Phần II thiết kế kỹ thuật đoạn tuyến từ km4+600 đến km 6+100, đường cấp 3 miền núi tốc độ 60km

Thiết kế đường cong nằm: 1.Mục đích và nội dung tính toán: a.Mục đích: Khi xe chạy trên đường cong nằm thì xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi sovới khi xe chạy trên đường thẳng, những

PHẦN II

THIẾT KẾ KỸ THUẬT(Đoạn từ Km 4+600 đến Km 6+100)

CHƯƠNG I THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ ĐOẠN TUYẾN (Từ Km 4+600 đến Km 6+100)

I Thiết kế bình đồ tuyến:

- Sau khi chọn phương án tuyến I và tiến hành khảo sát chi tiết tại thuộc địa

ta lập và vẽ được bản đồ địa hình tỉ lệ 1/1000 và dựa vào bản đồ này để thiếtkế bình đồ tuyến đường

- Trong phần thiết kế cơ sở ta đã có các cọc Km, H, C, ND, TD, P, TC, NC và

bây giờ ta cần phải thêm các cọc C là các cọc rải đều có khoảng cách giữa cáccọc là 20m

- Trong phạm vi đồ án ta chỉ thiết kế bình đồ tuyến từ Km 4+600 đến Km

6+100 của phương án tuyến đã chọn (phương án I)

II Thiết kế đường cong nằm:

1.Mục đích và nội dung tính toán:

a.Mục đích:

Khi xe chạy trên đường cong nằm thì xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi sovới khi xe chạy trên đường thẳng, những điều kiện bất lợi đó là:

- Khi xe chạy vào đường cong bán kính nhỏ thì yêu cầu bề rộng của

đường phải lớn hơn so với đường thẳng thì xe mới chạy được bình thường

- Khi xe chạy vào đường cong thì tầm nhìn bị cản trở.

- Khi xe chạy vào đường cong phải chịu thêm lực ly tâm gây ra hiện tượng

xe bị trượt ngang hoặc bị lật ngang

- Từ những điều kiện bất lợi trên ta tính toán và thiết kế đường cong nằm.

b.Nội dung tính toán:

- Các yếu tố đường cong thiết kế

- Tính toán siêu cao

- Tính toán phần mở rộng đường của xe chạy khi vào đường cong

- Tính toán đường cong chuyển tiếp

- Tính toán bảo đảm tầm nhìn

2.Tính toán thiết kế đường cong nằm:

2.1 Tính toán thiết kế đường cong nằm R=300m

Các yếu tố của đường cong thiết kế:

- Góc chuyển hướng:  62 56'29''o

- Bán kính đường cong: R = 300 m

- Chiều dài tiếp tuyến: T = 208.84 m

- Phân cự: P =52.15 m

- Chiều dài đường cong: K = 379.56m

a Tính toán siêu cao:

 Độ dốc siêu cao:

Theo TCVN 4054-2005 với bán kính đường cong nằm 300m và tốc độ thiếtkế V = 60 Km/h thì độ dốc siêu cao thiết kế là 2%

 Tính toán chiều dài đoạn nối siêu cao:

sc nsc

B = 8m : Bề rộng phần xe chạy, có tính lề gia cố B B nBlgc    6 1 2 8

isc= 2 % : Độ dốc siêu cao

: độ mở rộng mặt đường trong đường cong; = 0 m

ip= 0.5 % : Độ dốc phụ thêm để nâng siêu cao ứng với vận tốc 60 Km/h

0.5Theo TCVN 4054-2005, đoạn nối siêu cao được bố trí trùng với đường congchuyển tiếp Theo TCVN 4054-05 (Bảng 14), đối với đường cấp III địa hìnhvùng núi, Vtk= 60 Km/h, R= 300m, isc = 2%, đường 2 làn xe thì Lnsc = 50m

=> Chọn Lnsc = 50 m (1)

 Bố trí siêu cao:

Trong đoạn cong thiết kế đoạn nối siêu cao, ta thực hiện chuyển từ trắcngang hai mái sang trắc ngang một mái (isc)

Trình tự thực hiện chung:

nhiên tuyến đường thiết kế có ilề = in nên không thực hiện bước này

 Lấy tim phần xe chạy làm tâm, quay nửa phần mặt đường phía ngoài chođến khi đạt được mặt cắt ngang một mái bằng độ dốc ngang mặt đường.

khi mặt cắt ngang đường có độ nghiêng bằng độ dốc siêu cao thiết kế

Xác định khoảng cách giữa các mặt cắt ngang đặc trưng:

Khoảng cách từ MCN đầu tiên đến MCN có độ dốc ngang nửa phần xechạy bằng không (quay quanh mặt đường 1 góc 2%):

Cao độ thiết kế của các mặt cắt ngang đặc trưng:

Các cao độ thiết kế của 2 mép lề đường, 2 mép phần xe chạy và của timđường ở các mặt cắt ngang đặc trưng được xác định dựa vào mặt cắt dọc thiết kếvà độ dốc ngang của từng bộ phận của mặt cắt ngang đặc trưng

Đối với các mặt cắt trung gian (thường được rải đều với cự ly 10m), các caođộ đều được xác định bằng cách nội suy

b Tính toán phần mở rộng khi xe chạy trên đường cong:

Tính toán với xe tải:

Độ mở rộng mặt đường cho 1 làn xe:

l = 8 m: Khoảng cách từ trục sau của xe tới đầu mũi xe (bảng 1 2005)

TCVN4054-Bán kính đường cong nằm R = 300m

Độ mở rộng của mặt đường 2 làn xe:

= 2  ew = 2  0.28 = 0.56 mVậy chọn  = 0.56 m làm giá trị thiết kế và đoạn mở rộng được bố trí 1 nửavề phía bụng và 1 nửa về phía lưng của đường cong

Theo TCVN 4054-2005 bảng 12: Với R = 300m không cần mở rộng bụngtrong đường cong

c Tính toán đường cong chuyển tiếp:

 Các yếu tố của đường cong tròn:

- Góc chuyển hướng:   62 56'29'' o

- Bán kính đường cong: R = 300 m

 Xác định chiều dài đường cong chuyển tiếp:

Chọn đường cong chuyển tiếp có dạng đường cong Clotoit

A : thông số clotoit

R : bán kính đường cong

Điều kiện về tăng cường độ gia tốc li tâm một cách từ từ:

Lct=

3 0

I0: độ tăng gia tốc ly tâm I0 = 0.5m/s3

Và điều kiện đảm bảo bố trí được Ln,sc : Lct  Ln,sc = 50 m (TCVN 2005)(3)

4054-Kết luận: Lct = max[(1),(2),(3)] = 50 m

Chọn chiều dài đường cong chuyển tiếp: L = 50 m

 Kiểm tra điều kiện cấu tạo đường cong chuyển tiếp dạng clothoide:

Ta có: 2 0 9 32'57.47''o <  vậy điều kiện cấu tạo thỏa mãn

Độ dài đường cong cơ bản sau khi đã dịch chuyển :

 Xác định thông số độ dịch chuyển p và t:

p = Y0 - R (l - Cos0) = 1.388 - 300(1-cos(4 46'28.73''o )) = 0.347m

t = X0 - Rsin0= 49.965 - 300sin(4 46'28.73''o ) = 24.994 m

lựa chọn lại

 Tính lại bán kính đường cong R 1 và tính chính xác các yếu tố của đường cong tròn theo R 1 :

62 56'29''tan( ) 300.347 tan( ) 183.842

0 1

4 46'28.73''

279.56 m

Chiều dài đường cong: K = K0 + 2Lct = 279.56 + 250 =379.56 m.

 Xác định tọa độ các điểm trung gian:

Tọa độ các điểm trung gian có chiều dải Si cũng được xác định tương tự nhưxác định tọa độ điểm cuối của đường cong chuyển tiếp Khoảng cách các điểmtrung gian 10m

 Xác định các điểm trung gian của đường tròn K o :

Để chi tiết, trên đường cong tròn K , cứ 10 m ta cắm 1 cọc rải đều từ 2 phíao

Tđ và Tc cho đến điểm giữa của đường cong (do tính đối xứng của đường cong).Tọa độ các cọc được xác định như sau:

Xác định các góc chắn cung:

STT Tên cọc Bán kính

Khoảng cách cọc Tọa độ R(m) R 1 (m) S(m) x(m) y(m)

d Bảo đảm tầm nhìn trên đường cong nằm:

Khi xe chạy vào đường cong, tầm nhìn của người lái xe bị hạn chế do vậtcản ở gần đường cong như: mái ta luy đường đào, cây cối xung quanh…

Khi vào đường cong tài xế thường có xu hướng cho xe chạy vào giữa mặtđường tạo cảm giác an toàn nhằm không bị trượt ra ngoài đường cong, do vậy khitính toán tầm nhìn khi xe chạy vào đường cong phải tính cho trường hợp nhìn thấy

xe chạy ngược chiều và đường có dải phân cách giữa nên không có xe chạy ngượcchiều Trong phần tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của tuyến đường, ta đãxác định được tầm nhìn xe chạy: S = S2 =150m

Xác định bán kính quĩ đạo của mắt người lái xe dựa theo qui định tính từmắt người lái xe có vị trí cách mép phần xe chạy bên tay phải là 1.5m, không mởrộng mặt đường:

Vì K0 = 279 56 m > S = 150 m nên phạm vi tầm nhìn tính từ mắt người lái

xe được xác định theo công thức sau:

1 1

 là góc ở tâm chắn cung S:

0 1

1

28 47'30.66''

Zo : Khoảng cách từ mắt người lái đến chướng ngại vật

Z : Khoảng cách cần phá bỏ chướng ngại vật

Z < Zo: Tầm nhìn được đảm bảo

Z > Zo: Tầm nhìn không đảm bảo phải phá bỏ chướng ngại vật

Nhận xét: Ta nhận thấy khoảng cách từ mắt người lái đến mép ngoài lề gia

cố ít nhất là: Z0min= 1.5+Blềgiaco =1.5+1= 2.5 (m) < Z =9.37m

Vậy tầm nhìn không được bảo đảm, cần bố trí độ mở rộng

2.2 Tính toán thiết kế đường cong nằm R=400

Các yếu tố của đường cong thiết kế:

- Góc chuyển hướng:  27 41'48''o

- Bán kính đường cong: R = 400 m

- Chiều dài tiếp tuyến: T = 123.67 m

- Phân cự: P =12.24 m

- Chiều dài đường cong: K = 243.36m

II.2.2.1 Tính toán siêu cao:

 Độ dốc siêu cao:

Theo TCVN 4054-2005 với bán kính đường cong nằm 400m và tốc độ thiếtkế V = 60 Km/h thì độ dốc siêu cao thiết kế là 2%

 Tính toán chiều dài đoạn nối siêu cao:

sc nsc

B = 8m : Bề rộng phần xe chạy, có tính lề gia cố B B nBlgc    6 1 2 8

isc= 2 % : Độ dốc siêu cao

: độ mở rộng mặt đường trong đường cong; = 0 m

ip= 0.5 % : Độ dốc phụ thêm để nâng siêu cao ứng với vận tốc 60 Km/h

 L = nsc (8 + 0) 2 = 32 m

0.5Theo TCVN 4054-2005, đoạn nối siêu cao được bố trí trùng với đường congchuyển tiếp Theo TCVN 4054-05 (Bảng 14), đối với đường cấp III địa hìnhvùng núi, Vtk= 60 Km/h, R= 400m, isc = 2%, đường 2 làn xe thì Lnsc = 50m

=> Chọn Lnsc = 50 m (1)

 Bố trí siêu cao:

Trong đoạn cong thiết kế đoạn nối siêu cao, ta thực hiện chuyển từ trắcngang hai mái sang trắc ngang một mái (isc)

Trình tự thực hiện chung:

nhiên tuyến đường thiết kế có ilề = in nên không thực hiện bước này

đến khi đạt được mặt cắt ngang một mái bằng độ dốc ngang mặt đường

khi mặt cắt ngang đường có độ nghiêng bằng độ dốc siêu cao thiết kế

Xác định khoảng cách giữa các mặt cắt ngang đặc trưng:

Khoảng cách từ MCN đầu tiên đến MCN có độ dốc ngang nửa phần xechạy bằng không (quay quanh mặt đường 1 góc 2%):

Cao độ thiết kế của các mặt cắt ngang đặc trưng:

Các cao độ thiết kế của 2 mép lề đường, 2 mép phần xe chạy và của timđường ở các mặt cắt ngang đặc trưng được xác định dựa vào mặt cắt dọc thiết kếvà độ dốc ngang của từng bộ phận của mặt cắt ngang đặc trưng

Đối với các mặt cắt trung gian (thường được rải đều với cự ly 10m), các caođộ đều được xác định bằng cách nội suy

 Tính toán phần mở rộng khi xe chạy trên đường cong:

Tính toán với xe tải:

Độ mở rộng mặt đường cho 1 làn xe:

l = 8 m: Khoảng cách từ trục sau của xe tới đầu mũi xe (bảng 1 2005)

TCVN4054-Bán kính đường cong nằm R = 400m

Theo TCVN 4054-2005 bảng 12: Với R = 400m không cần mở rộng bụngtrong đường cong

 Tính toán đường cong chuyển tiếp:

 Các yếu tố của đường cong tròn:

- Góc chuyển hướng:  27 41'48''o

- Bán kính đường cong: R = 400 m

 Xác định chiều dài đường cong chuyển tiếp:

Chọn đường cong chuyển tiếp có dạng đường cong Clotoit

A : thông số clotoit

R : bán kính đường cong

Điều kiện về tăng cường độ gia tốc li tâm một cách từ từ:

Lct=

3 0

R = 400m

I0: độ tăng gia tốc ly tâm I0 = 0.5m/s3

Và điều kiện đảm bảo bố trí được Ln,sc : Lct = Ln,sc = 50 m (3)

Kết luận: Lct = max[(1),(2),(3)] = 50 m

Chọn chiều dài đường cong chuyển tiếp: L = 50 m

 Kiểm tra điều kiện cấu tạo đường cong chuyển tiếp dạng clothoide:

Ta có: 2 0 7 9'43.1''o <  vậy điều kiện cấu tạo thỏa mãn

Độ dài đường cong cơ bản sau khi đã dịch chuyển :

p = Y0 - R (l - Cos0) = 1.0414 - 400(1-cos(3 34'51.55''o )) = 0.26m

t = X0 - Rsin0= 49.98 - 400sin( o

3 34'51.55'') = 24.996 mVì: p = 0.26 < R 400 4

lựa chọn lại

 Tính lại bán kính đường cong R 1 và tính chính xác các yếu tố của đường cong tròn theo R 1 :

27 41'48''tan( ) 400.26 tan( ) 98.67

0 1

Phần còn lại của đường cong tròn cơ bản:

K0 = R( – 2)=400( 041'48''0

180

  –2 

0 0

3 34'51.55''

143.36m

Chiều dài đường cong: K = K0 + 2Lct = 143.36 + 250 =243.36 m

 Xác định tọa độ các điểm trung gian:

Tọa độ các điểm trung gian có chiều dải Si cũng được xác định tương tự nhưxác định tọa độ điểm cuối của đường cong chuyển tiếp Khoảng cách các điểmtrung gian 10m

 Xác định các điểm trung gian của đường tròn K o :

Để chi tiết, trên đường cong tròn K , cứ 10 m ta cắm 1 cọc rải đều từ 2 phíao

Tđ và Tc cho đến điểm giữa của đường cong (do tính đối xứng của đường cong).Tọa độ các cọc được xác định như sau:

Xác định các góc chắn cung:

Với    i 0 i '

0

0 3.58

  , t = 24.5 m, p = 0.22 m

Bảng cắm tọa độ đường cong tròn

STT Tên cọc Bán kính

 Bảo đảm tầm nhìn trên đường cong nằm:

Khi xe chạy vào đường cong, tầm nhìn của người lái xe bị hạn chế do vậtcản ở gần đường cong như: mái ta luy đường đào, cây cối xung quanh…

Khi vào đường cong tài xế thường có xu hướng cho xe chạy vào giữa mặtđường tạo cảm giác an toàn nhằm không bị trượt ra ngoài đường cong, do vậy khitính toán tầm nhìn khi xe chạy vào đường cong phải tính cho trường hợp nhìn thấy

xe chạy ngược chiều và đường có dải phân cách giữa nên không có xe chạy ngượcchiều Trong phần tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của tuyến đường, ta đãxác định được tầm nhìn xe chạy: S = S2 =150m

Xác định bán kính quĩ đạo của mắt người lái xe dựa theo qui định tính từmắt người lái xe có vị trí cách mép phần xe chạy bên tay phải là 1.5m, không mởrộng mặt đường:

Zo : Khoảng cách từ mắt người lái đến chướng ngại vật.

Z : Khoảng cách cần phá bỏ chướng ngại vật

Z < Zo: Tầm nhìn được đảm bảo

Z > Zo: Tầm nhìn không đảm bảo phải phá bỏ chướng ngại vật

Nhận xét: Ta nhận thấy khoảng cách từ mắt người lái đến mép ngoài lề gia

cố ít nhất là: Z0min= 1.5+Blềgiaco =1.5+1 = 2.5 (m) < Z =12.375m

Vậy tầm nhìn được bảo đảm, không cần bố trí độ mở rộng

CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRẮC DỌC

I Thiết kế đường đỏ:

Trắc dọc biểu thị độ dốc dọc của đường và vị trí tương đối của phần xe chạyvà mặt đất Việc vạch đường đỏ cần phối hợp chặt chẽ với thiết kế bình đồ, thiếtkế mặt cắt ngang để đảm bảo khối lượng đào đắp nhỏ nhất, đường không bị gãykhúc, rõ ràng và hài hòa về mặt thị giác, chất lượng khai thác của đường như tốcđộ xe chạy, năng lực thông xe, an toàn xe chạy cao, chi phí nhiên liệu giảm, thoátnước tốt

Đường đỏ được thiết kế với tỉ lệ X: 1/1000, Y:1/100

Trong đoạn thiết kế kỷ thuật được chọn độ dốc thay đổi của 2 đoạn dốc thayđổi >1% nên phải bố trí đường cong đứng

Độ dốc các đường cong đứng tương ứng:

II Tính toán các yếu tố đường cong đứng:

Để liên kết các dốc dọc trên mặt cắt dọc người ta phải dùng các đường congđứng để xe chạy điều hòa, thuận lợi, bảo đảm tầm nhìn ban ngày và ban đêm, đảmbảo hạn chế lực xung kích, lực li tâm theo chiều đứng

Tác dụng của đường cong đứng là chuyển tiếp độ dốc dọc từ i đến 1 i2

Yêu cầu giá trị bán kính đường cong đứng :

- Hợp với địa hình, thuận lợi cho xe chạy và mỹ quan cho đường.

- Đảm bảo tầm nhìn ở đường cong đứng lồi.

- Đảm bảo không gãy nhíp xe ở đường cong đứng lõm.

- Đảm bảo tầm nhìn ban đêm ở đường cong đứng lõm.

Các chổ đổi dốc trên mặt cắt dọc (lớn hơn 1% khi tốc độ thiết kế Vtk 60Km/h) phải nối tiếp bằng các đường cong đứng lồi hay lõm Các đường cong nàycó thể là đường cong tròn hoặc parabol bậc hai Để đơn giản người ta thường tínhtheo parabol bậc hai

2

2

x y R

R: Bán kính tại điểm gốc tọa độ ở đó độ dốc của mặt cắt dọc bằng 0

x, y: hoành độ và tung độ của điểm đang xét

Dấu “+” tương ứng với đường cong lồi

Dấu “-“ tương ứng với đường cong lõm

TD

TC

+x -x

x = R ix

y = 2R

Độ dốc của điểm A được lấy như sau:

- Lên dốc mang dấu ( + )

- Xuống dốc mang dấu ( - )

Từ đó ta xác định được chiều dài đường cong đứng tạo bởi 2 dốc i1 và i2:

K = R ( i + i ) : 2 đo ädốc khác dấu

K = R ( i - i ) : 2 đo ädốc cùng dấu

Tiếp tuyến đường cong:

T = 0.5 R ( i + i ) : 2 đo ädốc khác dấu

K = 0.5 R ( i - i ) : 2 đo ädốc cùng dấu

Từ cao độ, lý trình của điểm Đ, xác định cao độ và lý trình các điểm trung gian.

Cự ly các điểm trung gian nên chọn theo i

Chênh cao của điểm tiếp đầu so với điểm P:

hTD-P = T i = 361 0.52 = 0.1872m

100Chênh cao của điểm tiếp cuối so với điểm P:

hTC-P = T i = 362 0.68= 0.2448m

100Cao độ điểm tiếp đầu của đường cong:

TD

h = 45.648+ 0.1872 = 45.835 mCao độ điểm tiếp cuối của đường cong:

TC

h =45.648 +0.2448 = 45.893 mTọa độ của điểm tiếp đầu so với đỉnh đường cong:

TD 1

T D TD

Lý trình tiếp đầu, tiếp cuối, đỉnh Đ của đường cong:

Bảng xác định cao độ, lý trình các điểm trung gian

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình

Cao độ (m)

Chênh cao của điểm tiếp đầu so với điểm P:

hTD-P = T i = 52.81 0.68= 0.359m

100Chênh cao của điểm tiếp cuối so với điểm P:

hTC-P = T i = 52.82 1.96 = 1.035m

100Cao độ điểm tiếp đầu của đường cong:

TD

h = 46.792- 0.359 = 46.433 m

Cao độ điểm tiếp cuối của đường cong:

TC

h =46.792 – 1.035= 45.757 mTọa độ của điểm tiếp đầu so với đỉnh đường cong:

TD 1

T D TD

Bảng xác định cao độ, lý trình các điểm trung gian

Tên cọc i( 0 / 00 ) x (m) y (m) Lý trình Cao độ (m)

Chênh cao của điểm tiếp đầu so với điểm P:

hTD-P = T i = 39.21 1.96 = 0.768m

100Chênh cao của điểm tiếp cuối so với điểm P:

hTC-P = T i = 39.22  0 = 0m

100Cao độ điểm tiếp đầu của đường cong:

TD

h = 43.27-0.768 = 43.038 mCao độ điểm tiếp cuối của đường cong:

TC

h =43.27 +0= 43.27 mTọa độ của điểm tiếp đầu so với đỉnh đường cong:

TD 1

T D TD