Xác định cấp hạng và các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến

Xác định cấp hạng và các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến.

CHƯƠNG II :

XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN.

I Xác định cấp hạng của tuyến:

Căn cứ xác định cấp hạng của tuyến: dựa trên các cơ sởmục đích, ý nghĩa phục vụ cuả tuyến; địa hình khu vựctuyến đi qua và căn cứ vào lưu lượng xe chạy năm tương lai.Cụ thể như sau:

1 Mục tiêu- ý nghĩa phục vụ của tuyến :

- Tuyến đường từ trung tâm A đến trung tâm B là tuyếnđường nối liền 2 khu dân cư, là cầu nối giao lưu văn hóa, kinhtế, chính trị giữa hai địa phương thuộc Thị xã Hội An với nhau.Do đó, chọn cấp quản lý của tuyến là cấp IV.

2 Địa hình khu vực tuyến :

- Căn cứ vào bình đồì khu vực tỉ lệ 1/20000, địa hìnhvùng này thuộc vùng trung du, độ dốc ngang sườn phổ biến<10 %, tuyến đường men theo các sườn dốc thoải Do đó, chọncấp kỹ thuật là cấp 60  Vận tốc thiết kế Vtk = 60 Km/h.

(xcqđ/ng.đ).

Trong đó:+ N20

i: Cường độ xe chạy thiết kế của từng loại xethành phần ở năm thứ 20

i = pi x N20hh

Với: pi : tỷ lệ của loại xe thứ i có trong thành phần dòng xeXe con : pxc = 19% = 0,19

Xe tải nhẹ : pxc = 21% = 0,21 Xe tải trung : pxc = 54% = 0,54

Xe tải nặng : pxc = 06% = 0,60N20

hh (xe/ng.đ): Lưu lượng xe hỗn hợp ở năm thứ 20, N20hh= 1379 xe/ng.đ

+ Ki: Hệ số quy đổi của từng loại xe về xe con, xác định

theo Bảng 2 TCVN 4054-98 Thay các giá trị vào công thức (II.1.1)

ta có:

N20qđ = 1379x (0,19x1 + 0,21x2 + 0,54x2 + 0,06x2,5)N20qđ = 2538 (xcqđ/ng.đ)

Căn cứ vào 3 yếu tố trên, mặc dù lưu lượng xe năm

tương lai thứ 20 là tương đối lớn 2538 xcqđ/ng.đêm Tuy nhiên,mục đích của tuyến đường là để nối hai trung tâm kinh tế,chính trị của địa phương với nhau, mặt khác địa hình khu vựctuyến đi qua là địa hình trung du đồi thấp, có ít đoạn quanh co,gãy khúc, chênh cao giữa 2 điểm A và B là khá nhỏ Do vậy, theoquy trình thiết kế đường ô tô TCVN 4054-98 ta chọn cấp kỹthuật của tuyến là cấp 60.

 Kết luận : từ phân tích trên ta kiến nghị chọn cấp hạngcho tuyến như sau :

- Cấp quản lý : cấp IV - Cấp kỹ thuật : cấp 60

-Vận tốc thiết kế là 60km/h.

II Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến:

Để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến cần căn cứvào các số liệu sau:

- Lưu lượng xe chạy: N20 = 2538 xcqđ/ng.đ - Thành phần dòng xe:

Xe con : 19%

Xe tải nhẹ : 21%Xe tải trung : 54%Xe tải nặng : 06%- Cấp quản lý : cấp IV

- Cấp kỹ thuật : cấp 60

1.Tốc độ thiết kế Vtk:

Căn cứ vào cấp hạng kỹ thuật đã chọn ở trên, ta chọntốc độ thiết kế là Vtk = 60km/h

2.Xác định độ dốc dọc lớn nhất (idmax):

Độ dốc dọc lớn nhất idmax của đường được xác địnhdựa trên 2 điều kiện sau:

- Điều kiện về sức kéo - Điều kiện về sức bám

Cụ thể: Để ôtô chuyển động được thì sức kéo phải lớnhơn tổng sức cản của đường đồng thời nhỏ hơn sức bám giữalốp xe với mặt đường.

a.Theo điều kiện về sức kéo:

65 18,4Xe tải

Xe tảitrung

Maz

0,01

Từ kết quả tính toán ta nhận thấy: theo điều kiện nàyđể cho tất cả các xe chạy đạt vận tốc thiết kế thì chọnidmax=1,9 % Tuy nhiên, dựa vào thành phần dòng xe ta thấy tỷlệ xe tải nặng chỉ chiếm tỉ lệ rất nhỏ (6%), trong khi tỷ lệ xetải trung lại chiếm đa số trong thành phần dòng xe (54%), do đóđể giảm khối lượng đào đắp và hạ giá thành xây dựng, tachọn idmax=2,4 % (a) và chấp nhận cho xe tải nặng chạy không

đạt vận tốc thiết kế

b.Theo điều kiện về sức bám:

i’dmax = D’ - f (II.2.2)

Gk : Trọng lượng của trục bánh xe chủ động (kg)Xe con : Gk = 0,5.G

Xe tải nhẹ : Gk = 0,6.GXe tải trung : Gk = 0,7.GXe tải nặng : Gk = G

G : Trọng lượng của toàn bộ ô tô (kg).Xe con : G = 2000 kg

Xe tải nhẹ: Gk = 5350 kgXe tải trung : Gk = 8125 kg

Xe nặng: G = 13725 kgP : Sức cản không khí (kg)

Pω=

K F V2

K: hệ số sức cản không khí (kg.s2/m4)

F: diện tích cản gió của ô tô (m2)

V: vận tốc xe chạy tương đối so với không khí, xét trongtrường hợp lý tưởng

Vgió = 0 suy ra V = Vtk

K và F được tra theo Bảng 1 HD TKĐ, kết quả tính toán P thể

hiện ở bảng II.2.2:

Kết quả tính toán các giá trị của các công thức I.2.2 I.2.3

I.2.4 ược ghi ở bảng II.2.3:

Bảng II.2.3:

Loại xe  Gk(kg) G(kg) P (kg) D' i’dmax(%)Xe tải

Xe tảinặng

0,3 13725 13725 116,31 0,292 27,6

Theo điều kiện này ta chọn i’dmax = 12,9 % (b)

Mặt khác theo TCVN 4054-98, với đường cấp 60 idmax = 7% Chọn độ dốc dọc lớn nhất là: idmax =2,4 % Đây là độdốc tối đa được sử dụng trong trường hợp khó khăn Trongquá trình thiết kế trắc dọc thì ta nên cố gắng giảm độ dốcdọc để tăng chỉ tiêu vận doanh khai thác tuyến.

Từ độ dốc đã chọn idmax = 2,4 % ta tính lại các trị số

tốc xe chạy của từng loại xe như ở bảng II.2.4:

Bảng II.2.4:

Loại xe Raz -51 Zin -150 Maz - 504 Raz - 13 Vận tốc

Vậy với độ dốc dọc đã chọn thì hầu hết các xe đềuchạy với tốc độ đảm bảo tốc độ thiết kế ngoại trừ xe tảinặng nhưng nó chiếm thành phần không đáng kể trong dòngxe.

2 Tầm nhìn xe chạy:

Để đảm bảo an toàn xe chạy trên đường người lái xe phảiluôn nhìn thấy đoạn đường trên một chiều dài nhất định vềphía trước để người lái xe có thể kịp thời xử lý hoặc hãmdừng xe trước chướng ngại vật (nếu có) hoặc là tránh đượcnó Chiều dài này được gọi là tầm nhìn.

a.Tầm nhìn một chiều:

Chướng ngại vật trong sơ đồ này là một vật cố địnhnằm trên làn xe chạy có thể là: đá đổ, đất trượt, hố sụt, câyđổ, hàng hoá của xe trước rơi, Xe đang chạy với tốc độ V cóthể dừng lại an toàn trước chướng ngại vật với chiều dàitầm nhìn SI bao gồm một đoạn phản ứng tâm lí lpư, một đoạnhãm xe Sh và một đoạn dự trữ an toàn l0 Vì vậy, tầm nhìnnày có tên gọi là tầm nhìn một chiều.

+ lpư (m): Chiều dài xe chạy trong thời gian phản ứng tâm

lý Với thời gian phản ứng tâm lý tpu = 1s  lpu=tpu v =

3,6(m )

+ K: Hệ số sử dụng phanh, khi tính toán để thiên về antoàn lấy K tương ứng với xe tải K = 1,4

+ V (Km/h): Tốc độ xe chạy tính toán, V = 60 km/h.+ i : Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i = 0.+  : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Trongtính toán lấy tương ứng với điều kiện bình thường, mặtđường khô sạch = 0,5.

+ l0 (m): Đoạn dự trữ an toàn, lấy l0=10 m.

 SI = 60

SIIlo

+ : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Trong tínhtoán lấy tương ứng với điều kiện bình thường, mặt đường khôsạch = 0,5.

+ i: Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i= 0.

SI - S II l1

S IV 1

Tình huống theo sơ đồ này như sau: một xe chạy nhanh bámtheo một xe chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1-Sh2, khi quansát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe sau lợi dụng làn tráichiều để vượt xe, sau đó chuyển về làn xe cũ của mình trướckhi có xe ngược chiều đến Yêu cầu đặt ra là xe 1 phải nhìnthấy xe 3 khi hai xe cách nhau một khoảng nào đó để tiến hànhvượt xe an toàn Tầm nhìn này được gọi là tầm nhìn vượt xe,Ký hiệu SIV.

Thời gian vượt xe gồm 2 giai đoạn:

- Giai đọan I : Xe 1 chạy trên làn trái chiều bắt kịp xe 2.

- Giai đoạn II : Xe 1 vượt xong trở về làn xe của mình trước khiđụng phải xe 3 trên làn trái chiều chạy tới.

Thời gian vượt xe được tính:

tvx=t1+t2=

Sh 1−Sh 2V1−V2 +

Khoảng cách l2 dài không đáng kê,ø do đó để đơn giản hóa việctính toán và có nghiêng về an toàn, ta lấy l2 bằng hiệu chiềudài hãm xe của 2 xe 1 và xe 2

Công thức trên đuợc viết lại là:

tvx= Sh1V1−V2=

- Trường hợp cưỡng bức: SIV = 4V

Với: V (Km/h): Vận tốc thiết kế của đường

Để thiên về an toàn ta xét trong trường hợp bình thường,nghĩa là:

a Khi làm siêu cao:

Theo TCVN 4054-98 (Bảng 9) với V = 60 km/h thì Rminsc =125 m  Kết luận chọn Rmin

= 135m.

b Khi không làm siêu cao:

c Bán kính đường cong nằm tối thiểu đảm bảotầm nhìn ban đêm :

Ở những đoạn đường cong có bán kính đường cong bánkính nhỏ thường không bảo đảm an toàn giao thông nếu xe chạyvới tốc độ tính toán vào ban đêm vì tầm nhìn bị hạn chế Theo

30 S1

Trong đó:

+ SI: Tầm nhìn một chiều (m), SI = 75 m.+ : Góc chiếu sáng của pha đèn ô tô,  = 20.

Thay vào (I.2.15) ta có:

2 =1125 (m)

4 Độ dốc siêu cao:

Độ dốc siêu cao được áp dụng khi xe chạy vào đườngcong bán kính nhỏ hơn bán kính đường cong tối thiểu không làmsiêu cao Siêu cao là dốc một mái của phần xe chạy hướng vàophía bụng đường cong Nó có tác dụng làm giảm lực ngang khixe chạy vào đường cong, nhằm để xe chạy vào đường cong cóbán kính nhỏ được an toàn và êm thuận.

Theo TCVN 4054-98 quy định độ dốc siêu cao tối đa là 6 %,độ dốc siêu cao nhỏ nhất lấy theo độ dốc ngang của mặtđường và không nhỏ hơn 2%.

Độ dốc siêu cao có thể tính theo công thức:

isc= V2

Tuyến thiết kế có bố trí siêu cao tại hai đường cong cóbán kính lần lượt là R=413m (Km2+360) và R=421m (Km3+340)của phương án I.

Thay các giá trị vào (I.2.14) ta tính được isc ở Bảng II.2.5 :

iscchọn % 6 2 2

5 Độ mở rộng trong đường cong nằm:

Khi xe chạy trên đường cong, trục sau cố định luôn hướng

tâm còn bánh trước luôn hợp với trục xe một góc nên xe yêucầu có một chiều rộng lớn hơn khi xe chạy trên đườngthẳng.

Độ mở rộng E được tính theo công thức sau với đường 2làn xe:

Tuyến thiết kế với tất cả các đường cong đều có bán

kính R > 250m nên theo TCVN 4054-98 (Bảng 10) không cần mở

rộng mặt đường trong đường cong.

6 Chiều dài đoạn vuốt nối siêu cao:

Đoạn vuốt nối siêu cao được bố trí với mục đích chuyểnhoá một cách điều hoà từ mặt cắt ngang thông thường (mặtcắt ngang 2 mái) sang mặt cắt ngang đặc biệt có siêu cao.

Chiều dài đoạn vuốt nối siêu cao được xác định theo côngthức :

+ isc: Độ dốc siêu cao (%).

+ ip: Độ dốc dọc phụ (%), với đường có Vk = 60 km/h thìip=0,5 %.

Kết quả tính toán đối với tuyến thiết kế được trình bày

trong bảng II.2.6 như sau:

+ Nếu hai đường cong có bố trí siêu cao thì đoạn chêmphải đủ chiều dài để bố trí hai nữa đường cong chuyển tiếp.Cụ thể chiều dài đoạn chêm được xác định :

m: chiều dài đoạn chêm giữa hai đường congL1,L2 - chiều dài đường cong chuyển tiếp.

- Hai đường cong ngược chiều có bán kính lớn không yêucầu làm siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau Trongtrường hợp có bố trí siêu cao thì yêu cầu phải có đoạn chêmvới chiều dài đủ dài để bố trí hai nữa đường cong chuyển tiếp

như (II.2.17)

8 Đường cong chuyển tiếp

- Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong phải chịu cácsự thay đổi như sau:

+ Bán kính thay đổi từ ∞ đến bán kính R

+ Gia tốc ly tâm tăng từ 0 đến giá trị

- Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho láixe và hành khách, làm cho xe có xu hướng bị lật, bị trượt, haomòn xăm lốp, tiêu hao nhiên liệu, Vì vậy để hạn chế nhữngbất lợi trên có thể bố trí đường cong chuyển tiếp.

- Theo TCVN 4054-98, với đường có V  60 km/h thì phải bố tríđường cong chuyển tiếp Đường cong chuyển tiếp được bố trítrùng với đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng hay nói cáchkhác chiều dài đường cong chuyển tiếp Lcht không nhỏ hơn chiềudài các đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng, và được tínhtheo công thức sau:

- Để đảm bảo tầm nhìn tính toán, trắc dọc lượn đềuđặn, không gãy khúc, xe chạy an toàn, tiện lợi, không gây sốcmạnh làm cho người ngồi trên xe cảm giác khó chịu, tại các vịtrí đổi dốc trên trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng Theo

TCVN 4054-98 (Mục 5.9), đối với đường cấp 60 yêu cầu phải bố

trí đường cong đứng khi hiệu đại số của hai độ dốc  1%.Nghĩa là: ω=|i1−i2|≥1%

a.Bán kính đường cong lồi:

Trị số bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi xácđịnh theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 2 chiều trên đường SII(Đối với đường có 2 làn xe trở lên )

= 2500 (m).

b Bán kính đường cong đứng lõm

- Trị số bán kính nhỏ nhất đường cong đứng lõm đượcxác định theo điều kiện :

+ Giá trị vượt tải cho phép của lò xo nhíp xe - tươngứng với trị số gia tốc ly tâm a không lớn hơn 0,5 - 0,7m/s2, trong

8 d 1(m)

thực tế thường dùng a = 0,5m/s2 và được tính toán theo công

= 1334 (m).

10 Xác định các đặc trưng của mặt cắt ngang:

a Xác định số làn xe cần thiết:

- Số làn xe yêu cầu được tính theo công thức :n=Nqdgio

Trong đó:

+ n: Số làn xe yêu cầu

+ Nth: Năng lực thông hành tối đa Khi không có dải phâncách trái chiều và ôtô chạy chung với xe thô sơ thìtheo TCVN 4054-98 có: Nth=1000 (xcqđ/h)

+ Z: Hệ số sử dụng năng lực thông hành, với điều kiệnđịa hình đồng bằng và vận tốc thiết kế V=60 Km/h  Z=0,55

+Nqdgio : Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm:

Rlõn min=

2(hd+S1 sinα2)

Nqdgio = α x Nqđ20= 0,12538 = 253,8 (xcqđ/h)

Với:  là hệ số lưu lượng xe chạy giờ cao điểm, trong tínhtoán lấy =0,10,12 Chọn α =0,1

Thay các giá trị vào (II.2.22) ta được:

0 ,55×1000=0,46 (làn)

Theo TCVN 4054-98 (Bảng 6) với đường cấp IV số làn xe yêu

cầu là 2 làn

 Vậy chọn n= 2 làn.

b.Chiều rộng làn xe :

Chiều rộng một làn xe phụ thuộc vào chiều rộng thùngxe, khoảng cách từ thùng xe đến làn xe bên cạnh, từ mép bánhxe đến phần xe chạy, vận tốc xe chạy Chiều rộng của làn xephía ngoài cùng được xác định theo sơ đồ xếp xe củaZamakhaép:

+ b: Chiều rộng thùng xe, b = 2,5m

+ c: Cự ly giữa 2 bánh xe, c = 1,8 m (đối với xe tải)+ x: Cự ly từ sườn thùng xe đến làn xe bên cạnh (m) + y: Khoảng cách từ giữa vệt bánh xe đến mép phầnxe chạy (m)

x,y được xác định theo công thức của Zamakhaép

x = 0,5+ 0,005V (khi làn xe cạnh chạy ngược chiều) y = 0,5+0,005V

 x = y = 0,5 + 0,005 x 60 = 0,8 (m)Vậy bề rộng làn xe:

c.Bề rộng mặt đường và nền đường:

Chiều rộng phần xe chạy được tính toán như sau: Bm = nB + Bd

(II.2.24) Trong đó :

B = 3,5 m là bề rộng một làn xeBd = 0 là bề rộng giải phân cách  Bm = 2 x 3,5 = 7 (m)

Chiều rộng nền đường tính như sau:

BẢNG TỔNG HỢP CÁC CHỈ TIÊU KỶ THUẬT CỦATUYẾN

CHỈ TIÊU KỸ THUẬTĐ.VỊTÍNHTOÁN

QUIPHẠM

9 Bán kính đường congnằm tối thiểu siêu caoRsc

10 Bán kính đường congđảm bảo tầm nhìn banđêm.