Thiết kế đường chớnh là quyết định cỏc yếu tố đường trờn bỡnh đồ, trắc dọc và trắc ngang và phối hợp giữa chỳng sao cho đỏp ứng được yờu cầu chạy xe an tồn, tiện lợi, kinh tế.
1.2.2.1 Bỡnh đồ
Việc chọn phương hướng cỏnh tuyến phụ thuộc vào cỏc điều kiện kinh tế kỹ thuật, tuy nhiờn trong điều kiện cho phộp nờn chọn tuyến càng bỏm sỏt với đường chim bay càng tốt... Để chọn một cỏnh tuyến đảm bảo tớnh tiện nghi và an tồn nờn cõn nhắc hai trường hợp sau:
Phương hướng tuyến cú thể gõy chúi mắt cho người lỏi xe (trờn hành trỡnh vào thời gian ban ngày) bởi ỏnh sỏng mặt trời.
Hướng tuyến vuụng gúc với hướng giú thịnh hành cũng tỏc động khụng tốt đến cỏc xe tải thựng kớn (chạy khụng tải) và cỏc loại xe khỏch lớn, cố gắng đặt tuyến ở những sườn đồi nỳp giú.
Đảm bảo tuyến là một đường khụng gian đều đặn, ờm thuận, trờn hỡnh phối cảnh tuyến khụng bị búp mộo gĩy khỳc.
Khi định tuyến nờn trỏnh đi qua những vị trớ bất lợi về thổ nhưỡng, thủy văn, địa chất (như đầm lầy, khe xúi, sụt lở, đỏ lăn, kast...) để đảm bảo cho nền đường được vững chắc, hoặc nếu khụng trỏnh được phải cú biện phỏp xử lý phự hợp.
Đảm bảo tuyến đường ụm theo hỡnh dạng địa hỡnh để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ cảnh quan thiờn nhiờn.
Cố gắng sử dụng tiờu chuẩn hỡnh học cao như bỏn kớnh đường cong, đoạn chờm giữa cỏc đường cong, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hỡnh cho phộp.
Khụng nờn định tuyến qua khu đất đai đặc biệt quý, đất đai của vựng kinh tế đặc biệt, cố gắng ớt làm ảnh hưởng đến quyền lợi của những người sử dụng đất.
Khi tuyến giao nhau với đường sắt hoặc đi song song với đường sắt cần phải tũn theo quy trỡnh của Bộ GTVT về quan hệ giữa đường ụ tụ và đường sắt (vị trớ
giao phải ở ngồi phạm vi ga, đường dồn tầu, cửa hầm đường sắt, ghi cổ họng, cỏc cột tớn hiệu vào ga, gúc giao >450).
Đảm bảo cỏc yếu tố của tuyến như bỏn kớnh tối thiểu đường cong nằm, chiều dài đường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc lớn nhất khi triển tuyến, … khụng vi phạm những quy định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế.
Khi chọn tuyến qua thành phố, thị trấn thỡ cần chỳ ý đến quy mụ và đặc tớnh của giao thụng trờn đường, lưu lượng xe khu vực hay xe quỏ cảnh chiếm ưu thế, số dõn và ý nghĩa chớnh trị, kinh tế, văn húa, xĩ hội của đường để quyết định hướng tuyến hợp lý nhất.
Xột yếu tố tõm lý người lỏi xe và hành khỏch đi trờn đường Khi qua vựng đồng bằng cần vạch tuyến thẳng, ngắn nhất, tuy nhiờn trỏnh những đoạn thẳng quỏ dài (> 3 - 4 Km cú thể thay bằng cỏc đường cong cú bỏn kớnh R> 1000m, trỏnh dựng gúc chuyển hướng nhỏ).
Khi đường qua vựng đồi nờn dựng cỏc đường cong cú bỏn kớnh lớn uốn theo địa hỡnh tự nhiờn. Bỏ qua những uốn lượn nhỏ và trỏnh tuyến bị gẫy khỳc về bỡnh đồ và trắc dọc.
Qua vựng địa hỡnh nhấp nhụ nối tiếp nhau, tốt nhất nờn chọn tuyến là những đường cong nối tiếp hài hũa với nhau, khụng nờn cú những đoạn thẳng chờm ngắn giữa những đường cong cựng chiều, cỏc bỏn kớnh của cỏc đường cong tiếp giỏp nhau khụng được vượt quỏ cỏc giỏ trị cho phộp.
Khi tuyến đi theo đường phõn thủy, điều cần chỳ ý trước tiờn là quan sỏt hướng của đường phõn thủy chớnh và tỡm cỏch nắn thẳng tuyến trờn từng đoạn, chọn những sườn đồi ổn định và thuận lợi cho việc đặt tuyến, trỏnh những mỏm cao và tỡm những đốo thấp để vượt.
Khi tuyến đi trờn sườn nỳi, mà độ dốc và mức độ ổn định của sườn nỳi cú ảnh hưởng đến vị trớ đặt tuyến thỡ cần nghiờn cứu tổng hợp cỏc điều kiện địa hỡnh, địa chất và thủy văn để chọn tuyến thớch hợp. Nếu tồn tại những đoạn sườn dốc bất lợi về địa chất, thủy văn như sụt lở, trượt, nước ngầm,...cần cho tuyến đi trỏnh hoặc cắt qua phớa trờn.
Khi triển tuyến qua đốo thụng thường chọn vị trớ đốo thấp nhất, đồng thời phải dựa vào hướng chung của tuyến và đặc điểm của sườn nỳi để triển tuyến từ đỉnh đốo xuống hai phớa.
Đối với đường cấp cao nếu triển tuyến qua đốo gặp bất lợi như sườn nỳi khụng ổn định hoặc cỏc tiờu chuẩn kỹ thuật về bỡnh đồ, trắc dọc quỏ hạn chế khụng thỏa mĩn thỡ cú thể xem xột phương ỏn hầm. Tuyến hầm phải chọn sao cho cú chiều dài ngắn nhất và nằm trong vựng ổn định về địa chất, thủy văn.
Khi tuyến đi vào thung lũng cỏc sụng suối, nờn:
- Chọn một trong hai bờ thuận với hướng chung của tuyến, cú sườn thoải ổn định, khối lượng cụng tỏc đào đắp ớt.
- Chọn tuyến đi trờn mức nước lũ điều tra.
- Chọn vị trớ thuận lợi khi giao cắt cỏc nhỏnh sụng suối: Nếu là thung lũng hẹp tuyến cú thể đi một bờn hoặc cả hai bờn với một hoặc nhiều lần cắt qua khe suối. Lý do cắt qua nhiều lần một dũng suối thường là khi gặp sườn dốc nặng, vỏch đỏ cao, địa chất khụng ổn định (sụt, trượt,...).
Vị trớ tuyến cắt qua sụng suối cần chọn những đoạn suối thẳng cú bờ và dũng ổn định, điều kiện địa chất thuận lợi.
Trường hợp làm đường cấp cao đi qua đầm hồ hoặc vịnh cần nghiờn cứu phương ỏn cắt thẳng bằng cỏch làm cầu hay kết hợp giữa cầu và nền đắp nhằm rỳt ngắn chiều dài tuyến.
1.2.2.2 Trắc dọc
A, Những nguyờn tắc cơ bản:
Thiết kế trắc dọc đường ụ tụ tức là vạch đường đỏ (đường nối cỏc cao độ thi cụng) trờn mặt cắt dọc địa hỡnh tự nhiờn vẽ theo trục đường. Đường đỏ thiết kế vạch khỏc nhau thỡ độ cao thi cụng ở cỏc điểm (cỏc cọc) cũng khỏc nhau, dẫn đến khối lượng đào đắp khỏc nhau và giải phỏp kỹ thuật thiết kế cỏc cụng trỡnh chống đỡ và cỏc cụng trỡnh cầu cống cũng cú thể khỏc nhau. Vỡ thế khi thiết kế đường đỏ, ngồi việc cần bảo đảm cỏc yờu cầu kỹ thuật đối với cỏc yếu tố trắc dọc quy định trong quy phạm thiết kế (nhằm bảo đảm xe chạy an tồn, ờm thuận) cũn cần phải chỳ ý cải thiện hơn nữa điều kiện chạy xe và chất lượng vận doanh, cũng như phải cố gắng đạt tới phương ỏn rẻ nhất về tổng chi phớ xõy dựng và vận doanh, khai thỏc.
Để đạt được tối ưu về kinh tế-kỹ thuật như vậy trong quỏ trỡnh thiết kế cần chỳ ý cõn nhắc kỹ khi bố trớ từng mỗi đoạn dốc, mỗi đường cong đứng ở chỗ đổi dốc, phối hợp cỏc yếu tố bỡnh đồ, trắc ngang với cỏc rặng cõy trụng dọc theo tuyến… để tạo được sự phối hợp khụng gian đều đặn, chỳ ý thiết kế tạo thuận lợi cho cỏc cụng trỡnh nền mặt đường. Cụng trỡnh chống đỡ và thoỏt nước (bảo đảm thoỏt nước nhanh và thoỏt hết nước mặt, bảo đảm chiều cao đắp trờn mực nước ngập và chế độ thuỷ nhiệt thuận lợi, bảo đảm chiều cao đắp trờn nền cống), tạo thuận lợi cho quỏ trỡnh thi cụng (thuận lợi cho mỏy làm việc đạt năng suất cao…).
Tương tự như đối với bỡnh đồ tuyến, việc thiết kế trắc dọc liờn quan và cú ảnh hưởng đến hầu hết cỏc yếu tố và cỏc cụng trỡnh khỏc trờn đường vỡ thế khụng thể dễ dàng biết và đỏnh giỏ một phương ỏn đường đỏ vạch thế nào là hợp lý, là đạt yờu cầu. Khi thiết kế đường đỏ cần tũn theo cỏc yờu cầu và nguyờn tắc sau đõy:
- Trắc dọc cú ảnh hưởng nhiều đến cỏc chỉ tiờu khai thỏc của đường như tốc độ xe chạy, khả năng thụng xe, tiờu hao nhiờn liệu và an tồn giao thụng,… cú ảnh hưởng lớn đến khối lượng cụng tỏc và giỏ thành xõy dựng, do đú khi thiết kế đường đỏ phải đảm bảo tuyến lượn đều, ớt thay đổi dốc, nờn dựng độ dốc bộ. Chỉ ở những nơi địa hỡnh khú khăn mới sử dụng cỏc tiờu chuẩn giới hạn như imax, imin, Lmax, Lmin, Rmin, Kmin,… Khi thiết kế trắc dọc cần phối hợp chặt chẽ thiết kế bỡnh đồ, trắc ngang, phối hợp giữa đường cong nằm và đường cong đứng, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo đường khụng bị gĩy khỳc, rừ ràng và hài hũa về mặt thị giỏc, chất lượng khai thỏc của đường như tốc độ xe chạy, năng lực thụng xe, an tồn xe chạy cao, chi phớ nhiờn liệu giảm.
- Đảm bảo cao độ cỏc điểm khống chế theo suốt dọc tuyến đường.
- Đảm bảo thoỏt nước tốt từ nền đường và khu vực hai bờn đường. Cần tỡm cỏch nõng cao tim đường so với mặt đất tự nhiờn vỡ nền đường đắp cú chế độ thủy nhiệt tốt hơn so với nền đường đào. Chỉ sử dựng nền đường đào ở những đoạn tuyến khú khăn như qua vựng đồi nỳi, sườn dốc lớn,…
- Độ dốc dọc tại cỏc đoạn nền đường đào hoặc đắp thấp (cần phải làm rĩnh dọc) khụng được thiết kế nhở hơn 0,5%(cỏ biệt là 0,3%) để đảm bảo thoỏt nước tốt từ rĩnh dọc và lũng rĩnh khụng bị ứ đọng bựi cỏt.
- Trắc dọc trờn những cụng trỡnh vượt qua dũng nước cần thiết sao cho đảm bảo cao độ, độ dốc, chiều dài đoạn dốc, cỏc đường cong nối dốc hợp lý đảm bảo thoỏt nước tốt và ổn định chung của tồn cụng trỡnh.
B, Lựa chọn độ dốc dọc G(%):
Về nguyờn tắc chung khi thiết kế trắc dọc là để đảm bảo cho an tồn xe chạy, lựa chọn độ dốc càng nhỏ càng tốt, tất nhiờn là khụng được nhỏ hơn trị số tối thiểu để đảm bảo thoỏt nước rĩnh biờn.
Độ dốc dọc của đường từ 0% đến 2% là cú lợi nhất. Khi độ dốc dọc tăng số tai nạn tăng theo. Trờn cỏc đường thuộc nhúm A và đường trục chớnh ngoại ụ thành phố do cú lượng xe tải đỏng kể trong dũng xe nờn để đảm bảo an tồn cho cỏc xe tải, cỏc nước đĩ đưa ra qui định trị số lớn nhất cho phộp Gmax của độ dốc dọc phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và điều kiện địa hỡnh.
C, Thiết kế làn phụ leo dốc:
Tại cỏc đoạn lờn dốc trờn trắc dọc, để bảo đảm an tồn cho xe chạy trờn đường hai làn xe, đặc biệt là cho xe tải nặng leo dốc thỡ chiều dài đoạn dốc phải đủ để cho xe tải chạy với tốc độ khai thỏc mà khụng cản trở cho cỏc xe sau. Đõy chớnh là lý do phải xõy dựng làn phụ thờm cho xe tải leo dốc.
Quy trỡnh thiết kế đường ụ tụ Việt Nam TCVN4054-2005 quy định chỉ bố trớ thờm làn xe phụ leo dốc khi độ dốc dọc id ≥ 4% đối với đường hai làn xe khụng cú dải phõn cỏch ở giữa và điều kiện vượt xe bị hạn chế. Đồng thời cũng qui định cụ thể chiều dài đoạn dốc đối với cỏc dốc cú id ≥ 4% đều phải khụng nhỏ hơn 800m, dũng xe cú lưu lượng lớn hơn 200 xe/h, trong đú dũng xe tải khụng nhỏ hơn 20 xe/h. Đoạn chuyển tiếp sang làn phụ vuốt hỡnh nờm dài 35m và đoạn chuyển tiếp ở cuối để nhập làn xe phụ vào làn xe chớnh quy định là 70m.
D, Đường cong đứng:
Để đảm bảo tầm nhỡn tớnh toỏn, trắc dọc lượn đều khụng gẫy khỳc, xe chạy an tồn ờm thuận, ở những chỗ đổi dốc trờn trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng lồi hoặc lừm dạng đường cong trũn hoặc parabol.
- Đường cong đứng lồi: Bỏn kớnh đường cong đứng được xỏc định từ khoảng cỏch tầm nhỡn. Khảo sỏt và phõn tớch cỏch ứng xử của lỏi xe khi đi trờn
đường cong đứng cho thấy lỏi xe khụng điều chỉnh tốc độ của mỡnh khi khoảng cỏch tầm nhỡn bị giảm.
- Đường cong đứng lừm (Rsv): Thụng thường thiết kế bỏn kớnh đường cong lừm Rsv khụng nhỏ hơn một nửa bỏn kớnh đường cong đứng lồi.
1.2.2.3 Trắc ngang
Trắc ngang là hỡnh chiếu cỏc yếu tố của đường khi cắt vuụng gúc với tim đường ở mỗi điểm trờn tuyến (ở vị trớ cỏc cọc).
Bề rộng phần xe chạy (Mặt đường) được xỏc định phụ thuộc vào lưu lượng xe chạy trờn đường, thành phần, tốc độ xe chạy và việc tổ chức phõn luồng giao thụng. Bề rộng của nú bằng tổng bề rộng cỏc làn xe bố trớ trờn đường.
Dải đất song song và nằm sỏt phần xe chạy gọi là lề đường. Lề đường cú tỏc dụng giữ cho mộp mặt đường khụng bị hư hỏng. Lề đường phải đảm bảo khi cần thiết ụ tụ cú thể trỏnh hoặc đỗ trờn lề đường. Khi sửa chữa xõy dựng mặt đường, lề đường cũn là nơi đựng để chức vật liệu.
Dải phõn cỏch giữa chỉ được bố trớ khi đường cú bốn làn xe trở lờn và gồm cú phần phõn cỏch và hai phần an tồn cú gia cố ở hai bờn. Chỉ bố trớ dải phõn cỏch bờn để tỏch riờng làn xe đạp và xe thụ sơ đặt trờn phần lề gia cố (hoặc lề gia cố cú mở rộng thờm) với phần xe chạy dành cho xe cơ giới.
Theo nguyờn lý việc xỏc định số làn xe là cõn bằng giữa cung (năng lực thụng hành của phần xe chạy) và cầu (lưu lượng vận chuyển ngày đờm của năm tương lai) trong một điều kiện nhất định về chất lượng dũng xe hay mức độ phục vụ.
Chọn hỡnh dạng và kớch thước mặt cắt ngang nền đường hợp lý: Bề rộng mỏi dốc taluy; rĩnh biờn; rĩnh đỉnh… đối với cỏc đoạn khỏc nhau của đường. Trong cỏc điều kiện bỡnh thường về điều kiện địa hỡnh, địa chất, thuỷ văn, thỡ chiều cao đào đắp được ỏp dụng theo cỏc mặt cắt ngang điển hỡnh. Trong trường hợp phức tạp phải tiến hành cỏc thiết kế riờng biệt.
Khi chọn cấu tạo mặt cắt ngang nền đường cần xột tới cấp hạng của đường, kết cấu mặt đường, chiều cao đào đắp, đặc trưng cơ lý của đất đắp nền đường, đặc điểm của điều kiện cấu tạo địa chất (tớnh chất cơ lý và thế nằm của cỏc lớp địa chất), điều kiện nước mặt và nước ngầm, điều kiện địa hỡnh, phương tiện thi cụng nền đất. Khi ỏp dụng mặt cắt ngang định hỡnh tuỳ theo điều kiện cụ thế phải điều
chỉnh lại một vài yếu tố cú xột tới chiều dầy lớp đất hữu cơ, độ lỳn múng nền đường đắp.
Cũng cần phải lưu ý thiết kế hỡnh dạng taluy nền đường cú thể là đường thẳng, đường gẫy khỳc hoặc dạng giật cấp phụ thuộc vào chiều cao nền đường và địa chất.
Độ dốc mỏi taluy nền đường được quy định phụ thuộc vào tớnh chất của đất đỏ, loại nền đào hay nền đắp chiều cao taluy, điều kiện làm việc của nền đường và phương phỏp thi cụng.
Nền đường phải thiết kế riờng biệt (khụng dựng mặt cắt ngang định hỡnh) trong cỏc trường hợp khi phải kiểm tra ổn định mỏi đốc, kiểm tra trượt nền đường theo sườn dốc tự nhiờn, đỏnh giỏ ổn định và biến dạng của múng nền đường đắp do lỳn của bản thõn cỏc lớp đất đắp nền đường và lỳn của múng đất yếu.
1.2.2.4 Thiết kế khụng gian tuyến đường theo kớch thước 3D (Sự thụ cảm thị giỏc đối với đường ụ tụ trong khụng gian)
Đõy là giai đoạn quan trọng cuối cựng để cú thể quan sỏt trực quan bằng mắt thường, phỏt hiện và chỉnh sửa cỏc đoạn tuyến thiết kế khụng thỏa mĩn yờu cầu về mặt đều đặn quang học.
Trong quỏ trỡnh điều khiển xe chạy, lỏi xe một mặt hướng tới yờu cầu rỳt ngắn thời gian của hành trỡnh, mặt khỏc luụn lo lắng bảo đảm an tồn giao thụng và thuận lợi cho xe chạy. Hiệu quả của cỏc hành động của lỏi xe phụ thuộc vào cỏc tỡnh huống xảy ra trờn đường và trạng thỏi tõm lý của mỡnh. Lỏi xe thường “tưởng tượng” để hỡnh dung cỏc đoạn đường sắp tới cho xe đi đến.
Cỏc nhõn tố khiến người lỏi xe tập trung chỳ ý đến an tồn xe chạy là: dũng xe ngược chiều, nền đường, bỡnh đồ, trắc dọc, mộp phần xe chạy cựng với cỏc thụng tin đặt bờn lề đường và người đi bộ.
Vỡ vậy, trờn cỏc đoạn đường cú mặt đường khụng bằng phẳng, lỏi xe hạn chế tốc độ để giảm cỏc lực xung kớch. Khi vào đường cong mà lỏi xe cảm thầy gúc ngoặt đỏng kể thỡ lỏi xe sẽ giảm tốc độ để giảm gia tốc ly tõm. Trờn cỏc đoạn đường