Chuong4 thiet ke duong

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG4.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ DỐC DỌC CỦA ĐƯỜNG 4.1.1 Xác định độ dốc dọc của đường – Bài toán kinh tế-kỹ thuật Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG

4.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ DỐC DỌC CỦA ĐƯỜNG

4.1.1 Xác định độ dốc dọc của đường – Bài toán kinh tế-kỹ thuật

Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải được tính toándựa trên nguyên tắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ nhất, phải xét mộtcách tổng hợp những ảnh hưởng của độ dốc tới giá thành xây dựng đường và tớicác chỉ tiêu khai thác vận tải như tốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu, tậndụng sức chở của ô tô, …

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

Ngược lại, khi độ dốc dọc càng lớn thì xe chạy càng lâu, tốc độ xe chạy càngthấp, tiêu hao nhiên liệu càng lớn, hao mòn săm lốp càng nhiều tức là giá thànhvận tải càng cao Mặt khác, khi độ dốc dọc lớn thì mặt đường càng nhanh haomòn (do lốp xe và nước mưa bào mòn), rãnh dọc mau hư hỏng, công tác duy tubảo dưỡng càng nhiều Tức là khi độ dốc càng lớn thì chi phí vận doanh càng tốnkém, lưu lượng xe chạy càng nhiều thì chi phí này càng tăng

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

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 iopt được xác định căn cứ

vào địa hình, dòng xe, khả năng xây

dựng, khả năng duy tu bảo dưỡng, tổng

Σ

iopt

4.1.2 Quy định khi xác định độ dốc và chiều dài đoạn dốc:

Tiêu chuẩn thiết kế đường hiện hành TCVN 4054-05 [1], quy định về độ dốc vàchiều dài đoạn dốc như sau:

- Độ dốc dọc lớn nhất i max : Tuỳ theo cấp hạng đường, độ dốc dọc tối đa được quyđịnh trong bảng 1.14 và bảng 4.1 Khi gặp khó khăn có thể đề nghị tăng lên 1%nhưng độ dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11% Đường nằm trên cao độ 2000m

so với mực nước biển không được làm dốc quá 8%

Đồngbằng,đồi

Độ dốc dọc lớn

- Đường đi qua khu dân cư, đường có nhiều xe thô sơ chạy : không nên làm dốc

dọc quá 4%

- Dốc dọc trong hầm : không dốc quá 4% và không nhỏ quá 0,3% (thoát nước).

- Trong đường đào : để đảm bảo thoát nước và rãnh dọc không phải đào quá sâu

thì độ dốc dọc tối thiểu là 0,5% (Khi khó khăn là 0,3% và đoạn dốc này không

kéo dài quá 50m)

- Độ dốc nên dùng : không nên lớn hơn 3% để nâng cao chất lượng vận tải, khi

trên đường có nhiều xe nặng, xe kéo moóc chạy thì phải căn cứ vào tính toán đặctính động lực theo lực kéo để xác định imax

Bảng 4.2 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m)[1]

Chiều dài đoạn dốc lớn nhất l max : Chiều dài đoạn có dốc dọc không được quá

dài, khi vượt quá quy định trong bảng 4.2 phải có các đoạn chêm dốc 2,5% và có

chiều dài đủ bố trí đường cong đứng (tối thiểu 50m) Các đoạn chêm còn làm chỗtránh xe cho đường có 1 làn xe

Đối với đường vùng núi, dốc lớn quanh co hiểm trở có thể bố trí đường cứu nạntheo 22TCN 218-94

Bảng 4.3 Chiều dài dốc tối đa với các độ dốc khác nhau trên đường cao tốc[2]

1000800600-

-900700500

-1000800600

Chiều dài đoạn dốc nhỏ nhất l min : Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc phải đủ để

bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn các quy định ở bảng 4.3

Bảng 4.4 Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc [1]

4.1.3 Chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ:

Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, độ dốc dọc thực tế sẽ tăng lên, bởi vì:

- Trong đường cong có bố trí siêu cao, tổng hình học của độ dốc siêu cao và độdốc dọc sẽ lớn hơn độ dốc dự định áp dụng

- Cùng khắc phục độ chênh cao độ nhưng chiều dài ở bụng

đường cong ngắn hơn ở tim đường nên độ dốc dọc ở mép

trong sẽ lớn hơn độ dốc dọc tim đường

Bảng 4.5 quy định chiết giảm độ dốc dọc trong các đường

4.2 ĐƯỜNG CONG ĐỨNG.

Để đảm bảo tầm nhìn tính toán,

trắc dọc lượn đều không gãy khúc,

xe chạy an toàn êm thuận, ở những

chỗ đổi dốc trên trắc dọc phải thiết

kế đường cong đứng lồi hoặc lõm

dạng đường cong tròn hoặc parabol

bậc 2

Điều kiện bố trí đường cong đứng:

Khi hiệu đại số tuyệt đối giữa 2 độ

Chú ý : dấu của i là dấu đại số, lên dốc mang dấu “+” xuống dốc mang dấu “-“

4.2.1 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi

Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm tầmnhìn của người lái xe trên trắc dọc (Hình 4.2)

Theo hình vẽ ta có tam giác vuông

ABD có AC là đường cao thuộc

Với d1 và d2 là chiều cao tầm mắt

của người lái xe đến mặt đường, m

D R

Tương tự ta cũng có:

l2 = 2 d R 2

Do đó:

( d d ) R l

S

2d

=

4.2.2 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm:

Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm được xác định từ điều kiện đảm bảokhông gây khó chịu đối với hành khách và vượt tải chịu được của lò xo ô tô bởilực ly tâm (Hình 4.3)

Gọi b là gia tốc ly tâm cho phép, theo [1,2] thì b = 0,5–0,7m/s2, ta có:

b

v R R

v

b

2 min

VR

2 min =

* Xác định bán kính đường cong đứng lõm theo điều kiện tầm nhìn ban đêm

Về ban đêm pha đèn của ô tô chiếu được trong đường cong đứng lõm một chiềudài nhỏ hơn so với trong đường thẳng.

Gọi hp là chiều cao của pha đèn ( hp =0,75 m đối với xe con)

α là góc mở rộng của pha đèn ( thường α=10)

Thì S1 ≈ 2.R.(hp+S1.sinα)

2 1

SR

2.(h S sin )

⇒ =

với S1 là tầm nhìn một chiều yêu cầu

4.2.3 Lựa chọn bán kính đường cong đứng

Trong thiết kế trắc dọc việc lựa chọn bán kính đường cong đứng nhằm tạo điềukiện tốt cho xe chạy đảm bảo an toàn êm thuận, mặt khác đường cong đứng phảibám sát địa hình để đảm bảo cho khối lượng công trình ít và công trình ổn địnhlâu dài, vì vậy công việc lựa chọn bán kính đường cong đứng phải thoả mãn haiđiều kiện trên, trong trường hợp không tránh được mới vận dụng các giới hạntính toán theo công thức trên

Bán kính đường cong đứng chọn cho bao tốt với địa hình, tạo thuận lợi cho xechạy và mỹ quan cho đường nhưng không nhỏ hơn các trị ghi trong bảng 4.6, 4.7

Bảng 4.6 Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi và lõm [1]

Bán kính đường cong đứng lồi, m

Tối thiểu giới hạn 11000 6000 4000 2500 700 400 200Tối thiểu thông thường 17000 10000 5000 4000 1000 600 200Bán kính đường cong đứng lõm, m

Tối thiểu giới hạn 4000 3000 2000 1000 450 250 100Tối thiểu thông thường 6000 5000 3000 1500 700 400 200Chiều dài đường cong đứng tối

10000(16000)

4500(12000)

2000(9000)Bán kính đường

cong lõm Tối thiểu, (m)Tối thiểu thông 5000 3000 2000 1000

thường, (m) (12000)6000 (10000)4500 (8000)3000 (6000)1500Chiều dài đường cong đứng tối

thiểu, (m)

Ghi chú : Các trị số trong ngoặc ở bảng 4.7 là các trị số bán kính đường cong đứng đạt yêu cầu

về thu nhận thị giác và khi có điều kiện thì nên thiết kế đường cong đứng với bán kính đó.

4.3 TÍNH TOÁN VÀ CẮM ĐƯỜNG CONG ĐỨNG

4.3.1 Các công thức tính toán cơ bản

Vì các độ dốc i1 và i2 rất nhỏ nên ta có các công thức

ω = ∆i = /i1-i2/

Chiều dài đường cong đứng

K≈ R.ω=R.∆iTiếp tuyến đường cong đứng

2

.2

i R K

TDi1

x x x

x BC

BE

y

2

.2

1tan.2

1sin.2

12

Phân cự d khi x=T là

R

K R

T d

82

2 2

2

2

±

= là cơ sở để tính toán đường cong đứng, dấu “+” với

đường cong đứng lõm, dấu “-“ với đường cong đứng lồi

4.3.2 Trình tự tính toán và cắm đường cong đứng

Các công thức từ đến và hình 4.5 là cơ sở tính toán và cắm đường cong đứng

1. Xác định vị trí cọc (đỉnh) của đường cong đứng : Thường đỉnh đường congđứng rơi vào các vị trí cọc, nếu không thì phải chêm cọc và cũng dễ dàng xácđịnh được đỉnh giao của 2 đường thẳng có độ dốc i1 và i2

2. Từ , và xác định được chiều dài K và tiếp tuyến T của đường cong đứng Từcác giá trị T, đo sang 2 bên đỉnh theo phương ngang sẽ xác định được điểmbắt đầu (TD) và điểm kết thúc (TC) của đường cong đứng

x

yx

ωK

Hình 4.5 Sơ đồ tính toán đường cong đứng

3. Xác định phân cự d theo , xác định điểm giữa P của đường cong đứng

4. Tính toán nhánh 1 đường cong đứng :

- Dùng TD làm gốc toạ độ, trục x nằm ngang, trục y thẳng đứng

- Xác định các cọc rơi vào phạm vi nhánh 1 và khoảng cách x của chúng

- Tính toán tung độ y của các cọc theo công thức

R

x y

2

2

±

=

- Tính toán cao độ thiết kế các cọc HTK = HT + y

Trong đó HT là cao độ theo đường tang

- Tính toán cao độ đào đắp : h=HTK-HTN

5. Tính toán nhánh 2 đường cong đứng : Tương tự, với TC là gốc toạ độ, trục x hướng sang trái, trục y thẳng đứng

6. Ghi các cao độ thiết kế lên trắc dọc: Trong phạm vi đường cong đứng bao giờcũng phải ghi 2 cao độ: Cao độ HT và cao độ HTK

Các quan hệ và trình tự tính toán trên được lập với giả thiết chiều dài tiếp tuyến,chiều dài cung, chiều dây cung là hầu như bằng nhau Giả thiết này hoàn toàn cóthể chấp nhận được khi tính toán các yếu tố đường cong đứng vì góc ngoặt tạiđỉnh đường cong đứng ∆i rất nhỏ

4.4 NHỮNG YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC.

4.4.1 Các yêu cầu và nguyên tắc cơ bản khi thiết kế trắc dọc

Thiết kế đường đỏ hay thiết kế trắc dọc là xác định vị trí của mặt đường trên trắcdọc so với mặt đất tự nhiên

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 năng thông xe, tiêu hao nhiên liệu và an toàn giao thông,… có ảnhhưởng lớn đến khối lượng công tác và giá thành xây dựng, do đó khi thiết kếđường đỏ phải đảm bảo tuyến lượn đều, ít thay đổi dốc, nên dùng 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 trẽ thiết kế bình đồ,trắc ngang, phối hợp giữa đường cong nằm và đường cong đứng, phối hợp tuyếnvới cảnh quan đảm bảo đường không bị gẫy khúc, rõ ràng và hài hoà về mặt thịgiác, chất lượng khai thác của đường như tốc độ xe chạy, năng lực thông xe, antoàn 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 cáchnâng cao tim đường so với mặt đất tự nhiên vì nền đường đắp có chế độ thủy

nhiệt tốt hơn so với nền đường đào Chỉ sử dụng nền đường đào ở những đoạntuyến 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 từrãnh dọc và lòng rãnh không bị ứ đọng bùn cát

- Khi thiết kế đường đỏ cần chú ý đến điều kiện thi công Hiện nay chủ yếu thicông bằng cơ giới nên trắc dọc đổi dốc lắt nhắt sẽ không thuận lợi cho thi công,cho duy tu bảo dưỡng và khai thác đường

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

4.4.2 Xác định các điểm khống chế khi thiết kế đường đỏ - ảnh hưởng của điều kiện địa hình khi thiết kế trắc dọc.

4.4.2.1 Xác định các điểm khống chế khi thiết kế đường đỏ:

Các điểm khống chế là các điểm ở đó cao độ của nền đường đã được xác định

Có hai loại điểm khống chế: loại đã được xác định chính xác như cao độ của nềnđường ở những chỗ giao nhau cùng mức với đường sắt, với các đường ô tô khác.Các điểm khống chế khác được xác định theo trị số chiều cao đắp tối thiểu so vớimặt đất tự nhiên như cao độ mặt cầu, cao độ nền đắp tại khu vực ngập nước, 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, cácđoạn qua các cánh đồng ngập nước phải cao hơn mức nước ngập theo tần suấttính toán (có xét đến mức nước dềnh và chiều cao sóng vỗ) ít nhất là 0,5

Tần suất thiết kế nền đường được quy định :

- Cao độ đáy áo đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán (hay mực nướcđọng thường xuyên) một trị số cao độ ghi trong bảng 4.8

- Cao độ đường đỏ tại vị trí cầu được quy định như sau (Hình 4.6):

MNTK – mức nước thiết kế;

t – tĩnh không dưới cầu;

+ nếu sông có thông thuyền thì lấy bằng khổ thông thuyền;

+ nếu sông có cây trôi thì lấy bằng khoảng cách cây trôi;

k – chiều cao cấu tạo của cầu (gồm chiều cao dầm cầu, bản mặt cầu, chiềudày mặt đường)

Bảng 4.8 Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính toán (hoặc mức nước

đọng thường xuyên) tới đáy áo đường

Loại đất đắp nền đường Số ngày liên tục duy trì mức nước trong 1 năm

Trên 20 ngày Dưới 20 ngày

Sét pha cát bột, sét pha cát nặng, sét béo, sét nặng 100 – 120 40

4.4.2.2 Ảnh hưởng của điều kiện địa hình khi thiết kế trắc dọc.

Có 2 phương pháp thiết kế là thiết kế theo phương pháp đường bao và thiết kế theo phương pháp đường cắt, việc áp dụng phương pháp nào sẽ tuỳ thuộc vào

từng loại địa hình

- Vùng đồi và vùng núi : ở những vùng này thông thường độ dốc địa hình thường

lớn hơn độ dốc lớn nhất cho phép đối với đường, vì vậy nối chung là thiết kế theophương pháp hình cắt, tức là đường đỏ đi cắt đường mặt đất tự nhiên và tạo thànhnhững đoạn đào đắp xen kẽ Trong trường hợp này cần cân bằng giữa đào và đắp

để tận dụng vận chuyển dọc, lấy đất từ nền đào chuyển sang nền đắp Khi thiết kếcũng cần tránh để tạo thành những đoạn đường đào luôn bị ẩm ướt (nền đào cắtngang mực nước ngầm), dễ bị sụt lở và do đó phải sử dụng các công trình chặnnước ngầm hoặc gia cố mái ta luy đắt tiền

Để đảm bảo nền đường ổn định, hạn chế sử dụng tường chắn đất, tốt nhất dùngdạng đường đào có mặt cắt ngang chữ L.

Phương pháp này thường dùng cho đường cấp cao

- Địa hình tương đối thoải của vùng đồi và vùng núi, đường đỏ được thiết kế theophương pháp hình bao Ngoài ra phương pháp này còn dùng thiết kế đường cảitạo nâng cấp, đường cấp thấp

4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ÔTÔ

Thiết kế trắc dọc đường ô tô tức là vạch đường đỏ (đường nối các cao độ thicông) trên mặt cắt dọc địa hình tự nhiên vẽ theo trục đường Đường đỏ thiết kếvạch khác nhau thì độ cao thi công ở các điểm (các cọc) cũng khác nhau, dẫn đếnkhối lượng đào đắp khác nhau và giải pháp kỹ thuật thiết kế các công trìnhchống đỡ và các công trình cầu cống cũng có thể khác nhau Vì thế khi thiết kếđường đỏ, ngoài việc cần bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật đối với các yếu tố trắcdọc quy định trong quy phạm thiết kế (nhằm bảo đảm xe chạy an toàn, êm thuận)còn cần phải chú ý cải thiện hơn nữa điều kiện chạy xe và chất lượng vận doanh,cũng như phải cố gắng đạt tới phương án rẻ nhất về tổng chi phí xây dựng và vậndoanh, khai thác Để đạt được tối ưu về kinh tế-kỹ thuật như vậy trong quá trìnhthiết kế cần chú ý cân nhắc kỹ khi bố trí từng mỗi đoạn dốc, mỗi đường congđứng ở chỗ đổi dốc Chú ý phối hợp các yếu tố bình đồ, trắc ngang với các rặngcây trông dọc theo tuyến… để tạo được sự phối hợp không gian đều đặn, chú ýthiết kế tạo thuận lợi cho các công trình nền mặt đường Công trình chống đỡ vàthoát nước (bảo đảm thoát nước nhanh và thoát hết nước mặt, bảo đảm chiều caođắp trên mực nước ngập và chế độ thuỷ nhiệt thuận lợi, bảo đảm chiều cao đắptrên nền cống), Chú ý tạo thuận lợi cho quá trình thi công (thuận lợi cho máylàm việc đạt năng suất cao…)

Tương tự như đối với bình đồ tuyến, việc thiết kế trắc dọc liên quan và có ảnhhưởng đến hầu hết các yếu tố và các công trình khác trên đường vì thế không thể

dễ dàng biết và đánh giá một phương án đường đỏ vạch thế nào là hợp lý, là đạtyêu cầu Điều này gây lúng túng cho những người mới bắt tay vào công việc thiết

kế và còn thiếu kinh nghiệm Do đó để giảm bớt số phương án phải đưa ra sosánh, ngay từ đầu cần có phương án trắc dọc đảm bảo gạt bỏ được các phương ánkhông hợp lý cũng như bảo đảm chủ động vạch được đường đỏ có cơ sở kinh tế-

kỹ thuật nhất định Một phương pháp thiết kế như vậy có thể tiến hành theo trình

tự sau:

1 Trước hết cần nghiên cứu xác định độ cao khống chế và độ cao mong muốn(cũng gọi là các điểm khống chế và các điểm mong muốn) ở mỗi điểm (hay mỗicọc chi tiết) trên mặt cắt dọc địa hình tự nhiên

Hình 4.7 Điểm mong muốn trên trắc ngang và kẻ đường đỏ xuyên qua tập hợp

các điểm mong muốn trên trắc dọc.

Độ cao không chế hay điểm khống chế là những điểm đường đỏ thiết kế bắt buộcphải phải đi qua theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế (điểm đầu, điểm cuối, điểm quacác thành phố, thị trấn…) hoặc bắt buộc phải đi qua để đảm bảo các yêu cầu củacông trình khác trên đường (cao độ đắp trên cống, trên mực nước ngầm, cao độvào cầu, khống chế do mực nước dâng và chiều cao sóng…) hoặc bắt buộc phải

đi qua do cắt nhau với các công trình khác (chỗ giao nhau với đường sắt, đường

bộ khác), chỗ đi men theo vành hồ thuỷ lợi, thuỷ điện ) Để xác định các cao độkhống chế nói trên cần điều tra thu thập số liệu ngoài thực địa và ở các cơ quanquản lý các công trình có liên quan (ví dụ quy hoạch san nền thị trấn và thànhphố tuyến đi qua…) Đồng thời phải nghiên cứu quy trình quy phạm, định hìnhthiết kế cũng như phải tiến hành tính toán về thuỷ văn (tại các công trình cầu,cống) Độ cao mong muốn hay điểm mong muốn là những điểm tuy không bắtbuộc, nhưng đường đỏ thiết kế nên đi qua để bảo đảm một yêu cầu nào đó (haymột quan điểm thiết kế nào đó) về kỹ thuật, kinh tế hoặc về điều kiện thi công

Để xác định các điểm mong muốn cần tiến hành phân tích trên từng trắc ngangtương ứng với từng cọc chi tiết để cắm và đo vẽ trên thực địa, hoặc tương ứng

với từng đoạn tuyến có mặt cắt ngang giống nhau (ví dụ đoạn tuyến đi trên sườnnúi có độ dốc ngang ít thay đổi) trên mỗi trắc ngang sẽ tiến hành thiết kế thử nềnđường và công trình Đồng thời tính toán phân tích kinh tế kỹ thuật các phương

án có chiều sâu đào và chiều sâu đắp khác nhau để rút ra các phương án hợp lýhoặc tốt nhất tại vị trí đó Độ cao thiết kế nền đường tương ứng với phương ánhợp lý hoặc tốt nhất chính là độ cao mong muốn (điểm mong muốn) tuỳ theoquan điểm chủ đạo, khi thiết kế có thể xác định vị trí điểm mong muốn trên trắcdọc theo một trong các cách dưới đây:

- Xuất phát từ việc xác định chiều cao đào đắp kinh tế hay vị trí đạt trục đường

rẻ nhất tương ứng với mỗi trắc ngang

Theo quan điểm này, người thiết kế cho vị trí đặt tuyến thay đổi và tương ứngtính được khối lượng đào đắp và khối lượng xây dựng công trình chống đỡ(nếu có) và giá thành các công trình chống đỡ Theo kinh nghiệm phân tích sosánh đối với trường hợp tuyến đi sườn núi ở nước ta thì thông thường khi độdốc ngang sườn núi <30% nên lấy điểm mong muốn tại vị trí tim đường(không đào không đắp) là rẻ nhất Khi độ dốc ngang sườn núi > 50% thì nêndùng giải pháp đào nền đường vừa đủ (nền đường chữ L) là rẻ nhất Khi độdốc ngang từ 30-50%thì nên thiên về đào hơn đắp Kinh nghiệm này có thểvận dụng trong thiết kế trắc dọc sơ bộ

Đối với các tuyến đường vùng đồng bằng giải pháp chính là đắp nền đường.Chiều cao đắp kinh tế nhất trong trường hợp này có thể xác định theo quanđiểm thiết kế tổng thể nền mặt đường, trên cơ sở phân tích tính toán quan hệgiữa chế độ thuỷ nhiệt với cường độ của đất nền đường (thay đổi tuỳ thuộcvào sự phân bổ độ ẩm trong nền đường)

- Xuất phát từ quan điểm tạo thuận lợi cho việc xây dựng đường hoặc thoả mãncác yêu cầu hay hạn chế về mặt thi công Chẳng hạn tuyến đi sườn núi, nhữngngười khảo sát thiết kế đường ở nước ta thương có quan điểm thiết kế thiên

về nền đào, nghĩa là cố gắng vạch đường đỏ sao cho bảo đảm được điều kiệntạo được nền đào vừa đủ (nền đường chữ L) để tránh giải pháp xây tườngchắn hoặc đắp một phần trên sườn dốc Đối với vùng sườn núi dốc gắt thìquan điểm này cũng có nghĩa là thiết kế đường đỏ như thế nào để tránh được

kè hoặc hạn chế tới mức thấp nhất việc xây dựng tường chắn để chống đỡ nềnđường Những người có quan điểm này cho rằng nền đào ở vùng núi là thuậnlợi nhất cho máy thi công, tốc độ thi công sẽ nhanh vì không phải làm kè,không phải đắp thêm một phần trên sườn dốc, tiết kiệm được vật tư xây dựngđường là loại hiếm và phải chở từ xa đến (ximăng, sắt thép ), đồng thời nềnđường sẽ bảo đảm ổn định Tuy nhiên theo quan điểm này, trên thực tế thườngdẫn tới chiều cao taluy đào khá cao và như vậy thì có thể dễ gây sụt lở ta luy(ta luy không đảm bảo ổn định) Do đó khi xác định điểm mong muốn trongtrường hợp này, nên chú ý đảm bảo chiều cao ta luy đào không vượt quáchiều cao giới hạn bảo đảm ta luy ổn định về mặt cơ học Để tính toán kiểm

tra nhanh, việc xác định chiều cao taluy giới hạn cùng với các loại đất đã biếtchỉ tiêu cơ lý (c, ϕ, γ) có thể trực tiếp tra theo toán đồ.

Khi thiết kế, cứ mỗi trắc ngang được áp thử Gabarit nền đường để đạt đượcyêu cầu đào đủ bề rộng nền đường Kiểm tra nhanh chóng chiều cao ta luy vàtương ứng tìm được chiều sâu đào mong muốn và xác định độ cao mongmuốn

Ngoài ra để thuận lợi cho việc lấy đất khi thi công (không phải đào thùng đấu,khi tuyến đi qua vùng đất canh tác) có thể vạch đường đỏ theo quan điểm cânbằng khối lượng đào đắp (đoạn đào 2 bên vừa đủ để vận chuyển dọc đến đoạnđắp ở giữa) Vận dụng quan điểm này phù hợp hơn cả là khi tuyến đi quavùng đồi

- Xác định điểm mong muốn xuất phát từ quan điểm thiết kế phối hợp khônggian các yếu tố tuyến về mặt quang học Lúc này, trên cơ sở dựng hình phốicảnh các đoạn tuyến, phát hiện các chỗ bị bóp méo hoặc không đảm bảo sựphối hợp đều đặn trên ảnh, từ đó thiết kế điều chỉnh trên ảnh và xác định đượctoạ độ mới của các điểm cần điều chỉnh đường thiết kế Tung độ mới cần phảiđiều chỉnh là điểm mong muốn trên trắc dọc

2 Sau khi xác định được điểm mong muốn và điểm khống chế ở các trắc ngangkhác nhau, thiết kế ghi các điểm đó lên trắc dọc Nhờ tập hợp các điểm mongmuốn ghi được này, chúng ta đã biến những quan điểm thiết kế trừu tượng thànhnhững dấu hiệu cụ thể chỉ dẫn cho việc vạch đường đỏ trên trắc dọc một cách chủđộng Lúc này việc vạch đường đỏ thiết kế cần cố gắng đạt được hai yêu cầu sau:

- Bám sát tập hợp các điểm mong muốn và đi qua các điểm khống chế

- Thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật khác về bố trí các đoạn dốc (chiều dài dốclớn nhất và nhỏ nhất) về độ dốc dọc lớn nhất và về các đường cong đứng ởđiểm đổi dốc đồng thời thoả mãn vị trí tương hỗ giữa các đường cong đứng

và đường cong nằm trên bình đồ theo quan điểm bảo đảm độ đều đặn khônggian của tuyến cũng như bảo đảm điều kiện chạy xe an toàn

Hai yêu cầu này thường mẫu thuẫn với nhau, do đó khi vạch đường đỏ thiết kếphải nghiên cứu để giải quyết trước các mâu thuẫn này tại từng đoạn/vị trí cụ thểtrên trắc dọc Trong trường hợp không thể dung hoà được thì người thiết kế trướchết xem xét lại tuyến đã thiết kế (đã cắm) trên bình đồ, tức là vấn đề chỉnh tuyến

để thoả mãn được nhiều nhất cả hai yêu cầu trên Chỉ khi không thể chỉnh tuyếnhoặc chỉnh tuyến cũng không mang lại hiệu quả thì mới cân nhắc để quyết địnhthiết kế nặng theo một yêu cầu nào đó

Việc thiết kế đường đỏ theo tập hợp các điểm mong muốn như trên (xem là cácbiến số) có thể giúp thiết kế vạch được một đường đỏ thoả mãn một mục tiêu hạnchế nhất định về mặt giá thành và điều kiện xây dựng đường (hàm mục tiêu)trong điều kiện đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật thông thường theo quy phạm thiết

kế (điều kiện bắt buộc) Mặc dù bảo đảm được các chỉ tiêu kỹ thuật tức là đã thoảmãn được các yêu cầu về mặt chất lượng vận doanh của tuyến ở một mức độ nào

đó nhưng mô hình toán học của phương pháp thiết kế nói ở trên rõ ràng đã khôngthể hiện và đánh giá được chất lượng vận doanh một cách định lượng (cụ thể làhàm mục tiêu đã không xét được giá thành vận doanh và khai thác đường) đâychính là nhược điểm Rõ ràng là với phương pháp thiết kế này có thể đảm bảođược điều kiện giá thành xây dựng nhỏ nhất (khi đường đỏ cố gắng bám sát cácđiểm mong muốn xác định, với quan điểm đó trong điều kiện vị trí tuyến ở bình

đồ được xem là duy nhất không còn thay đổi được nữa) Nhưng không đảm bảođược tổng giá thành xây dựng và vận doanh, khai thác đường nhỏ nhất Tuynhiên kinh nghiệm thực tế cho thấy với cách thiết kế nói trên thường vẫn giúpcho việc thiết kế đường đỏ chủ động hơn, có căn cứ và hợp lý hơn-Nhất và hiệnchưa có một phương pháp nào bảo đảm thiết kế tuyến (bao gồm cả bình đồ vàtrắc dọc tuyến) đạt tối ưu về xây dựng và khai thác Hiện nay mới chỉ bảo đảm cóthể so sánh kinh tế-kỹ thuật để chọn được phương án tốt nhất trong số cácphương án đề cập tới Nhưng hiện chưa có phương pháp nào bảo đảm không đểlọt mất phương án có nghĩa là vẫn có thể có tình trạng phương án tối ưu khôngnằm trong các phương án đưa ra so sánh vì ta đã không phát hiện được nó

Về mặt vận doanh, khi vạch đường đỏ nên tránh các đoạn lên xuống dốc thay đổithường xuyên, tránh vạch trắc dọc răng cưa mà nên dùng các đoạn dốc dài hoặcdùng các đường cong bằng bán kính lớn Đặc biệt trong địa hình vượt đèo nêntránh thiết kế các đoạn dốc gây tổn thất cao độ

4.6 PHƯƠNG PHÁP LẬP ĐỒ THỊ TỐC ĐỘ XE CHẠY VÀ TÍNH THỜI GIAN XE CHẠY.

Tốc độ và thời gian xe chạy là các chỉ tiêu rất quan trọng nói lên chất lượng sửdụng một tuyến đường Tốc độ và thời gian xe chạy cũng cho phép xác định cácchi phí vận tải, là chỉ tiêu quan trọng để làm bài toán so sánh kinh tế kỹ thuật khichọn phương án Ngoài ra, nó còn dùng cho việc lập kế hoạch chạy xe và tổ chứcgiao thông

- Đồ thị tốc độ xe chạy được vẽ cho cả chiều đi lẫn chiều về

- Trình tự lập đồ thị tốc độ xe chạy như sau:

1 Xác định tốc độ xe chạy trên từng đoạn dốc theo điều kiện cân bằng sức kéo.Tức là ứng với 1 đoạn dốc có độ dốc dọc id và có hệ số ma sát f tìm được nhân tốđộng lực D = f ± id, tra biểu đồ nhân tố động lực ứng với loại ô tô đang xét sẽtìm được vận tốc v (Hình 4.8).

2 Xác định tốc độ hạn chế ở các điều kiện:

+ Đường cong nằm có bán kính bé:

( i ) km h R

Hình 4.8 Biểu đồ tốc độ xe chạy từ đặc tính động lực của xe

+ Tại các đường cong đứng lồi có tầm nhìn hạn chế : Từ công thức tính bán kínhđường cong đứng tính được S1 = 2dR tính ngược ra vận tốc Vhc.

+ Tại các đường cong đứng lõm V= 6,5R (km/h)

+ Tại những điểm gãy của trắc dọc mà không bố trí đường cong đứng, để đảmbảo không bị sóc mạnh, tốc độ cho phép được tính theo công thức kinh nghiệm:

+ Theo chất lượng mặt đường : Mặt đường cấp thấp B1 và B2 vận tốc 60Km/h; mặt đường cấp cao A2 Vhc=80-100km/h; mặt đường cấp cao A1 khônghạn chế.

Vhc=40-3 Định tốc độ tối đa cho phép trên toàn tuyến Tốc độ này do độ bằng phẳng mặtđường, bề rộng phần xe chạy, các trang thiết bị an toàn, loại xe quyết định

4 Dựa vào các trị số về tốc độ cân bằng và tốc độ hạn chế, vẽ đồ thị tốc độ xechạy gồm những đoạn tốc độ đều

5 Xác định đoạn chuyển tiếp giữa hai đoạn có tốc độ khác nhau, để nối các đoạntốc độ đều đã có với nhau

tb

2 1

2 2

V1 và V2 – tốc độ trước và sau khi tăng hoặc giảm tốc, km/h;

Dtb – trị số trung bình nhân tố động lực tính ứng với V1 và V2

Dấu trước biểu thức khi tăng tốc dùng dấu (+) và khi giảm tốc dùng dấu (-)

+ Trường hợp cần phải hãm xe: khi xe đang chạy với tốc độ cao, nhưng do điều

kiện về đường xe phải giảm tốc độ để đảm bảo an toàn Chiều dài đoạn đườnghãm xe cần thiết:

( i ) , m

254

V V k.

S

2 2

2 1

−

=

ϕ

Trường hợp chiều dài đoạn tăng hoặc giảm tốc tính được lớn hơn chiều dài thực

tế để tốc độ đạt tới tốc độ cân bằng động lực thì phải dựa vào chiều dài đoạnđường thực tế để tính ngược lại tốc độ V2

4.6.2 Vận tốc trung bình và thời gian xe chạy trung bình

Trên các đoạn coi là đồng nhất có chiều dài li có tốc độ xe chạy ở đầu đoạn vi-1 và cuối đoạn vi Ta có

v v v

- Thời gian xe chạy trung bình :

itb

i itb

v l

Thời gian xe chạy toàn tuyến T =∑n t itb

1

Tốc độ xe chạy trung bình

T

l V

n i tb

∑

= 1 (km/h)Cần chú ý rằng các đại lượng này khác nhau theo chiều đi và chiều về

Hình 4.9 Biểu đồ vận tốc và thời gian xe chạy.

4.6.3 Đánh giá phương án thiết kế theo hệ số an toàn

Hệ số an toàn của một đoạn tuyến Kat được xác định bằng tỷ số giữa vân tốc xe

có thể chạy được trên đoạn đang xét (Vcp) và vận tốc xe chạy của đoạn kề trước

nó (Vtr) Tỷ số này càng nhỏ thì chênh lệch vận tốc giữa 2 đoạn càng lớn và xácsuất xảy ra tai nạn sẽ càng lớn

tr

cp at

V

V

Cần vẽ biểu đồ vận tốc cả hai chiều để đánh giá hệ số an toàn cho cả hai chiều đi

và về của tuyến đường Kết quả được lập thành biểu đồ hệ số an toàn

- Vận tốc xe chạy để tính toán hệ số an toàn là vân tốc xe chạy lý thuyết xác

định theo phương pháp thông thường với loại xe con

- Không xét đến những chỗ hạn chế tốc độ do yêu cầu về tổ chức giao thôngnhư qua khu dân cư, qua nút giao,

- Không xét tới các chỗ hãm phanh để giảm tốc trước khi vào các đoạn phảihạn chế tốc độ

Tiêu chuẩn đánh giá mức độ an toàn xe chạy theo hệ số an toàn như sau :

- Kat ≤ 0.4 : Rất nguy hiểm

- Kat = 0.4 – 0.6 : Nguy hiểm

- Kat = 0.6 – 0.8 : ít nguy hiểm

- Kat > 0.8 : Không nguy hiểm

Khi thiết kế đường mới, phải đảm bảo mọi đoạn tuyến có hệ số Kat ≥ 0.8; Vớicác đồ án cải tạo và đại tu đường phải đảm bảo Kat ≥ 0.6

4.7 TRẮC NGANG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CHỦ YẾU CỦA TRẮC NGANG

4.7.1 Bề rộng phần xe chạy

Bề rộng phần xe chạy được xác định phụ thuộc vào lưu lượng xe chạy trênđường, thành phần, tốc độ xe chạy và việc tổ chức phân luồng giao thông Bềrộng của nó bằng tổng bề rộng các làn xe bố trí trên đường

Bề rộng của một làn xe được xác định phụ thuộc vào chiều rộng của thùng xe,khoảng cách từ thùng xe đến làn xe bên cạnh và từ bánh xe đến mép phần xechạy (Hình 4.11)