Chuong4 thiet ke duong

CHƯƠNG THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG 4.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ DỐC DỌC CỦA ĐƯỜNG 4.1.1 Xác định độ dốc dọc đường – Bài toán kinh tế-kỹ thuật Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải tính tốn dựa nguyên tắc tổng chi phí xây dựng vận doanh nhỏ nhất, phải xét cách tổng hợp ảnh hưởng độ dốc tới giá thành xây dựng đường tới tiêu khai thác vận tải tốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu, tận dụng sức chở ô tô, … Độ dốc dọc đường có ảnh hưởng tới giá thành xây dựng chủ yếu khối lượng công tác đường Độ dốc dọc lớn, chiều dài tuyến đường vùng đồi núi rút ngắn, khối lượng đào đắp giảm, giá thành xây dựng hạ thấp Ngược lại, độ dốc dọc lớn xe chạy lâu, tốc độ xe chạy thấp, tiêu hao nhiên liệu lớn, hao mòn săm lốp nhiều tức giá thành vận tải cao Mặt khác, độ dốc dọc lớn mặt đường nhanh hao mòn (do lốp xe nước mưa bào mòn), rãnh dọc mau hư hỏng, công tác tu bảo dưỡng nhiều Tức độ dốc lớn chi phí vận doanh tốn kém, lưu lượng xe chạy nhiều chi phí tăng Độ dốc dọc tối ưu độ dốc ứng với tổng chi phí xây dựng khai thác nhỏ Đường quan hệ độ dốc dọc – chi phí Chi phÝ C : Chi phí xây dựng E : Chi phí vận doanh Σ : Tổng chi phí xây dựng vận doanh Σ C E Độ dốc dọc iopt xác định vào địa hình, dòng xe, khả xây dựng, khả tu bảo dưỡng, tổng kết kinh nghiệm, iopt i (%) Hình 4.1 Quan hệ độ dốc dọc i (%) chi phí 129 4.1.2 Quy định xác định độ dốc chiều dài đoạn dốc: Tiêu chuẩn thiết kế đường hành TCVN 4054-05 [1], quy định độ dốc chiều dài đoạn dốc sau: - Độ dốc dọc lớn i max : Tuỳ theo cấp hạng đường, độ dốc dọc tối đa quy định bảng 1.14 bảng 4.1 Khi gặp khó khăn đề nghị tăng lên 1% độ dốc dọc lớn không vượt 11% Đường nằm cao độ 2000m so với mực nước biển không làm dốc 8% Bảng 4.1 Độ dốc dọc lớn cấp đường [1] Cấp hạng I II Địa hình Đồng Đồng Độ dốc dọc lớn % III Đồng bằng, Núi đồi IV Đồng bằng, Núi đồi V Đồng bằng, đồi Núi 10 VI Đồng bằng, Núi đồi 11 - Đường qua khu dân cư, đường có nhiều xe thơ sơ chạy : không nên làm dốc dọc 4% - Dốc dọc hầm : không dốc 4% khơng nhỏ q 0,3% (thốt nước) - Trong đường đào : để đảm bảo nước rãnh dọc khơng phải đào sâu độ dốc dọc tối thiểu 0,5% (Khi khó khăn 0,3% đoạn dốc không kéo dài 50m) - Độ dốc nên dùng : không nên lớn 3% để nâng cao chất lượng vận tải, đường có nhiều xe nặng, xe kéo mc chạy phải vào tính tốn đặc tính động lực theo lực kéo để xác định imax Bảng 4.2 Chiều dài lớn dốc dọc (m)[1] Vtt (km/h) Độ dốc (%) 20 30 40 60 80 100 120 1200 1000 1100 900 1100 900 1000 800 900 700 800 - - 800 700 700 600 - - - 700 600 400 600 500 400 600 500 - 500 - - - - 10 11 300 - - - - - - - Chiều dài đoạn dốc lớn lmax : Chiều dài đoạn có dốc dọc không dài, vượt quy định bảng 4.2 phải có đoạn chêm dốc 2,5% có 130 chiều dài đủ bố trí đường cong đứng (tối thiểu 50m) Các đoạn chêm làm chỗ tránh xe cho đường có xe Đối với đường vùng núi, dốc lớn quanh co hiểm trở bố trí đường cứu nạn theo 22TCN 218-94 Bảng 4.3 Chiều dài dốc tối đa với độ dốc khác đường cao tốc[2] Độ dốc dọc % Cấp 120 1500 800 600 - Chiều dài dốc tối đa (m) Cấp 100 Cấp 80 1000 800 900 600 700 500 Cấp 60 1000 800 600 - Chiều dài đoạn dốc nhỏ l : Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc phải đủ để bố trí đường cong đứng khơng nhỏ quy định bảng 4.3 Bảng 4.4 Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc [1] Tốc độ thiết kế, km/h Chiều dài tối thiểu đổi dốc, m 120 100 300 250 80 200 (150) 60 150 (100) 40 120 (70) 30 100 (60) 20 60 (50) Ghi : Trị số ngoặc dùng cho đường cải tạo nâng cấp khối lượng bù vênh mặt đường lớn Đối với đường cao tốc chiều dài dốc tối thiểu 300m, 250m, 200m, 150m tương ứng với cấp 120, 100, 80, 60 phải đủ bố trí chiều dài đường cong đứng 4.1.3 Chiết giảm độ dốc dọc đường cong có bán kính nhỏ: Trong đường cong có bán kính nhỏ, độ dốc dọc thực tế tăng lên, vì: - - Trong đường cong có bố trí siêu cao, tổng hình học độ dốc siêu cao độ dốc dọc lớn độ dốc dự định áp dụng Cùng khắc phục độ chênh cao độ chiều dài bụng đường cong ngắn tim đường nên độ dốc dọc mép lớn độ dốc dọc tim đường Bảng 4.5 quy định chiết giảm độ dốc dọc đường cong có bán kính nhỏ Id Ihợ p thành Isc Nh vy dc dc ti đa áp dụng đường cong có bán kính R≤50m : Iad-max = Imax – Icg , (%) Bảng 4.5 Lượng chiết giảm dốc dọc đường cong nằm có bán kính nhỏ [1] Bán kính cong nằm, m 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 50 Dốc dọc phải chiết giảm, Icg ,% 2,5 1,5 131 4.2 ĐƯỜNG CONG ĐỨNG Để đảm bảo tầm nhìn tính tốn, trắc dọc lượn khơng gãy khúc, xe chạy an tồn êm thuận, +i chỗ đổi dốc trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng lồi lõm dạng đường cong tròn parabol bậc Điều kiện bố trí đường cong đứng: Khi hiệu đại số tuyệt đối độ dốc Lâm Låi - i2 +i2 - i1 +i2 +i2 +i1 +i1 - i1 - i1 Δi = /i1-i2/ ≥ 1% Vtt ≥ 60 km/h - i2 ≥ 2% Vtt < 60 km/h - i2 phải nối tiếp đường cong đứng Chú ý : dấu i dấu đại số, lên dốc mang dấu “+” xuống dốc mang dấu “-“ 4.2.1 Xác định bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi Bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi xác định từ điều kiện đảm tầm nhìn người lái xe trắc dọc (Hình 4.2) Theo hình vẽ ta có tam giác vng ABD có AC đường cao thuộc cạnh huyền : AC2 = BC.CD S l1 B d1 độ dốc dọc đường i nhỏ, bán kính đường cong đứng R lớn so với d1 d2 nên xem: AC ≈ l1; BC ≈ d1; CD ≈ 2R - d1 ≈ 2R l2 C A d2 R Với d1 d2 chiều cao tầm mắt người lái xe đến mặt đường, m Do ta có: l1 = R.d1 D Hình 4.2 Sơ đồ tính tốn bán kính đường cong đứng lồi 132 Tương tự ta có: l = R.d Do đó: S = l1 + l2 = Từ suy ra: - R = ( S2 d1 + d d1 + d ) ) 2R ,m Khi hai tơ loại gặp nhau, ta có d = d2 = d; S= S2 (tầm nhìn hai chiều), đó: R = - ( S2 ,m 8d Đối với trường hợp đảm bảo tầm nhìn chiều thì: d = 0; S = S1 (tầm nhìn chiều), đó: R = S12 ,m 2d 4.2.2 Xác định bán kính tối thiểu đường cong đứng lõm: Bán kính tối thiểu đường cong đứng lõm xác định từ điều kiện đảm bảo khơng gây khó chịu hành khách vượt tải chịu lò xo tơ lực ly tâm (Hình 4.3) Gọi b gia tốc ly tâm cho phép, theo [1,2] b = 0,5–0,7m/s2, ta có: b= v2 v2 ⇒ Rmin = ; v – tốc độ xe chạy, m/s R b Hình 4.3 Sơ đồ xác định bán kính đường cong đứng lõm Nếu V tính km/h b = 0,5m/s2 thì: R = V2 ,m 6,5 * Xác định bán kính đường cong đứng lõm theo điều kiện tầm nhìn ban đêm 133 Về ban đêm pha đèn ô tô chiếu đường cong đứng lõm chiều dài nhỏ so với đường thẳng Gọi hp chiều cao pha đèn ( hp =0,75 m xe con) α góc mở rộng pha đèn ( thường α=10) Thì S12 ≈ 2.R.(hp+S1.sinα) ⇒R= S12 2.(h p + S1 sin α) với S1 tầm nhìn chiều yêu cầu 4.2.3 Lựa chọn bán kính đường cong đứng Trong thiết kế trắc dọc việc lựa chọn bán kính đường cong đứng nhằm tạo điều kiện tốt cho xe chạy đảm bảo an toàn êm thuận, mặt khác đường cong đứng phải bám sát địa hình để đảm bảo cho khối lượng cơng trình cơng trình ổn định lâu dài, cơng việc lựa chọn bán kính đường cong đứng phải thoả mãn hai điều kiện trên, trường hợp khơng tránh vận dụng giới hạn tính tốn theo cơng thức Bán kính đường cong đứng chọn cho bao tốt với địa hình, tạo thuận lợi cho xe chạy mỹ quan cho đường không nhỏ trị ghi bảng 4.6, 4.7 Bảng 4.6 Bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi lõm [1] Tốc độ thiết kế, km/h 120 100 80 60 40 30 20 Bán kính đường cong đứng lồi, m Tối thiểu giới hạn 11000 6000 4000 2500 700 400 200 Tối thiểu thông thường 17000 10000 5000 4000 1000 600 200 Bán kính đường cong đứng lõm, m Tối thiểu giới hạn 4000 3000 2000 1000 450 250 100 Tối thiểu thông thường 6000 5000 3000 1500 700 400 200 Chiều dài đường cong đứng tối 100 85 70 50 35 25 20 thiểu, m Bảng 4.7 Bán kính chiều dài tối thiểu đường cong đứng đường cao tốc [2] Các tiêu Cấp 120 Cấp 100 Cấp 80 Cấp 60 Bán kính đường Tối thiểu, (m) 12000 6000 3000 1500 cong đứng lồi Tối thiểu thông 17000 10000 4500 2000 thường, (m) (20000) (16000) (12000) (9000) Bán kính đường Tối thiểu, (m) 5000 3000 2000 1000 cong lõm Tối thiểu thông 6000 4500 3000 1500 thường, (m) (12000) (10000) (8000) (6000) Chiều dài đường cong đứng tối 100 85 70 50 thiểu, (m) 134 Ghi : Các trị số ngoặc bảng 4.7 trị số bán kính đường cong đứng đạt yêu cầu thu nhận thị giác có điều kiện nên thiết kế đường cong đứng với bán kính 4.3 TÍNH TỐN VÀ CẮM ĐƯỜNG CONG ĐỨNG 4.3.1 Các cơng thức tính tốn Vì độ dốc i1 i2 nhỏ nên ta có cơng thức ω = ∆i = /i1-i2/ Chiều dài đường cong đứng K≈ R.ω= R.∆i Tiếp tuyến đường cong đứng T= K R.∆i = 2 Xác định toạ độ điểm đường cong đứng: Vì góc φ ω rất nhỏ nên: D ω T B x TD E ϕ d y T P K C i1 TC i2 R ϕ ω O Hình 4.4 Sơ đồ tính tốn đường cong đứng y = BE = 1 1 x x2 BC = x.sin ϕ ≈ x tan ϕ = x ⇒ y = ± 2 2 R 2R 135 T2 K2 = Phân cự d x=T d = R 8R Phương trình y = ± x2 sở để tính tốn đường cong đứng, dấu “+” với 2R đường cong đứng lõm, dấu “-“ với đường cong đứng lồi 4.3.2 Trình tự tính tốn cắm đường cong đứng Các công thức từ đến hình 4.5 sở tính tốn cắm đường cong đứng Xác định vị trí cọc (đỉnh) đường cong đứng : Thường đỉnh đường cong đứng rơi vào vị trí cọc, khơng phải chêm cọc dễ dàng xác định đỉnh giao đường thẳng có độ dốc i1 i2 Từ , xác định chiều dài K tiếp tuyến T đường cong đứng Từ giá trị T, đo sang bên đỉnh theo phương ngang xác định điểm bắt đầu (TD) điểm kết thúc (TC) đường cong đứng K x D ω T HT d y T P HTK TD i1 y E x TC i2 R ω O Hình 4.5 Sơ đồ tính tốn đường cong đứng Xác định phân cự d theo , xác định điểm P đường cong đứng 136 Tính tốn nhánh đường cong đứng : Dùng TD làm gốc toạ độ, trục x nằm ngang, trục y thẳng đứng Xác định cọc rơi vào phạm vi nhánh khoảng cách x chúng - Tính tốn tung độ y cọc theo công thức y = ± x2 2R Tính tốn cao độ thiết kế cọc HTK = HT + y Trong HT cao độ theo đường tang Tính tốn cao độ đào đắp : h=HTK-HTN Tính tốn nhánh đường cong đứng : Tương tự, với TC gốc toạ độ, trục x hướng sang trái, trục y thẳng đứng Ghi cao độ thiết kế lên trắc dọc: Trong phạm vi đường cong đứng phải ghi cao độ: Cao độ HT cao độ HTK - Các quan hệ trình tự tính tốn lập với giả thiết chiều dài tiếp tuyến, chiều dài cung, chiều dây cung Giả thiết hồn tồn chấp nhận tính tốn yếu tố đường cong đứng góc ngoặt đỉnh đường cong đứng ∆i nhỏ 4.4 NHỮNG YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC 4.4.1 Các yêu cầu nguyên tắc thiết kế trắc dọc Thiết kế đường đỏ hay thiết kế trắc dọc xác định vị trí mặt đường trắc dọc so với mặt đất tự nhiên Khi thiết kế đường đỏ cần tuân theo yêu cầu nguyên tắc sau đây: - Trắc dọc có ảnh hưởng nhiều đến tiêu khai thác đường tốc độ xe chạy, khả thông xe, tiêu hao nhiên liệu an tồn giao thơng,… có ảnh hưởng lớn đến khối lượng cơng tác giá thành xây dựng, thiết kế đường đỏ phải đảm bảo tuyến lượn đều, thay đổi dốc, nên dùng độ dốc bé Chỉ nơi địa hình khó khăn sử dụng tiêu chuẩn giới hạn i max, imin, Lmax, Lmin, Rmin, Kmin, Khi thiết kế trắc dọc cần phối hợp chặt trẽ thiết kế bình đồ, trắc ngang, phối hợp đường cong nằm đường cong đứng, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo đường không bị gẫy khúc, rõ ràng hài hoà mặt thị giác, chất lượng khai thác đường tốc độ xe chạy, lực thơng xe, an tồn xe chạy cao, chi phí nhiên liệu giảm - Đảm bảo cao độ điểm khống chế theo suốt dọc tuyến đường - Đảm bảo thoát nước tốt từ đường khu vực hai bên đường Cần tìm cách nâng cao tim đường so với mặt đất tự nhiên đường đắp có chế độ thủy 137 nhiệt tốt so với đường đào Chỉ sử dụng đường đào đoạn tuyến khó khăn qua vùng đồi núi, sườn dốc lớn,… - Độ dốc dọc đoạn đường đào đắp thấp (cần phải làm rãnh dọc) không thiết kế nhỏ 0,5% (cá biệt 0,3%) để đảm bảo thoát nước tốt từ rãnh dọc lòng rãnh khơng bị ứ đọng bùn cát - Khi thiết kế đường đỏ cần ý đến điều kiện thi công Hiện chủ yếu thi công giới nên trắc dọc đổi dốc lắt nhắt không thuận lợi cho thi công, cho tu bảo dưỡng khai thác đường - Trắc dọc cơng trình vượt qua dòng nước cần thiết kế cho đảm bảo cao độ, độ dốc, chiều dài đoạn dốc, đường cong nối dốc hợp lý đảm bảo thoát nước tốt ổn định chung tồn cơng trình 4.4.2 Xác định điểm khống chế thiết kế đường đỏ - ảnh hưởng điều kiện địa hình thiết kế trắc dọc 4.4.2.1 Xác định điểm khống chế thiết kế đường đỏ: Các điểm khống chế điểm cao độ đường xác định Có hai loại điểm khống chế: loại xác định xác cao độ đường chỗ giao mức với đường sắt, với đường ô tô khác Các điểm khống chế khác xác định theo trị số chiều cao đắp tối thiểu so với mặt đất tự nhiên cao độ mặt cầu, cao độ đắp khu vực ngập nước, cao độ đắp cống,… Cao độ đường đỏ điểm khống chế quy định sau: - Cao độ thiết kế mép đường đoạn ven sông, đầu cầu nhỏ, cống, đoạn qua cánh đồng ngập nước phải cao mức nước ngập theo tần suất tính tốn (có xét đến mức nước dềnh chiều cao sóng vỗ) 0,5 Tần suất thiết kế đường quy định : + Đường cao tốc : 1% + Đường cấp I, II : 2% + Đường cấp khác : 4% - Cao độ đường đáp vị trí cống tròn phải đảm bảo chiều cao đất đắp tối thiểu 0,5m để cống không bị vỡ lực va đập lốp xe ô tô Khi chiều dầy áo đường dầy 0,5 m, độ chênh cao phải đủ để thi công chiều dầy áo đường Nếu khơng thỏa mãn u cầu dùng cống chịu lực cống bản, cống hộp,… - Cao độ đáy áo đường phải cao mực nước ngầm tính tốn (hay mực nước đọng thường xun) trị số cao độ ghi bảng 4.8 - Cao độ đường đỏ vị trí cầu quy định sau (Hình 4.6): 138 Làn xe leo dốc thường xem xét đường hai xe khơng có dải phân cách giữa, điều kiện vượt xe bị hạn chế Cấu tạo bố trí xe phụ leo dốc: - Bề rộng phụ leo dốc 3,50 m, trường hợp khó khăn cho phép giảm xuống 3,00 m; - Nên bố trí thành tuyến độc lập, không được, phụ leo dốc đặt phần lề gia cố; bề rộng lề gia cố khơng đủ mở rộng thêm cho đủ 3,50 m (3,00 m) bảo đảm lề đất rộng đủ 0,50 m (Tại đoạn leo dốc xe đạp xe thô sơ với xe tải phụ leo dốc) - Đoạn chuyển tiếp sang xe phụ phải đặt trước điểm bắt đầu lên dốc 35 m mở rộng dần theo hình nêm theo độ mở rộng 1:10 ; đoạn chuyển tiếp từ xe phụ trở lại xe vuốt nối hình nêm kể từ điểm đỉnh dốc với độ thu hẹp 1:20 (chiều dài đoạn vuốt nối hình nêm 70 m) Lµn phơ leo dèc Lµn xe chÝnh Lµn xe Làn phụ leo dốc Bì nh đ Tr¾ c däc Hình 4.14 Bố trí phụ leo dốc đường xe 4.8.2 Làn chuyển tốc Làn chuyển tốc bố trí chỗ xe chuyển hướng vào đường khác cấp Khi xe từ đường có tốc độ thiết kế thấp vào đường có tốc độ thiết kế cao, ta phải bố trí tăng tốc Ngược lại, ta có giảm tốc Làn giảm tốc cấu tạo theo kiểu song song theo kiểu nối trực tiếp (xem hình 4.15 a b) tăng tốc cấu tạo theo kiểu song song (theo hình c) Làn chuyển tốc rộng 3.50m Chiều dài đoạn hình nêm tối thiểu dài 35m (mở rộng 1m chiều dài 10m) Chiều dài đoạn chuyển tốc tính theo gia tốc dương 1m/s2, gia tốc âm 2m/s 2.Chiều dài đoạn giảm tốc không 30m, chiều dài đoạn tăng tốc không 120m 154 Làn chuyển tốc nên đặt dốc dọc nhỏ 2% Khi buộc phải có dốc lớn 2% phải tính hiệu chỉnh theo dốc, nhân với hệ số 1.2 Các chỗ vào chuyển tốc phải đảm bảo đủ tầm nhìn tới xe mà xe gia nhập Hình 4.15 Các giải pháp bố trí chuyển tốc a - Chỗ kiểu bố trí song song b - Chỗ kiểu nối trực tiếp c - Chỗ vào đường cao tốc kiểu bố trí song song - Đường nhánh - Đoạn chuyển tốc (giảm tốc với trường hợp a b; tăng tốc với trường hợp hình c); - Đoạn chuyển hình nêm; - Đường nhánh kiêm ln chức chuyển chuyển tốc 4.9 NĂNG LỰC THÔNG HÀNH CỦA ĐƯỜNG Những khái niệm lực thông hành mức phục vụ đường trình bày phần 1.2 chương 1, nghiên cứu mơ hình phương pháp tính lực thơng hành phổ biến 4.9.1 Mơ hình động lực học đơn giản Mơ hình động lực học đơn giản thường dùng để tính lực thơng hành lý thuyết xe Theo phương pháp này, người ta quan niệm xe, dòng xe có loại (xe con) chạy tốc độ v (m/s) cách cự ly an toàn tối thiểu d (m) để đảm bảo an tồn Cơng thức xác định lực thông hành: 155 N lth = 3600v 1000V = , xe / h d d Trong đó: Nlth – khả thơng xe lý thuyết lớn xe, xe/h; V – tốc độ xe chạy cho dòng xe, km/h; d - khoảng cách tối thiểu hai xe, gọi khổ động học dòng xe Giá trị khổ động học d phân tán, cụ thể: - Nhóm thứ nhất: tác giả Greenshields, Svante, Đađenkốp quan niệm d gồm có chiều dài xe lx, chiều dài xe chạy lúc kịp phản ứng tâm lý l pư đoạn dự trữ l0 - Nhóm thứ hai : tác giả Berman, Saar, Birulia, Alison với d bao gồm thêm chiều dài hãm xe Sh (xem hình 4.16) d = lpư +Sh +lo +lx v lpu Sh d l0 lx Hình 4.16 Khổ động học xe theo Berman, Saar, Birulia, Alison Trong đó: lpu – chiều dài xe chạy thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lpu = V/3,6 (m); Sh – chiều dài đường mà xe trình hãm phanh, Sh = K.V 254( ϕ ± i ) l0 – cự ly an toàn, – 10m; lx – chiều dài xe, m; Do đó: N lth = - 1000V , xe / h V K.V + + l0 + lx 3,6 254( ϕ ± i ) Nhóm thứ ba : tác giả Phixenson, Elide với d bao gồm thêm vào đoạn hiệu chiều dài hãm xe hai xe Sh2-Sh1 Nhóm thứ tư : chủ trương xác định d thực nghiệm 156 Vì d hàm bậc V nên lập quan hệ V N ta thấy ứng với tốc độ cho khả thông xe lớn nhất, tốc độ xe chạy tăng lên giảm xuống làm cho khả thơng xe giảm theo (xem hình 1.9b) khoảng tốc độ ứng với lực thông xe lớn vào khoảng 40-60 km/h Cực trị N theo nhóm không tồn tại, điều không hợp lý, theo nhóm 2, cực trị 2700 xe/h, nhóm 1060 xe/h nhóm 1600 xe/h 4.9.2 Quan điểm Nga: Trường phái Nga tính tốn lực thơng hành thực tế cách đưa vào hệ số chiết giảm tùy thuộc vào điều kiện thực tế 15 N tt = N max ∏ K i (xe/h) i =1 Với Nmax khả thông xe thực tế lớn đề nghị Nmax=2000xe/h/làn với 15 hệ số chiết giảm K phụ thuộc vào điều kiện thực tế sau: Bảng 4.14 Hệ số K1 kể tới chiều rộng phần xe chạy Trị số K1 phần xe chạy có Chiều rộng xe, (m) Nhiều xe xe 0,90 0,96 1,00 350 1,00 158 Bảng 4.20 Hệ số K7 kể tới bán kính đường cong nằm Bán kính đường Trị số K7 Bán kính đường Trị số K7 cong nằm (m) cong nằm (m) < 100 0,85 450-600 0,99 100-250 0,90 > 600 1,00 250-450 0,96 Bảng 4.21 Hệ số K8 kể tới hạn chế tốc độ Tốc độ hạn chế Trị số K8 Tốc độ hạn chế (km/h) (km/h) 10 0,44 40 20 0,76 50 30 0,88 60 Trị số K8 0,96 0,98 1,00 Bảng 4.22 Hệ số K9 kể tới ảnh hưởng nút giao thông Đường nối vào Lượng xe rẽ trái (%) Giao cắt Hệ số K9 chiều rộng phần xe chạy đường (m) 7,00 7,50 10,50 7,00 7,50 20 40 60 80 Nút đơn giản 0,97 0,98 1,00 0,94 0,95 0,85 0,87 0,92 0,82 0,83 0,73 0,75 0,83 0,70 0,71 0,60 0,62 0,75 0,57 0,58 0,45 0,47 0,72 0,41 0,41 Có phân luồng phận đảo an tồn, khơng có đường cong chuyển tiếp 1,00 1,00 1,00 0,98 0,99 0,97 0,98 1,00 0,97 0,98 0,93 0,94 0,97 0,91 0,92 0,87 0,88 0,93 0,84 0,85 0,87 0,88 0,92 0,84 0,85 0-60 80 Phân luồng hoàn toàn, 1,00 1,00 1,00 0,98 0,99 0,95 20 40 60 80 1,00 0,97 1,00 0,97 10,50 0,98 0,91 0,82 0,73 0,70 1,00 0,99 0,97 0,93 0,92 1,00 0,98 Bảng 4.23 Hệ số K10 kể tới tình trạng lề đường 159 Loại hình gia cố tình trạng lề đường Mặt đường cấp cao Gia cố đá dăm Thềm cỏ Hệ số K10 Loại hình gia cố tình trạng lề đường Khơng gia cố, khô Ẩm bẩn 1,00 0,99 0,95 Bảng 4.24 Hệ số K11 kể tới loại mặt đường Hệ số K11 Loại lớp mặt Loại lớp mặt Bê tông nhựa nhám Bê tông nhựa nhẵn Bê tông xi măng lắp ghép 1,00 0,91 0,86 Lát đá Mặt đường đất cứng Mặt đường đất mềm Hệ số K10 0,90 0,45 Hệ số K11 0,42 0,90 0,1-0,3 Bảng 4.25 Hệ số K12 kể tới vị trí cơng trình đường Hệ số K12 Vị trí chỗ nghỉ, trạm xăng, chỗ đỗ xe so với phần xe chạy Hoàn toàn cách ly, có đường rẽ riêng Hồn tồn cách ly, có đường nối mở rộng Hồn tồn cách ly, khơng có xe nối Khơng cách ly 1,00 0,98 0,80 0,64 Bảng 4.26 Hệ số K13 kể tới phân xe phần xe chạy Hệ số K13 Phương pháp tổ chức giao thông Vạch tim đường Vạch tim đường vạch định hướng Vạch kép tim đường Có biển báo hạn chế tốc độ Có biển xe 1,02 1,05 1,12 K13=K8 1,10 Bảng 4.27 Hệ số K14 kể tới diện đường cong chuyển tiếp rẽ xe Hệ số K14 cho xe Loại đường cong chuyển Cường độ xe đường tiếp chuyển tốc rẽ so với cường độ xe Bên phải Bên trái đường trục (%) Làn xe chuyển tiếp tách khỏi phần xe chạy Loại thơng thường Khơng có đường cong chuyển tiếp 10-15 25-40 10-15 25-40 10-25 25-40 0,95 0,90 0,88 0,83 0,80 0,75 Bảng 4.28 Hệ số K15 kể tới thành phần dòng xe 160 1,00 0,95 0,95 0,90 0,90 0,80 Tỷ lệ số xe bus (%) 10 15 20 30 Hệ số K15 số xe chiếm (%) 70 0,82 0,80 0,77 0,75 0,73 0,70 50 0,76 0,75 0,73 0,71 0,69 0,66 40 0,74 0,72 0,71 0,69 0,68 0,64 30 0,72 0,71 0,69 0,67 0,66 0,63 20 0,70 0,69 0,67 0,66 0,64 0,61 10 0,68 0,66 0,65 0,64 0,62 0,60 4.9.3 Quan điểm HCM [20]: Theo quan điểm HCM (nhóm tác giả Highway Capacity Manual) lực thông hành số xe hợp lý thông qua mặt cắt, đoạn tuyến điều kiện phổ biến đường dòng xe đơn vị thời gian Năng lực thông hành đường xe: Phần trăm thời gian bịcản trở (%) Nng lc thơng hành đường xe (đường ngồi thị, xét đoạn có mặt cắt ngang đường ổn định, có hai chiều xe chạy, chiều có xe, khơng bao gồm đoạn có nút giao thông hay giao cắt mức) 1700 xcqđ/h cho chiều xe chạy Khả thông xe không phụ thuộc vào phân bố xe đường, ngoại trừ đoạn đường xe kéo dài không vượt 3200 xcqđ/h cho hai nhiều xe chạy Với đoạn đường có hai xe chiều dài nhỏ, (ví dụ cầu, đoạn đường hầm) khả thơng xe đạt 3200 - 3400 xcqđ/h E D C B A Vận tốc xe chạ y trung bì nh (km/h) Hình 4.17 Biểu đồ tiêu chuẩn mức phục vụ đường xe Bảng 4.29 Tiêu chuẩn mức phục vụ đường xe cấp I 161 LOS A B C D E Phần trăm thời gian bị cản trở (%) ≤ 35 > 35 - 50 > 50 – 65 > 65 - 80 > 80 Vận tốc xe chạy trung bình (km/h) > 90 > 80 - 90 > 70 – 80 > 60 - 70 ≤ 60 Chú ý: Mức phục vụ F sử dụng suất dòng vượt q khả thơng xe đoạn đường phân tích Bảng 4.30 Tiêu chuẩn mức phục vụ đường xe cấp II LOS Phần trăm thời gian bị cản trở (%) A ≤ 40 B > 40 - 55 C > 55 – 70 D > 70 - 85 E > 85 Chú ý: Mức phục vụ F sử dụng suất dòng vượt q khả thơng xe đoạn đường phân tích Năng lực thông hành đường nhiều xe: Có thể sử dụng bảng 4.31 để xác định khả thông xe mức phục vụ: Bảng 4.31 Tiêu chuẩn mức phục vụ cho đường nhiều xe Mức phục vụ (LOS) FFS (vận tốc xe Tiêu chuẩn chạy tự do) A B C D Mật độ xe lớn (xe/km/làn) 100 km/h 162 11 16 22 25 Tốc độ trung bình (km/h) 100.0 100.0 98.4 91.5 88.0 Tỷ số v/c lớn 0.32 0.50 0.72 0.92 1.00 Suất dòng phục vụ lớn (xe/giờ/làn) 700 1100 1575 2015 2200 11 16 22 26 Tốc độ trung bình (km/h) 90.0 90.0 89.8 84.7 80.8 Tỷ số v/c lớn 0.30 0.47 0.68 0.89 1.00 Suất dòng phục vụ lớn (xe/giờ/làn) 630 990 1435 1860 2100 Mật độ xe lớn (xe/km/làn) 90 km/h E FFS (vận tốc xe chạy tự do) 80 km/h 70 km/h Tiêu chuẩn Mức phục vụ (LOS) A B C D E Mật độ xe lớn (xe/km/làn) 11 16 22 27 Tốc độ trung bình (km/h) 80 80 80 77.6 74.1 Tỷ số v/c lớn 0.28 0.44 0.64 0.85 1.00 Suất dòng phục vụ lớn (xe/giờ/làn) 560 880 1280 1705 2000 Mật độ xe lớn (xe/km/làn) 11 16 22 28 Tốc độ trung bình (km/h) 70 70 70 69.6 67.9 Tỷ số v/c lớn 0.26 0.41 0.59 0.81 1.00 Suất dòng phục vụ lớn (xe/giờ/làn) 490 770 1120 1530 1900 4.9.3 Phương pháp mô xác định lực thông hành Mô việc mơ tả lại q trình, hệ thống thực tế thơng qua q trình hay hệ thống khác, với qui mơ khác máy tính Mơ giao thơng có từ sớm, vào năm 1960 1970 Cho đến nay, mô hình mơ (hay chương trình mơ phỏng) có bước tiến vượt bậc áp dụng rộng rãi, nước phát triển thể vai trò bật vấn đề quản lý quy hoạch giao thơng Các mơ hình mơ nhìn chung theo hướng lớn: mơ hình mơ vĩ mơ mơ hình mơ vi mơ Mơ hình mơ vĩ mơ Mơ hình mơ vĩ mơ mơ hình nghiên cứu dựa quan hệ toán học xác định, đúc kết từ kết nghiên cứu, khảo sát trực tiếp đoạn đường hay vị trí nút giao thông mạng lưới đường hay giao thông khu vực Trong mơ hình mơ vĩ mơ, dòng xe đơn giản hố mơ hình hố dựa mơ hình dòng chất lỏng hay dòng chất khí Dựa hệ phương trình tốn học mơ hình dòng (Navier-Stokes, Boltzmann) người ta xây dựng quan hệ toán học cho dòng giao thơng với thơng số tương đương mang ý nghĩa đặc trưng cho dòng giao thơng, chúng xác dịnh sở thực nghiệm Trong thực tế mơ hình hố dòng giao thơng dựa mơ hình dòng chất lỏng sử dụng nhiều 163 Các thơng số hệ phương trình Navier-Stokes xem xét dòng giao thơng mật độ, vận tốc lưu lượng Mơ hình mơ vĩ mô giống với phương pháp nghiên cứu dòng giao thơng cổ điển Q trình giao thơng vùng hành quan sát góc độ vĩ mơ, tức xem xét dòng giao thơng cách tổng thể Tính chất q trình giao thơng tính chất chung tất phương tiện - tính chất dòng xe Tuỳ theo giả thiết mà tính chất thể mơ hình dạng phương trình tốn học, tham số…, điều quan trọng chúng phải đảm bảo phương trình liên tục mơ hình mơ vĩ mơ Tuy nhiên, xét q trình giao thơng mức độ vĩ mơ nên yếu tố mang tính chất chi tiết có ảnh hưởng đến q trình giao thơng hành vi cá nhân điều khiển phương tiện, tính chất loại xe… không xét đến Do vậy, mơ hình mơ vĩ mơ thường khơng thích hợp nghiên cứu q trình giao thơng nơi giao hay đoạn đường giao thơng thị, nơi mà tính chất đối tượng tham gia giao thơng có ảnh hưởng lớn đến hoạt động q trình giao thơng Điểm quan trọng xây dựng mơ hình vĩ mơ việc áp dụng phương trình tốn học cho phù hợp với điều kiện giao thông thực tế Chính mà có nhiều mơ hình mơ vĩ mơ áp dụng nay, chẳng hạn mơ hình mơ vĩ mơ sử dụng HCM, mơ hình động học, mơ hình khí động học, tác giả, tương ứng với điều kiện nghiên cứu thực tiễn lại dựa mơ hình để xây dựng nên mơ hình phù hợp Mơ hình mơ vi mơ Về bản, mơ hình mơ vi mơ, tên gọi nó, mơ tả lại hoạt động q trình giao thơng với mức độ chi tiết cao Những mơ hình thuộc kiểu mơ vi mơ đặc trưng với việc mô tả phương tiện giao thông đồng thời với tương tác đối tượng hệ thống giao thông bao gồm đối tượng đơn lẻ Phương tiện giao thơng người điều khiển phương tiện giao thông thống với đối tượng, gọi đối tượng giao thơng Đối tượng có đặc tính phương tiện giao thơng đồng thời có đặc tính người điều khiển phương tiện giao thơng đó; ví dụ có phương tiện xe ô tô tham gia giao thông, người điều khiển người trung niên đối tượng có thuộc tính kích thước kích thước xe ô tô con, tốc độ lớn 40 km/h (tuỳ thuộc vào người điều khiển phương tiện, phương tiện tham gia giao thơng có khả đáp ứng cao hơn) Q trình mơ tiến hành cách “thả” đối tượng giao thông vào mơi trường ảo máy tính tạo (là khu vực cần nghiên cứu tái lại máy tính) Với thuộc tính đối tượng quy tắc xác định trước, đối tượng giao thơng hoạt 164 động theo q trình đó, tạo nên hoạt động giao thông khu vực cần mô Ưu điểm bật mơ hình mơ vi mơ so với mơ hình mơ vĩ mơ mức độ xác cao Do xét đến đối tượng đơn lẻ nên khả tích hợp thuộc tính loại đối tượng hổ trợ tối đa bên mơ hình Đã có chương trình hỗ trợ chi tiết đến mức, đặc tính loại xe khác xét đến Ngoài ra, dựa vào kết q trình mơ vi mơ, người ta dẫn xuất hàng loạt yếu tố khác có liên quan đến q trình giao thơng (điều mà mơ hình mô vĩ mô làm được) như: mức độ phục vụ LOS; mức độ ô nhiễm tiếng ồn, khí thải; tiêu hao nhiên liệu phương tiện;… đoạn đường hay khu vực giao thông nghiên cứu Bảng 4.32 Một số phần mềm mô giao thông STT Tên phần mềm Loại Cơ quan xây dựng phần mềm Nước 01 VISSIM vi mô PTV System Đức 02 SimTraffic vi mô Trafficware Mỹ 03 DYNASIM vi mô Dynalogic Pháp 04 PARAMICS vi mô Quadstone Anh 05 FREQ vĩ mô California Department of Transportation Mỹ 4.10 XÁC ĐỊNH SỐ LÀN XE TRÊN ĐƯỜNG Theo nguyên lý việc xác định số xe cân cung (năng lực thông hành phần xe chạy) cầu (lưu lượng vận chuyển ngày đêm năm tương lai) điều kiện định chất lượng dòng xe hay mức độ phục vụ Cầu: Cường độ xe đưa vào tình tốn cường độ xe ngày đêm trung bình năm tương lai, xác định theo điều tra dự báo ngoại suy Cung: Khả đáp ứng phần xe chạy không đơn giản tổng khả thơng hành xe Nó gắn với chất lượng dòng xe hay chất lượng phục vụ 4.10.1 Xác định số xe mặt cắt ngang đường Cơng thức tính tốn: n lx = N cđgiờ Z.N lth Trong đó: 165 nlx – số xe yêu cầu, số nguyên, nên số chẵn, trừ trường hợp hai chiều xe có lượng chênh lệch đáng kể có tổ chức giao thơng đặc biệt Ncđgiờ – lưu lượng xe thiết kế cao điểm, xcqđ/h Nlth – Năng lực thông hành tối đa, lấy sau: - Khi có phân cách xe chạy trái chiều phân cách ô tô với xe thô sơ lấy 1.800xcqđ/h; - Khi có phân cách xe chạy trái chiều khơng có phân cách tơ với xe thơ sơ lấy 1.500xcqđ/h; - Khi khơng có phân cách trái chiều ô tô chạy chung với xe thô sơ lấy 1.000xcqđ/h; Z – hệ số sử dụng lực thông hành, lấy sau: - Vtt ≥ 80km/h 0,55 - Vtt = 60km/h 0,55 cho vùng đồng bằng; 0,77 cho vùng đồi núi; - Vtt ≤ 40km/h 0,85 Số xe thường 1, 2, 4, số xe lớn đặt vấn đề xây dựng tuyến để đáp ứng yêu cầu giao thông 4.10.2 Dự báo lượng giao thông năm tương lai Dự báo theo quy luật hàm số mũ Nt = N1(1+q)t-1 Trong : Nt – LL xe chạy ngày đêm trung bình năm (xe/nđ) năm tương lai N1 – LL xe chạy ngày đêm trung bình năm (xe/nđ) năm đầu t – Thời gian dự báo kể từ năm (năm) q – Tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm Tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm q xác định theo chuỗi số liệu quan trắc dự báo p theo tương quan với tiêu kinh tế vĩ mô GDP hàng năm Với tăng trưởng kinh tế nước ta lấy giá trị tỷ lệ tăng trưởng q từ đến 12% Dự báo theo quy luật hàm số tăng tuyến tính Nt = N1[1+q(t-1)] Quy luật phù hợp với tăng trưởng giao thông không nhiều vùng xét dùng để dự báo sau thời kỳ tăng theo hàm số mũ 166 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Xác định độ dốc dọc chiều dài đoạn dốc Chiết giảm độ dốc dọc đường cong có bán kính nhỏ Tác dụng đường cong đứng, xác định bán kính tối thiểu đường cong đứng Các nguyên tắc lựa chọn bán kính chiều dài đường cong đứng Tính tốn đường cong đứng Trình bày yêu cầu nguyên tắc thiết kế trắc dọc Phương pháp thiết kế trắc dọc Phương pháp lập đồ thị tốc độ xe chạy Trắc ngang đặc trưng chủ yếu trắc ngang Năng lực thông hành đường 10 Xác định số xe đường 167 168