Giáo trình Thiết kế yếu tố hình học đường ô tô: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của giáo trình Thiết kế yếu tố hình học đường ô tô tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: thiết kế trắc dọc và trắc ngang; thiết kế cảnh quan và phối hợp các yếu tố tuyến đường ô tô; thiết kế nút giao thông;... Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƯƠNG 4THIẾT KẾTRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG

4.1 XÁC ĐỊ NH ĐỘ DỐC DỌC CỦA ĐƯỜNG

4.1.1 Xác đ ị nh độ dốc dọc của đường – Bài toán kinh tế-kỹ thuật

Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải được tính toán

dựa trên nguyên tắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ nhất, phải xét một cách tổng hợp những ảnh hưởng của độ dốc tới giá thành xây dựng đường và tới các chỉ tiêu khai thác vận tải nhưtốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu, tận

dụng sức chở của ô tô, …

Độ dốc dọc của đường có ảnh hưởng tới giá thành xây dựng và chủ yếu là đối với khối lượng công tác nền đường Độ dốc dọc càng lớn, chiều dài tuyến đường ở vùng đồi và núi càng rút ngắn, khối lượng đào đắp càng giảm, giá thành xây

Độ dốc dọc iopt được xác định căn cứ

vào địa hình, dòng xe, khả năng xây

dựng, khả năng duy tu bảo dưỡng, tổng

4.1.2 Quy đ ị nh khi xác đị nh độ dốc và chiều dài đoạn dốc:

Tiêu chuẩn thiết kế đường hiện hành TCVN 4054-05 [1], quy định về độ dốc vàchiều dài đoạn dốc nhưsau:

- Độ dốc dọc lớn nhất i max : Tuỳ theo cấp hạng đường, độ dốc dọc tối đa được quy định trong bảng 1.14 và bảng 4.1 Khi gặp khó khăn có thể đề nghị tăng lên1% nhưng độ dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11% Đường nằm trên cao độ 2000m so với mực nước biển không được làm dốc quá 8%

Đồng

bằng, đồi Núi

Đồng bằng, đồi Núi

Đồng

bằng, đồi Núi

Độ dốc dọc lớn

- Đư ờng đi qua khu dân cư,đường có nhiều xe thô sơchạy : không nên làm dốc

dọc quá 4%

- Dố c dọc trong hầm : không dốc quá 4% và không nhỏ quá 0,3% (thoát nước).

- Trong đ ường đào : để đảm bảo thoát nước và rãnh dọc không phải đào quá sâu

thì độ dốc dọc tối thiểu là 0,5% (Khi khó khăn là 0,3% và đoạn dốc này khôngkéo dài quá 50m)

- Độ dốc nên dùng : không nên lớn hơn 3% để nâng cao chất lượng vận tải, khi

trên đường có nhiều xe nặng, xe kéo moóc chạy thì phải căn cứ vào tính toán đặc tính động lực theo lực kéo để xác định imax

Bả ng 4.2 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m)[1]

chiều dài đủ bố trí đường cong đứng (tối thiểu 50m) Các đoạn chêm còn làm chỗ tránh xe cho đường có 1 làn xe

Đối với đường vùng núi, dốc lớn quanh co hiểm trở có thể bố trí đường cứu nạn theo 22TCN 218-94

Bả ng 4.3 Chiề u dài dốc tối đa với các độ dốc khác nhau trên đường cao tốc[2]

Chiề u dài dốc tối đa (m)

1000800600-

-900700500

-1000800600

Chiề u dài đoạn dốc nhỏ nhất l min : Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc phải đủ để

bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn các quy định ở bảng 4.3

Bả ng 4.4 Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc [1]

Tốc độ thiết kế, km/h 120 100 80 60 40 30 20Chiều dài tối thiểu đổi

200(150)

150(100)

120(70)

100(60)

60(50)

Ghi chú : Trị số trong ngoặc được dùng cho các đường cải tạo nâng cấp khi khối lượng bù vênh

mặ t đường lớn.

Đối với đường cao tốc chiều dài dốc tối thiểu là 300m, 250m, 200m, 150m tươngứng với các cấp 120, 100, 80, 60 và phải đủ bố trí chiều dài đường cong đứng

4.1.3 Chiế t giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ:

Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, độ dốc dọc thực tế sẽ tăng lên, bởi vì:

- Trong đường cong có bố trí siêu cao, tổng hình học của độ dốc siêu cao và độ

dốc dọc sẽ lớn hơn độ dốc dự định áp dụng

- Cùng khắc phục độ chênh cao độ nhưng chiều dài ở bụng

đường cong ngắn hơn ở tim đường nên độ dốc dọc ở mép

trong sẽ lớn hơn độ dốc dọc tim đường

Bảng 4.5 quy định chiết giảm độ dốc dọc trong các đường

4.2 ĐƯỜNG CONG ĐỨNG.

Để đảm bảo tầm nhìn tính toán,

trắc dọc lượn đều không gãy khúc,

xe chạy an toàn êm thuận, ở những

chỗ đổi dốc trên trắc dọc phải thiết

kế đường cong đứng lồi hoặc lõm

dạng đường cong tròn hoặc parabol

bậc 2

Điều kiện bố trí đường cong đứng:

Khi hiệu đại số tuyệt đối giữa 2 độ

Chú ý : dấu của i là dấu đại số, lên dốc mang dấu “+” xuống dốc mang dấu “-“

4.2.1 Xác đ ị nh bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi

Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm tầm nhìn của người lái xe trên trắc dọc (Hình 4.2)

Theo hình vẽ ta có tam giác vuông

ABC có AC là đường cao thuộc

D R

S

2 1

2 min



- Khi hai ô tô cùng loại gặp nhau, ta có d1 = d2= S2(tầm nhìn hai chiều), do đó:

m , 8d

S R

2 2

- Đối với trường hợp đảm bảo tầm nhìn một chiều thì: d2 = 0; S = S1 (tầm nhìn

một chiều), do đó:

m,2d

SR

1

2 1

4.2.2 Xác đ ị nh bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm:

Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm được xác định từ điều kiện đảm bảo không gây khó chịu đối với hành khách và vượt tải chịu được của lò xo ô tô bởi

R

v

b

2 min

VR

2

* Xác đ ị nh bán kính đường cong đứng lõm theo điều kiệ n tầm nhìn ban đêm

Về ban đêm pha đèn của ô tô chiếu được trong đường cong đứng lõm một chiều dài nhỏ hơn so với trong đường thẳng

Gọi hp là chiều cao của pha đèn ( hp =1,2 m đối với xe con).

là góc mở rộng của pha đèn ( thường =10

)

Thì S122.R.(hp+S1.sin)

2 1

S R

2.(h S sin )

 

với S1là tầm nhìn một chiều yêu cầu

4.2.3 Lựa chọ n 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 công trình ít và công trình ổn định lâu dài, vì vậy công việc lựa chọn bán kính đường cong đứng phải thoả mãn haiđiều kiện trên, trong trường hợp không tránh được mới vận dụng các giới hạn tính toán theo công thức trên

Bán kính đường cong đứng chọn cho bao tốt với địa hình, tạo thuận lợi cho xe chạy và mỹ quan cho đường nhưng không nhỏ hơn các trị ghi trong bảng 4.6, 4.7

Bả ng 4.6 Bán kính tối thiể u của đường cong đứng lồi và lõm [1]

Tố c 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 200Tối thiểu thông thường 17000 10000 5000 4000 1000 600 200Bán kính đường cong đứng lõm, m

Tối thiểu giới hạn 4000 3000 2000 1000 450 250 100Tối thiểu thông thường 6000 5000 3000 1500 700 400 200Chiều dài đường cong đứng tối

Bả ng 4.7 Bán kính và chiề u dài tối thiể u của đường cong đứng trên đường cao tốc [2]

Các chỉ tiêu Cấ p 120 Cấ p 100 Cấ p 80 Cấ p 60

Tối thiểu, (m) 12000 6000 3000 1500Bán kính đường

cong đứng lồi Tối thiểu thông

thường, (m)

17000(20000)

10000(16000)

4500(12000)

2000(9000)

Tối thiểu, (m) 5000 3000 2000 1000Bán kính đường

cong lõm Tối thiểu thông

thường, (m) (12000)6000

4500(10000)

3000(8000)

1500(6000)Chiều dài đường cong đứng tối

thiểu, (m)

Ghi chú : Các trị số trong ngoặc ở bảng 4.7 là các trị số bán kính đường cong đứng đạt yêu cầu

về thu nhận thị giác và khi có điều kiện thì nên thiế t kế đường cong đứng với bán kính đó.

4.3 TÍNH TOÁN VÀ CẮM ĐƯỜNG CONG ĐỨNG

4.3.1 Các công thức tính toán cơbả n

i R K

x x x

x BC

BE

y

2

.2

1tan.2

1sin.2

12

T d

82

2 2



Phương trình

R

x y

2



 là cơsở để tính toán đường cong đứng, dấu “+” với đường cong đứng lõm, dấu “-“ với đường cong đứng lồi

4.3.2 Trình tự tính toán và cắ m đường cong đứng

Các công thức từ (4.6) đến (4.10) và hình 4.5 là cơsở tính toán và cắm đường cong đứng

1 Xác định vị trí cọc (đỉnh) của đường cong đứng : Thường đỉnh đường cong đứng rơivào các vị trí cọc, nếu không thì phải chêm cọc và cũng dễ dàng xác

định được đỉnh giao của 2 đường thẳng có độ dốc i1 và i2

2 Từ (4.6), (4.7) và (4.8) xác định được chiều dài K và tiếp tuyến T của đường cong đứng Từ các giá trị T, đo sang 2 bên đỉnh theo phương ngang sẽ xác

định được điểm bắt đầu (TD) và điểm kết thúc (TC) của đường cong đứng

Hình 4.5 Sơđ ồ tính toán đường cong đứng

3 Xác định phân cự d theo (4.10) , xác định điểm giữa P của đường cong đứng

4 Tính toán nhánh 1 đường cong đứng :

- Dùng TD làm gốc toạ độ, trục x nằm ngang, trục y thẳng đứng

- Xác định các cọc rơivào phạm vi nhánh 1 và khoảng cách x của chúng

- Tính toán tung độ y của các cọc theo công thức

R

x y

2

2





- Tính toán cao độ thiết kế các cọc HTK= HT+ y

Trong đó HTlà cao độ theo đường tang

- Tính toán cao độ đào đắp : h=HTK-HTN

5 Tính toán nhánh 2 đường cong đứng : Tương tự, với TC là gốc toạ độ, trục x

hướng sang trái, trục y thẳng đứng

6 Ghi các cao độ thiết kế lên trắc dọc: Trong phạm vi đường cong đứng bao giờ

cũng phải ghi 2 cao độ: Cao độ HT và cao độ HTK

Các quan hệ và trình tự tính toán trên được lập với giả thiết chiều dài tiếp tuyến, chiều dài cung, chiều dây cung là hầu nhưbằng nhau Giả thiết này hoàn toàn cóthể chấp nhận được khi tính toán các yếu tố đường cong đứng vì góc ngoặt tại

đỉnh đường cong đứng i rất nhỏ

4.4 NHỮNG YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC.

4.4.1 Các yêu cầ u và nguyên tắc cơbản khi thiết kế trắc dọc

Thiết kế đường đỏ hay thiết kế trắc dọc là xác định vị trí của mặt đường trên trắc

dọc so với mặt đất tự nhiên

Khi thiế t kế đường đỏ cần tuân theo các yêu cầu và nguyên tắc sau đây:

- Trắc dọc có ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu khai thác của đường nhưtốc độ

xe chạy, khả năng thông xe, tiêu hao nhiên liệu và an toàn giao thông,… có ảnh

hưởng lớn đến khối lượng công tác và giá thành xây dựng, do đó khi thiết kế đường đỏ phải đảm bảo tuyến lượn đều, ít thay đổi dốc, nên dùng độ dốc bé Chỉ

ở những nơiđịa hình khó khăn mới sử dụng các tiêu chuẩn giới hạn nhưimax, imin,Lmax, Lmin, Rmin, Kmin, Khi thiết kế trắc dọc cần phối hợp chặt trẽ thiết kế bình

đồ, trắc ngang, phối hợp giữa đường cong nằm và đường cong đứng, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo đường không bị gẫy khúc, rõ ràng và hài hoà về

mặt thị giác, chất lượng khai thác của đường nhưtốc độ xe chạy, năng lực thông

xe, an toàn xe chạy cao, chi phí nhiên liệu giảm

- Đảm bảo cao độ các điểm khống chế theo suốt dọc tuyến đường

- Đảm bảo thoát nước tốt từ nền đường và khu vực hai bên đường Cần tìm cáchnâng cao tim đường so với mặt đất tự nhiên vì nền đường đắp có chế độ thủy nhiệt tốt hơn so với nền đường đào Chỉ sử dụng nền đường đào ở những đoạn tuyến khó khăn nhưqua vùng đồi núi, sườn dốc lớn,…

- Độ dốc dọc tại các đoạn nền đường đào hoặc đắp thấp (cần phải làm rãnh dọc) không được thiết kế nhỏ hơn 0,5% (cá biệt là 0,3%) để đảm bảo thoát nước tốt từ rãnh dọc và lòng rãnh không bị ứ đọng bùn cát.

- Khi thiết kế đường đỏ cần chú ý đến điều kiện thi công Hiện nay chủ yếu thi công bằng cơgiới nên trắc dọc đổi dốc lắt nhắt sẽ không thuận lợi cho thi công, cho duy tu bảo dưỡng và khai thác đường

- Trắc dọc trên những công trình vượt qua dòng nước cần thiết kế sao cho đảm

bảo cao độ, độ dốc, chiều dài đoạn dốc, các đường cong nối dốc hợp lý đảm bảo thoát nước tốt và ổn định chung của toàn công trình

4.4.2 Xác đ ị nh các điểm khống chế khi thiết kế đường đỏ - ảnh hưởng của điều kiện đị a hình khi thiết kế trắc dọc.

Các điểm khống chế là các điểm ở đó cao độ của nền đường đã được xác định

Có hai loại điểm khống chế: loại đã được xác định chính xác nhưcao độ của nền đường ở những chỗ giao nhau cùng mức với đường sắt, với các đường ô tô khác Các điểm khống chế khác được xác định theo trị số chiều cao đắp tối thiểu so với

mặt đất tự nhiên nhưcao độ mặt cầu, cao độ nền đắp tại khu vực ngập nước, cao

độ nền đắp trên cống,…

Cao độ đường đỏ tại những điểm khống chế được quy định nhưsau:

- Cao độ thiết kế mép nền đường ở những đoạn ven sông, đầu cầu nhỏ, cống, các đoạn qua các cánh đồng ngập nước phải cao hơn mức nước ngập theo tần suất tính toán (có xét đến mức nước dềnh và chiều cao sóng vỗ) ít nhất là 0,5

Tần suất thiết kế nền đường được quy định :

Nếu không thỏa mãn yêu cầu trên thì dùng cống chịu lực nhưcống bản, cống

t – tĩnh không dưới cầu;

+ nếu sông có thông thuyền thì lấy bằng khổ thông thuyền;

+ nếu sông có cây trôi thì lấy bằng khoảng cách cây trôi;

k – chiều cao cấu tạo của cầu (gồm chiều cao dầm cầu, bản mặt cầu, chiều dày mặt đường)

Bả ng 4.8 Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính toán (hoặc mức nước

đọng thường xuyên) tới đáy áo đường

Số ngày liên tục duy trì mức nướ c trong 1 năm Loạ i đất đắp nền đường

Trên 20 ngày Dưới 20 ngày

Sét pha cát bột, sét pha cát nặng, sét béo, sét nặng 100 – 120 40

Có 2 phương pháp thiết kế là thiết kế theo phương pháp đường bao và thiết kế

theo phươ ng pháp đ ường cắt, việc áp dụng phương pháp nào sẽ tuỳ thuộc vào

từng loại địa hình

- Vùng đ ồi và vùng núi : ở những vùng này thông thường độ dốc địa hình thường

lớn hơn độ dốc lớn nhất cho phép đối với đường, vì vậy nối chung là thiết kế theo phương pháp hình cắt, tức là đường đỏ đi cắt đường mặt đất tự nhiên và tạo thànhnhững đoạn đào đắp xen kẽ Trong trường hợp này cần cân bằng giữa đào và đắp

để tận dụng vận chuyển dọc, lấy đất từ nền đào chuyển sang nền đắp Khi thiết kế

cũng cần tránh để tạo thành những đoạn đường đào luôn bị ẩm ướt (nền đào cắt ngang mực nước ngầm), dễ bị sụt lở và do đó phải sử dụng các công trình chặn

nước ngầm hoặc gia cố mái ta luy đắt tiền

Để đảm bảo nền đường ổn định, hạn chế sử dụng tường chắn đất, tốt nhất dùng

dạng đường đào có mặt cắt ngang chữ L

Phương pháp này thường dùng cho đường cấp cao

- Địa hình tương đối thoải của vùng đồi và vùng núi, đường đỏ được thiết kế theo phương pháp hình bao Ngoài ra phương pháp này còn dùng thiết kế đường cải

tạo nâng cấp, đường cấp thấp

4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ÔTÔ

Thiết kế trắc dọc đường ô tô tức là vạch đường đỏ (đường nối các cao độ thi công) trên mặt cắt dọc địa hình tự nhiên vẽ theo trục đường Đường đỏ thiết kế

vạch khác nhau thì độ cao thi công ở các điểm (các cọc) cũng khác nhau, dẫn đến khối lượng đào đắp khác nhau và giải pháp kỹ thuật thiết kế các công trìnhchống đỡ và các công trình cầu cống cũng có thể khác nhau Vì thế khi thiết kế đường đỏ, ngoài việc cần bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật đối với các yếu tố trắc

dọc quy định trong quy phạm thiết kế (nhằm bảo đảm xe chạy an toàn, êm thuận) còn cần phải chú ý cải thiện hơn nữa điều kiện chạy xe và chất lượng vận doanh,

cũng nhưphải cố gắng đạt tới phương án rẻ nhất về tổng chi phí xây dựng và vận doanh, khai thác Để đạt được tối ưu về kinh tế-kỹ thuật nhưvậy trong quá trìnhthiết kế cần chú ý cân nhắc kỹ khi bố trí từng mỗi đoạn dốc, mỗi đường cong đứng ở chỗ đổi dốc Chú ý phối hợp các yếu tố bình đồ, trắc ngang với các rặng cây trông dọc theo tuyến… để tạo được sự phối hợp không gian đều đặn, chú ýthiết kế tạo thuận lợi cho các công trình nền mặt đường Công trình chống đỡ vàthoát nước (bảo đảm thoát nước nhanh và thoát hết nước mặt, bảo đảm chiều cao

đắp trên mực nước ngập và chế độ thuỷ nhiệt thuận lợi, bảo đảm chiều cao đắp trên nền cống), Chú ý tạo thuận lợi cho quá trình thi công (thuận lợi cho máy làm việc đạt năng suất cao…)

Tương tự nhưđối với bình đồ tuyến, việc thiết kế trắc dọc liên quan và có ảnh

hưởng đến hầu hết các yếu tố và các công trình khác trên đường vì thế không thể

dễ dàng biết và đánh giá một phương án đường đỏ vạch thế nào là hợp lý, là đạt yêu cầu Điều này gây lúng túng cho những người mới bắt tay vào công việc thiết

kế và còn thiếu kinh nghiệm Do đó để giảm bớt số phương án phải đưa ra sosánh, ngay từ đầu cần có phương án trắc dọc đảm bảo gạt bỏ được các phương ánkhông hợp lý cũng nhưbảo đảm chủ động vạch được đường đỏ có cơsở kinh tế-

kỹ thuật nhất định Một phương pháp thiết kế nhưvậy có thể tiến hành theo trình

Hình 4.7 Điể m mong muốn trên trắc ngang và kẻ đường đỏ xuyên qua tập hợp

các đ iể m mong muốn trên trắc dọc.

Độ cao không chế hay điểm khống chế là những điểm đường đỏ thiết kế bắt buộc phải phải đi qua theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế (điểm đầu, điểm cuối, điểm qua các thành phố, thị trấn…) hoặc bắt buộc phải đi qua để đảm bảo các yêu cầu của công trình khác trên đường (cao độ đắp trên cống, trên mực nước ngầm, cao độ vào cầu, khống chế do mực nước dâng và chiều cao sóng…) hoặc bắt buộc phải

đi qua do cắt nhau với các công trình khác (chỗ giao nhau với đường sắt, đường

bộ khác), chỗ đi men theo vành hồ thuỷ lợi, thuỷ điện ) Để xác định các cao độ khống chế nói trên cần điều tra thu thập số liệu ngoài thực địa và ở các cơquanquản lý các công trình có liên quan (ví dụ quy hoạch san nền thị trấn và thànhphố tuyến đi qua…) Đồng thời phải nghiên cứu quy trình quy phạm, định hìnhthiết kế cũng nhưphải tiến hành tính toán về thuỷ văn (tại các công trình cầu,

cống) Độ cao mong muốn hay điểm mong muốn là những điểm tuy không bắt buộc, nhưng đường đỏ thiết kế nên đi qua để bảo đảm một yêu cầu nào đó (hay

một quan điểm thiết kế nào đó) về kỹ thuật, kinh tế hoặc về điều kiện thi công

Để xác định các điểm mong muốn cần tiến hành phân tích trên từng trắc ngang

tương ứng với từng cọc chi tiết để cắm và đo vẽ trên thực địa, hoặc tương ứng

với từng đoạn tuyến có mặtcắt ngang giống nhau (ví dụ đoạn tuyến đi trên sườn núi có độ dốc ngang ít thay đổi) trên mỗi trắc ngang sẽ tiến hành thiết kế thử nền đường và công trình Đồng thời tính toán phân tích kinh tế kỹ thuật các phương

án có chiều sâu đào và chiều sâu đắp khác nhau để rút ra các phương án hợp lý hoặc tốt nhất tại vị trí đó Độ cao thiết kế nền đường tương ứng với phương án

hợp lý hoặc tốt nhất chính là độ cao mong muốn (điểm mong muốn) tuỳ theo quan điểm chủ đạo, khi thiết kế có thể xác định vị trí điểm mong muốn trên trắc

dọc theo một trong các cách dưới đây:

- Xuất phát từ việc xác định chiều cao đào đắp kinh tế hay vị trí đạt trục đường

rẻ nhất tương ứng với mỗi trắc ngang

Theo quan điểm này, người thiết kế cho vị trí đặt tuyến thay đổi và tương ứng tính được khối lượng đào đắp và khối lượng xây dựng công trình chống đỡ (nếu có) và giá thành các công trình chống đỡ Theo kinh nghiệm phân tích so sánh đối với trường hợp tuyến đi sườn núi ở nước ta thì thông thường khi độ

dốc ngang sườn núi <30% nên lấy điểm mong muốn tại vị trí tim đường (không đào không đắp) là rẻ nhất Khi độ dốc ngang sườn núi > 50% thì nêndùng giải pháp đào nền đường vừa đủ (nền đường chữ L) là rẻ nhất Khi độ

dốc ngang từ 30-50%thì nên thiên về đào hơn đắp Kinh nghiệm này có thể

vận dụng trong thiết kế trắc dọc sơbộ

Đối với các tuyến đường vùng đồng bằng giải pháp chính là đắp nền đường Chiều cao đắp kinh tế nhất trong trường hợp này có thể xác định theo quan điểm thiết kế tổng thể nền mặt đường, trên cơsở phân tích tính toán quan hệ giữa chế độ thuỷ nhiệt với cường độ của đất nền đường (thay đổi tuỳ thuộc vào sự phân bổ độ ẩm trong nền đường)

- Xuất phát từ quan điểm tạo thuận lợi cho việc xây dựng đường hoặc thoả mãncác yêu cầu hay hạn chế về mặt thi công Chẳng hạn tuyến đi sườn núi, những người khảo sát thiết kế đường ở nước ta thương có quan điểm thiết kế thiên

về nền đào, nghĩa là cố gắng vạch đường đỏ sao cho bảo đảm được điều kiện

tạo được nền đào vừa đủ (nền đường chữ L) để tránh giải pháp xây tường chắn hoặc đắp một phần trên sườn dốc Đối với vùng sườn núi dốc gắt thìquan điểm này cũng có nghĩa là thiết kế đường đỏ nhưthế nào để tránh được

kè hoặc hạn chế tới mức thấp nhất việc xây dựng tường chắn để chống đỡ nền đường Những người có quan điểm này cho rằng nền đào ở vùng núi là thuận

lợi nhất cho máy thi công, tốc độ thi công sẽ nhanh vì không phải làm kè,không phải đắp thêm một phần trên sườn dốc, tiết kiệm được vật tưxây dựng đường là loại hiếm và phải chở từ xa đến (ximăng, sắt thép ), đồng thời nền đường sẽ bảo đảm ổn định Tuy nhiên theo quan điểm này, trên thực tế thường dẫn tới chiều cao taluy đào khá cao và nhưvậy thì có thể dễ gây sụt lở

ta luy (ta luy không đảm bảo ổn định) Do đó khi xác định điểm mong muốn trong trường hợp này, nên chú ý đảm bảo chiều cao ta luy đào không vượt quá chiều cao giới hạn bảo đảm ta luy ổn định về mặt cơhọc Để tính toán

kiểm tra nhanh, việc xác định chiều cao taluy giới hạn cùng với các loại đất

đã biết chỉ tiêu cơlý (c,, ) có thể trực tiếp tra theo toán đồ

Khi thiết kế, cứ mỗitrắc ngang được áp thử Gabarit nền đường để đạt được yêu cầu đào đủ bề rộng nền đường Kiểm tra nhanh chóng chiều cao ta luy và

tương ứng tìm được chiều sâu đào mong muốn và xác định độ cao mong muốn

Ngoài ra để thuận lợi cho việc lấy đất khi thi công (không phải đào thùng đấu, khi tuyến đi qua vùng đất canh tác) có thể vạch đường đỏ theo quan điểm cân

bằng khối lượng đào đắp (đoạn đào 2 bên vừa đủ để vận chuyển dọc đến đoạn

đắp ở giữa) Vận dụng quan điểm này phù hợp hơn cả là khi tuyến đi qua vùng đồi

- Xác định điểm mong muốn xuất phát từ quan điểm thiết kế phối hợp không gian các yếu tố tuyến về mặt quang học Lúc này, trên cơsở dựng hình phối

cảnh các đoạn tuyến, phát hiện các chỗ bị bóp méo hoặc không đảm bảo sự phối hợp đều đặn trên ảnh, từ đó thiết kế điều chỉnh trên ảnh và xác định được toạ độ mới của các điểm cần điều chỉnh đường thiết kế Tung độ mới cần phải điều chỉnh là điểm mong muốn trên trắc dọc

2 Sau khi xác định được điểm mong muốn và điểm khống chế ở các trắc ngang khác nhau, thiết kế ghi các điểm đó lên trắc dọc Nhờ tập hợp các điểm mong muốn ghi được này, chúng ta đã biến những quan điểm thiết kế trừu tượng thànhnhững dấu hiệu cụ thể chỉ dẫn cho việc vạch đường đỏ trên trắc dọc một cách chủ động Lúc này việc vạch đường đỏ thiết kế cần cố gắng đạt được hai yêu cầu sau:

- Bám sát tập hợp các điểm mong muốn và điqua các điểm khống chế

- Thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật khác về bố trí các đoạn dốc (chiều dài dốc

lớn nhất và nhỏ nhất) về độ dốc dọc lớn nhất và về các đường cong đứng ở điểm đổi dốc đồng thời thoả mãn vị trí tương hỗ giữa các đường cong đứng

và đường cong nằm trên bình đồ theo quan điểm bảo đảm độ đều đặn không gian của tuyến cũng nhưbảo đảm điều kiện chạy xe an toàn

Hai yêu cầu này thường mẫu thuẫn với nhau, do đó khi vạch đường đỏ thiết kế phải nghiên cứu để giải quyết trước các mâu thuẫn này tại từng đoạn/vị trí cụ thể trên trắc dọc Trong trường hợp không thể dung hoà được thì người thiết kế trước

hết xem xét lại tuyến đã thiết kế (đã cắm) trên bình đồ, tức là vấn đề chỉnh tuyến

để thoả mãn được nhiều nhất cả hai yêu cầu trên Chỉ khi không thể chỉnh tuyến hoặc chỉnh tuyến cũng không mang lại hiệu quả thì mới cân nhắc để quyết định thiết kế nặng theo một yêu cầu nào đó

Việc thiết kế đường đỏ theo tập hợp các điểm mong muốn nhưtrên (xem là cácbiến số) có thể giúp thiết kế vạch được một đường đỏ thoả mãn một mục tiêu hạn chế nhất định về mặt giá thành và điều kiện xây dựng đường (hàm mục tiêu)trong điều kiện đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật thông thường theo quy phạm thiết

kế (điều kiện bắt buộc) Mặc dù bảo đảm được các chỉ tiêu kỹ thuật tức là đã thoả mãn được các yêu cầu về mặt chất lượng vận doanh của tuyến ở một mức độ nào

đó nhưng mô hình toán học của phương pháp thiết kế nói ở trên rõ ràng đã khôngthể hiện và đánh giá được chất lượng vận doanh một cách định lượng (cụ thể làhàm mục tiêu đã không xét được giá thành vận doanh và khai thác đường) đây chính là nhược điểm Rõ ràng là với phương pháp thiết kế này có thể đảm bảo được điều kiện giá thành xây dựng nhỏ nhất (khi đường đỏ cố gắng bám sát các điểm mong muốn xác định, với quan điểm đó trong điều kiện vị trí tuyến ở bình

đồ được xem là duy nhất không còn thay đổi được nữa) Nhưng không đảm bảo được tổng giá thành xây dựng và vận doanh, khai thác đường nhỏ nhất Tuy nhiên kinh nghiệm thực tế cho thấy với cách thiết kế nói trên thường vẫn giúp cho việc thiết kế đường đỏ chủ động hơn, có căn cứ và hợp lý hơn-Nhất và hiện chưa có một phương pháp nào bảo đảm thiết kế tuyến (bao gồm cả bình đồ vàtrắc dọc tuyến) đạt tối ưu về xây dựng và khai thác Hiện nay mới chỉ bảo đảm có thể so sánh kinh tế-kỹ thuật để chọn được phương án tốt nhất trong số các phương án đề cập tới Nhưng hiện chưa có phương pháp nào bảo đảm không để

lọt mất phương án có nghĩa là vẫn có thể có tình trạng phương án tối ưu không

nằm trong các phương án đưa ra so sánh vì ta đã không phát hiện được nó

Về mặt vận doanh, khi vạch đường đỏ nên tránh các đoạn lên xuống dốc thay đổi thường xuyên, tránh vạch trắc dọc răng cưa mà nên dùng các đoạn dốc dài hoặc dùng các đường cong bằng bán kính lớn Đặc biệt trong địa hình vượt đèo nêntránh thiết kế các 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 và thời gian xe chạy là các chỉ tiêu rất quan trọng nói lên chất lượng sử

dụng một tuyến đường Tốc độ và thời gian xe chạy cũng cho phép xác định các chi phí vận tải, là chỉ tiêu quan trọng để làm bài toán so sánh kinh tế kỹ thuật khi chọn phương án Ngoài ra, nó còn dùng cho việc lập kế hoạch chạy xe và tổchức giao thông

- Đồ thị tốc độ xe chạy được vẽ cho cả chiều đi lẫn chiều về

- Trình tự lập đồ thị tốc độ xe chạy nhưsau:

1 Xác định tốc độ xe chạy trên từng đoạn dốc theo điều kiện cân bằng sức kéo

Tức là ứng với 1 đoạn dốc có độ dốc dọc id và có hệ số ma sát f tìm được nhân tố động lực D = f id, tra biểu đồ nhân tố động lực ứng với loại ô tô đang xét sẽ tìmđược vận tốc v (Hình 4.8)

2 Xác định tốc độ hạn chế ở các điều kiện:

+ Đường cong nằm có bán kính bé:

 i km h R

Hình 4.8 Biể u đồ tốc độ xe chạy từ đặc tính động lực của xe

+ Tại các đường cong đứng lồi có tầm nhìn hạn chế: Từ công thức tính bán kính đường cong đứng tính được S1 2 dR tính ngược ra vận tốc Vhc

+ Tại các đường cong đứng lõm V  6 , 5 R (km/h)

+ Tại những điểm gãy của trắc dọc mà không bố trí đường cong đứng, để đảm

bảo không bị sóc mạnh, tốc độ cho phép được tính theo công thức kinh nghiệm:

+ Theo chất lượng mặt đường : Mặt đường cấp thấp B1 và B2 vận tốc Vhc60Km/h; mặt đường cấp cao A2 Vhc=80-100km/h; mặt đường cấp cao A1 không

=40-hạn chế

3 Định tốc độ tối đa cho phép trên toàn tuyến Tốc độ này do độ bằng phẳng mặt đường, bề rộng phần xe chạy, các trang thiết bị an toàn, loại xe quyết định

4 Dựa vào các trị số về tốc độ cân bằng và tốc độ hạn chế, vẽ đồ thị tốc độ xe chạy gồm những đoạn tốc độ đều

5 Xác định đoạn chuyển tiếp giữa hai đoạn có tốc độ khác nhau, để nối các đoạn

tốc độ đều đã có với nhau

tb

2 1

2 2

V1và V2 – tốc độ trước và sau khi tăng hoặc giảm tốc, km/h;

Dtb– trị số trung bình nhân tố động lực tính ứng với V1 và V2

Dấu trước biểu thức khi tăng tốc dùng dấu (+) và khi giảm tốc dùng dấu (-)

+ Trư ờng hợp cần phải hãm xe: khi xe đang chạy với tốc độ cao, nhưng do điều kiện về đường xe phải giảm tốc độ để đảm bảo an toàn Chiều dài đoạn đường hãm xe cần thiết:

  i , m 254

V V k.

S

2 2

2 1





Trường hợp chiều dài đoạn tăng hoặc giảm tốc tính được lớn hơn chiều dài thực

tế để tốc độ đạt tới tốc độ cân bằng động lực thì phải dựa vào chiều dài đoạn đường thực tế để tính ngược lại tốc độ V2

4.6.2 Vậ n tốc trung bình và thời gian xe chạy trung bình

Trên các đoạn coi là đồng nhất có chiều dài li có tốc độ xe chạy ở đầu đoạn vi-1vàcuối đoạn vi Ta có

v v

- Thời gian xe chạy trung bình :

itb

i itb

v l

Thời gian xe chạy toàn tuyến T t itb

n i tb

Hình 4.9 Biể u đồ vận tốc và thời gian xe chạy.

4.6.3 Đánh giá phươ ng án thiế t kếtheo hệ số an toàn

Hệ số an toàn của một đoạn tuyến Kat được xác định bằng tỷ số giữa vân tốc xe

có thể chạy được trên đoạn đang xét (Vcp) và vận tốc xe chạy của đoạn kề trước

nó (Vtr) Tỷ số này càng nhỏ thì chênh lệch vận tốc giữa 2 đoạn càng lớn và xácsuất xảy ra tai nạn sẽ càng lớn

tr

cp at

V

V

Cần vẽ biểu đồ vận tốc cả hai chiều để đánh giá hệ số an toàn cho cả hai chiều đi

và về của tuyến đường Kết quả được lập thành biểu đồ hệ số an toàn

- Vận tốc xe chạy để tính toán hệ số an toàn là vân tốc xe chạy lý thuyết xác

định theo phương pháp thông thường với loại xe con

- Không xét đến những chỗ hạn chế tốc độ do yêu cầu về tổ chức giao thông nhưqua khu dân cư, qua nút giao,

- Không xét tới các chỗ hãm phanh để giảm tốc trước khi vào các đoạn phải

Tiêu chuẩn đánh giá mức độ an toàn xe chạy theo hệ số an toàn nhưsau :

- Kat0.4 : Rất nguy hiểm

- Kat = 0.4 – 0.6 : Nguy hiểm

- Kat = 0.6 – 0.8 : ít nguy hiểm

- Kat > 0.8 : Không nguy hiểm

Khi thiết kế đường mới, phải đảm bảo mọi đoạn tuyến có hệ số Kat 0.8; Với các

đồ án cảitạo và 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 được xác định phụ thuộc vào lưu lượng xe chạy trênđường, thành phần, tốc độ xe chạy và việc tổ chức phân luồng giao thông Bề

rộng của nó bằng tổng bề rộng các làn xe bố trí trên đường

Bề rộng của một làn xe được xác định phụ thuộc vào chiều rộng của thùng xe,khoảng cách từ thùng xe đến làn xe bên cạnh và từ bánh xe đến mép phần xe chạy (Hình 4.11)

c b c y x

y – khoảng cách từ giữa bánh xe đến mép phần xe chạy,

- Khi phần xe chạy gồm nhiều làn xe thì những làn xe nằm ở giữa tính theo công thức: B2 = b + x1 + x2 (4.21)

x1, x2 – khoảng cách từ thùng xe tới làn xe cạnh;

Các trị số x, y được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

x = 0,50 + 0,005V khi làn xe cạnh ngược chiều;

x = 0,35 + 0,005V khi làn xe cạnh cùng chiều chiều;

y = 0,50 + 0,005Vtrong đó x, y tính bằng m, còn V tính bằng km/h;

Khi tính toán cần phải xét cả hai trường hợp: xe con có kích thước bé nhưng tốc

độ xe chạy cao, xe tải có tốc độ thấp nhưng kích thước lớn

4.7.2 Lề đường:

Dải đất song song và nằm sát phần xe chạy gọi là lề đường Lề đường có tác

dụng giữ cho mép mặt đường không bị hưhỏng Lề đường phải đảm bảo khi cần thiết ô tô có thể tránh hoặc đỗ trên lề đường Khi sửa chữa xây dựng mặt đường,

lề đường còn là nơidùng để chứa vật liệu

Khi Vtt40km/h thì lề đường có một phần gia cố,

- Khi V=40km/h thì phần gia cố này có vật liệu khác với mặt đường

- Khi V60km/h thì phần gia cố này có cấu tạo đơn giản hơn so với mặt đường (bớt lớp, bớt chiều dày, dùng vật liệu kém hơn) nhưng lớp mặt của nó phải cùng

vật liệu với mặt đường (khuyến khích dùng kết cấu lề gia cố nhưmặt đường)

Bả ng 4.10 Độ dốc ngang các yếu tố của mặt cắt ngang

Yế u tố mặt cắt ngang Độ dốc ngang %

Phần mặt đường và phần lề gia cố

Bê tông xi măng và bê tông nhựa 1,5 - 2,0

Các loại mặt đường khác, mặt đường lát đá tốt, phẳng 2,0 - 3,0

Mặt đường lát đá chất lượng trung bình 3,0 - 3,5

Mặt đường đá dăm, cấp phối, mặt đường cấp thấp 3,0 - 3,5

của dải phân cách được qui định trong bảng 4.11

Bả ng 4.11 Cấu tạo tối thiểu dải phân cách giữa [1]

Cấ u tạo dải phân cách

Phầ n phân cách, m

Phầ n an toàn (gia

cố ), m

Chiề u rộng tối thiể u dải phân cách giữa, m

Dải phân cách bê tông đúc sẵn, bó

Hình 4.13 Cấ u tạo dải phân cách giữa

a) nâng cao; b/ cùng độ cao, có phủ mặt đường;

c/ hạ thấp thu nước vào giữaKhi dải phân cách rộng dưới 3,00 m, phần phân cách được phủ mặt và bao

bằng bó vỉa

Khi dải phân cách rộng từ 3,00 m đến 4,50 m:

– nếu bao bằng bó vỉa thì phảiđảm bảo đất ở phần phân cách không làm bẩn

mặt đường (đất thấp hơn bó vỉa), bó vỉa có chiều cao ít nhất 18 cm và phải

có lớp đất sét đầm nén chặt để ngăn nước thấm xuống nền mặt đường phía

dưới

– nên trồng cỏ hoặc cây bụi để giữ đất và cây bụi không cao quá 0,80 m

– Khi dải phân cách rộng trên 4,50m (để dự trữ các làn xe mở rộng, để tách đôi

nền đường riêng biệt) thì nên cấu tạo trũng, có công trình thu nước và khôngcho nước thấm vào nền đường

Phải cắt dải phân cách giữa để làm chỗ quay đầu xe Chỗ quay đầu xe được

bố trí:

– cách nhau không dưới 1,0 km (khi chiều rộng dải phân cách nhỏ hơn4,5m) và không quá 4,0 km (khi dải phân cách rộng hơn 4,5 m);

– trước các công trình hầm và cầu lớn

Chiều dài chỗ cắt và mép cắt của dải phân cách phảiđủ cho xe tải có 3 trục quay đầu Chỗ cắt gọt theo quỹ đạo xe, tạo thuận lợi cho xe không va vàomép bó vỉa

4.7.4 Dả i phân cách bên

Chỉ bố trí dải phân cách bên để tách riêng làn xe đạp và xe thô sơđặt trên phần lề gia cố (hoặc lề gia cố có mở rộng thêm) với phần xe chạy dành cho xe cơgiới

Bố trí và cấu tạo dải phân cách bên có thể sử dụng một trong các giải pháp sau:

– bằng hai vạch kẻ liên tục theo 22 TCN 237 (chỉ với đường cấp III);

– bằng cách làm lan can phòng hộ mềm (tôn lượn sóng) Chiều cao từ mặt

lề đường đến đỉnh tôn lượn sóng là 0,80 m

Các trường hợp nêu trên được bố trí trên phần lề gia cố nhưng phảiđảm bảo

dải an toàn bên cách mép làn xe ô tô ngoài cùng ít nhất là 0,25 m

Chiều rộng dải phân cách bên gồm: chiều rộng dải lan can phòng hộ (hoặc

vạch kẻ) cộng thêm dải an toàn bên

Cắt dải phân cách bên với khoảng cách không quá 150m theo yêu cầu thoát

nước Bố trí chỗ quay đầu của xe thô sơtrùng với chỗ quay đầu của xe cơgiới

Bảng 4.12 và 4.13 quy định về các yếu tố tối thiểu trên trắc ngang (4054-05)

Bả ng 4.12 Bề rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang [1]

3,00(2,50)

2,50(2,00)

1,00(0,50)

1,00(0,50) 1,50

Bả ng 4.13 Bề rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang [1]

Bề rộng tối thiểu của lề đường (m) 1,5

(gia cố 1,0m)

1,0(gia cố 0,5m)

1,0(gia cố 0,5m) 1,25

Bề rộng tối thiểu của nền đường

4.7.5 Phạ m vi bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ :

Phạm vi bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ gồm đất của đường bộ, hànhlang an toàn đường bộ, phần trên không, phần dưới mặt đất, phần dưới mặt nước

có liên quan đến an toàn công trình và an toàn giao thông đường bộ

Giới hạn hành lang an toàn đối với đường bộ được quy định [3] tính từ mép chân mái đường đắp hoặc mép đỉnh mái đường đào, mép ngoài của rãnh dọc hoặc mép ngoài của rãnh đỉnh của đường trở ra hai bên là:

- 20 m (hai mươimét) đối với đường cao tốc, đường cấp I, cấp II;

- 15 m (mười lăm mét) đối với đường cấp III;

- 10 m (mười mét) đối với đường cấp IV, cấp V;

- 05 m (năm mét) đối với đường dưới cấp V

4.8 LÀN PHỤ LEO DỐC VÀ LÀN CHUYỂN TỐC

4.8.1 Làn phụ leo dốc

1 Điề u kiện bố trí : Chỉ xét đến việc bố trí thêm làn xe phụ leo dốc khi hội đủ ba điều kiện sau đây:

- Dòng xe leo dốc vượt quá 200 xe/h

- Trong đó lưu lượng xe tải vượt quá 20 xe/h

- Khi dốc dọc 5 % và chiều dài dốc 800 m

Đối với các đoạn đường có dự kiến bố trí làn xe leo dốc, phải so sánh các chỉ tiêukinh tế – kỹ thuật giữa hai phương án hoặc có bố trí làn xe leo dốc hoặc hạ dốc

dọc của đường (tránh bố trí làn xe leo dốc)

Làn xe leo dốc thường được xem xét đối với đường hai làn xe không có dải phân cách giữa, điều kiện vượt xe bị hạn chế

m (3,00 m) và bảo đảm lề đất rộng đủ 0,50 m (Tại đoạn leo dốc này xe đạp

và xe thô sơđi cùng với xe tải trên làn phụ leo dốc)

- Đoạn chuyển tiếp sang làn xe phụ phải đặt trước điểm bắt đầu lên dốc 35 m

và mở rộng dần theo hình nêm theo độ mở rộng 1:10 ; đoạn chuyển tiếp từ làn

xe phụ trở lại làn xe chính cũng được vuốt nối hình nêm kể từ điểm đỉnh dốc

với độ thu hẹp 1:20 (chiều dài đoạn vuốt nối hình nêm là 70 m)

Lµn xe chÝnh Lµn xe chÝnh Lµn phô leo dèc

Làn giảm tốc cấu tạo theo kiểu song song hoặc theo kiểu nối trực tiếp (xem hình4.15 a và b) làn tăng tốc cấu tạo theo kiểu song song (theo hình c)

Làn chuyển tốc rộng 3.50m Chiều dài đoạn hình nêm tối thiểu dài 35m (mở rộng 1m trên chiều dài 10m) Chiều dài đoạn chuyển tốc tính theo gia tốc dương là1m/s2, gia tốc âm là 2m/s2

.Chiều dài đoạn giảm tốc không dưới 30m, chiều dàiđoạn tăng tốc không dưới 120m

Làn chuyển tốc nên đặt trên dốc dọc nhỏ hơn 2% Khi buộc phải có dốc lớn hơn2% phải tính hiệu chỉnh theo dốc, hoặc nhân với hệ số 1.2.

Các chỗ ra hoặc vào của làn chuyển tốc phải đảm bảo đủ tầm nhìn tới làn xe mà

xe sẽ gia nhập

Hình 4.15 Các giả i pháp bố trí làn chuyển tốc

a - Chỗ ra kiểu bố trí song

song

b - Chỗ ra kiểu nối trực tiếp

c - Chỗ vào đường cao tốc

kiểu bố trí song song

1 - Đường nhánh

2 - Đoạn chuyển tốc (giảm tốc với trường hợp a và b;

tăng tốc với trường hợp hình c);

3 - Đoạn chuyển làn hình nêm;

4 - Đường nhánh kiêm luôn chức năng chuyển làn và chuyển tốc

4.9 NĂNG LỰC THÔNG HÀNH CỦA ĐƯỜNG.

Những khái niệm về năng lực thông hành và mức phục vụ của đường đã được trình bày ở phần 1.2 chương 1, ở đây chúng ta nghiên cứu các mô hình vàphương pháp tính năng lực thông hành phổ biến hiện nay

4.9.1 Mô hình đ ộng lực học đơn giản

Mô hình động lực học đơn giản thường dùng để tính năng lực thông hành lýthuyết của một làn xe Theo phương pháp này, người ta quan niệm trên một làn

xe, dòng xe chỉ có một loại (xe con) chạy cùng một tốc độ v (m/s) cách nhau một

cự ly an toàn tối thiểu d (m) để đảm bảo an toàn

Công thức xác định năng lực thông hành:

Trong đó: Nlth– khả năng thông xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe, xe/h;

V – tốc độ xe chạy cho cả dòng xe, km/h;

d - khoảng cách tối thiểu giữa hai xe, còn gọi là khổ động học của dòng xe

Giá trị của khổ động học d còn rất phân tán, cụ thể:

- Nhóm thứ nhất: của các tác giả Greenshields, Svante, Đađenkốp quan niệm d

gồm có chiều dài xe lx, chiều dài xe chạy trong lúc kịp phản ứng tâm lý lp ưvà

một đoạn dự trữ l0

- Nhóm thứ hai : của các tác giả Berman, Saar, Birulia, Alison với d còn bao

gồm thêm một chiều dài hãm xe Sh (xem hình 4.16)

V.KS

2 h





l0– cự ly an toàn, 5 – 10m;

lx– chiều dài xe, m;

Do đó:

 

h/xe,lli254

V.K6,3V

V1000N

x 0

2 lth

- Nhóm thứ ba : của các tác giả Phixenson, Elide với d còn bao gồm thêm

vào một đoạn bằng hiệu chiều dài hãm xe giữa hai xe Sh2-Sh1

- Nhóm thứ tư: chủ trương xác định d bằng thực nghiệm

Vì d là hàm bậc 2 của V nên khi lập quan hệ giữa V và N ta thấy ứng với một tốc

độ nào đó thì sẽ cho khả năng thông xe là lớn nhất, khi tốc độ xe chạy tăng lênhoặc giảm xuống đều làm cho khả năng thông xe giảm theo (xem hình 1.10b)

khoảng tốc độ ứng với năng lực thông xe lớn nhất vào khoảng 40-60 km/h

Cực trị của N theo nhóm 1 là không tồn tại, đây là một điều không hợp lý, theo nhóm 2, cực trị là 2700 xe/h, nhóm 3 là 1060 xe/h và nhóm 4 là 1600 xe/h [15]

4.9.2 Quan đ iể m của Nga:

Trường phái Nga tính toán năng lực thông hành thực tế bằng cách đưa vào các hệ

số chiết giảm tùy thuộc vào các điều kiện thực tế





1 max

N

i i

Với Nmax khảnăng thông xe thực tế lớn nhất được đề nghị Nmax=2000xe/h/làn

với 15 hệ số chiết giảm K phụ thuộc vào điều kiện thực tếnhưsau:

Bả ng 4.14 Hệ số K 1 kể tới chiều rộng phần xe chạy

Trị số K 1 khi phầ n xe chạy có Chiề u rộng làn xe,

0,850,801,00

Bả ng 4.15 Hệ số K 2 kể tới chiề u rộng lề đường Chiề u rộng lề ,

2,001,50

0,800,70

Bả ng 4.16 Hệ số K 3 kể tới độ thoáng ngang Nhiễ u có ở một bên đường Nhiễ u ở cả hai bên đường

1,000,990,950,900,830,78

0,980,950,940,870,800,75

1,000,980,960,910,880,82

0,980,970,930,880,780,73

0,960,930,910,850,750,70

Bả ng 4.17 Hệ số K 4 kểtới ả nh hưởng của xe tải và xe kéo moóc

Hệ số K 4 khi tỷ lệ xe tải nhẹ và xe tảitrung (%)

0,980,960,930,900,870,840,81

0,940,910,880,850,820,790,76

0,900,880,850,820,790,760,72

0,860,840,810,780,760,730,70

Bả ng 4.18 Hệ số K 5 kểtới ả nh hưởng của dốc dọc

Hệ số K 5 khi số xe kéo moóc trong dòng xe (%)

0,980,970,96

0,970,940,92

0,940,920,90

0,890,870,84

3

200500800

0,960,950,93

0,950,930,90

0,930,910,88

0,860,830,80

4

200500800

0,930,910,88

0,900,880,85

0,860,830,80

0,800,760,72

5

200500800

0,900,860,82

0,850,800,76

0,800,750,71

0,740,700,64

6

200500800

0,830,770,70

0,770,710,63

0,700,640,53

0,630,550,47

300

0,750,63

0,680,55

0,600,48

0,550,41

Bả ng 4.19 Hệ số K 6 kểtớ i ảnh hưởng của tầm nhìn Chiề u dài tầm

150-200250-350

> 350

0,900,981,00

Bả ng 4.20 Hệ số K 7 kểtới bán kính đường cong nằ m

450-600

> 600

0,991,00

405060

0,960,981,00

Bả ng 4.22 Hệ số K 9 kể tới ảnh hưởng của nút giao thông

Đường nối vào Giao cắ t

Hệ số K 9 khi chiề u rộng phần xe chạy trên đường chính (m)

Lượng xe rẽ

trái (%)

7,00 7,50 10,50 7,00 7,50 10,50

Nút đơn giản0

0,980,870,750,620,47

1,000,920,830,750,72

0,940,820,700,570,41

0,950,830,710,580,41

0,980,910,820,730,70

Có phân luồng từng bộ phận bằng đảo an toàn,không có đường cong chuyển tiếp0

1,000,980,940,880,88

1,001,000,970,930,92

0,980,970,910,840,84

0,990,980,920,850,85

1,000,990,970,930,92Phân luồng hoàn toàn,

0-60

80

1,000,97

1,000,98

1,000,99

1,000,95

1,000,97

1,000,98

Bả ng 4.23 Hệ số K 10 kể tới tình trạng của lề đường Loạ i hình gia cố và tình

Không gia cố, khô ráo

Ẩm và bẩn

0,900,45

Bả ng 4.24 Hệ số K 11 kể tới loại mặt đường Loạ i lớp mặt Hệsố K 11 Loạ i lớp mặt Hệsố K 11

Bê tông nhựa nhám

Bê tông nhựa nhẵn

Bê tông xi măng lắp ghép

1,000,910,86

Lát đá

Mặt đường đất cứng

Mặt đường đất mềm

0,420,900,1-0,3

Bả ng 4.25 Hệ số K 12 kể tới vị trí các công trình trên đường

Vị trí chỗ nghỉ , trạm xăng, chỗ đỗ xe so với phầ n xe chạy Hệsố K 12

Hoàn toàn cách ly, có đường rẽ riêng

Hoàn toàn cách ly, có đường nối mở rộng

Hoàn toàn cách ly, không có làn xe nối

Không cách ly

1,000,980,800,64

Bả ng 4.26 Hệ số K 13 kể tới sự phân làn xe trên phần xe chạy

Phươ ng pháp tổ chức giao thông Hệsố K 13

K13=K8

1,10

Bả ng 4.27 Hệ số K 14 kể tới sự hiệ n diệ n của đường cong chuyể n tiế p rẽ xe

Hệsố K 14 cho làn xe Loạ i đường cong chuyển

tiế p chuyể n tốc Cường độ rẽ so với cường độ xe trên đường xe

trên đường trục (%) Bên phả i Bên trái

0,950,90Không có đường cong

chuyển tiếp

10-2525-40

0,800,75

0,900,80

0,740,720,710,690,680,64

0,720,710,690,670,660,63

0,700,690,670,660,640,61

0,680,660,650,640,620,60

4.9.3 Quan đ iể m của HCM [17,15]:

Theo quan điểm của HCM (nhóm tác giả Highway Capacity Manuel) năng lực thông hành là số xe hợp lý thông qua được một mặt cắt, một đoạn tuyến trong điều kiện phổ biến về đường và về dòng xe trong cùng một đơn vị thời gian

Năng lực thông hành của đường 2 làn xe (đường ngoài đô thị, xét ở những đoạn

có mặt cắt ngang nền đường ổn định, có hai chiều xe chạy, mỗi chiều có 1 làn xe,không bao gồm những đoạn có nút giao thông hay các giao cắt cùng mức) là

1700 xcqđ/h cho mỗi chiều xe chạy Khả năng thông xe hầu nhưkhông phụ thuộc vào sự phân bố xe trên đường, ngoại trừ những đoạn đường 2 làn xe kéodài sẽ không vượt quá 3200 xcqđ/h cho cả hai nhiều xe chạy Với đoạn đường có hai làn xe chiều dài nhỏ, (ví dụ trên cầu, đoạn đường hầm) thì khả năng thông xe

có thể đạt được là 3200 - 3400 xcqđ/h

A

B C D E

Bả ng 4.29 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp I

LOS Phầ n trăm thời gian bị cản trở

LOS Phần trăm thời gian bị cản trở (%)

Có thể sửdụng bảng 4.31 để xác định khả năng thông xe cũng nhưmức phục vụ:

Mức phụ c vụ (LOS) FFS (vậ n tốc xe

chạ y tự do) Tiêu chuẩ n A B C D E

Mức phụ c vụ (LOS) FFS (vậ n tốc xe

chạ y tự do) Tiêu chuẩ n A B C D E

4.9.3 Phư ơng pháp mô phỏng xác đị nh năng lực thông hành

Mô phỏng là việc mô tả lại một quá trình, một hệ thống nào đó trong thực tế thông qua một quá trình hay một hệ thống khác, có thể là với qui mô khác và

cũng có thể trên máy tính

Mô phỏng giao thông đã có từ rất sớm, vào những năm 1960 và 1970 Cho đến nay, các mô hình mô phỏng (hay các chương trình mô phỏng) đã có những bước tiến vượt bậc và đang được áp dụng rộng rãi, nhất là ở các nước phát triển và đãthể hiện được vai trò nổi bật của mình trong các vấn đề về quản lý và quy hoạch giao thông Các mô hình mô phỏng nhìn chung đitheo 2 hướng lớn: mô hình môphỏng vĩ mô và mô hình mô phỏng vi mô

Mô hình mô phỏng vĩ mô là mô hình nghiên cứu dựa trên các quan hệ toán học

đã được xác định, đúc kết từ các kết quả nghiên cứu, khảo sát trực tiếp trênnhững đoạn đường hay tại các vị trí nút giao thông của một mạng lưới đường bộ hay giao thông của một khu vực Trong các mô hình mô phỏng vĩ mô, dòng xeđược đơn giản hoá và được mô hình hoá dựa trên mô hình dòng chất lỏng hay dòng chất khí Dựa trên các hệ phương trình toán học của các mô hình dòng này(Navier-Stokes, Boltzmann) người ta xây dựng các quan hệ toán học cho dònggiao thông với các thông số tương đương nhưng mang ý nghĩa đặc trưng chodòng giao thông, chúng được xác dịnh trên cơsở thực nghiệm Trong thực tế mô hình hoá dòng giao thông dựa trên mô hình dòng chất lỏng được sử dụng nhiều

nhất Các thông số cơbản của hệ phương trình Navier-Stokes được xem xét đối

với dòng giao thông là mật độ, vận tốc và lưu lượng

Mô hình mô phỏng vĩ mô rất giống với các phương pháp nghiên cứu về dònggiao thông cổ điển Quá trình giao thông trong một vùng hiện hành được quan sát

dưới góc độ vĩ mô, tức là xem xét dòng giao thông một cách tổng thể Tính chất

của quá trình giao thông là tính chất của chung của tất cả các phương tiện - tínhchất của dòng xe Tuỳ theo từng giả thiết mà các tính chất này được thể hiện trong mô hình dưới dạng các phương trình toán học, các tham số…, nhưng điều quan trọng nhất là chúng phải đảm bảo phương trình liên tục của mô hình môphỏng vĩ mô

Tuy nhiên, do chỉ xét quá trình giao thông ở mức độ vĩ mô nên các yếu tố mang tính chất chi tiết có ảnh hưởng đến quá trình giao thông nhưhành vi của mỗi cá nhân điều khiển phương tiện, tính chất của từng loại xe… đã không được xét đến

Do vậy, các mô hình mô phỏng vĩ mô thường không thích hợp khi nghiên cứu về các quá trình giao thông tại những nơi giao nhau hay tại các đoạn đường giao thông trong đô thị, nơi mà tính chất của từng đối tượng tham gia giao thông có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của quá trình giao thông

Điểm quan trọng trong khi xây dựng mô hình vĩmô là việc áp dụng các phươngtrình toán học sao cho phù hợp nhất với điều kiện giao thông thực tế Chính vì

vậy mà đã có rất nhiều mô hình mô phỏng vĩ mô được áp dụng hiện nay, chẳng

hạn nhưmô hình mô phỏng vĩ mô sử dụng trong HCM, mô hình động học, mô hình khí động học, mỗi tác giả, tương ứng với điều kiện nghiên cứu thực tiễn lại

dựa trên các mô hình cơbản để xây dựng nên các mô hình mới phù hợp hơn

Về cơbản, mô hình mô phỏng vi mô, nhưtên gọi của nó, mô tả lại hoạt động của quá trình giao thông với mức độ chi tiết cao Những mô hình thuộc kiểu mô phỏng vi mô được đặc trưng với việc mô tả từng phương tiện giao thông đồng thời với sự tương tác giữa các đối tượng của hệ thống giao thông bao gồm các đối tượng đơn lẻ đó Phương tiện giao thông và người điều khiển phương tiện giao thông được thống nhất với nhau trong một đối tượng, và được gọi là đối

tượng giao thông Đối tượng này có những đặc tính của phương tiện giao thông

và đồng thời cũng có những đặc tính của người điều khiển phương tiện giao thông đó; ví dụ nhưcó phương tiện là xe ô tô con tham gia giao thông, người điều khiển là người trung niên thì đối tượng sẽ có các thuộc tính nhưkích thước

là kích thước của xe ô tô con, tốc độ lớn nhất là 40 km/h (tuỳ thuộc vào người điều khiển phương tiện, mặc dù phương tiện tham gia giao thông có khả năng đáp ứng cao hơn) Quá trình mô phỏng được tiến hành bằng cách “thả” các đối

tượng giao thông vào trong môi trường ảo do máy tính tạo ra (là khu vực cần nghiên cứu được tái hiện lại trong máy tính) Với những thuộc tính của đối tượng

và những quy tắc đã được xác định trước, các đối tượng giao thông đó sẽ hoạt

động theo một quá trình nào đó, và do vậy sẽ tạo nên hoạt động giao thông của khu vực cần mô phỏng.

Ưu điểm nổi bật của các mô hình mô phỏng vi mô so với các mô hình mô phỏng vĩmô là mức độ chính xác cao Do xét đến từng đối tượng đơn lẻ nên khả năng tích hợp thuộc tính của từng loại đối tượng được hổ trợ tối đa bên trong mô hình

Đã có những chương trình hỗ trợ chi tiết đến mức, đặc tính của từng loại xe con khác nhau cũng được xét đến Ngoài ra, dựa vào kếtquả của quá trình mô phỏng

vi mô, người ta còn có thể dẫn xuất ra hàng loạt những yếu tố khác nhau có liênquan đến quá trình giao thông (điều mà các mô hình mô phỏng vĩ mô không thể làm được) như: mức độ phục vụ LOS; mức độ ô nhiễm về tiếng ồn, khí thải; tiêuhao về nhiên liệu của phương tiện;… trên đoạn đường hay cả khu vực giao thông nghiên cứu

STT Tên phầ n mề m Loạ i Cơquan xây dựng phầ n mề m Nước

05 FREQ vĩmô California Department of

4.10 XÁC ĐỊ NH SỐ LÀN XE TRÊN ĐƯỜNG

Theo nguyên lý việc xác định số làn xe là cân bằng giữa cung (năng lực thônghành của phần xe chạy) và cầu (lưu lượng vận chuyển ngày đêm của năm tươnglai) trong một điều kiện nhất định về chất lượng dòng xe hay mức độ phục vụ

Cầ u: Cường độ xe đưa vào tình toán là cường độ xe ngày đêm trung bình của

năm tương lai, xác định theo điều tra dự báo hoặc ngoại suy

Cung: Khả năng đáp ứng của phần xe chạy không đơn giản là tổng khả năng thông hành của làn xe Nó còn gắn với chất lượng dòng xe hay chất lượng phục

nlx– số làn xe yêu cầu, là số nguyên, nên là số chẵn, trừ trường hợp hai chiều xe có lượng chênh lệch đáng kể hoặc có tổ chức giao thông đặc biệt.

Ncđgiờ– lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm, xcqđ/h

Nlth– Năng lực thông hành tối đa, lấy nhưsau:

- Khi có phân cách xe chạy trái chiều và phân cách ô tô với xe thô sơlấy

4.10.2 Dự báo lượng giao thông năm tương lai

1 Dự báo theo quy luật hàm số mũ

Trong đó : Nt– LL xe chạy ngày đêm trung bình năm (xe/nđ)ở năm tương lai

N0– LL xe chạy ngày đêm trung bình năm (xe/nđ)ở năm đầu

t – Thời gian dự báo kể từ năm đầu tiên (năm)

q – Tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm

Tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm q được xác định theo chuỗi số liệu quan trắc hoặc dự báo p theo tương quan giữa nó với các chỉ tiêu kinh tế vĩ mô nhưGDP hàng năm Với sự tăng trưởng kinh tế hiện nay ở nước ta thì có thể lấy giá trị của tỷ lệ tăng trưởng q từ 5 đến 12%

2 Dự báo theo quy luật hàm số tăng tuyế n tính

Quy luật này phù hợp với một sự tăng trưởng giao thông không nhiều trong vùngđang xét và có thể được dùng để dựbáo sau một thời kỳ đã tăng theo hàm số mũ

-o0o -CHƯƠNG 5THIẾT KẾCẢNH QUAN VÀ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ

TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ5.1 MỤC ĐÍNH THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ

Khi thiết kế bất kỳ một tuyến đường nào cũng phải tranh thủ tạo ra các điều kiện đường thuận lợi nhất cho người lái xe có khả năng phát huy hếtkhả năng động

lực của ô tô

Theo những quan điểm thiết kế đường ô tô hiện đại, để thiết kế hình học đường

cần phải phân biệt rõ hai loại đường Loại thứ nhất đường cho mọi loại xe chạy

với tốc độ thấp (Vtt< 50 km/h), ở tốc độ này các loại xe cơgiới hiện đại khi cần thiết có thể dừng xe đột ngột tức thời trong khoảng 1 giây (10m đến 15m quãngđường chạy xe) Gần nhưtrong mọi trường hợp khoảng cách này có thể đảm bảo

dễ dàng trên đường vì vậy vấn đề an toàn giao thông trên các con đường loại này

là đơn giản Có thể coi rằng mô hình “ Đường – Xe “ phù hợp với loại đường này Loại đường thứ hai đường cho xe chạy với tốc độ cao (Vtt ≥50 km/h).Đường tốc độ càng cao thì ngườilái xe đánh giá con đường và đưa ra các quyết

định điều khiển xe chạy càng khác nhiều với mô hình động lực học chạy xe nói

trên Quá trình thiết kế đường trở nên phức tạp hơn nhiều để có được một con đường chạy xe an toàn Người lái xe không bị rơi vào tình trạng nguy hiểm do đường và giao thông gây nên

Đối với đường ô tô tốc độ cao, hình dạng chung của con đường trước mắt người lái xe, giúp họ đánh giá đúng đắn diễn biến của con đường để chọn được phươngthức chạy xe đúng đắn, kịp thời, quan trọng hơn nhiều so với từng yếu tố hình

học trên từng mặt cắt riêng rẽ Một con đường an toàn được tạo nên bởi sự phối

hợp có chủ ý của các yếu tố mặt cắt của đường và không gian chung quanhđường Sự phối hợp hợp lý này được tích lũy từ kinh nghiệm khai thác đường chứ ít khi được rút ra từ tính toán

Tuyến đường là một đường không gian hài hoà, đều đặn phù hợp với cảnh quan môi trường xung quanh đồng thời lợi dụng cảnh quan để tô điểm cho đường, gây cho người lái xe những chú ý cần thiết và nhận rõ hướng tuyến

Mục tiêu chủ yếu của việc thiết kế cảnh quan đường ôtô là đảm bảo cho tuyến đường thiết kế được hài hoà, đều đặn về mặt thị giác, tránh những phối cảnh không gian không tốt (bị bóp méo, bị gãy khúc) gây ra cho người lái xe phán đoán sai về điều kiện xe chạy, đảm bào xe chạy an toàn êm thuận với tốc độ cao

và có phối cảnh hấp dẫn trong hành lang của tuyến đường thiết kế, theo cách đó

sẽ làm giảm được mức đơn điệu và tăng cường an toàn giao thông

Sự hài hoà của tuyến đường được thể hiện ở hai khía cạnh đó là sự hài hoà bêntrong và sự hài hoà bên ngoài:

- Sự hài hoà bên trong (internal harmony) mô tả sự hài hoà nội tại của bản thân con đường khi nó lên dốc, xuống dốc hoặc chuyển hướng và mái dốc taluy của đường lên xuống quan hệ nhưthế nào với tim đường Có nghĩa

là người thiết kế phải hình dung, tưởng tượng để trong quá trình thiết kế phải phối hợp các yếu tố Bình đồ, Trắc dọc và Trắc ngang nhưthế nào.Đây là vấn đề trừu tượng, rất khó khăn nếu chỉ dùng giấy và bút mà người

ta phải nhờ đến sự trợ giúp của máy tính…

ôtô và môi trường bên ngoài Kết quả của sự hài hoà bên ngoài là conđường và môi trường tạo nên một vẻ đẹp kiến trúc trên nguyên tắc tôn trọng môi trường hơn là phá vỡ nó

Nhiệ m vụ thiết kế cảnh quan:

1 Kết hợp hài hoà giữa các yếu tố của tuyến đảm bảo cho xe chạy thuận lợi, an toàn với tốc độ cao

2 Đảm bảo hướng nhìn đúng của người lái

3 Định tuyến và các yếu tố của tuyến sao cho không sinh ra các chỗ sai lệch về quang học

4 Đảm bảo tuyến kết hợp hài hoà với cảnh quan xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến môi trường sinh thái

5 Bảo vệ các di tích lịch sử và văn hoá, các vùng đất nông nghiệp quý giá

5.2 SỰ KẾT HỢP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẢNH QUAN MÔI TRƯỜNG

5.2.1 Nguyên tắ c chung về thiết kế cảnh quan

Cảnh quan là tổng hợp các tác nhân điển hình về thiên nhiên xuất hiện nhiều lần trong khu vực chọn tuyến nhưđịa hình, địa vật, cây cỏ, ao hồ, có ảnh hưởng

đến việc chọn tuyến đường

Các loại cảnh quan đặc trưng: Vùng đồng bằng-Thảo nguyên, vùng đồi và vùngnúi

Nguyên tắc chung thiết kế cảnh quan:

- Đảm bảo cho tuyến đường trở thành một đường không gian đều đặn, êm thuận Trong không gian đường không bị bóp méo, không gây sai lạc về thị giác, hướng tuyến phải rõ ràng

- Thiết kế quang học trên đường còn thông báo cho lái xe rõ các tình huống trênđường với một lượng thông tin vừa phải Khi thiếu thông tin phải tìm cách bổ sung bằng các biển báo, gương phản chiếu hoặc trồng cây,

5.2.2 Nguyên tắ c đi tuyến ở vùng đồng bằng và thảo nguyên