CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 1. Bình đồ tuyến, những yêu cầu chung đối với tuyến trên bình đồ 2. Những nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến, định tuyến 3. Thiết kế các đoạn tuyến nằm trên đường thẳng 4. Phân tích đặc điểm của sự chuyển động của ô tô trong đường cong tròn 5. Lực ngang và lựa chọn hệ số lực ngang tính toán trong thiết kế đường ô tô 6. Siêu cao, tác dụng và các phương pháp nâng siêu cao. Trình tự tính toán đoạn nối siêu cao. ...
CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG Bình đồ tuyến, yêu cầu chung tuyến bình đồ Những nguyên tắc vạch tuyến, định tuyến Thiết kế đoạn tuyến nằm đường thẳng Phân tích đặc điểm chuyển động tơ đường cong trịn Lực ngang lựa chọn hệ số lực ngang tính tốn thiết kế đường ô tô Siêu cao, tác dụng phương pháp nâng siêu cao Trình tự tính toán đoạn nối siêu cao Mở rộng phần xe chạy đường cong trịn, bố trí đoạn nối mở rộng Nguyên tắc lựa chọn bán kính đường cong tròn Sự nối tiếp đường cong tròn 10 Đường cong chuyển tiếp: Tác dụng, dạng hình học, dạng nối tiếp, tính tốn bố trí 11 Đảm bảo tầm nhìn đường cong nằm, phương pháp xác định phạm vi cần phá bỏ đường cong nằm 12 Đánh giá mức độ an toàn thiết kế bình đồ tuyến đường tơ 127 128 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 mịn (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 C Σ E Độ dốc dọc iopt xác định vào địa hình, dịng 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 imax : 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 Núi bằng, đồi IV Đồng Núi bằng, đồi V Đồng bằng, Núi đồi VI Đồng bằng, Núi đồi 10 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% không nhỏ 0,3% (thoát 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 khơng 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 lmin : 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 cỏc ng cong cú bỏn kớnh nh Id Ihợp thành Isc Như độ dốc dọc tối 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 Điều kiện bố trí đường cong đứng: Khi hiệu đại số tuyệt đối độ dốc Lâm Låi Để đảm bảo tầm nhìn tính tốn, trắc dọc lượn khơng gãy khúc, xe chạy an toàn êm thuận, + i1 chỗ đổi dốc trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng lồi lõm dạng đường cong tròn parabol bậc - 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 : S l1 B d1 AC = BC.CD 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 Với d1 d2 chiều cao tầm mắt người lái xe đến mặt đường, m l2 C A d2 R Do ta có: l1 = 2R.d D Hình 4.2 Sơ đồ tính tốn bán kính đường cong đứng lồi Tương tự ta có: 132 l = 2R.d Do đó: S = l1 + l = Từ suy ra: - R = ( S2 d1 + d d1 + d ) ) 2R ,m (4.1) Khi hai ô tô loại gặp nhau, ta có d1 = d2 = d; S= S2 (tầm nhìn hai chiều), đó: R = - ( S2 ,m 8d (4.2) Đối với trường hợp đảm bảo tầm nhìn chiều thì: d2 = 0; S = S1 (tầm nhìn chiều), đó: R = S12 ,m 2d (4.3) 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 lị 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: v2 v2 ⇒ R = ; b= b R v – tốc độ xe chạy, m/s 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 (4.4) * Xác định bán kính đường cong đứng lõm theo điều kiện tầm nhìn ban đêm Về ban đêm pha đèn ô tô chiếu đường cong đứng lõm chiều dài nhỏ so với đường thẳng 133 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) (4.5) với S1 tầm nhìn chiều u 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 không 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) 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 134 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 công thức ω = Δi = /i1-i2/ Chiều dài đường cong đứng K≈ R.ω=R.Δi Tiếp tuyến đường cong đứng T= (4.6) (4.7) K R.Δi = 2 (4.8) Xác định toạ độ điểm đường cong đứng: Vì góc φ ω rất nhỏ nên: D ω T B x E ϕ TD 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 R 2R 2 Phân cự d x=T d = T2 K2 = R 8R (4.9) (4.10) 135 x2 Phương trình y = ± 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 cơng thức từ (4.6) đến (4.10) hình 4.5 sở tính toán 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 (4.6), (4.7) (4.8) 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 (4.10) , xác định điểm P đường cong đứng Tính tốn nhánh đường cong đứng : - Dùng TD làm gốc toạ độ, trục x nằm ngang, trục y thẳng đứng 136 - 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 Δi 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 imax, 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 nhiệt tốt so với đường đào Chỉ sử dụng đường đào đoạn tuyến khó khăn qua vùng đồi núi, sườn dốc lớn,… 137 - 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 lịng 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 dịng 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% 4% + Đường cấp khác : - 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 xuyên) trị số cao độ ghi bảng 4.8 - Cao độ đường đỏ vị trí cầu quy định sau (Hình 4.6): 138 MNTK t k Hmc Hình 4.6 Sơ đồ xác định cao độ đường đỏ vị trí cầu Hmc ≥ MNTK + t + k, m (4.11) đó: MNTK – mức nước thiết kế; t – tĩnh khơng cầu; + sơng có thơng thuyền lấy khổ thơng thuyền; + sơng có trơi lấy khoảng cách trơi; k – chiều cao cấu tạo cầu (gồm chiều cao dầm cầu, mặt cầu, chiều dày mặt đường) Bảng 4.8 Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính toán (hoặc mức nước đọng thường xuyên) tới đáy áo đường Loại đất đắp đường Cát bụi, cát nhỏ, cát pha sét nhẹ Cát bột, cát pha sét nặng Cát pha sét bụi Sét pha cát bột, sét pha cát nặng, sét béo, sét nặng Số ngày liên tục trì mức nước năm Trên 20 ngày Dưới 20 ngày 50 30 70 40 120 – 80 50 100 – 120 40 4.4.2.2 Ảnh hưởng điều kiện địa hình thiết kế trắc dọc Có phương pháp thiết kế thiết kế theo phương pháp đường bao thiết kế theo phương pháp đường cắt, việc áp dụng phương pháp tuỳ thuộc vào loại địa hình - Vùng đồi vùng núi : vùng thông thường độ dốc địa hình thường lớn độ dốc lớn cho phép đường, nối chung thiết kế theo phương pháp hình cắt, tức đường đỏ cắt đường mặt đất tự nhiên tạo thành đoạn đào đắp xen kẽ Trong trường hợp cần cân đào đắp để tận dụng vận chuyển dọc, lấy đất từ đào chuyển sang đắp Khi thiết kế cần tránh để tạo thành đoạn đường đào bị ẩm ướt (nền đào cắt ngang mực nước ngầm), dễ bị sụt lở phải sử dụng cơng trình chặn nước ngầm gia cố mái ta luy đắt tiền 139 Để đảm bảo đường ổn định, hạn chế sử dụng tường chắn đất, tốt dùng dạng đường đào có mặt cắt ngang chữ L Phương pháp thường dùng cho đường cấp cao - Địa hình tương đối thoải vùng đồi vùng núi, đường đỏ thiết kế theo phương pháp hình bao Ngồi phương pháp dùng thiết kế đường cải tạo nâng cấp, đường cấp thấp 4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ƠTƠ Thiết kế trắc dọc đường tơ tức vạch đường đỏ (đường nối cao độ thi cơng) mặt cắt dọc địa hình tự nhiên vẽ theo trục đường Đường đỏ thiết kế vạch khác độ cao thi cơng điểm (các cọc) khác nhau, dẫn đến khối lượng đào đắp khác giải pháp kỹ thuật thiết kế cơng trình chống đỡ cơng trình cầu cống khác Vì thiết kế đường đỏ, việc cần bảo đảm yêu cầu kỹ thuật yếu tố trắc dọc quy định quy phạm thiết kế (nhằm bảo đảm xe chạy an tồn, êm thuận) cịn cần phải ý cải thiện điều kiện chạy xe chất lượng vận doanh, phải cố gắng đạt tới phương án rẻ tổng chi phí xây dựng vận doanh, khai thác Để đạt tối ưu kinh tế-kỹ thuật trình thiết kế cần ý cân nhắc kỹ bố trí đoạn dốc, đường cong đứng chỗ đổi dốc Chú ý phối hợp yếu tố bình đồ, trắc ngang với rặng trông dọc theo tuyến… để tạo phối hợp không gian đặn, ý thiết kế tạo thuận lợi cho cơng trình mặt đường Cơng trình chống đỡ thoát nước (bảo đảm thoát nước nhanh thoát mặt, bảo đảm chiều cao đắp mực nước ngập chế độ thuỷ nhiệt thuận lợi, bảo đảm chiều cao đắp cống), Chú ý tạo thuận lợi cho q trình thi cơng (thuận lợi cho máy làm việc đạt suất cao…) Tương tự bình đồ tuyến, việc thiết kế trắc dọc liên quan có ảnh hưởng đến hầu hết yếu tố cơng trình khác đường dễ dàng biết đánh giá phương án đường đỏ vạch hợp lý, đạt yêu cầu Điều gây lúng túng cho người bắt tay vào công việc thiết kế cịn thiếu kinh nghiệm Do để giảm bớt số phương án phải đưa so sánh, từ đầu cần có phương án trắc dọc đảm bảo gạt bỏ phương án không hợp lý bảo đảm chủ động vạch đường đỏ có sở kinh tếkỹ thuật định Một phương pháp thiết kế tiến hành theo trình tự sau: Trước hết cần nghiên cứu xác định độ cao khống chế độ cao mong muốn (cũng gọi điểm khống chế điểm mong muốn) điểm (hay cọc chi tiết) mặt cắt dọc địa hình tự nhiên 140 Hình 4.7 Điểm mong muốn trắc ngang kẻ đường đỏ xuyên qua tập hợp điểm mong muốn trắc dọc Độ cao không chế hay điểm khống chế điểm đường đỏ thiết kế bắt buộc phải phải qua theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế (điểm đầu, điểm cuối, điểm qua thành phố, thị trấn…) bắt buộc phải qua để đảm bảo yêu cầu cơng trình khác đường (cao độ đắp cống, mực nước ngầm, cao độ vào cầu, khống chế mực nước dâng chiều cao sóng…) bắt buộc phải qua cắt với cơng trình khác (chỗ giao với đường sắt, đường khác), chỗ men theo vành hồ thuỷ lợi, thuỷ điện ) Để xác định cao độ khống chế nói cần điều tra thu thập số liệu thực địa quan quản lý cơng trình có liên quan (ví dụ quy hoạch san thị trấn thành phố tuyến qua…) Đồng thời phải nghiên cứu quy trình quy phạm, định hình thiết kế phải tiến hành tính tốn thuỷ văn (tại cơng trình cầu, cống) Độ cao mong muốn hay điểm mong muốn điểm không bắt buộc, đường đỏ thiết kế nên qua để bảo đảm yêu cầu (hay quan điểm thiết kế đó) kỹ thuật, kinh tế điều kiện thi công Để xác định điểm mong muốn cần tiến hành phân tích trắc ngang tương ứng với cọc chi tiết để cắm đo vẽ thực địa, tương ứng 141 với đoạn tuyến có mặt cắt ngang giống (ví dụ đoạn tuyến sườn núi có độ dốc ngang thay đổi) trắc ngang tiến hành thiết kế thử đường cơng trình Đồng thời tính tốn phân tích kinh tế kỹ thuật phương án có chiều sâu đào chiều sâu đắp khác để rút phương án hợp lý tốt vị trí Độ cao thiết kế đường tương ứng với phương án hợp lý tốt độ cao mong muốn (điểm mong muốn) tuỳ theo quan điểm chủ đạo, thiết kế xác định vị trí điểm mong muốn trắc dọc theo cách đây: - Xuất phát từ việc xác định chiều cao đào đắp kinh tế hay vị trí đạt trục đường rẻ tương ứng với trắc ngang Theo quan điểm này, người thiết kế cho vị trí đặt tuyến thay đổi tương ứng tính khối lượng đào đắp khối lượng xây dựng cơng trình chống đỡ (nếu có) giá thành cơng trình chống đỡ Theo kinh nghiệm phân tích so sánh trường hợp tuyến sườn núi nước ta thơng thường độ dốc ngang sườn núi 50% nên dùng giải pháp đào đường vừa đủ (nền đường chữ L) rẻ Khi độ dốc ngang từ 30-50%thì nên thiên đào đắp Kinh nghiệm vận dụng thiết kế trắc dọc sơ Đối với tuyến đường vùng đồng giải pháp đắp đường Chiều cao đắp kinh tế trường hợp xác định theo quan điểm thiết kế tổng thể mặt đường, sở phân tích tính tốn quan hệ chế độ thuỷ nhiệt với cường độ đất đường (thay đổi tuỳ thuộc vào phân bổ độ ẩm đường) - Xuất phát từ quan điểm tạo thuận lợi cho việc xây dựng đường thoả mãn yêu cầu hay hạn chế mặt thi công Chẳng hạn tuyến sườn núi, người khảo sát thiết kế đường nước ta thương có quan điểm thiết kế thiên đào, nghĩa cố gắng vạch đường đỏ cho bảo đảm điều kiện tạo đào vừa đủ (nền đường chữ L) để tránh giải pháp xây tường chắn đắp phần sườn dốc Đối với vùng sườn núi dốc gắt quan điểm có nghĩa thiết kế đường đỏ để tránh kè hạn chế tới mức thấp việc xây dựng tường chắn để chống đỡ đường Những người có quan điểm cho đào vùng núi thuận lợi cho máy thi công, tốc độ thi cơng nhanh khơng phải làm kè, đắp thêm phần sườn dốc, tiết kiệm vật tư xây dựng đường loại phải chở từ xa đến (ximăng, sắt thép ), đồng thời đường bảo đảm ổn định Tuy nhiên theo quan điểm này, thực tế thường dẫn tới chiều cao taluy đào cao dễ gây sụt lở ta luy (ta luy khơng đảm bảo ổn định) Do xác định điểm mong muốn trường hợp này, nên ý đảm bảo chiều cao ta luy đào không vượt chiều cao giới hạn bảo đảm ta luy ổn định mặt học Để tính tốn 142 kiểm tra nhanh, việc xác định chiều cao taluy giới hạn với loại đất biết tiêu lý (c, ϕ, γ) trực tiếp tra theo toán đồ Khi thiết kế, trắc ngang áp thử Gabarit đường để đạt yêu cầu đào đủ bề rộng đường Kiểm tra nhanh chóng chiều cao ta luy tương ứng tìm chiều sâu đào mong muốn xác định độ cao mong muốn Ngoài để thuận lợi cho việc lấy đất thi công (không phải đào thùng đấu, tuyến qua vùng đất canh tác) vạch đường đỏ theo quan điểm cân khối lượng đào đắp (đoạn đào bên vừa đủ để vận chuyển dọc đến đoạn đắp giữa) Vận dụng quan điểm phù hợp tuyến qua vùng đồi - Xác định điểm mong muốn xuất phát từ quan điểm thiết kế phối hợp không gian yếu tố tuyến mặt quang học Lúc này, sở dựng hình phối cảnh đoạn tuyến, phát chỗ bị bóp méo khơng đảm bảo phối hợp đặn ảnh, từ thiết kế điều chỉnh ảnh xác định toạ độ điểm cần điều chỉnh đường thiết kế Tung độ cần phải điều chỉnh điểm mong muốn trắc dọc Sau xác định điểm mong muốn điểm khống chế trắc ngang khác nhau, thiết kế ghi điểm lên trắc dọc Nhờ tập hợp điểm mong muốn ghi này, biến quan điểm thiết kế trừu tượng thành dấu hiệu cụ thể dẫn cho việc vạch đường đỏ trắc dọc cách chủ động Lúc việc vạch đường đỏ thiết kế cần cố gắng đạt hai yêu cầu sau: - Bám sát tập hợp điểm mong muốn qua điểm khống chế - Thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật khác bố trí đoạn dốc (chiều dài dốc lớn nhỏ nhất) độ dốc dọc lớn đường cong đứng điểm đổi dốc đồng thời thoả mãn vị trí tương hỗ đường cong đứng đường cong nằm bình đồ theo quan điểm bảo đảm độ đặn không gian tuyến bảo đảm điều kiện chạy xe an toàn Hai yêu cầu thường mẫu thuẫn với nhau, vạch đường đỏ thiết kế phải nghiên cứu để giải trước mâu thuẫn đoạn/vị trí cụ thể trắc dọc Trong trường hợp dung hồ người thiết kế trước hết xem xét lại tuyến thiết kế (đã cắm) bình đồ, tức vấn đề chỉnh tuyến để thoả mãn nhiều hai yêu cầu Chỉ chỉnh tuyến chỉnh tuyến không mang lại hiệu cân nhắc để định thiết kế nặng theo yêu cầu Việc thiết kế đường đỏ theo tập hợp điểm mong muốn (xem biến số) giúp thiết kế vạch đường đỏ thoả mãn mục tiêu hạn chế định mặt giá thành điều kiện xây dựng đường (hàm mục tiêu) điều kiện đảm bảo tiêu kỹ thuật thông thường theo quy phạm thiết 143 kế (điều kiện bắt buộc) Mặc dù bảo đảm tiêu kỹ thuật tức thoả mãn yêu cầu mặt chất lượng vận doanh tuyến mức độ mơ hình tốn học phương pháp thiết kế nói rõ ràng đánh giá chất lượng vận doanh cách định lượng (cụ thể hàm mục tiêu không xét giá thành vận doanh khai thác đường) nhược điểm Rõ ràng với phương pháp thiết kế đảm bảo điều kiện giá thành xây dựng nhỏ (khi đường đỏ cố gắng bám sát điểm mong muốn xác định, với quan điểm điều kiện vị trí tuyến bình đồ xem khơng cịn thay đổi nữa) Nhưng khơng đảm bảo tổng giá thành xây dựng vận doanh, khai thác đường nhỏ Tuy nhiên kinh nghiệm thực tế cho thấy với cách thiết kế nói thường giúp cho việc thiết kế đường đỏ chủ động hơn, có hợp lý hơn-Nhất chưa có phương pháp bảo đảm thiết kế tuyến (bao gồm bình đồ trắc dọc tuyến) đạt tối ưu xây dựng khai thác Hiện bảo đảm so sánh kinh tế-kỹ thuật để chọn phương án tốt số phương án đề cập tới Nhưng chưa có phương pháp bảo đảm khơng để lọt phương án có nghĩa có tình trạng phương án tối ưu không nằm phương án đưa so sánh ta khơng phát Về mặt vận doanh, vạch đường đỏ nên tránh đoạn lên xuống dốc thay đổi thường xuyên, tránh vạch trắc dọc cưa mà nên dùng đoạn dốc dài dùng đường cong bán kính lớn Đặc biệt địa hình vượt đèo nên tránh thiết kế đoạn dốc gây tổn thất cao độ 4.6 PHƯƠNG PHÁP LẬP ĐỒ THỊ TỐC ĐỘ XE CHẠY VÀ TÍNH THỜI GIAN XE CHẠY Tốc độ thời gian xe chạy tiêu quan trọng nói lên chất lượng sử dụng tuyến đường Tốc độ thời gian xe chạy cho phép xác định chi phí vận tải, tiêu quan trọng để làm toán so sánh kinh tế kỹ thuật chọn phương án Ngoài ra, cịn dùng cho việc lập kế hoạch chạy xe tổ chức giao thông 4.6.1 Lập đồ thị vận tốc xe chạy - Đồ thị tốc độ xe chạy lập cho vài loại xe đại diện cho thành phần xe chạy đường - Đồ thị tốc độ xe chạy vẽ trực tiếp trắc dọc, trục hoành trùng với trục ngang trắc dọc có tỉ lệ, trục tung tốc độ xe chạy vẽ với tỉ lệ 1cm=5-10km/h - Đồ thị tốc độ xe chạy vẽ cho chiều lẫn chiều - Trình tự lập đồ thị tốc độ xe chạy sau: 144 Xác định tốc độ xe chạy đoạn dốc theo điều kiện cân sức kéo Tức ứng với đoạn dốc có độ dốc dọc id có hệ số ma sát f tìm nhân tố động lực D = f ± id, tra biểu đồ nhân tố động lực ứng với loại tơ xét tìm vận tốc v (Hình 4.8) Xác định tốc độ hạn chế điều kiện: + Đường cong nằm có bán kính bé: V = 127 R(μ + i sc ), km / h (4.12) V,km/h 60 50 Sgt 40 30 Stt Sgt L, m i1 i3 i2 Đường đỏ Hình 4.8 Biểu đồ tốc độ xe chạy từ đặc tính động lực xe + Tại đường cong đứng lồi có tầm nhìn hạn chế : Từ cơng thức tính bán kính đường cong đứng tính S1 = 2dR tính ngược vận tốc Vhc + Tại đường cong đứng lõm V = 6,5R (km/h) + Tại điểm gãy trắc dọc mà khơng bố trí đường cong đứng, để đảm bảo khơng bị sóc mạnh, tốc độ cho phép tính theo công thức kinh nghiệm: V= 26Pg (km/h) ; với P độ vượt tải lò xo cho phép, P=0,05-0,15 ω + Tại nơi có độ dốc lớn hạn chế tốc độ để đảm bảo an tồn giao thơng Bảng 4.9 Tốc độ hạn chế xuống dốc Độ dốc xuống (%) 0,11 0,09 0,07 0,06 0,05 0,04 Vhc (Km/h) 20-25 40 60 80 100 120 + Đoạn qua khu dân cư, chỗ giao : Theo quy định hành luật giao thông đường 145 + Theo chất lượng mặt đường : Mặt đường cấp thấp B1 B2 vận tốc Vhc=4060Km/h; mặt đường cấp cao A2 Vhc=80-100km/h; mặt đường cấp cao A1 không hạn chế Định tốc độ tối đa cho phép toàn tuyến Tốc độ độ phẳng mặt đường, bề rộng phần xe chạy, trang thiết bị an toàn, loại xe định Dựa vào trị số tốc độ cân tốc độ hạn chế, vẽ đồ thị tốc độ xe chạy gồm đoạn tốc độ Xác định đoạn chuyển tiếp hai đoạn có tốc độ khác nhau, để nối đoạn tốc độ có với Có hai trường hợp: + Chiều dài đoạn tăng tốc hay giảm tốc : xác định theo điều kiện cân sức kéo: S t,g V22 − V12 ,m =± 254[D tb − (f ± i )] (4.13) đó: V1 V2 – tốc độ trước sau tăng giảm tốc, km/h; Dtb – trị số trung bình nhân tố động lực tính ứng với V1 V2 D tb = (D1 + D ) (4.14) Dấu trước biểu thức tăng tốc dùng dấu (+) giảm tốc dùng dấu (-) + Trường hợp cần phải hãm xe: xe chạy với tốc độ cao, điều kiện đường xe phải giảm tốc độ để đảm bảo an toàn Chiều dài đoạn đường hãm xe cần thiết: Sh = k V12 − V22 ,m 254(ϕ ± i ) (4.15) Trường hợp chiều dài đoạn tăng giảm tốc tính lớn chiều dài thực tế để tốc độ đạt tới tốc độ cân động lực phải dựa vào chiều dài đoạn đường thực tế để tính ngược lại tốc độ V2 4.6.2 Vận tốc trung bình thời gian xe chạy trung bình Trên đoạn coi đồng có chiều dài li có tốc độ xe chạy đầu đoạn vi-1 cuối đoạn vi Ta có - Tốc độ trung bình : vitb = v i +vi −1 - Thời gian xe chạy trung bình : t itb = 146 (4.16) li vitb n Thời gian xe chạy toàn tuyến T = ∑ t itb (4.17) n Tốc độ xe chạy trung bình Vtb = ∑l i (km/h) T (4.18) Cần ý đại lượng khác theo chiều chiều V (km/h) Vmax V2 V1 V3 Tăng tốc Giảm tốc V4 H·m xe Vmin V L1 L2 L3 L4 L (km) (km/h) V2 V1 V3 V4 t1 t2 t3 t4 t5 t6 T t7 (phót)) T Hình 4.9 Biểu đồ vận tốc thời gian xe chạy 4.6.3 Đánh giá phương án thiết kế theo hệ số an toàn Hệ số an toàn đoạn tuyến Kat xác định tỷ số vân tốc xe chạy đoạn xét (Vcp) vận tốc xe chạy đoạn kề trước (Vtr) Tỷ số nhỏ chênh lệch vận tốc đoạn lớn xác suất xảy tai nạn lớn K at = Vcp Vtr (4.19) Cần vẽ biểu đồ vận tốc hai chiều để đánh giá hệ số an toàn cho hai chiều tuyến đường Kết lập thành biểu đồ hệ số an toàn 147 Vận tốc xe chạy để tính tốn hệ số an tồn vân tốc xe chạy lý thuyết xác định theo phương pháp thông thường với loại xe - Không xét đến chỗ hạn chế tốc độ yêu cầu tổ chức giao thông qua khu dân cư, qua nút giao, - Không xét tới chỗ hãm phanh để giảm tốc trước vào đoạn phải hn ch tc Trắc dọc - Vtr Vcp Bình ®å Hình 4.10 Sơ đồ xác định hệ số an toàn Tiêu chuẩn đánh giá mức độ an toàn xe chạy theo hệ số an toàn sau : - Kat ≤ 0.4 : Rất nguy hiểm - Kat = 0.4 – 0.6 : Nguy hiểm - Kat = 0.6 – 0.8 : nguy hiểm - Kat > 0.8 : Không nguy hiểm Khi thiết kế đường mới, phải đảm bảo đoạn tuyến có hệ số Kat ≥ 0.8; Với đồ án cải tạo đại tu đường phải đảm bảo Kat ≥ 0.6 4.7 TRẮC NGANG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CHỦ YẾU CỦA TRẮC NGANG 4.7.1 Bề rộng phần xe chạy Bề rộng phần xe chạy xác định phụ thuộc vào lưu lượng xe chạy đường, thành phần, tốc độ xe chạy việc tổ chức phân luồng giao thơng Bề rộng tổng bề rộng xe bố trí đường Bề rộng xe xác định phụ thuộc vào chiều rộng thùng xe, khoảng cách từ thùng xe đến xe bên cạnh từ bánh xe đến mép phần xe chạy (Hình 4.11) 148 b b y c x x B1 c x B2 Hình 4.11 Sơ đồ xác định bề rộng phần xe chạy - Bề rộng xe xác định theo công thức: B1 = x + y + c + b−c b+c = x+ y+ 2 (4.20) đó: b – chiều rộng thùng xe, m; c – cự ly hai bánh xe, m; x – khoảng cách từ thùng xe tới xe cạnh; y – khoảng cách từ bánh xe đến mép phần xe chạy, - Khi phần xe chạy gồm nhiều xe xe nằm tính theo cơng (4.21) thức: B2 = b + x1 + x2 x1, x2 – khoảng cách từ thùng xe tới xe cạnh; Các trị số x, y xác định theo công thức thực nghiệm sau: x = 0,50 + 0,005V xe cạnh ngược chiều; x = 0,35 + 0,005V xe cạnh chiều chiều; y = 0,50 + 0,005V x, y tính m, cịn V tính km/h; Khi tính tốn cần phải xét hai trường hợp: xe có kích thước bé tốc độ xe chạy cao, xe tải có tốc độ thấp kích thước lớn 4.7.2 Lề đường: Dải đất song song nằm sát phần xe chạy gọi lề đường Lề đường có tác dụng giữ cho mép mặt đường không bị hư hỏng Lề đường phải đảm bảo cần thiết tơ tránh đỗ lề đường Khi sửa chữa xây dựng mặt đường, lề đường nơi dùng để chứa vật liệu Khi Vtt ≥ 40km/h lề đường có phần gia cố, 149 - Khi V=40km/h phần gia cố có vật liệu khác với mặt đường - Khi V≥ 60km/h phần gia cố có cấu tạo đơn giản so với mặt đường (bớt lớp, bớt chiều dày, dùng vật liệu hơn) lớp mặt phải vật liệu với mặt đường (khuyến khích dùng kết cấu lề gia cố mặt đường) Nền đường Mặt đường Lề id in in igcl Lề Gia cố igcl id Tim đường Hình 4.12 Cấu tạo đường Đường có Vtt từ 60km/h trở lên phải có dãi dẫn hướng – vạch sơn liền rộng 20cm nằm lề gia cố, sát với mép mặt đường Bảng 4.10 Độ dốc ngang yếu tố mặt cắt ngang Yếu tố mặt cắt ngang Phần mặt đường phần lề gia cố Bê tông xi măng bê tông nhựa Các loại mặt đường khác, mặt đường lát đá tốt, phẳng Mặt đường lát đá chất lượng trung bình Mặt đường đá dăm, cấp phối, mặt đường cấp thấp Phần lề không gia cố Phần dải phân cách: tuỳ vật liệu phủ Độ dốc ngang % 1,5 - 2,0 2,0 - 3,0 3,0 - 3,5 3,0 - 3,5 4,0 - 6,0 Như 4.7.3 Dải phân cách Dải phân cách bố trí đường có bốn xe trở lên gồm có phần phân cách hai phần an tồn có gia cố hai bên Kích thước tối thiểu dải phân cách qui định bảng 4.11 Bảng 4.11 Cấu tạo tối thiểu dải phân cách [1] Cấu tạo dải phân cách Phần phân cách, m Phần an toàn (gia cố), m Chiều rộng tối thiểu dải phân cách giữa, m Dải phân cách bê tơng đúc sẵn, bó vỉa có lớp phủ, khơng bố trí trụ (cột) cơng trình 0,50 x 0,50 1,50 Xây bó vỉa, có lớp phủ, có bố trí trụ cơng trình 1,50 x 0,50 2,50 Khơng có lớp phủ 3,00 x 0,50 4,00 150 Hình 4.13 Cấu tạo dải phân cách a) nâng cao; b/ độ cao, có phủ mặt đường; c/ hạ thấp thu nước vào Khi dải phân cách rộng 3,00 m, phần phân cách phủ mặt bao bó vỉa Khi dải phân cách rộng từ 3,00 m đến 4,50 m: – bao bó vỉa phải đảm bảo đất phần phân cách khơng làm bẩn mặt đường (đất thấp bó vỉa), bó vỉa có chiều cao 18 cm phải có lớp đất sét đầm nén chặt để ngăn nước thấm xuống mặt đường phía – nên trồng cỏ bụi để giữ đất bụi không cao 0,80 m – Khi dải phân cách rộng 4,50m (để dự trữ xe mở rộng, để tách đơi đường riêng biệt) nên cấu tạo trũng, có cơng trình thu nước khơng cho nước thấm vào đường Phải cắt dải phân cách để làm chỗ quay đầu xe Chỗ quay đầu xe bố trí: – cách khơng 1,0 km (khi chiều rộng dải phân cách nhỏ 4,5m) không 4,0 km (khi dải phân cách rộng 4,5 m); – trước cơng trình hầm cầu lớn Chiều dài chỗ cắt mép cắt dải phân cách phải đủ cho xe tải có trục quay đầu Chỗ cắt gọt theo quỹ đạo xe, tạo thuận lợi cho xe không va vào mép bó vỉa 4.7.4 Dải phân cách bên Chỉ bố trí dải phân cách bên để tách riêng xe đạp xe thô sơ đặt phần lề gia cố (hoặc lề gia cố có mở rộng thêm) với phần xe chạy dành cho xe giới 151 ... dùng thiết kế đường cải tạo nâng cấp, đường cấp thấp 4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ƠTƠ Thiết kế trắc dọc đường tô tức vạch đường đỏ (đường nối cao độ thi cơng) mặt cắt dọc địa hình. .. mặt đường Bảng 4.10 Độ dốc ngang yếu tố mặt cắt ngang Yếu tố mặt cắt ngang Phần mặt đường phần lề gia cố Bê tông xi măng bê tông nhựa Các loại mặt đường khác, mặt đường lát đá tốt, phẳng Mặt đường. .. 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