chương 2 cấp HẠNG và CHỈ TIÊU kỹ THUẬT của TUYẾN

Siêu cao và tính toán độ dốc siêu cao: Khi xe chạy trên đường cong có bán kính nhỏ, dưới tác dụng củalực li tâm làm cho điều kiện ổn định của xe chạy trên làn phía longđường cong kém đi.

CẤP HẠNG VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN

I. Xác định cấp hạng kỹ thuật:

1. Tính lưu lượng xe thiết kế:

 Lưu lượng xe 960 xe/ngày đêm vào thời điểm hiện tại

Số lượng xe thứ

i (N i ) trong một ngy đm ở năm đầu khai thc

Hệ số quy đổi

ra xe con (a i ) Địa hình miền núi

Số xe con quy đổi

từ xe thứ i N i a i (xcqđ/ngđ)

Xác định cấp thiết kế và cấp quản lý của đường ôtô:

- Lưu lượng xe thiết kế bình qun ngy đêm trong năm tương laiđược xác định theo công thức:

t-1

N = N (1 p) +

(xcqđ/ngđ) (2-2)Trong đó:

N0: Lưu lượng xe chạy tại thời điểm hiện tại (xcqđ/ngđ)t: Năm tương lai của công trình

p: Mức tăng xe hàng năm theo số liệu thống k p = 0.075.

Với lưu lượng xe thiết kế năm tương lai là năm thứ 15:

Nt = 1714.15×(1 + 0.075)15-1 = 4718.1 (xcqđ/ngđ)

- Với lưu lượng xe thiết kế năm tương lai thứ 15 là 3000<4718 <

6000 Do vậy đường chỉ có thể thuộc cấp III Vì thế theo điều3.3.1 của TCVN4054-05 thì năm tương lai ứng với các cấpđường nói trên là năm thứ 15 Vậy lưu lượng xe thiết kế là 4718(xcqđ/ngđ)

- Tổng hợp các yệu tố điều kiện địa hình, chức năng, lưu lượng

xe, ta kiến nghị đường có cấp thiết kế là cấp III đồng bằng vàđồi

Tuỳ theo cấp thiết kế của đường và tốc độ thiết kế, việc bố trícác bộ phận nói trên phải tuân thủ các giải pháp tổ chức giao thông quiđịnh ở Bảng 5 TCVN4054-2005:

+ Có bố trí xe đạp và xe thô sơ đi trên phần lề gia cố

+ Không có giải phân cách giữa

+ Chỗ quay đầu xe không khống chế

+ Khống chế đường ra vào không khống chế

a. Khả năng thông xe và số làn xe cần thiết:

Khả năng thông xe của đường là số phương tiện giao thông lớnnhất có thể chạy qua một mặt cắt của đường trong một đơn vị thờigian khi xe chạy liên tục.

Khả năng thông xe của đường phụ thộc vào khả năng thông xecủa một làn xe và số làn xe Khả năng thông xe của một làn lại phụthuộc vào vận tốc và chế độ xe chạy, nên muốn xác định khả năngthông xe của tuyến đường thì phải xác định khả năng thông xe củamột làn

Việc xác định khả năng thông xe lý thuyết của một làn xe căn cứvào sơ đồ giả thuyết các xe chạy phải xét đến vấn đề an toàn là xechạy nối đuôi nhau cùng tốc độ và xe này cách xe kia một khoảngkhông đổi đủ để khi xe trước dừng lại hoặc đánh rơi vật gì thì xe saukịp dừng lại cách một khoảng cách an toàn

Theo TCVN 4054-2005 số làn xe trên mặt cắt ngang được tính:

lth

cdg lx

N z

N n

=

Trong đó:

nlx : số làn xe yêu cầu, được lấy tròn đến số nguyên

Ncđg : lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm

Ncdg = 0.1xNtbn = 0.1*4718= 472 (xe/h)

Nlth: năng lực thông hành thực tế của 1 làn xe

Theo điều 4.2.2 theo TCVN4054-05 Khi không có nghiên cứu,tính toán có thể lấy theo quy trình như sau: khi không có giảiphân cách giửa phần xe chạy trái chiều và ô tô chạy chung với

xe thô sơ:

Nlth = 1000 (xcqđ/h/làn) Z: hệ số sử dụng năng lực thông hành

Ta có sơ đồ tính toán như sau:

x

= 0.5 + 0.005xV(làn xe bên cạnh là ngược chiều)

x

= 0.35 + 0.005xV(làn xe bên cạnh là cùng chiều)y: khoảng cách giữa tim bánh xe ngoài cùng đến mép mặtđường

y = 0.5 + 0.005xVĐối với xe con:

x

= 0.5 + 0.005xV=0 5+0.005x60=0.8my= 0.5 + 0.005x60 = 0.8m

b = 1.8m , c = 1.42m

B 2

Kiến nghị gia cố không toàn bộ lề

e Độ dốc ngang của đường:

+ Độ dốc ngang nhỏ nhất chỉ có tác dụng đảm bảo thoát nước chomặt đường, do đó bố trí độ dốc ngang phụ thuộc vào loại vật liệucấu tạo tầng mặt, cụ thể : Vật liệu tốt, bề mặt nhẵn trơn, khả năngthoát nước tốt => độ dốc ngang nhỏ và ngược lại Theo bảng 9TCVN 4054-2005 :

Bê tông Ximăng, bê tông nhựa 1.5 ÷2.0

Vậy căn cứ vào loại mặt đường ta chọn độ dốc ngang in = 2 %.

+ Độ dốc lề gia cố: ilgc = imặt = 2%

+ Độ dốc lề không gia cố : ikgc = 4%

f Chiều rộng nền đường:

Bnền =Bm + 2.Blề =6+2x1.5= 9 m

2. Xác định các yếu tố kỹ thuật trên bình đồ:

a. Siêu cao và tính toán độ dốc siêu cao:

Khi xe chạy trên đường cong có bán kính nhỏ, dưới tác dụng củalực li tâm làm cho điều kiện ổn định của xe chạy trên làn phía longđường cong kém đi Để tăng ổn định khi xe chạy trên làn này, người taxây dựng mặt đường một mái ngiêng về phía bụng đường cong gọi làsiêu cao Độ dốc của mặt đường này gọi là độ dốc siêu cao

Quy trình quy định độ dốc siêu cao cho một khoảng giá trị bánkính tuỳ thuộc vào vận tốc tính toán Kiến nghị chọn isc theo quy trìnhTCVN 4054-2005 với Vtt =60km/h

Bảng 13: Độ dốc siêu cao tối thiểu theo bán kính cong nằm

Bn kính tối thiểu giới hạn:125m

Bán kính tối thiểu thông thường 250m

Bn kính tối thiểu khơng siu cao

) (

127

2

n i

v R

±

=

µTrong đó:

in: Độ dốc ngang của đường Lấy dấu (-) trong trường hợpkhông bố trí siêu cao Lấy dấu (+) trong trường hợp có bố trísiêu cao

µ: Trị số lực đẩy ngangTrị số lực đẩy ngang được lấy dựa vào các yếu tố sau :

 Điều kiện chống trượt ngang µ ≤ϕ0

≤ µ

h: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đường b: Khoảng cách giữa hai tâm bánh xe

Đối với những xe hiện đại thường b = 2h nên: µ ≤1: trị số nàybiểu hiện mức độ ổn định chống lật rất cao so với ổn định chống trượt

 Điều kiện êm thuận đối với hành khách :

Theo điều tra xã hội học cho thấy:

1

≤ ϕ: Hành khách không cảm thấy có đường cong

0.15 :

φ ≤

Hành khách hơi cảm thấy xe vào đường cong

: 20 0

= ϕ

Hành khách cảm thấy rất khó chịu

: 30 0

= ϕ

Hành khách cảm thấy bị sô dạt về phía sau

 Điều kiện kinh tế:

Khi xe chạy vào đường cong, dưới tác dụng của lực đẩy ngang,bánh xe quay trong mặt phẳng lệch với hướng xe chạy một góc δ Góclệch này càng lớn thì tiêu hao nhiên liệu càng nhiều và lốp xe càngnhanh hỏng Theo điều kiện này hệ số lực đẩy ngang khống chế là

1

 Bán kính tối thiểu giới hạn của đường cong nằm khi có siêu

 Bán kính tối thiểu thông thường của đường cong

Công thức này lấy là isctt= iscmax -2%

Hệ số lực ngang trong các trường hợp lấy khác nhau

Theo TCVN 4054-2005: Rminsc = 300mKiến nghị chọn theo tiêu chuẩn

 Bán kính tối thiểu của đường cong nằm khi không có siêu

cao:

( i sc)

v R

Khi đặt đường cong bằng không gây chi phí lớnµ =0,15

Khi không bố trí siêu cao ⇒ trắc ngang 2 mái isc = -in

Kiến nghị chọn theo tiêu chuẩn

 Bán kính nhỏ nhất theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm:

Tầm nhìn ban đêm phụ thuộc vào góc phát sáng của đèn pha ôtô,

α = 2 0

Ta có : S =

2 180

Với đường cấp III thì bán kính đường cong nằm tối thiểu giớihạn 125m Vậy nên chọn bán kính đường cong nằm ≥125 để thiết kế

c. Siêu cao và đoạn nối siêu cao – đường cong chuyển

tiếp:

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí siêu cao

Theo TCVN 4054-05 thì siêu cao là dốc một mái trên phần xechạy, dốc về phía bụng đường cong Siêu cao được thực hiện bằngcách quay phần xe chạy ở phía lưng đường cong quanh tim đường đểđường phần xe chạy có cùng một độ dốc, sau đó vẫn tiếp tục quay cảphần xe chạy quanh tim đường đạt được siêu cao Trường hợp đường

có dải phân cách giữa siêu cao được thực hiện bằng cách quay xungquanh mép trong hoặc mép ngoài mặt đường

Độ dốc siêu cao được xác định theo công thức:

2 sc

v i

(2-8)Trong đó: V: tốc độ thiết kế (km/h) V = 60

đầu đường cong sao cho phù hợp với quỹ đạo xe chạy Chiều dàiđường cong chuyển tiếp phải đủ để cho lực ly tâm tăng lên dần dần từđường thẳng vào đường cong, tránh sự tăng lực ly tâm quá nhanh vàđột ngột Với Vtk = 60km/h, phải bố trí đường cong chuyển tiếp.

Xác định chiều dài tối thiểu của đường cong chuyển tiếp:

3

Thời gian ôtô chạy trên đoạn đường cong chuyển tiếp:

RI

v I

v

L ct

5 0

3 3

v L

ct

R RL

125 13.88

p

Bxi L

i

=

Trong đó : + isc =7% : độ dốc siêu cao thiết kế

+B: bề rộng mặt đường xe chạy+ ip = 0.5% : độ dốc phụ theo quy trình Việt Nam đối

với đường cấp III

min 6*0.07

84 0.005

Bảng 14: Chiều dài đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào bán kính cong nằm

Khi xe chạy trên đường cong có bán kính R≤ 250m thì mỗi bánh

xe chạy trên một quỹ đạo khác nhau, đầu xe ngoài có bán kính lớnnhất và thùng xe phía trong có bán kính nhỏ nhất, do vậy xe chạy trênđường cong chiếm phần đường rộng hơn so với xe chạy trên đườngthẳng nên yêu cầu phải mở rộng đường cong để dảm bảo xe chạy vẩnbình thường

Độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm

Bán kính đường cong nằm

250÷200 <200

÷

150

<150÷100

<100÷70

e. Xác định đoạn chêm m giữa 2 đường cong

Giữa2 đường cong cùng chiều:Khi 2 đường cong không có

siêu cao,chúng ta có thể nối trực tiếp với nhau nhưng cũng nên nhắclại là trị số bán kính không nên gấp nhau 2lần

Khi 2 đường cong có siêu cao thì đoạn phải chêm phải đủ chiềudài để bố trí hai nửa đường cong chuyển tiếp: 2

L L

Khi đoạn chêm không thỏa mãn điều kiện trên thì có thể có mộtđoạn chuyển tiếp siêu cao , đoạn này bố trí trên đường cong có bánkính lớn

Đoạn mặt cắt ngang hai mái chêm, giữa hai đường cong có thể

bố trí moat mái nếu ngắn để tránh cho xem phải thay đổi lực ngangquá nhiều

Giữa hai đường cong ngược chiều Hai đường cong ngược

chiều có bán kính lớn không yêu cầu làm siêu cao thì có thể nối trực

Trường hợp cần phải làm siêu cao thì chiều dài đoạn thẳng chêmphải đủ dài để có thể bố trí hai đoạn đường cong chuyển tiếp hoặc hai

đoạn nối siêu cao, tức là: 2

L L

f. Tính toán tầm nhìn xe chạy

Khi xe chạy trên đường cần phải nhìn rõ 1 đoạn đường phíatrước để kịp thời xử lí các tình huống Đoạn đường đó gọi là tầmnhìn

 Tầm nhìn 1 chiều (tầm nhìn hãm xe)

Là đoạn đường đủ để người lái xe nhìn thấy chướng ngại vật sau

đó thực hiện hãm phanh và dừng cách vị trí vật cản 1 đoạn an toàn lk

Vậy chọn S1= 75 (m ) để thiết kế.

Là đoạn đường để 2 xe chạy ngược chiều nhau trên cùng 1 làn

xe và 2 tài xế cùng thấy nhau , cùng thực hiện hãm phanh và cùngdừng lại cách nhau 1 khoảng an toàn lk .Như vậy , chiều dài tầm nhìntheo sơ đồ 2 bằng 2 lần tầm nhìn theo sơ đồ 1 Chú ý là trên đườngdốc đối với xe này là xuống dốc thì đối với xe ngược chiều lại là lêndốc

2 1 2

1 2

) ( 2 ) (

kv i

g

kv v

v

± +

Trường hợp v1 =v2 =v

0 2 2

2 2

) (

i g

kv v

− +

=

→

ϕ ϕ

Khi đường có dải phân cách trung tâm, trường hợp này khôngthể xảy ra, tuy vậy trên đường cấp cao,tầm nhìn này vẫn phải kiểm tranhưng với ý nghĩa là bảo đảm 1 chiều dài nhìn được cho lái xe an tâmchạy với tốc độ cao

Ở điều kiện bình thường Svx=6V

Ở điều kiện cưỡng bức khi đông xe Svx=4VTheo bảng 10TCVN 4054-2005 chọn Svx=350

Khi xe chạy trong đường cong, xe chạy ở phía bụng đường cong,tầm nhìn sẽ bị hạn chế, do đó cần phải xác định phạm vi phải dỡ bỏcác chướng ngại vật trong đường cong để người lái xe có thể điềukhiển xe chạy an toàn trên đường Chướng ngại vật sau khi dỡ bỏ phảithấp hơn tia nhìn 0.3m Trường hợp thật khó khăn có thể dùng gươngcầu lồi, biển báo, hạn chế tốc độ hoặc cấm vượt xe

Giả thiết mắt người lái xe cách cao độ mặt đường 1m tính từ mặtđường phần xe chạy và cách mép phần xe chạy bên phải 1,5m

Tầm nhìn tính toán: đối với đường có số làn xe ≤ 2, lấy S = S2,hoặc S = 2S1 Đối với đường một chiều lấy S = S1

Các giá trị chiều dài tầm nhìn trong quy trình là tối thiểu nên khitso sánh em lấy giá trị lớn hơn để thiết kế

Phạm vi cần phá bỏ chướng ngại vật có thể xác định theo 2 cách:

2 3

2' 3' 4'

Đường giới hạn nhìn Quỹ đạo xe chạy 1,5m

z

Hình 2.7 Xá c định phạm vi phá bỏ chướ ng ngại vậ t

theo phương phá p đồ giả i Phương pháp đồ giải:

Trên bình đồ đường cong nằm vẽ với tỉ lệ lớn theo đường quỹ đạo xechạy, định điểm đầu và điểm cuối của những dây cung cĩ chiều dàibằng chiều dài tầm nhìn S (11’=22’=33’=44’=…=S) Vẽ đường congbao những dây cung này ta cĩ đường giới hạn nhìn Trong phạm vicủa đường bao này tất cả các chướng ngại vật đều phải được phá bỏnhư cây cối, nhà cửa

Zo : Khoảng cách từ quỹ đạo ơtơ đến chướng ngại vật

Z : Khoảng cách từ quỹ đạo ơtơ đến tia nhìn (phạm vi cầnphá bỏ chướng ngại vật)

Z < Zo: Tầm nhìn được đảm bảo

Z > Zo: Tầm nhìn khơng đảm bảo phải phá bỏ chướng ngạivật

Phương pháp giải tích: Cần xác định khoảng cách cần đảm bảo

tầm nhìn tại điểm chính giữa đường cong z Trong phạm vi đườngcong trịn, đường giới hạn nhìn vẽ theo đường trịn cách quỹ đạo xechạy một khoảng cách là z Từ hai đầu của đường cong, kéo dài về haiphía mỗi bên một đoạn bằng S trên quỹ đạo xe chạy Từ hai điểm cuốicủa hai đoạn thẳng này vẽ đường thẳng tiếp xúc với đường trịn trên ta

sẽ cĩ đường giới hạn nhìn

Phạm vi phá bỏ xác định theo phương pháp giải tích phụ thuộcvào chiều dài cung trịn K

Khi K < S:

Quỹ đạo xe chạy

α1

Hình 2.10 Khi K > S

1 1

R

S 180

1

α (2-13)Chướng ngại vật sau khi dỡ bỏ phải thấp hơn đường nhìn 0.3m.Nếu khĩ khăn, cĩ thể dùng gương cầu, biển báo, biển hạn chế tốc độhay cấm vựơt xe

Phải thay số vào tính tốn Cĩ cơng thức tính đảm bảo tầm nhìncho đường cong chuyển tếp

3. Xác định các yếu tố kĩ thuật trên trắc dọc:

a. Xác định độ dốc dọc lớn nhất

Ta xét quá trình xe lên dốc và chuyển động đều Khi đó nhân tốđộng lực của xe là: Dk ≥ f + i

Xe chỉ có thể chuyện động khi đảm bảo diều kiện về sức kéo:

max max

i keùo = D − f

Trong đó:

Dmax: hệ số động lực tra biểu đồ

f:hệ số ma sát của mặt đường phụ thuộc vào loại mặtđường, tình trạng mặt đường, vận tốc xe chạy

Khi V<60km/h thì f∈ loại mặt đường:

BTN,BTXM thì f0l 0.01-0.02

Đá dăm đen thì f0l 0.02-0.025Đát cát rời rạc thì f0l 0.15-0.3

Khi V≥60 thì dng cơng thức:

f =0.02(1+4.5.10-5*602)=0.0232

( f0=0.02 với mặt đường bê tông nhựa )

i : Độ dốc dọc trên đường Tra biểu đồ nhân tố động lực cho các loại xe

Loại xe Chuyển số D max

V

IV 0.0361 60 0.0232 0.0129

II 0.0615 40 0.0232 0.0383 -Xe buýt

hư và thao tác của lái xe vất vả

Xe chỉ có thể chuyện động khi đảm bảo điều kiện về sức bám

m : Hệ số phân phối tải trọng lên bánh xe chủ động

ϕ : Hệ số bám dính của bánh xe và mặt đường (phụ thuộcvào tình trạng mặt đường, độ nhám lớp mặt và bánh xe),

lấy với điều kiện khô sạch, xe chạy bình thường, ϕ = 0.5.G: trọng lượng toàn bộ ôtô

Pw : lực cản không khí, phụ thuộc vào loại xe

.F V2

K

P w =

(kG)Trong đó:

K : Hệ số cản không khí, phụ thuộc vào mật độ của khôngkhí và chủ yếu theo hình dạng xe

Theo thực nghiệm:

Xe tải: 0.06-0.07

Xe buýt: 0.04-0.06

Xe con: 0.025-0.035Khi có kéo moóc, k tăng lên từ 25-30% so với xe tảiđơn

F : Diện tích cản khí

F = 0.8BH đối với xe con

F = 0.9BH đối với xe tải

B: Chiều rộng của xe tiêu chuẩn (Bảng1 TCVN4054-2005)

H: Chiều dài của xe tiêu chuẩn (Bảng1 TCVN 2005)

4054-f = 0.0232: Hệ số cản lăn ứng vơi loại mặt đường bê tôngnhựa

⇒

ib max = Db

0.035

0.336

0.31Theo Bảng 15 TCVN 4054-2005: imax = 7%

Theo Bảng 16 TCVN 4054-2005: Limax = 500m với imax = 7%.Theo Bảng 17 TCVN 4054-2005: Limin = 150m

Từ 2 điều kiện để xe cĩ thể di chuyển được trên đường thì độdốc dọc lớn nhất mà mình cĩ thể bố trí trên đường đều lớn hơn độdốc dọc tối đa mà TCN 4054- 05 đưa ra

Kiến nghị chọn độ dốc dọc lớn nhất theo tiêu chuẩn là imax=7%

b. Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi:

Được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn:

 Một chiều:

( )

1 1 1

75 2812.5

c. Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm:

min

R lõm

được xác định theo 2 điều kiện:

*Theo điều kiện đảm bảo khơng gây khĩ chịu đối với hành khách và khơng gãy nhíp xe do lực ly tâm :

2 min

V R

2 t min

t

S R

Trong đĩ : + hđ =0.5(m) : độ cao đèn xe ơtơ so với mặt đường

+ St =100(m) : chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (tra bảng 10 TCVN 4054-05)

α = 2o : gĩc chiếu sáng của đèn ơtơ theo phương đứng

lõm

min

R lõm = 1000(m) Vậy ta chọn