Chuong5 thiet ke duong

CHƯƠNG THIẾT KẾ CẢNH QUAN VÀ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ TUYẾN ĐƯỜNG Ơ TƠ 5.1 MỤC ĐÍNH THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ Khi thiết kế tuyến đường phải tranh thủ tạo điều kiện đường thuận lợi cho người lái xe có khả phát huy hết khả động lực ô tô Theo quan điểm thiết kế đường tơ đại, để thiết kế hình học đường cần phải phân biệt rõ hai loại đường Loại thứ đường cho loại xe chạy với tốc độ thấp (Vtt < 50 km/h), tốc độ loại xe giới đại cần thiết dừng xe đột ngột tức thời khoảng giây (10m đến 15m quãng đường chạy xe) Gần trường hợp khoảng cách đảm bảo dễ dàng đường vấn đề an tồn giao thơng đường loại đơn giản Có thể coi mơ hình “ Đường – Xe “ phù hợp với loại đường Loại đường thứ hai đường cho xe chạy với tốc độ cao (V tt ≥ 50 km/h) Đường tốc độ cao người lái xe đánh giá đường đưa định điều khiển xe chạy khác nhiều với mơ hình động lực học chạy xe nói Q trình thiết kế đường trở nên phức tạp nhiều để có đường chạy xe an tồn Người lái xe khơng bị rơi vào tình trạng nguy hiểm đường giao thông gây nên Đối với đường ô tô tốc độ cao, hình dạng chung đường trước mắt người lái xe, giúp họ đánh giá đắn diễn biến đường để chọn phương thức chạy xe đắn, kịp thời, quan trọng nhiều so với yếu tố hình học mặt cắt riêng rẽ Một đường an toàn tạo nên phối hợp có chủ ý yếu tố mặt cắt đường không gian chung quanh đường Sự phối hợp hợp lý tích lũy từ kinh nghiệm khai thác đường rút từ tính tốn Tuyến đường đường khơng gian hài hoà, đặn phù hợp với cảnh quan môi trường xung quanh đồng thời lợi dụng cảnh quan để tô điểm cho đường, gây cho người lái xe ý cần thiết nhận rõ hướng tuyến Mục tiêu chủ yếu việc thiết kế cảnh quan đường ôtô đảm bảo cho tuyến đường thiết kế hài hoà, đặn mặt thị giác, tránh phối cảnh khơng gian khơng tốt (bị bóp méo, bị gãy khúc) gây cho người lái xe phán đoán sai điều kiện xe chạy, đảm bào xe chạy an toàn êm thuận với tốc độ cao có phối cảnh hấp dẫn hành lang tuyến đường thiết kế, theo cách làm giảm mức đơn điệu tăng cường an tồn giao thơng Sự hài hoà tuyến đường thể hai khía cạnh hài hồ bên hài hoà bên ngoài: 132 - Sự hài hồ bên (internal harmony) mơ tả hài hồ nội thân đường lên dốc, xuống dốc chuyển hướng mái dốc taluy đường lên xuống quan hệ với tim đường Có nghĩa người thiết kế phải hình dung, tưởng tượng để trình thiết kế phải phối hợp yếu tố Bình đồ, Trắc dọc Trắc ngang Đây vấn đề trừu tượng, khó khăn dùng giấy bút mà người ta phải nhờ đến trợ giúp máy tính… - Sự hài hồ bên ngồi (external hamorny) mô tả phối hợp đường ôtô môi trường bên Kết hài hoà bên ngồi đường mơi trường tạo nên vẻ đẹp kiến trúc nguyên tắc tôn trọng môi trường phá vỡ Nhiệm vụ thiết kế cảnh quan: Kết hợp hài hoà yếu tố tuyến đảm bảo cho xe chạy thuận lợi, an toàn với tốc độ cao Đảm bảo hướng nhìn người lái Định tuyến yếu tố tuyến cho không sinh chỗ sai lệch quang học Đảm bảo tuyến kết hợp hài hồ với cảnh quan xung quanh khơng ảnh hưởng nhiều đến môi trường sinh thái Bảo vệ di tích lịch sử văn hố, vùng đất nông nghiệp quý giá 5.2 SỰ KẾT HỢP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẢNH QUAN MÔI TRƯỜNG 5.2.1 Nguyên tắc chung thiết kế cảnh quan Cảnh quan tổng hợp tác nhân điển hình thiên nhiên xuất nhiều lần khu vực chọn tuyến địa hình, địa vật, cỏ, ao hồ, có ảnh hưởng đến việc chọn tuyến đường Các loại cảnh quan đặc trưng: Vùng đồng bằng-Thảo nguyên, vùng đồi vùng núi Nguyên tắc chung thiết kế cảnh quan: - Đảm bảo cho tuyến đường trở thành đường không gian đặn, êm thuận Trong không gian đường không bị bóp méo, khơng gây sai lạc thị giác, hướng tuyến phải rõ ràng - Thiết kế quang học đường thơng báo cho lái xe rõ tình đường với lượng thông tin vừa phải Khi thiếu thơng tin phải tìm cách bổ sung biển báo, gương phản chiếu trồng cây, 5.2.2 Nguyên tắc tuyến vùng đồng thảo nguyên 133 Đặc điểm địa hình vùng điều hồ, khơng có chênh lệch lớn cao độ Địa hình thoải, dốc nhẹ khơng gặp chướng ngại vật lớn địa hình Nguyên tắc tuyến kết hợp với môi trường, không cắt nát địa hình, khơng nên làm đoạn thẳng dài q mà bố trí xen kẽ đường cong có bán kính lớn để giảm tai nạn đường đơn điệu gây 5.2.3 Nguyên tắc tuyến vùng đồi Vùng đồi có đặc điểm địa hình có nhiều thay đổi Muốn giảm bớt khối lượng công tác, tuyến nên theo đường cong lớn gắn với địa hình Những ta luy đào đắp nên có dạng thoải cong để tạo nên uốn lượn từ từ đường địa hình hai bên 5.1.4 Nguyên tắc tuyến vùng núi Vùng núi nơi cắm tuyến khó khăn, để tuyến phù hợp tốt với thiên nhiên tiết kiệm khối lượng đào đắp, cắm tuyến sử dụng tiêu chuẩn kỹ thuật giới hạn Thiết kế yếu tố đường nên, mặt đường, đường cong, tường chắn cách hài hoà, phù hợp với cảnh quan để thu hút hành khách ý để lại dấu ấn người chinh phục thiên nhiên Có thể thay đường đắp cao đường đắp độc lập để tăng ổn định tiết kiệm khối lượng Các ta luy đào, đắp cao nên chia bậc để trồng che 5.3 ĐI TUYẾN THEO ĐƯỜNG TANG VÀ TUYẾN CLOTHOID Đối với đường cấp thấp (V≤ 40km/h) thường tuyến theo đường tang Việc tuyến tạo tuyến đường cứng, gây khơng hài hồ êm thuận việc cắm tuyến, thi công dễ dàng Như chương trình bày, thiết kế đường cao tốc, đường cong clothoid chức đường cong chuyển tiếp nối từ đường thẳng vào đường cong tròn yếu tố độc lập có vai trò yếu tố đường thẳng yếu tố đường cong tròn, làm cho tuyến đường trở nên mềm mại, đặn không gian, phù hợp với địa hình cảnh quan mơi trường, êm thuận mặt thị giác phẳng mặt quang học tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao Phương pháp thiết kế tuyến coi đường cong clothoid yếu tố độc lập với đường thẳng đường cong tròn nguyên tắc kết hợp yếu tố với gọi phương pháp thiết kế tuyến clothoid, đặc biệt thích hợp để thiết kế bình đồ đường tơ cấp cao, đường cao tốc Trình tự thiết kế tuyến đường theo đường cong clothoide 134 Trên đồ với tỷ lệ lớn nghiên cứu địa hình cảnh quan thiên nhiên vùng cắm tuyến, đặc biệt đường chim bay để xác định điểm khống chế Trên đồ phân biệt vùng địa chất thuỷ văn bất lợi, khu di tích lịch sử văn hố, bảo tồn, Sau phải phác thảo tuyến đường nhằm thoả mãn yêu cầu phối hợp cảnh quan Có thể dùng thước nhựa dẻo uốn lượn qua điểm khống chế Khi có dạng tuyến sơn bộ, chọn bán kính đường cong tròn phù hợp sau nối đường cong tròn đường cong clothoide Nghiên cứu phối hợp yếu tố tuyến Định vị lần cuối tuyến đường: Điểm đầu, điểm cuối, cọc tuyến, thể tuyến yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, 5.4 SỰ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA TUYẾN 5.4.1 Mục đích phối hợp yếu tố tuyến Sự phối hợp yếu tố tuyến nhằm: - Tạo tầm nhìn tốt, cung cấp đầy đủ thông tin cho người lái xe để kịp thời xử trí tình - Tạo tâm lý tin cậy, thoải mái để người lái có mơi trường lao động tốt, mệt nhọc có hiệu suất cao - Tránh chỗ khuất, nơi gây ảo giác làm người lái phân tâm, xử lý khơng đắn - Tạo cơng trình phù hợp cảnh quan, góp phần nâng cao vẻ đẹp khu vực đặt tuyến Các quy định buộc phải thực đường có tốc độ thiết kế 80km/h, khuyến khích thực với đường có tốc độ thiết kế 60km/h định hướng cho đường cấp khác Sự phối hợp phải ý thức thường trực người thiết kế thực tế không đội giá xây dựng lên nhiều Khi phí tổn gia tăng, phải xét hiệu đồng vốn 5.4.2 Phối hợp yếu tố bình đồ Ảnh hưởng độ cong bình đồ đường đến tốc độ xe chạy trình bày hình 5.1 Góc chuyển hướng bình qn nhỏ tốc độ xe chạy cao Điều có hai mặt xấu tốt thiết kế khai thác đường nhằm đảm bảo an tồn giao thơng Đường thẳng việc đạt tốc độ tính tốn dễ dàng Đường thẳng làm xuất nguy xe chạy vượt tốc độ cho phép nhiều, mặt xấu Đường thẳng bình đồ hay dẫn đến 135 đánh giá sai lầm trắc dọc đường (độ dốc bị khuyếch đại) làm cho người lái xe giảm tốc xuống mức cần thiết gây nên xung đột nguy hiểm từ phía sau xe 140 v Vm :Tốc độ trung bì nh V85 :Tốc ®é 85% 130 Km h 120 110 100 v85 90 80 70 vm 10 15 20 25 §é DC 100m Hình 5.1 Ảnh hưởng độ cong bình đồ đường đến tốc độ chạy xe Sự phối hợp đường cong bình đồ đường hình 5.2 phải tạo nên đường hài hòa để đường cong người lái xe đánh giá B× nh đồ c ong hài hoà Rmin Bì nh đồ cong không hài hoà Rmin Hỡnh 5.2 S phi hp đường cong bình đồ đường Dưới trình bày số nguyên tắc phối hợp yếu tố tuyến bình đồ 1.Trên bình đồ, tuyến nhiều đường cong bán kính lớn tốt đoạn thẳng dài chêm đường cong ngắn, tuyến lợi dụng địa hình (men bìa rừng, ven đồi, theo sông) tốt cắt, phải làm cơng trình đặc biệt (tường chắn, cầu cạn ) 136 Góc chuyển hướng nhỏ phải bố trí bán kính cong nằm lớn Bảng5.1 Bán kính cong nằm tối thiểu phụ thuộc vào góc chuyển hướng Góc chuyển hướng, độ Bán kính đường cong nằm tối thiểu, m Cấp I cấp II Vtt  100km/h Các cấp khác 20 000 14 000 8000 6000 4000 2000 1500 10 000 6000 4000 3000 2000 1000 800 Tránh thay đổi đột ngột: - Các bán kính cong nằm kề có trị số không lớn lần - Cuối đoạn thẳng dài khơng bố trí bán kính cong tối thiểu - Nên có chiều dài đoạn cong xấp xỉ lớn chiều dài đoạn thẳng chêm trước Khi đường có phần xe chạy chiều chiều tách biệt, nên thiết kế thành tuyến có đường độc lập, dải phân cách mở rộng để hồ hợp địa hình, biến thành hai đường riêng biệt, tiết kiệm khối lượng, cơng trình đẹp ổn định 5.4.3 Phối hợp yếu tố trắc dọc Tránh thay đổi dốc lồi lõm lắt nhắt đoạn đường ngắn sau đoạn đường thẳng dài Bán kính đường cong đứng nên dùng trị số lớn (2-4)R để đảm bảo yêu cầu thu nhận thị giác Nếu tuyến nằm đoạn thẳng bình đồ đường cong đứng liên tiếp chiều (nhất với đường cong đứng lõm) không nên bố trí đoạn dốc ngắn mà thay đường cong có bán kính lớn Thiết kế đường cong đứng có chiều dài lớn chiều dài hãm xe 5.4.4 Phối hợp bình đồ mặt cắt dọc Trong trình thiết kế yếu tố hình học đường ôtô, sử dụng đoạn thẳng, đường cong đứng, đường cong bằng, độ dốc để thiết kế Tuy nhiên, yếu tố tuyến bình đồ trắc dọc khơng thể thiết kế độc lập mà chúng phải phối hợp với Việc phối hợp tốt yếu tố bình đồ trắc dọc làm tăng mức độ hài hoà, êm thuận, tăng cường cảnh quan mà không mát chi phí Ngược lại phối hợp khơng tốt sinh ảo giác, nhiều vị trí tuyến đường có cảm giác bị gãy khúc, xoắn đổi hướng bất ngờ 137 Đối với đường cao tốc đường có dải phân cách cố định, để định vị tuyến đường thực địa việc thiết kế tuyến đảm bảo cảnh quan yếu tố định a) Bình đồ b) Trắc dọc c) Hình ảnh đường Hình 5.3 Sự phối hợp kinh điển bình đồ trắc dọc đường Sự phối hợp lý tưởng bình đồ trắc dọc trình bày hình 5.4 138 i=0 i Đ ờng c ong đứng lồi Trắc dọc P Đ ờng c ong đứng lõm i=0 Đ ờng c ong đứng lồi q Bì nh đồ Hỡnh 5.4 Sự phối hợp lý tưởng bình đồ trắc dọc đường Trong phối hợp cần phải tránh cho đường không bị “lặn” hình 5.5 Hình 5.5 Đường lặn Hoặc khơng làm cho trắc dọc đường bị đánh giá sai hình 5.6 hình 5.7 Hình 5.6 Trắc dọc lồi lõm phối hợp với bình đồ có độ cong nhỏ 139 Hình 5.7 Một đoạn thẳng ngắn trắc dọc cầu gây cảm giác sai lầm Trong trường hợp phức tạp cần phải cân nhắc nhiều phương án phối hợp bình đồ trắc dọc khác để cho thông tin đường đến với người lái xe kịp thời xác Hình 5.8 Trình bày phương án phối hợp hình ảnh đường tạo Để làm rõ hình ảnh đường đơi phải dùng đến cơng trình nhân tạo có chủ đích Hình 5.8 Các phương án phối hợp hình ảnh đường tạo Như để phối hợp tốt yếu tố tuyến bình đồ trắc dọc người kỹ sư thiết kế tham khảo số nội dung mang tính chất hướng dẫn sau: 140 Các đường cong đoạn dốc phải cân nhắc kỹ lưỡng Đoạn dốc dài, đoạn thẳng đoạn cong lớn vị trí dốc đứng đường cong có bán kính châm trước với độ dốc siêu cao nhỏ không hợp lý Một thiết kế hợp lý thiết kế cố gắng không sử dụng tiêu chuẩn giới hạn… Tránh bố trí nhiều đường cong đứng đoạn thẳng dài (hoặc đường cong nằm có bán kính lớn) Sự đổi dốc liên tục trắc dọc không phối hợp tốt với đường cong nằm gây cho người lái xe ảo giác tuyến đường bị lồi lõm bất thường tạo nên tuyến có nhiều chỗ khuất Tránh bố trí nhiều đường cong nằm đoạn tuyến phẳng tạo nên tuyến quanh co Khơng đặt đường cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh đường cong đứng lồi Tình gây nguy hiểm cho người lái xe người lái xe khơng nhận thấy đổi hướng tuyến đặc biệt vào ban đêm Cố gắng để số đường cong nằm số đường cong đứng nên bố trí trùng đỉnh Khi phải bố trí lệch, độ lệch hai đỉnh đường cong (nằm đứng) không lớn 1/4 chiều dài đường cong nằm Khi đường cong đứng bố trí trùng đỉnh với đường cong nằm đỉnh đường cong nằm nên bố trí trước đỉnh đường cong đứng theo hướng rẽ trái, theo hướng rẽ phải đỉnh bố trí sau Đường cong nằm nên dài trùm phía ngồi đường cong đứng (mỗi bên từ 20-100m) Khơng bố trí đường cong đứng có bán kính nhỏ nằm đường cong nằm (sẽ tạo u lồi hay hố lõm) Nên đảm bảo R lõm >R nằm Cả đường cong đứng đường cong nằm cần phải tăng bán kính tiếp cận nút giao thông, nơi mà việc đảm bảo tầm nhìn quan trọng Mặc dù tính thẩm mỹ tuyến tăng lên phối hợp đường cong đứng đường cong bằng, nhiên người thiết kế phải ý phối hợp có khả sinh ảo giác Đường cong đứng lồi làm cho đường cong xuất với bán kính lớn so với thực tế đường cong đứng lõm lại làm cho đường cong bị nhỏ Chiều dài đường cong đứng nhỏ ảnh hưởng rõ nét Nếu đường cong nằm có bán kính nhỏ đường cong đứng lồi làm cho người lái xe trì tốc độ cao mức an tồn cho phép Trong đó, đường cong đứng lõm làm cho người lái xe có định hướng khơng chí phanh đột ngột không cần thiết Để phối hợp tốt đường cong đứng đường cong nằm, cần sử dụng đường cong nằm có trị số bán kính lớn trị số tối thiểu tuỳ theo tốc độ thiết kế Một vài nội dung khác mang tính chất hướng dẫn là: Việc thiết kế đường cong nằm có bán kính tối thiểu cuối dốc gắt gần điểm thấp 141 đường cong đứng lõm có bán kính nhỏ khơng hợp lý Như nói tuyến đường có cảm giác bị ngắn lại, xuống cuối dốc tốc độ xe chạy thường lớn gây cho người lái xe phản ứng điều khiển xe chạy không hợp lý, vào ban đêm 5.4.5 Phối hợp bình đồ, trắc dọc trắc ngang Việc phối hợp yếu tố tuyến bình đồ, trắc dọc trắc ngang trước hết yếu tố sử dụng tiêu tốt tiêu giới hạn sau phối hợp yếu tố tuyến với để tạo tuyến đường đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế Sự phối hợp trắc ngang trắc dọc đảm bảo thỏa mãn yêu cầu điểm khống chế điểm mong muốn trình bày chương 5.4.6 Phối hợp tuyến đường cơng trình Bố trí tuyến đường thẳng cầu hầm, tuyến vng góc với dòng chảy Với đường cấp cao (V≥80km/h) thiết kế đường cong nằm đứng cầu hầm để đảm bảo tính liên tục cơng trình Khơng nên thay đổi độ dốc, thay đổi hướng tuyến phạm vi cầu, hầm phạm vi 10m đầu công trình 5.4.7 Sự kết hợp với cảnh quan Phải nghiên cứu kỹ yếu tố địa hình thiên nhiên khu vực để kết hợp cách hợp lý, không phá vỡ quy luật tự nhiên, tránh cơng trình đào sâu đắp cao, tránh dùng cơng trình đặc biệt Quy định dốc mái taluy xuất phát nguyên lý học đất đá Ta luy có thể: - Thay đổi phù hợp với dốc ngang thường gặp địa hình - Có gọt tròn đỉnh taluy mở rộng đầu taluy - Các taluy thấp 1m, không tốn nhiều khối lượng nên làm dốc 1: ~1:6 có gọt tròn đỉnh chân taluy - Taluy cao nên làm bậc thềm Bậc thềm tạo ổn định cho taluy, làm chỗ chắn nước xói taluy nên trồng bụi 5.4.8 Thiết kế trồng phối hợp với tuyến đường Trồng dọc đường để tăng thẩm mỹ, cải thiện môi trường, hấp thu Cácbonđioxit tăng lượng ơxi cho khơng khí Cây cối làm giảm bớt loá mắt giảm bớt nhiệt độ vùng khí hậu nhiệt đới nước ta Trồng quan trọng cho việc làm giảm tổn thất nguồn nước làm giảm tiếng ồn Việc chọn loại trồng xếp chúng dọc theo đường phải tương đối phù hợp để tạo không gian tốt nhịp nhàng, có tính dẫn hướng cho lái xe Như công tác trông gồm nội dung sau: 142 - Chọn loại trồng, phong phú loại trồng Vị trí trồng ( dọc theo bên cạnh đường) Khoảng cách trồng ( khoảng cách khoảng cách đến đường ôtô) Sự xếp loại ( khoảng cách hàng cây, khoảng cách tự nhiên bó, loại nhỏ trước to tương tự vậy) 143