CHƯƠNG 2 các CHỈ TIÊU kỹ THUẬT, ĐƯỜNG cấp 3 MIỀN núi tốc độ 60KM

các CHỈ TIÊU kỹ THUẬT, ĐƯỜNG cấp 3 ,MIỀN núi tốc độ 60KM

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT

2.1.XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG THIẾT KẾ

Số liệu xe năm đầu.

Lưu lượng xe năm đầu thiết kế theo thống kê là 950 xe

Hệ số tăng trưởng hàng năm là 7%

Thành phần các loại xe chiếm một tỷ lệ như bảng sau :

2.1.1.Tính toán dự báo lưu lượng xe ở cuối thời kỳ khai thác đường.

Để quyết định lựa chọn cấp thiết kế cho đường thì lưu lượng xe là một trong những yếu tố quyết định Thêm vào đó tuyến đường ta thiết kế phải đảm bảo đáp ứng được nhu cầu đi lại của các phương tiên, phục vụ tốt cho giao thông trong suốt quá trình khai thác, vì vậy ta phải tiến hành điều tra dự báo lưu lượng xe của tuyến đường

ở năm cuối của thời kỳ thiết kế

Do tuyến đường ta thiết kế cho phương tiện là xe con , vì vậy các loại xe khác phảiquy đổi về xe con tiêu chuẩn theo quy trình qui định Xe con tiêu chuẩn là loại xe có chiều dài toàn xe là 6m, chiều rộng phủ bì 1,8m , chiều cao 2m, nhô về phía trước 0.8m, nhô về sau 1.4m, khoảng cách giữa hai trục là 3.8m

Hệ số quy đổi các loại xe về xe con với điều kiện địa hình miền núi [1]

Xe tải 2 trục và

xe bus dưới 25 chỗ

Xe tải có 3 trục trở lên và xe bus lớn

Xe kéo moóc

và xe bus kéo moóc

[1] –TCVN4054-05

Quy đổi các loại xe về xe con.

Công thức quy đổi

N N a

Trong đó :

Nxcqdi : Số xe con quy đổi từ loại xe thứ i

Ni : Số xe thứ i,lấy theo số liệu khảo sát

ai : Hệ số quy đổi của loại xe thứ i , lấy theo [1]

Dựa vào số liệu về thành phần xe ta tính toán được số xe con quy đổi ở năm hiện tại ,kết quả thể hiện theo bảng sau

Nt : Lưu lượng xe con quy đổi ở cuối thời kỳ thiết kế

q : là hệ số tăng trưởng xe, theo dự báo là 7%

t: Là thời hạn tính toán thiết kế của tuyến đường 20 năm với đường cấp I, II,

15 năm với đường cấp III,IV và 10 năm với đường cấp V,VI

Với lưu lượng xe con quy đổi ở năm hiện tại là 2032 xe >>500xe (đường cấp VI) => lựa chọn thời gian thiết kế tuyến đường là 15 năm

2.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC TUYẾN ĐƯỜNG.

2.2.1 Độ dốc dọc lớn nhất i dmax

Độ dốc dọc lớn nhất của đường được xác định theo 2 điều kiện :

- Điều kiện sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản của đường

- Điều kiện sức kéo phải nhỏ hơn sức bám của lốp

Xác định độ dốc dọc tối đa theo đặc tính động lực của xe

Nguyên lý tính toán: Sức kéo của xe phải lớn hơn tổng lực cản trên đường Khi đó

độ dốc dọc lớn nhất của đường được tính toán căn cứ vào khả năng vượt dốc của các loại xe, tức là phụ thuộc vào nhân tố động lực của ô tô và được tính theo công thức sau:

Dk : Đặc tính động lực biểu thị cho sức kéo của ô tô

Thường là do các công ty sản xuất ô tô cung cấp thông số này

Hoặc có thể tra theo biểu đồ nhân tố động lực

Bảng nhân tố động lực của xe con MOTSCOVIT

Với VTK=60Km/h thì Dk=0.09

f : Hệ số cản lăn lấy với đường có vận tốc > 60km/h được xác định như sau:

( Lấy dấu (+) khi xe lên dốc , lấy dấu (-) khi xe xuống dốc)

Giả thiết xe chuyển động đều, ta có j = 0

Tính toán cho trường hợp bất lợi nhất: Khi xe lên dốc :

Dk  f + i  idmax= Dk – f =Dk – 0,022=0.09-0.022=0.068=6.8%

Tính toán theo diều kiện đảm bảo lực bám giữa bánh xe với mặt đường

Để xe chuyển động được an toàn thì giữa bánh xe và mặt đường phải có lực bám, đây chính là lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, nó là điều kiện quan trọng thể hiện được lực kéo, khi hãm xe thì chính nó lại trở thành lực hãm để xe có thể dừng lại được Vì vậy điều kiện để xe chuyển động được an toàn là sức kéo phải nhỏ hơn hoặc bằng sức bám giữa lốp xe và mặt đường Tức là độ dốc lớn nhất phải nhỏ hơn độ dốc tính theo lực bám ib

13 0,022 0,221 3600

i



=> imax = 22.1%

Kết hợp tính toán và đối chiếu với [1] đối với đường cấp III miền núi vận tốc thiết

kế VTK = 60 km/h, chọn độ dốc lớn nhất trên toàn tuyến imax = 7, trường hợp khó khăn có thể châm chước tăng thêm 1%

2.2.2 Xác định số làn xe và đặc trưng mặt cắt ngang đường

- Ncdgiờ = (0,10,12)Ntbnăm thiết kế (xcqđ/ngđ)

với Ntbnăm = 5118 (xcqđ/ngđ)

- Nlth : Năng lực thông hành tối đa (xcqđ/h)

Khả năng thông xe lý thuyết tối đa của một làn xe (năng lực thông xe lý thuyết lớnnhất của một làn xe) là khả năng thông xe được xác định bằng công thức lý thuyết vớigiả thiết đoàn xe cùng loại, chạy cùng vận tốc, tất cả các xe chạy theo một hàng trongđiều kiện đường thuận lợi và xe nọ cách xe kia một khoảng không đổi tối thiểu d đểbảo đảm an toàn

Nlth : Năng lực thông xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe

V

m

Sh : Chiều dài đoạn hãm xe bằng chiều dài hãm ô tô chạy sau trừ đi chiều dàihãm ô tô chạy trước , tính theo quan điểm thứ 3 của nhóm tác giả Phienson , Elide…

Ta có công thức tính :

Sh = Sh2 - Sh1 =

kV 2

254( ϕ±i+f )

k : Hệ số sử dụng phanh , lấy với xe con k = 1,2

 : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường , khi tính với năng lực thông hành  =0,5

f: Hệ số lực cản lăn f=0.022

Tính cho trường hợp đường bất lợi nhất id=7%

lo: Khoảng cách an toàn giữa hai xe, lấy lo = 10 m

lx: Chiều dài của xe, theo số liệu thống kê thì tỷ phần xe tải chiếm phần lớn, vìvậy tiến hành tính toán với xe tải lx= 12 m

Theo tính toán với lưu lượng như trên thì chỉ cần bố trí 1.07 làn xe là đủ

Tuy nhiên thực tế xe chạy trên đường rất phức tạp, nhiều loại xe chạy với vận tốc khác nhau Mặt khác theo quy phạm thiết kế đường TCVN 4054-05 đối với đường cấp 60Km/h phải bố trí tối thiểu 2 làn xe trở lên Do đó chọn đường 2 làn xe

Chiều rộng 1 làn xe, mặt đường, nền đường

B2 B1

x x

b

Chiều rộng của 1 làn xe phụ thuộc vào chiều rộng của thùng xe và vận tốc xe chạy.Chiều rộng mặt đường phụ thuộc vào số làn xe, chiều rộng của một làn xe, khoảng cách giữa hai xe chạy ngược chiều.

x: 1/2 khoảng cách giữa 2 xe chạy ngược chiều nhau

thì chiều rộng mỗi làn xe là 3m.Chọn B=3m

Lề đường

Lề đường được sử dụng cho mục đích sau:

- Làm chỗ dừng xe khi cần thiết

- Làm nơi tập kết vật liệu khi nâng cấp cải tạo

- Làm làn phụ leo dốc tại những chỗ có độ dốc lớn

- Đảm bảo cường độ cho phần xe chạy

- Làm chỗ cho xe thô xơ và người đi bộ khi không có đường riêng

Theo quy trình 4054–05 bề rộng lề đường tối thiểu là 1.5m gia cố 1m

Đường dành cho xe thô sơ

Đường dành cho xe thô sơ được bố trí trên lề gia cố

Đường cấp III cần có dải phân cách bên nhằm tách riêng dòng xe cơ giới và xe thô

sơ

Dải phân cách bên bằng hai vạch kẻ liên tục theo 22TCN237 Bố trí dải phân cách

bên phải đảm bảo cách mép làn xe cơ giới ngoài cùng ít nhất là 0.25m

Như vậy ta xe có quy mô mặt cắt ngang đường theo tính toán là :

Đường hai làn xe , mỗi làn rộng 3m

Độ dốc ngang mặt đường, lề đường

Mặt đường được bố trí độ dốc ngang để đảm bảo thoát nước Tuy nhiên, độ dốc ngang phải nhỏ để đảm bảo xe chạy được êm thuận Độ dốc ngang lề gia cố phải đảmbảo yêu cầu thoát nước và phụ thuộc vào vật liệu thông thường được làm cùng một loại vật liệu với phần xe chạy Để đảm bảo yêu cầu thi công dây chuyền lấy độ dốc ngang lề gia cố bằng độ dốc ngang phần xe chạy Theo tiêu chuẩn Việt Nam 4054-05 :

- Thiết kế mặt đường bê tông nhựa => in=2%

chỗ hư hỏng, các chướng ngại vật , vượt xe….Chiều dài đoạn đường tối thiểu cần nhìnthấy ở phía trước gọi là tầm nhìn xe chạy Khi thiết kế đường cần phải đảm bảo đượctầm nhìn này Các trường hợp cần phải đảm bảo tầm nhìn được đưa vào các sơ đồchạy xe trên đường và tính toán như sau :

Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 1: Tầm nhìn hãm xe.

Tình huống người lái xe đi trên đường gặp chướng ngại vật, người lái xe cần phảinhìn thấy và kịp dừng xe trước nó một khoảng cách an toàn

Theo [1], tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định nhỏ nhất S1 = 75 m

S1

Sh

 chọn tầm nhìn một chiều S1 = 75 m

Tầm nhìn theo sơ đồ 2 : Tầm nhìn tránh xe

Trường hợp đặt ra là hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe và kịp thời phát hiện ra và dừng lại trước nhau một khoảng cách an toàn Tầm nhìn này đượctính toán do đường cấp III miền núi không có dải phân cách giữa nên các xe ở chiều ngược lại có thể lấn làn đi sang phần đường dành cho chiều còn lại rất nguy hiểm

Chiều dài hãm xe trong trường hợp này là

ax )254( m

kV i

  (m)

Sh2 : Chiều dài hãm xe của xe thứ hai Sh =

2 2

ax )254( m

kV i

Theo [1], chiều dài tầm nhìn thấy xe ngược chiều là S2 = 150 m

Vậy kiến nghị chọn S 2 = 150 m.

Tầm nhìn theo sơ đồ 4 : Tầm nhìn vượt xe

Trường hợp xe 1,2 đi cùng chiều, xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm, quansát khi thấy làn xe ngược chiều không có nhiều xe có thể lợi dụng để vượt lên trên xe

2 và trở về làn của mình một cách an toàn trước khi xe 3 ngược chiều chạy tới

Theo kinh nghiệm , khi người ta thống kê được thời gian vượt xe trên đường , trong điều kiện bình thường là 10s, trong điều kiện cưỡng bức , xe đông là 7s Lúc đó chiều dài tầm nhìn vượt xe trong hai trường hợp :

2.2.4 Bán kính đường cong bằng tối thiểu

Bán kính đường cong bằng tối thiểu giới hạn ứng với i scmax

Rmin = 127 ( i )

V

max sc

60

149.2127.(0,12 0, 07)

Theo [1] kính tối thiểu ứng với siêu cao lớn nhất 7% với vận tốc 60km/h là 125

m Vậy kiến nghị chọn R min = 150m

Bán kính đường cong bằng tối thiểu thông thườngứng với i sctt

Theo [1] bán kính đường cong nằm không cần làm siêu cao

Rksc = 1500 (m) Vậy kiến nghị chọn R kscmin = 1500 m

2.2.5 Chuyển tiếp, siêu cao và mở rộng trong đường cong.

Siêu cao.

Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đoạn đường cong có bán kính nhỏ, mặt đường có độ dốc ngang một mái , nghiêng về phía bụng đường cong bằng cách nâng cao thêm phía lưng đường cong để đảm bảo xe chạy an toàn êm thuận

Độ dốc siêu cao lớn nhất theo quy trình là 7% và nhỏ nhất tuỳ thuộc vào độ dốc mặtđường nhưng không nhỏ hơn độ dốc ngang mặt đường (bằng 2%)

Đoạn nối siêu cao :

Đoạn nối siêu cao được thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách hài hoà từ trắc ngang thông thường hai mái với độ dốc tối thiểu để thoát nước sang trắc ngang đặc biệt có siêu cao Sự chuyển hoá sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ ip

Theo TCVN 4054_05 , chiều dài đoạn nối siêu cao được tính theo công thức :

Lnsc = p

n sc

i

i i

b

2

).( 

.Trong đó :

i : Độ dốc siêu cao Tra tiêu chuẩn

Tính cụ thể cho từng trường hợp ta sẽ được Lsc cho từng đường cong của tuyếnhoặc có thể tham khảo trong TCVN4054-05 như bảng sau :

Đoạn nối siêu cao được bố trí trùng với đoạn nối chuyển tiếp của đường cong

Bảng 13  Độ dốc siêu cao ứng với theo bán kính đường cong nằm

Mở rộng trong đường cong bán kính nhỏ

Khi xe chạy trong 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 , ở những đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xechạy.

Để xác định độ mở rộng ta giả thiết quyc đạo chuyển động của ôtô trong đườngcong là đường tròn

SƠ ĐỒ XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG CONG

Độ mở rộng trên một làn xe

E = e1 =

22

Phương của độ mở rộng là phương của đường pháp tuyến của tim đường xechạy.Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố Dải dẫn hướng và các cấu tạo

B

R

L K 1

e 1

e

0

khác phải bố trí phía tay phải của độ mở rộng Nền đường khi cần phải mở rộng , đảmbảo phần lề đất còn lại tối thiểu là 0.5m.

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 tăng từ 0 đến C=

2

mv R

- Góc α hợp bởi trục bánh trước và trục xe tăng dần từ 0 đến α

Những thay đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho lái xe và hành khách vàlàm cho việc điều khển xe khó khăn hơn

Để đảm bảo tuyến đường phù hợp với quỹ đạo chạy xe thực tế và để đảm bảo điềukiện chạy xe không bị thay đổi đột ngột ở hai đoạn đầu đường cong , người ta bố tríđường cong chuyển tiếp-ĐCCT

- Giảm mức độ tăng lực ly tâm do đó tránh được hiện tuowngjnguowif trên xe bị

xô ngang khi vào đường cong tròn

- Tuyến có dạng hài hòa, 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 chạy xe

Xác định chiều dài của đường cong chuyển tiếp

+ Giả thiết :

- Vận tốc xe chạy không thay đổi trên suốt chiều dài đường cong chuyển tiếp

- Gia tốc ly tâm thay đổi đều

- Bán kính đường cong thay đổi tỷ lệ bậc nhất với chiều dài đường cong chuyểntiếp

Thời gian xe chạy trên đường cong chuyển tiếp :

ct

L t v



Độ tăng gia tốc ly tâm :

2

v I Rt

Tính cho các đường cong cụ thể ta sẽ có được chiều dài đường cong chuyển tiếpcần thiết

Dạng của ĐCCT

Đường cong chuyển tiếp có các dạng : Đường cong clothoid, đường hoa thị

Lemniscat Becnilli, đường cong parabol bậc 3, và một số đường cong khác như : đường cong parabol bậc 4, đường cong sramma, sinusoid, Cosinusoid , Quadratic….Thông thường nhất người ta sử dụng đường cong clothoid

Phương trình dạng tọa độ cực đường cong clothoid

2.2.6.Đường cong đứng đảm bảo trên trắc dọc.

Theo TCVN 4054 -05, để đảm bảo xe chạy êm thuận tại những vị trí đổi dốc phải

bố trí đường cong đứng khi hiệu độ dốc tại đó :

| Δi| >= 1% khi V

tk ¿ 60km/h

| Δi| >= 2% khi V

tk60km/h

Bán kính đường cong nối dốc lồi tối thiểu :

Trị số tối thiểu của bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu được xác định từ điềukiện đảm bảo tầm nhìn xe chạy trên mặt đường

Sơ đồ tính toán:

Trong sơ đồ tính toán:

- d1 : chiều cao tầm mắt người lái xe trên mặt đường

- d2 : chiều cao chướng ngại vật phải nhìn thấy

l 

Suy ra

2 1

2 1

d d

2R l

d1: Chiều cao tầm mắt của người lái xe đến mặt đường, d1=1,0m

d2 : Chiều cao chướng ngại vật

Trường hợp đảm bảo tầm nhìn hai chiều S2=150

khi đó d2=1,2m

Rmin= S2

2 (√d1+√d2)2=

15022(√1 0+√1 2)2=2562 12mTrường hợp đảm bảo tầm nhìn 1 chiều S1=75m

Khi đó d2=0.1m

Rmin= S2

2 (√d1+√d2)2=

7522(√1 0+√0 1 )2=1623 42mTheo [1], với đường cấp III vận tốc 60Km/h bán kính tối thiểu giới hạn đườngcong đứng lồi là Rmin=2500m Kiến nghị chọ Rmin=2600

Tính bán kính đường cong nối dốc lõm tối thiểu :

Khi xe chạy vào đường cong nối dốc lõm thường tâm lý người lái xe là muốn cho

xe chạy nhanh để lên dốc Do đó thường phát sinh vấn đề vượt tải do lực li tâm Vì vậy để xe chạy trong đường cong nối dốc lõm được êm thuận , bán kính đường cong phải đảm bảo trị số lực ly tâm không vượt quá trị số cho phép

Độ tăng gia tốc li tâm được quy định là:

b R

V a

2





Với b là gia tốc li tâm cho phép, b = 0,5  0,7 m/s2, với V tính bằng m/s

Áp dụng quy trình Việt nam, lấy b = 6,5 m/s2 và viết vận tốc theo thứ nguyên km/h,

Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm

hp

R

0s

Rmin = 2( 1.sin )

2 1



S hp

S



Trong đó

hp : Chiều cao đèn pha lấy hp = 0,75 m

 : Góc mở của đèn pha xe , thông thường lấy bằng 10

S1 : Chiều dài tầm nhìn 1 chiều , S1 = 75 m

275Rmin

2.(0,75 75.Sin1 )



  = 1366m

Theo tiêu chuẩn [1] , đường cấp III vận tốc thiết kế 60Km/h thì bán kính đường

cong đứng lõm tối thiểu giới hạn là Rmin=1000m

 chọn bán kính đường cong lõm nhỏ nhất Rmin = 1400 m

Chiều dài đường cong đứng tối thiểu 50m.

2.2.7 Tải trọng tính toán nền mặt đường :

Theo số liệu khảo sát thành phần xe qua tuyến , tải trọng trục lớn nhất là 10T, vìvậy tải trọng tiêu chuẩn để tính toán kết cấu là Ptc=10T

- Tải trọng tính toán với công trình cầu HL-93

III(Vtk=60)

III(Vtk=60)

- Tối thiểu thông thường m 236.22 250 250

- Tối thiểu không siêu cao m 944.88 1500 1500