Giáo án trắc địa công trình giao thông và thủy lợi

Ngoài các yếu tố địa hình được biểu diễn bằng các đường đồng mức, tuyếnđường xác định bằng các yếu tố sau: - Điểm đầu, điểm cuối và các điểm đỉnh ngoặt; - Các góc chuyển hướng θ1,θ2,θ3…ở

LỜI NÓI ĐẦU

“Trắc địa công trình” là một trong những môn học mang tính chất chuyên môn chủ yếu trong chương trình đào tạo kỹ sư trắc địa Để học được môn học này, sinh viên đã học xong các môn học: Trắc địa cơ sở, các học phần cơ bản của Trắc địa Ảnh

và Trắc địa cao cấp “Trắc địa công trình Giao thông và Thủy lợi – Thủy điện” là một trong các học phần cơ bản của “Trắc địa công trình”.

Giáo trình “Trắc địa công trình Giao thông và Thủy lợi – Thủy điện” được

biên soạn theo đề cương chi tiết học phần được hội đồng giáo trình của trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội xét duyệt Giáo trình này phục vụ việc dạy và học cho giảng viên, sinh viên hệ cao đẳng, đại học của các trường đại học thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Giáo trình gồm 4 chương giới thiệu nhiệm vụ của công tác Trắc địa trong khảo sát, thiết kế, bố trí và theo dõi thi công, theo dõi chuyển dịch và biến dạng các công trình: Đường ô tô, cầu vượt chướng ngại vật, thủy lợi - thủy điện.

Những người tham gia biên soạn giáo trình: Tiến sĩ Nguyễn Duy Đô biên soạn chương 1 và chương 2; Thạc sĩ Nguyễn Văn Quang biên soạn chương 3 và chương 4.

Khi biên soạn giáo trình này chúng tôi cố gắng trình bày các vấn đề ngắn gọn, mạch lạc để người đọc dễ hiểu Giáo trình này đã được hội đồng giáo trình trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội nghiệm thu và công nhận.

Do khả năng của các tác giả có hạn, cho nên trong giáo trình sẽ tồn tại một số lỗi, kính mong nhận được góp ý phê bình của người sử dụng, để lần tái bản sau được tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn.

Nhóm biên soạn

MỤC LỤC

Chương 1: CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG KHẢO SÁT VÀ XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG

1.1 Khái niệm về tuyến đường và định tuyến đường

1.1.1 Khái niệm

1.1.2 Các yếu tố tuyến đường

1.1.3 Các thông số của việc định tuyến đường

1.1.4 Đặc điểm định tuyến đường ở đồng bằng và miền núi

1.2 Khảo sát đường giao thông

1.2.1 Phân loại tuyến đường

1.2.2 Quy định kỹ thuật khi thiết kế tuyến đường

1.2.3 Quy trình công nghệ của việc khảo sát tuyến đường

1.3 Phương pháp định tuyến đường

1.3.1 Định tuyến đường trong phòng

1.3.2 Định tuyến ngoài thực địa

1.4 Đường cong tròn ngang

1.4.1 Khái niệm

1.4.2 Bố trí đường cong tròn ngang

1.5 Đường cong chuyển tiếp

1.5.1 Ý nghĩa và phương trình đường cong chuyển tiếp

1.5.2 Tính và bố trí đường cong tổng hợp

1.6 Đường cong hình rắn

1.6.1 Các yếu tố cơ bản của đường cong hình rắn

1.6.2 Bố trí đường cong hình rắn

1.7 Đo độ cao và vẽ mặt cắt dọc, mặt cắt ngang

1.7.1 Đo độ cao và vẽ mặt cắt dọc

1.7.2 Đo vẽ mặt cắt ngang

1.8 Bố trí chi tiết nền đường

1.8.1 Khái niệm mặt cắt ngang thi công

1.8.2 Bố trí mặt cắt ngang chỗ đắp đất

1.8.3 Bố trí các mặt cắt ngang ở chỗ đào đất

Chương 2: CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG KHẢO SÁT VÀ THI CÔNG CẦU

2.1 Khái niệm công trình cầu

2.1.1 Những yếu tố cơ bản của cầu

2.1.2 Phân loại cầu

2.1.3 Các tiêu chuẩn kỹ thuật khi lựa chọn địa điểm xây dựng cầu

2.2 Đo vẽ địa hình xây dựng cầu

2.2.1 Bản đồ địa vật

2.2.2 Bản đồ chi tiết tỷ lệ lớn

2.3 Lưới khống chế trắc địa phục vụ công trình cầu

2.3.1 Thiết kế lưới

2.3.2 Thi công lưới

2.4 Bố trí tâm trụ và mố cầu

2.4.1 Bố trí tuyến đường qua cầu

2.4.2 Các phương pháp bố trí tâm trụ và mố cầu

2.5 Bố trí chi tiết trụ và mố cầu

2.5.1 Khái niệm về móng trụ cầu

2.5.2 Bố trí trụ cầu trên cạn và trên đảo

2.5.3 Bố trí các móng trụ cầu trên bè (khung vây và cọc ống)

2.6 Kiểm tra kết cấu nhịp cầu, quan trắc lún và biến dạng cầu

2.6.1 Kiểm tra kết cấu nhịp cầu

2.6.2 Quan trắc lún và biến dạng cầu

Chương 3: CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG KHẢO SÁT THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN

3.1 Khái niệm công trình thủy lợi - thủy điện

3.2 Đo vẽ địa hình lòng sông

3.2.1 Lưới khống chế và tỷ lệ đo vẽ

3.2.2 Công tác đo sâu và xác định vị trí điểm đo sâu

3.3 Thành lập mặt cắt dọc và mặt cắt ngang sông

3.3.1 Thành lập mặt cắt dọc sông

3.4.2 Xác định biên giới hồ chứa nước ngoài thực địa

3.5 Khảo sát xây dựng tuyến kênh mương

3.5.1 Các tài liệu địa hình cần để thiết kế

3.5.2 Lưới khống chế trắc địa cho các tuyến kênh mương

3.5.3 Bố trí tuyến kênh mương

Chương 4: CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN

4.1 Lưới khống chế trắc địa

4.1.1 Lưới khống chế mặt phẳng

4.1.2 Lưới khống chế độ cao

4.2 Bố trí công trình đầu mối

4.2.1 Khái niệm về các trục cơ bản của công trình đầu mối

4.2.2 Công tác trắc địa khi bố trí các trục đập bê tông và đập đất

4.3 Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình đầu mối

Chương 1

CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG KHẢO SÁT

VÀ XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG

1.1 Khái niệm về tuyến đường và định tuyến đường giao thông

1.1.1 Khái niệm

Tuyến đường giao thông là đường nối giữa các điểm tim đường với nhau, dùngcho con người đi lại và vận chuyển Tim đường là các điểm nằm giữa nền, cách đềuhai mép nền đường Do điều kiện tự nhiên, tuyến đường không thể chỉ là một haynhiều đoạn thẳng; mà gồm nhiều đoạn thẳng, đoạn chuyển hướng và các đường conghợp lại với nhau theo một quy tắc nhất định

Nhìn chung, tuyến đường là một đường cong không gian bất kỳ và rất phức tạp.Trong mặt phẳng, nó bao gồm các đoạn thẳng có hướng khác nhau và chêm giữachúng là những đường cong phẳng có bán kính cố định hoặc thay đổi; trong mặt cắtdọc, tuyến bao gồm các đoạn thẳng có độ dốc khác nhau và nối các đoạn thẳng đó lànhững đường cong đứng có bán kính không đổi

(Tham khảo: Đường là một lộ trình, đường đi có thể phân biệt giữa các địa điểm Các con đường nói chung đều phẳng, được trải nhựa, hay làm theo một cách nào đó

để cho phép giao thông dễ dàng; dù không cần thiết phải luôn như vậy, và trong lịch

sử nhiều con đường chỉ đơn giản là những tuyến đường được nhận biết mà không được xây dựng hay bảo dưỡng chính thức- Wikipedia tiếng Việt).

1.1.2 Các yếu tố tuyến đường giao thông

Một con đường giao thông thường được thể hiện trên ba bản vẽ cơ bản: Bình đồdọc tuyến, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang tuyến đường

Bình đồ dọc tuyến là hình chiếu bằng của bề mặt địa hình dọc tuyến đường lênmặt phẳng Ngoài các yếu tố địa hình được biểu diễn bằng các đường đồng mức, tuyếnđường xác định bằng các yếu tố sau:

- Điểm đầu, điểm cuối và các điểm đỉnh ngoặt;

- Các góc chuyển hướng θ1,θ2,θ3…ở chỗ đổi hướng tuyến;

- Chiều dài và góc phương vị của các đoạn thẳng;

- Các yếu tố đường cong gồm có góc chuyển hướng θ , bán kính đường cong R,chiều dài đoạn tiếp cự T, chiều dài đường cong K, đoạn phân cự B, đoạn đo trọn D;

- Các cọc lý trình: Cọc Hm (100 m) và cọc Km (1000 m), các vị trí công trìnhcầu cống…

Mặt cắt dọc tuyến đường là mặt cắt thẳng đứng theo trục (đường tim) tuyếnđường đã duỗi thẳng, giao tuyến giữa mặt cắt dọc tuyến và mặt đất tự nhiên biểu diễn

sự thay đổi địa hình dọc tuyến Mặt đất tự nhiên thể hiện trên mặt cắt dọc bằng màuđen Trục đường thiết kế được thể hiện trên mặt cắt dọc bằng màu đỏ

Đường đỏ xác định bằng:

- Cao độ thiết kế điểm đầu và điểm cuối của đoạn dốc;

- Độ dốc dọc (biểu thị bằng phần trăm hay phần nghìn) và chiều dài các đoạn dốc;

- Đường cong đứng lồi và lõm tại các chỗ đổi dốc và các yếu tố của nó;

- Cao độ thiết kế (được biểu thị bằng màu đỏ và gọi tắt là cao độ đỏ) của các

điểm trung gian, các điểm có công trình, các điểm thay đổi địa hình

Căn cứ vào cao độ đỏ và cao độ đen, xác định các cao độ đào và cao độ đắp

Vì độ dốc dọc của tuyến thường không lớn, cho nên để biểu diễn độ dốc củatuyến được rõ ràng, thì tỷ lệ đứng của mặt cắt dọc thường được chọn lớn hơn 10 lần sovới tỷ lệ ngang

Mặt cắt ngang tuyến là mặt cắt thẳng đứng vuông góc với trục đường thiết kế,giao tuyến giữa mặt cắt ngang tuyến và mặt đất tự nhiên biểu diễn sự thay đổi địa hìnhngang tuyến đường tại vị trí đo vẽ mặt cắt ngang Trên mặt cắt ngang, mặt đất tự nhiên

cũng thể hiện bằng màu đen nên đươc gọi là đường đen Trên mặt cắt ngang, tỷ lệ

đứng và tỷ lệ ngang được chọn bằng nhau

Các yếu tố thiết kế trên mặt cắt ngang là:

- Bề rộng phần xe chạy;

- Bề rộng nền đường;

- Các rãnh biên (sát nền đường) để thoát nước dọc tuyến;

- Mái dốc (còn gọi là taluy) và độ dốc taluy;

- Lề đường: diện tích còn lại hai bên phần xe chạy để tăng an toàn và để đỗ xetạm thời

Trên đường cao tốc, phần xe chạy được chia riêng biệt theo các chiều xe đểtăng cường an toàn và phân cách nhau bằng giải phân cách

Theo vị trí tương quan giữa đường đỏ và đường đen trên mặt cắt ngang, ta cóthể có các mặt cắt ngang đào, mặt cắt ngang đắp hoặc nửa đào nửa đắp

1.1.3 Các thông số của việc định tuyến đường giao thông

Thông thường, tuyến đường được xây dựng phải thoả mãn những yêu cầu nhấtđịnh do những điều kiện kỹ thuật của việc thiết kế tuyến đường đề ra Khi thiết kế mộttuyến đường nào đó, người ta cho trước độ dốc dọc lớn nhất và nhỏ nhất, cho trướcbán kính tối thiểu của đường cong phẳng và đường cong đứng…

Trong việc định tuyến người ta chia ra các thông số sau:

- Thông số trong mặt phẳng: bao gồm các góc chuyển hướng của tuyến đường,các bán kính cong phẳng, chiều dài các đường cong chuyển tiếp, các đoạn thẳng chêm

- Thông số độ cao (trong mặt cắt dọc): bao gồm các độ dốc dọc, chiều dài cácđoạn trong mặt cắt, các bán kính cong đứng

Tập hợp các công tác khảo sát - xây dựng theo tuyến được chọn, đáp ứng đượcnhững yêu cầu của các điều kiện kỹ thuật và đòi hỏi một chi phí nhỏ nhất cho việc xâydựng tuyến được gọi là công tác định tuyến đường Bằng cách so sánh các chỉ tiêukinh tế kỹ thuật các phương án tuyến, chúng ta sẽ chọn được phương án tuyến tối ưu

Nếu tuyến được chọn dựa vào bình độ địa hình, các tài liệu ảnh hoặc mô hình

số mặt đất thì người ta gọi là định tuyến trong phòng Nếu tuyến được chọn trực tiếpngoài thực địa thì ta gọi là định tuyến ngoài trời

Phức tạp nhất cho việc định tuyến là những tuyến đường đòi hỏi phải thoả mãnđồng thời các thông số mặt phẳng và thông số độ cao Còn đối với một số công trìnhkhác như tuyến dẫn điện, thì độ dốc thực địa ít ảnh hưởng đến việc thiết kế tuyến vàngười ta cố gắng chọn tuyến sao cho ngắn nhất và qua những nơi có điều kiện thuậnlợi Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mà các tuyến đường nên bố trí đi qua những vùngđất ít có giá trị kinh tế cao

1.1.4 Đặc điểm định tuyến đường ở đồng bằng và miền núi

1.1.4.1 Định tuyến đường ở đồng bằng

Do đặc điểm địa hình ở đồng bằng, vị trí tuyến đường được xác định chủ yếudựa vào địa vật Độ dốc trung bình của mặt đất ở vùng đồng bằng thường nhỏ hơn độdốc thiết kế cho phép, nên khi xác định tuyến thiết kế ta dựa vào các điểm đặc trưngcủa mặt đất dọc theo hướng đã chọn, ta có “tuyến tự do” về độ cao Khi định tuyếntheo hướng đã chọn, người ta cố gắng cho tuyến tương đối thẳng Tuy nhiên trong khiđịnh tuyến, chúng ta gặp phải các địa vật lớn (các điểm dân cư, hồ nước…) buộc tuyếnđường phải chuyển hướng (hình 1-1)

Mỗi một góc ngoặt sẽ dẫn đến một độ dài thêm của tuyến đường Độ dài thêmtương đối của tuyến đường là Δll được xác định như sau:l

cosθ

cosθ1

- Đỉnh các góc ngoặt chọn đối diện với khoảng giữa của địa vật để cho tuyếnđường vòng qua địa vật đó

- Các góc chuyển hướng của tuyến cố gắng không lớn hơn 200 - 300 Tuy nhiên, trên những khu vực có địa vật phức tạp thì vị trí các đỉnh góc ngoặtđược xác định bởi các điều kiện giao nhau có lợi nhất của các tuyến đường giao thônghoặc vòng tránh qua các địa vật

Trong điều kiện hiện nay, người ta đã cố gắng chọn tuyến đường giao thông có

ý nghĩa kinh tế nhất cả khi xây dựng và sử dụng sau này Vì vậy, các đoạn thẳng có độdài lớn hơn nhiều so với trước kia, mà nguyên nhân chủ yếu là trước kia phải tránh cácchướng ngại vật

1.1.4.2 Định tuyến đường ở vùng núi

 A

Vị trí tuyến đường ở vùng núi được chọn chủ yếu dựa vào địa hình Vì độ dốc ởvùng núi thường lớn hơn đáng kể so với độ dốc thiết kế của tuyến Độ dốc có ảnhhưởng rất nhiều đến giá thành xây dựng, chủ yếu là qua khối lượng đào đắp Độ dốcdọc thiết kế càng lớn thì chiều dài tuyến đường trên vùng đồi và vùng núi càng ngắn,khối lượng đào đắp càng nhỏ dẫn tới giá thành đầu tư xây dựng càng thấp Ngược lại,khi độ dốc dọc thiết kế càng lớn thì xe chạy càng lâu, tốc độ xe chạy càng thấp, haomòn phương tiện càng nhiều, tức là giá thành vận tải càng cao…Như vậy có thể kếtluận là trên một địa hình vùng núi nhất định, sẽ tồn tại một độ dốc dọc có lợi nhất, độdốc này tuỳ thuộc địa hình và tuỳ thuộc rất nhiều vào yêu cầu chạy xe Vì những lý dotrên, việc định tuyến ở đây được tiến hành theo độ dốc giới hạn của từng đoạn tuyến.Các phương án để đảm bảo được độ dốc đó có thể là: đào, đắp hoặc kéo dài tuyếnđường bằng cách làm lệch tuyến đường đi những góc khá lớn so với đường thẳng.Trong đó phương án được chọn là làm lệch tuyến đường đi những góc khá lớn so vớiđường thẳng Hay nói cách khác là phải làm tăng chiều dài thiết kế của tuyến Bởi vậy,trong điều kiện vùng núi, tuyến đường trong mặt phẳng nói chung có hình dạng rấtphức tạp.

Độ dài thêm cần thiết của tuyến được tính như sau:

o

o m

i

) i l(i

(1-2)

Trong đó:

im - độ dốc thực địa;

io - độ dốc cho phép của tuyến;

l - khoảng cách giữa các điểm trên thực địa

Hoặc tính theo tỷ số tương đối:

o

o m

i

i i l

 (1-3)

Ví dụ: Khi im = 0,015, i0 = 0,012 thì độ dài thêm tương đối l: l =1: 4, nghĩa làkhoảng 25% chiều dài tuyến

Tuỳ theo điều kiện cụ thể của địa hình mà chúng ta có thể sử dụng các phương

án khác nhau để gia tăng độ dài của tuyến đường

Nếu độ dài thêm của tuyến cho phép nhỏ thì ta có thể thay thế chiều dài đoạnthẳng bằng chiều dài đường cong hình chữ S (hình 1-2)

Nếu độ dài thêm của tuyến cho phép tương đối lớn thì ta có thể áp dụng nhữngđường cong phức tạp hơn dưới dạng một đường vòng quanh có điểm kết thúc ở phíađối diện (hình 1-3) hoặc dưới dạng một đường xoắn ốc khi tuyến này nâng dần độ cao

và cắt nhau ở một độ cao khác (hình 1-4) Trên các tuyến đường ô tô, để kéo dài thêmtuyến đường người ta sử dụng các loại đường cong hình rắn

Như vậy, khi định tuyến ở vùng núi cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

1- Định tuyến theo một độ dốc giới hạn có khối lượng công tác bằng không Chỉlàm giảm độ dốc (hoặc cho độ dốc bằng không) ở những vùng riêng biệt, những khuvực đòi hỏi phải tuân thủ theo những điều kiện kỹ thuật nào đó

12

30,0

40,0 35.0 35.0 35.0

45,0 35.0 35.0 35.0

50,0 35.0 35.0 35.0

55,0 35.0 35.0 35.0

60,0 35.0 35.0 35.0

Hình 1-4: Tuyến đường xoắn ốc

•

•

2- Các yếu tố của tuyến và độ cao mặt đất được chọn có lưu ý đến mặt cắt thiết

kế đã lập trước đây và những yêu cầu khi chêm các đoạn thẳng và các đường cong

3- Phải căn cứ vào độ dốc định tuyến và độ kéo dài cho phép của tuyến đường

mà quyết định vị trí các đỉnh góc ngoặt và độ lớn của chúng Cần phải loại bỏ nhữngđường cong có bán kính nhỏ vì ở những nơi đó buộc phải làm giảm một cách đáng kể

độ dốc cho phép

1.2 Khảo sát đường giao thông

1.2.1 Phân loại tuyến đường

Một mạng lưới đường giao thông tốt là mạng lưới có hình dạng phù hợp với cáchướng vận chuyển hành khách và hàng hoá chủ yếu Sau đó mức độ tiên tiến của cácthiết bị trên từng tuyến phải đáp ứng nhu cầu vận chuyển đặt ra

1.2.1.1 Đường ô tô

Mức độ phát triển mạng lưới đường ô tô được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

- Mật độ đường trên 1000 km2 diện tích lãnh thổ ở các nước phát triển, chỉ tiêunày là 250 - 1000 km, ở các đang phát triển là 100 - 250 km, ở các nước chậm pháttriển là dưới 10 km trên 1000 km2

- Chiều dài đường trên 1000 dân Được xem ở mức trung bình khi đạt 3 - 5 kmđường có lớp mặt cấp cao trên 1000 dân

- Chiều dài đường trên một phương tiện giao thông Lưới đường xem như đủnếu đạt trên 50 m đường cho một ô tô; trong phạm vi 20 - 50 m coi như cần bổ xung

và dưới 20 m coi như còn quá thiếu

Đường có thể phân loại theo ý nghĩa hành chính, mật độ chuyển động của cácphương tiện giao thông, theo nguồn ngân sách đầu tư, duy tu bảo dưỡng v.v…

- Hệ thống đường quốc lộ nối các trung tâm kinh tế chính trị giao thông có ýnghĩa toàn quốc Trong mạng lưới đường quốc lộ nước ta, đường xuyên Việt mang tênquốc lộ 1 là rất quan trọng nối từ Lạng Sơn đến Nam bộ Sau đó là quốc lộ 5 nối HàNội đến Hải Phòng, đường Hồ Chí Minh Các quốc lộ nói chung đang được cải tạo,nâng cấp cho thích hợp trong nhu cầu giao thông và vận tải trong giai đoạn mới

- Hệ thống đường địa phương (tỉnh lộ, huyện lộ,…nối liền các trung tâm kinh tế

có tính chất địa phương như tỉnh, huyện, xã v.v…)

Bảng 1-2 Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô

Tốc độ tính toán

km/h

Ứng với lưu lượng

tính toán tương lai

20 năm (xe con

quy đổi/ngày đêm)

0

900

15

Theo tiêu chuẩn Việt nam, đường ô tô được chia ra 2 loại:

- Đường cao tốc: Đường chuyên cho ô tô chạy, có 2 phần xe chạy riêng biệt(mỗi chiều ít nhất có 2 làn xe) trong đó lại chia ra:

+ Đường cao tốc loại A: tất cả các nút giao thông trên đường đều là khác

mức;

+ Đường cao tốc loại B: cho phép một số nút giao thông trên tuyến đượcphép giao bằng;

- Đường ô tô: dùng chung cho tất cả các loại phương tiện giao thông, trừ xe xích.

Đường ô tô và đường cao tốc được chia ra thành các cấp tùy theo chức năng củacon đường, theo địa hình như chỉ dẫn (bảng 1-2)

Đường giao thông còn được phân chia theo cấp hạng quản lý, để quản lý vốnđầu tư, lập kế hoạch xây dựng và kế hoạch quản lý khai thác (bảng 1-3)

Bảng 1-3 Các cấp quản lý của đường ô tô

2 hoặc1

Đường nối các điểm lập hàng, các khu dân cư

1.2.1.2 Đối với đường sắt

Được chia thành 3 cấp:

- Đường cấp I: là những tuyến đường sắt bảo đảm sự giao thông liên lạc trongphạm vi lãnh thổ của một quốc gia và tuyến đường sắt liên vận quốc tế có khối lượngvận chuyển hàng hoá lớn (hơn 5 triệu tấn/km/năm) và với mật độ vận chuyển hànhkhách lớn (hơn 10 cặp đầu máy chạy đường dài trong 1 ngày đêm với vận tốc lớn 150km/h)

- Đường cấp II: là những tuyến vận tải hàng hoá và hành khách giữa các vùnglãnh thổ trong nước có cường độ vận chuyển lớn và với tốc độ 100 - 120 km/h

- Đường cấp III: là những tuyến hoặc những nhánh đường sắt liên tỉnh có khốilượng vận tải không lớn lắm (vận chuyển hàng hoá 2 - 3 triệu tấn/km/năm và vậnchuyển hành khách dưới 3 cặp đầu máy/ngày đêm)

( T h a m k h ả o Q U Y Đ Ị N H

V Ề X Ế P L O Ạ I Đ Ư Ờ N G Đ Ể X Á C Đ Ị N H C Ư Ớ C V Ậ N T Ả I Đ Ư Ờ N G B Ộ

(Ban hành kèm theo Quyết định số 32/2005/QĐ-BGTVT ngày 17 tháng 6 năm 2005 của Bộ trưởng Bộ

Giao thông vận tải)

Đường được phân chia thành 5 cấp A, B, C, D và E Căn cứ để phân chia cấp theo tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu gồm: bề rộng nền đường, bán kính đường cong nằm, tầm nhìn và độ dốc dọc

1 Cấp A:

a) Nền đường rộng tối thiểu 13 mét, xe đi lại tránh nhau dễ dàng, không phải giảm tốc độ;

b) Bán kính đường cong nằm tối thiểu là 250 mét (ứng với siêu cao 6%) và 400 mét (ứng với siêu cao 4%) Trường hợp tại ngã ba, ngã tư, đường tránh hoặc những vị trí

có quy mô tương tự cho phép bố trí đường cong có bán kính nhỏ hơn;

c) Chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (một chiều) là 100 mét và tầm nhìn thấy xe ngược chiều (hai chiều) là 200 mét;

d) Độ dốc dọc tối đa là 6% và dài liên tục không quá 500 mét, trừ vị trí dốc bến phà, dốc qua đê và qua cầu.

có quy mô tương tự cho phép bố trí đường cong có bán kính nhỏ hơn;

c) Chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (một chiều) là 75 mét và tầm nhìn thấy xe ngược chiều (hai chiều) là 150 mét;

d) Độ dốc tối đa là 7% và dài liên tục không quá 400 mét, trừ vị trí dốc bến phà, dốc qua đê và qua cầu.

có quy mô tương tự cho phép bố trí đường cong có bán kính nhỏ hơn;

c) Chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (một chiều) là 40 mét và tầm nhìn thấy xe ngược chiều (hai chiều) là 80 mét;

d) Độ dốc tối đa là 8% và dài liên tục không quá 400 mét, trừ vị trí dốc bến phà, dốc qua đê và qua cầu.

4 Cấp D:

a) Nền đường rộng tối thiểu 6,0 mét, xe đi lại tránh nhau phải giảm tốc độ;

b) Bán kính đường cong nằm tối thiểu là 15 mét (ứng với siêu cao 6%) và 40 mét (ứng với siêu cao 4%) và châm chước 30% số đường cong trong từng đoạn có bán kính dưới 15 mét, nhưng lớn hơn 8 mét (15 mét > R > 8 mét);

c) Chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (một chiều) là 20 mét và tầm nhìn thấy xe ngược chiều (hai chiều) là 40 mét;

d) Độ dốc tối đa là 9% và dài liên tục không quá 400 mét, trừ vị trí dốc bến phà, dốc qua đê và qua cầu.

5 Cấp E:

Là các loại đường không nằm trong các cấp đường A, B, C và D nói trên.)

1.2.2 Quy định kỹ thuật khi thiết kế tuyến đường

Yêu cầu chủ yếu đề ra đối với các tuyến đường giao thông là độ bằng phẳng và

an toàn cho các chuyển động với tốc độ cho trước Muốn thế, trên các tuyến đường ô

tô và đường sắt cần phải tuân thủ chặt chẽ độ dốc cho phép cực đại và bán kính congtối thiểu (Bảng 1-4)

Trên những đường cong có bán kính không lớn, người ta làm giảm độ dốc chophép giới hạn xuống Đối với các tuyến đường sắt, độ giảm dốc này xác định bởi côngthức:

Κ

12,2.θ Δli

0

 (000)

Trong đó:

0

θ - góc chuyển hướng của tuyến, tính bằng độ;

K - chiều dài đường cong, tính bằng mét

o rad ρ

θ R R θ

K   (R là bán kính cong tính bằng mét), ρ  o 57,3 o

Do vậy:

R

700 R

12,2.ρ Δli

Đường ô tô I II III IV V

1.2.3 Quy trình công nghệ của việc khảo sát tuyến đường

1.2.3.1 Khảo sát điều tra trước khi thiết kế để thành lập báo cáo kinh tế - kỹ thuật

1 Khảo sát tình hình kinh tế giao thông trước và sau khi có tuyến đường mới

- Tìm hiểu lực lượng lao động trên khu vực cần khảo sát, chỉ rõ và mô tả nhữngkhu vực trọng tâm của tuyến

- Xác định trên bản đồ tỷ lệ nhỏ phương án chọn tuyến sao cho có hiệu quả kinh

tế nhất, dự kiến cường độ chuyển động trên tuyến

- Dự tính các đặc trưng kỹ thuật của tuyến (cấp đường, số làn xe chạy, tốc độchuyển động thiết kế…)

- Định tuyến trong phòng các phương án tuyến trên bản đồ địa hình tỷ lệ trungbình (1: 50000 đến 1: 25000)

- Thành lập sơ đồ và bình đồ ảnh trên những khu vực phức tạp dựa vào các tàiliệu đo vẽ ảnh hàng không hiện có

- Nghiên cứu các tài liệu thăm dò và đo vẽ địa chất của những năm trước đây

- Đo vẽ ảnh hàng không (khái quát) những chỗ vượt lớn và những khu vực phứctạp ở tỷ lệ 1: 40000 đến 1: 30000

- Khảo sát ngoài thực địa những khu vực phức tạp

- Đo vẽ điều tra địa chất công trình

- So sánh các phương án Dự tính khối lượng công tác và giá thành Chọnhướng tuyến

- Thành lập báo cáo kỹ thuật cho thiết kế tuyến đường.

1.2.3.2 Khảo sát thiết kế chi tiết để thành lập bản thiết kế kỹ thuật tuyến đường

và các công trình dọc tuyến

1 Chọn phương án tuyến tối ưu

- Đo vẽ ảnh hàng không dọc theo các phương án tuyến ở tỷ lệ 1: 15000 đến1: 10000

- Xây dựng mạng lưới khống chế cơ sở mặt bằng và độ cao dọc tuyến Đo nối các tấm ảnh hàng không Tiến hành điều vẽ ở thực địa

- Đo vẽ và điều vẽ địa chất công trình

- Thành lập bình đồ của tuyến ở tỷ lệ 1: 10000 đến 1: 5000 với khoảng cao đều

2 Khảo sát và chính xác hoá vị trí tuyến đường ngoài thực địa

- Chuyển phương án tuyến đã chọn ra thực địa dựa vào các địa vật Khảo sátthực địa vị trí tuyến đường

- Đo vẽ địa hình và địa vật tỷ lệ lớn ở những chỗ vượt, nhà ga, chỗ giao nhauvới các đường giao thông, những khu vực phức tạp

- Đo vẽ địa chất công trình tỷ lệ lớn dọc tuyến Đo đạc thuỷ văn khu vực xâydựng cầu

- Thống nhất phương án tuyến với các địa phương và các cơ quan hữu quan

1.2.3.3 Khảo sát trước lúc xây dựng để thành lập bản vẽ thi công

1 Bố trí chi tiết tuyến đường ngoài thực địa

- Định tuyến ngoài trời kết hợp bố trí các điểm cọc và đo thuỷ chuẩn dọc tuyến

- Đo vẽ bổ sung bình đồ tỷ lệ 1: 1000 đến 1: 500 với khoảng cao đều 0,5 mvùng xây dựng cầu và những chỗ phức tạp

- Đánh dấu vị trí các điểm cơ bản của tuyến

2 Xây dựng cơ sở trắc địa dọc tuyến

- Cách trục đường 30 đến 50 m, bố trí các mốc cơ sở mặt bằng và độ cao dọctuyến cách nhau 400 đến 500 m bằng các mốc bê tông cốt sắt

- Xây dựng các mốc cơ sở mặt bằng và độ cao dọc tuyến

3 Tiến hành các công tác điều tra thăm dò

- Thăm dò địa chất công trình dọc tuyến, thăm dò khí tượng thuỷ văn và thổnhưỡng khu vực

- Đo nối xác định tọa độ cho các lỗ khoan thăm dò địa chất và thuỷ văn

- Thăm dò chi tiết khu vực cung cấp vật liệu xây dựng

4 Chỉnh lý trong phòng các tài liệu khảo sát Thành lập mặt cắt dọc, các mặt cắt ngang và bình đồ dọc tuyến

Thu thập toàn bộ các số liệu sau đây:

- Sổ đo chiều dài tổng quát và chiều dài chi tiết;

- Sổ bố trí đường cong;

- Sổ đo cao tổng quát và đo cao chi tiết dọc tuyến đường;

- Sổ ghi chép trên tuyến về địa hình, địa chất, thủy văn dọc tuyến;

- Sổ sơ họa tuyến

Sau khi thu thập đầy đủ, tiến hành kiểm tra tài liệu và so sánh với yêu cầu kỹthuật Các tài liệu sau kiểm tra đạt yêu cầu ta tiến hành vẽ mặt cắt dọc, các mặt cắtngang và bình đồ dọc tuyến đường

1.3 Phương pháp định tuyến đường

1.3.1 Định tuyến đường trong phòng

1.3.1.1 Định tuyến trên bản đồ địa hình

Việc định tuyến trong phòng các công trình dạng tuyến được thực hiện khi khảosát kinh tế - kỹ thuật để chọn hướng cơ bản của tuyến và các phương án tuyến đường.Tuy nhiên, trên những khu vực địa hình phức tạp thì trong quá trình định tuyến ngoàithực địa người ta cũng kết hợp định tuyến trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn Tuỳ thuộc vàođiều kiện địa hình mà có thể tiến hành theo hai phương pháp: Phương pháp thử vàphương pháp đặt các đoạn có cùng độ dốc

1 Phương pháp thử

Được áp dụng ở vùng đồng bằng Giữa các điểm định hướng, người ta đánh dấutrên bản đồ tuyến đường ngắn nhất và dựa vào đó thành lập mặt cắt dọc tuyến và tuyếnthiết kế Trên cơ sở phân tích mặt cắt dọc ta tìm ra được những vùng, tại đó có thể dễdàng chuyển tuyến đường sang trái hoặc sang phải để độ cao của thực địa gần với độcao thiết kế Sau đó định tuyến lại những khu vực này và thành lập được bản thiết kếtuyến đường tốt nhất.

2 Phương pháp đặt các đoạn có cùng độ dốc

a Nội dung phương pháp

Được áp dụng ở vùng núi Nội dung của phương pháp này là căn cứ vào khoảngcao đều h giữa các đường đồng mức kế tiếp trên bản đồ và độ dốc cho phép i của tuyếnđường để tìm trên hướng tuyến đã cho các đoạn có cùng độ dốc thiết kế theo côngthức:

tk

i

h tgv

h

D   (1-5)

Nếu tỷ lệ bản đồ là 1: M thì khoảng cách đó tương ứng trên bản đồ sẽ là:

.M i

h d

5000

Sau khi tính được d, dùng compa xác định các đoạn có cùng độ dốc trên bản đồ

Mở khẩu độ compa tương ứng là d Lấy A làm tâm quay compa theo hướng tới điểm Bcắt đường đồng mức kế tiếp tại điểm 1 (Hình 1-5), sau đó lại lấy điểm 1 làm tâm quay

cùng khẩu độ compa cắt đường đồng mức kế tiếp tại điểm 2, cứ như thế ta tiến dần đếnđiểm B Như vậy ta nhận được đường gãy khúc A, 1, 2, 3, 4, 5, B Đường gãy khúcnày có độ dốc đúng bằng độ dốc thiết kế.

Trong trường hợp khẩu độ compa không cắt đường đồng mức chứng tỏ địa hình

ở đây có độ dốc nhỏ hơn độ dốc thiết kế, ta có thể tự ý cho cắt theo hướng ngắn nhất

so với điểm B Nếu chọn theo tuyến trên thì công tác đào đắp đất là ít nhất nhưngchiều dài của tuyến tăng lên và phải bố trí nhiều đường cong Vì vậy sau khi địnhtuyến xong, có thể căn cứ vào địa hình để khái quát lại tuyến đường nhằm có đượctuyến ít gãy khúc hơn

Ví dụ: Ta có thể chọn tuyến đi qua các điểm A, I, II, B với điều kiện đào đắp

đất không lớn lắm

Sau khi đã xác định tuyến đường trên bản đồ địa hình ta dựa vào các đườngđồng mức để xác định độ cao đen của các điểm cọc 100 m và các điểm cọc phụ

b Ước tính độ chính xác công tác định tuyến trên bản đồ địa hình khi biết độ

dốc (i) cho trước

Từ công thức i Dh chuyển về dạng sai số trung phương tương đối ta có:

2

2 D 2

2 h 2

2 i

D

mh

mi

mh

 thì

i

mi = 20%

Khi cho i = 20% thì m i= 4%

1.3.1.2 Định tuyến trên mô hình lập thể

Khi đo đạc trên các mô hình lập thể, thì chênh cao h của các điểm thực địa đượctính như sau:

P b

H P b

P H

H - độ cao bay chụp;

b - đường đáy ảnh ở tỷ lệ của ảnh hàng không;

ΔlP- hiệu số thị sai dọc của các điểm

Bởi vậy, công thức để xác định độ dốc trên thực địa bằng phương pháp đo ảnh

sẽ là:

b D

P H

.

D

h

i    10)

(1-D - khoảng cách giữa các điểm cọc 100 m trên thực địa

Nếu biểu diễn D qua d ở tỷ lệ ảnh chụp, ta có:

f k 

11)

(1-Trong đó: fk - tiêu cự của máy chụp ảnh hàng không

Từ (1-10) và (1-11) ta dễ dàng tìm được hiệu số thị sai dọc tương ứng với độdốc định tuyến thiết kế itk:

- Nếu khoảng cách lấy trên thực địa:

.i tk

H

D.b ΔlP  (1-12)

- Hoặc, khoảng cách đo trên ảnh:

tk

k

.i f

d.b ΔlP  (1-13)

Khi định tuyến bằng phương pháp đo ảnh, việc định hướng các tấm ảnh hàngkhông trên máy lập thể được tiến hành dựa vào các điểm cơ sở theo phương pháp

thông thường Người ta nghiên cứu địa hình, địa vật của mặt đất và các điều kiện địachất và xác định được các phương án tuyến đường Ở vùng đồng bằng, việc định tuyếnđược tiến hành theo phương pháp thử Bằng phương pháp đo ảnh, người ta lập đượccác mặt cắt dọc dọc theo các phương án tuyến và trên cơ sở đó lựa chọn một phương

án tốt nhất Ở vùng núi, để định tuyến trước hết chúng ta tính trước đại lượng ΔlPdựavào độ dốc định tuyến cho trước và khoảng cách d đã tính được, rồi xác định trên các

mô hình lập thể tuyến có “khối lượng công tác đào đắp bằng không” Đặt tiêu đo tạiđiểm đầu của tuyến (trên mô hình) và xác định số đọc ban đầu trên núm thị sai củamáy đo vẽ lập thể Thêm vào số đọc này giá trị tính toán ΔlP (có dấu + hay - tuỳ thuộcvào độ dốc) Di chuyển giá đỡ đi một khoảng d, ta sẽ tìm trên hướng tuyến một điểm

mà tại đó tiêu đo tiếp xúc với bề mặt của mô hình Điểm này nằm trên đoạn thẳng có

độ dốc thiết kế Tiếp tục thêm vào số đọc ở núm thị sai đại lượng ΔlP, di chuyển giá

đỡ đi một khoảng d, và lại tìm được một điểm nữa mà tại đó tiêu đo tiếp xúc với môhình Sau khi định tuyến xong trên một mô hình lại chuyển sang định tuyến trên các

mô hình tiếp theo

Nhược điểm chủ yếu của phương pháp định tuyến trên các mô hình đơn là khichuyển sang các mô hình tiếp theo cũng như khi phân tích mặt cắt dọc, chúng ta phải

sử dụng lại các mô hình trước đó, nghĩa là phải định tuyến lặp trên các tấm ảnh hàngkhông làm mất khá nhiều chi phí về thời gian Để khắc phục người ta sử dụng máy đo

vẽ lập thể Với phương diện này, có thể thành lập mô hình bề mặt thực địa trên một sốlượng lớn các cặp ảnh lập thể

1.3.2 Định tuyến ngoài thực địa

Việc định tuyến ngoài thực địa gồm các công việc sau:

- Chuyển bản thiết kế tuyến ra thực địa Định các cạnh của tuyến;

- Đo góc ngoặt trên tuyến;

- Đo chiều dài các cạnh kết hợp bố trí các điểm cọc lộ trình Lập sơ đồ đánhdấu cọc;

- Bố trí các đường cong (tròn và chuyển tiếp);

- Bố trí các mốc thuỷ chuẩn dọc tuyến, đo thuỷ chuẩn tuyến đường;

- Đánh dấu tuyến đường;

- Đo nối tuyến với các cơ sở trắc địa;

- Đo vẽ mặt bằng, chỗ tiếp giáp và giao nhau của các tuyến đường;

- Hiệu chỉnh các tài liệu ngoại nghiệp, thành lập bình đồ và mặt cắt dọc tuyến.

1.3.2.1 Chuyển bản thiết kế tuyến đường ra thực địa

Công tác bố trí tuyến đường ra thực địa là xác định vị trí các đỉnh góc ngoặt,cánh tuyến, thậm chí cả các cọc chi tiết

Để bố trí được các đỉnh ngoặt ra thực địa phải xây dựng lưới bố trí, theo quytrình khảo sát đường ô tô hiện hành, đối với tuyến đường thiết kế cấp 4 trở lên phải lậplưới đường chuyền cấp 2 dọc tuyến trong giai đoạn lập dự án khả thi Vì vậy chúng tathường dùng đường chuyền cấp 2 để bố trí các đỉnh ngoặt của tuyến

Ngoài thực địa, đặt máy kinh vĩ (hoặc máy toàn đạc điện tử) tại I ngắm về II,trên hướng đó bố trí đoạn bằng a.M được điểm Đ'

o Chuyển máy về Đ'

o ngắm I bố trímột góc vuông, trên hướng vuông góc đó bố trí một đoạn bằng b.M đánh dấu đượcđỉnh Đo cần bố trí

Trong đó: M - mẫu số tỷ lệ bản đồ thiết kế

Bằng cách tương tự bố trí các đỉnh khác

2 Phương pháp toạ độ cực

Đ’0 I

Hình 1-6: Xác định tuyến theo phương pháp cạnh vuông góc

Nếu biết toạ độ các điểm đỉnh góc ngoặt Đo, Đ1, Đ2,… của tuyến cùng trong hệtoạ độ với các điểm khống chế I, II, III.…ngoài thực địa thì chúng ta có thể dùngphương pháp toạ độ cực để bố trí (hình1-7).

Từ toạ độ của các điểm trong lưới bố trí và toạ độ các điểm đỉnh gócngoặt của tuyến ta tính ra các số liệu bố trí là góc cực (β) và khoảng cách cực (S).Dùng máy kinh vĩ hoặc máy toàn đạc điện tử bố trí các đỉnh bằng phương pháp toạ độcực

1.3.2.2 Đo các góc ngoặt của tuyến

Nếu đo góc bên phải tuyến: khi góc β  180 o thì tuyến rẽ phải θ 180 o β

P   cònkhi góc β  180 o thì tuyến rẽ trái o

T β - 180

Nếu đo góc bên trái tuyến: thì ngược lại

1.3.2.3 Đo chiều dài trên tuyến đường

Hình 1-7: Xác định tuyến đường theo phương pháp toạ độ cực

Công tác đo chiều dài trên tuyến đường bao gồm:

1 Đo chiều dài tổng quát: là đo khoảng cách giữa các đỉnh ngoặt của tuyến

đường Chiều dài tổng quát được đo bằng thước thép hoặc máy toàn đạc điện tử đo

theo 2 chiều đo đi và đo về Đối với nơi địa hình phức tạp mà không có máy toàn đạc

điện tử thì có thể dùng phương pháp tam giác, mia ba la để đo

Độ chính xác đo chiều dài tổng quát tuỳ theo cấp đường, yêu cầu kỹ thuật vàđiều kiện địa hình

Thông thường độ chính xác như sau:

+ Đối với địa hình đồng bằng: ΔlSS 20001

+ Đối với địa hình miền núi: ΔlSS 10001

Trong đó:

ΔlS Sđi - Svề - hiệu số khoảng cách giữa đo đi và đo về;

S - giá trị trung bình cộng giữa hai lần đo đi và đo về

2 Đo chiều dài chi tiết: Để thuận tiện cho thiết kế, thi công cho quản lý và bảo

dưỡng tuyến đường người ta chia tuyến đường thành những đoạn dài 100 m và đánhdấu bằng những điểm cọc gọi là cọc 100 m và được ký hiệu theo thứ tự từ đầu tuyếnđến cuối tuyến là KMO, H1, H2,…, H9, KM1, H1, H2,…,H9, KM2, H1,H2 …

Khi bố trí các cọc H trên phần đường thẳng,theo chiều hướng tuyến cứ 100 m ta

bố trí một cọc Với các cọc H đầu tiên ngay sau đỉnh ngoặt cần phải đo thêm đoạn đotrọn D (Độ rút ngắn của tuyến đường khi bố trí đường cong)

Khi đo đạc, khảo sát ngoài những cọc 100 m (cọc H) người ta còn bố trí các cọcchi tiết hay cọc địa hình Đây là các cọc mà ở đó địa hình thay đổi hoặc những vị trígiao nhau của tuyến với các công trình nhân tạo khác

Đo chiều dài chi tiết là đo khoảng cách giữa các cọc chi tiết của tuyến trên phầnđường thẳng Chiều dài chi tiết được đo một lần bằng thước thép Kiểm tra kết quả đochiều dài chi tiết với đo chiều dài tổng quát theo công thức sau:

1000

1 S

ΔlS T

1



 (1-14)Trong đó: ΔlS  STQ  (SCT Di)

TQ

S - tổng khoảng cách của các cánh tuyến khi đo dài tổng quát;

S - khoảng cách các cánh tuyến trên phần đường thẳng;

i

D - đoạn đo trọn tại đỉnh ngoặt thứ i

Lý trình (hay số hiệu 100 m) của một điểm chính là khoảng cách theo trụctuyến đường từ điểm đó đến điểm đầu tuyến đường Hay nói cách khác, lý trình củamột điểm trên tuyến đường chính là lý trình của điểm cọc H trước nó cộng với khoảngcách từ điểm đó đến cọc H ấy

Ví dụ: Cầu I có lý trình là KM5+155,55 m.

Nghĩa là:

- Tim cầu I cách điểm đầu tuyến đường 5155,55 m;

- Tim cầu I cách điểm cọc H trước nó (cọc H1 có số hiệu KM5+100) là 55,55 m

1.3.2.4 Đánh dấu tuyến đường trên thực địa

Tuyến đường sau khi được đưa ra thực địa phải được cố định bằng cách đóngcọc đánh dấu tuyến để bảo quản trong một thời gian và khi cần thiết dễ dàng khôi phụcđược

Tuỳ vào yêu cầu độ chính xác của cấp đường, tuỳ thuộc vào thời gian sử dụng

và điều kiện địa hình…mà chúng ta lựa chọn cọc bê tông cốt thép (có kích thước 10

1050 cm), đinh thép, cọc gỗ, cọc tre để đánh dấu

vượt sông (đánh dấu hai bên bờ) hoặc các vị trí giao nhau với tuyến đường khác

Để bảo quản lâu dài và khi mất có thể khôi phục lại thì phải đo nối chúng vớicác đia vật cố định (cây độc lập, cột điện, góc nhà…) nếu điều kiện không cho phép thì

ta phải chôn các cọc sắt hay bê tông cốt sắt và đo các yếu tố cần thiết để sau này khicác đỉnh ngọăt của tuyến bị mất ta có thể dễ dàng dùng phương pháp giao hội hướnghoặc phương pháp giao hội cạnh để xác định lại nhờ bản vẽ phác họa khi đánh dấutuyến đường ở thực địa

1.4 Đường cong tròn ngang

1.4.1 Khái niệm

Để nối hai cánh tuyến với nhau người ta dùng đường cong ngang Đường cong

ngang thường được sử dụng khi thiết kế tuyến đường đó là đường cong tròn, đường

cong tổng hợp, đường cong quay đầu…

- Các điểm cơ bản của đường cong ngang:

+ Đối với đường cong tròn đó là các điểm Tđ, G, Tc

+ Đối với đường cong tổng hợp đó là các điểm Nđ, Tđ, G, Tc, Nc

- Các yếu tố chính của đường cong tròn ngang bao gồm (Hình 1-9):

(Góc hợp bởi hai cánh tuyến)

+ Bán kính đường cong R được chọn tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình và

K=R oo180

π.θ (1-

16) + Chiều dài đoạn phân cự:

θ cos

1

(1-17)

+ Độ rút ngắn của tuyến đường khi bố trí đường cong tròn ngang:

D = 2T - K (1-18) + Chiều dài dây cung :

1.4.2 Bố trí đường cong tròn ngang

1.4.2.1 Bố trí các điểm cơ bản của đường cong tròn ngang

1 Trường hợp thông thường (đỉnh ngoặt đặt được máy)

Đặt máy kinh vĩ tại điểm đỉnh ngoặt Đ1 (Hình 1-9), quay máy ngắm đỉnh phíasau Đo và cố định bộ phận ngắm, trên hướng đó dùng thước thép đo một đoạn có chiềudài bằng T, đánh dấu ta được vị trí điểm tiếp đầu Tđ.Quay máy ngắm đỉnh phía trướccũng bố trí một đoạn có chiều dài bằng T ta được điểm tiếp cuối Tc Máy đang ngắm

o o

nếu tại đỉnh chuyển hướng trái ta sẽ được hướng đường phân giác góc đỉnh β, trênhướng đó đo một đoạn bằng B ta sẽ xác định được vị trí điểm giữa G của đường cong Trường hợp sử dụng máy toàn đạc điện tử ta có thể bố trí các điểm trên theophương pháp bố trí bằng tọa độ phẳng vuông góc hoặc phương pháp tọa độ cực

2 Trường hợp đặc biệt (đỉnh ngoặt không đặt được máy)

Trong thực tế không phải lúc nào đỉnh ngoặt của tuyến đường cũng có thể đặtmáy được (đỉnh ngoặt nằm ở ao hồ, sông suối, khe sâu…)

Giả sử có hai cánh tuyến giao nhau tại điểm Đ ở giữa hồ (không đặt đượcmáy) Như vậy không đo được góc đỉnh β hợp bởi hai cánh tuyến và không tínhđược góc chuyển hướng θ (Hình 1-10)

Hình 1-10: Bố trí các điểm chính khi khi đỉnh ngoặt

không đặt được máy

Để xác định góc chuyển hướng θ ta làm như sau:

Trên hai cánh tuyến ta chọn hai điểm E và F đặt được máy và đo được khoảng

cách giữa E và F Đặt máy kinh vĩ tại E và F đo được các góc γ1 và γ2 Từ đó tính

Để bố trí được các điểm Tđ và Tc ta phải tính khoảng cách giữa Đ1 với E và Đ1

với F Trong tam giác EĐ1F theo định lý hàm số sin ta có:

θ) Sin(180

EF Sinδ

F Sinδ

E

o 1

1 2

Sinδo 2

 và Đ1F = EF

θ)Sin(180

Sinδo 1



(1-20)

Để bố trí các điểm Tđ và Tc ta xét các trường hợp sau:

- Nếu T> Đ1E suy ra điểm Tđ nằm ngoài đoạn Đ1E, đặt máy tại điểm E ngắm

đỉnh phía sau, theo hướng đó ta đo một đoạn bằng T-Đ1E kể từ E ta sẽ được vị trí điểm

Tđ

- Nếu T < Đ1E suy ra điểm Tđ nằm trong Đ1E, đặt máy tại điểm E ngắm đỉnh

phía sau, quay máy 1800 theo hướng đó ta đo một đoạn bằng Đ1E-T kể từ E ta sẽ được

vị trí điểm Tđ

Vị trí điểm Tc bố trí tương tự

Để bố trí điểm G, giả sử ta kẻ đường tiếp tuyến với đường cong tại G cắt hai

cánh tuyến tại M và N

Ta có: TđM = MG = GN = NTc =

4

θ R.tg = t (1-

21)

Từ đó suy ra cách xác định vị trí điểm G như sau:

Đặt máy tại điểm Tđ ngắm về đỉnh phía sau, quay máy 1800, theo hướng đó ta

bố trí một đoạn bằng (t) kể từ Tđ đánh dấu được điểm M Tương tự ta bố trí điểm N

Chuyển máy về M ngắm N, bố trí một đoạn bằng (t) kể từ M ta được vị trí điểm G

Hoặc có thể bố trí điểm G như sau:

Bố trí điểm M như trên Chuyển máy đến điểm M, ngắm đỉnh phía sau quay

máy một góc

2

θ 180

o o

 nếu tuyến chuyển hướng trái hoặc góc

2

θ 180

o o

 nếu tuyếnchuyển hướng phải Theo hướng đó ta đặt một đoạn bằng (t) kể từ M ta được vị trí

điểm G

3 Đường cong trùng tiếp tuyến

trùng tiếp tuyến Đường cong trùng tiếp tuyến có hai loại cùng chiều và ngược chiều

Đường cong trùng tiếp tuyến ngược chiều chỉ thấy bố trí đối với đường sắt, còn trong

đường bộ hầu như là không bố trí Ở đây chúng ta chỉ xét loại đường cong trùng tiếp

tuyến cùng chiều (hình 1-11)

Sau khi xác định các góc chuyển hướng θ 1 θ 2 và đo khoảng cách S giữa hai

đỉnh Đ1 và Đ2 Phải lựa chọn R1 và R2 sao cho:

S = T1 + T2

Trong đó:

2

θ tg R

TS

2

θtg

TR

2

1 2

2 2

Sau khi có R1 và R2 ta phải kiểm tra các điều kiện sau:

- Phù hợp với yêu cầu kỹ thuật

- Bán kính hai đường cong không được lớn hơn nhau quá 1,3 lần Nếu khôngđảm bảo phải lựa chọn lại Thực tế khảo sát khi gặp trường hợp trên có thể coi như đây

là trường hợp đỉnh ngoặt không đặt được máy và Đ1Đ2 là tiếp tuyến

Nên:

2

θ tg R 2

θ tg R

θ R(tg

Biết θ 1 θ 2 và S ta sẽ tính được R

Trong trường hợp này phải kiểm tra xem bán kính R có phù hợp với yêu cầu kỹthuật và điều kiện địa hình không Nếu không bảo đảm thì phải bố trí thành hai (hoặcnhiều) đường cong trùng tiếp tuyến như phần trên

1.4.2.2 Bố trí chi tiết đường cong tròn ngang

Trong quá trình đo đạc khảo sát thiết kế cũng như để thuận tiện cho thi công saunày, trên đường cong ta phải xác định các điểm cách nhau một khoảng cách cung nhấtđịnh k Các điểm này được gọi là các điểm chi tiết của đường cong Khoảng cách cunggiữa các điểm chi tiết trên đường cong thường được chọn bằng nhau phụ thuộc vàobán kính R của đường cong được chọn, theo địa hình và cấp đường

- Nếu R<100 m thì k = 5 m;

- Nếu 100 m ≤ R ≤ 500 m thì k = 10 m;

- Nếu R ≥ 500 m thì k = 20 m

Có nhiều phương pháp để bố trí các điểm chi tiết trên đường cong tròn ngang,trong giáo trình này chỉ xét 3 phương pháp sau: phương pháp toạ độ vuông góc,

phương pháp toạ độ cực và phương pháp dây cung kéo dài Nguyên tắc chung của 3phương pháp này là các điểm chi tiết được bố trí từ 2 điểm đầu đường cong (Tđ) và(Tc) vào điểm giữa đường cong (G).

a Phương pháp toạ độ vuông góc

Chọn trục X hướng về đỉnh ngoặt, trục Y hướng về tâm đường cong Gốc toạ

độ là giao điểm của trục X vuông góc với trục Y tại điểm Tđ (hoặcTc)

Vì khoảng cách cung giữa các điểm chi tiết được chọn bằng nhau nên góc ở tâm( ) bị chắn bởi các cung giữa các điểm chi tiết cũng bằng nhau

Theo (hình 1-12), toạ độ các điểm chi tiết được tính như sau:

= )cos-R(1

= R.cos -R

=y

R.sin

=x

2 1

=y

)R.sin(2

=x

2 2

=y

)R.sin(3

=x

2 3

2Rsin

=y

) i

R.sin(

=x

2 i

k.180o 0

đ

X

2 x

Hình 1-12: Bố trí các điểm chi tiết của đường cong tròn ngang

theo phương pháp toạ độ vuông góc

Giả sử bố trí điểm chi tiết 1, đặt máy kinh vĩ tại điểm Tđ ngắm về đỉnh Đ theohướng này đặt một đoạn bằng x1 kể từ điểm Tđ đánh dấu vị trí và chuyển máy về đóngắm điểm Tđ quay một góc 900 hoặc 2700 theo hướng đó đặt một đoạn bằng y1, đánhdấu ta được điểm chi tiết 1 Các điểm khác bố trí tương tự.

Sau khi bố trí được các điểm chi tiết từ điểm Tđ đến điểm giữa G, ta tiếp tục bốtrí các điểm chi tiết từ điểm Tc đến điểm giữa G của đường cong Do hai nửa đườngcong đối xứng nhau nên không phải tính lại toạ độ cho các điểm chi tiết

* Nhận xét:

Bố trí điểm chi tiết bằng phương pháp toạ độ vuông góc cho độ chính xác caonhất Các điểm được bố trí độc lập nhau, không chịu sai số của điểm trước nó Nhưng

có hạn chế là thời gian bố trí lâu Phương pháp này áp dụng tốt ở địa hình bằng phẳng

* Chú ý: Khi các điểm cọc 100 m (cọc H) nằm trên tiếp cự ta phải chuyển chúng vào đường cong tương tự như trên.

Theo chiều hướng cánh tuyến từ đầu tuyến đường cứ 100 m ta bố trí một cọc H.Nếu cọc Hi nằm trên tiếp cự ta phải chuyển nó vào đường cong Việc bố trí cọc Hi từtiếp cự vào đường cong cũng giống như bố trí các điểm chi tiết của đường cong theophương pháp toạ độ vuông góc

Như vậy, để bố trí được ta phải tính toạ độ vuông góc của điểm cọc Hi đó

Rsinx

k.1800







Muốn thế, ta phải tính được chiều dài cung k từ điểm Tđ hoặc Tc đến điểm cọc

Hi và tính được góc  ở tâm bị chắn bởi cung k

Chiều dài cung k tính được thông qua số hiệu của cọc Tđ hoặc Tc và số hiệu củađiểm cọc Hi:

Nếu cọc Hi nằm trong khoảng Tđ  G thì k = Hi - HTđNếu cọc Hi nằm trong khoảng Tc  G thì k = HTc- Hi (1-26)Trong đó: - Số hiệu cọc của điểm Tđ: HTđ = HĐ - T

- Số hiệu cọc của điểm Tc: HTc = HTđ + K

- Số hiệu cọc của điểm G: HG = HTđ +

2K

H

DTHH

TC G

D TC

(1-27)

Đối với đường cong tổng hợp ta cũng làm như trên đó là xem cọc Hi nằm ở đâutrên phần đường cong chuyển tiếp hay đường cong tròn để từ đó ta xác định toạ độ của nó

* Cơ sở lý thuyết của phương pháp như sau:

Chọn điểm Tđ và điểm Tc làm cực Góc cực là góc tạo bởi tiếp tuyến củađường cong và các hướng đi từ điểm Tđ (hoặc Tc) qua các điểm chi tiết Khoảng cáchgiữa các điểm chi tiết liền nhau là S

Ta thấy: Hướng Tđ -1 tạo với hướng Tđ -Đ một góc

2



và điểm 1 cách điểm Tđmột đoạn bằng S

Hướng Tđ-2 tạo với hướng Tđ -Đ một góc

Hình 1-13: Bố trí các điểm chi tiết của đường congtròn ngang theo phương pháp toạ độ cực

Do đó:

2R

Sarcsin

2 



(1-28)

* Bố trí ngoài thực địa:

Đặt máy kinh vĩ tại điểm Tđ (hoặc điểm Tc) ngắm về đỉnh Đ, quay máy một góc

/2 trên hướng đó đặt một đoạn bằng S kể từ đểm Tđ (hoặc điểm Tc) ta được điểm chitiết 1 Quay máy tiếp một góc /2 nữa, từ điểm chi tiết 1 đặt một đoạn bằng S sao chođoạn S cắt hướng ngắm của máy kinh vĩ ta được điểm chi tiết 2 Các điểm chi tiết khác

bố trí tương tự như điểm chi tiết 2

* Nhận xét: Theo cách bố trí trên ta thấy vị trí điểm chi tiết sau được xác định

dựa vào điểm trước nó Vì vậy sai số bố trí của điểm trước ảnh hưởng tới sai số bố tríđiểm sau Hay nói cách khác điểm sau tích luỹ sai số của các điểm trước nó Đây lànhược điểm của phương pháp toạ độ cực Tuy nhiên ưu điểm của phương pháp này là

áp dụng nhanh và thuận tiện hơn tại nơi địa hình khó khăn so với phương pháp toạ độvuông góc

c Phương pháp kéo dài dây cung

* Cơ sở lý thuyết của phương pháp:

Giả sử điểm chi tiết 1 trên đường cong đã biết vị trí (hình 1-14) Theo hướng

Tđ-1 kéo dài đặt đoạn bằng S kể từ điểm 1 ta có điểm 2’ Điểm chi tiết 2 trên đườngcong cách điểm chi tiết 1 một đoạn bằng S và cách điểm 2’ một đoạn bằng d Tương tựnhư vậy, theo hướng 1-2 kéo dài kể từ điểm 2, đặt đoạn S ta có điểm 3’ Điểm chi tiết

3 trên đường cong cách điểm chi tiết 2 một đoạn bằng S và cách điểm 3’ một đoạnbằng d…Do đó nếu khoảng cách d xác định được thì ta có thể bố trí được các điểm chitiết theo phương pháp giao hội cạnh

2

Hình 1-14: Bố trí các điểm chi tiết của đường cong tròn ngang

theo phương pháp kéo dài dây cung



Khoảng cách d được tính như sau: Từ tam giác (O12) đồng dạng tam giác(122’) ta có:

R

SS

Bình thường ta sử dụng k = S, nhưng muốn chính xác hơn thì sau khi

π.R

k.1800 0



 và

22R.Sin

*Bố trí ngoài thực địa: Vị trí điểm chi tiết 1 được bố trí bằng phương pháp toạ

độ vuông góc Theo hướng Tđ-1 kéo dài, từ điểm 1 đặt một đoạn bằng S ta được điểm2’ Từ điểm 1 và 2’ dùng thước đo giao hội cạnh với bán kính S và d ta xác định đượcđiểm chi tiết 2 Các điểm khác làm tương tự

pháp này không cao, chỉ áp dụng đối với tuyến đường cấp thấp và tại hiện trườngkhông có máy kinh vĩ để bố trí thì bằng mắt thường và thước thép cũng có thể bố tríđược tương đối chính xác vị trí các điểm chi tiết để thi công

Trên thực tế, trong một số trường hợp không thể đặt được máy ở Tđ (hoặc Tc),như vậy chúng ta không thể bố trí các điểm chi tiết bằng các phương pháp trên

Để có thể xác định các điểm chi tiết ta phải xác định một điểm trên đường cong

và tiếp tuyến tại điểm đó (ví dụ điểm Đ1 trong hình 1-15)

Cách xác định như sau:

Giả sử taị Tđ không đặt được máy Trên cánh tuyến này về hai phía của Tđ tachọn hai điểm M và N (Hình 1-15) Dùng thước thép đặt chiều dài đoạn ĐM Ta xácđịnh đoạn M’N’ như sau: đặt máy tại M ngắm đỉnh Đ, quay một góc 900 Trên hướng

đó dùng thước đặt một đoạn bằng a (a tự chọn) Ta được vị trí điểm M’ Điểm N’ xácđịnh tương tự

Điểm cần xác định Đ1 sẽ chính là giao điểm của hướng đường thẳng M’N’ vàđường cong tròn

Từ phần bố trí điểm chủ yếu, ta đã tính được độ dài tiếp tuyến

2

θR.tg

vậy đoạn MTđ có chiều dài là: MTđ = T - ĐM Đặt máy tại M’ ngắm N’, dùng thước

thép đo một đoạn bằng T-ĐM ta sẽ được điểm L

Tính giá trị góc 1, ta có:

R

aROD

OLCos

1 1

1





 (1-30) Biết được 1 ta tính được chiều dài đoạn LĐ1= R.Sin1 Điểm L đã biết, đặtmáy tại L ngắm M’ trên hướng đó đặt một đoạn bằng LĐ1=RSin1 ta sẽ được vị tríđiểm Đ1 Đặt máy tại Đ1, ngắm N’ quay máy một góc bằng 1, ta sẽ được hướng tiếptuyến tại Đ1

L N

R a

 1

 1

/2

Hình 1-16: Bố trí chi tiết trên đường cong tròn lớn

Như vậy, thực chất ta đã chia đường cong lớn thành hai đường cong nhỏ cócùng bán kính Khi xác định vị trí điểm chi tiết ta sẽ xác định từ Đ1 đến Tđ và phần cònlại từ Đ1 và Tc đến G.

*Chú ý: Các phương pháp bố trí các điểm chi tiết của đường cong như trình bày

ở trên, được sử dụng khi dụng cụ đo là máy kinh vĩ quang cơ và thước thép Nếu sửdụng máy toàn đạc điện tử có thể bố trí theo tọa độ phẳng vuông góc hoặc tọa độ cực

sẽ nhanh và tiện lợi hơn

3 Bố trí điểm chi tiết trên đường cong tròn lớn

Đường cong tròn lớn là đường cong có chiều dài cung K lớn.Thông thường khibán kính R lớn và góc chuyển hướng θ nhỏ thì ta coi đó là đường cong tròn lớn

Khi xác định các điểm chi tiết theo các phương pháp trên thì do các điểm ở xađiểm Tđ (hoặc Tc) nên khi đo khoảng cách bằng thước thép sẽ kém chính xác Chính vìvậy để thuận tiện cho việc xác định điểm chi tiết ta đem chia đường cong tròn lớnthành những đường cong tròn nhỏ hơn

Cách chia đơn giản nhất là: Trước hết ta chia đôi đường cong Nếu cần ta lạitiếp tục chia đường cong nhỏ thành hai phần nhỏ hơn (hình 1-16) và sau đó ta xác địnhcác điểm chi tiết theo các phương pháp trên trong từng phần đường cong nhỏ đó

4 Bố trí chi tiết đường cong tròn ngang bằng máy toàn đạc điện tử

Máy toàn đạc điện tử (Electric Total Station) được sử dụng rộng rãi trong công táctrắc địa, trong đó có công tác bố trí công trình Nhìn chung, các loại máy toàn đạc điện

tử của các hãng sản xuất khác nhau thì có thể khác nhau về kiểu dáng, về độ chính xác,

về cách thao tác trên bàn phím; nhưng đều có chung một nguyên lý hoạt động Trongcác modul được thiết kế có modul cho công tác bố trí công trình Tuy nhiên, việc bố tríđiểm bằng máy toàn đạc điện tử vẫn tuân theo nguyên lý tọa độ cực Nghĩa là, số liệudùng cho bố trí phải thể hiện một trong hai dạng: hoặc góc cực () và cạnh cực (d)hoặc tọa độ (x) và (y) của điểm cần bố trí

+ Trường hợp biết góc cực () và cạnh cực (d)

Máy toàn đạc điện tử được sử dụng như một tổ hợp máy kinh vĩ (để đo góc cực)

và máy đo dài (để đo cạnh cực) và bố trí điểm theo phương pháp tọa độ cực đã trìnhbày ở trên

+ Trường hợp biết tọa độ (x) và (y)

Đặt máy toàn đạc điện tử tại điểm đã biết tọa độ Nhập tọa độ của điểm đặt máy,

tọa độ điểm định hướng và tọa độ của các điểm cần bố trí theo số thứ tự đã định CPU

sẽ tính góc cực () và cạnh cực (d) Công tác bố trí điểm theo phương pháp tọa độ cực

đã trình bày ở trên

1.5 Đường cong chuyển tiếp

1.5.1 Ý nghĩa và phương trình đường cong chuyển tiếp

Đối với đường cong tròn nghiên cứu ở phần trên, khi tàu xe chuyển động từ

đường thẳng vào đường cong thì chúng bất ngờ chịu một lực ly tâm F

Lực ly tâm F được tính theo công thức: F =

ρ

m.v2 (1-31)Trong đó: m - khối lượng của vật chuyển động;

V - vận tốc của chuyển động;

ρ - bán kính cong của chuyển động tại điểm đang xét

Lực ly tâm có phương trùng với phương bán kính  và có chiều ra phía ngoài

đường cong Lực ly tâm càng lớn khi vận tốc v càng lớn và bán kính cong  càng nhỏ

Khi phương tiện tham gia giao thông chuyển động từ đường thẳng vào đường cong thì

lực ly tâm xuất hiện đột ngột, nếu lực ly tâm lớn sẽ gây nguy hiểm cho người và

phương tiện tham gia giao thông Do đó để lực ly tâm không tác dụng đột ngột lên

phương tiện tham gia giao thông người ta bố trí vào giữa đường thẳng và đường cong

tròn một đường cong có bán kính thay đổi nối liền từ đường thẳng đến đường cong

tròn được gọi là đường cong chuyển tiếp

Từ công thức tính lực ly tâm ta thấy để lực ly tâm F tăng lên từ từ không đột

ngột thì đường cong chuyển tiếp phải có bán kính thay đổi tuần tự từ  = ∞ (điểm tiếp

xúc với đường thẳng) đến  = R (điểm tiếp xúc với đường cong tròn)

Mặt khác nếu ta gọi Q là hợp lực của trọng lượng P và lực ly tâm F, thì lực Q

không tác dụng vuông góc xuống mặt nền đường Do đó phương tiện tham gia giao

thông khi chuyển động sẽ không ổn định Cho nên đồng thời với việc sử dụng đường

cong chuyển tiếp để lực ly tâm không tác dụng đột ngột lên phương tiện tham gia giao

thông thì người ta bố trí ray phía ngoài (với đường sắt) hay mặt nền đường phía ngoài

cao hơn phía trong để hợp lực Q luôn có hướng vuông góc với mặt nền đường Độ

chênh cao đó gọi là siêu cao mặt đường (h) Hình 1-17: Lực ly tâm và siêu cao mặt đường

 P

k

i



Ta có siêu cao tại một điểm bất kỳ là:

Theo hình (1-17): hi = ki.tgv = ki.i (1-32)Trong đó: i - độ dốc dọc của lề đường phía ngoài;

ki - khoảng cách từ điểm đầu đường cong chuyển tiếp đến điểmđang xét i

Mặt khác ta có: h = a.tg (1-33)Trong đó: a - bề rộng mặt nền đường;

β - góc nghiêng mặt đường

Mà

P

Ftgβ   hi = a

2

g.ρ

a.v (1-34)

ρ - bán kính của đường cong chuyển tiếp tại điểm đang xét i.i

.i.gk

a.vi

2 (1-35)

Đặt

i.g

a.vc

2

 gọi là thông số của đường cong chuyển tiếp Giá trị này sẽ là hằng

số nếu ứng với tốc độ v và độ dốc dọc i cho trước

Như vậy phương trình của đường cong chuyển tiếp có dạng: