BÀI GIẢNG THIẾT KẾ ĐƯƠNG Ô TÔ, HỆ CAO ĐẲNG

Bán kính tối thiểu Khái niệm: Bình đồ tuyến đường nếu điều kiện địa hình cho phép, người thiết kế luôn tìm cách phóng tuyến thẳng để cho xe chạy được an toàn êm thuận, trường hợp địa hìn

Chương 1 THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HèNH HỌC ĐƯỜNG ễ Tễ

1.1 Các vấn đề chung 1.1.1 Đặc điểm sự chuyển động của ụ tụ trong đường cong nằm

Khi chuyển đụ̣ng trong đường cong ngoài việc khắc phục cỏc điều kiện như trờn đường thẳng, xecũn phải chịu thờm những điều kiện bất lợi:

- Xe phải chịu thờm lực ly tõm, đặt ở trọng tõm của xe, theo phương bỏn kớnh, chiều hướng rangoài đường cong Lực cú xu hướng đẩy xe về phớa lưng đường cong và được xỏc định theo cụngthức:

F =

gR

Gv R

R- Bỏn kớnh đường cong trờn bỡnh đồ, m;

g - Gia tốc trọng trường được lấy bằng 9,81m/s2

Lực ly tõm cú thể gõy lật đổ xe, trượt ngang, làm cho việc điều khiển xe khú khăn, gõy khú chịucho hành khỏch, làm hư hỏng hàng húa Làm tiờu hao nhiờn liệu, mũn săm lốp

- Khi xe chạy trong đường cong, chiếm đường nhiều hơn ở ngoài đường thẳng Vỡ vậy, để cho xechạy đảm bảo cỏc điều kiện về khổ đụ̣ng học bề rụ̣ng mặt đường trong đường cong phải lớn hơn bềrụ̣ng mặt đường ngoài đường thẳng

- Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhỡn, nhất là khi bỏn kớnh đường cong nhỏ, ở đoạnđường đào Tầm nhỡn ban đờm của xe trong đường cong bị hạn chế vỡ đốn pha chiếu thẳng trờn 1đoạn ngắn hơn

1.1.2 Lực ngang và hệ số lực ngang

Xột trường hợp xe cú trọng lực G, vận tốc v chạy vào đường cong cú bỏn kớnh R, mặt đườngnghiờng so với mặt phẳng nằm ngang mụ̣t gúc α, (đụ̣ dốc ngang mặt đường in); theo hỡnh vẽ (hỡnh vẽ2.4) ta cú:

+ Trọng lực bản thõn của xe G cú phương thẳng đứng và cú chiều từ trờn xuống;

+ Lực ly tõm F cú phương nằm ngang, chiều cú xu hướng kộo xe về phớa lưng đường cong

Để xột ảnh hưởng của cỏc lực đến điều kiện xe chạy, ta tiến hành tổng hợp cỏc lực tỏc dụng tạitrọng tõm của xe theo phương song song với mặt đường

Hình 2.4 Xe chạy trong đường cong có bán kính R

Hợp lực theo phương song song với mặt đường (Lực ngang Y):

α - góc nghiêng mặt đường với đường nằm ngang

Dấu của công thức (2.20): dấu cộng ”+” trường hợp cấu tạo mặt đường hai mái xe trên làn phíalưng đường cong; dấu trừ ”-” cấu tạo toàn bộ phần xe chạy của mặt đường nghiêng một mái hướng

tâm đường cong cấu tạo mặt đường có siêu cao

Vì α nhỏ nên: cosα ≈ 1, sinα ≈ tgα = in độ dốc ngang mặt đường Thay vào (2.20) ta có:

G = gRmĐặt =

G

Y

μ : Hệ số lực ngang

Xác định hệ số lực ngang: được xác định theo điều kiện: ổn định chống lật; chống trượt ngang

của xe chạy trong đường cong; đảm bảo thoải mái, êm thuận cho hành khách trên xe khi xe chạy vàođường cong và điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp xe

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi hành khách trên xe ô tô vào đường cong có hệ số μ khácnhau nhận thấy:

F G

Fcosα

Fsinα Gsin α

- Nếu μ = 0,20: cảm thấy đang đi vào đường cong và hơi khó chịu;

- Nếu μ = 0,30: cảm thấy người như dạt về một bên và xe như sắp bị lật đổ

Kết luận: tiêu chuẩn Việt Nam chọn μ khi tính toán Rmin : μ = 0,15

1.2 Thiết kế bình đồ

1.2.1 Bán kính đường cong nằm

1.2.1.1 Bán kính tối thiểu

Khái niệm: Bình đồ tuyến đường nếu điều kiện địa hình cho phép, người thiết kế luôn tìm cách

phóng tuyến thẳng để cho xe chạy được an toàn êm thuận, trường hợp địa hình hạn chế (đồi, núi hoặcgặp vật chướng ngại) thì tuyến phải được chuyển hướng bám địa hình theo các đỉnh, nối giữa cáccánh tuyến của đỉnh đó là đường cong có bán kính R:

+ Nếu đường cong có R lớn thì đảm bảo cho xe chạy an toàn, êm thuận về kỹ thuật;

+ Nếu đường cong có R nhỏ đường bám sát địa hình, điều kiện an toàn xe chạy bị hạn chế nhiều.Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất đảm bảo cho xe chạy an toàn tối thiểu cho phép theo vận tốcthiết kế yêu cầu (theo cấp đường) gọi là bán kính tối thiểu (ký hiệu Rmin)

Xác định bán kính tối thiểu:Xét trường hợp xe có trọng lực G, vận tốc v chạy vào đường cong có

bán kính R, mặt đường nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α, (độ dốc ngang mặt đường

in); theo hình vẽ (hình vẽ 2.4) ta có:

+ Trọng lực bản thân của xe G có phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống;

+ Lực ly tâm F có phương nằm ngang, chiều có xu hướng kéo xe về phía lưng đường cong

Để xét ảnh hưởng của các lực đến điều kiện xe chạy, ta tiến hành tổng hợp các lực tác dụng tạitrọng tâm của xe theo phương song song với mặt đường

Hình 2.4 Xe chạy trong đường cong có bán kính R

Hợp lực theo phương song song với mặt đường (Lực ngang Y):

Fcosα

Fsinα Gsin α

Y- là lực ngang;

F- lực ly tâm;

G- trọng lực;

α - góc nghiêng mặt đường với đường nằm ngang

Dấu của công thức (2.20): dấu cộng ”+” trường hợp cấu tạo mặt đường hai mái xe trên làn phíalưng đường cong; dấu trừ ”-” cấu tạo toàn bộ phần xe chạy của mặt đường nghiêng một mái hướng

tâm đường cong cấu tạo mặt đường có siêu cao

Vì α nhỏ nên: cosα ≈ 1, sinα ≈ tgα = in độ dốc ngang mặt đường Thay vào (2.20) ta có:

G = gRmĐặt =

G

Y

μ : Hệ số lực ngang Ta có công thức tính bán kính đường cong nằm:

2 sc( i )

v R

V R

µ

=

Trong đó:

V- Tốc độ xe chạy tính toán (km/h) được xác định đối với từng cấp đường;

in- Độ dốc ngang của mặt đường (%);

μ - Hệ số lực ngang

Xác định hệ số lực ngang: được xác định theo điều kiện: ổn định chống lật; chống trượt ngang

của xe chạy trong đường cong; đảm bảo thoải mái, êm thuận cho hành khách trên xe khi xe chạy vàođường cong và điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp xe

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi hành khách trên xe ô tô vào đường cong có hệ số μ khácnhau nhận thấy:

- Nếu μ ≤ 0,10: không cảm thấy có đường cong;

- Nếu μ = 0,15: hơi cảm thấy có đường cong;

- Nếu μ = 0,20: cảm thấy đang đi vào đường cong và hơi khó chịu;

- Nếu μ = 0,30: cảm thấy người như dạt về một bên và xe như sắp bị lật đổ

Kết luận: tiêu chuẩn Việt Nam chọn μ khi tính toán Rmin : μ = 0,15

Vận tốc xe chạy: đối với từng cấp đường là vận tốc thiết kế của cấp đường đó.

+ Bán kính tối thiểu giới hạn R : Là bán kính nhỏ nhất, không có trường hợp nào nhỏ hơn, ápmingh

dụng trong trường hợp khó khăn, khi đó mặt đường phải bố trí nghiêng thấp về phía bụng đường cong

có trị số lớn nhất iscmax (E siêu cao)

Từ công thức (2.23) xảy ra dấu cộng (+), ta có:

2 min

iscmax- Độ dốc siêu cao lớn nhất của mặt đường,%;

μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,15

+ Bán kính tối thiểu thông thường R Là trị số bán kính nhỏ nhất khuyên dùng trở lên, khi đómintt

mặt đường được bố trí siêu cao, ta có:

2 min

µ

=

Trong đó:

V- Tốc độ tính toán cộng thêm 20, km/h;

isctt - Độ dốc siêu cao thông thường của mặt đường : isctt = 4%;

μ - Hệ số lực ngang

+ Bán kính tối thiểu không làm siêu cao R Là bán kính nhỏ nhất không làm siêu cao, mặtmintt

đường 2 mái

2 min

osc

n

V R

V- Tốc độ tính toán, km/h; in - Độ dốc ngang của mặt đường ,

μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,08

Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô Việt Nam 4054 : 05 quy định R min

Bảng 2.3 Bán kính đường cong nằm tối thiểu

Bán kính đường cong nằm (m)

- Tối thiểu không siêu cao 5500 4000 2500 1500 1500 600 600 350 350 250

Khi thiết kế bình đồ chọn bán kính cho phù hợp với địa hình và cố gắng cải thiện điều kiện xe chạy trên đường:

Nếu điều kiện địa hình thuận lợi chọn R càng lớn càng tốt;

Nếu điều kiện địa hình tương đối thuận lợi chọn R từ tối thiểu thông thường trở lên;

Nếu điều kiện địa hình đặc biệt khó khăn chọn R từ tối thiểu giới hạn trở lên

* Nguyên tắc lựa chọn bán kính đường cong:

- Lớn hơn các giá trị giới hạn Rmin;

- Phù hợp với địa hình và bán kính áp dụng càng lớn càng tốt (thường R=3 đến 5 lần Rmin);

- Đảm bảo sự nối tiếp giữa các đường cong;

- Đảm bảo bố trí được các yếu tố đường cong như : chuyển tiếp, siêu cao;

Đảm bảo phối hợp hài hoà các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến đường với cảnh quan

1.2.2 Các yếu tố kỹ thuật trên đường cong nằm.

1.2.2.1 Siêu cao - đoạn nối siêu cao

µ= ±Muốn có hệ số µ nhỏ có thể có nhiều biện pháp: Tăng bán kính R biện pháp này không phải lúcnào cũng thực hiện được vì phụ thuộc vào điều kiện địa hình Giảm vận tốc xe chạy đậy là biện pháp

không thích hợp vì giảm điều kiện tiện nghi trên đường Biện pháp hữu hiệu là chọn số hạng i n mang

dấu trừ có nghĩa là phần xe chạy có độ dốc nghiêng về phía tâm đường cong, với trị số hợp lý lớn i n

trên mặt đường hai mái, độ nghiêng bất thường phần xe chạy một mái về phía tâm đường cong (bụng

đường cong) gọi là siêu cao i sc (E) Vậy siêu cao có tác dụng về cơ hoặc là giảm lực ngang, làm cho

ng

uyÓn

Õp

Isc

Ls c

Siêu cao làm giảm hiệu quả xấu của lực ly tâm, nhưng phải có giới hạn nhất định để xe không

bị trượt ngang khi mặt đường trơn hoặc các xe chuyển động trên đường cong không đạt được vậntốc an toàn theo bán kính Theo TCVN 4054 : 2005 độ dốc tối đa siêu cao là 8%

Trong đó: V- vận tốc xe chạy (km/h); R- bán kính đường cong nằm (m);

μ- hệ số lực đẩy ngang

Quy định trị số siêu cao i sc

- Độ dốc siêu cao lấy theo bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế theo Bảng 2.5 (Bảng 13TCVN4054 : 2005) Độ dốc siêu cao lớn nhất không quá 8 % và nhỏ nhất không dưới 2 %

- Lề đường phần gia cố làm cùng độ dốc và cùng hướng với dốc siêu cao, phần lề đất không gia

cố phía lưng đường cong dốc ra phía lưng đường cong;

- Các phần xe chạy riêng biệt nên làm siêu cao riêng biệt

Bảng 2.5 Độ dốc siêu cao ứng với theo bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế

Tốc độ thiết

kế, V tk , km/h

Độ dốc siêu cao, %

Không làm siêu cao

Bán kính đường cong nằm, m 120

150 ÷ 25

b Đoạn nối siêu cao (L SC )

* Khái niệm: Đoạn nối siêu cao là đoạn trong đó mặt cắt ngang đường được biến đổi một cách

điều hòa từ dốc ngang thông thường 2 mái về dốc ngang một mái nghiêng thấp về phía bụng đườngcong (có độ dốc là (E) isc %) Sự chuyển hóa sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ thêm i f

* Công thức tính: Đoạn nối siêu cao được tính theo công thức:

s

(i + i )2

m n c sc

f

B L

i

×

Trong đó:

Bm: chiều rộng mặt đường (tra bảng 6 & 7 TCVN4054 - 2005)

isc: độ dốc siêu cao (%); in: độ dốc ngang mặt đường

if: độ dốc nâng siêu cao với: V < 60 km/h => if = 1%; V ≥ 60 km/h => if = 0,5%

Với đường có tốc độ thiết kế V ≥ 60 km/h ta phải bố trí từ đường cong chuyển tiếp:

3 (m)

Khi tính toán với đường có tốc độ thiết kế V ≥ 60 km/h thì ta tính 2 giá trị Lsc và LCT, giá trịnào lớn hơn sẽ được sử dụng làm đoạn nối siêu cao Độ dốc siêu cao (isc) và chiều dài đoạn nốisiêu cao (Lsc) phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm (R) và tốc độ thiết kế (Vtk), không đượcnhỏ hơn các giá trị quy định trong Bảng 2.6 (Bảng 14 TCVN4054 : 2005)

Bảng 2.6 Độ dốc siêu cao (i sc ) và chiều dài đoạn nối siêu cao (L)

xe.

Nếu 2 giá trị tính được có trị số nhỏ hơn trị số quy định trong bảng 2.6 thì lấy giá trị trong bảng2.6 tính lại if Nếu 2 giá trị tính được có trị số lớn hơn trị số quy định trong bảng 2.6 thì lấy giá trị lớn

* Bố trí đoạn nối siêu cao:

Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp Khikhông có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đường cong và một nửa trênđường thẳng

Như vậy đối với đường có Vtk ≤ 40 km/h, không bố trí đường cong chuyển tiếp thì đoạn nối siêu

Với đường có Vtk ≥ 60 km/h đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng vớiđường cong chuyển tiếp Lsc ≡ Lw ≡ Lct

* Sự biến đổi mặt đường trong đoạn nối siêu cao

- Trong đoạn nối siêu cao, siêu cao được thực hiện bằng cách quay phần xe chạy và lề gia cố (nếucó) ở phía lưng đường cong quanh tim đường nghiêng thấp dần về phía bụng đường cong đến khi đạtđộ dốc ngang mặt đường (đoạn L1), sau đó vẫn tiếp tục quay toàn bộ mặt đường và lề gia cố quanhtim đường đến khi đạt độ dốc siêu cao isc (đoạn L2)

- Trường hợp đường có dải phân cách giữa siêu cao được thực hiện có thể bằng cách quay xungquanh mép trong hoặc mép ngoài mặt đường

Diến biến nâng siêu cao và sơ đồ tính chiều dài Lsc theo phương pháp quay quanh tim đường:

Hình 2.8 Diễn biến nâng siêu cao theo phương pháp quanh tim đường

Như vậy diễn biến của đoạn nối siêu cao gồm hai đoạn cơ bản: đoạn L1, L2

Đoạn L1: đoạn để mặt đường biến đổi từ độ dốc 2 mái in sang độ dốc 1 mái in, bằng cách lấy timlàm trục quay 1/2 phần xe và lề phía bụng đường cong, chiều dài L1 được tính theo công thức:

f

B i L

Đoạn L2: là đoạn mà mặt đường và lề gia cố chuyển biến từ độ dốc một mái im về độ dốc siêu cao

isc nghiêng về phía bụng đường cong, bằng cách lấy tim làm trục quay toàn bộ phần xe và lề phíabụng đường cong

f b

m

x i i

B

×

Trong đó ib là độ dốc ngang siêu cao của mặt đường tại vị trí tính toán (%)

Tính độ mở rộng của mặt đường tại một cọc bất kỳ trong đoạn thuộc L1 và L2:

Độ mở rộng tại cọc đó: x w'

sc

x w L

Trong đó:

w’ = w/2 nếu mở rộng cả 2 bên bụng và lưng đường cong

w’ = w nếu mở rộng cả 1 bên bụng hoặc lưng đường cong

1.2.2.2 Mở rộng phÇn xe ch¹y - đoạn nối mở rộng

* Khái niệm: Khi xe chạy trên đường thẳng, quỹ đạo chuyển động của bánh xe ở 2 trục trước và

sau của xe là như nhau, nhưng khi xe chạy vào đường cong thì quỹ đạo chuyển động của các bánh xe

là các đường cong khác nhau, bánh ngoài của trục trước chuyển động với quỹ đạo có bán kính lớnnhất, bánh xe trong của trục sau chuyển động với quỹ đạo có bán kính nhỏ nhất, vì vậy xe chạy trongđường cong sẽ chiếm một phần mặt đường nhiều hơn so với khi xe chạy trong đường thẳng

Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong cũng như trên đường thẳng và để đảm bảo an

toàn khi xe tránh nhau, ở những đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy.

O

A' D' C'

B

Hình 2.5 Sơ đồ xác định độ mở rộng mặt đường trong đường cong nằm

Trong đó:

DC = L là chiều dài từ trục sau xe tới đầu xe (m);

AD = e2 là chiều rộng cần mở rộng thêm của 1 làn xe (m);

OA = OC = R bán kính đường cong nằm

2 1

22

D'C' = L là chiều dài từ trục sau xe tới đầu xe (m);

A'D' = e1 là chiều rộng cần mở rộng thêm của 1 làn xe (m);

OA' = OC' = R +

2

B

bán kính đường cong nằm phía mép ngoài của đường

B - chiều rộng mặt đường

Từ đó ta có độ mở rộng của phần xe chạy có 2 làn xe gồm có e1 và e2 là: w = e1 + e2;

Ta có nhận xét e1 < e2 vì khi xe chạy trong đường cong có bán kính lớn hơn sẽ có độ mở rộng nhỏhơn Do đó để an toàn người ta tính: w = 2.e2;

Công thức trên được xác định theo sơ đồ hình học mà chưa xét đến khả năng thực tế khi xe chạy,khi xe chạy với tốc độ cao, xe không giữ được quỹ đạo chuyển động như hình vẽ nó có thể dao độngsang hai bên, do vậy ta cần phải bổ sung thêm số hạng hiệu chỉnh e3:

R

V ,

- Xe chạy trong đường cong yêu cầu phải mở rộng phần xe chạy Khi bán kính đường cong nằm ≤

250 m, phần xe chạy mở rộng theo quy định trong bảng 2.4

- Khi phần xe chạy có trên 2 làn xe, thì mỗi làn xe thêm phải mở rộng 1/2 trị số trong bảng 2.4 và

có bội số là 0,1m Các dòng xe có xe đặc biệt, phải kiểm tra lại các giá trị trong Bảng 2.4

- Độ mở rộng bố trí ở cả hai bên, phía lưng và bụng đường cong Khi gặp khó khăn, có thể

bố trí một bên, phía bụng hay phía lưng đường cong

- Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố Dải dẫn hướng (và các cấu tạo khác như

làn phụ cho xe thô sơ ), phải bố trí phía tay phải của độ mở rộng Nền đường khi cần mở rộng,đảm bảo phần lề đất còn ít nhất là 0,5 m

Bảng 2.4 Độ mở rộng phần xe chạy hai làn xe trong đường cong nằm

(Kích thước tính bằng mét)

w /2

Ð P TÐ

<200 ÷ 15 0

<150 ÷ 10 0

<100 ÷ 7 0

b Đoạn nối mở rộng mặt đường (L w )

*) Khái niệm: Là đoạn để độ mở rộng mặt đường biến đổi từ 0 đến trị số mở rộng quy định w.

*) Bố trí đoạn nối mở rộng: Đoạn nối mở rộng làm trùng với đoạn nối siêu cao hoặc đường cong chuyển tiếp Khi không có hai yếu tố này, đoạn nối mở rộng được cấu tạo (1/10);

+ Trường hợp V < 60 km/h: Đoạn nối mở rộng được bố trí trùng với đoạn nối siêu cao: Lw ≡ Lsc ,một nửa nằm trên đường thẳng và một nửa nằm trên đường cong;

Độ mở rộng được thực hiện theo quy luật bậc nhất

+ Trường hợp Vtk ≥ 60 km/h: Lw được bố trí trùng với đoạn nối siêu cao và trùng hoàn toàn vớiđoạn nối chuyển tiếp:

- Đoạn nối chuyển tiếp → đường cong tròn →đoạn nối chuyển tiếp;

- Độ mở rộng được thực hiện theo quy luật bậc nhất

CT sc

Trong đó đoạn nối chuyển tiếp được xác định bằng:

Hình 2.6 Bố trí đoạn nối mở rộng trong đường cong chuyển tiếp

+ Khi không có hai yếu tố trên (LCT; Lsc), đoạn nối mở rộng được cấu tạo (1/10) W, chiều dài đoạnvuốt nối mở rộng không nhỏ hơn 10m

c Ví dụ

Xác định độ mở rộng và chiều rộng của mặt đường tại phân giác khi xe chạy trong đường cong

Đường cấp III miền núi có tốc độ thiết kế V = 60 (km/h),

Do đó độ mở rộng sẽ được tính như sau:

Vậy độ mở rộng cần mở là 0,9 (m)

Đối với đường cấp III miền núi chiều rộng mặt đường là 3,0 (m), mở rộng hai bên nên ta có chiềurộng mặt đường mỗi bên sẽ là 3,0 + 0,45 =3,45 (m)

1.2.2.3 Đường cong chuyển tiếp

Để giảm các ảnh hưởng trên, tránh cho đối tượng chịu sự thay đổi đột ngột, người ta làm một

đường cong nối giữa đường thẳng và đường cong tròn Với ý nghĩa này, đường cong đó gọi là đường cong chuyển tiếp.

b Cấu tạo đường cong chuyển tiếp

Để tính chiều dài đường cong chuyển tiếp ta có giả thiết sau:

- Tốc độ xe chạy trên đường cong chuyển tiếp không đổi và bằng tốc độ thiết kế;

- Trên chiều dài đường cong chuyển tiếp, gia tốc ly tâm thay đổi từ 0 tới v²/ R, đồng thời bán kínhthay đổi từ +∞ tới R, tỷ lệ bậc nhất với chiều dài đường cong chuyển tiếp từ s = 0 tới s = Lct

Gia tốc ly tâm tăng đều tức là độ tăng gia tốc ly tâm bằng hằng số:

J- độ tăng gia tốc ly tâm;

t- thời gian xe chạy từ đầu đường cong tới cuối đường cong chuyển tiếp, t = Lct/v

v- vận tốc xe chạy thiết kế m/s; V: vận tốc xe chạy thiết kế km/h

Ta có: J =

2

ct

v L R v

= 3

ct

v RL

Vậy chiều dài đường cong chuyển tiếp sẽ là: Lct = v³/ R J => Lct = V³/ 47.R J

J: độ tăng gia tốc ly tâm theo TC Mỹ J: 0,3 ÷ 0,9 m/s³; theo Pháp J : 0,65 ÷ 1.0 m/s³; theo Việt

Nam J : 0,50 m/s³ chiều dài đường cong chuyển tiếp sẽ là :

Công thức tính chiều dài đường cong chuyển tiếp:

3

Các dạng của đường cong chuyển tiếp:

- Đường cong xuắn ốc (Clothoide): ρ =

S C

- Đường cong hoa thị Becluni: ρ = 3C.sin 2ω

- Phương trình Parabol bậc 3:

R

x y

.6

3

=

Bố trí đường cong chuyển tiếp:

Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp Khikhông có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đường cong và một nửatrên đường thẳng

Với đường có Vtk ≥ 60 km/h đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng vớiđường cong chuyển tiếp Lsc ≡ Lw ≡ Lct

Phương trình đường cong chuyển tiếp là đường xoắn ốc Euler hay còn gọi là đường congclothoide, xét tại điểm bất kỳ trên đường cong chuyển tiếp có khoảng cách theo đường cong tới gốc là

s, tại điểm đó bán kính là ρ bán kính này giảm dần từ +∞ (s= 0) tới R (s = L ct );

Trong kỹ thuật với công trình đường ôtô thường áp dụng đường cong dạng đường cong xoắn ốc(Clôthôit):

ρ = C

s

Trong đó:

C : thông số không đổi;

ρ : bán kính của đương cong tại điểm tính toán có chiều dài đường là s tính từ NĐ đến điểm tínhtoán;

A : là thông số của đường cong clothoide C = A2 = RL ct;

s : Khoảng cách đến điểm xét theo đường cong

Phương trình đường cong Clothoide dới dạng tọa độ vuông góc :

c Trình tự cắm đường cong tổng hợp

1 Tính toán sơ bộ (để sơ bộ bố trí và kiểm tra) các yếu tố cơ bản của đường cong tròn theo góc

ngoặt α và bán kính đường cong R

T=

2.tgα

2cos

1.( α −

R

180

α

2sin

.0

0 0

o

R y p

L R

x t

180

);

2tan(

K R

K = (hoặc K0 = R.α0 với α0 tính bằng rad)

7 Xác định điểm bắt đầu, kết thúc của ĐCCT và độ rút ngắn của đường cong

NĐ=Đ-(T+t)NC=NĐ+K0+2LctΔ=2(T+t) – (K0+2Lct)Trong đó : NĐ, NC, Đ là lý trình của điểm bắt đầu, kết thúc và đỉnh của đường cong tổng hợp

Hình 2.9 Tính toán đường cong chuyển tiếp trong trường hợp L 1 =L 2

8 Xác định toạ độ của các điểm ĐCCT cách nhau 5-10m/cọc sau đó dựa vào toạ độ này cắmnhánh 1 của ĐCCT

9 Tính và cắm nhánh thứ 2 của ĐCCT tương tự

10 Tính và cắm phần đường cong tròn còn lại K0

Một điểm A bất kỳ trên phần đường cong tròn có chiều dài cung đến TĐ là St với góc chắn cung

β sẽ có tọa độ xt, yt theo hệ trục NĐ được tính theo công thức sau:

d Ví dụ: tính toạ độ TD, (Xo , Yo) của đường cong có đường cong chuyển tiếp với chiều dài L =

80m, bán kính đường cong tròn R = 125m; thông số:

§ N§

1.2.2.4 Đảm bảo tầm nhìn trên những đường cong cã b¸n kÝnh nhá

- Đường ở đồng bằng thường khuất tầm nhìn do nhà cửa, cây cối, các công trình kỹ thuật khác;

- Đối với đường miền núi thường khuất tầm nhìn do taluy nền đào…

Khi thiết kế đường cong, sau khi tính toán các thông số kỹ thuật đường cong cần kiểm tra xem

đường cong đó có bị khuất tầm nhìn không từ đó xác định khoảng phát quang cần thiết để đảm bảotầm nhìn.

- Quỹ đạo mắt người lái xe cách mép trong phần xe chạy (chưa mở rộng): 1,5m Chiều cao tầmmắt so với mặt đường: 1,0m Khi thiết kế phải kiểm tra tầm nhìn

Các chỗ không đảm bảo tầm nhìn phải dỡ bỏ các chướng ngại vật (chặt cây, đào mái taluy ).Chướng ngại vật sau khi dỡ bỏ phải thấp hơn tia nhìn 0,30 m Trường hợp thật khó khăn, có thểdùng gương cầu, biển báo, biển hạn chế tốc độ hoặc biển cấm vượt xe

a) Các trường hợp kiểm tra tầm nhìn theo phương pháp giải tích:

- Trường hợp S ≤ K

S - chiều dài tầm nhìn để tính toán kiểm tra (m);

K - chiều dài quỹ đạo xe chạy chắn bởi góc chuyển hướng α

Khoảng cách dỡ bỏ Z được tính:

)

2cos1

K

S-K 2

S-K 2

Hỡnh 2.14 Xỏc định đường giới hạn nhỡn theo phương phỏp giải tớch

R - bỏn kớnh đường cong (m); Rs - bỏn kớnh quỹ đạo xe chạy (m);

γ - gúc ở tõm chắn bởi tia nhỡn S (o);

Bm - bề rụ̣ng của mặt đường (m)

- Trường hợp S > K

2

sin2

)2cos1

R

(2.44) Trong đú:

1.0m 1.5m

Zo Z

1.0m Câyưphảiưđốn

1.5m

TH có bố trí đường cong chuyển tiếp

Chú ý: Nguyên tắc cơ bản khi kiểm tra tầm nhìn là dùng tầm nhìn 2 chiều Chỉ trong trườnghợp có quy định cho một chiều xe chạy riêng thì mới dùng tầm nhìn một chiều.

b) Kiểm tra tầm nhìn theo phương pháp đồ giải:

1,5m 1

1

2 3 4 5 6

3 4 5

Hỡnh 2.6 Sơ đồ xỏc định đảm bảo tầm nhỡn theo phương phỏp đồ giải

Muốn vẽ đường giới hạn nhỡn trong đường cong từ A đến B cỏch thực hiện như sau:

Vẽ đường quỹ đạo xe chạy; Xỏc định chiều dài tầm nhỡn tớnh toỏn S (theo quy định trong TCVN);Trờn đường quỹ đạo xe chạy kẻ cỏc tia nhỡn 11’ = 22’ = 33’ = … cú giới hạn là S chiều dài tầm nhỡn;Nối trung điểm của cỏc tia nhỡn ta được đường bao cỏc tia nhỡn (đường giới hạn nhỡn)

Vậy trong phạm vi giới hạn giữa quỹ đạo xe chạy và đường giới hạn nhỡn mặt đường cần phảiphỏt quang

Phạm vi ỏp dụng của phương phỏp: đụ̣ chớnh xỏc khụng cao nờn thường kiểm tra tầm nhỡn củacỏc phương ỏn sơ bụ̣

1.2.3 sự nối tiếp giữa các đờng cong nằm

Ở vựng đồi nỳi, tuyến đường thường rất quanh co, trong trường hợp đú bố trớ cỏc đỉnh của tuyếnđường phải chỳ ý tới khoảng cỏch tối thiểu giữa 2 đỉnh xem cú bố trớ được đường cong hay khụng.Núi cỏch khỏc sự phối hợp giữa đoạn thẳng và đoạn cong trờn bỡnh đồ là nghiờn cứu chiều dài ngắnnhất của đoạn thẳng nằm giữa 2 đường cong trong trường hợp địa hỡnh bất lợi khụng cho phộp 2đường cong đú cỏch xa

Khi cắm tuyến nến trỏnh cỏc trường hợp tạo ra bất ngờ cho người lỏi, cỏc bỏn kớnh đường congcạnh nhau khụng nờn quỏ chờnh lệch tốt nhất là khụng quỏ 1,5 lần bỏn kớnh đường cong liền kề Saumụ̣t đoạn thẳng dài khụng nờn bố trớ đường cong cú bỏn kớnh quỏ nhỏ Cỏc bỏn kớnh nhỏ nờn tậptrung trong mụ̣t đoạn tuyến để lỏi xe giảm tốc và tập trung sự chỳ ý Về mặt liờn kết kỹ thuật cần cú

sự chỳ ý trong cỏc trương hợp sau:

a) Giữa hai đường cong cựng chiều:

Hình 2.17 Bố trí nối tiếp các đường cong tròn trên bình đồ

a,b) Đường cong cùng chiều; c) Đường cong ngược chiều

Hai đường cong cùng chiều là hai đường cong có cùng hướng rẽ;

Quy định nối giữa 2 đường cong:

Hai đường cong cùng chiều có thể nối trực tiếp với nhau hoặc giữa chúng có một đoạn thẳngchêm tùy theo từng trường hợp cụ thể :

- Nếu hai đường cong cùng chiều có bán kính lớn không bố trí siêu cao thì có thể nối trực tiếp vớinhau (TC1≡TĐ2): đường cong ghép

- Nếu hai đường cong có bố trí đường cong chuyển tiếp thì có thể nối trùng tang (NC1 ≡ NĐ2);

- Đối với đường có vận tốc Vtk ≤ 60 (km/h) khi phối hợp giữa 2 đường cong thì phải đảm bảo:+ Chiều dài đoạn nối Lo (Lw, LE) ≤ chiều dài đường cong (K) đó;

+ Giữa chúng phải có 1 đoạn chêm m đủ dài để bố trí 2 đoạn nối siêu cao, tức là:

2

2

1 L L

m≥ +

,trong đó L1 và L2 là chiều dài đoạn nối siêu cao của 2 đường cong, m

Trường hợp không thỏa mãn điều kiện đoạn chêm như trên thì có các cách giải quyết sau đây:Nếu chiều dài đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong không có hoặc không đủ thì tốt nhất là thayđổi bán kính

Thay thế bằng một đường cong duy nhất;

Trường hợp bất khả kháng:

Không giải quyết theo 2 cách ở trên được thì giữa 2 đường cong phải thiết kế độ nghiêng trunggian nối các độ nghiêng và bề rộng mở thêm nối các bề rộng mở thêm của 2 đường cong (trường hợp

nếu 2 đường cong cú đụ̣ dốc siờu cao khỏc nhau thỡ thiết kế cựng đụ̣ nghiờng Emax, Wmax và với điều

b) Giữa hai đường cong ngược chiều:

- Hai đường cong ngược chiều là hai đường cong cú hướng rẽ ngược nhau theo chiều đi củatuyến

- Quy định phối hợp giữa 2 đường cong:

+ Hai đường cong ngược chiều cú bỏn kớnh lớn, khụng yờu cầu làm siờu cao thỡ cú thể nối trựctiếp với nhau

+ Trong trường hợp cần phải làm siờu cao thỡ chiều dài đoạn thẳng chờm phải đủ dài

2

2

1 L L

m≥ + Nếu điều kiện này khụng bảo đảm thỡ phải cắm lại tuyến hoặc cú giải phỏp hạn chế tốc đụ̣

* Trỡnh tự cụng tỏc thiết kế trờn bỡnh đồ

Nụ̣i dung của cụng tỏc thiết kế bỡnh đồ như sau:

1 Chọn vị trớ tuyến đường trờn địa hỡnh (cụng tỏc phúng tuyến, định đỉnh, phần KSTK)

2 Cụng tỏc đo gúc cắm đường cong:

- Xỏc định dạng đường cong: đường cong trũn đơn, đường cong tổng hợp gồm đường congchuyển tiếp và đường cong trũn hoặc đường cong quay đầu

- Lựa chọn bỏn kớnh đường cong trũn cơ bản, chiều dài đường cong chuyển tiếp

- Kiểm tra việc liờn kết giữa cỏc đường cong với nhau: (đoạn thẳng chờm giữa hai đường cong)

- Tớnh toỏn cắm cỏc điểm chủ yếu, chi tiết của đường cong đó chọn bỏn kớnh, chiều dài chuyểntiếp

3 Tớnh toỏn lựa chọn cỏc yếu tố kỹ thuật trong đường cong nằm:

- Đụ̣ mở rụ̣ng mặt đường và đoạn nối mở rụ̣ng,

- Siờu cao và đoạn nối siờu cao

- Kiểm tra tầm nhỡn và đảm bảo tầm nhỡn trong đường cong

- Tớnh toỏn cỏc yếu tố mở rụ̣ng, siờu cao, tầm nhỡn cỏc điểm chủ yếu và chi tiết trờn đường congtrờn đường cong

BAI TẬP Câu 1:ưTrìnhưbàyưcácưlựcưcảnưkhiưxeưchạyưtrênưđờng?ưĐiềuưkiệnưxeưchạyưtrên

Câu 5:ưViếtưvàưgiảiưthíchưcôngưthứcưtínhưchiềuưdàiưđoạnưnốiưsiêuưcaoưtrong

đờngưcongưvàưcáchưthựcưhiệnưđoạnưvuốtưnốiưsiêuưcaoưtrongưđờngưcongưtrònưVttư<60ưKm/ưh?ưCôngưthứcưtínhưđộưdốcưngangưcủaưmặtưcắtưbấtưkìưtrongưđoạnưvuốtnốiưsiêuưcao?

Câu 6:ưTínhưvàưchọnưđoạnưvuốtưnốiưsiêuưcaoưchoưđờngưcongưcóưđoạnưđờng

congưchuyểnưtiếpư(Vttư>ư40ưKm/h)ưvàưcáchưthựcưhiệnưđoạnưvuốtưnốiưsiêuưcaoưcho

đờngưcongưcóưđờngưcongưchuyểnưtiếpư?ưCôngưthứcưtínhưđộưdốcưngangưcủaưmặtcắtưbấtưkìưtrongưđoạnưnốiưsiêuưcao

Câu 7:ưTrìnhưbàyưcáchưthựcưhiệnưđộưmởưrộngưmặtưđờngưtrongưđờngưcong

trònưvàưđờngưcongưcóưđờngưcongưchuyểnưtiếp?ưCôngưthứcưtínhưđộưmởưrộngưtạimặtưcắtưbấtưkì?ư(chỉưthựcưhiệnưtrongưđiềuưkiệnưbìnhưthờng)

Bàiư12

nhìnưlàư40m.ưKiểmưtraưxemưđờngưcongưđóưcóưđảmưbảoưtầmưnhìnưhaykhôngư?ưBiếtưkhoảngưcáchưtừưquỹưđạoưxeưchạyưtớiưchớngưngạiưvậtưlàư8,0m

Bàiư13

ư ưưưưưưư ưChoưđờngưcấpưIVưđịaưhìnhưmiềnưnúi.ưCóưtiêuưchuẩnưthiếtưkếưnhsau:ưchiềuưrộngưnềnưđờngư7,5m,ưMặtưđờngư5,5m,ưlềưđờngưmỗiưbênưrộng1,0m,ưtrongưđóưlềưgiaưcốưrộngư0,5m,ưdốcưngangưmặtưđờngưinư=ư3%,ưlềưđ-ờngưioư =ư6%.ưMộtưđờngưcongưbánưkínhư70m.ưBiếtưvậnưtốcưthiếtưkếưVtk

=20Km/h,ưchiềuưdàiưtừưmũiưxeưđếnưtrụcưsauưcủaưxeưlàư4,6m.ưHãyưtínhưtoánthiếtưkếưsiêuưcaoưvàưđoạnưnốiưsiêuưcao

Bàiư14

thiếtưkếưnhưsau:ưchiềuưrộngưnềnưđờngư7,5m,ưMặtưđờngư5,5m,ưđờngưcóư2lànưxe,ưlềưđờngưmỗiưbênưrộngư1,0m,ưtrongưđóưlềưgiaưcốưrộngư0,5m,ưchiều

1.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC

1.3.1 Chọn độ dốc dọc của đường

1.3.1.1 Khái niệm mặt cắt dọc tuyến đường

Mặt cắt dọc là hình chiếu của mặt cắt thẳng đứng đi qua tim đường, trên trắc dọc bao gồm nhữngđoạn bằng và đoạn dốc

- Đường thiên nhiên hay mặt cắt dọc thiên nhiên (đường đen) là đường nối cao độ các điểm cao

- Đường đỏ hay đường thiết kế hoặc đường đồ án: là đường nối các cao độ tim đường sau khi đãthi công xong

- Hiệu số đào đắp:

+ Khi Htk > Htn thì hđắp = Htk - Htn

+ Khi Htk < Htn thì hđào = Htn - Htk

1.3.1.2 Các yêu cầu thiết kế mặt cắt dọc

Thiết kế trắc dọc chủ yếu là xác định vị trí của đường đỏ gồm cao độ, độ dốc và chiều dài của cácđoạn phối hợp

Khi thiết kế đường đỏ cần tuân theo các yêu cầu và nguyên tắc sau đây:

- Trắc dọc có ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu khai thác của đường như tốc độ xe chạy, khả năngthông xe, tiêu hao nhiên liệu và an toàn giao thông,… có ảnh hưởng lớn đến khối lượng công tác vàgiá thành xây dựng, do đó khi thiết kế đường đỏ phải đảm bảo tuyến lượn đều, ít thay đổi dốc, nêndùng độ dốc bé Chỉ ở những nơi địa hình khó khăn mới sử dụng các tiêu chuẩn giới hạn như imax, imin,

Lmax, Lmin, Rmin, Kmin, Khi thiết kế trắc dọc cần phối hợp chặt chẽ thiết kế bình đồ, trắc ngang, phốihợp giữa đường cong nằm và đường cong đứng, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo đường không

bị gẫy khúc, rõ ràng và hài hoà về mặt thị giác, chất lượng khai thác của đường như tốc độ xe chạy,năng lực thông xe, an toàn xe chạy cao, chi phí nhiên liệu giảm

- Đảm bảo cao độ các điểm khống chế theo suốt dọc tuyến đường

- Đảm bảo thoát nước tốt từ nền đường và khu vực hai bên đường Cần tìm cách nâng cao timđường so với mặt đất tự nhiên vì nền đường đắp caó chế độ thủy nhiệt tốt hơn so với nền đường đào.Chỉ sử dụng nền đường đào ở những đoạn tuyến khó khăn như qua vùng đồi núi, sườn dốc lớn,…

- Độ dốc dọc tại các đoạn nền đường đào hoặc đắp thấp (cần phải làm rãnh dọc) không được thiết

kế nhỏ hơn 0,5% (cá biệt là 0,3%) để đảm bảo thoát nước tốt từ rãnh dọc và lòng rãnh không bị ứđọng bùn cát

- Khi thiết kế đường đỏ cần chú ý đến điều kiện thi công

- Trắc dọc trên những công trình vượt qua dòng nước cần thiết kế sao cho đảm bảo cao độ, độdốc, chiều dài đoạn dốc, các đường cong nối dốc hợp lý đảm bảo thoát nước tốt và ổn định chung củatoàn công trình

1.3.1.3 Chọn độ dốc và chiều dài dốc thiết kế

Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải được tính toán dựa trên nguyêntắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ nhất, phải xét một cách tổng hợp những ảnh hưởng củađộ dốc tới giá thành xây dựng đường và tới các chỉ tiêu khai thác vận tải như tốc độ xe chạy, mức tiêuhao nhiên liệu, tận dụng sức chở của ô tô, …

Độ dốc dọc của đường có ảnh hưởng tới giá thành xây dựng và chủ yếu là đối với khối lượngcông tác nền đường Độ dốc dọc càng lớn, chiều dài tuyến đường ở vùng đồi và núi càng rút ngắn,khối lượng đào đắp càng giảm, giá thành xây dựng do đó cũng hạ thấp

Ngược lại, khi độ dốc dọc càng lớn thì xe chạy càng lâu, tốc độ xe chạy càng thấp, tiêu hao nhiênliệu càng lớn, hao mòn săm lốp càng nhiều tức là giá thành vận tải càng cao Mặt khác, khi độ dốc

dọc lớn thì mặt đường càng nhanh hao mòn (do lốp xe và nước mưa bào mòn), rãnh dọc mau hưhỏng, công tác duy tu bảo dưỡng càng nhiều Tức là khi độ dốc càng lớn thì chi phí vận doanh càngtốn kém, lưu lượng xe chạy càng nhiều thì chi phí này càng tăng.

Hình 2.18 Quan hệ độ dốc dọc i(%) và chi phí

Độ dốc dọc tối ưu là độ dốc ứng với tổng chi phí xây dựng và khai thác là nhỏ nhất

- Đường quan hệ độ dốc dọc - chi phí:

C: Chi phí xây dựng

E: Chi phí vận doanh

Σ: Tổng chi phí xây dựng và vận doanh

Độ dốc dọc tối ưu iopt được xác định căn cứ vào địa hình, dòng xe, khả năng xây dựng , khả năngduy tu bảo dưỡng, tổng kết các kinh nghiệm

- Độ dốc tối đa imax:

Độ dốc dọc tối đa là độ dốc lớn nhất ứng với với từng cấp đường và địa hình cụ thể để xe có thểchạy an toàn, êm thuận Độ dốc dọc tối đa được quy định trong Bảng 2.9 (bảng 15 TCVN4054-2005):

Bảng 2.9 Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường

Địa hình Đồng

bằng

Đồng bằng

Đồng bằng, đồi Núi

Đồng bằng, đồi Núi

Đồng bằng, đồi Núi

Đồng bằng, đồi NúiĐộ dốc dọc

- Chiều dài dốc tối đa:

Chiều dài của những độ dốc lớn phải hạn chế vì:

+ Khi xe lên dốc lớn và dài máy bị đốt nóng làm việc quá tải dễ bị chết máy, nhiên liệu tiêu tốn,hao mòn săm lốp

+ Khi xe xuống dốc thường phải hãm phanh, gặp đường trơn rất nguy hiểm

+ Nếu là xe thô sơ và người đi bộ thì đi lại sẽ rất khó khăn

Do đó, để cho điều kiện vận chuyển được dễ dàng thuận lợi thì chiều dài đoạn dốc không đượcquá dài theo quy định của bảng 2.10 (bảng 16 TCVN4054-2005):

+ Chiều dài đoạn có dốc dọc không được quá dài, khi vượt quá quy định trong Bảng 2.10 phải cócác đoạn chêm dốc 2,5 % và có chiều dài đủ bố trí đường cong đứng

Bảng 2.10 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc

- Độ dốc tối thiểu imin:

Trên những đoạn nền đường đắp thấp ẩm ướt để thoát nước mặt đường được nhanh chóng, khôngđược thiết kế độ dốc dọc bằng 0 Trong đường đào, để tránh rãnh dọc không phải đào quá sâu, làmtăng khối lượng đất và để đảm bảo an toàn cho xe, độ dốc dọc tối thiểu là 0,5 % (khi khó khăn là 0,3

% và đoạn dốc này không kéo dài quá 50 m)

- Chiều dài dốc tối thiểu lmin:

Trên trắc dọc nếu chiều dài các đoạn đổi dốc quá ngắn, trắc dọc sẽ như hình răng cưa, xe chạyphải đổi dốc liên tục không êm thuận gây khó chịu cho hành khách Do đó chiều dài đoạn dốc phảiđảm bảo lớn hơn giá trị tối thiểu được quy định đối với từng cấp đường trong TCVN

Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc phải đủ để bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn các giá trịquy định ở Bảng 2.11

Bảng 2.11 Chiều dài tối thiểu đổi dốc

Chiều dài tối thiểu đổi dốc, m 300 250 200

(150)

150 (100)

120 (70)

100 (60)

60 (50)

Chỳ thớch: Cỏc giỏ trị trong ngoặc ỏp dụng cho cỏc đường cải tạo, nõng cấp khi khối lượng bự

vờnh mặt đường lớn.

* Chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng cú bỏn kớnh nhỏ

Trong đường cong cú bỏn kớnh nhỏ, đụ̣ dốc dọc thực tế sẽ tăng lờn vỡ:

+ Trong đường cong cú bố trớ siờu cao, tổng hỡnh học của đụ̣ dốc siờu cao và đụ̣ dốc dọc sẽ lớnhơn đụ̣ dốc thực tế định ỏp dụng

+ Cựng khắc phục đụ̣ chờnh cao đụ̣ nhưng chiều dài ở bụng đường cong ngắn hơn ở tim đườngnờn đụ̣ dốc dọc ở mộp trong sẽ lớn hơn đụ̣ dốc dọc tim đường

+ Khi xe chạy trong đường cong dưới tỏc dụng của lực li tõm làm cho bỏnh xe bị lệch đi 1 gúc sovới phương dọc đường Khi R càng nhỏ thỡ gúc lệch càng lớn làm tăng sức cản vận chuyển gõy tiờuhao nhiờn liệu, hao mũn xăm lốp

Quy định về lượng chiết giảm độ dốc dọc:

∆ - Trị số chiết giảm đụ̣ dốc dọc (%);3

ib- đụ̣ dốc dọc quỹ đạo xe chạy (làn xe trong);

id- đụ̣ dốc dọc của đường (%);

R- bỏn kớnh đường cong nằm;

Rρ- bỏn kớnh quỹ đạo xe chạy.

Trong đường cong nằm cú bỏn kớnh cong nhỏ R≤50m, dốc dọc ghi trong Bảng 16 phải chiết giảmmụ̣t lượng quy định trong Bảng 2.12 TCVN4054-2005

Bảng 2.12 Lượng chiết giảm dốc dọc trong đường cong nằm cú bỏn kớnh nhỏ

1.3.2 Đường cong đứng

1.3.2.1 Khỏi niệm tầm nhỡn trờn trắc dọc

- Điểm góy trờn trắc dọc: điểm giao điểm của 2 hướng dốc khỏc nhau trờn trắc dọc Điểm góy cúthể là điểm góy lồi hay điểm góy lừm;

- Gúc góy ω: vỡ đụ̣ dốc trờn trắc dọc nhỏ do vậy ω cú thể biểu thị theo đụ̣ dốc i1 và i2:

ω được xỏc định bằng hiệu đại số của i1 - i2 (lờn dốc mang dấu “+”, xuống dốc mang dấu “-“)

Trong tính toán ta lấy giá trị tuyệt đối.

- Đối với chuyển động của xe ô tô trên đường điểm gãy là một chướng ngại quan trọng:

+ Khi qua điểm gẫy ô tô bị thay đổi quỹ đạo đột ngột nên gây xóc;

+ Đối với các điểm gẫy lồi: khi ω càng lớn càng gây cản trở về tầm nhìn;

+ Đối với các điểm gãy lõm thì không những gây xóc mà do lực ly tâm làm gia tăng áp lực củanhíp xe do đó có thể gây gãy nhíp

Để khắc phục những hạn chế trên, ở các điểm gãy cần bố trí các đường cong đứng

Hình 2.19 Các dạng góc gãy 1.3.2.2 Đường cong đứng và bố trí đường cong đứng

- Khái niệm đường cong đứng:

Đường cong nối hai hướng dốc đứng gần nhau trên trắc dọc giúp giảm thiểu tác động xấu củađiểm gẫy tới mức thấp nhất;

- Bố trí đường cong đứng:

Trong mọi trường hợp nếu có điều kiện thì tại điểm gẫy nên gọt (hoặc đắp) thành đường congđứng, các trường hợp khác theo TCVN 4054 - 05 quy định: việc bố trí đường cong (đường cong trònhoặc parabol bậc hai) phụ thuộc vào cấp đường và trị số góc gẫy cụ thể như sau:

+ Khi Vtk < 60km/h và ω = |i1 - i2| ≥ 2%: phải làm đường cong đứng;

+ Khi Vtk ≥ 60km/h và ω = |i1 - i2| ≥ 1%: phải làm đường cong đứng

Tính toán đường cong đứng:

Trong tính toán đường cong đứng, coi đường cong parabol bậc hai có bán kính R, có phươngtrình :

+ Chiều dài tiếp tuyến đường cong đứng (tính gần đúng): Tđ=Lđ/2

+ Chiều cao bạt hoặc đắp tại các cọc trong đường cong đứng được tính theo phương pháp gầnđúng:

y = 2x R2

+ Chiều cao bạt hoặc đắp tại cọc đỉnh:

2 2 d

d

L T h

Trong đó: điểm gốc của đường cong là TĐ (đối với các cọc thuộc nửa đầu đường cong đứng), là

TC (đối với các cọc thuộc nửa cuối đường cong đứng); coi cự ly giữa cọc cần tính và cọc gốc = x =

cự ly trên đường tiếp tuyến còn y được xác định gần đúng bằng chiều cao thi công, chiều cao bạt hoặcđắp tại cọc đó:

d

L T h

Bán kính đường cong đứng và chiều dài tối thiểu đường cong đứng:

Bán kính đường cong đứng phải chọn cho hợp với địa hình, tạo thuận lợi cho xe chạy và mỹquan cho đường nhưng không nhỏ hơn các giá trị ghi trong Bảng 2.13

Bảng 2.13 Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi và lõm

Bán kính đường cong đứng lồi, m

Tối thiểu thông thường 17 000 10 000 5 000 4 000 1 000 600 200 Bán kính đường cong đứng lõm, m

Hình 2.20 Sơ đồ tính toán đường cong đứng

1.3.3 Nguyên tắc c¬ b¶n thiết kế trắc dọc

1.3.3.1 Nguyên tắc thiết kế

Khi thiết kế trắc dọc cần đảm bảo các nguyên tắc sau:

+ Đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật

+ Đảm bảo yêu cầu về mặt kinh tế: khối lượng đào đắp nhỏ nhất, giá thành công trình ít nhất.+ Cần chú ý đến điều kiện thi công (nếu như thi công bằng cơ giới mà trắc dọc đổi dốc liên tục sẽkhông thuận lợi cho thi công, cho duy tu bảo dưỡng và khai thác đường)

1.3.3.2 Các phương pháp thiết kế trắc dọc

a) Phương pháp đường bao:

Là phương pháp vạch đường đỏ luôn bám sát và cao hơn đường đen

Phương pháp thường áp dụng cho địa hình tương đối thoải của vùng đồi và vùng núi, ngoài raphương pháp này còn dùng thiết kế đường cải tạo nâng cấp, đường cấp thấp

ω

K

Hình 2.21 Thiết kế mặt cắt dọc theo phương pháp đường bao

+ Ưu điểm:

Khối lượng đào đắp ít (chủ yếu là đắp) Dễ thoát nước, nên nền đường ổn định ít chịu ảnh hưởngcủa nước Ít thay đổi cảnh quan, không phá vỡ cân bằng tự nhiên của nơi đắt tuyến Dễ thi công cơgiới

+ Nhược điểm:

Khó áp dụng cho đường cấp cao vì yêu cầu vận doanh không cho phép đổi dốc liên tiếp

Chỉ phù hợp với địa hình bằng phẳng, không quá nhấp nhô Nếu áp dụng phương pháp này chovùng núi tự nhiên không bằng phẳng thì xe chạy không êm thuận vì dốc lớn và hay đổi dốc

b) Phương pháp đường cắt:

Là đường đỏ đi sát địa hình và cắt địa hình tạo thành những khoảng đào đắp xen kẽ Phươngpháp này thường áp dụng ở vùng địa hình mấp mô, riêng với đường cấp cao thì hầu như phải vậndụng trên cả các địa hình tương đối dễ

Hình 2.22 Thiết kế mặt cắt dọc theo phương pháp đường cắt

Mặt cắt dọc theo phương pháp này thường gây nên đào sâu đắp cao, yêu cầu các công trình chống

đỡ Phá vỡ cần bằng của đất nên nền đường kém ổn định

Khi thiết kế nên suy nghĩ đến sự cân bằng giữa khối lượng đào và đắp đất để tận dụng vậnchuyển dọc, lấy đất nền đào đổ sang nền đắp

Tùy theo điều kiện địa hình mà có thể sử dụng phương pháp đi bao hoặc phương pháp đi cắt

thường áp dụng tổng hợp hai phương pháp trên tuỳ theo địa hình, tuỳ các điểm đỏ khống chế.

1.3.3.3 Trắc dọc qua các vị trí công trình

a) Khái niệm:

Công trình nhân tạo là các công trình nối tiếp đường như cầu, hầm, cống… khi thiết kế các côngtrình nhân tạo thì phải đảm bảo cho tuyến được đều đặn, xe chạy đươc êm thuận Do đó bố trí côngtrình nhân tạo phải thỏa mãn các yêu cầu của tuyến đường về bình đồ, trắc dọc, trắc ngang Tuy nhiênkhi có những công trình nhân tạo quá phức tạp về mặt kỹ thuật hay yêu cầu về mặt kinh tế quá cao thì

có thể xem xét hạn chế các yêu cầu trên

Các điểm khống chế là các điểm ở đó cao độ của nền đường đã được xác định Có hai loại điểmkhống chế: loại đã được xác định chính xác như cao độ của nền đường ở những chỗ giao nhau cùngmức với đường sắt, với các đường ô tô khác Các điểm khống chế khác được xác định theo trị sốchiều cao đắp tối thiểu so với mặt đất tự nhiên như cao độ mặt cầu, cao độ nền đắp tại khu vực ngậpnước, cao độ nền đắp trên cống,…

Cao độ đường đỏ tại những điểm khống chế được quy định như sau:

- Cao độ thiết kế mép nền đường ở những đoạn ven sông, đầu cầu nhỏ, cống, các đoạn qua cáccánh đồng ngập nước phải cao hơn mức nước ngập theo tần suất tính toán (có xét đến mức nước dềnh

- Cao độ đáy áo đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán (hay mực nước đọng thườngxuyên)

- Cao độ đường đỏ tại vị trí cầu

b) Tuyến qua cống:

Về bình đồ tuyến đường thì không có yêu cầu gì đặc biệt, về cắt dọc thì chú ý sau:

Chiều dày tối thiểu đắp đất trên cống tròn và cống vuông không bố trí cốt thép chịu tải xe chạytheo quy định như sau:

+ Cao độ mặt đường chỗ có cống tròn phải cao hơn đỉnh cống tròn ít nhất là 0,5 m Khi chiều dày

áo đường dày hơn 0,5 m, độ chênh cao này phải đủ để thi công được chiều dày áo đường

+ Khẩu độ tối thiểu quy định là 0,75 m với chiều dài không quá 15 m Để thuận tiện cho việcduy tu sửa chữa, nên dùng cống khẩu độ 1 m với chiều dài cống dưới 30 m Cống có khẩu độ bằng1,25 m và 1,5 m thì chiều dài cống cho phép phải trên 30 m

+ Dốc dọc của cống không lớn hơn độ dốc dòng chảy ở hạ lưu cống Nên lấy dốc cống từ 2 %đến 3 % để tránh lắng đọng bùn đất trong lòng cống Tần suất tính toán thủy văn của cống được lấytheo quy định ở bảng 30

+ Trường hợp nước chảy với chế độ không áp lực qua cống:

Phải đảm bảo chiều cao đất đắp trên thân cống tối thiểu 0,5 m kể cả chiều dày kết cấu mặt đường.

Hvai = Hđc + φ + δ + a1

Htim = Hvai + Blđ.ilđ + (Bm/2 + Blgc)im (2.49)

Trong đó:

φ: là khẩu độ cống;

δ: chiều dày thân cống phía trên;

a1 : chiều cao đất đắp trên thân cống kể cả kết cấu mặt đường, a1 tối thiểu là 0,5 m;

+ Trường hợp nước chảy với chế độ có áp lực qua cống:

Phải đảm bảo từ mực nước dâng trước cống cho đến vai đường tối thiểu là 0,5 m

Hvai = Hđc + Hdâng + a2

Htim = Hvai + Blđ.ilđ + (Bm/2 + Blgc)im (2.50)Trong đó:

φ: là khẩu độ cống;

δ: chiều dày thân cống phía trên;

a1 : chiều cao đất đắp trên thân cống kể cả kết cấu mặt đường, a1 tối thiểu là 0,5 m

a2 chiều cao từ mực nước dâng trước cống cho đến vai đường tối thiểu là 0,5 m

c) Tuyến đường qua cầu:

Các loại cầu (cầu vượt sông, cầu vượt qua đường sắt và đường bộ, cầu cao, ), cống và đườnghầm trên đường ô tô được thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế chuyên ngành

Cao độ thiết kế ở đỉnh cầu:

Trong đó:

+ HMNTK là cao độ mực nước thiết kế

+ Z là tĩnh không của cầu tính từ mực nước thiết kế đến đáy dầm cầu Nếu có thông thuyền thì

Z phải đảm bảo theo quy định của đường thủy Nếu không có thông thuyền thì Z tối thiểu phải bằng0,5 m

+ C là chiều cao cấu tạo của dầm cầu

Tần suất tính toán thuỷ văn cho các công trình trên đường được quy định theo Bảng 2.14

Bảng 2.14 Tần suất tính toán thủy văn các công trình trên đường ô tô

Chú thích:

1) Đối với đường ô tô nâng cấp, cải tạo nói chung phải tuân theo những quy định về tần suất lũ

thiết kế như đối với đường mới Trường hợp khó khăn về kỹ thuật hoặc phát sinh khối lượng lớn

thì cho phép hạ tiêu chuần về tần suất tính toán ghi trong Bảng 30, nhưng phải được cấp có thẩm

quyền phê duyệt.

2) Nếu trong khảo sát điều tra được mực nước lịch sử cao hơn mực nước lũ tính toán theo tần suất quy định trong bảng trên thì đối với cầu lớn phải dùng mực nước lũ lịch sử làm trị số tính toán.

3) Tại các đoạn đường chạy qua khu đô thị và các khu dân cư, cao độ thiết kế nền đường được quy định theo cao độ thiết kế quy hoạch khu dân cư và tần suất lũ tính toán các công trình thoát nước

và nền đường theo tiêu chuẩn thiết kế đường đô thị.

4) Cầu lớn có Lc ≥ 100m, cầu trung 25 m ≤ L c < 100 m, cầu nhỏ L c < 25m Lc là khẩu độ tĩnh

không thoát nước.

1.3.3.4 Sự phối hợp giữa bình đồ và trắc dọc

+ Tránh bố trí nhiều đường cong đứng trên một đoạn thẳng dài (hoặc đường cong nằm có bánkính lớn) để tránh tuyến có nhiều chỗ khuất

+ Để tuyến không quanh co, tránh bố trí nhiều đường cong nằm trên một đoạn tuyến phẳng

+ Nên thiết kế số đường cong nằm bằng số đường cong đứng và nên bố trí trùng đỉnh Khi phải

bố trí lệch, độ lệch giữa hai đỉnh đường cong (nằm và đứng) không lớn hơn 1/4 chiều dài đường congnằm

+ Nên thiết kế đường cong nằm dài và trùm ra phía ngoài đường cong đứng

+ Không bố trí đường cong đứng có bán kính nhỏ nằm trong đường cong nằm để tránh tạo ra các

u lồi hay các hố lõm Nên đảm bảo bán kính đường cong đứng lõm (Rlõm) lớn hơn bán kính đườngcong nằm (Rnằm)

1.3.4 Trình tự thiết kế trắc dọc

1.3.4.1 Bản vẽ trắc dọc:

Tỷ lệ theo chiều ngang thường chọn bằng 1:1000, 1:2000, 1:5000 hoặc bằng tỷ lệ của bản vẽ bình

đồ tuyến Tùy theo giai đoạn thiết kế và điều kiện phức tạp của địa hình để chọn tỷ lệ vẽ cho phù hợp

Tỷ lệ theo chiều đứng (cao độ) bằng 10 lần lớn hơn tỷ lệ theo chiều ngang và mặt cắt địa chất trêntrắc dọc gấp 10 lần tỷ lệ vẽ cao độ mặt cắt dọc đường: ví dụ nếu chọn tỷ lệ theo chiều ngang là1:1000 thì theo chiều đứng là 1:100 và mặt cắt địa chất là 1:10

Mặt phẳng so sánh có tác dụng để hạ cao độ các điểm trên mặt cắt dọc sao cho mặt cắt dọc đượcthể hiện đầy đủ trên bản vẽ cho nên việc chọn mặt phẳng so sánh phải dựa vào cao độ để lựa chọn saocho phù hợp Trên một bản vẽ mặt cắt dọc có thể lựa chọn nhiều mặt phẳng so sánh

Dựa vào số liệu đã đi khảo sát và việc lựa chọn tỷ lệ bản vẽ, mặt so sánh tiến hành dựng trắc dọcthiên nhiên

1.3.4.2 Trình tự thiết kế trắc dọc:

1 Kẻ đường thiết kế (kẻ đường đỏ):

- Chuyển các yếu tố thiết kế trên bình đồ sang bản vẽ trắc dọc