CHƯƠNG 2 CÁC HẠNG VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN

Xác định cấp hạng kỹ thuật: Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế tuyến đường qua hai điểm C -D, căn cứ vào mục đích và ý nghĩa của việc xây dựng tuyến C - D, cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường dự

Chương 2: CẤP HẠNG VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA TUYẾN

I Xác định cấp hạng kỹ thuật:

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế tuyến đường qua hai điểm C -D, căn cứ vào mục đích và ý nghĩa của việc xây dựng tuyến C - D, cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường dựa vào các yếu tố sau:

- Giao thông đúng với chức năng của đường trong mạng lưới giao thông

- Địa hình khu vực tuyến đi qua

- Hiệu quả tốt về kinh tế, chính trị, xã hội của tuyến

- Khả năng khai thác của tuyến khi đưa vào sử dụng trong điều kiện nhất định

- Lưu lượng xe thiết kế

1 Tính lưu lượng xe thiết kế:

1.1 Số liệu thiết kế ban đầu gồm:

Bản đồ tỷ lệ 1:10000

Độ chênh cao giữa hai đường đồng mức : ∆h = 5m

Lưu lượng xe chạy vào thời điểm năm thứ 15 : N15 = 2190 (xe/ngày đêm) Mức tăng xe hàng năm p = 10%

Thành phần xe chạy:

Xe tải nhẹ : 20%

Xe tải nặng :20%

Dựa vào bình đồ tuyến và độ dốc ngang phổ biến của sườn dốc (Isd

>30%), ta xác định địa hình thuộc dạng miền núi với năm thiết kế đối với đường miền núi là 15 năm

Lưu lượng xe thiết kế : lưu lượng xe thiết kế là số xe con quy đổi từ các loại xe

khác, thông qua một mặt cắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tính toán tương lai Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi đưa đường vào sử dụng đối với

đường cấp I và II; năm thứ 15 đối với đường cấp III và IV; năm thứ 10 đối với đường cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo

2 Xác định cấp hạng kỹ thuật :

2.1.Lưu lượng xe thiết kế:

Hệ số quy đổi dựa vào Bảng 2 TCVN 4054-05.

Loại xe Tỷ lệ

(%)

Số lượng xe thứ i (Ni)

Hệ số quy đổi

ra xe con (ai)

Số xe con quy đổi

Xe con 35 766.5 1 766.5

Xe tải nhẹ 20 438 2.5 1095

Xe tải trung 25 547.5 2.5 1369

Xe tải nặng 20 438 3 1314

Vậy tổng số xe con quy đổi ở năm thứ 15 là: N15qđ = 4544 (xcqđ/ngđ)

2.2.Xác định cấp hạng kỹ thuật :

Lưu lượng xe thiết kế ở năm thứ 15 là 3000<4544<6000 (xcqđ/ngđ) , theo điều 3.3.1 (TCVN4054-05) ta kiến nghị đường có cấp thiết kế là cấp III miền núi

• Chọn lưu lượng xe thiết kế:

Với lưu lượng xe thiết kế năm thứ 15 là 4544 < 6000 (xcqd/ngd) Vì thế theo điều 3.3.1 và bảng 3 của TCVN4054-05, ta kiến nghị đường có cấp thiết kế là cấp III miền núi

• Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm:

Tuyến không có số liệu thống kê cụ thể và cũng không có những nguyên cứu đặc biệt nên theo TCVN 4050 – 05 thì Ngcđ được xác định gần đúng như sau:

N =(0.1 0.12)N÷ (xcqđ/h) (2-3) Đây là tuyến thuộc vùng cao nên lưu lượng xe tập trung giờ cao điểm không lớn Vậy chọn:

Ngcd = 0,1 x Nt = 0,1 x 4544 = 455 (xcqđ/h)

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 vùng núi, theo bảng 4 của TCVN 4054-05 thì tốc độ thiết kế của tuyến là Vtk = 60 km/h

II Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của tuyến đường:

1 Các yếu tố mặt cắt ngang:

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 thộc 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:

k h

o l l S l

Trong đó:

lo = 12m : Chiều dài xe (do xe tải là xe chiếm ưu thế nên ta chọn chiều dài là chiều dài xe tải để tính toán)

lk : Cự ly an toàn, lk = 5m l1 : Quãng đường phản ứng của lái xe, l1 = v.t

v = 60km/h : Vận tốc thiết kế

t = 1s : Thời gian phản ứng

L

0

l1

Sh : Cự ly hãm: ϕ

2

2

g

v k

S h = 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 trường

k

g

kv v l

→

ϕ 2

2 0

với v(m/s) Khả năng thông xe lý thuyết của một làn:

Với v(m/s)

o

L

v

Với v(km/h)

736 /

60 1.4 60

v

ϕ

×

×

× 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 = 0.5N = 0.5 x 736 = 368 (xe/h) Số làn xe cần thiết:

gcd 455

1.24 368

tt

N n N

Theo TCVN 4054-2005 số làn xe trên mặt cắt ngang:

lth

cdg lx

N z

N n

= Trong đó:

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

Ncđg : lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm

Ncđg = 0.1*Ntbn = 0.1x4544 = 455 (xcqđ/h) Nlth: năng lực thông hành thực tế của 1 làn xe Khi không có nghiên cứu, tính toán có thể lấy như sau: khi không có dải phân cách giữa phần xe chạy trái chiều và ôtô chạy chung với xe thô sơ

Nlth = 1000 (xcqđ/h/làn) Z: hệ số sử dụng năng lực thông hành

Vtt = 60 (Km/h)⇒ Z = 0.77 lx

0.77 1000

cđg lth

Theo bảng 6, 4054-2005: số làn xe tối thiểu là 2 làn cho đường cấp III Vậy ta lấy nlx = 2 làn để thiết kế

b Chiều rộng làn xe:

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 làn xe ngoài cùng:

y x 2

c a

B1 = + + 1 + a: bề rộng thùng xe c: khoảng cách giữa tim 2 dãy bánh xe x: khoảng cách giữa mép thùng xe với làn xe bên cạnh

3

x = 0.5 + 0.005×v (làn xe bên cạnh là ngược chiều) 2

1 x

x = = 0.35 + 0.005×v (làn xe bên cạnh là cùng chiều) y: khoảng cách giữa tim bánh xe ngoài cùng đến mép mặt đường

y = 0.5 + 0.005×v Đối với xe con:

1

x = 0.35 + 0.005×v=0.5+0.005×60=0.65m

y = 0.5 + 0.005×60 = 0.8m

a = 1.8m , c = 1.42m

1.8 1.42

2

+

Đối với xe tải ưu thế:

1

x = 0.35 + 0.005×v=0.5+0.005×60=0.65m

y = 0.5 + 0.005×60= 0.8m

a = 2.5m , c = 1.8m

1

2.5 1.8

2

+

 Bề trọng làn xe phía trong:

B = a + x +x

Đối với xe con:

2

B =1.8 0.65 0.8 3.25m+ + =

Đối với xe tải ưu thế:

2

B =2.5 0.9 0.9 3.95m+ + =

Theo bảng 6 TCVN4054-2005 chiều rộng tối thiểu của 1 làn xe 3m Tính toán thì ở trạng thái bất lợi nhất và vì lợi ích kinh tế nên ta có thể chọn theo bề rộng tối thiểu theo quy trình

Kiến nghị chọn B1 =B2 =B = 3m

c Chiều rộng mặt đường:

Bm =n.B = 2 x 3 =6 m Độ dốc ngang mặt đường i= 2% (tuỳ theo loại vật liệu làm áo đường)

d Chiều rộng lề đường:

Theo Bảng 6 TCVN 4054-2005, với đường cấp III, chiều rộng lề đường: Blề =2x1.5 m

Kiến nghị gia cố toàn bộ lề Chọn: ilgc = imặt = 2%

e Chiều rộng nền đường:

Bnền =Bm + 2.Bb+ 2.Blề =6+3=9m

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

a Siêu cao và tính toán độ dốc siêu cao:

Khi xe chạy trên đường cong có bán kính nhỏ, dưới tác dụng của lực li tâm làm cho điều kiện ổn định của xe chạy trên làn phía long đường cong kém đi Để tăng ổn định khi xe chạy trên làn này, người ta xây dựng mặt đường một mái

ngiêng về phía bụng đường cong gọi là siêu cao Độ dốc của mặt đường này gọi là độ dốc siêu cao

Quy trình quy định độ dốc siêu cao cho một khoảng giá trị bán kính tuỳ thuộc vào vận tốc tính toán Kiến nghị chọn isc theo quy trình TCVN 4054-2005 với Vtt =60km/h

Bảng 13: Độ dốc siêu cao tối thiểu theo bán kính cong nằm

R (m) 125

÷150

150

÷175

175

÷200

200

÷250

250

÷300

300

siêu cao

b Bán kính đường cong nằm:

) (

127

2

n

i

v R

±

=

µ Trong đó:

in: Độ dốc ngang của đường Lấy dấu (-) trong trường hợp không bố trí siêu cao Lấy dấu (+) trong trường hợp có bố trí siêu cao

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

• Điều kiện chống trượt ngang µ ≤ϕ0

0

ϕ : Hệ số bám ngang giữa bánh xe với mặt đường, ϕ0 =(0.6÷0.7)ϕ

ϕ : Hệ số bám dọc Xét trong điều kiện bất lợi của mặt đường (ẩm ướt có bùn đất ) thì ϕ = 0.3

 ϕ0 = 0.6 x 0.3 = 0.18

Vậy µ ≤0.18

• Điều kiện ổn định chống lật:

h

b

2

≤ µ h: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đường b: Khoảng cách giữa hai tâm bánh xe

Đối với những xe hiện đại thường b ≤ 2h nên: µ ≤1: trị số này biểu hiện mức độ ổn định chống lật rất cao so với ổn định chống trượt

• Điều kiện êm thuận đối với hành khách :

Theo điều tra xã hội học cho thấy:

1

≤

ϕ : Hành khách không cảm thấy có đường cong :

1

≤

ϕ Hành khách cảm thấy xe vào đường cong

: 20 0

=

ϕ Hành khách cảm thấy rất khó chịu

: 30 0

=

ϕ Hành khách cảm thấy bị lật

• 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 này hệ số lực đẩy ngang khống chế là µ =0.1

Căn cứ vào những điều kiện trên chọn µ =0.15( cho các trường hợp phải đặt đường cong Rmin để giảm chi phí xây dựng, nghĩa là trong điều kiện địa hình khó khăn)

 Bán kính tối thiểu của đường cong nằm khi có siêu cao 7%:

min

max

60

128.85

127 sc 127 0.15 0.07

v

i

µ

Theo Bảng 13 TCVN 4054-2005: Rminsc = 125m

Kiến nghị chọn theo tiêu chuẩn

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

min

max

60

166.74

127 sc 127 0.15 0.02

v

i

µ

Theo TCVN 4054-2005: Rminsc = 300m

Kiến nghị chọn theo tiêu chuẩn

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

( i sc)

v R

+

= µ 127

2 min

Khi đặt đường cong bằng không gây chi phí lớn µ =0,08

Khi không bố trí siêu cao ⇒ trắc ngang 2 mái isc = -in =-0.02

min

60

472.44

127 0.08 n 127 0.08 0.02

v

i

Theo TCVN 4054-2005: Rminksc= 1500m

Kiến nghị chọn theo tiêu chuẩn.

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 = 60km/h, phải bố trí đường cong chuyển tiếp

XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TỐI THIỂU CỦA ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP : + Điều kiện 1:

Là điều kiện tăng cường độ của gia tốc li tâm 1 cách từ từ, ở đầu đường thẳng bán kính ρ =∞,a lt =0, khi bắt đầu vào đường cong bán kính

R

v a

=

Gọi I là cường độ tăng của gia tốc li tâm(m/s3) theo qui trình VN thì I=0.5m/s3 Thời gian ôtô chạy trên đoạn đường cong chuyển tiếp:

RI

v I

a

Mà

v

L

23.5

ct

L

→ = = với v(m/s)

3 ct

v L

23.5* R

với v(km/h)

R = 125m: bán kính đường cong bằng nhỏ nhất trong đoạn nối siêu cao 7%

3 ct

60

23.5 125

+ Điều kiện 2:

3

R

A>

A: thông số clôtoit A= RL ct

3

ct

R RL

13.89

+ Điều kiện 3:

Đủ Để Bố Trí Đoạn Nối Siêu Cao:

lg lg

( c) * sc c* n

nsc

p

L

i

=

Trong đó : + isc =7% : độ dốc siêu cao thiết kế

+ in = 2% : độ dốc ngang của mặt đường + ip = 0.5% : độ dốc phụ lớn nhất đối với đường có vtt≥60Km/h min (6 3) 0.07 3 0.02

114 0.005

nsc

 Chiều dài đường cong nhỏ nhất

LCT=max { (1),(2),(3) } Chọn : LCT = 114(m)

Theo TCVN 4054-2005, đoạn nối siêu cao được bố trí trùng với đường công chuyển tiếp, chiều dài đoạn nối siêu cao hoặc chiều dài đường cong chuyển tiếp tối thiểu lấy như sau:

Bảng 14: Chiều dài đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào bán kính cong nằm

R (m) 125

÷150

150

÷175

175

÷200

200

÷250

250

÷300

300

-Kiến nghị tính theo tiêu chuẩn

d Tính toán độ mở rộng trong đường cong ∆:

Khi xe chạy trong đường cong, quỹ đạo bánh xe trước và bánh xe sau không trùng nhau, vì vậy chiều rộng dải đường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn so với khi xe chạy trên đường thẳng Do vậy, ở các đường cong có bán kính nhỏ cần mở rộng phần xe chạy

Độ mở rộng cho một làn xe được xác định như sau:

m

, R

0,05.V 2R

L e

2

=

Hình 2.1 Sơ đồ xác định độ mở rộng làn xe trong đường cong

Trong đó:

LA là chiều dài từ đầu xe đến trục bánh xe, LA = 8m

R là bán kính đường cong tròn (m)

V là tốc độ xe chạy, V = 60(km/h) Theo TCVN 4054-2005 bảng 12

Tính toán Tiêu chuẩn

-Bảng 2.1 Độ mở rộng phần xe chạy có hai làn xe

m

R

o1

1

2

Bố trí đoạn nối mở rộng theo điều 5.4.3 và điều 5.4.5 TCVN 4054-05:

o Độ mở rộng bố trí ở bụng đường cong, khi gặp khó khăn thì bố trí cả hai bên đường cong

o Độ mở rộng bố trí trùng với đoạn nối siêu cao và đường cong chuyển tiếp, khi không có hai đường này thì: bố trí một nữa nằm trên đường thẳng và một nữa nằm trên đường cong; mở rộng tuyến tính theo tỉ lệ 1:10

◊ Chiều rộng nền đường :

Trên đoạn thẳng: B = Bnđ + Blề = 6 + 1.5×2 = 9 m

Trên đoạn cong B = Bnđ + e+ Blề = 6 + e + 1.5×2 = 9+e

Xác định đoạn chêm m giữa 2 đường cong

Khi 2 đường cong (cùng chiều hay ngược chiều) không bố trí siêu cao, chúng ta có thể nối trực tiếp với nhau Khi 2 đường cong có bố trí siêu cao thì đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí 2 đường cong chuyển tiếp

Đối với hai đường cong cùng chiều: m ≥ L1 L2

K .

L CT

e

0

S 1

l

t

Đối với hai đường cong ngược chiều: m ≥ L1 L2

Chọn giá trị m≥ L1 L2

e Tính toán tầm nhìn xe chạy

Khi xe chạy trên đường cần phải nhìn rõ 1 đoạn đường phía trước để kịp thời xử lí các tình huống Đoạn đường đó gọi là tầm nhìn

 Tầm nhìn 1 chiều (tầm nhìn hãm xe)

Là 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

S = l +S +l 1 1 h k

Trong đó :

l1 : Quãng đường phản ứng tâm lý

Sh : Cự ly hãm phanh

l =5m : Khoảng cách an toàn trước chướng ngại vật cố định k

k=1.4 : Hệ số sử dụng phanh đối với xe tải

ϕ= 0,5: Hệ số bám dọc,xét trong điều kiện bình thường là mặt đường khô sạch

i : độ dốc dọc ở đoạn đường xe thực hiện hãm phanh Lấy dấu (+) khi xe leo dốc, dấu (-)ø khi xe xuống dốc Ở đây i = 0.07%

2

k v

2 (g ϕ i)

±

Với v(km/h)

2

3.6 254 (ϕ i)

±

2 1

×

×

Theo Bảng 10 TCVN 4054-2005: S1 = 75m

Vậy chọn S1= 75m để thiết kế

 Tầm nhìn 2 chiều :

Là đoạn đường để 2 xe chạy ngược chiều nhau trên cùng 1 làn xe và 2 tài xế cùng thấy nhau , cùng thực hiện hãm phanh và cùng dừng lại cách nhau 1 khoảng an toàn lk.Như vậy, chiều dài tầm nhìn theo sơ đồ 2 bằng 2 lần tầm nhìn theo sơ đồ 1 Chú ý là trên đường dốc đối với xe này là xuống dốc thì đối với xe ngược chiều lại là lên dốc

Đây là điều khó có thể xảy ra vì đường có 4 làn xe và có dải phân cách giữa, nhưng cũng có trường hợp lái xe vô kĩ luật, say rượu tuy rất hãn hữu nhưng vẫn phải xem xét và dùng để tính toán bán kính đường cong đứng

0 2 1 2 1

2 l l S S l

0

2 2

2 1 2

1 2

) ( 2 ) (

kv i

g

kv v

v

± +

+

=

→

 ϕ ϕ

Trường hợp v1 =v2 =v

0 2 2

2

2

) (

i g

kv v

− +

=

→

ϕ ϕ

60 1.4 60 0.5

5 119.3 1.8 127( ) o 1.8 127 (0.5 0.07 )

i

ϕ ϕ

Theo bảng 10 ,TCVN 4054-05 : S2 = 150m

Chọn S2 = 150m

 Tầm nhìn vượt xe :

Là đoạn đường có chiều dài đủ để người lái xe ở phía sau vượt qua xe tải cùng chiều ở phía trước bằng cách đi qua làn xe chạy ngược chiều khi thực hiện vượt xe

Khi đường có dải phân cách trung tâm, trường hợp này không thể xảy ra, tuy vậy trên đường cấp cao,tầm nhìn này vẫn phải kiểm tra nhưng với ý nghĩa là bảo đảm 1 chiều dài nhìn được cho lái xe an tâm chạy với tốc độ cao

1 1 2

63.5( )

i

φ

+

± Giả sử xe chạy với tốc độ tính toán 60km/h cần vượt xe tải chạy 40km/h cần một tầm nhìn:

4

60(60 40)

5 194 63.5(0.5)

Chọn S4 = 194m