Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018

Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018 Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ XE TRÊN ĐƯỜNG VÀ ĐƯỜNG Ô TÔ 5

1.1.1 Vận tải, các hình thức vận tải 5

1.1.2 Xe trên đường ô tô 6

1.1.3 Đường ô tô - phân cấp đường ô tô 7

1.2 CÔNG TÁC KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ 11

1.2.1 Khái niêm chung 11

1.2.2 Các giai đoạn khảo sát thiết kế công trình 13

1.2.3 Các công việc cơ bản trong công tác khảo sát đường (học phần khảo sát thiết kế) 14

Chương 2 THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ 17

2.1 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG 17

2.1.1 Lực cản của xe trên đường 17

2.1.2 Lực kéo của xe - nhân tố động lực của xe 20

2.1.3 Sự hãm xe 24

2.1.4 Đặc điểm sự chuyển động của ô tô trong đường cong nằm 25

2.2 THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC TRÊN BÌNH ĐỒ 26

2.2.1 Khái niệm chung 26

2.2.2 Bán kính đường cong nằm 27

2.2.3 Mở rộng và đoạn nối mở rộng mặt đường trong đường cong 30

2.2.4 Siêu cao và đoạn nối siêu cao 34

2.2.5 Đường cong chuyển tiếp 38

2.2.6 Tầm nhìn xe chạy- Đảm bảo tầm nhìn trong đường cong có bán kính nhỏ 44

2.2.7 Phối hợp đoạn thẳng và đoạn cong trên bình đồ 50

2.2.8 Trình tự công tác thiết kế trên bình đồ 52

2.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC 53

2.3.1 Chọn độ dốc dọc của đường 53

2.3.2 Chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ 56

2.3.3 Đường cong nối dốc dọc 56

2.3.4 Nguyên tắc và trình tự thiết kế trắc dọc 60

2.4 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG 65

2.4.1 Khái niệm chung 65

2.4.2 Bề rộng phần xe chạy - lề đường 66

2.4.3 Tĩnh không của đường - Dải đất dành cho đường 68

2.4.4 Trình tự các bước thiết kế trắc ngang 70

2.5 NÚT GIAO THÔNG 71

1

2.5.1 Khái niệm 71

2.5.2 Đường ô tô giao nhau cùng mức 72

2.5.3 Đường ô tô giao khác mức (Quy định trong TCVN 4054 - 05) 74

2.5.4 Đường ô tô giao với các công trình khác 75

Chương 3 THIẾT KẾ NỀN, MẶT ĐƯỜNG VÀ THOÁT NƯỚC 78

3.1 THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ 78

3.1.1 Các yêu cầu chung đối với nền đường 78

3.1.2 Cấu tạo nền đường 79

3.1.3 Tính toán ổn định nền đường 85

3.1.4 Cấu tạo gia cố taluy nền đường 89

3.2.THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG 90

3.2.1 Yêu cầu chung, cấu tạo mặt đường 90

3.2.2 Tính toán cường độ mặt đường mềm 95

3.2.3 Thiết kế cấu tạo mặt đường mềm theo tiêu chuẩn AASHTO 110

3.2.4 Tính toán kết cấu mặt đường cứng 119

3.3 THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC NGẦM 131

3.3.1 Hệ thống thoát nước mặt 131

3.3.2 Hệ thống thoát nước ngầm 137

Chương 4 THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐƯỜNG 141

4.1 TRANG THIẾT BỊ AN TOÀN GIAO THÔNG TRÊN ĐƯỜNG 141

4.1.1 Biển báo hiệu 141

4.1.2 Vạch tín hiệu giao thông trên mặt đường 144

4.1.3 Cọc tiêu, lan can phòng 147

4.1.4 Chiếu sáng 148

4.2 CÁC CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ 150

4.2.1 Cây trồng 150

4.2.2 Chỗ dừng xe buýt 150

4.2.3 Bãi nghỉ và các bãi dịch vụ khác 152

4.2.4 Trạm thu phí 142

4.3 AN TOÀN PHÒNG HỘ, BẢO ĐẢM TIỆN NGHI VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC 155

4.3.1 Bố trí phòng hộ, bảo đảm an toàn giao thông phải theo các quy định sau: 155

4.3.2 Thiết kế dẫn hướng 156

4.3.3 Báo hiệu giao thông trên đường cao tốc 157

4.3.4 Chống lóa mắt do pha đèn của xe chạy ngược chiều về ban đêm 158

4.3.5 Chiếu sáng đường cao tốc 158

4.3.6 Các cơ sở phục vụ trên đường cao tốc 159

4.3.7 Các nội dung thiết kế cần phải đề cập khác 160

4.4 GIAO THÔNG THÔNG MINH 161

4.4.1 Khái niệm 161

4.4.2 Các lĩnh vực phát triển hướng đến 162

4.4.3 Khái niệm ETC 163

4.4.4 Hiệu quả của ETC 163

4.4.5 Kiểm soát giao thông với ITS 164

4.4.6 An toàn giao thông với ITS 165

TÀI LIỆU THAM KHẢO 167

3

Chương 1NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 TỔNG QUAN VỀ XE TRÊN ĐƯỜNG VÀ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1.1 Vận tải, các hình thức vận tải

Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là động lực của sự pháttriển kinh tế, nó có vai trò quan trọng hàng đầu trong kết cấu hạ tầng và là mạch máu lưu thôngcủa đất nước

Trong GTVT có nhiều ngành và mỗi ngành có một đặc trưng khác nhau:

Vận tải thủy: vận tải đường sông và vận tải đường biển Ưu điểm là tiết kiệm được năng lượng

vận chuyển do đó chi phí vận chuyển rất rẻ, thuận lợi trong việc vận chuyển các loại hàng hóa cồngkềnh từ khắp mọi nơi trên thế giới Nhược điểm là tốc độ vận chuyển chậm, phụ thuộc vào đườngbiển, các điều kiện sông ngòi, điều kiện thời tiết khí hậu

Vận tải hàng không: ưu điểm là tốc độ cao, tiết kiệm thời gian vận chuyển Nhược điểm là giá

thành cao Hiện đang phát triển rất mạnh mẽ

Vận tải đường sắt: ưu điểm là tốc độ vận chuyển khá cao, vận chuyển được hàng hóa khối

lượng lớn, và giá thành tương đối rẻ Nhược điểm là không vượt được độ dốc lớn, đường vậnchuyển là cố định nên không cơ động

Vận tải đường bộ: chủ yếu là đường ô tô, là một bộ phận rất quan trọng của ngành vận tải.

Đặc điểm:

- Có tính cơ động cao, vận chuyển trực tiếp không cần qua các phương tiện chuyển tải trunggian, giao thông đường bộ có khả năng luồn lách đến tất cả mọi nơi mọi miền của đất nước, từvùng đồng bằng đến vùng miền núi xa xôi mà các hình thức giao thông khác không thể đến đượchoặc rất khó khăn tốn kém;

- Kinh phí xây dựng không quá cao so với các hình thức giao thông khác;

- Tốc độ vận tải khá lớn, nhanh hơn đường thủy, tương đương đường sắt, trên đường cao tốc

có thể chạy trên 100km/h nên trên các cự ly ngắn nó có thể cạnh tranh với đường hàng không;

- Cước phí vận chuyển trên đường bộ rẻ hơn rất nhiều so với đường hàng không nên lượnghành khách và hàng hóa thường chiếm 80 - 98% về khối lượng hàng và 59 - 70% về khối lượngvận chuyển;

- Nhược điểm chủ yếu của vận tải ô tô là tai nạn giao thông cao Hiện tại nước ta là một trong

số những nước có số vụ tai nạn giao thông lớn thế giới, chính phủ đã và đang có những biện phápnhằm hạn chế tai nạn;

Vì ý nghĩa đó nên chúng ta cần nhanh chóng phát triển giao thông đường bộ nhằm thỏa mãn mọinhu cầu vận chuyển hàng hóa, nhu cầu đi lại của nhân dân, nhu cầu giao lưu kinh tế, văn hóa trongmọi miền đất nước

1.1.2 Xe trên đường ô tô

1.1.2.1 Các kích thước của xe thiết kế

Trên đường cao tốc chỉ cho phép xe ô tô lưu hành, còn trên đường ô tô theo tiêu chuẩn TCVN4054: 2005 tất cả các loại xe, trừ xe bánh xích, được phép lưu hành do đó ngoài xe ô tô còn có các

loại xe như xe máy, xe đạp, bộ hành Kích thước xe thiết được quy định như sau:

Bảng 1.1 Các kích thước của xe thiết kế (Kích thước tính bằng mét)

Loại xe Chiều dài

toàn xe

Chiều rộng phủ bì

Chiều cao

Nhô về phía trước

Nhô về phía sau

Khoảng cách giữa các trục xe

1.1.2.2 Lưu lượng xe thiết kế (xcqđ/nđ)

Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặt cắttrong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi đưađường vào sử dụng đối với các cấp I và II; năm thứ 15 đối với các cấp III và IV; năm thứ 10 đốivới các cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo Hệ số quy đổi từ xe các loại về xecon lấy theo Bảng 1.2 (Bảng 2 TCVN 4054 - 2005)

Bảng 1.2 Hệ số quy đổi từ xe các loại ra xe con

Xe tải có

3 trục trở lên

và xe buýt lớn

Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc

Chú thích: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn

núi như sau: Đồng bằng và đồi  30 %; núi > 30 %.

Đường tách riêng xe thô sơ thì không quy đổi xe đạp.

Các loại lưu lượng xe thiết kế

Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (viết tắt là Ntbnđ) có thứ nguyênxcqđ/nđ (xe con quy đổi/ngày đêm)

Lưu lượng này được tham khảo khi chọn cấp thiết kế của đường và tính toán nhiều yếu tốkhác

Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai viết tắt là Ngcđ có thứ nguyên xcqđ/h(xe con quy đổi/giờ)

Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượng dòng xe, tổ chức giao thông…

Ngcđ có thể tính bằng cách: khi có thống kê, suy từ Ntbnđ bằng các hệ số không đều theo thờigian; khi có đủ thống kê lượng xe giờ trong 1 năm, lấy lưu lượng giờ cao điểm thứ 30 của nămthống kê; khi không có nghiên cứu đặc biệt dùng Ngcđ = (0,10  0,12) Ntbnđ

Khi lựa chọn cấp hạng đường điều trước tiên mà ta nên quan tâm là chức năng hay tầmquan trọng của con đường đồng thời có xét tới yếu tố địa hình, mỗi cấp có các tiêu chuẩn theođịa hình để có giá thành xây dựng hợp lý Chỉ tiêu về lưu lượng xe thiết kế chỉ để tham khảo(chỉ tiêu này được mở rộng, không có cận trên) vì có nhiều trường hợp những tuyến đường cóchức năng quan trọng nhưng lượng xe không nhiều hoặc tạm thời không nhiều

1.1.3 Đường ô tô - phân cấp đường ô tô

1.1.3.1 Đường ô tô

Đường ô tô là tổng hợp các công trình, các trang thiết bị nhằm phục vụ cho giao thông trên

5

đường và thường được thể hiện bằng 3 bản vẽ cơ bản:

a) Bình đồ: là hình chiếu bằng của tuyến đường trên địa hình, ngoài các yếu tố địa hình,

biễu diễn bằng đường đồng mức, tuyến đường trên bình đồ còn thể hiện các yếu tố sau:

- Điểm đầu, điểm cuối các điểm chuyển hướng của tuyến đường

- Các góc chuyển hướng, giá trị góc chuyển hướng α

- Các yếu tố đường cong tại điểm chuyển hướng

- Các cọc lý trình, các vị trí công trình trên tuyến

b) Trắc dọc: là hình chiếu mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đã duỗi thẳng Trên mặt

cắt dọc thể hiện các yếu tố chủ yếu sau:

- Cao độ thiên nhiên theo tim tuyến, đường nối các cao độ này được gọi là đường đen,

- Cao độ thiết kế đường nối các cao độ này được gọi là đường thiết kế (đường đỏ) Đường đỏxác định bằng:

Độ dốc dọc thiết kế (tính phần trăm hay phần nghìn),

Chiều dài các đoạn dốc

Đường cong nối dốc tại các vị trí đổi dốc và các yếu tố của đường cong đó

Để xác định chiều cao thi công, dựa vào cao độ thiên nhiên và cao độ thiết kế tại một vị trí

- Các công trình trên đường: vị trí cầu, cống, đường giao cắt…

c) Trắc ngang: hình chiếu các yếu tố của đường trên mặt chiếu thẳng góc với tim đường Trên

mặt cắt ngang mặt đất tự nhiên thể hiện bằng đường đen, các yếu tố thiết kế mặt cắt ngang chủ yếulà:

- Tim đường: là trục đối xứng của nền đường và mặt đường (trừ trường hợp trong đường cong

và có mở rộng một phía)

- Phần xe chạy (mặt đường): Là phần kết cấu gồm nhiều tang lớp vật liệu trực tiếp chịu tácdụng của tải trọng xe cộ và các yếu tố thời tiết, là phần quan trọng nhất của đường Phần xe chạy

có thể có 1 hoặc nhiều làn xe và mỗi làn có bề rộng được xác định tùy theo cấp đường

- Nền đường: là nền tảng của phần xe chạy, lớp phía trên của nền đường cùng với áo đườngchịu tác dụng của tải trọng xe Nền đường bao gồm chiều rộng phần mặt đường và lề đường (hay

bề rộng giữa hai vai đường)

- Lề đường: là phần nằm 2 bên của mặt đường có chức năng: giao thông bộ hành, nơi để vậtliệu khi duy tu và sửa chữa đường, nơi đỗ xe tạm thời, làn xe thô sơ, đi bộ… Lề đường có thể baogồm lề đất và có thể có cả lề gia cố

- Mép mặt đường: là phần tiếp giáp giữa lề đường và mặt đường

- Mái đường dốc nền đường: có 2 dạng mái đường dốc nền đường đắp và mái đường dốc nềnđường đào

Hình 1.1 Các bộ phận cơ bản của đường

1- Phần xe chạy, 2- Lề đường, 3- Mái đường, 4- Hành lang an toàn đường bộ, 5- Nền đường, 6- Tim đường, 7- Vai đường, 8- Mép phần xe chạy, 9- Đỉnh mui luyện, 10- Dải phân cách, 11- Dải đất hai bên đường bộ, dành cho quản lý, bảo vệ công trình đường

bộ, 12- Dấu hiệu phân làn, 13- Lề gia cố, 14- Rãnh dọc.

d) Các công trình trên đường:

- Các công trình thoát nước trên đường

- Công trình vượt qua dòng nước

- Các công trình khác trên đường: Hệ thống an toàn và tổ chức giao thông, cây xanh, chiếusáng, trạm nghỉ, trạm thu phí, nhà phục vụ bảo trì đường bộ

1.1.3.2 Phân cấp đường ô tô

a Phân cấp theo cơ quan quản lý đường: Mạng lưới đường ô tô quốc gia được phân thành:

+ Hệ thống đường Quốc lộ, nối các trung tâm kinh tế chính trị giao thông có ý nghĩa toànquốc

+ Hệ thống đường địa phương: đường tỉnh, đường huyện - đường xã, nối liền các trung tâmkinh tế có tính chất địa phương như tỉnh, huyện, xã…

b Phân loại đường theo TCVN: Theo tiêu chuẩn Việt Nam, đường ô tô được phân ra 2 loại:

+ Đường cao tốc: đường chuyên cho ô tô chạy, có 2 phần xe chạy riêng biệt (mỗi chiều có ítnhất 2 làn xe), trong đó lại chia ra :

- Đường cao tốc loại A: tất cả các nút giao thông trên đường đều là khác mức;

- Đường cao tốc loại B: một số nút giao thông trên tuyến được phép giao bằng

+ Đường ô tô: được dùng chung cho các loại phương tiện giao thông, trừ xe xích

c Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng và lưu lượng xe thiết kế:

Đường ô tô và đường cao tốc được phân ra các cấp tùy theo chức năng của con đường, theođịa hình như chỉ dẫn trong bảng 1.3:

Bảng 1.3 Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng và lưu lượng xe thiết kế

Cấp thiết

kế của

đường

Lưu lượng xe thiết kế *)

(xcqđ/nđ)

Chức năng của đường

Cao tốc > 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997.

Cấp I > 15 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá

lớn của đất nước Quốc lộ.

Cấp II > 6 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước Quốc lộ.

Cấp III > 3 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn

của đất nước, của địa phương.Quốc lộ hay đường tỉnh.

Cấp IV > 500 Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, các khu dân cư Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.

Cấp V > 200 Đường phục vụ giao thông địa phương Đường tỉnh, đường

7

huyện, đường xã.

Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xã.

*) Trị số lưu lượng này chỉ để tham khảo Chọn cấp hạng đường nên căn cứ vào chức năng của

đường và theo địa hình.

d Các chỉ tiêu chủ yếu của từng cấp đường

- Vận tốc thiết kế (Vtk): Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủyếu của đường trong trường hợp khó khăn Tốc độ này khác với tốc độ cho phép lưu hành trên đườngcủa cơ quan quản lý đường Tốc độ lưu hành cho phép, phụ thuộc tình trạng thực tế của đường (khíhậu, thời tiết, tình trạng đường, điều kiện giao thông, )

Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo điều kiện địa hình, xem Bảng 1.4 (Bảng 4 của TCVN

CHÚ THÍCH: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi,

sườn núi như sau: Đồng bằng và đồi  30 %; núi > 30 %.

- Chiều dài tối thiểu của tuyến đường ứng với cấp đường: Các đoạn tuyến phải có một chiềudài tối thiểu thống nhất theo một cấp Chiều dài tối thiểu này đối với đường từ cấp IV trở xuống là

5 km, với các cấp khác là 10 km

- Mặt cắt ngang: Chiều rộng tối thiểu của các yếu tố trên mặt cắt ngang đường được quy địnhtuỳ thuộc cấp thiết kế của đường như quy định ở Bảng 1.5 (Bảng 6 TCVN4054-2005) áp dụng chođịa hình đồng bằng và đồi, Bảng 1.6 (Bảng 7 TCVN4054-2005) áp dụng cho địa hình vùng núi

Bảng 1.5 Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang

cho địa hình đồng bằng và đồi

2,50 (2,00)

1,00 (0,50)

1,00 (0,50) 1,50Chiều rộng nền đường, m 32,5 22,5 12,00 9,00 7,50 6,50

1) Chiều rộng dải phân cách giữa có cấu tạo nói ở điều 4.4 và Hình 1 áp dụng trị số tối thiểu khi dải phân cách được cấu tạo bằng dải phân cách bê tông đúc sẵn hoặc xây đá vỉa, có lớp phủ và không bố trí trụ (cột) công trình Các trường hợp khác phải bảo đảm chiều rộng dải phân cách theo

quy định ở điều 4.4.

2) Số trong ngoặc ở hàng này là chiều rộng phần lề có gia cố tối thiểu Khi có thể, nên gia cố toàn

bộ chiều rộng lề đường, đặc biệt là khi đường không có đường bên dành cho xe thô sơ.

Bảng 1.6 Chiều rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang cho địa hình vùng núi

1,0 (0,5m)

1,5

*) Số trong ngoặc ở hàng này là chiều rộng phần lề có gia cố tối thiểu Khi có thể, nên gia cố toàn

bộ chiều rộng lề đường, đặc biệt là khi đường không có đường bên dành cho xe thô sơ.

1.2 CÔNG TÁC KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.2.1 Khái niệm chung

1.2.1.1 Công tác KSTK đường ô tô có những đặc điểm chính như sau:

- Công việc khảo sát và công việc thiết kế đường ô tô luôn luôn liên quan chặt chẽ với nhau,khảo sát để phục vụ thiết kế, nhưng có nhiều phần việc phải có quyết định của thiết kế mới tiếnhành khảo sát được Đặc biệt quá trình thiết kế tuyến hầu như phần lớn phải giải quyết trên thựcđịa và có cắm tuyến thì mới giải quyết được các công việc tiếp theo như khảo sát địa hình, địachất, thủy văn… Trong khi đó muốn quyết định được tuyến về bình đồ, trắc dọc thì phải cóphương án về các công trình trên tuyến Do vậy có thể thấy: đối với công trình đường ô tô côngtác khảo sát thiết kế trên thực địa là quan trọng Đây là đặc điểm cho they công tác khảo sát thiết

kế đường ô tô khác với việc khảo sát thiết kế của các công trình xây dựng cơ bản khác Nênđơn vị khảo sát làm luôn nhiệmvụ thiết kế và đòi hỏi người làm công tác khảo sát phải cónghiệp vụ giỏi mà còn phải có kiến thức chuyên môn tổng hợp, nắm được yêu cầu toàn diện vềtuyến đường thiết kế và còn nắm được thành tựu mới và khoa học công nghệ trong thiết kế xâydựng và khai thác đường ô tô

- Trong khảo sát thiết kế đường quá trình khảo sát đánh giá kinh tế và kỹ thuật luôn gắn liềnvới nhau Các giải pháp kỹ thuật thường được quyết định trên cơ sở cân nhắc về kinh tế, về hiệuquả bỏ vốn ra trước mắt cũng như hiệu quả lâu dài khi khai thác sử dụng con đường Đặc điểmnày yêu cầu người làm công tác KSTK đường phải thường xuyên quán triệt quan điểm kinh tế kỹthuật và các phương pháp so sánh phương án, phân tích hiệu quả kinh tế

1.2.1.2 Công tác KSTK đường ô tô có những yêu cầu như sau:

+ Cần hiểu sâu sắc mối quan hệ giữa “người sử dụng đường ô tô môi trường bên ngoài đường”; trong quá trình KSTK cần biết rõ:

Mối quan hệ giữa ”ô tô đường”: mối quan hệ này quyết định các yêu cầu của xe chạy đốivới các yếu tố của đường nà ta cần thiết kế (thể hiện ở các tiêu chuẩn kỹ thuật đối các yếu tố củatuyến đường);

- Mối quan hệ giữa ”môi trường bên ngoài- đường”; quan hệ này cho thấy ảnh hưởng của cácđiều kiện thiên nhiên đến việc xác định vị trí tuyến trên thực địa, ảnh hưởng của điều kiện thiênnhiên đến tính bền vững của công trình đường;

- Mối quan hệ giữa ”môi trường bên ngoài- người lái xe” quan hệ này nói lên ảnh hưởng củamôi trường xung quanh (gồm cả con đường) đến tâm lý người lái xe, do đó ảnh hưởng đến việc antoàn chạy xe và tốc độ xe trên đường

9

+ Cần nắm được các quy luật chạy xe trên thực tế khi trên đường có nhiều loại xe khả năngchạy với nhiều tốc độ khác nhau, phải nắm được chuyển động của dòng xe, ảnh hưởng của điềukiện đường đến chế độ chuyển động của dòng xe Từ đó vận dụng để thiết kế các yếu tố củađường, cũng như các cơ sở để đưa ra các biện pháp tổ chức giao thông kèm theo.

+ Cần nắm được phương pháp điều tra, dự báo nhịp độ phát triển về khối lượng vận chuyển;hiểu biết sâu sắc các khái niệm và phương pháp luận về kinh tế xây dựng, quản lý khai thácđường; nắm được các phương pháp so sánh, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các phương

án tuyến

+ Về nghiệp vụ cần có kiến thức chuyên môn về công tác khảo sát thiết kế, nắm được cácphương pháp khảo sát vận dụng cho các loại địa hình, cho các cấp hạng kỹ thuật của đường

1.2.1.4 Tầm quan trọng của khảo sát thiết kế

Khảo sát thiết kế là bước đầu xây dựng con đường Nó quyết định hướng đi, chất lượng và khảnăng phục vụ của con đường sau này Mục đích là tìm được một vị trí tuyến đường hợp lý, phùhợp với các yêu cầu của nhiệm vụ đề ra đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu sau:

Kinh tế: khối lượng ít, giá thành hạ

Tốt: xe chạy an toàn, êm thuận

Bền: phải phục vụ được lâu dài

Khi thực hiện dự án công trình đường ô tô chủ đầu tư phải bỏ ra một số vốn rất lớn, nếu khảosát thiết kế không tốt thì không những khả năng phục vụ tuyến đường giảm sút mà còn gây lãngphí thi công và là một gánh nặng cho công tác bảo trì sau này

Để công tác khảo sát thiết kế được tốt, điều chủ yếu trước tiên phải là quán triệt đầy đủ ýnghĩa, mục đích, yêu cầu của tuyến đường Phải so sánh, cân nhắc các phương án về kinh tế,chính trị, quốc phòng và điều kiện thi công, khả năng sử dụng, điều kiện bảo dưỡng sau này Ngoài ra, khi khảo sát thiết kế phải chiếu cố thích đáng tới việc phát triển tương lai, tránh tìnhtrạng dùng tiêu chuẩn quá thấp để thỏa mãn yêu cầu trước mắt, nhưng cũng tránh tình trạng chỉchú ý tới tướng lai mà dùng tiêu chuẩn quá cao làm cho khối lượng lớn và giá thành cao

1.2.2 Các giai đoạn khảo sát thiết kế công trình

1.2.2.1 Các giai đoạn khảo sát thiết kế công trình

a) Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát lập Báo cáo đầu tư xây dựng công trình và Dự

án đầu tư xây dựng công trình

Thu thập số liệu để lập báo cáo đầu tư xây dựng công trình (BCĐT) là thu thập những tài liệucần thiết để sơ bộ đánh giá về sự cần thiết phải đầu tư công trình, các thuận lợi và khó khăn, sơ bộxác định vị trí, quy mô công trình và ước toán tổng mức đầu tư, chọn hình thức đầu tư cũng như sơ

bộ đánh giá hiệu quả đầu tư về mặt kinh tế, xã hội của dự án

Khảo sát để lập Dự án đầu tư xây dựng công trình (DAĐTXD CT) là khảo sát xác định các sốliệu tài hiện trường, thu thập các tài liệu, văn bản để xác định sự cần thiết phải đầu tư công trình,lựa chọn hình thức đầu tư, xác định vị trí cụ thể, quy mô công trình, lựa chọn phương án côngtrình tối ưu, đề xuất các giải pháp thiết kế hợp lý, tính tổng mức đầu tư và đánh giá hiệu quả đầu

tư về mặt kinh tế và xã hội của dự án

Khảo sát đường ôtô nhằm phục vụ cho bước lập BCĐT và lập DAĐTXD CT, nếu dự án đầu tư

có quy mô thuộc nhóm đòi hỏi phải qua cả hai bước BCĐT và DAĐTXD CT thì công việc khảosát cũng phải tiến hành hai bước, nếu chỉ đòi hỏi một bước thì việc khảo sát chỉ tiến hành bước

DAĐTXD CT Thực hiện lập BCĐT hay DAĐTXD CT do Chủ đầu tư quyết định theo "Quy chếQuản lý đầu tư và Xây dựng" hiện hành.

b) Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật và khảo sát thiết kế bản vẽ thi công

- Giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật (KSTKKT);

- Giai đoạn khảo sát thiết kế bản vẽ thi công (KSTKBVTC)

Trường hợp bước TKKT gắn liền với việc lập hồ sơ đấu thầu và bước TKBVTC lại do Nhàthầu thực hiện thì việc khảo sát đường ôtô phải do cấp quyết định đầu tư phê duyệt

+ Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật

Đo đạc, thăm dò, điều tra nghiên cứu kỹ các điều kiện tự nhiên: địa hình, địa chất, thủy văn,vật liệu xây dựng trong phạm vi dải đất bố trí phương án tuyến đã được phê duyệt ở giai đoạntrước để tiến hành thiết kế kỹ thuật; cụ thể là thiết kế và cắm tuyến tại thực địa và quyết định vị trícũng như các giải pháp kỹ thuật chủ yếu đối các hạng mục công trình trên tuyến Xác định đủ khốilượng công tác và tiêu chuẩn sản phẩm của từng hạng mục công trình để lập hồ sơ đấu thầu, lậptổng dự toán công trình, xác định rõ nhu cầu thiết bị, nhân lực, vật liệu, cơ sở thí nghiệm cho dự

án và lập tiến độ thi công tổng thể công trình

+Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát thiết kế bản vẽ thi công

Đo đạc, thăm dò, điều tra nghiên cứu điều tra bổ sung một cách chi tiết các điều kiện tự nhiên:địa hình, địa chất, thủy văn, vật liệu xây dựng tại chỗ với từng đoạn tuyến, từng công trình cụ thể

để điều chỉnh các giải pháp kỹ thuật cho phù hợp và tính toán thiết kế chi tiết các hạng mục côngtrình phục vụ cho thi công trên thực địa trên cơ sở tiêu chuẩn đã được phê duyệt ở giai đoạn trước

1.2.2.2 Các bước thiết kế xây dựng công trình

Dự án đầu tư xây dựng công trình có thể gồm một hoặc nhiều loại công trình với một hoặcnhiều cấp công trình khác nhau Tùy theo quy mô, tính chất của công trình cụ thể, việc thiết kếxây dựng công trình được thực hiện một bước, hai bước hoặc ba bước như sau:

a) Thiết kế một bước là thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình chỉ lập Báocáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình Trường hợp này, bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹthuật và bước thiết kế bản vẽ thi công được gộp thành một bước và gọi là thiết kế bản vẽ thi công.Đối với trường hợp thiết kế một bước, có thể sử dụng thiết kế mẫu, thiết kế điển hình do cơquan nhà nước có thẩm quyền ban hành để triển khai thiết kế bản vẽ thi công;

b) Thiết kế hai bước bao gồm bước thiết kế cơ sở và bước thiết kế bản vẽ thi công được ápdụng đối với công trình quy định phải lập dự án Trường hợp này, bước thiết kế kỹ thuật và bướcthiết kế bản vẽ thi công được gộp thành một bước và gọi là bước thiết kế bản vẽ thi công;

c) Thiết kế ba bước bao gồm bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản

vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án Tuỳ theo mức độ phức tạpcủa công trình, việc thực hiện thiết kế ba bước do người quyết định đầu tư quyết định

Trường hợp thực hiện thiết kế hai bước hoặc ba bước thì thiết kế bước tiếp theo phải phù hợpvới thiết kế bước trước đã được phê duyệt

1.2.3 Các công việc cơ bản trong công tác khảo sát đường (học phần khảo sát thiết kế)

1 Khảo sát tuyến Những công việc tiến hành trong bước này gồm:

a Công tác chuẩn bị

11

b Công tác khảo sát tuyến.

c Khảo sát tuyến qua các khu vực đặc biệt

d Khảo sát các công trình liên quan đến tuyến

e Khảo sát các công trình thoát nước nhỏ

g Thu thập các số liệu để lập thiết kế tổ chức thi công và dự toán

h Lập các văn bản thoả thuận cần thiết

i Lập hồ sơ, tài liệu khảo sát

2 Khảo sát thuỷ văn

a Đối với tuyến đường

b Đối với công trình thoát nước

3 Khảo sát địa chất công trình

a Khảo sát ĐCCT cho các loại nền đường

b Khảo sát địa chất công trình cho cống

c Khảo sát ĐCCT cho cầu nhỏ

d Khảo sát ĐCCT cho cầu trung và cầu lớn

e Khảo sát ĐCCT các mỏ VLXD

4 Hồ sơ khảo sát

(1) Thuyết minh chung về công tác khảo sát tuyến (trong đó chú ý đến những đoạn khó khăn,những cục bộ phức tạp)

(2) Thuyết minh về khảo sát ĐCCT

(3) Thuyết minh về khảo sát thuỷ văn

(4) Thuyết minh về các mỏ VLXD

(5) Bình đồ cao độ tuyến tỷ lệ 1/1000 - 1/2000 (có đầy đủ địa hình, địa vật, vị trí các mốc cao

độ, toạ độ ) vẽ theo hướng tuyến có gốc bên phía trái

(6) Bình đồ cao độ các công trình trên tuyến, những đoạn khó khăn phức tạp, những vị trí giaocắt giữa tuyến thiết kế với các đường khác v.v (theo hướng tuyến chung)

(7) Hình cắt dọc tuyến tỷ lệ (1/1000 - 1/100 hoặc 1/2000 - 1/200 ) có mặt mặt cắt địa chất, cócác mức nước điều tra và mực nước tính toán theo tần suất quy định cho cấp đường

(8) Hình cắt ngang tỷ lệ 1/200

(9) Bản đồ tổng hợp các khu tụ nước

(10) Bản tính lưu lượng, khẩu độ các công trình thoát nước nhỏ

(11) Thống kê hệ cọc dấu, bảng thống kê toạ độ các cọc - nếu khảo sát theo toạ độ (để khôiphục lại các cọc chủ yếu khi bị mất)

(12) Bình đồ duỗi thẳng vị trí các mỏ VLXD và dự kiến phân phối

(13) Thống kê ruộng, đất bị chiếm

(14) Thống kê nhà cửa và các loại công trình phải di chuyển

(15) Thống kê khối lượng chặt cây,dẫy cỏ

(16) Thống kê mốc cao độ, toạ độ và độ cao của lưới khống chế mặt bằng hạng IV và đường

chuyển cấp 2.

(17) Thống kờ cỏc đường giao

(18) Thống kờ cỏc loại cụng trỡnh thoỏt nước

(19) Thống kờ cỏc vị trớ (dự kiến) làm nhà phục vụ khai thỏc

(20) Thống kờ cỏc loại cọc mốc, cọc tiờu, biển bỏo đó cú, cần thay thế, bổ sung

(21) Toạ độ đường sườn và cỏc điểm cơ bản của đường cong NĐ, TĐ, TC, NC (nếu cú)

CÂU HỎI ễN TẬP CHƯƠNG 1 Câu 1: Các cơ sở để phân cấp đờng ô tô? Đờng ô tô có những cấp nào? Câu 2: Yờu cầu đối với xe trờn đường ụ tụ?

Câu 3: Lưu lượng xe thiết kế là gỡ, cỏc loại lưu lượng xe, cỏch xỏc định lưu lương xe? Câu 4: Trỡnh nội dung cỏc bản vẽ cơ bản của tuyến đường?

Câu 5: N ờu cỏc bộ phận chủ yếu trờn mặt cắt ngang của đường?

Câu 6: Trỡnh bày cỏc căn cứ để phõn cấp đường ụ tụ?

Câu 7: N ờu cỏc chỉ tiờu chủ yếu của từng cấp đường?

Câu 8: Nờu đặc điểm, yờu cầu của cụng tỏc khảo sỏt thiết kế đường ụ tụ?

Câu 9: Nờu mục đớch nhiệm vụ của giai đoạn khảo sỏt lập Bỏo cỏo đầu tư xõy dựng cụng

trỡnh và Dự ỏn đầu tư xõy dựng cụng trỡnh?

Câu 10: Nờu mục đớch nhiệm vụ của giai đoạn khảo sỏt thiết kế kỹ thuật và giai đoạn khảo

sỏt thiết kế bản vẽ thi cụng?

Câu 11: Cỏc bước thiết kế cụng trỡnh, điều kiện ỏp dụng cỏc bước thiết kế?

13

Chương 2THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ

2.1 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG

2.1.1 Lực cản của xe trên đường

Chuyển động của ô tô trên đường là một chuyển động phức tạp: tịnh tiến trên đường thẳng,quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao động khi chuyển động trên mặtđường không bằng phẳng Tất cả những đặc điểm chuyển động đó hiện nay chưa vận dụng hết vàoviệc xác định các yếu tố tuyến đường Ngoài ra, trình độ nghề nghiệp, tâm sinh lí của lái xe chưaxét ở đây Chúng ta chỉ xét một hệ đơn giản: Xe - Đường Trong đó, xe được coi là một chất điểm,

có lực kéo của động cơ để thắng các lực cản trên đường, còn mặt đường được giả thiết bằngphẳng, cứng và không biến dạng

Khi xe chạy trên đường, động cơ phải tiêu hao năng lượng để khắc phục các lực cản trênđường Các lực cản khi xe chạy bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lựccản leo dốc

Hình 2.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động

P k - Lực kéo; P f - Lực cản lăn; P w - Lực cản không khí;

P j - Lực cản quán tính; P i - Lực cản leo dốc.

2.1.1.1 Lực cản lăn P f

Khi xe chạy, tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực cản lăn Lực nàyngược chiều chuyển động của xe, cản trở sự chuyển động của ô tô Lực cản lăn sinh ra là do masát giữa bánh xe với mặt đường, sinh ra do biến dạng của lốp xe và biến dạng của mặt đường, do

xe bị xung kích và chấn động trên mặt đường không bằng phẳng và do ma sát trong các ổ trục của

xe khi xe chạy

Thực nghiệm cho thấy tổng lực cản lăn trêntất cả các bánh xe Pf tỉ lệ thuận với trọng lượng G(kG) của ô tô:

Trong đó: G - tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô (kN);

f - hệ số cản lăn không thứ nguyên;

Pf - lực cản lăn (kN).

Hệ số sức cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tốc độ xe chạy và chủ yếu phụ thuộcvào loại mặt đường (Bảng 1) Thường lấy f = 0,02 khi tính toán thiết kế các yếu tố hình họcđường

Bảng 2.1 Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đường

+ Bê tông xi măng

và bê tông nhựa

+ Đá dăm đen

+ Đá dăm

0,01 - 0,02

0,02 - 0,025 0,03 - 0,05

+ Lát đá + Đất khô và bằngphẳng + Đất ẩm và không bằng phẳng + Đất cát rời rạc

0,04 - 0,05 0,04 - 0,05 0,07 - 0,15 0,15 - 0,30

k - hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào mật độ không khí và hình dạng xe

(ô tô tải k = 0,06-0,07; ô tô bus k = 0,04 - 0,06; xe con k = 0,025 - 0,035);

F - diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô) (m2);

F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô m)

v - vận tốc tương đối của xe kể cả tốc độ gió, (m/s);

V - vận tốc xe chạy, (km/h)

2.1.1.3 Lực cản leo dốc P i

Lực cản leo dốc sinh ra khi xe phải khắc phục một đoạn dốc (h 2.1) Giả thiết xe phải leo một

độ cao h trên một đoạn có chiều dài l (m), với trọng lượng của xe G (kN), xe phải sinh ra một côngphụ leo dốc là G.h Vậy lực cản leo dốc được tính theo công thức:

Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc Bao gồm sức cản quán tính do chuyển động tịnh tiến của

ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô Khi xe tăng tốc thì lựcquán tính ngược chuyển động của ô tô, cản trở chuyển động; khi xe giảm tốc, lực quán tính cùngchiều chuyển động Do đó ta có:

Trong đó:

m - khối lượng của ô tô (G/g);

15

g - là gia tốc trọng trường (9,81 m/s 2);

j - là gia tốc của ô tô (dv/dt)

Vì ngoài chuyển động tịnh tiến xe còn có các chuyển động quay của các bánh xe, trục xe nênphải nhân thêm hệ số kể đến quán tính quay δ = 1,03-1,07

dt

dv g

G

P j  

(2.5)Dấu dương ứng với trường hợp tăng tốc và dấu âm ứng với trường hợp giảm tốc

2.1.1.5 Lực cản trên đường

Lực cản leo dốc và lực cản quán tính không phải luôn luôn có (trừ khi leo dốc hoặc trừ khithay đổi tốc độ) Còn lực cản lăn và lực cản không khí luôn có khi xe chạy Do đó tổng hai lực cản

này còn có tên gọi là lực cản trên đường Lực cản này có thể tính theo:

Đối với xe con và xe buýt : Pđ = 0,00453 G + 0, 000073 GV + 0, 000625 CFV²

Đối với xe tải: Pđ = 0,00345 G + 0, 0000653 GV + 0, 0004656 CFV²

Công thức trên theo giáo trình TKĐ tập 1/2006 của GS Đỗ Bá Chương với:

Pđ - lực cản trên đường là tổng của lực cản không khí và lực cản lăn, (kN);

G - tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô, (kN);

n- Số vòng quay của trục khuỷu trong một phút

Mô men tại trục khuỷu còn nhỏ và tốc độ quay còn lớn, muốn sử dụng cần phải qua hộp số đểtạo một mômen kéo đủ lớn Mk ở trục chủ động, mômen này sẽ sinh một ngoại lực (lực kéo Pk ởđiểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường) bằng về trị số và trái chiều với phản lực của đường T

Hình 2.6 Quá trình sinh ra sức kéo của ô tô

Lực kéo:

o k k

M.i iM

ik - Tỉ số truyền của hộp số, thay đổi theo số cài của xe;

io - Tỉ số truyền của cầu số, phụ thuộc loại xe;

rk - Bán kính bánh xe phụ thuộc vào áp lực hơi trong lốp xe, loại lốp, tải trọng tác dụng lênlốp, thưởng rk = (0,93÷0,96) r bánh xe khi chưa biến dạng

η - Hiệu suất truyền động

2.1.2.2 Nhân tố động lực và biểu đồ nhân tố động lực

Sức kéo sinh ra là để khắc phục các sức cản như đã phân tích ở phần 2.1.1

G gọi là nhân tố động lực của ô tô, chính là tỷ số của hiệu số giữa lực kéo và lực

cản không khí với trọng lượng của ô tô:

17

δ dvf±i±

g dt

Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và vế phải biểudiễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường

Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác nhau của một loại ô

tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình 2.3)

Hình 2.3 Biểu đồ nhân tố động lực của xe TOYOTA Camry 2.4

Các vận dụng từ biểu đồ nhân tố động lực

- Xác định được vận tốc xe chạy đều thực tế lớn nhất khi biết tình trạng của đường Khi xe

chuyển động đều, ta có dv/dt = 0 biểu thức (2.10) sẽ là D = f  i

Khi từ D gióng sang ngang cắt biểu đồ tại hai điểm thì chỉ có điểm ở bên phải có giá trị ổnđịnh và dùng được để xác định Vmax thực tế Trường hợp này thường được áp dụng cho các đườngcải tạo nâng cấp và khi tính toán khai thác đường

- Xác định các điều kiện cần thiết của đường để đảm bảo một tốc độ xe chạy cân bằng yêu cầu.

Khi xe chuyển động đều có D = f  i Chọn một loại xe đặc trưng cho đoạn đường đang xét(chiếm % lưu lượng lớn nhất) để có biểu đồ nhân tố động lực của loại xe đó Có V dựa vào biểu đồnhân tố động lực suy ra D, căn cứ vào loại mặt đường có f  imax= D-f Trường hợp này thườngđược áp dụng cho việc thiết kế đường mới

Trong quy phạm thiết kế đường, tương ứng với vận tốc thiết kế độ đốc dọc lớn nhất được quyđịnh tương ứng với từng cấp hạng kỹ thuật của đường

Cũng theo phương pháp này có thể xác định khả năng khởi động ở chân dốc Muốn khởi động

xe phải bắt đầu ở chuyển số I, lúc đó có Dmax và tính được gia tốc:

dv

maxdt

- Xác định chiều dài cần thiết của đoạn tăng tốc, giảm tốc: Xe đang chạy với tốc độ cânbằng v1 ứng với điều kiện đường D1= f1  i1 chuyển sang một tốc độ cân bằng mới v2 có gia tốcdv/dt khi có điều kiện mới D2=f2  i2 , vận dụng (2.10) ta có:

2.1.1.3 Lực bám của bánh xe với mặt đường

Tại bánh xe chủ động mô men Mk tác dụng lên mặt đường lực kéo Pk và theo định luật IIINewton mặt đường tác dụng trở lại bánh xe một lực T theo phương ngang cùng phương, ngượcchiều và cùng độ lớn với Pk Nhờ có T mà điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường trở thành tâmquay tức thời của bánh xe, giúp cho xe chuyển động được, ta gọi T là lực bám của bánh xe và mặtđường Trong quá trình vận chuyển nếu gặp phải chỗ mặt đường ẩm ướt; trơn trượt thì bánh xe cóthể bị trượt hay quay tại chỗ vì lực bám giữa bánh xe với mặt đường không đủ

Khi ô tô đang chuyển động thì có các lực tác dụng lên bánh xe chủ động và bị động

Về bản chất: T là lực ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường, nó phụ thuộc vào:

+ Áp suất hơi của bánh xe, tính chất bề mặt tiếp xúc của bánh xe;

+ Tính chất bề mặt tiếp xúc của mặt đường (ráp hay nhẵn, trơn);

+ Tình trạng mặt đường (khô, sạch hay ẩm, bẩn)

Điều kiện chuyển động của xe trên đường là lực kéo của xe phải thắng được lực cản và lựcbám giữa bánh xe và mặt đường phải đủ

0,70,50,3

2.1.1.4 Điều kiện chuyển động của xe

19

Điều kiện để xe chuyển động là: Pk ≥ ΣPcản

Và xe lăn không trượt thì: Pa < Tmax = φ.Gk

R G

G

R T

P h = T max = G φ

Trong đó: φ - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, thường lấy φ = 0,3;

G- trọng lượng toàn bộ xe

Lúc này tất cả các lực cản đều tham gia vào quá trình hãm xe Lực cản không khí nhỏ khôngđáng kể xe chạy chậm, lực cản lăn nhỏ so với lực hãm về bản chất cũng là lực ma sát, đãng kể là

độ dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4%, chiều dài hãm phanh cũng tăng lên đáng kể

Ta có: Ph = Tmax + Pi = G φ + G.i = G.(φ ± i),

Dấu cộng khi xe lên dốc, dấu trừ khi xe xuống dốc

Khi xe chuyển động với vận tốc v1 (m/s) sau hãm chạy với vận tốc v2 (m/s), theo nguyên lýbảo toàn động năng trên đoạn chiều dài hãm xe Sh ta có:

Sh (Tmax + Pi) = (v1² + v2² ) m/2G.(φ + i).Sh = (v1² + v2² ) G/2.g

- Chiều dài hãm phanh được xác định theo nguyên lý động năng:

)

2

2 1

i

V V K

K - hệ số hãm phanh, xác định tùy vào loại xe; (xe con: K = 1,2; xe tải: K = 1,3 ÷ 1,4)

V1 - vận tốc xe chạy trước khi hãm (km/h)

V2 - vận tốc xe chạy sau khi hãm (km/h)

φ - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, thường lấy φ = 0,3

i - độ dốc dọc của đường (%), lấy dấu cộng khi xe lên dốc, dấu trừ khi xe xuống dốc

Trong trường hợp hãm xe dừng hẳn V1 = V, V2 = 0, khi đó ta có:

2 h

KV

S =

2.1.4 Đặc điểm sự chuyển động của ô tô trong đường cong nằm

Khi chuyển động trong đường cong ngoài việc khắc phục các điều kiện như trên đường thẳng,

xe còn phải chịu thêm những điều kiện bất lợi:

- Xe phải chịu thêm lực ly tâm, đặt ở trọng tâm của xe, theo phương bán kính, chiều hướng rangoài đường cong Lực có xu hướng đẩy xe về phía lưng đường cong và được xác định theo côngthức:

F =

gR

Gv R

R- Bán kính đường cong trên bình đồ, m;

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

Lực ly tâm có thể gây lật đổ xe, trượt ngang, làm cho việc điều khiển xe khó khăn, gây khóchịu cho hành khách, làm hư hỏng hàng hóa Làm tiêu hao nhiên liệu, mòn săm lốp

- Khi xe chạy trong đường cong, chiếm đường nhiều hơn ở ngoài đường thẳng Vì vậy, để cho

xe chạy đảm bảo các điều kiện về khổ động học bề rộng mặt đường trong đường cong phải lớnhơn bề rộng mặt đường ngoài đường thẳng

- Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhìn, nhất là khi bán kính đường cong nhỏ, ởđoạn đường đào Tầm nhìn ban đêm của xe trong đường cong bị hạn chế vì đèn pha chiếu thẳngtrên 1 đoạn ngắn hơn

2.2 THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC TRÊN BÌNH ĐỒ

2.2.1 Khái niệm chung

Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường lên địa hình Trên bình đồ thể hiện tuyến đường

là đường nối giữa các điểm tim đường (các điểm nằm giữa nền đường hoặc giữa phần xe chạy) Vìphải tránh các chướng ngại vật, tuyến đường gồm nhiều đoạn thẳng, chuyển hướng ở các đỉnh Ởcác chỗ chuyển hướng, để đảm bảo xe chạy êm thuận, người ta phải nối tiếp bằng các đường cong.Trên bình đồ cao độ mặt đất thiên nhiên được biểu diễn bằng các đường đồng mức, vị trí tuyếnđường thì được xác định trên bình đồ nhờ các yếu tố sau:

Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên αo;

Các điểm chuyển hướng Đ1, Đ2, Đ3… gọi là các đỉnh đường cong;

Các góc chuyển hướng α1, α2, α3 … tại các đỉnh;

Chiều dài các đoạn thẳng;

Các yếu tố của đường cong (đường cong tròn và đường cong có bán kính thay đổi)

Khi cắm tuyến trên thực địa tất cả các yếu tố trên được đánh dấu bằng các cọc cùng với cáccọc đánh dấu lý trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc H), các cọc đặt ở những chỗ địa hình thayđổi gọi là cọc địa hình, ngoài ra còn các cọc tại vị trí bố trí công trình và các cọc chi tiết

Từ những đặc điểm bất lợi ở trên, công tác thiết kế bình đồ ngoài việc lựa chọn vị trí tuyếntrên địa hình Công việc tiếp theo là bố trí đường cong chuyển tiếp giữa hai đoạn tuyến qua điểmchuyển hướng của đường thẳng Trên đường ô tô tại các vị trí chuyển hướng đường cong thường

21

có các dạng sau:

- Đường cong tròn;

- Đường cong tổng hợp gồm: đường cong chuyển tiếp và đường cong tròn;

- Đường cong quay đầu

Nội dung thiết kế yếu tố hình học trên đường cong nằm

Tính toán lựa chọn bán kính đường cong tròn;

Tính toán và bố trí mở rộng mặt đường trên đường cong;

Tính toán và bố trí siêu cao của mặt đường trên đường cong;

Tầm nhìn và kiểm tra tầm nhìn;

Phối hợp giữa đường thẳng và đường cong trên bình đồ

2.2.2 Bán kính đường cong nằm

2.2.2.1 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 hoặc gặp vật chướng ngại) thì tuyến phải được chuyển hướng bám địa hình theo các đỉnh, nốigiữa các cánh 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 chếnhiều

Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất đảm bảo cho xe chạy an toàn tối thiểu cho phép theo vậntốc thiết 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 mặtđường 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):

F G

Fcosα

Fsinα Gsin α

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 lànphía lưng 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:

i

G  gRmĐặt 

G

Y

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

2 sc

( i )

v R

127( i )

V R





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 chạyvào đường 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

23

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.

Theo TCVN 4054 2005 bán kính đường cong nằm được phân ra các loại như sau:

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

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

sc127( i )

tt

tt

V R

127( )

osc

n

V R

in - Độ dốc ngang của mặt đường ,

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

2.2.2.2 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 giới hạn 650 400 250 125 125 60 60 30 30 15

- Tối thiểu thông thường 1000 700 400 250 250 125 125 60 60 50

- 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

2.2.3 Mở rộng và đoạn nối mở rộng mặt đường trong đường cong

2.2.3.1 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 củacác bánh xe là các đường cong khác nhau, bánh ngoài của trục trước chuyển động với quỹ đạo cóbán kính lớn nhất, bánh xe trong của trục sau chuyển động với quỹ đạo có bán kính nhỏ nhất, vìvậy xe chạy trong đường cong sẽ chiếm một phần mặt đường nhiều hơn so với khi xe chạy trongđường 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.

2.2.3.2 Công thức tính

Để xác định độ mở rộng ta đặt xe trong điều kiện bất lợi như hình vẽ

e1e2

C

AD

O

A'D'C'

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

2

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);

R

V ,

- 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, cóthể 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

2.2.3.4 Đoạn nối mở rộng mặt đường (L w )

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

b) 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 ≤ 40 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;

w /2

Ð P TÐ

NÐ

TC

NC R

O

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 toànvới đoạn 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

W L L

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 dàiđoạn vuốt nối mở rộng không nhỏ hơn 10m

2.2.3.5 Ví dụ

Xác định độ mở rộng và chiều rộng của mặt đường tại phân giác khi xe chạy trong đườngcong có: R = 150m; đường cấp III miền núi, loại xe tải

Tra quy trình, ta có L = 6,5+1,5 = 8,0 (m);

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

Do đó độ mở rộng sẽ được tính như sau:

Ta có công thức tính hệ số lực đẩy ngang :

2

n

v i gR

Muốn có hệ số µ nhỏ có thể có nhiều biện pháp: Tăng bán kính R biện pháp này không phảilúc nào cũng thực hiện được vì phụ thuộc vào điều kiện địa hình Giảm vận tốc xe chạy đậy làbiện 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 xe chạy an toàn

Hình 2.7 Bố trí siêu cao trong đường cong nằm

Siêu cao làm giảm hiệu quả xấu của lực ly tâm, nhưng phải có giới hạn nhất định để xekhông bị trượt ngang khi mặt đường trơn hoặc các xe chuyển động trên đường cong không đạtđược vận tốc an toàn theo bán kính Theo TCVN 4054 : 2005 độ dốc tối đa siêu cao là 8%

2.2.4.3 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

13 TCVN4054 : 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

Õp

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

1500

2000

2000

250 0

15025

2.2.4.4 Đoạn nối siêu cao (L SC )

a) 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 bụngđường cong (có độ dốc là (E) isc %) Sự chuyển hóa sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ thêm i f

b) Công thức tính: Đoạn nối siêu cao được tính theo công thức:

s

(i + i )2

m n c sc

f

B L

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, giátrị nào lớn hơn sẽ được sử dụng làm đoạn nối siêu cao Độ dốc siêu cao (isc) và chiều dài đoạnnối siêu cao (Lsc) phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm (R) và tốc độ thiết kế (Vtk), khôngđược nhỏ 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)

29

trên 6 làn xe.

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

c 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 nửatrên đường thẳng

Như vậy đối với đường có Vtk ≤ 40 km/h, không bố trí đường cong chuyển tiếp thì đoạn nốisiêu cao được bố trí trùng với đoạn nối mở rộng và được bố trí 1 nửa ngoài đường thẳng và 1 nửatrong đường cong

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

d 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(nếu có) ở phía lưng đường cong quanh tim đường nghiêng thấp dần về phía bụng đường cong đếnkhi đạt độ dốc ngang mặt đường (đoạn L1), sau đó vẫn tiếp tục quay toàn bộ mặt đường và lề gia

cố quanh tim 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 quayxung quanh 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 lấytim làm trục quay 1/2 phần xe và lề phía bụng đường cong, chiều dài L1 được tính theo công thức:

f

B i L

i

�

Trong đoạn này 1 nửa mặt đường và lề đường gia cố phía bụng đường cong vẫn giữ nguyên

độ dốc ngang mặt đường Lề đất vẫn giữ nguyên như quy định;

Một nửa mặt đường phía lưng và lề đường gia cố phía lưng đường cong có độ dốc ngang đượctính theo công thức:

22

x - khoảng cách từ đầu đoạn nối đến mặt cắt cần tính toán độ nghiêng

Đoạn L2: là đoạn mà mặt đường và lề gia cố chuyển biến từ độ dốc một mái im về độ dốc siêucao isc nghiêng về phía bụng đường cong, bằng cách lấy tim làm trục quay toàn bộ phần xe và lềphía bụng 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

31

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

2.2.5 Đường cong chuyển tiếp

tương ứng với bán kính thay đổi từ  =>

R Lực ly tâm gây cảm giác cảm giác khó chịu cho hành khách và người lái

Góc chuyển hướng  của bánh xe trước hợp với trục xe từ chỗ bằng 0 đường thẳng chuyểnsang đường cong tròn có trị số 

Để giảm các ảnh hưởng trên, tránh cho đối tượng chịu sự thay đổi đột ngột, người ta làm mộtđường cong nối giữa đường thẳng và đường cong tròn Với ý nghĩa này, đường cong đó gọi là

đường cong chuyển tiếp.

2.2.5.2 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 bánkính thay 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):  =

S C

- Đường cong hoa thị Becluni:  = 3C.sin 2

- 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.Khi không có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đường cong vàmột nửa trên đường thẳng.

Với đường có Vtk ≥ 60 km/h đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùngvới đường 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):

 = C

s

Trong đó:

C : thông số không đổi;

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

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 :

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  và bán kính đường cong R

T=

2.tg

2cos

 R

2 Tính toán và lựa chọn chiều dài bố trí ĐCCT Lct dựa vào công thức, dựa vào chiều dài tốithiểu theo quy trình, phù hợp với địa hình và phối hợp tốt các yếu tố của tuyến, sau đó xác địnhthông số A R.L ct

3 Tính góc kẹp 0 và kiểm tra điều kiện bố trí ĐCCT   2.0, nếu không thoả mãn điều kiệnnày thì phải tăng bán kính R hoặc giảm Lct

4 Xác định toạ độ của điểm cuối ĐCCT (X0,Y0) và xác định các chuyển dịch

)cos1(

2sin

0

0 0

o

R y p

L R

x t

1 1

180

);

2tan(

 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+2Lct

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

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

X O

§ N§

2.2.5.4 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:

35

2.2.6 Tầm nhìn xe chạy- Đảm bảo tầm nhìn trong đường cong có bán kính nhỏ

2.2.6.1 Tầm nhìn xe chạy

Để đảm bảo an toàn, người lái xe luôn luôn phải được nhìn thấy đường trên một chiều dài nhấtđịnh về phía trước để người lái kịp thời xử lý hoặc là hãm dừng trước các chướng ngại vật (nếu

có) hay là tránh được nó Chiều dài này được gọi là tầm nhìn.

Tầm nhìn này phải được đảm bảo trên mặt cắt dọc cũng như trong đường cong nằm sao chokhông bị vách đá, nhà cửa, cây cối che khuất Trên đường cấp cao, đường du lịch tầm nhìn khôngchỉ đảm bảo an toàn mà còn phải nâng cao để xét đến yếu tố tâm lý nhằm tạo điều kiện cho ngườilái xe an tâm chạy với tốc độ cao

2.2.6.2 Xác định chiều dài tầm nhìn

Để xác định chiều dài tầm nhìn ta xét các tình huống có thể xảy ra trên đường Thông thường

có thể xuất hiện 3 tình huống thể hiện 3 sơ đồ sau

- Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 1 :Tầm nhìn hãm xe (tầm nhìn 1 chiều) S 1 :

S1

Hình 2.10 Sơ đồ tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định S1

Tình huống: ô tô gặp chướng ngại vật tĩnh trên làn xe đang chạy, người lái xe cần phải nhìnthấy chướng ngại vật và kịp dừng xe trước nó

Công thức tính:

Trong đó:

lpu - chiều dài xe chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý;

lpu = v.tpu Với v: tốc độ ô tô trước khi hãm phanh (m/s);

tpu: thời gian người lái xe phản ứng tâm lý (khi tính toán với một mức độ an toàn nhất định, lấybằng 1s);

Sh:chiều dài xe chạy được trong quá trình hãm phanh;

lo: đoạn dự trữ an toàn (thường lấy từ 5-10m)

Nếu vận tốc V tính bằng km/h thì:

2

o 1

Hình 2.11 Sơ đồ tầm nhìn thấy xe ngược chiều S2

Tình huống: Hai xe chạy trên cùng 1 làn kịp dừng lại trước nhau một khoảng cách an toàn.Công thức tính:

S2 = lpư1 + Sh1 + lo + lpư2 + Sh2 , (m) (2.39)Trong đó:

lpu1, lpu2 : chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lí;

Sh1, Sh2: chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong suốt quá trình hãm phanh;

37

-

.VV

- Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 3 : Tầm nhìn vượt xe S vx :

Tình huống: Xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1- Sh2, khiquan sát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe 1 lợi dụng làn trái chiều để vượt xe 2 và quay trở vềlàn của mình an toàn

- Ở điều kiện bình thường: Svx = 6.V (m)

- Ở điều kiện cưỡng bức khi đông xe: Svx = 4.V (m)

Với V (km/h): Tốc độ thiết kế của tuyến đường

Vận dụng: là trường hợp nguy hiểm phổ biến trên đường có 2 làn xe Khi đường có dải phâncách trung tâm, trường hợp này không thể xảy ra Tuy vậy, trên đường cấp cao, tầm nhìn này vẫnphải kiểm tra nhưng với ý nghĩa là bảo đảm 1 chiều dài nhìn được cho lái xe an tâm chạy với tốc

độ cao

2.2.6.3 Quy định về tầm nhìn tối thiểu khi xe chạy trên đường (TCVN 4054 : 2005)

Phải đảm bảo tầm nhìn trên đường để nâng cao độ an toàn xe chạy và độ tin cậy về tâm lý đểchạy xe với tốc độ thiết kế Giá trị tầm nhìn tối thiểu (tầm nhìn hãm xe S1, tầm nhìn trước xengược chiều S2, tầm nhìn vượt xe Svx) được quy định trong bảng 2.8 (Bảng 10 TCVN4054 : 2005)Các giá trị tầm nhìn được tính từ mắt người lái xe có chiều cao 1,00m bên trên phần xe chạy,khi xe ngược chiều có chiều cao 1,20m, chướng ngại vật có chiều cao 0,10m

Bảng 2.8 Tầm nhìn tối thiểu khi chạy xe trên đường

Tốc độ thiết kế, V tk , km/h 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20

Tầm nhìn hãm xe (S 1 ), m 210 150 100 75 75 40 40 30 30 20

Tầm nhìn trước xe ngược chiều (S 2 ), m   200 150 150 80 80 60 60 40

Tầm nhìn vượt xe S vx , m   550 350 350 200 200 150 150 100

2.2.6.4 Đảm bảo tầm nhìn trên những đường cong

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

- 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 xemđường cong đó có bị khuất tầm nhìn không từ đó xác định khoảng phát quang cần thiết để đảmbảo tầm nhìn

- Quỹ đạo mắt người lái xe cách mép trong phần xe chạy (chưa mở rộng): 1,5m

- Chiều cao tầm mắt 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 máitaluy ) Chướng ngại vật sau khi dỡ bỏ phải thấp hơn tia nhìn 0,30 m Trường hợp thật khókhăn, có thể dùng 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

 2  

S-K 2

S-K 2

Rs - bán kính quỹ đạo xe chạy (m);

γ - góc ở tâm chắn bởi tia nhìn S (o);

)2cos1

R