V. Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong: 1 Khái niệm về tầm nhìn xe chạy:
1. Định nghĩa
I> Định nghĩa và một só khái niệm:
-Mặt căt đứng dọc theo tim đường đem duỗi thẳng gọi là trắc dọc của tuyến .Trắc dọc được thể hiện bằng những đoạn thẳng và đoạn cong ( đường cong đứng ) có ghi rõ cao độ của tuyến đường .
-Đường nối cao độ tự nhiên gọi là đường đen. - Đường nối cao độ thiết kế gọi là đường đỏ
+Cao độ thiết kế : là cao độ của mép ngoài lề đường (khi đã thi công xong ) Nếu đường có giải phân cách giữa cao độ thiết kế là cao độ tim phần xe chạy tính cho tim giải phân cách, khi đó hai nền đường riêng biệt sẽ có hai cao độ thiết kế trên hai trắc dọc riêng biệt
-Độ dốc từng đoạn tính bằng % hay 0/00 là tỷ số giữa hiệu số cao độ giữa hai điểm dầu và cuối dốc với khoảng cách giữa hai điểm đó
-Tại vị trí (mỗi cọc ) hiệu số giữa cao độ đỏ và đen (hoặc ngược lại ) là chiều cao thi
công ( đắp hoặc đào )
-Khi đường đỏ phía trên đường đen gọi là đường đắp và ngược lại gọi là đường đào.
II> Nguyên tắc khi thiết kế mặt cắt dọc: 1.Nguyên tắc
Việc thiết kế mặt cắt dọc chủ yếu là định vị trí của đường đỏ (gồm việc chọn dốc chọn chiều dài đoạn dốc và bố trí các đường cong đứng trên trắc dọc), việc này có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành xây dựng, quá trình chuyển động của xe trên đường cho nên khi thiết kế phải đảm bảo các nguyên tắc sau:
- Đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật. -Hiệu quả về kinh tế
-Phù hợp với điều kiện cụ thể .
Để đảm bảo các nguyên tắc trên khi thiết kế trắc dọc phải xem xét các vấn đề sau :
-Sự vận chuyển của ô tô
-Địa hình địa chất khu vực tuyến đi qua
-Căn cứ vào quy trình ,quy phạm đẻ thiết kế trắc dọc đạt yêu cầu kỹthuật, an toàn ,kinh tế
-Điều kiện thi công.
-Điều kiện tác đọng của môi trường.
2.Các yêu cầu khi thiết kế cắt dọc:
Khi thiết kế đường đỏ trên hình cắt dọc cần chú ý :
-Xác định điểm khống chế cụ thể, chính xác, hợp lý.(Điểm khống chế: các điểm nhất thiết đường đỏ phải qua như: điểm đầu tuyến ,điểm cuối tuyến ,điểm giao với đường sắt ....)
+Đảm bảo được các yêu cầu của các điểm khống chế theo suốt dọc tuyến +Cao độ các điểm khống chế quy định như sau:
+Cao độ nền đường đắp qua bãi sông phải cao hơn mực nước tính toán ít nhất là 0,5 m
+Cao độ nền đường dẫn vào cầu nhỏ và cống phải cao hơn mực nước dâng ít nhất là 0,5 m
+Cao độ tối thiểu của đường thiết kế trên cầu phải xét đến cả an toàn cho thông thuyền và 0,5 m cho cây trôi trong trường hợp không thông thuyền
+Cao độ nền đường trên cống phải đảm bảo chiều dày đất đắp tối thiểu là 0,5m
+Cao độ tối thiểu của mép nên đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán mực nước đọng thường xuyên . Chiều cao này được quy định theo bảng 4-8( T67-TKĐt1): chiêù cao từ đáy áo đường tới mực nứơc ngầm tính toán hoặc tới mặt đất tự nhiên ở khu vực ẩm ướt
Loại đất Chiều cao quy định ( m )
Cát vừa ,cát nhỏ ,cát pha sét nhẹ 0,5(0,3) Cát bột ,cát pha sét nặng 0,7(0,4)
Cát pha sét bột ,sét pha cát bột 1,2-1,8(0,5) Sét pha cát ,sét pha cát nặng ,sét bột 1,0-1,2 (0,4) * Ghi chú :- Trị số trong ngoặc là chiều cao trên mặt đất ẩm ướt hoặc mực nước
ngập 20 ngày
-Đảm bảo tuyến đi đều ít thay đổi độ dốc, chọn độ dốc dọc và chiều dài dốc hợp lý cho từng cấp đường.
-Trắc dọc là một thành phần của tuyến trong không gian nên phải phối hợp với không gian xung quanh để tạo nên một tuyến đường hài hoà với không gian và hài hoà với nội bộ .
-Thoát nước tốt cho nền đường và khu vực hai bên đường .Nền đường đắp có chế độ thuỷ nhiệt tốt hơn nền đường đào ,nhưng cả hai loại không nên đào quá sâu và đắp quá cao
-Đáy của rãnh rọc thường thiết kế sông với mép nền đường ,độ dốc dọc của đáy rãnh bằng độ dốc dọc của đường .Độ dốc dọc tối thiểu của rãnh là 0,5 %( cá biệt là 0,3%)
-Phải chú ý đến điều kiện thi công( thủ công hay cơ giới ). Với các đường quan trọng thì thi công phần lớn bằng cơ giới, trắc dọc đổi lắt nhắt sẽ không thuận lợi cho thi công ,cho bảo dưỡng và vận hành
-Cần đảm bảo khoảng tĩnh không khi có công trình vượt đường ô tôvà chiều cao dự trữ gia cố mặt đường.
-Nghiên cứu giải quyết tốt 4 vấn đề đã đặt ra ở phần nguyên tắc.
I>Độ dốc dọc lớn nhất:
Việc xác định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải được tính toán dựa trên nguyên tắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ n hất .Vì độ dốc dọc ảnh hưởng đến gía thành xây dựng và các chỉ tiêu khai thác vận tải ( như tốc độ xe chạy ,giá thành đầu tư....)
-Theo TCVN 4054-98:
+ Tuỳ theo cấp hạng kỹ thuật của đường độ dốc dọc tối đa được quy định trong bảng2-1. Khi gặp khó khăn sau khi lập luận chứng kinh tế có thể tăng độ dọc thêm 1 %so với các giá trị trong bảng 9 .Các tuyến đường đi trên độ cao 2000m so với mặt biển có độ dốc dọc tối đa khong quá 8%
+Độ dốc dọc trong nền đào không nhỏ hơn 0,5%.Trên các đoạn cá biệt cho phép độ dốc dọc trong nền đào nhỏ hơn 0,5% nhưng chiều dài không quá 50m
+Đường đi qua khu dân cư nên dùng độ dốc <3%( vì lý do an toàn )
+Dốc dọc trong hầm ( trừ hầm ngắn hơn 50m ) không> 3% và không <0,3% +Trong đường cong nằm có bán kính nhỏ < 50m độ dốc dọc lớn nhất phải triết giảm đi một trị số ghi trong bảng 3-2.
Bán kính đường cong nằm
(m) 50-35 35-30 30 - 25 25 - 20 < 20 Lượng triết giảm độ dốc
dọc lớn nhất(%) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
+ Để đảm bảo thoát nước mặt tốt và không làm rãnh dọc quá sâu nên thiết kế tránh độ dốc dọc bằng không .Độ dốc dọc của rãnh không được nhỏ hơn 0,5%. II> Chiều dài dốc dọc lớn nhất:
Chiều dài của đoạn dốc dọc lớn không nên kéo dài mà phải hạn chế vì: - Khi độ dốc dọc lớn và chiều dài đoạn dốc dài thì khi xe chạy lên dốc phải chuyển số thấp ,tốc độ nhỏ dẫn đến nóng máy làm cho máy phải làm việc quá sức,dễ hao mòn, dễ sinh ra chết máy
- Khi xuống dốc phải hãm phanh liên tục gây nguy hiểm nhất là khi đường trơn. Theo TCVN 4054-98 chiều dài đoạn dốc dọc không được vượt quá các trị số trong bảng 3-3 ( đối với các đường nâng cấp cải tạo được dùng trị số trong ngoặc)
Bảng 12: chiều dài lớn nhất trên trắc dọc
Kích thước tính bằng mét Độ dốc dọc Tốc độ tính toán 20 40 60 80 4 1500 1000 900 5 1200 1000 800 700 6 1000 800 600 500 7 800 600 400 8 600 400 9 400
III> Độ dốc dọc tối thiểu:
ở những đoạn nền đào để tránh cho rãnh dọc không phải đào quá sâu đồng thời vẫn đảm bảo khả năng thoát nước tốt không thiết kế đường có độ dốc bằng không và độ dốc nhỏ nhất khong nhỏ hơn 0,5%(Trường hợp cá biệt cho phép nhỏ hơn 0,5% nhưng chiều dài không quá 50m).
IV> chiều dài tối thiểu của dốc dọc:
Khi thiết kế trắc dọc nếu từng đoạn ngắn lại thay đổi độ dốc làm cho tuyến hình răng cưa xe đi laị không êm thuận, phải đổi số liên tục do vậy các đoạ dốc phải có một chiều dài đủ để bố trí 2 đường tang . Theo TCVN 4054-98 chiều dài tối thiểu được quy định không nhỏ hơn ccác trị số trong bảng 3-4
Bảng 3-4: chiều dài tối thiểu các đoạn dốc dọc
Kích thước tính bằng mét Tốc độ tính toán( km/h 80 60 40 20
Chiều dài tối thiểu của
đoạn dốc dọc ( m) 250(150) 150(100) 100(70) 60(50) ( Trị số trong ngoặc dùng cho đường cải tạo nâng cấp)
Bài 3: Thiết kế đường cong nối dốc đứng
I> Khái niệm:
Trên trắc dọc có 2 đoạn thẳng ở cạnh nhau có độ dốc khác nhau, giao nhau tạo nên một điểm gẫy. Điểm gẫy đó có thể là lồi hoặc lõm. Để đảm bảo tầm nhìn tính toán, trắc dọc lượn đều không gẫy khúc, xe chạy an toàn, tiện lợi không có hiện tượng xung kích gây xóc mạnh tại các vị trí đó trên trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng . Đường cong đứng có hai loại : đường cong đứng lòi và đường cong đứng lõm .
Góc gẫy biểu thị bằng hiệu số độ dốc của trắc dọc giao nhau. Do góc gẫy bé nên với độ chính xác vừa đủ để có thể tính như sau:
= ( i1) - ( i2) Dấu: + dốc đi lên; -dốc đi xuống.
II> Bố trí đường cong đứng:
1> Một số quy định trong TCVN4054-98:
- Tại những nơi đường đỏ đổi dốc mà hiệu đại số giữa hai dốc : > 1% đối với đường có Vtt 60 km/h
2%đối với đường cong đứng co Vtt = ( 20-40 ) km/h thì phải bố trí đường cong đứng.
- Trị số bán kính đường cong đứng chọn theo địa hình tạo điều kiện thuạn lợi cho xe chạy và không nhỏ hơn các trị số trong bảng 2-1.
- Đường cong đững có thể dùng đường cong tròn hoặc đường cong pa ra bôn bậc 2.
- Về vị trí đường cong đứng nên trùng với đường cong nằm, 2 đỉnh không nên lệch nhau quá 1/4 chiều dài đường cong ngắn hơn.
- Không đặt đường cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh đường cong đứng lồi. - bán kính đường cong lõm không nhỏ quá 1/6 bán kính đường cong nằm.
2>Cách tính toán các yếu tố đường cong đứng:
a> Xác định bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi:
-Bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn xe chạy vì qua tính tóan và thực tế thấy rằng : nếu đường cong đứng lồi mà thoả mãn yêu cầu về tầm nhìn thì sẽ đồng thời thoả mãn yêu cầu về an toàn , ảnh hưởng của lực ly tâm và sự mất ổn định của ô tô là không đáng kể
Trong trường hợp hai ô tô gặp nhau : d S R 2 2 2 min S2 tầm nhìn hai chiều
Trường hợp đảm bảo tầm nhìn trên mặt đường: d S R 2 2 1 min S1 tầm nhìn một chiều
d chiều cao tầm mắt người lái xe trên mặt đường thường lấy bằng 1,2m
b>Xác định án kính tối thiểu đường cong đứng lõm:
Bán kính này được xác định từ điều kiện hạn chế lực ly tâm và bảo đảm tầm nhìn ban đêm trên đường cong đứng lõm
* Điều kiện hạn chế lực ly tâm :
Lực ly tâm gia thêm vào tải trọng gây khó chịu cho hành khách, gây nên siêu tải cho lò xo của xe nên phải hạn chế (F không vượt quá 0,05 trọng lực) và chọn bán kính phù hợp : 5 , 6 05 , 0 2 2 min V g v R v,V tốc độ xe chạy (m/s;km/h)
*Điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm :
Khi xe chạy về ban đêm pha đèn của ô tô chiếu trong đường cong đứng lõm một chiều dài nhỏ hơn trên đường bằng .Do đó khi bố trí đường cong đứng lõm phải thoả mãn tầm nhìn về ban đêm
h S Sin S R d 1 2 1 min 2
góc là góc chiếu sáng đèn pha theo chiều đứng hđ chiều cao của đèn pha
S1 tầm nhìn một chiều
c>Xác định các yếu tố đường cong đứng :
Đường cong đứng thường thiết kế theo phương trình pa ra bon bậc 2 là: y R x 2 2 Trong đó:
R: bán kính đường cong tại điểm gốc toạ độ đỉnh pa ra bon dấu -: tương ứng với đường cong lồi
dấu +: tương ứng với đường cong lõm
Vì độ dốc dọc của đường rất nhỏ, do đó hoành độ x có thể xem bằng độ dài của đoạn cong l
-Cắm đuờng cong đứng thường dùng bảng tính sẵn hoặc thước mẫu
-Nếu không có bảng cắm cong dùng công thức để tính và phương pháp đơn giản là cắm theo các yếu tố sau:( chiều dài đường cong )
K = R( i1 -i2 ) = R 2 2 2 2 1 i R K i R T d T R 2 2 T 2 hoặc d K R 2 8 i1 i2
i1,,i2 : độ dốc của hai đoạn nối dốc nhau bằng đường cong đứng
i lấy dấu (-) khi xuống dốc R R (+) khi lên dốc
Bài 4: Giảm độ dốc dọc trên đường cong có bán kính nhỏ I> Khái niệm:
Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ độ dốc thực tế sẽ tăng lên vì : -Trên đường cong co 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
-Chiều dài ở bụng đường cong ngắn hơn ở tim đường nên dốc dọc ở mép trong sẽ lớn hơn dốc dọc ở tim đường
* Độ dốc dọc thực tế mà ô tô phải khắc phục trong đường cong có bố trí siêu cao là độ dốc ik >i và có hướng theo tim đường:
ik = 2 2
i i Sc id
Trong đó:
id : độ dốc dọc theo hướng ik tiếp tuyến với vòng tròn isc
isc: độ dốc siêu cao của mặt đường
vuông góc với tiếp tuyến trên( độ dốc ngang mặt đường )
Vì các lý do trên nên ở các đưòng cong bằng có bán kính nhỏ thì phải giảm bớt độ dốc dọc ( chiết giảm độ dốc dọc) ký hiệu là i
Như vậy :độ dốc dọc lớn nhất tại các đường cong có bán kính nhỏ 50m là: im• im
, • •
-Khi xe chạy trên đường cong có bán kính bé góc lệch giữa bánh xe và trục xe lớn nên tiêu hao nhiên liệu, hao mòn xăm lốp nhiều hơn.
Bài5: Thiết kế hình cắt dọc tại nơi có công trình nhân tạo
3-7-1> Tuyến đường ở hai bên đầu cầu:
-Hình dáng bình đồ của tuyến đường hai bên đầu cầu cần phải đồng đều với hình dáng của cầu . Chiều dài tối thiểu phải đảm bảo yêu cầu quy định :đối với đường vào cầu la 10 m ,khi địa hình khó khăn cho phép xuống 5 m ,độ dốc dọc không lớn quá 6 %
3-7-2> Cao độ tuyến đường tại vị trí cầu :
H Mặt cầu Z H1 ( MNTN)
Cao độ thiết kế của tuyến đường tại vị trí cầu chính là cao độ mặt cầu : H = C + Z + H1
Trong đó :
H: cao độ thiết kế
C: chiều cao của cầu ( chiều cao kết cấu nhịp )
Z: khoảng tĩnh không dưới cầu ( tĩnh không thông thuyền: tính từ MNTK đến đáy dầm cầu)
Trị số Z ở những sông có thuyền bè qua lại thì được quy định theo cấp vận tải của sông
Sông không có thuyền qua lại thì Z = 0,5 m ,sông có lũ và cây trôi Z 1,5 m 3-7-3> Cao độ tuyến đường tại vị trí cống :
0,5 m 0,5 m
A
B H3-7
-Đối với cống không áp (H 3-7A) cao độ mép nền đường ( đường đỏ ) phải đảm bảo cao hơn đỉnh cống ít nhất là 0,5 m
-Đối với cống có áp cao độ mép nền đường phải đảm bảo cao hơn mực nước dâng trước cống một chiều cao tối thiểu là 0,5 m
Tuy nhiên việc nâng cao độ nền đắp ở vị trí cống không hợp lý về kinh tế kỹ thuật nếu có thể được thì đào sâu thêm lòng suối và đặt cống xuống thấp hoặc đặt công đôi có đường kính nhỏ hơn cống đơn
-Trắc dọc trên đường và trắc dọc trên cầu không có gì phân biệt nhưng cần chú ý: +Mặt cầu làm bằng gỗ lát phải giảm dốc: lát ngang 3 %
lát dọc 2 % + Độ dốc lên cầu nếu có xe thô sơ thì không nên dốc quá 2,5 %
-Xác định điểm khống chế : cá điểm nhất thiết đường đỏ phải qua như điểm đầu tuyến ,điểm cuối tuyến ,điểm giao với đường sắt ....
-Cao độ các điểm khống chế quy định như sau:
+Cao độ nền đường đắp qua bãi sông phải cao hơn mực nước tính toán ít nhất là 0,5 m
+Cao độ nền đường dẫn vào cầu nhỏ và cống phải cao hơn mực nước dâng ít nhất là 0,5 m
+Cao độ tối thiểu của đường thiết kế trên cầu phải xét đến cả an toàn cho thông thuyền và 0,5 mcho cây trôi trong trường hợp không thông thuyền