) Ngoài ra còn các điểm hình dạng, những điểm ấy có các số tròn số khi tính tỷ số A/R

Hình 3.16 Các vị trí đặc trưng và các vị trí định dạng của đường clothoid

Theo hình 3.16 được biết là đường clothoid từ điểm xuất phát (điểm chuyển) đến điểm hình dạng 6 và 4 (góc 1 grad hoặc 2 grad) không phù hợp để làm đường cong chuyển tiếp Ngược lại đoạn đường clothoid vượt quá điểm đặc trưng 1 có sự thay đổi bán kính quá lớn Nó rất ít khi được sử dụng để cấu tạo những đường cong trong đường ô tô, trong đường tầu điện đôi khi người ta có dùng Phạm vi sử dụng thông thường nhất của đường clothoid với tư cách là yếu tố tuyến trong xây dựng đường ô tô nằm giữa các điểm đặc trưng 3 và 1 (φ ≥0.0556 đến ≤ 0.500 hoặc φ ≥3.5 grad đến ≤ 32 grad) Quy định này đúng đối với các điều kiện vạch tuyến thông thường trung bình ở những điều kiện địa hình rất khó hoặc là ở nút giao thông thì thường sự thay đổi hướng sẽ lớn hơn

đến mức phải sử dụng đường clothoid quá điểm đặc trưng 1 (ví dụ quay đầu ở địa hình núi)

Như vậy ta có thêm điều kiện để xác định thông số của đường clothoid dùng làm yếu

tố tuyến đường ô tô rút ra từ các khả năng sử dụng trung bình của đường clothoid Nó dựa chủ yếu trên những yêu cầu về hình dáng đường Từ những yêu cầu đã nói trên các nhánh clothoid nằm giữa các điểm đặc trưng 3 và 1 nên được sử dụng, chúng ta có điều kiện:

R 3

1

A = đến R hoặc

A = L đến 3L

Khi các bán kính đường cong tròn nhỏ nên chọn các thông số ở cận trên

Độ cong xác định theo công thức sau:

Hình 3.17 thể hiện độ cong k của đường cong clothoid

Hình 3.17 Biểu đồ thay đổi độ cong K của đường cong clothoid

Từ tính chất tương tự nhau về hình học, trước đây khi thiết kế đường cong người ta đã tính sẵn cho đường cong clothoid với thông số A=1, khi tính với các thông số A khác chỉ việc nhân với A ở các cột Hiện nay bằng máy tính người ta dễ dàng tính được tọa

độ đường cong bất kỳ, bảng đường cong clothoid đơn vị này chỉ có ý nghĩa khi thiết kế

sơ bộ (bảng 3.6)

Ví dụ: đường cong có bán kính R=400m, chiều dài ĐCCT Lct =100m, thông số A=200 Tọa độ điểm cuối ĐCCT ứng với S=100m S/A=0,5 Tra bảng ta có Xo/A=0,499219; Yo/A=0,020810 từ đó xác định tọa độ Xo=0,499219x200= 99,84m

và Yo=0,020810x200= 4,16m

Bảng 3.6 Bảng tọa độ đường cong chuyển tiếp đơn vị

s/A x/A Y/A S/A x/A y/A

Đường hoa thị Lemniscat Becnulli

Đường cong toán học Lemniscat có dạng như cánh hoa thị Nếu thay chiều dài đường cong clothoid S từ phương trình

ρ đây là phương trình đường cong Lemniscat Bernoulli

Phương trình đường hoa thị Lemniscat viết ở tọa độ có dạng sau:

Trong đó : C là thông số và α là góc độc cực (xem hình 3.18)

Hình 3.18 Các dạng đường cong chuyển tiếp

Đường hoa thị Lemniscat thường được sử dụng để bố trí đường cong rẽ trái tại các nút giao thông khác mức hoặc đường cong con rắn ở địa hình vùng núi khó

Vì được giáo sư R.Dawson người Anh nghiên cứu, phát triển nên các nước trong khối Liên hiệp Anh thường sử dụng rộng rãi loại này để làm đường cong chuyển tiếp

Đường cong parabol bậc 3

Nếu coi S ≈ x thì ta có phương trình

x

C

=

ρ đây là phương trình Parabol bậc 3 trong toạ

độ cực Đường parabol bậc 3 thường dùng trong đường sắt, có đặc điểm là đơn giản Bằng tính toán người ta thấy rằng khi góc độc cực α đến 5-60thì có thể sử dụng bất kỳ đường cong nào trong cả ba đường cong trên, các kết quả tính toán các thông số của 3 đường cong tương tự nhau Nhưng khi góc α ≥ 9-100 tức là φ > 240

Đường cong ghép nhiều cung tròn thường vận dụng làm đường cong rẽ phải trong đường thành phố: Từ đường cong cơ bản có bán kính R có thể làm đường cong chuyển tiếp bằng cách ghép nhiều cung tròn có bán kính 2R, 4R v.v

Đường cong chuyển tiếp hãm xe: Trong các đườngcong có bán kính nhỏ, trong nút giao thông, xe khi vào đường cong thường có xu hướng giản tốc độ, người ta bố trí đường cong chuyển tiếp hãm xe, khi xe chạy vào đường cong thì tốc độ giảm dần còn khi ra khỏi đường cong thì tốc độ tăng dần

C¸c d¹ng ®­êng cong chuyÓn tiÕp

1 Hoa thÞ Lemniscat Becnulli

2 Clothoid

3 Parabol bËc 3

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG CONG CLOTHOID

Trong thiết kế đường cao tốc, đường cong clothoid ngoài chức năng là đường cong chuyển tiếp nối từ đường thẳng vào đường cong tròn nó còn là một yếu tố độc lập có vai trò như yếu tố đường thẳng và yếu tố đường cong tròn, làm cho tuyến đường trở nên mềm mại, đều đặn trong không gian, phù hợp với địa hình cảnh quan môi trường,

êm thuận về mặt thị giác và bằng phẳng về mặt quang học tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao

Phương pháp thiết kế tuyến coi đường cong clothoid là một yếu tố độc lập với đường thẳng và đường cong tròn và các nguyên tắc kết hợp giữa các yếu tố này với nhau gọi

là phương pháp thiết kế tuyến clothoid, đặc biệt thích hợp để thiết kế bình đồ các

đường ô tô cấp cao, đường cao tốc

Bằng phân tích hình học và từ kinh nghiệm thiết kế đường ô tô cấp cao, đường cao tốc

ở trong nước và nước ngoài trong nhiều năm, người ta rút ra những nguyên tắc lựa chọn chiều dài và thông số A bố trí đường cong clothoid như sau:

1 Yêu cầu từ động lực học chạy xe: Bảo đảm gia tốc ly tâm tăng từ từ trên suốt chiều

dài ĐCCT cho đến một trị số nhất định vào đường cong cơ bản

2 Yêu cầu từ bố trí đoạn nối siêu cao: Bảo đảm trên ĐCCT thực hiện được đoạn nối

siêu cao để chuyển đều đặn từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang một mái có độ dốc bằng độ dốc siêu cao

3 Yêu cầu từ thụ cảm quang học: Để đảm bảo thụ cảm quang học tức là đảm bảo thụ

cảm đều đặn về mặt thị giác thì thông số A của đường cong phải thỏa mãn

R A

Ngoài ra, có thể tham khảo quy định Amincủa CHLB Đức như sau [24]

Tốc độ thiết kế VTK (km/h) Trị số tối thiểu của thông số A (m)

4 Yêu cầu về thời gian phản ứng khi thao tác của lái xe: Với lái xe có trình độ chuyên

môn trung bình thì thời gian này bằng 3s và ta có L = 0,83V (m)

5 Bán kính đường cong tròn không bố trí đường cong chuyển tiếp clothoid: Sau khi

bố trí đường cong chuyển tiếp nối với đường cong tròn thì sinh ra độ dịch chuyển p (hình 3.20), nếu p quá nhỏ thì có thể không cần đoạn đường cong clothoid vì đã thỏa mãn được quá trình xe chạy trên ĐCCT Giá trị p này theo nghiên cứu ở nước ngoài như sau:

- Trung Quốc : p ≤ 0,07-:-0,08 m

- Mỹ : p ≤ 0,305 m

- Séc : p ≤ 0,25 m

Theo tiêu chuẩn Trung Quốc khi độ dịch p ≤ 0,07-:-0,08 m và t ≥3 s thì tính toán được các bán kính đường cong tròn không cần bố trí ĐCCT 5.500m; 4.000m; 2.500m và 1.500m tương ứng với tốc độ thiết kế 120km/h; 100km/h; 80km/h và 60km/h

Tuy nhiên các giá trị tính theo p này chỉ là tham khảo cùng hàng loạt các yêu cầu về quang học, phù hợp với địa hình, tổ hợp các đường cong, quyết định đến việc bố trí và tính toán ĐCCT

Đường cong tròn nối hai đầu bằng hai đường cong chuyển tiếp đối xứng

Đây là trường hợp thông thường nhất được áp dụng phổ biến để thiết kế bình đồ tuyến đường ô tô

Hình 3.19 Bình đồ và đường biểu diễn độ cong k

Để đảm bảo tính thẩm mỹ của tuyến đường thì đường cong tròn chêm giữa hai đường cong chuyển tiếp phải có chiều dài tối thiểu phụ thuộc vào tốc độ xe chạy thiết kế như dưới đây:

Bảng 3.7 Chiều dài tối thiểu của đường cong tròn trong tổ hợp đường cong [24]

Bảng 3.8 Các trị số quy định R và A cho đường Quốc lộ [24]

R i

k i =

Điều kiện bố trí được của đường cong chuyển tiếp: α-2ϕ0≥0 hay α ≥ 2.ϕ0

Trong trường hợp không đủ hoặc không đảm bảo ta phải tăng bán kính R hoặc giảm chiều dài đường cong chuyển tiếp

Việc tính toán và cắm đường cong tổng hợp được thực hiện theo trình tự sau:

1 Tính toán sơ bộ (để sơ bộ bố trí và kiểm tra) các yếu tố cơ bản của đường cong tròn

theo góc ngoặt α và bán kính đường cong R

T=

2 α

tg

2 cos

1 ( α −

180

α

π R

K = (0.16)

2 Tính toán và lựa chọn chiều dài bố trí ĐCCT Lct dựa vào công thức, dựa vào chiều dài tối thiểu theo quy trình, phù hợp với địa hình và phối hợp tốt các yếu tố của tuyến, sau đó xác định thông số A= R.L ct

3 Tính góc kẹp ϕ0 và kiểm tra điều kiện bố trí ĐCCT α ≥ 2.ϕ0, nếu không thoả mãn điều kiện này thì phải tăng bán kính R hoặc giảm Lct

4 Xác định toạ độ của điểm cuối ĐCCT (X0,Y0) và xác định các chuyển dịch

) cos 1 (

2 sin

.

0

0 0

o

R y p

L R

x t

180

);

2 tan(

K R

6 Xác định chiều dài phần còn lại của đường cong tròn K0 ứng với góc α0 sau khi bố

0 0

180

α

π R

K = (hoặc K0= R.α0với α0tính bằng rad)

7 Xác định điểm bắt đầu, kết thúc của ĐCCT và độ rút ngắn của đường cong

Δ=2(T+t) – (K0+2Lct) (0.21)

Trong đó : NĐ, NC, Đ là lý trình của điểm bắt đầu, kết thúc và đỉnh của đường cong tổng hợp

Hình 3.20 Tính toán đường cong chuyển tiếp trong trường hợp L 1 =L 2

8 Theo công thức (3) xác định toạ độ của các điểm ĐCCT cách nhau 5-10m/cọc sau

đó dựa vào toạ độ này cắm nhánh 1 của ĐCCT

9 Tính và cắm nhánh thứ 2 của ĐCCT tương tự

10 Tính và cắm phần đường cong tròn còn lại K0

Một điểm A bất kỳ trên phần đường cong tròn có chiều dài cung đến TĐ là St với góc chắn cung β sẽ có tọa độ xt, yttheo hệ trục NĐ được tính theo công thức sau:

β = , độ

α ϕο

α−2ϕ ο

α

Y

X O

§ N§

Hình 3.21 Sơ đồ tính toán phần đường cong tròn

Thiết kế và bố trí đường cong chuyển tiếp

Thực tế việc tính toán các yếu tố của ĐCCT và sự nối tiếp giữa các ĐCCT như trình bày ở trên rất phức tạp, hiện nay trong khảo sát thiết kế đường ô tô hiện đại những công việc tính toán này thường được thực hiện bằng máy tính

Trình tự khảo sát thiết kế bình đồ tuyến đường:

- Xây dựng hệ lưới khống chế: Khống chế mặt bằng và độ cao

- Đo toàn đạc khu vực bằng máy toàn đạc điện tử với mật độ điểm đo, tỷ lệ và độ chính xác tùy theo cấp đường và địa hình

- Đưa số liệu đo toàn đạc vào máy tính, dùng các phần mềm thiết kế để vẽ bình đồ khu vực với tỷ lệ và khoảng cách các đường đồng mức theo yêu cầu của cấp đường

- Thiết kế tuyến trên bình đồ bằng các phần mềm hiện đại: Thiết kế các đoạn thẳng, đường cong tròn, đường cong chuyển tiếp và các tổ hợp của các yếu tố này Xuất bảng tọa độ, cao độ của các điểm trên tuyến

- Đưa tuyến ra thực địa, chỉnh lý, bổ sung nếu cần

1.2.2.4 Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong có bán kính nhỏ

Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, nhiều trường hợp có chướng ngại vật nằm ở phía bụng đường cong gây trở ngại cho tầm nhìn như mái ta luy đào, nhà cửa, cây cối, Muốn đảm bảo được tầm nhìn S trên đường cong cần phải xác định được phạm vi phá bỏ chướng ngại vật cản trở tầm nhìn

Tầm nhìn trên đường cong nằm được kiểm tra đối với các ô tô chạy trên làn xe phía bụng đường cong với giả thiết mắt người lái xe cách mép mặt đường 1,5m và ở độ cao cách mặt đường 1,0m (tương ứng với trường hợp xe con)

3.10.1 Phương phỏp đồ giải:

Trờn bỡnh đồ đường cong nằm vẽ với tỉ lệ lớn (Hỡnh 3.31), theo đường quỹ đạo xe chạy, định điểm đầu và điểm cuối của những cung cú chiều dài bằng chiều dài tầm nhỡn S Vẽ đường cong bao những dõy cung này ta cú đường giới hạn nhỡn Trong phạm vi của đường bao này tất cả cỏc chướng ngại vật đều phải được phỏ bỏ như cõy cối, nhà cửa,…

Phương phỏp này đảm bảo chớnh xỏc nhưng đũi hỏi khối lượng cụng việc lớn

Hỡnh 3.31 Sơ đồ xỏc định đảm bảo tầm nhỡn theo phương phỏp đồ giải

3 4 5 6 7 8

S

Quỹ đạo mắ

t người lái

Đường bao tia nhìn

Phạm vi cần phá bỏ

Hỡnh 3.32 Sơ đồ xỏc định cự ly tĩnh ngang theo phương phỏp giải tớch

Hỡnh 3.33 Xỏc định đường giới hạn nhỡn theo phương phỏp giải tớch

Bằng hỡnh học, chỳng ta tớnh toỏn được cự ly tĩnh ngang lớn nhất như hỡnh 3.32 kết quả thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.10 Cỏc cụng thức tớnh cự ly tĩnh ngang Z

S

α ϕ

K

α/ 2 α/ 2

S-K 2

S-K 2

A S

B

b) Xác định phạm vi tĩnh ngang khi có ĐCCT

Z= s − γ

0 s

R K

; R

S

= π

= γ

2 Khi S > K hình b)

2

sin 2

K S ) 2 cos 1 ( R

S 180

s

π

= γ

Rad , R 2 L 180

) 2 ( R K

s s

0 s 0

= ϕ

ϕ

− α π

=

2 Khi K0 ≤ S < K hình c)

) 2

sin(

cos

X X ) 2

2 cos 1 ( R

δ

− + ϕ

− α

M C

M C

X X

Y Y arctg

Rad , R 2 L 180

) 2 ( R K

s s

0 s 0

= ϕ

ϕ

− α π

=

Với C(XC,YC) ~ LS

M(XM,YM) ~

2

K S

K S

) 2

sin(

cos

X ) 2

2 cos 1 ( R

α

− +

+ δ

−

α δ + ϕ

− α

C

C

X

Y arctg

Rad , R 2 L 180

) 2 ( R K

s s

0 s 0

= ϕ

ϕ

− α π

- K : Chiều dài đường cong nằm tổng hợp

- K0 : Chiều dài đường cong tròn khi có bố trí ĐCCT

- RS : Bỏn kớnh quỹ đạo xe khi tớnh toỏn tĩnh ngang 

RS

- R, b : Bỏn kớnh đường cong và chiều rộng mặt đường thiết kế

- LS : Chiều dài ĐCCT quỹ đạo xe ứng với RSvà thụng số A thiết kế

- φ : Gúc hợp bởi tiếp tuyến tại điểm cuối ĐCCT và cỏnh tuyến

- C(XC, YC) ~ LS: Tọa độ Đề cỏc của điểm cuối ĐCCT ứng với LS

- M(XM, YM) ~

2

K S

1.0m 1.5m

Zo Z

1.0m

Cây phải đốn

1.5m

Hình 3.35 Hình ảnh về đảm bảo tầm nhìn trong đường cong

3.10.3 Đảm bảo tầm nhìn ban đêm:

Ban đêm, tầm nhìn trong đường cong bằng bị hạn chế vì góc mở α của chùm tia sáng đèn pha ô tô bé (thường α≈20)Do đó, muốn đảm bảo đủ sáng trên đoạn đường dài bằng

S (S-Tầm nhìn yêu cầu) thì bán kính đường cong R được xác định theo tính toán sau:

Hình 3.36 Tính đảm bảo tầm nhìn ban đêm

S

S R

S R

R

S R

S

15 30 2

180 180

2 2

π α

β α β

π

β

Thông thường khi α≈20thì bán kính đường cong yêu cầu là R=15S, đèn pha chỉ chiếu sáng trên đoạn đường phía trước khoảng 100m, vì vậy ta có R=1500m Bán kính

R=1500m thì đảm bảo tầm nhìn ban đêm trên đường cong tương đương đường thẳng

1.2.3 Sự nối tiếp giữa các đường cong nằm

Khi cắm tuyến nên tránh các bất ngờ cho người lái, các bán kính đường cong cạnh nhau không nên chênh lệch nhau quá (tốt nhất là không quá 1,5 lần) Sau một đoạn thẳng dài cũng không nên bố trí đường cong có bán kính quá nhỏ Về mặt liên kết kỹ thuật, các trường hợp bố trí nối tiếp giữa các đường cong như sau:

a Nối tiếp giữa hai đường cong cùng chiều:

Hai đường cong cùng chiều có thể nối trực tiếp với nhau hoặc giữa chúng có một đoạn thẳng chêm tùy theo từng trường hợp cụ thể:

- Nếu hai đường cong cùng chiều không có siêu cao hoặc có cùng độ dốc siêu cao thì

có thể nối trực tiếp với nhau và ta có đường cong ghép (Hình 3.13a)

- Nếu hai đường cong cùng chiều gần nhau mà không có cùng độ dốc siêu cao:

+ Giữa chúng phải có một đoạn thẳng chêm m đủ dài để bố trí hai đoạn nối siêu cao (Hình 3.13b), tức là:

2

LL

m≥ 1 + 2

trong đó: L1 và L2 – chiều dài đoạn nối siêu cao của hai đường cong, m

+ Nếu chiều dài đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong không có hoặc không đủ thì tốt nhất là thay đổi bán kính để hai đường cong tiếp giáp nhau và có cùng độ dốc siêu cao cũng như độ mở rộng theo độ dốc siêu cao và độ mở rộng lớn nhất + Nếu vì điều kiện địa hình không thể dùng đường cong ghép mà vẫn phải giữ đoạn thẳng chêm ngắn thì trên đoạn thẳng đó phải thiết kế mặt cắt ngang một mái (siêu cao) từ cuối đường cong này đến đầu đường cong kia

b Nối tiếp giữa hai đường cong ngược chiều: (là hai đường cong có tâm quay về hai

m 1 + 2

3.13c) Nếu điều kiện này không thoả mãn thì phải cắm lại tuyến hoặc có các giải pháp hạn chế tốc độ

Hình 3.13 Bố trí nối tiếp các đường cong tròn trên bình đồ a,b) Đường cong cùng chiều; c) Đường cong ngược chiều

1.3 Thiết kế mặt cắt dọc

1.3.1 Chọn độ dốc dọc của đường

Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải được tính toán dựa trên nguyên tắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ nhất, phải xét một cách tổng hợp những ảnh hưởng của độ dốc tới giá thành xây dựng đường và tới các chỉ tiêu khai thác vận tải như tốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu, tận dụng sức chở của ô

tô, …

Độ dốc dọc của đường có ảnh hưởng tới giá thành xây dựng và chủ yếu là đối với khối lượng công tác nền đường Độ dốc dọc càng lớn, chiều dài tuyến đường ở vùng đồi và núi càng rút ngắn, khối lượng đào đắp càng giảm, giá thành xây dựng do đó cũng hạ thấp

Ngược lại, khi độ dốc dọc càng lớn thì xe chạy càng lâu, tốc độ xe chạy càng thấp, tiêu hao nhiên liệu càng lớn, hao mòn săm lốp càng nhiều tức là giá thành vận tải càng cao Mặt khác, khi độ dốc dọc lớn thì mặt đường càng nhanh hao mòn (do lốp xe và nước mưa bào mòn), rãnh dọc mau hư hỏng, công tác duy tu bảo dưỡng càng nhiều Tức là khi độ dốc càng lớn thì chi phí vận doanh càng tốn kém, lưu lượng xe chạy càng nhiều thì chi phí này càng tăng

Độ dốc dọc tối ưu là độ dốc ứng với tổng chi phí xây dựng và khai thác là nhỏ nhất Đường quan hệ độ dốc dọc – chi phí

Σ : Tổng chi phí xây dựng và vận doanh

Độ dốc dọc iopt được xác định căn cứ vào địa hình, dòng xe, khả năng xây dựng, khả năng duy tu bảo dưỡng, tổng kết các kinh nghiệm,

Hình 4.1 Quan hệ độ dốc dọc i (%) và chi phí

Quy định khi xác định độ dốc và chiều dài đoạn dốc:

Tiêu chuẩn thiết kế đường hiện hành TCVN 4054-05 [1], quy định về độ dốc và chiều dài đoạn dốc như sau:

- Độ dốc dọc lớn nhất i max : Tuỳ theo cấp hạng đường, độ dốc dọc tối đa được quy định trong bảng 1.14 và bảng 4.1 Khi gặp khó khăn có thể đề nghị tăng lên 1% nhưng độ dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11% Đường nằm trên cao độ 2000m so với mực nước biển không được làm dốc quá 8%

Đồng bằng, đồi Núi

Đồng bằng, đồi Núi

Đồn

g bằng, đồi

Núi

Đồng bằng, đồi Núi

Độ dốc dọc

lớn nhất % 3 4 5 7 6 8 7 10 9 11

- Đường đi qua khu dân cư, đường có nhiều xe thô sơ chạy : không nên làm dốc dọc

quá 4%

- Dốc dọc trong hầm : không dốc quá 4% và không nhỏ quá 0,3% (thoát nước)

- Trong đường đào : để đảm bảo thoát nước và rãnh dọc không phải đào quá sâu thì độ

dốc dọc tối thiểu là 0,5% (Khi khó khăn là 0,3% và đoạn dốc này không kéo dài quá 50m)

- Độ dốc nên dùng : không nên lớn hơn 3% để nâng cao chất lượng vận tải, khi trên

đường có nhiều xe nặng, xe kéo moóc chạy thì phải căn cứ vào tính toán đặc tính động lực theo lực kéo để xác định imax

Bảng 4.2 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m)[1]

120 (70)

100 (60)

60 (50)

Ghi chú : Trị số trong ngoặc được dùng cho các đường cải tạo nâng cấp khi khối lượng

bù vênh mặt đường lớn

Đối với đường cao tốc chiều dài dốc tối thiểu là 300m, 250m, 200m, 150m tương ứng với các cấp 120, 100, 80, 60 và phải đủ bố trí chiều dài đường cong đứng

C hiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ:

Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, độ dốc dọc thực tế sẽ tăng lên, bởi vì:

- Trong đường cong có bố trí siêu cao, tổng hình học của độ dốc siêu cao và độ dốc dọc sẽ lớn hơn độ dốc dự định áp dụng

- Cùng khắc phục độ chênh cao độ nhưng chiều dài ở bụng đường cong ngắn hơn ở tim đường nên độ dốc dọc ở mép trong sẽ lớn hơn độ dốc dọc tim đường