Tài liệu Bài giảng đường ô tô chương 3 pdf

Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang 3.1.Xác định độ dốc dọc của đường Độ dốc dọc có ảnh hưởng rất nhiều đến giá thành xây dựng (chủ yếu là qua khối lượng đào đắp). Độ dốc dọc càng lớn thì chiều dài tuyến đường trên vùng đồi núi càng ngắn , khối lượng đào đắp càng nhỏ do đó giá thành đầu tư xây dựng thấp. Tuy nhiên , độ dốc dọc càng lớn tốc độ xe chạy càng thấp , tiêu hao nhiên liệu nhiều , hao mòn săm lốp tăng, tức là giá thành vận tải cao, ngoài ra mặt đường nhanh hao mòn do nước mưa và lốp xe bào mòn , rãnh dọc mau hư hỏng , duy tu bảo dưỡng khó khăn hơn . Tức là độ dốc dọc lớn thì chi phí khai thác vận doanh cao , lượng xe càng nhiều chi phí này càng lớn . Để xác định độc dốc dọc tối ưu , nguời ta thường xây dựng biểu đồ quan hệ giữa chi phí đầu tư, chi phí vận doanh và độ dốc dọc của đường. Độ dốc dọc tối ưu là độ dốc ứng với tổng chi phí xây dựng vận doanh nhỏ nhất . Hình 3-1 Biểu đồ quan hệ chi phí xây dựng vận doanh và độ dốc dọc C - Chi phí đầu tư E – Chi phí vận doanh Σ - Tổng chi phí xây dựng vận doanh 1 – Phương án ít xe 2 – Phương án nhiều xe 18 i% E1 i02 i01 Σ1 C1 C2 C Σ2 E2 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang TCVN 4054-85 qui định lựa chọn độ dốc dọc của đường như sau : Bảng 3-1 Lựa chọn độ dốc lớn nhất của đường Tốc độ xe chạy (km/h) 120 100 80 60 40 25 15 Độ dốc dọc i max (o/oo) 40 50 60 70 80 90 100 Giá trị trong bảng là độ dốc dọc có thể sử dụng trong trường hợp khó khăn nhất , khi thiết kế phải tìm cách giảm độ dốc dọc để xe chạy an toàn , thuận lợi . Độ dốc dọc nên dùng không vượt quá 30 (o/oo) , tuy nhiên trong trường hợp quá khó khăn , có thể đề nghị tăng độ dốc thêm 15 – 20 o/oo (sau khi có luật chứng kinh tế kỹ thuật nhưng không vượt quá 100 o/oo) . Qui trình Việt Nam khuyên , đối với đường cấp III trở xuống khi có xe đạp và xe thô sơ , độ dốc dọc không vượt quá 4 % . Vì tính đơn thuần nhất của dòng xe nên nhiều nước qui định độ dốc dọc của đường lớn hơn Việt Nam (Ví dụ Mỹ qui định độ dốc dọc ở đường miền núi có thể lấy 12 – 16 %) Khi độ dốc lớn không nên kéo dài chiều dài dốc vì khi lên dốc máy phải làm việc quá sức , khi xuống dốc không an toàn . Chiều dài lớn nhất của dốc không được vượt quá trị số trong bảng 3-2 (Theo giáo sư Xilianov) . Bảng 3-2 Chiều dài đoạn dốc max (m) Độ dốc o/oo 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vùng núi Đồng bằng và vùng đồi - 2000 - 1200 1500 600 1200 400 700 300 500 250 400 200 350 150 300 150 Trường hợp dốc dài phải bố trí các đoạn nghỉ có độ dốc nhỏ hơn 2,5% ; chiều dài không nhỏ hơn 50m. Qui trình Việt Nam qui định khi dốc nhỏ hơn 6% các đoạn nghỉ phải có khi dốc dài hơn 2000m. 3.2.Chi tiết giảm độ dốc trên đường cong có bán kính nhỏ Trên đường cong nằm có bán kính nhỏ , độ dốc thực tế sẽ tăng vì : -Trên đường cong có bán kính nhỏ phải bố trí siêu cao , tổng hình học của dốc siêu cao và dốc dọc sẽ lớn hơn độ dốc dự định áp dụng 19 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang -Chiều dài ở bụng đường cong ngắn hơn ở tim đường cong nên dốc dọc ở mép trong lớn hơn dốc dọc ở tim đường . Lực bám dọc thẳng chiếm 0.7-0.8 lực bám toàn thể , nên trong đường cong nằm ngang có bán kính nhỏ không thể dùng độ dốc tối đa mà phải chiết giảm . Lượng chiết giảm được lấy theo TCVN 4054-85 (bảng 3-3) Bảng 3-3 Độ chiết giảm dốc dọc trong đường cong nằm có bán kính nhỏ Bán kính đường cong (m) 50 45 40 35 30 25 20 15 Độ dốc chiết giảm (o/oo) 10 15 20 25 30 34 40 50 Như vậy đường cong có bán kính nhỏ hơn 50 m được dùng độ dốc dọc bằng dốc dọc tối đa trừ đi trị số chiết giảm . Đối với đường cong con rắn , qui trình qui định riêng như trong bảng 3-4 Bảng 3-4 Độ dốc áp dụng trong đường cong con rắn Tốc độ xe chạy (km/h) 25 20 15 Bán kính nhỏ nhất (m) Siêu cao (%) Độ dốc lớn nhất 25 6 3 20 6 3.5 15 6 4 3.3.Lựa chọn bán kính đường cong đứng 3.3.1. Khái niệm Để liên kết các dốc trên trắc dọc , người ta phải dùng các đường cong đứng để xe chạy điều hòa thuận lợi bảo đảm tầm nhìn hạn chế lực xung kích và lực li tâm theo phương đứng . Bán kính đường cong đứng được lựa chọn dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố trên . 3.3.2.Bảo đảm tầm nhìn ban ngày trên đường cong lồi R = 2 21 2 )(2 dd L + (3-1) Trong đó : R – Bán kính đường cong đứng cần bố trí (m); L- Chiều dài nhìn thấy chướng ngại vật(m); 20 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang d 1 - Chiều cao mắt người lái xe trên mặt đường ; d 2 - Chiều cao chướng ngại vật phải nhìn . Trường hợp người lái xe phải nhìn thấy chướng ngại vật cố định , thì L = S 1 , do đó : R = 2 21 2 1 )(2 dd S + (3-2) Qui trình Việt Nam , Liên Xô cũ , Pháp lấy d 1 = 1.2m , Mỹ lấy d 1 = 1,0m Việt Nam lấy d 2 = 0 (chướng ngại vật trên mặt đường ) do đó công thức 3-2 có thể viết thành : R = 1 1 2 2d S (3-3) Trường hợp gặp chướng ngại vật di động (xe ngược chiều ) thì lấy d 2= d 1 , do đó : R = 1 1 2 8d L (3-4) 3.3.3. Bảo đảm hạn chế lực li tâm trên đường cong đứng lõm Trên đường cong lõm , lực li tâm làm tăng tải trọng , gây khó chịu cho hành khách , gây nên siêu tải cho lò xo của xe , do đó phải hạn chế gia tốc li tâm , không cho vượt quá trị số cho phép. Theo qui định Việt Nam , gia tốc li tâm b không vượt quá (0.5 ÷ 0.7) : b = R v 2 → R = b v 2 Thay b =0.5 , lấy vận tốc theo đơn vị km/h ta có : R = 5.0 2 v (3-5) 3.3.4.Bảo đảm tầm nhìn ban đêm đường cong đứng lõm Ban đêm đèn pha của xe chiếu trong đường cong đứng lõm mặt chiều dài nhỏ hơn so với trên đường cong bằng . Gọi h p là chiều cao pha đèn (với xe con h p = 0.75 m ) α là mở rộng của pha đèn ôtô , ta có hệ thức gần dúng : S 1 = 2R (h p +S 1 sinα) Từ đó ta có bán kính tối thiểu đảm bảo tầm nhìn ban đêm : R = ( ) α sin.2 1 2 1 Sh S p + (3-6) 3.3.5.Lựa chọn bán kính đường cong đứng 21 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang Trong thiết kế trắc dọc , lựa chọn bán kính đường cong đứng là nhằm mục đính tạo đièu kiện tốt cho xe chạy về phương diện quang học , cơ học để xe chạy an toàn về tốc độ mong muốn . Bán kính đường cong đứng tối thiểu lấy theo TCVN – 4054-85 (Bảng 3-5) Bảng 3-5 Bán kính đường cong tối thiểu Tốc độ thiết kế (km/h) Đường cong đứng lồi (m) Đường cong đứng lõm (m) Cơ bản Cá biệt 120 100 80 60 40 25 15 15000 10000 5000 2500 1000 600 50 5000 3000 2000 1500 1000 250 50 2500 1500 1000 600 300 150 40 3.4. Nguyên tắc cơ bản thiết kế trắc dọc 3.4.1.Xác định các điểm khống chế Trong thiết kế trắc dọc , trước hết phải xác định các điểm khống chế , đó là các điểm đường đỏ nhất thiết phải đi qua (điểm giao với đường sắt, đường ôtô cấp cao hơn , điểm đầu tuyến , điểm cuối tuyến ) Các điểm khống chế trên trắc dọc cũng là những điểm nếu không bảo đảm được sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình , chất lượng , phương pháp xây dựng : cao độ nền đường đắp bãi sông , nền đường chỗ bị ngập nước , cao độ khống chế , trên cống Cao độ nền đường đắp qua bãi sông phải cao hơn mực nước tính toán (mép nền đường ) ít nhất 0.5m . Ở đoạn dần vào cầu nhỏ và cống , cao độ mép nền đường phải cao hơn mực nước tính toán 0.5m (có xét ảnh hưởng của nước dềnh) Theo qui trình thiết kế đường ôtô Việt Nam , cao độ nền đường đắp ở cầu nhỏ và công lấy theo tần suất lũ nhỏ sau : -Đường cấp I :1% -Đường cấp II và III :2% -Đường cấp IV và V :4% -Ở nơi mạng lưới đường dày , có thể dùng đường này thay thế đường kia thì lấy tần suất 1% đối với mọi cấp đường . Cao độ tối thiểu của đường trên cần phải xét đến an toàn cho thông thuyền (độ tĩnh không) và 0.5m cho cây trôi khi không thông thuyền . Cao độ của nền đường trên cống phải đảm bảo chiều cao lớp đất đắp ≥ 0.5m (trường hợp không đảm bảo điều kiện này phải hạ cống , hoặc bố trí lại cống chịu lực trực tiếp) 22 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang Cao độ tối thiểu của mép nền đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán Khi phải vựot qua đường ôtô , thì cao độ mặt đường phải đảm bảo độ tĩnh không theo qui trình Việt Nam là 4.5m (lấy dự trữ 12cm cho gia cố mặt đường) Mỹ : H tk = 5,2m 3.4.2. Các yêu cầu khi thiết kế trắc dọc Trong các yếu tố hình học , độ dốc dọc có ảnh hưởng lớn nhất đến các chỉ tiêu khai thác cơ bản của đường như : tốc độ xe chạy , thời gian chạy xe , năng lực thông xe , an toàn xe chạy , mức tiêu hao nhiên liệu , giá thành vận tải Mặc dù độ dốc lớn sẽ giảm khối lượng xây dựng , nhung trong mọi trường hợp phải tìm cách đảm bảo cho tuyến đi đều (dùng độ đóc bé và ít thay đổi) chỉ trong thường hợp bất đắc dĩ mối dùng độ dốc giới hạn theo qui định. Trắc dọc không phải là một yếu tố độc lập mà là một thành phần của một tuyến trong không gian . Vì vậy phải đặt trắc dọc tron sự phối hợp với bình độ và địa hình cụ thể , để có được tuyến đường hài hòa với không gian đảm bảo xe chạy an toàn thuận lợi . Đảm bảo các yếu cầu cảu các điểm khống chế theo suốt dọc tuyến . Thoát nước tốt cho nền đường và cho khu vực hai bê đường Khi độ dốc dọc lớn cần chú ý đến sự ổn định của đáy rãnh (cùng độ dốc với tim đường). Khi cần thiết đáy rãnh dọc phải làm các bậc nước , dốc nước để rãnh tránh bị bào mòn. Để lòng rãnh không bị bồi lắng , dốc dọc tối thiểu cảu đáy rãnh không nhỏ hơn 0.5%.Chiều sâu trung bình của rãnh là 0.4m Khi thiết kế đường ôtô cần chú ý đến điều kiện thi công . Với các đường quang trọng phần lớn là thi công cơ giới . Trắc dọc có độ dốc thay đổi nhiều sẽ không thuận lợi cho thi công , khai thác , bảo dưỡng . Đối với trắc dọc yêu cầu : Nếu mặt cầu bằng gỗ lát phải giảm dốc , gỗ lát ngang thì dốc dọc không lớn hơn 3% , gỗ lát dọc là 2% . Nếu có xe thô sơ thì dốc lên cầu không nên dốc quá 2,5%. 3.4.3.Sự hòa hợp với địa hình Thực tế thường áp dụng hai phương pháp đi đường đỏ của trắc dọc là phương pháp di bao và phương pháp đi cắt . Phương pháp đi bao là đường đỏ đi song song với mặt cắt đất tự nhiên (ít khối lượng công trình dễ ổn định , ít thay đổi cảnh quan, không phá vỡ cân bằng tự nhiên của nơi đặt tuyến) . -Phạm vi áp dụng : Vùng đồng bằng , không áp dụng cho đường cấp cao (yêu cầu vận doanh không cho phép đổi dốc liên tiếp). Phương pháp đường cắt : Đường đỏ đi cắt địa hình tạo thành những chỗ đào đắp xen kẽ ( khối lượng đào đắp lớn , công trình chống đỡ) Phạm vi áp dụng : vùng địa hình hiểm trở. 3.5.Bề rộng phần xe chạy và lề đường 23 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang 3.5.1.Khái niệm Phần xe chạy là bộ phận của nền đường được tăng cường bằng một hay nhiều lớp để chịu tải trọng trực tiếp của xe và yếu tố khí hậu . Chiều rộng phần xe chạy có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của dòng xe , tốc độ xe chạy , khả năng thông xe , an toàn giao thông . Phần xe chạy là bộ phận chiếm giá thành lớn nhất trong tổng giá thành của đường (> 50%) . Vì vậy việc chọn bề rộng của nó rất quan trọng , ảnh hưởng lớn đến vốn đầu tư và các chỉ tiêu khai thác . Bề rộng phần xe chạy là tổ hợp của nhiều là xe , nên trước hết cần xác định chiều rộng của một làn xe . 3.5.2.Bề rộng làn xe Làn xe là một không gian đủ để xe chạy nối nhau an toàn , thuận lợi với tốc độ yêu cầu, theo một chiều . Bề rộng làn xe tối thiểu phải đủ chứa xe và hai khoảng dự trữ an toàn . Qui trình Việt Nam TCVN 4054 – 85 lấy chiều rộng làn xe là 2,75m cho đường cấp IV địa hình núi khó , 3m cho đường cấp III địa hình núi khó và cấp IV đồng bằng , 3,5 m cho đường cấp II núi khó và cấp III đồng bằng . Các cấp cao hơn lấy 3,75 m. 3.5.3.Chiều rộng phần xe chạy Phần xe chạy phải đủ rộng để thông qua lượng xe yêu cầu trong tương lai với một chất lượng nhất định (TCVN-4054-85 qui định là 20 năm). Trường hợp khó khăn có thể dùng phần xe chạy một làn xe rộng 3,5m cho đường cấp v và VI . Khi yêu cầu tăng lên , tối thiểu phải có hai làn xe , mỗi làn dành cho một chiều xe . Đường cấp IV đồng bằng có chiều rộng (2x3m) , miền núi (2x2,75m). Đường cấp III : 2x3,5m (đồng bằng) , 2x3 m (miền núi). Đường cấp II: 2x2,75m (đồng bằng ), 2x3,5m (miền núi). Đương cấp I có bốn làn xe , chia làm hai phần xe chạy 2x7,5m có thể phân cách bằng giải phân cách trung tâm hay vạch kẻ kép (rộng 3m) . Các qui định cụ thể về chiều rộng phần xe chạy được tập hợp trong bảng 3-6 và 3-7. Bảg 3-6 Các đặc trưng chủ yếu của trắc ngang cho đường vùng đồng bằng (TCVN-4054-85) Các đặc trưng Cấp đường I II III IV V VI 24 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang Số làn xe Chiều rộng làn xe (m) Chiều rộng mặt đường Dải phân cách (m) Chiều rộng lề đường (m) Trong đó : -chiều rộng làn xe đạp (m) -mở rộng mặt đường (m) -chiều rộng nền đường (m) 4 3.75 2x7.5 3 2x3 (2x6.5) 26 (33) 2 3.75 7.5 - 2x3 (2x6.5) 13.5 (21.5) 2 3.5 7.0 - 2x2.5 2x2 12 2 3 6.0 - 2x1.5 2x1.0 9.0 1 3.5 3.5 - 2x1.5 2x1.0 6.5 1 3.5 3.5 - 2x1.25 6.0 Ghi chú : Trị số trong ngoặc ứng với trường hợp có xe đạp + xe thô sơ Bảng 3- 7 Các đặc trưng trắc ngang đường miền núi (TCVN 4054-85) Các đặc trưng Cấp đường II III IV V VI Số làn xe ôtô Chiều rộng một làn xe (m) Chiều rộng phần xe chạy(m) Chiều rộng lề đường (m) Trong đó : -chiều rộng làn xe đạp (m) -mở rộng mặt đường (m) -chiều rộng nền đường (m) 2 3.5 7.0 2x3 2x2.5 13.0 2 3 6.0 2x1.5 2x1 9.0 2 2.75 5.5 2x1 2x0.5 7.5 1 3.5 3.5 2x1.5 2x1.0 6.5 1 3.5 3.5 2x1.25 6.0 3.5.4.Lề đường Lề đường là phần đất còn lại hai bê phần xe chạy . Lề đường có tác dụng làm cho phần xe chạy được ổn định , tạo tâm lý an toàn cho lái xe với tốc độ cho phép , làm lơi đỗ xe khi cần (honge xe , tai nạn) , tập kết vật liệu khi dung tu , đối với đường cấp thấp dùng cho bộ hành và xe thô sơ . Qui trình Việt Nam qui định chiều rộng lề đường như sau : 1) Đường cấp VI : 1,25m mỗi bên 2) Đường cấp V , IV : 1,5m mỗi bên (cấp IV miền núi : 1,0 m). 3) Đường cấp III : 2,5m (đồng bằng) ; 1,5m (miền núi) . 4) Đường cấp II : - 3,5m (miền núi) , mở rộng mặt đường cho xe thô sơ là 3m 25 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang -3m (đồng bằng) , không mở rộng mặt đường . 5) Đường cấp I : 3m(không có xe đạp). 6.5m (có xe đạp và xe thô sơ) . Lề đường thường có cấu tạo như sau : - phần mở rộng : 0,3m cấu tạo như áo đường : ở đây có dải dẫn hướng 0,2m (là vạch sơn vàng hoặc trắng) . - phần lề gia cố : để tạo không gian đỗ xe - dải đỗ xe : gồm dải mở rộng và lề gia cố , rộng 2,5 – 3m , dùng để đỗ xe khi cần thiết . - thềm cỏ : 0,75 – 1,0m . Áo du?ng D?i d?n hu?ng L? gia c? D?i d? xe L? du?ng Th?m c? Taluy M? r?ng Hình 3 –6 Các bộ phận của lề đường 3.6.Xác định số làn xe trên trắc ngang 3.6.1.Khái niệm Việc xác định số làn xe và bề rộng phần xe chạy là cân bằng giữa khả năng thông hành của phần xe chạy (cung) và cường độ vận chuyển ngày đêm của năm tương lai (cầu). Năm tương lai là năm thứ 20 sau ngày đưa dường vào khai thác . Cường độ xe của năm tương lai có thể xác định theo : -mô hình tuyến tính : N t =N o (1+qt) (3-7) -mô hình hàm mũ : N t =N o (1+q) t-1 (3-8) Trong đó : 26 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang N t – cường độ xe chạy ngày đêm của năm tương lai ; N o - cường độ xe trung bình ngày đêm của năm xuất phát ; t – thời gian dự báo năm ; q - hệ số công bội (VN : q= 0,1- 0,12 theo tốc độ tăng trưởng GDP). Khả năng thông hành của phần xe chạy được thể hiện qua hệ số mức độ phục vụ Z (tỷ lệ giữa cường độ xe đang chạy với khả năng thông hành) , Z càng nhỏ thì điều kiện xe chạy càng thuận lợi , thông thường Z = 0.45-0.55. 3.6.2.Số làn xe yêu cầu Số làn xe yêu cần thiết xác định theo biểu thức : n = PZ N t . (3-9) Trong đó : n - lấy theo bội số đã làm tròn theo hướng có dự trữ; P – năng lực thông hành của một làn xe (số xe lớn nhất có thể chạy qua một tiết diện hoặc một đoạn đường trong một đơn vị thời gian , thường là một giờ) P = d V.1000 [xe / h] V-vận tốc của xe (km/h) ; d- cự ly an toàn giữa hai xe (m) . 27 [...].. .Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang 28 . rộng mặt đường cho xe thô sơ là 3m 25 Chương 3 Thiết kế trắc dọc và trắc ngang -3m (đồng bằng) , không mở rộng mặt đường . 5) Đường cấp I : 3m(không có. đường (m) Trong đó : -chiều rộng làn xe đạp (m) -mở rộng mặt đường (m) -chiều rộng nền đường (m) 4 3. 75 2x7.5 3 2x3 (2x6.5) 26 (33 ) 2 3. 75 7.5 - 2x3 (2x6.5) 13. 5 (21.5) 2 3. 5 7.0 - 2x2.5 2x2 12 2 3 6.0 - 2x1.5 2x1.0 9.0 1 3. 5 3. 5 - 2x1.5 2x1.0 6.5 1 3. 5 3. 5 - 2x1.25 6.0 Ghi