THIẾT kế sơ bộ nút GIAO THÔNG lập THỂ nút GIAO PHÚ THƯỢNG

ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ Phần I: THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO THÔNG LẬP THỂ NÚT GIAO PHÚ THƯỢNG SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 1 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ CHƯƠNG I : THIẾT KẾ TỔ CHỨC NÚT GIAO THÔNG PHÚ THƯỢNG NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: - Thiết kế sơ bộ một nút giao lập thể. - Thiết kế tổ chức giao thông trong nút. - Tính toán sơ bộ cho kết cấu cầu trong nút giao. - Giải pháp bố trí kết cấu phụ trợ trên cầu. 1.1. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO Dự án xây dựng cầu Nhật Tân trên đường vành đai II thành phố Hà Nội có chiều dài 8.45km. Dự án bắt đầu tại khu vực phường Phú Thượng-Quận Tây Hồ, vượt qua sông Hồng, giao với đường quốc lộ 5 kéo dài tại xã Vĩnh Ngọc và đi tiếp tới điểm cuối nối vào đường QL 3. Nút giao Phú Thượng là giao cắt giữa đường dự án cầu Nhật Tân với đường đê Hữu Hồng hiện tại. Ngoài ra nút giao còn có mối liên hệ với đường nội bộ khác gồm đường Tổ 45 cụm 7 phường Tây Hồ, đường nội bộ của khu đô thị Nam Thăng Long( Caputa) và đường dọc theo đê Hữu Hồng. 1.2. SỰ CẦN THIẾT PHẢI THIẾT KẾ LẠI NÚT GIAO 1.2.1. Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức - Đảm bảo an toàn cho xe chạy trong nút do đã triệt tiêu hoàn toàn các xung đột nguy hiểm ( giao cắt) của các luồng xe ra vào nút. - Tăng khả năng thông xe của nút giao thông do không có giao cắt của các luồng xe. - Do không xảy ra ùn tắc giao thông nên cải thiện đáng kể môi trường đô thị, và sức khỏe con người cũng như tiết kiệm chi phí vận doanh. 1. 2.2. Quy mô nút giao phải thiết kế nút giao khác mức kiểu liên thông (là nút giao khác mức có bố trí các nhánh nối để xe chuyển hướng) SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 2 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ - Nút giao thiết kế vĩnh cửu 1.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO 1.3.1. Hệ thống quy phạm áp dụng. - Tiêu chuẩn đường Đô thị TCXDVN 104-2007. - Tiêu chuẩn cầu đường bộ 22TCN 272-05. - Tiêu chuẩn Việt Nam 4054-2005 Đường ô tô – yêu cầu thiêt kế. - Tài liệu tham khảo: + Tính toán và thiết kế chi tiết các yếu tố nút giao thông khác 1.3.2. Nguyên tắc thiết kế: - Các yếu tố tuyến trên mặt bằng phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng với vận tốc thiết kế. -Mặt bằng tuyến phù hợp với các quy hoạch hai bên đường và các dự án khác có liên quan. - Tuyến phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật và hạn chế tới mức thấp nhất khối lượng xây dựng và giải phóng mặt bằng, tuy nhiên cũng phải đảm bảo an toàn và êm thuận tới mức tối đa cho người và phương tiện khi tham gia giao thông trong nút. -Phối hợp hài hoà giữa các yếu tố: bình đồ - trắc dọc - trắc ngang - cảnh quan. -Kết cấu cầu phù hợp với trình độ và năng lực thi công của nhà thầu trong nước. -Hạn chế chiều cao kiến trúc. -Đảm bảo tính thông thoáng và thẩm mỹ cao. -Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình thi công như độ rung và tiếng ồn… 1.3.3. Xác định quy mô đường giao nhau. 1.3.3.1. Xác định cấp hạng đường giao nhau ( vận tốc thiết kế). Xác định cấp hạng đường căn cứ vào lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai, lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai tính thông qua lưu lượng năm hiện tại thông qua điều tra. Ngoài ra đối với đường trong đô thị thì cấp hạng đường chủ yếu được xác định ngay tại bước quy hoạch, chủ yếu phụ thuộc vào vai trò của đường đô thị. Theo tiêu chuẩn TCXD 104 – SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 3 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ 2007 lựa chọn cấp hạng kĩ thuật đường dựa vào loại đô thị, điều kiện địa hình và điều kiện xây dựng. Ta chọn đường Giải Phóng cấp kĩ thuật là 60 km/h và đường Đại La và đường Trường Chinh cấp kĩ thuật là 40 km /h. I.3.3.2. Xác định vận tốc thiết kế đường nhánh trong phạm vi nút giao. Nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng hơn nút giao cùng mức do đó cho phép giảm tốc độ của đường nhánh khi vào trong nút giao. Do đó việc lựa chọn tốc độ thiết kế trên đường nhánh không thể bằng tốc độ thiết kế trên đường thẳng do các lý do sau: - Nếu tốc độ thiết kế đường nhánh lớn dẫn đến đòi hỏi chiều dài đường nhánh lớn do đó chi phí xây dựng và chiếm dụng mặt bằng cũng lớn theo - Đường nhánh rẽ thông thường bố trí cho các phương tiện giao thông đi hỗn hợp đi cùng nhau do đó khó có thể đạt được vận tốc thiết kế. Theo nghiên cứu của M.P.Poliacov ( Nga) thì tốc độ tối ưu của đường nhánh rẽ chọn trong khoảng 40 – 50 km / h. Theo TCXD 104 – 2007 thì quy định như sau: ( Điều 12.8.3 TCXD 104 -2007) Lựa chọn tốc độ thiết kế trên nhánh nối V TK trên đường giao (km/h) Tốc độ thiết kế trên nhánh nối (km/h) Mức cao Mức trung bình Mức thấp 100 70 80 60 50 80-70 70 70-60 50 40 60 55 50 40 30 50 45 40 30 25 Ghi chú: - Nhánh nối rẽ phải thường áp dụng tốc độ ở mức trung bình tới cao - Nhánh nối gián tiếp thường áp dụng tốc độ ở mức thấp. - Nhánh nối bán trực tiếp thường áp dụng tốc độ ở mức trung bình tới cao - Nếu chiều dài nhánh nối ngắn, làn xe đơn nên lấy ≤60km/h. Ta có vận tốc thiết kế trên các đường chính chọn là 60 km/h. 1.3.4 Các phương án thiết kế : Do các dạng giao cắt ở dây là giao cắt giữa hai ngã tư nên ta chọn nút giao khác mức dạng hoa thi để giải quyết giao cắt với hai phương án sau dây. 1.3.4.1. Phương án 1: Nút giao dạng hoa thị có hướng cầu Nhật Tân được nâng thành cầu vượt lên trên hướng còn lại. SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 4 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ - Với phương án này đã giải quyết triệt để hoàn toàn các giao cắt đảm bảo việc thông hành qua nút được êm thuận. Tổ chức giao thông * Khi đi từ 1 Từ 1 muốn đi đến 2 đi thẳng qua cầu Nhật Tân. Từ 1 muốn đi dến 3: Đi thẳng lên cầu rẽ vào đường nhánh C rồi về 3. Từ 1 muốn đi dến 4: Từ A rẽ vào đường nhánh G rồi về 4. * Khi đi từ 2 Từ B muốn đi về 1 đi thẳng lên cầu rồi về 1. Nếu muốn về 3 thì rẽ vào đường nhánh E, nếu muốn đi về 4 thì đi thẳng lên cầu sau đó rẽ vào đường nhánh A rồi về 4. * Khi đi từ 3 Từ 3 đi về 4 thì ta đi thẳng, nếu muốn đi về 1 thì rẽ vào đường nhánh H, nếu muốn đi về 2 thì đi vào đường nhánh B rồi về 2. * Khi đi từ 4: tương tự như cách đi từ 3. Ưu điểm: Giải quyết triệt để các giao cắt trong nút. Năng lực thông hành của nút lớn. Giao thông qua nút êm thuận SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 5 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ Tính toán thiết kế nút không phức tạp. Tổ chức giao thông cho nút đơn giản. Nhược điểm Chiếm dụng mặt bằng lớn. phải xây dựng nhiều cầu trong nút. 1.3.4.2.Phưong án 2: Thiết kế đảo xuyến ở trên cao. Tổ chức giao thông: Thiết kế đảo tròn trên cao kết hợp với các cầu nhánh để giải quyết liên hệ giao thông cho các hướng Còn các dòng lưu thông còn lại đều đi lên đảo xuyến theo các nhánh cầu lên đảo tròn trên cao thực hiện trộn dòng rồi tách ra các hướng mong muốn. - Cách đi trong nút tương đối đơn giản để đi từ một hướng đến một hướng bất kì ta đi lên vòng xuyến sau đó chạy theo chiều đi trên vòng xuyến cho đến khi đến điểm cần đến thì rẽ phải đi xuống các cầu nhánh. SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 6 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ -Ưu điểm: - Tốn ít diện tích, giải quyết tương đối được xung đột cho các hướng chính. - Tổ chức giao thông tương đối đơn giản, đảm bảo cho xe chạy thuận tiện và an toàn Nhược điểm: - Năng lực thông hành của nút không cao cao so với hoa thị. - Tồn tại nhiều xung đột nhập dòng và tách dòng trên đảo tròn trên cao. - Tồn tại nhiều cầu trong nút giao do đó khối lượng xây dựng lớn kéo theo giá thành tăng cao. 3.4.4.KIẾN NGHỊ Căn cứ vào đặc điểm giao thông nút giao cũng như đặc điểm địa hình dân cư tại khu vực nút kiến nghị thiết kế tổ chức giao thông nút Phú Thượng theo phương án 1. Phương án này giải quyết được các giao cắt nguy hiểm giữa các luồng phương tiện giao thông đặc biệt là các giao cắt với cầu chính. Ưu tiên được các hướng chính. CHƯƠNG II THIẾT KẾ HÌNH HỌC NÚT GIAO PHÚ THƯỢNG 2.1. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT KẾ NÚT GIAO 2.1.1. Các thông số kỹ thuật cầu chính: + Tốc độ tính toán trong cầu chính : v d = 60km/h. + Độ dốc dọc trên cầu chính: i d = 2 %. + Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17. + Độ dốc ngang : 2% + Góc giao giữa cầu chính với đường: α = 90 0 . 2.1.2. Các thông số kỹ thuật thiết kế cầu nhánh: + Tốc độ tính toán trong cầu nhánh: v d = 40km/h = 11.11m/s đối với các nhánh rẽ trái gián tiếp V= 50 km/h đối với các cầu nhánh rẽ phải. + Độ dốc dọc lớn nhất trên các cầu nhánh: i d = 4%. + Độ nghiêng siêu cao lớn nhất trên các cầu nhánh: i sc = 4%. + Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17 SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 7 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ 2.2. LỰA CHỌN TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN TRÊN CÁC CẦU NHÀNH Vì nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng lớn, do đó để giảm kích thước của nút người ta thường giảm tốc độ ở các cầu nhánh. Vì vậy lựa chọn tốc độ tính toán của các cầu nhánh cần được luận chứng kỹ lưỡng. Không thể chọn tốc độ thiết kế của cầu nhánh bằng tốc độ xe chạy trên đường chính vào nút vì hai lý do sau: + Thứ nhất là tốc độ xe rẽ lớn thì đòi hỏi phải thiết kế cầu rẽ có chiều dài lớn. Điều này dẫn đến khối lượng và gía thành xây dựng tăng lên, đồng thời tăng diện tích chiếm dụng mặt bằng. + Thứ hai là không thể lựa chọn tốc độ trên cầu nhánh quá cao do thông thường cầu nhánh rẽ chỉ có một làn xe dành cho đi chung cả xe con và xe bus có tốc độ thiết kế thấp sẽ không đạt được tốc độ thiết kế cao. Trong thành phố, do điều kiện hạn hẹp về mặt bằng nên các nhà chuyên môn khuyên nên dùng tiêu chuẩn ứng với điều kiện tối thiểu, nghĩa là tốc độ tính toán của các cầu nhánh trong các nút giao khác mức ở thành phố chỉ nên chọn V=25-40 km/h, chỉ đối với đường cao tốc thành phố mới chọn V=50km/h. Từ tất cả các điều trên và theo quy trình thiết kế đường đô thị mới nhất của nước ta: Đường đô thị - Yêu cầu thiết kế mang ký hiệu TCXDVN104 – 2007 với vận tốc trên đường chính 60km/h ,vận tốc thiết kế trên cầu nhánh rẽ trái gián tiếp được chọn là 40km/h. Với cầu nhánh rẽ phải là 50 km/h. 2.3.XÁC ĐỊNH TẦM NHÌN TRÊN CẦU NHÁNH CÓ MỘT LÀN XE TRONG PHẠM VI NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC. 2.3.1 Tính toán tầm nhìn trên bình đồ. a.Với vận tốc thiết kế là 40 km/h. Khoảng cách tầm nhìn trên bình đồ của các cầu nhánh có một làn xe trong phạm vi nút giao thông khác mức được xác định theo điều kiện tầm nhìn hãm xe trước chướng ngại vật (tầm nhìn phía trước). l2 l1 l0 S SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 8 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ Sơ đồ tính toán tầm nhình cho đường nhánh có một làn xe Và được tính theo công thức: S = l 1 +l 2 +l 0 Trong đó: 1 l - chiều dài đoạn đường ứng với thời gian phản ứng tâm lý của người lái xe 1 l = v.t f v - tốc độ chạy xe trên cầu nhánh, m/s t f - thời gian phản ứng tâm lý của lái xe, t f = s2.14.0 ÷ . Chọn t f = 1,0s 2 l - chiều dài hãm xe. )(2 . . 2 2 ifg vK vtl ±+ += ϕ Trong đó: t- thời gian lái xe tác dụng và tăng lực hãm lên các bánh xe. Chọn loại phanh là phanh thuỷ lực nên chọn t = 0.2s K - hệ số sử dụng phanh, trị số K thay đổi từ 1,1 đến 2,0 (để đảm bảo cho xe chạy trên cầu nhánh an toàn thường chọn K = 2,0) ϕ - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, lấy ϕ = 0,48 f - hệ số sức cản lăn (f=0,02-0,03), lấy f = 0,025 i - độ dốc dọc đường nhánh, lấy trường hợp bất lợi nhất là xe xuống dốc, i= 0,04 0 l - cự ly an toàn dừng xe trước chướng ngại vật. Thường chọn 0 l = 5m Từ đây, công thức được viết lại: 0 2 )(2 . )( l ifg vK ttvS f + ±+ ++= ϕ 2 2.11.11 11.11(1,0 0,2) 5 2.9,81(0,48 0,02 0,04) 43.8( )m = + + + + − = Theo điều 11.3 tiêu chuẩn TCXDVN104-2007 với vận tốc thiết kế 40km/h thi tầm nhìn tối thiểu trên bình đồ là 35 m. Vậy 43.8S m= 2.3.2 Xác định tầm nhìn trên trắc dọc. Trong trường hợp tổng quát và để bảo đảm an toàn khi tính toán ta chọn 0= d i % SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 9 ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ )(43 5 )02,05,0(82,9.2 11,11.2 )2,00,1(11,11 )(2 . )( 2 0 2 m l fg vK ttvS f = + + ++= + + ++= ϕ Vậy )(43 mS = 2.3.3. Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh. A.Với đường nhánh rẽ trái gián tiếp có vận tốc thiết kế là 50 km/h Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức h S R loi .2 2 = Trong đó: S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh. h = 1,2 m chiều cao mắt người lái xe. Vậy bán kính đường cong đứng lồi là: mR loi 770 2,1.2 43 2 == Theo TCXDVN 104 : 2007 với tốc độ tính toán là 40km/h thì bán kính đường cong đứng tối thiểu mong muốn là 700m (bảng 29). Đồng thời chiều dài tối thiểu tiêu chuẩn của đường cong đứng là 35m. Khi mong muốn thiết kế đường cong đứng thỏa mãn tiêu chuẩn và tiếp tuyến với đường đổ dốc 4% trên trắc dọc thì sơ đồ tính toán bán kính đường cong đứng như sau: SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45 10 [...]... phự hp vi cỏc cao khng ch - m bo tnh khụng yờu cu khi giao ct vi cỏc tuyn giao thụng khỏc 2.5.2 Xỏc nh cỏc cao khng ch trờn trc dc Cao khng ch trc dc ca nỳt c xỏc nh nh sau: - Cu chớnh vt ng st v QL1A c khng ch bi cao ng hin ti v tnh khụng di cu - Cỏc cu nhỏnh trong nỳt khng ch bi cao ng hin ti 2.5.3 Xỏc nh dc dc dc dc trờn cu nhỏnh ca nỳt giao c la chn ph thuc vo nhiu yu t nh iu kin a hỡnh,... giỏ thnh xõy dng 2.6.2 Xỏc nh dc ngang v siờu cao Ti nỳt giao thụng cú s gp g v tip xỳc ca nhiu tuyn, nhiu ng cong theo chiu khỏc nhau, cu to siờu cao s to nờn g li gia phn xe chy, xe chuyn ln s khụng ờm thun nht l cỏc xe cú chiu di ln nh xe buýt Trờn cỏc ng giao thụng thụng thng, cú quy nh siờu cao theo tr s bỏn kớnh ng cong nm nhng trong nỳt giao thụng, tc xe phõn tỏn, h s lc ngang bin i rt nhiu... thiu mong mun l 1000m (bng 29), Vy ta chn Rloi = 1500m v Rlom = 1000m SV: NGễ MINH THNH 13 CTGTTP-K45 I HC GTVT H NI THIT K TNG TH NT GT LP TH 2.4 Xỏc nh c trng hỡnh hc ca cỏc cu nhỏnh: Do trong nỳt giao gúc giao ca hai hng chớnh bng 90 nờn cỏc nhỏnh r giụng nhau nờn ta ch cn tớnh cho mt nhỏnh r trỏi giỏn tip v mt nhỏnh r phi 2.4.1 Tớnh toỏn v thit k ng nhỏnh r trỏi giỏn tip - Gúc chuyn hng = 900 -... di ton b ng cong trờn bỡnh ca nhỏnh r phi c tớnh theo cụng thc SV: NGễ MINH THNH 15 CTGTTP-K45 I HC GTVT H NI THIT K TNG TH NT GT LP TH Lh = 2xL + Lc = 2x70 + 212,63 = 352,63 m Xỏc nh khong cỏch t im giao nhau ca trc ln xe ngoi cựng ca ng chớnh A n u ng nhỏnh N: AN = R sin + cot g ( yk + Rcos )-x k = 28,835m 2 To cỏc im trờn ng cong chuyn tip: Ta cm cc trờn ng cong chuyn tip c 5m cm mt cc ta cú... 19.99546 24.98616 29.96556 34.92556 39.85488 44.73848 49.55711 54.28673 58.89796 Yi 0 0.00496 0.039682 0.133922 0.317409 0.619794 1.07055 1.698804 2.533101 3.601061 4.928934 6.541025 8.458975 2.4.2 Tính các thông số của đờng nhánh rẽ phải trực tiếp Cỏc s liu: Gúc = 900 SV: NGễ MINH THNH 16 CTGTTP-K45 I HC GTVT H NI THIT K TNG TH NT GT LP TH Bỏn kớnh ng nhỏnh r trỏi: R=60m Khong cỏch yk= 13,28 m Gúc ngot . - Thiết kế sơ bộ một nút giao lập thể. - Thiết kế tổ chức giao thông trong nút. - Tính toán sơ bộ cho kết cấu. THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ - Nút giao thiết kế vĩnh cửu 1.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO 1.3.1. Hệ thống quy phạm áp