Bảng tổng hợp một số chỉ tiêu trong tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc 5729-2012, mà nhóm lấy ra phân tích đánh giá ưu nhược điểm: 1 Phân loại và phân cấp đường cao tốc 2 Xác định
Trang 1Đánh giá, so sánh ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc 5729-1997 và 5729-2012 kết hợp so sánh với tiêu chuẩn AASHTO-2011
Đặt vấn đề
Hiện nay, trong thiết kế đường nói chung đều có tiêu chuẩn và quy chuẩn hướng dẫn thiết kế Và ứng với mỗi loại đường đều có mỗi loại tiêu chuẩn thiết kế riêng như là thiết kế đường ô tô thông thường thì có TCVN 4054-2005, thiết kế đường
đô thị thì có TCVN 104-2007, thiết kế đường ô tô cao tốc thì có TCVN 5729-2012 Đa phần các tiêu chuẩn đều dịch và tham khảo một sô tiêu chuẩn nước ngoài như Nga,
Mỹ, Úc, Nhật, Trung quốc… nên trong các tiêu chuẩn này có một quan điểm không đồng bộ Do đó gây nhầm lẫn và sai xót cho kỹ sư thiết kế Vì vậy đề tài này đi khảo sát một số nhược điểm còn tồn tại trong các tiêu chuẩn thiết kế đường hiện nay và cụ thể là tiêu chuẩn 5729-2012
Bảng tổng hợp một số chỉ tiêu trong tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc
5729-2012, mà nhóm lấy ra phân tích đánh giá ưu nhược điểm:
1 Phân loại và phân cấp đường cao tốc
2 Xác định số làn xe cần thiết của đường ô tô cao tốc
3 Yêu cầu với đoạn tuyến thẳng trên bình đồ đường cao tốc
4 Thiết kế tuyến đường cao tốc trên bình đồ, mặt cắt dọc và thiết kế phối hợp các yếu tố hình học
5 Quan điểm lựa chọn bán kinh đường cong nằm
6 Quan điểm lựa chọn tầm nhìn trong thiết kế đường ô tô cao tốc
7 Bố trí mặt cắt ngang đường ô tô cao tốc
8 Tiêu chí về sự phối hợp nội bộ các yếu tố tuyến
9 Thiết kế chỗ giao nhau trên đường cao tốc và các chỗ ra vào đường cao tốc
10 Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho tuyến đường cao tốc trong phạm
vị chỗ giao khác mức liên thông
1 Phân loại và phân cấp đường cao tốc:
Trang 2Tiêu chí TCXDVN 5729-2012 TCXDVN 5729-2012 AASHTO-2011
Phân loại, phân
cấp đường ô tô
cao tốc
- Đường cao tốc loại A
( Free way)
- Đường cao tốc loại B ( Free way)
Đường cao tốc ( Free way)
Đường cao tố ( Free way)
Nội dung chi tiết:
Phân loại phân cấp theo tiêu chuẩn 5729-97:
Phân làm 2 loại:
Đường cao tốc loại A( Free way): là phải bố trí nút giao thông khác mức ở tất cả các ra vào đường cao tốc, ở mọi chỗ đường cao tốc giao với đường sắt, đường ống và các loại đường khác
Đường cao tốc loại B ( Expressway): cho phép bố trí nút giao bằng ở một số chỗ nói trên nếu lưu lượng cắt qua đường cao tốc nhỏ vồn đầu tư hạn chế Tuy nhiên, ở các chỗ bố trí giao bằng này phải thiết kế các biện pháp đảm bảo ưu tiên giao thông trên đường cao tốc và đảm bảo an toàn tại nút giao thông
Phân cấp đường:
Theo tốc độ tính toán, đường cao tốc được phân làm 4 cấp:
- cấp 60 có tốc độ tính toán là 60 km/h;
- cấp 80 có tốc độ tính toán là 80 km/h;
- cấp 100 có tốc độ tính toán là 100 km/h;
- cấp 120 có tốc độ tính toán là 120 km/h
Phân loại phân cấp theo tiêu chuẩn 5729-2012:
Tiêu chuẩn 5729-2012 chỉ phân cấp đường cao tốc không phân loại đường cao tốc nhóm A với B
Phân cấp: 4 cấp
- cấp 60 có tốc độ tính toán là 60 km/h;
- cấp 80 có tốc độ tính toán là 80 km/h;
- cấp 100 có tốc độ tính toán là 100 km/h;
- cấp 120 có tốc độ tính toán là 120 km/h
Trang 3Nhận xét: Việc chia đường cao tốc thành loại A và loại B là không hợp lý với tiêu chí
của đường cao tốc, đường có khả năng tiếp cận thấp và tính cơ động cao, tức là không giao cùng mức với một hoặc các đường khác, đảm bảo giao thông lien tục, an toàn và rút ngắn thời gian hành trình và chỉ ra vào tại một số điểm nhất định
Nhược điểm của cách phân loại này là chưa có hướng dẫn cụ thể cho việc thiết kế đường cao tốc bên trong đô thị và bên ngoài đô thị
2 Xác định số làn xe cần thiết của đường ô tô cao tốc:
Công thức tính toán số làn xe cần thiết trong tiêu chuẩn 5729-1997; 5729-2012
và 40542005 là gần giống nhau và nó không phù hợp so với tiêu chuẩn AASHTO
-2011 về sử dụng khả năng thông hành để tính toán số làn xe:
Số làn xe (n) TCXDVN 5729-2012 AASHTO-2011 Nhận xét:
Công thức tính
toán số làn xe:
- Lưu lượng xe thiết
kế theo giờ (viết tắt Nk) là lưu lượng xe giờ cao điểm ở năm tương lai Nk= (0,13-0,15) Ntbnăm
- Năng lực thông hành thực tế của một làn xe Ntk được xác định theo công thức sau: Ntk = Z.Nttmax
- Lưu lượng xe thiết
kế theo giờ (viết tắt
Ngiờ) là lưu lượng xe giờ cao điểm ở năm tương lai Ngiờ= (0,12-0,14) Ntbnăm
- Ntk=Z.Ptt
Ptt: KNTH tính toán của một làn xe (xe/h,
xeqđ/h):
Ptt = (0,7 0,9)Pln
- Tiêu chuẩn 5729-2012 sử dụng khả năng thông hành thực
tế lớn nhất để tính
số làn xe, còn tiêu chuẩn
AASHTO-2011 sử dụng khả năng thông hành tính toán để tính
Nội dung chi tiết:
Công thức tính toán số làn xe trong 5729-2012:
Số làn xe cần thiết của mỗi đường cao tốc được xác định tùy thuộc vào lưu lượng xe tính toán mỗi chiều xe chạy Nk ở giờ cao điểm thứ k của năm tính toán (xe/h)
và năng lực thông hành thiết kế Ntk của mỗi làn xe (xe/h/làn) theo công thức sau:
Lưu lượng xe thiết kế theo giờ (viết tắt Nk) là lưu lượng xe giờ cao điểm ở năm tương lai Lưu lượng này dùng để tính toán số làn xe, xét chất lượng dòng (mức phục vụ) và
tổ chức giao thông…
Lưu lượng xe thiết kế theo giờ có thể xác định bằng cách:
k lx tk
N n N
k
lx
tk
N
n
N
Trang 4- Khi có thống kê, có thể suy từ Ntbnăm qua các hệ số không đều theo thời gian
- Khi có thống kê lưu lượng giờ cao điểm trong 1 năm, có thể dùng lưu lượng giờ cao điểm thứ 30 (40) xét cho năm tương lai
- Khi không có nghiên cứu đặc biệt, có thể tính: Nk= (0,13-0,15) Ntbnăm
Năng lực thông hành thực tế của một làn xe N tk được xác định theo công thức sau:
Ntk = Z.Nttmax Trong đó:
Nttmax là khả năng thông hành thực tế lớn nhất của một làn xe trong điều kiện chuẩn ( đường trên đoạn thẳng, đường bằng ) đối với đường cao tốc áp dụng Nttmax= 2000xcqđ/h/làn
Z- là hệ số mực độ phục vụ được xác định như sau;
Đường cao tốc vùng đồng bằng vùng đồi Z=0.55, vùng núi Z=0.77
Công thức tính toán số làn xe trong tiêu chuẩn AASHTO -2011:
Số làn xe trên mặt cắt ngang là số nguyên, số làn xe cơ bản được xác định theo loại đường khi đã được quy hoạch và kết hợp với công thức tính toán:
tt
yc lx
P Z
N n
để tính toán phân kỳ xây dựng và kiểm tra khả năng thông hành Trong đó :
- nlx : số làn xe yêu cầu
- Nyc : lưu lượng xe thiết kế theo giờ ở năm tính toán
- Z : hệ số sử dụng KNTH
- Ptt : KNTH tính toán của một làn xe (xe/h, xeqđ/h)
Lưu lượng xe thiết kế theo giờ (viết tắt N giờ ):
là lưu lượng xe giờ cao điểm ở năm tương lai Lưu lượng này dùng để tính toán
số làn xe, xét chất lượng dòng (mức phục vụ) và tổ chức giao thông…
Lưu lượng xe thiết kế theo giờ có thể xác định bằng cách:
- Khi có thống kê, có thể suy từ Ntbnăm qua các hệ số không đều theo thời gian
- Khi có thống kê lưu lượng giờ cao điểm trong 1 năm, có thể dùng lưu lượng giờ cao điểm thứ 30 (40) xét cho năm tương lai
- Khi không có nghiên cứu đặc biệt, có thể tính: Ngiờ= (0,12-0,14) Ntbnăm
Trang 5Định nghĩa và các loại khả năng thông hành của đường ô tô và các xác định:
Khả năng thông hành của đường phố là suất dòng lớn nhất theo giờ mà các phương
tiện có thể thông qua một mặt cắt (làn, nhóm làn) dưới điều kiện đường, giao thông, môi trường nhất định
Các loại khả năng thông hành:
- Khả năng thôn hành lý thuyết
- Khả năng thông hành lý tưởng
- Khả năng thông hành thực tế
- Khả năng thông hành tính toán
- Khả năng thông hành lớn nhất (lý tưởng) (Pln) là khả năng thông hành được
xác định theo các điều kiện lý tưởng quy ước nhất định Trị số KNTH lớn nhất được dùng để xác định KNTH tính toán và KNTH thực tế Khi điều kiện lý tưởng khác nhau thì giá trị KNTH lớn nhất khác nhau Khi tính toán có thể áp dụng theo điều kiện nước ngoài và bảng 3
Khả năng thông hành lý tưởng là KNTH được xác định bằng thực nghiệm cho xe chạy trên một đoạn đường ở tất cả các điều kiện thuận lợi nhất
Ví dụ: Đường thẳng, đường bằng đủ đọ nhám, có bề rộng một làn xe= 3,75m, không
có bất kỳ cản trở nào
- Khả năng thông hành tính toán (Ptt) là khả năng thông hành được xác định
dưới điều kiện phổ biến của đường được thiết kế Khả năng thông hành tính toán được
xác định bằng cách chiết giảm KNTH lớn nhất theo các hệ số hiệu chỉnh phổ biến kể
tới các thông số thiết kế không đạt như điều kiện lý tưởng
Các hệ số hiệu chỉnh chủ yếu được xét đến là bề rộng một làn xe; mức độ trở ngại hai bên đường; thành phần dòng xe Khi tính toán sơ bộ, có thể lấy Ptt = (0,7 0,9)Pln Trị
Trang 6số KNTH tính toán được sử dụng để tính số làn xe và đánh giá mức phục vụ của đường, phố được thiết kế
- Khả năng thông hành lý thuyết là khả năng thông hành được xác định bằng các mô
hình lý thuyết, các mô hình động lực học
- Khả năng thông hành thực tế: là khả năng thông hành của đường ở điều kiện thực
tế, là khả năng thông hành được tính ở các đoạn đường thực tế khác nhau( điều kiện về đường, về giao thông, về môi trường), được thay đổi theo chiều dài tuyến và theo không gian
Nhận xét kiến nghị:
Khi tính toán số làn xe yêu cầu thì trong tiêu chuẩn AASHTO sử dụng khả năng thông hành tính toán Ptt = (0,7 0,9)Pln để tính chứ không sử dụng khả năng thông hành thực tế lớn nhất như trong tiêu chuẩn 5729-2012 và 4054-2005
3 Yêu cầu với đoạn tuyến thẳng trên bình đồ đường cao tốc:
5729-1997
TCXDVN 5729-2012
Các nghiên cứu kiến nghị
mới
Đoạn tuyến
thẳng trên bình
đồ đường cao
tốc
- Không dài quá 4Km
- Chiều dài không quá (2025) lần tốc
độ thiết kế
- Không dài quá 4Km
: L = 20 Vd
L = chiều dài đoạn tuyến thẳng (m)
Vd = tốc độ thiết kế cho đoạn đường đó (km/h
Nội dung chi tiết:
Tai nạn giao thông thường xảy ra trên các đoạn đường thẳng và dài Các nghiên cứu chỉ ra rằng, với đoạn đường thẳng, dài không có hạn chế về điều kiện tầm nhìn, và mật độ dòng xe thấp, người lái có xu hướng chạy với tốc độ mong muốn, cao hơn nhiều so với tốc độ vận hành an toàn cho phép của một đường cong ở phía trước Tai nạn có thể xảy ra do người lái không kịp thời điều chỉnh tốc độ khi vào đường cong
Một nguyên nhân khác dẫn đến tai nạn giao thông là do các đoạn đường thẳng
và quá dài với các cảnh quan lặp lại đơn điệu làm cho người lái dễ rơi vào trạng nhàm chán, dần dần mất kiểm soát điều khiển phương tiện Thêm vào đó, về ban đêm, tuyến thẳng làm cho người lái bị chói mắt liên tục trong thời gian dàI cũng là nguyên nhân dẫn đến tai nạn
Trang 7- Theo tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc không nên thiết kế các đoạn tuyến thẳng trên đường cao tốc dài quá 4Km
- Theo Lamm Ruediger, Basil Psarianos, and Theodor, Mailaender “Highway design and traffic safety Engineering Handbook”, New York : McGraw-Hill,1999: Trong thiết kế, một đoạn tuyến quá dài không được khuyến khích Chiều dài lớn nhất của đoạn đường thẳng chỉ nên là: L = 20 Vd
Trong đó
L = chiều dài đoạn tuyến thẳng (m)
Vd = tốc độ thiết kế cho đoạn đường đó (km/h)
4 Thiết kế tuyến đường cao tốc trên bình đồ, mặt cắt dọc và thiết kế phối hợp các yếu tố hình học
Tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu đối với tuyến đường cao tốc 5729-2012
Tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu đối với tuyến đường cao tốc 5729-1997
Trang 8Tiêu chuẩn TCVN 5729-1997 TCVN 5729-2012
Tốc độ tính toán Ttt Km/h 60 80 100 120 60 80 100 120
Độ dốc siêu cao lớn nhất
isc% không lớn hơn
Bán kính không cần cấu
tạo độ nghiên một mái
isc=-2%
1200 200
0
300
0
400
0
150
0
250
0
4000 5500
Chiều dài hãm xe hay
chiều dài tầm nhìn dừng xe
m
Thay đổi về chiều dài dốc dọc tối đa
*TCVN 5729-1997 :
Độ dốc dọc 2% ở cấp 120 là 1500 m
Trang 9Độ dốc dọc 3% ở cấp 120 là 800 m
Độ dốc dọc 3% ở cấp 100 là 1000m
Độ dốc dọc 4% ở cấp 120 là 600 m
*Ở TCVN 5729-2012 không có bố trí ở độ dốc dọc 2%,3% như trên
Độ dốc dọc 4% ở cấp 120 là 700 m
5 Quan điểm lựa chọn bán kinh đường cong nằm
5729-2012
Các nghiên cứu kiến nghị
mới
Bán kính đường cong
nằm nhỏ nhất Rmin
- Giá trị tính toán:
2 min
s max 127( ic )
V R
- Hoặc tra theo tiêu chuẩn:
Với xe con
2 min
s max 127( 0,5ic )
V R
Với xe tải
2 min
s max 122,5( 0, 75ic )
V R
Nội dung chi tiết:
- Đường cong nằm và tai nạn giao thông có mối quan hệ phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố thiết kế
Khi vào đường cong, xe phải chịu một lực ly tâm Lực này có thể gây ra mất ổn định cho xe như gây trượt hoặc lật xe Để cân bằng với lực này, cần cấu tạo siêu cao
và lựa chọn hệ số lực ma sát ngang thích hợp Bán kính đường cong nằm tối thiểu có thể xác định theo công thức:
2 min
s max 127( ic )
V R
Trong đó: V=tốc độ thiết kế (km/h); = hệ số lực ma sát ngang lớn nhất; iscmax= siêu cao lớn nhất (%)
Bán kính cong nằm tối thiểu theo TCVN 5729-2012:
Trang 10Nhận xét:
Các qui trình có thể mắc những sai lầm do sự khác biệt giữa lí thuyết và thực tế,
đó là:
Trên thực tế, tốc độ khai thác V85 của các xe lớn hơn so với tốc độ thiết kế với
các tốc độ thiết kế nhỏ hơn từ 90 - 100 km/h Như vậy, tại các đường cong này, thực tế các xe cần thêm siêu cao và lực ma sát ngang để tăng cường độ ổn định Nhu cầu thực
tế này không được đáp ứng vì các số liệu thiết kế về siêu cao và hệ số lực ma sát ngang đã được lựa chọn cho một tốc độ thấp hơn, đó chính là tốc độ thiết kế
Để giải quyết được vấn đề này, một số nước châu Âu, Úc và Nam Phi đã sử
dụng tốc độ khai thác V85 trong xác định siêu cao, đoạn chuyển tiếp, hệ số lực ma sát
ngang, và thậm chí cả bán kính đường cong nằm Mỹ và Canada vẫn sử dụng công
thức trên nhưng dùng tốc độ vận hành V85 để kiểm tra các điều kiện về an toàn giao
thông
Khi sử dụng công thức trên, người thiết kế có thể đã không xét sự khác biệt về kích thước của xe tải và xe con Pasatianos [Psatianos B., Mario Constaratos, Demestios Kasios, “Influence of vehicle parameter on horizontal curve design of rural highway”, International Symposium on Highway Geometry Design Practices, 1995, p22-1] và các cộng sự đã chỉ ra rằng, với sự khác nhau của các loại xe và độ dốc dọc đường, bán kính đường cong nằm cũng nên được tính riêng cho các loại xe Các nghiên cứu của họ cũng cho thấy khi các xe tải xuống dốc, nó cần một bán kính đường cong nằm tối thiểu lớn hơn so với các bán kính tối thiểu được xác định theo các qui trình Thêm nữa, các nghiên cứu khác cho thấy việc xác định bán kính đường cong nằm tối thiểu cho hai loại xe tải và xe con như sau:
2 min
s max 127( 0,5ic )
V R
với xe con;
2 min
s max 122,5( 0, 75ic )
V R
với xe tải
Trang 116 Quan điểm lựa chọn tầm nhìn trong thiết kế đường ô tô cao tốc
- Tầm nhìn phụ thuộc vào tuyến trên bình đồ và trắc dọc có vai trò cực kỳ quan trọng trong an toàn giao thông Các nghiên cứu của Silyanov tại Liên xô cũ cho thấy
có môi quan hệ tỷ lệ nghịch giữa cường độ tai nạn và tầm nhìn hãm xe Babkov cũng công bố kết quả cho thấy việc không đảm bảo tầm nhìn là nguyên nhân cho từ 8-10%
số tai nạn tại Liên xô cũ
Cần lưu ý rằng các sơ đồ tầm nhìn hiện nay được sử dụng rất linh hoạt và phong phú Cho đến nay, trên thế giới đang sử dụng là: Tầm nhìn hãm xe; tầm nhìn vượt xe; tầm nhìn xử trí, tầm nhìn thấy trước (preview sight distance) Trong số các tầm nhìn trên, tầm nhìn sơ duyệt phát triển năm 1995 bởi Gattis và Duncan, được dựa trên quan điểm là người thiết kế phải cố gắng làm sao cho các yếu tố thiết kế hoặc các tình huống khai thác không bình thường cần được hạn chế tối đa Đến nay, Canada đã đưa quan điểm này vào trong thiết kế và Pháp có quy định cụ thể về chiều dài tầm nhìn này, cụ thể là điểm bắt đầu của đường cong nằm phải được nhìn thấy rõ 3 giây trước khi xe vào đường cong
- Giá trị tầm nhìn hãm xe trong 5729-2012 và AASHTO 2011
Tốc độ tính
Chiều dài
hãm xe m 75 110 160 230 7485 113139 157205 200285
- Giá trị tầm nhìn hãm xe trong 4054-2005:
Nhận xét: Trong tiêu chuẩn 5729- 2012 chỉ để cập đền tầm nhìn một chiều, còn các loại tầm nhìn khác không thấy đề cập như tầm nhìn 2 chiều, tầm nhìn vượt xe
Hiện nay trong tiêu chuẩn 4054-2012 giá trị tầm nhìn vượt xe lớn hơn nhiều so với tiêu chuẩn AASHTO-2011: