Bài Giảng Thiết Kế Đường Ô Tô Tập 1

Thiết kế đường ô tô là môn học chuyên ngành trong chương trình đào tạo kỹ thuật viên ngành cầu đường bộ. Nội dung môn học nghiên cứu các nguyên lý và phương pháp thiết kế tuyến đường, các công trình trên đường để đảm bảo cho đường ô tô thực hiện vai trò của nó trong hệ thống giao thông vận tải một cách tốt nhất.

CHƯƠNG 1

1.1 Vai trị của đường ơ tơ trong giao thơng vận tải và trong hệ thống khai thác vận tải ơ tơ.

1.1.1 Vai trị của đường ơ tơ trong giao thơng vận tải:

Vận tải trên đường ơ tơ là một bộ phận quan trọng của mạng lưới giao thơng vận tải nĩi chung của mỗi nước bao gồm giao thơng đường sắt, đường thủy (sơng và biển), đường bộ và đường hàng khơng Vận tải trên đường ơ tơ cĩ những đặc điểm sau:

- Cĩ tính cơ động cao, điều động xe cộ nhanh chĩng

- Cĩ thể vận chuyển trực tiếp từ chỗ lấy hàng đến nơi quy định, khơng cần phải cĩ phương tiện vận chuyển và bốc dỡ trung gian, tiện lợi trong vận chuyển ngắn

- Thích ứng với địa hình vùng núi khĩ khăn, ít phụ thuộc hướng cố định do đĩ với một mạng lưới giao thơng thích hợp cĩ thể đáp ứng nhu cầu vận tải đến những vùng xa xơi hẻo lánh

- Tốc độ vận tải trên đường ơ tơ cũng khá nhanh, nhanh hơn đường thủy và tương đương với đường sắt

- Cĩ thể sử dụng hỗn hợp cho nhiều loại phương tiện vận tải (kể cả vận tải thơ sơ)

Chính vì những đặc điểm cĩ ý nghĩa trên nên đường ơ tơ là một bộ phận khơng thể thiếu trong mạng lưới giao thơng vận tải của mỗi nước

Mặc dù cĩ ý nghĩa quan trọng như vậy, song việc vận tải trên đường ơ tơ vẫn cĩ những nhược điểm:

- Do tải trọng chở được ít, lại tốn nhiên liệu nên giá thành vận chuyển ơ tơ cao hơn so với đường sắt và đường thủy, nhất

- Mơi trường xung quanh đường ơ tơ ngày càng bị xấu đi do khí thải, bụi bẩn và tiếng ồn của ơ tơ gây ra

- Nạn ùn tắc giao thơng ở các đường đơ thị ngày càng phổ biến, làm cho tốc độ ơ tơ giảm xuống, giá thành vận tải tăng lên

Do đĩ trong cơng tác thiết kế đường, người kỹ sư luơn tìm cách hạn chế thấp nhất các nhược điểm nĩi trên của đường ơ tơ.

1.1.2 Vai trị của đường ơ tơ trong hệ thống khai thác vận tải ơ tơ:

Đường ơ tơ là một bộ phận quan trọng trong hệ thống khai thác vận tải ơ tơ bao gồm: người lái xe, ơtơ, đường ơ tơ và mơi trường bên ngồi Các yếu tố này cĩ mối quan hệ mật thiết với nhau cho nên người làm cơng tác thiết kế đường cần phải nắm vững để thiết kế đường được tốt hơn

- Mối quan hệ “ô tô – đường ô tô”:

Mối quan hệ này cho biết tác động của ô tô lên đường khi xe chạy từ đó có những đề xuất phù hợp đối vơí các yếu tố kỹ thuật của đường mà ta cần thiết

kế nhằm đảm bảo cho điều kiện xe chạy nhất là về mặt động lực ( để xác định được độ dốc tối đa là bao nhiêu…)

- Mối quan hệ : “ Môi trường xung quanh – đường ôtô”

Tức là vấn đề địa hình địa mạo, địa chất, thủy văn, khí hậu ảnh hưởng đến đường như thế nào ? Từ

đó giúp ta xác định vị trí tuyến đường và chọn các biện pháp kỹ thuât cho phù hơp ( đi tuyến như thế nào cho hài hòa nhất, kinh tế nhất, xử lý các hiện tượng như xói ngầm,…)

- Mối quan hệ : “ Môi trường xung quanh – người lái xe”

Môi trường xung quanh ở đây bao gồm cả bản thân con đường có ảnh hưởng trực tiếp đến tâm – sinh lý người lái xe Trên cơ sở đó người thiết kế tạo ra môi trường thích hợp để người lái xe làm việc được tốt

- Mối quan hệ : “ Đường ôtô – ôtô”

Mối quan hệ này xét đến ảnh hưởng của đường ôtô vơí chất lượng khai thác sử dụng đường trong công việc vận tải ôtô như tiêu hao nhiên liệu, tốc độ, năng suất của ôtô

1.2 Tuyến đường và các bộ phận cơ bản của tuyến đường:

Đường ô tô bao gồm các đoạn đường thẳng, đường cong phẳng và đường cong không gian; trong đó có các công trình, các trang thiết bị dùng cho xe chạy và để phục vụ giao thông trên đường

Để thể hiện một con đường trên bản vẽ, thường dùng 3 hình chiếu:

- Hình chiếu bằng (bình đồ tuyến đường)

- Hình chiếu đứng (mặt cắt dọc – trắc dọc tuyến đường)

- Hình chiếu cạnh (mặt cắt ngang – trắc ngang tuyến đường)

1.2.1 Bình đồ:

Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường, địa hình, địa vật

Trong bình đồ, tuyến đường được thể hiện bằng một nét mảnh hay thể hiện chi tiết ( bề rộng mặt đường, nền đường, chân mái dốc taluy, rãnh đỉnh, rãnh biên) là tuỳ thuộc vào giai đoạn thiết kế Còn địa hình được thể hiện bằng các đường đồng mức, địa vật được thể hiện bằng các ký hiệu riêng biệt ( ví dụ: cột điện, cây cối, công trình nhà cửa…) và các ký hiệu này được ghi chú trong bản vẽ

Phép chiếu được thực hiện bằng cách đo chiều dài bằng thước thép đặt theo phương nằm ngang, còn góc chuyển hướng được đo theo góc bằng Vì vậy cự ly giữa các cọc là chiều dài tim tuyến đường trong mặt phẳng bằng

Tuỳ theo yêu cầu thể hiện ở từng giai đoạn thiết kế hay mục đích thể hiện mà bình đồ có những tỷ lệ khác nhau:

1/50.000, 1/20.000, 1/1000, 1/500

Hình dạng của tuyến đường có hai dạng:

Khi V < 60 Km/h, tuyến đường bao các đoạn thẳng và các đoạn đường cong tròn nối tiếp nhau

Khi V ≥ 60 Km/h, tuyến đường đoạn thẳng, đường cong chuyển tiếp, đường cong tròn, đường cong chuyển tiếp, đoạn thẳng nối tiếp nhau

Tuyến đường hoàn toàn được xác định trên bình đồ (tức là hoàn toàn xác định trên thực địa) nhờ các yếu tố sau:

+ Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên

+ Các góc ngoặt 1, 2, 3, … ở các chỗ đổi hướng tuyến

+ Chiều dài các đoạn thẳng

+ Các yếu tố của đường cong như: góc ngoặt , bán kính đường cong R, chiều dài tiếp tuyến T, chiều dài cung tròn K và chiều dài phân cự p (Hình 1.2)

Tất cả các yếu tố trên được đánh dấu trên thực địa bằng các cọc đánh dấu lý trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc Hn

n=1…9 ở mỗi Km), và các cọc đặt ở những chỗ địa hình thay đổi (cọc địa hình ký hiệu là cọc Cn , n=1…1000 được đóng tại chỗ tuyến cắt qua các đường phân thủy, đường tụ thủy, những điểm đổi dốc của mặt đất, độ dốc ngang của sườn thay đổi và tại những vị trí cọc chi tiết quy định)

Tuyến đường hoàn toàn được xác định trên bình đồ (tức là hoàn toàn xác định trên thực địa) nhờ các yếu tố sau:

+ Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên

+ Các góc ngoặt 1, 2, 3, … ở các chỗ đổi hướng tuyến.

+ Chiều dài các đoạn thẳng

+ Các yếu tố của đường cong như: góc ngoặt , bán kính đường cong R, chiều dài tiếp tuyến T, chiều dài cung tròn K và chiều dài phân cự p (Hình 1.2)

Tất cả các yếu tố trên được đánh dấu trên thực địa bằng các cọc đánh dấu lý trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc Hn

n=1…9 ở mỗi Km), và các cọc đặt ở những chỗ địa hình thay đổi (cọc địa hình ký hiệu là cọc Cn , n=1…1000 được đóng tại chỗ tuyến cắt qua các đường phân thủy, đường tụ thủy, những điểm đổi dốc của mặt đất, độ dốc ngang của sườn thay đổi và tại những vị trí cọc chi tiết quy định)

1.2.2 Mặt cắt dọc:

Mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đem “duỗi thẳng” được gọi là trắc dọc

Để thể hiện rõ sự mấp mô của tuyến đường, người ta quy định rõ tỉ lệ theo phương đứng gấp 10 lần tỉ lệ theo phương ngang (Hình 1.1.b): ví dụ trong thiết kế cơ sở, tỉ lệ theo phương đứng 1/1.000, tỉ lệ theo phương ngang 1/10.000; trong thiết kế kỹ thuật,

tỉ lệ theo phương đứng 1/100, tỉ lệ theo phương ngang 1/1.000 Cự ly giữa các cọc ghi trong mặt cắt dọc là cự ly của hình chiếu của các cọc đó trong mặt phẳng bằng

Trong bản vẽ mặt cắt dọc phải thể hiện:

- Đường đen là đường thể hiện cao độ mặt đất tự nhiên tại tim đường

- Đường đỏ là đường thể hiện cao độ thiết kế ở tim hay mép nền đường

Ở các chỗ đổi dốc, đường đỏ phải được thiết kế nối dốc bằng các đường cong đứng lồi hoặc lõm Đường đỏ xác định nhờ các yếu tố:

+ Cao độ đường đỏ tại điểm đầu tuyến

+ Độ dốc dọc (id) và chiều dài các đoạn dốc

+ Đường cong đứng chỗ đổi dốc với các yếu tố của nó

Độ dốc dọc trong đường ô tô được hiểu như sau:

- Công trình thoát nước: loại công trình, vị trí, khẩu độ, mực nước dâng trước công trình Cao độ và độ dốc của rãnh tháo, rãnh dọc ở bên trái và bên phải mặt cắt dọc.

1.2.3 Mặt cắt ngang:

Là mặt cắt thẳng đứng vuông góc với tim đường ở mỗi điểm trên tuyến (ở vị trí các cọc) (Hình 1.1.c)

Khoảng cách giữa các điểm trên trắc ngang ghi trong mặt cắt ngang là khoảng cách giữa hình chiếu của các điểm đó trong mặt phẳng bằng

Mặt cắt ngang được vẽ với tỷ lệ đứng bằng tỷ lệ ngang Thường là tỷ lệ 1/200

Trong trắc ngang thể hiện:

+ Cao độ đường đen

+ Cao độ đường đỏ

+ Bề rộng nền đường B

+ Bề rộng mặt đường (phần xe chạy) b

+ Bề rộng lề đường c

- + Độ dố + Độ dốc ta luy 1:m.

+ Các kích thước rãnh thoát nước dọc

+ Diện tích đào, diện tích đắp.

+ Bán kính đường cong, độ dốc siêu cao, độ mở rộng mặt đường trong đường cong (nếu có).

Thiết kế đường chính là quyết định các yếu tố đường trên bình đồ, trắc dọc và trắc ngang sao cho chúng đáp ứng được yêu cầu chạy xe

an toàn, tiện lợi, kinh tế.

k 1.3 Các đặc trưng vận tải của đường và phân cấp hạng kỹ thuật đường ô tô.

1.3.1 Các đặc trưng vận tải chủ yếu của đường

1.3.1.1 Thành phần xe chạy trên đường:

Ở nước ta, thành phần xe chạy trên đường bao gồm:

- Các loại ô tô: ô tô tải (tải nhẹ, tải nặng, con tai nơ,…), ô tô khách (xe du lịch, xe khách nhiều loại chỗ ngồi, xe buýt,…).

- Xe gắn máy Ở nước ta loại phương tiện này hiện nay khá nhiều.

- Xe đạp và các loại xe thô sơ khác.

Vì các phương tiện kể trên có khả năng về tốc độ chạy xe khác nhau rất nhiều, do đó về mặt tổ chức giao thông, bao giờ cũng có hai giải pháp thiết kế đường:

tíc - Thiết kế theo phương án giao thông hỗn hợp: tức là các loại

phương tiện cùng đi chung trên một phần xe chạy Tất yếu các loại phương tiện chạy chậm sẽ cản trở các loại chạy nhanh.

- Thiết kế theo phương án tách riêng từng nhóm theo khả năng về tốc độ: sẽ nâng cao được tốc độ chạy xe.

Như vậy, thành phần dòng xe và tỉ lệ có mặt của mỗi loại phương tiện trong dòng xe sẽ ảnh hưởng đáng kể đến các giải pháp thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đường.

Để chọn cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường cần phải chia thành phần xe chạy thành các loại sau đây: xe đạp, xe gắn máy, xe con, xe tải có hai trục và xe buýt dưới 25 chỗ ngồi, xe tải có từ

ba trục trở lên và xe buýt lớn, xe kéo moóc và xe buýt có kéo moóc.

ong, độ 1.3.1.2 Tải trọng xe chạy:

Tải trọng xe tác dụng lên đường có ảnh hưởng quan trọng đến sự làm việc của nền mặt đường và các công trình trên đường và là cơ sở để tính toán thiết kế các công trình đó.

1.3.1.3 Tốc độ xe chạy:

Trên đường ô tô có nhiều loại xe chạy khác nhau nên tốc độ xe chạy cũng khác nhau Để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đường ô tô trong trường hợp điều kiện địa hình khó khăn người ta quy định tốc độ tính toán (Vtt) cho các cấp kỹ thuật của đường ô tô.

du Trên một tuyến đường có thể có nhiều giá trị tốc độ tính toán khác nhau tuỳ thuộc vào lưu lượng xe chạy trên các đoạn đường đó Nhưng phải đảm bảo tốc độ tính toán của các đoạn đường liền kề nhau không được chênh lệch quá 20Km/h, và đảm bảo chiều dài đoạn tuyến là 10Km đối với đoạn đường có tốc độ tính toán từ 60Km/h đến 80Km/h và 5Km đối với đoạn đường có tốc độ tính toán từ 20Km/h đến 40Km/h.

caođ 1.3.1.4 Lưu lượng xe chạy:

Lửu lửụùng xe thieỏt keỏ laứ soỏ xe con ủửụùc quy ủoồi tửứ caực loaùi xe khaực, thoõng qua moọt maởt caột ngang treõn ủửụứng theo caỷ hai chieàu trong moọt ủụn vũ thụứi gian, tớnh cho naờm tửụng lai (coự thửự nguyeõn laứ xcqủ/ngaứyủeõm hoaởc xcqủ /giụứ).

ẹaởc ủieồm: lửu lửụùng xe chaùy treõn ủửụứng thay ủoồi theo giụứ, theo thaựng vaứ theo naờm.

ẹaõy laứ moọt ủaởc trửng vaọn taỷi quan troùng vaứ coự tớnh chaỏt quyeỏt ủũnh nhaỏt ủoỏi vụựi vieọc xaực ủũnh caực tieõu chuaồn kyừ thuaọt cuỷa ủửụứng.

- Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con lấy theo bảng 1.3.

oọ mụỷ ro

ọng maởt

Loại xe

Địa hỡnh Xe đạp Xe máy Xe con

Xe tải 2 trục và xe buýt dới 25 chỗ

Xe tải có

3 trục trở lên và xe buýt lớn

Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc

Đồng bằng và

ủửụứng trong ủửụứng cong (neỏu coự).

Caực loaùi lửu lửụùng xe thieỏt keỏ:

Lửu lửụùng xe thieỏt keỏ trung bỡnh ngaứy ủeõm trong naờm tửụng lai (Ntbnaờm, Nt): coự thửự nguyeõn laứ xcqủ/ng.ủ, lửu lửụùng naứy ủửụùc duứng ủeồ choùn caỏp haùng kyừ thuaọt vaứ tớnh toaựn nhieàu yeỏu toỏ khaực cuỷa ủửụứng oõ toõ.

Thường thì lưu lượng xe chạy có mức tăng xe theo quan hệ hàm số mũ:

p: mức tăng xe hằng năm.

Th Giá trị t được chọn tuỳ thuộc vào hạng mục công trình:

+ t = 20 năm đối với đường cấp I, II.

+ t = 15 năm đối với đường cấp III, IV.

+ t = 10 năm đối với đường cấp V, VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo.

+ t = 25 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt là bê tông xi măng.

+ t = 15 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp cao A1 ( bê tông nhựa (BTN) rải nóng).

+ t = 4-10 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp cao A2 ( đá dăm trộn nhựa, BTN rải nguội, rải ấm trên có láng nhựa; thấm nhập nhựa; láng nhựa).

+ t = 3-4 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp thấp B1

+ t = 2-3 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp thấp B2

iế - Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm: (Ngiờcđ, (xcqđ/h))

Dùng lưu lượng này để chọn số làn xe, xét chất lượng dòng xe, tổ chức giao thông…, Ngiờcđ được xác định bằng cách:

+ Suy từ Ntbnăm qua các hệ số không đều theo thời gian, khi có các số liệu thống kê về dòng xe.

+ Khi coự ủuỷ thoỏng keõ lửụùng xe giụứ trong moọt naờm, laỏy Ngiụứcủ thửự 30 cuỷa naờm thoỏng keõ.

+Khi khoõng coự nghieõn cửựu ủaởc bieọt, coự theồ tớnh:

Ngiụứcủ = (0.10 - 0.12) Ntbnaờm Ntb naờm: Lửu lửụùng xe thieỏt keỏ bỡnh quaõn ngaứy ủeõm trong naờm tửụng lai.

t k, 1.3.2 Phaõn caỏp haùng kyừ thuaọt ủửụứng oõ toõ

+ Theo Tieõu chuaồn Vieọt Nam TCVN4054-05, phân cấp kỹ thuật là bộ khung các quy cách kỹ thuật của đờng nhằm đạt tới:

Yêu cầu về giao thông đúng với chức năng của con đờng trong mạng

l-ới giao thông.

Yêu cầu về lu lợng xe thiết kế cần thông qua (Chỉ tiêu này đợc mở rộng vì có những trờng hợp, đờng có chức năng quan trọng nhng l- ợng xe không nhiều hoặc tạm thời không nhiều xe).

Căn cứ vào địa hình, mỗi cấp hạng lại có các yêu cầu riêng về các tiêu chuẩn để có mức đầu t hợp lý và mang lại hiệu quả tốt về kinh tế Việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lu lợng thiết kế của con

đờng trong mạng lới đờng và đợc quy định theo bảng 1.1.

traộc doùc vaứ traộc ngang sao cho chuựng ủaựp ửựng ủửụùc yeõu caàu chaùy xe an toaứn, tieọn lụùi, kinh teỏ.

nên căn cứ vào chức năng của đờng và theo địa hình.

+ ẹoọ doỏc ta luy 1:m.

+ Caực kớch thửụực raừnh thoaựt nửụực doùc

+ Dieọn tớch ủaứo, dieọn tớch ủaộp.

+ Baựn kớnh ủửụứng cong, ủoọ doỏc sieõu cao, ủoọ mụỷ roọng

maởt ủửụứng trong ủửụứng cong (neỏu coự).

Thieỏt keỏ ủửụứng chớnh laứ quyeỏt ủũnh caực yeỏu toỏ ủửụứng treõn bỡnh ủoà, traộc doùc vaứ traộc ngang sao cho chuựng ủaựp ửựng ủửụùc yeõu caàu chaùy xe an toaứn, tieọn lụùi, kinh teẹoọ doỏc ta luy

1:m.

+ Caực kớch thửụực raừnh thoaựt nửụực doùc

+ Dieọn tớch ủaứo, dieọn tớch ủaộp.

Các đoạn tuyến phải có một chiều dài tối thiểu thống nhất theo một cấp Chiều dài tối thiểu này đối với đờng từ cấp IV trở xuống là 5

km, với các cấp khác là 10 km.

+ Tốc độ thiết kế.

- Tốc độ thiết kế là tốc độ đợc dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đờng trong trờng hợp khó khăn Tốc độ này khác với tốc độ cho phép lu hành trên đờng của cơ quan quản lý đờng Tốc

độ lu hành cho phép, phụ thuộc tình trạng thực tế của đờng (khí hậu, thời tiết, tình trạng đờng, điều kiện giao thông, ).

- Tốc độ thiết kế các cấp hạng đờng theo điều kiện địa hình, xem trong bảng 1.2.

Urban Road ClassificationARTUrban Road Classification

OR

sparsely developed areas.

PATHWAY

DRIVEWAY RIAL ROADS

SUB Factors governing

 L Obligatory points

 The location should avoid obstructions such as places of cemeteries, archeological, historical monument, public facilities like schools and hospitals, utility services.

 Geometric design features

 Facilitate easy grade and curvature

 Enable ruling gradient in most sections

 Void sudden changes in sight distance, especially near crossings

 Avoid sharp horizontal curves

 Avoid road intersections near bend or at the top or bottom of a hill

 f Precautions at river and railway crossings

angles to the river flow, not located on a horizontal curve.

gradient, frequent crossing and recrossing

 lo Topographical control points

 The alignment, where possible should avoid passing through

 Marshy and low lying land with poor drainage

 Flood prone areas

 Unstable hilly features

 Avalanche prone areas Cross Slope