CHƯƠNG 2 CẤP HẠNG VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN

Các yếu tố mặt cắt ngang: - Việc bố trí các bộ phận gồm phần xe chạy, lề, dải phân cách, đường bên và các làn xe phụ làn phụ leo dốc, làn chuyển tốc trên mặt cắt ngang đường phải phù hợ

CHƯƠNG II CẤP HẠNG VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN

I XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT:

1 Tính lưu lượng xe thiết kế:

Lưu lượng xe 510 xe/ngày đêm vào thời điểm hiện tại

Trong đó:

 Xác định lưu lượng của từng loại xe ở thời điểm hiện tại:

Lưu lượng xe con Moscovit :

Ni: Lưu lượng của loại xe i trong dòng xe (xe/ngđ)

ai: Hệ số quy đổi của loại xe i về xe con thiết kế theo TCVN 4054 – 05

Địa hình : Đồng bằng và Đồi

Hệ số quy đổi của từng loại xe (Bảng 2 TCVN 4054-05)

Xe tải 2 trục ZIL -150 : a2 = 2.0

Xe tải 3 trục MA3 – 500 : a3 = 2.5

Vậy N = N1× +a1 N2× +a2 N3× +a3 N4×a4

= 51×1 + 204×2.0 + 117.3×2.5 + 137.7×2.5 = 1096.5 (xcqđ/ngđ)

2 Xác định cấp thiết kế và cấp quản lý của đường ôtô:

 Lưu lượng xe thiết kế:

- Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai được xác

định theo công thức:

t-1

N =N (1 p)+ (xcqđ/ngđ) (2-2)Trong đó:

N0: Lưu lượng xe chạy tại thời điểm hiện tại (xcqđ/ngđ)

t: Năm tương lai của công trình

p: Mức tăng xe hàng năm theo số liệu thống kê p = 0.09

Với lưu lượng xe thiết kế năm tương lai là năm thứ 20 :

Nt = 1096.5×(1+0.09)20-1= 5637.8 (xcqđ/ngđ)

Với lưu lượng xe thiết kế năm tương lai là năm thứ 15:

Nt = 1096.5×(1 + 0.09)15-1 = 3664.2 (xcqđ/ngđ)

 Chọn lưu lượng xe thiết kế:

- Với lưu lượng xe thiết kế năm tương lai thứ 15 là 3664 > 3000 Do vậy

đường chỉ có thể thuộc cấp III Vì thế theo điều 3.3.1 của TCVN4054-05 thì năm tương lai ứng với các cấp đường nói trên là năm thứ 15 Vậy lưu lượng

xe thiết kế là 3664 (xcqđ/ngđ)

- Tổng hợp các yệu tố điều kiện địa hình, chức năng, lưu lượng xe, ta kiến

nghị đường có cấp thiết kế là cấp III đồng bằng và đồi

 Xác định tốc độ thiết kế.

- Tốc độ thiết kế là tốc độ dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật của

đường trong trường hợp khó khăn

- Căn cứ vào cấp đường (cấp III), địa hình đồng bằng và đồi, theo bảng 4

của TCVN 4054-05 thì tốc độ thiết kế của tuyến là Vtk = 80 Km/h

II TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CHỦ YẾU CỦA TUYẾN ĐƯỜNG:

1 Các yếu tố mặt cắt ngang:

- Việc bố trí các bộ phận gồm phần xe chạy, lề, dải phân cách, đường bên và

các làn xe phụ (làn phụ leo dốc, làn chuyển tốc) trên mặt cắt ngang đường phải phù hợp với yêu cầu tổ chức giao thông nhằm đảm bảo mọi phương tiện giao thông cùng đi lại được an toàn, thuận lợi và phát huy được hiệu quả khai thác đường

- Tuỳ theo cấp thiết kế của đường và tốc độ thiết kế, việc bố trí các bộ phận

nói trên phải tuân thủ các giải pháp tổ chức giao thông qui định ở Bảng 5 TCVN4054-2005:

+ Không bố trí đường bên, xe đạp và xe thô sơ đi trên lề gia cố

+ Có dải phân cách bên bằng vạch kẻ

+ Không có dải phân cách giữa hai chiều xe chạy

a Khả năng thông xe và số làn xe cần thiết:

- Khả năng thông xe của đường là số phương tiện giao thông lớn nhất có

thể chạy qua một mặt cắt của đường trong một đơn vị thời gian khi xe chạy liên tục

- Khả năng thông xe của đường phụ thuộc vào khả năng thông xe của một

làn xe và số làn xe Khả năng thông xe của một làn lại phụ thuộc vào vận tốc và chế độ xe chạy, nên muốn xác định khả năng thông xe của tuyến đường thì phải xác định khả năng thông xe của một làn

- Việc xác định khả năng thông xe lý thuyết của một làn xe căn cứ vào sơ

đồ giả thuyết các xe chạy phải xét đến vấn đề an toàn là xe chạy nối đuôi nhau cùng tốc độ và xe này cách xe kia một khoảng không đổi đủ để khi xe trước dừng lại hoặc đánh rơi vật gì thì xe sau kịp dừng lại cách một khoảng cách an toàn

- Khoảng cách tối thiểu giữa hai ôtô khi chạy trên đường bằng, khi hãm

tất cả các bánh xe:

Khổ động học của xe:

L = l +l +S +l

Trong đó: l0 = 12m : Chiều dài xe lấy theo bảng 1 TCVN4054-2005(do

xe này chiếm ưu thế trên đường)

lk : Khoảng cách an toàn, lấy lk = 5ml1 : Quãng đường phản ứng của lái xe, l1 = v.t

V = 80 Km/h : Vận tốc thiết kế

t = 1s : Thời gian phản ứng

k = 1.4 : Hệ số sử dụng phanh của xe tải

ϕ = 0.3 : Hệ số bám dọc xét trong điều kiện bất lợi

g = 9.81: Gia tốc trọng trườngi=2%: Độ dốc dọc ở đoạn đường xe hãm phanh

Theo kinh nghiệm quan sát khả năng thông xe trong một giờ chỉ khoảng 0,3

÷0,5 trị số khả năng thông xe lý thuyết.Vậy khả năng thông xe thực tế:

Ntt = 0.5×N = 0.5×484.24 = 242.12 (xe/h)Tuy nhiên trong thực tế khả năng thông xe sẽ sai khác so với khả năng thông xe tính toán do các xe không chạy theo lý thuyết, vận tốc xe chạy sẽ khác nhau Do đó khả năng thông xe thực tế sẽ sai khác rất nhiều so với lý thuyết Theo TCVN 4054-05 (Mục 4.2.2): Khi không có nghiên cứu, tính toán thì khi không có dải phân cách trái chiều và ô tô chạy chung với xe thô sơ thì năng lực thông hành thực tế của 1 làn xe sẽ là :Nlth = 1000 (xcqđ/h/làn)

Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm:

Ncdg = (0.1÷0.12)×Ntbn = 0.1×3664= 366.4 (xe/h)Theo TCVN 4054-2005 số làn xe trên mặt cắt ngang:

lx cdg

lth

N

n = Z.N

Trong đó:

nlx : số làn xe yêu cầu, được lấy tròn đến số nguyên

Ncđg = 366.4 : lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm

Nlth: năng lực thông hành thực tế của 1 làn xe Nlth = 1000 (xcqđ/h/làn)

Z: hệ số sử dụng năng lực thông hành

Vtt = 80 (Km/h) ⇒ Z = 0.55cdg

Theo Bảng 6 TCVN 4054-2005: số làn xe yêu cầu là 2 làn

Vậy ta lấy nlx = 2 làn để thiết kế

b Kích thước mặt cắt ngang đường:

Kích thước xe càng lớn thì bề rộng của 1 làn xe càng lớn, xe có kích thước lớn thì vận tốc nhỏ và ngược lại Vì vậy khi tính bề rộng của 1 làn xe ta phải tính cho trường hợp xe con và xe tải chiếm ưu thế

 Bề rộng một làn xe :

1,2

B = x + c + + y = + x + y

a : Bề rộng thùng xe

2y, 2x: Khoảng cách 2 mép thùng xe chạy ngược chiều

c : khoảng cách 2 tim bánh xe trên 1 trục xe

Theo số liệu thiết kế ta có các kích thước:

•Xe con :

x = 0.5 + 0.005×V = 0.5 + 0.005×80 = 0.9 m (V :Km/h)

Với đường cấp III, V= 80 Km/h và có 2 làn xe thì B1làn xe = 3.5m

Chú ý:Khi thiết kế các kích thước mặt cắt ngang do không có yêu cầu cụ thể thì

các số liệu tính toán trên chỉ mang ý nghĩa tham khảo Các kích thước được chọn phụ thuộc vào quy trình bảng 6

Nên ta chọn B1làn xe = 3.5 m để thiết kế

c Bề rộng mặt đường:

Với đường có 2 làn xe như thiết kế thì Bmặt đường = 2× B1làn xe = 4×3.5 = 7m

d Bề rộng lề đường:

Phần lề đường 2×2,5 m

Trong đó : Phần gia cố 2×2 m

Phần lề không gia cố 2×0.5 m

e Độ dốc ngang của đường:

+ Độ dốc ngang nhỏ nhất chỉ có tác dụng đảm bảo thoát nước cho mặt đường,

do đó bố trí độ dốc ngang phụ thuộc vào loại vật liệu cấu tạo tầng mặt, cụ thể : Vật liệu tốt, bề mặt nhẵn trơn, khả năng thoát nước tốt => độ dốc ngang nhỏ và ngược lại Theo bảng 9 TCVN 4054-2005 :

Loại mặt đường Độ dốc ngang (%)

+ Độ dốc ngang lớn nhất: i nmax ≤i s cmax đối với từng cấp hạng kỹ thuật của đường

Vậy căn cứ vào loại mặt đường ta chọn độ dốc ngang in = 2 %

+ Độ dốc lề đường :

Độ dốc lề gia cố ilề = 2%.

Độ dốc lề không gia cố ilkgc= 4%

f Bề rộng nền đường:

Bnền =Bm + 2.Blề =7+2x2.5 = 12m

2 Xác định các yếu tố kỹ thuật trên bình đồ:

a Xác định độ dốc siêu cao:

Khi xe chạy trên đường cong có bán kính nhỏ, để giảm bớt tác dụng của thành phần lực ngang – lực li tâm, người ta xây dựng cấu tạo mặt đường từ 2 mái về mặt đường một mái và có độ dốc hướng về phía bụng đường cong Đó là độ dốc siêu cao

Theo quy trình TCVN 4054-2005 với Vtt =80 Km/h:

imax

sc = 8% :để xe không bị trượt ngang khi vào đường cong

imin

sc = 2% :đảm bảo thoát nước ngang đường

Độ dốc siêu cao theo bán kính cong nằm và tốc độ thiết kế

≥2500

isc

Không làm siêu cao

b Bán kính đường cong nằm:

Theo bảng 11 TCVN 4054-2005:

Tối thiểu thông thường: 400m

Tối thiểu giới hạn : 250m

Tối thiểu không siêu cao : 2500m

in: Độ dốc ngang của đường Lấy dấu (-) trong trường hợp mặt đường

2 mái bình thường cho trường hợp bất lợi là ở phía lưng đường cong Lấy dấu (+) trong trường hợp có bố trí siêu cao

µ: Trị số lực đẩy ngangTrị số lực đẩy ngang được lấy dựa vào các yếu tố sau :

 Điều kiện chống trượt ngang :µ ϕ≤ n

n

ϕ : Hệ số bám ngang giữa bánh xe với mặt đường, ϕn =(0.6 0.7÷ )ϕ

ϕ : Hệ số bám lực bám tổng hợp Xét trong điều kiện bất lợi của mặt đường (ẩm ướt có bùn đất ) thì ϕ = 0.3 (theo bảng 2-2 TKĐ ÔTÔ tập 1)

=>ϕ0 = 0.6 × 0.3 = 0.18Vậy µ ≤0.18

 Điều kiện ổn định chống lật:

μ ( bΔ )

2.h h

h: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đường

b: Khoảng cách giữa hai tâm bánh xe

Δ = 0.2 × b : Độ di chuyển trọng tâm ôtô khi xe chạy vào đường cong.Đối với những xe tải thường b = 2h nên:

µ ≤ : Hành khách không cảm thấy xe vào đường cong

0.1< ≤µ 0.15 :Hành khách cảm thấy xe vào đường cong0.15< ≤µ 0.2 :Hành khách cảm thấy rất khó chịu khi vào đường cong.0.2< ≤µ 0.3: Hành khách bị dạt về 1 phía khi vào đường cong

 Điều kiện kinh tế:

- Khi xe chạy vào đường cong, dưới tác dụng của lực đẩy ngang, bánh xe quay trong mặt phẳng lệch với hướng xe chạy một góc δ Góc lệch này càng lớn thì tiêu hao nhiên liệu càng nhiều và lốp xe càng nhanh hỏng Theo điều kiện có thể nên chọn hệ số lực đẩy ngang nhỏ nhất µ ≤0.1

- Trường hợp địa hình khó khăn có thể chọn µ =0.15: hệ số lực ngang lớn nhất( cho các trường hợp không thể bố trí đường cong lớn được nên phải đặt đường cong Rmin và bố trí siêu cao)

 Bán kính tối thiểu của đường cong nằm khi có siêu cao 8%:

Kiến nghị chọn theo tiêu chuẩn

 Bán kính tối thiểu của đường cong nằm khi có siêu cao 2%:

Theo Bảng 13 TCVN 4054-2005: Rminsc = 650 m

Kiến nghị chọn theo tiêu chuẩn

 Bán kính tối thiểu của đường cong nằm khi không có siêu cao:

2 min

sc

v

R =

127μ+iKhi đặt đường cong bằng không gây chi phí lớn µ =0,08

Khi không bố trí siêu cao ⇒ trắc ngang 2 mái isc = -in

Kiến nghị chọn theo tiêu chuẩn

Theo Bảng 11 TCVN 4054-2005:

Chỉ trong trường hợp khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu, khuyến khích dùng bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường trở lên và luôn tận dụng địa hình để đảm bảo chất lường xe chạy tốt nhất

c Đoạn nối siêu cao – đường cong chuyển tiếp:

Để dẫn ôtô từ đường thẳng vào đường cong có độ cong không đổi một cách êm thuận cần phải bố trí đường cong chuyển tiếp ở hai đầu đường cong sao cho phù hợp với quỹ đạo xe chạy Chiều dài đường cong chuyển tiếp phải đủ để cho lực ly tâm tăng lên dần dần từ đường thẳng vào đường cong, tránh sự tăng lực ly tâm quá nhanh và đột ngột Với Vtk = 80 Km/h > 60 Km/h nên phải bố trí đường cong chuyển tiếp

• Xác định chiều dài tối thiểu của đường cong chuyển tiếp :

+ Điều kiện 1: Tốc độ tăng cường độ lực li tâm phải tăng lên 1 cách từ từ.

3 tk ct

V

L = 23.5×R với V(Km/h)

- Đối với bán kính đường cong bằng tối thiểu ứng với siêu cao 8%: R = 250m

=> ct 3

80

L = 23.5×250 = 87.15m

- Đối với bán kính đường cong bằng tối thiểu thông thường: R = 400m

=> ct 3

80

L = 23.5×400 = 54.47 m

- Đối với bán kính đường cong bằng tối thiểu không cần siêu cao: R = 2500m

=> ct 3

80

L = 23.5×2500 = 8.71 m

+ Điều kiện 2: Khi bố trí đường cong chuyển tiếp thông số clotoic phải thỏa A> R3

+ Điều kiện 3:Chiều dài đường cong chuyển tiếp đủ để bố trí đoạn nối siêu cao:

- Đốivới trường hợp thiết kế bán kính tối thiểu thông thường 400m, isc=5%

B: bề rộng của mặt đường xe chạy; B = 12m

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

ip: độ dốc phụ thêm; ip = 0.5% (Vtk = 80 Km/h > 60 Km/h)

=> L = max(Lnsc, Lct) = 120m

+ Điều kiện 4: Chiều dài đường cong chuyển tiếp lớn nhất : max

L = 2R.j

L 1

e2 e1

ϕ = ; Với α :góc chuyển hướng( rad)

Khi bố trí đường cong chuyển tiếp cần phải kiểm tra max

L ≤LNếu điều kiện trên không thỏa thì cần tăng bán kính R và tính lại Lct

d Tính toán độ mở rộng trong đường cong ∆:

Khi xe chạy trong đường cong, quỹ đạo xe chạy sẽ khác với khi xe chạy ngoài đường thẳng Xe sẽ chiếm bề rộng mặt đường lớn hơn, do đó với những đường cong bán kính nhỏ cần phải tính độ mở rộng mặt đường trong đường cong Độ mở rộng được bố trí ở phía lưng và bụng đường cong, khi gặp khó khăn có thể bố trí một bên, phía lưng hay bụng đường cong Đoạn nối mở rộng được bố trí trên đoạn nối siêu cao hay đường cong chuyển tiếp, khi không có 2 yếu tố này, đoạn nối mở rộng được cấu tạo:

+ ½ nằm trên đoạn thẳng, ½ nằm trên đường cong

+ Mở rộng đều tuyến tính, mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu 10 m

2 w

l: khoảng cách từ đầu xe đến trục sau bánh xe Lấy theo xe tải l = 6.5+1.5 = 8 m

R = 250 m bán kính đường cong bằng phải bố trí độ mở rộng

Đường có hai làn xe ⇒ ∆ = 2×ew = 2×0.38 = 0.76 m

 Kết luận : Theo quy trình TCVN 4054 – 2005 bảng 12 tr.20, độ mở rộng cho

đường có 2 làn xe sẽ là ∆ = 0.76 m với R = 250m Nếu chọn bán kính R > 250m thì ∆ = 0 m

e Xác định đoạn chêm m giữa 2 đường cong

• Hai đường cong cùng chiều:

Để bố trí đường cong chuyển tiếp thì chiều dài đoạn chêm không nhỏ hơn 2V (m), V là tốc độ tính toán (Km/h)

Khi hai đường cong có siêu cao thì đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí hai nửa đường cong chuyển tiếp

TH3: Khi 2 đường cong có bố trí siêu cao khác nhau thì đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí 2 đường cong chuyển tiếp

TH4: Sau khi bố trí đoạn chêm thì còn dư 1 đoạn ngắn ở giữa thì có thể bố trí mặt cắt ngang dạng 1 mái để chuyển tiếp sang đường cong bên kia

• Hai đường cong ngược chiều:

Khi hai đường cong có siêu cao thì yêu cầu tối thiểu là có một đoạn chêm, chiều dài tối thiểu đoạn chêm lớn hơn tổng hai nữa đường cong chuyển tiếp

Giữa hai đường cong tròn ngược chiều phải đảm bảo đoạn chêm lớn hơn 200 m

= > Lchêmngượcchiều = max(2L min ; >200)

TH1: Hai đường cong ngược chiều có bán kính lớn không có bố trí siêu cao

thì có thể nối trực tiếp với nhau được

TH2 : Hai đường cong ngược chiều có siêu cao thì phải có đoạn chêm m.

f Tính toán tầm nhìn xe chạy

 Tầm nhìn 1 chiều (tầm nhìn hãm xe) : Đoạn đường đủ để người lái xe nhìn

thấy chướng ngại vật sau đó thực hiện hãm phanh và dừng cách vị trí vật cản 1 đoạn an toàn lk Đây là yếu tố để xác định bán kính đường cong đứng sau này

S1

o d

2

)i(254

Vk6

.3

V

−ϕ

×

×+

=

Trong đó:

ϕd = 0.5 với tình trạng mặt đường thuận lợi.

K: hệ số sử dụng phanh

Xe tải lấy k =1.3 1.4 ÷ , xe con k =1.2

Xe tải có thành phần lớn nên lấy k = 1.4

l0 = 5 ÷ 10m: khoảng cách an toàn trước chướng ngại vật cố định

TĐ1

Đ1

m TC1

Lấy l0 = 5m trong thiết kế

i = 5% : độ dốc dọc lớn nhất ở đoạn đường xe thực hiện hãm phanh

Vtk = 80 Km/h

Vậy: S1 = 3.6 254 (0.5 0.05)80 + 1.4 80× 2

Theo TCVN 4054-05 (Bảng 10 tr.19):S = 100m Vậy ta chọn S1 = 110m

 Tầm nhìn thấy xe ngược chiều :

S2

Sơ đồ này thường gặp trên đường có 1 làn xe hay đường không đủ rộng, 2

xe nhìn thấy nhau và kịp thời dừng lại cách nhau 1 khoảng an toàn lk Chú ý là trên đường dốc đối với xe này là xuống dốc thì đối với xe ngược chiều lại là lên dốc

Các chỉ số lay như trên ta có :

Svx : tầm nhìn vượt xe (m).

V1 , V2 , V3 : vận tốc xe chạy của các xe 1 , 2 , 3 (Km/h)

k1 = 1.2 ( hệ số hãm phanh của xe con)

lat = 5m (khoảng cách an toàn)

l4 = 6m (chiều dài xe con)

 Mở rộng tầm nhìn trên đường cong nằm:

Khi xe chạy vào đường cong, những xe chạy ở phía bụng đường cong tầm nhìn sẽ bị hạn chế, do đó cần phải dỡ bỏ các chướng ngại vật trong đường cong để người lái xe có thể điều khiển xe chạy an toàn

Đào bỏ

0.7m

Mép trong phần xe chạy Đường bao tia nhìn

6 5

11

8 910

15 144 3

12

16 5 6 9

7 8 10 11

16 15 14 13

Xác định độ mở rộng tầm nhìn theo phương pháp đồ giải

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 vậtTính Z theo phương pháp giải tích:

- Khi chiều dài tầm nhìnS1 < chiều dài cung tròn K:

απ

α góc chuyển hướng

3 Xác định các yếu tố kĩ thuật trên trắc dọc:

a Xác định độ dốc dọc lớn nhất: keo bam

i = min (i ,i )