Chuong5 thiet ke duong

Mục tiêu chủ yếu của việc thiết kế cảnh quan đường ôtô là đảm bảo cho tuyến đường thiết kế được hài hoà, đều đặn về mặt thị giác, tránh những phối cảnh không gian không tốt bị bóp méo, b

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ CẢNH QUAN VÀ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ

TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ

5.1 MỤC ĐÍNH THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ

Khi thiết kế bất kỳ một tuyến đường nào cũng phải tranh thủ tạo ra các điều kiện đường thuận lợi nhất cho người lái xe có khả năng phát huy hết khả năng động lực của ô tô

Theo những quan điểm thiết kế đường ô tô hiện đại, để thiết kế hình học đường cần phải phân biệt rõ hai loại đường Loại thứ nhất đường cho mọi loại xe chạy với tốc độ thấp (Vtt < 50 km/h), ở tốc độ này các loại xe cơ giới hiện đại khi cần thiết có thể dừng xe đột ngột tức thời trong khoảng 1 giây (10m đến 15m quãng đường chạy xe) Gần như trong mọi trường hợp khoảng cách này có thể đảm bảo

dễ dàng trên đường vì vậy vấn đề an toàn giao thông trên các con đường loại này

là đơn giản Có thể coi rằng mô hình “ Đường – Xe “ phù hợp với loại đường này Loại đường thứ hai đường cho xe chạy với tốc độ cao (Vtt ≥ 50 km/h) Đường tốc độ càng cao thì người lái xe đánh giá con đường và đưa ra các quyết

định điều khiển xe chạy càng khác nhiều với mô hình động lực học chạy xe nói

trên Quá trình thiết kế đường trở nên phức tạp hơn nhiều để có được một con đường chạy xe an toàn Người lái xe không bị rơi vào tình trạng nguy hiểm do đường và giao thông gây nên

Đối với đường ô tô tốc độ cao, hình dạng chung của con đường trước mắt người lái xe, giúp họ đánh giá đúng đắn diễn biến của con đường để chọn được phương thức chạy xe đúng đắn, kịp thời, quan trọng hơn nhiều so với từng yếu tố hình học trên từng mặt cắt riêng rẽ Một con đường an toàn được tạo nên bởi sự phối hợp có chủ ý của các yếu tố mặt cắt của đường và không gian chung quanh đường Sự phối hợp hợp lý này được tích lũy từ kinh nghiệm khai thác đường chứ ít khi được rút ra từ tính toán

Tuyến đường là một đường không gian hài hoà, đều đặn phù hợp với cảnh quan môi trường xung quanh đồng thời lợi dụng cảnh quan để tô điểm cho đường, gây cho người lái xe những chú ý cần thiết và nhận rõ hướng tuyến

Mục tiêu chủ yếu của việc thiết kế cảnh quan đường ôtô là đảm bảo cho tuyến đường thiết kế được hài hoà, đều đặn về mặt thị giác, tránh những phối cảnh không gian không tốt (bị bóp méo, bị gãy khúc) gây ra cho người lái xe phán đoán sai về điều kiện xe chạy, đảm bào xe chạy an toàn êm thuận với tốc độ cao

và có phối cảnh hấp dẫn trong hành lang của tuyến đường thiết kế, theo cách đó

sẽ làm giảm được mức đơn điệu và tăng cường an toàn giao thông

Sự hài hoà của tuyến đường được thể hiện ở hai khía cạnh đó là sự hài hoà bên trong và sự hài hoà bên ngoài:

- Sự hài hoà bên trong (internal harmony) mô tả sự hài hoà nội tại của bản

thân con đường khi nó lên dốc, xuống dốc hoặc chuyển hướng và mái dốc taluy của đường lên xuống quan hệ như thế nào với tim đường Có nghĩa

là người thiết kế phải hình dung, tưởng tượng để trong quá trình thiết kế phải phối hợp các yếu tố Bình đồ, Trắc dọc và Trắc ngang như thế nào Đây là vấn đề trừu tượng, rất khó khăn nếu chỉ dùng giấy và bút mà người

ta phải nhờ đến sự trợ giúp của máy tính…

- Sự hài hoà bên ngoài (external hamorny) mô tả sự phối hợp giữa đường

ôtô và môi trường bên ngoài Kết quả của sự hài hoà bên ngoài là con đường và môi trường tạo nên một vẻ đẹp kiến trúc trên nguyên tắc tôn trọng môi trường hơn là phá vỡ nó

Nhiệm vụ thiết kế cảnh quan:

1 Kết hợp hài hoà giữa các yếu tố của tuyến đảm bảo cho xe chạy thuận lợi, an toàn với tốc độ cao

2 Đảm bảo hướng nhìn đúng của người lái

3 Định tuyến và các yếu tố của tuyến sao cho không sinh ra các chỗ sai lệch về quang học

4 Đảm bảo tuyến kết hợp hài hoà với cảnh quan xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến môi trường sinh thái

5 Bảo vệ các di tích lịch sử và văn hoá, các vùng đất nông nghiệp quý giá

5.2 SỰ KẾT HỢP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẢNH QUAN MÔI TRƯỜNG

5.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cảnh quan

Cảnh quan là tổng hợp các tác nhân điển hình về thiên nhiên xuất hiện nhiều lần trong khu vực chọn tuyến như địa hình, địa vật, cây cỏ, ao hồ, có ảnh hưởng đến việc chọn tuyến đường

Các loại cảnh quan đặc trưng: Vùng đồng bằng-Thảo nguyên, vùng đồi và vùng núi

Nguyên tắc chung thiết kế cảnh quan:

- Đảm bảo cho tuyến đường trở thành một đường không gian đều đặn, êm thuận Trong không gian đường không bị bóp méo, không gây sai lạc về thị giác, hướng tuyến phải rõ ràng

- Thiết kế quang học trên đường còn thông báo cho lái xe rõ các tình huống trên đường với một lượng thông tin vừa phải Khi thiếu thông tin phải tìm cách bổ sung bằng các biển báo, gương phản chiếu hoặc trồng cây,

5.2.2 Nguyên tắc đi tuyến ở vùng đồng bằng và thảo nguyên

Đặc điểm của địa hình vùng này là điều hoà, không có chênh lệch lớn về cao độ Địa hình thoải, dốc nhẹ không gặp các chướng ngại vật lớn về địa hình

Nguyên tắc đi tuyến là kết hợp với môi trường, không cắt nát địa hình, không nên làm các đoạn thẳng dài quá mà bố trí xen kẽ bằng các đường cong có bán kính lớn để giảm tai nạn do đường đơn điệu gây ra

5.2.3 Nguyên tắc đi tuyến vùng đồi

Vùng đồi có đặc điểm là địa hình có nhiều thay đổi Muốn giảm bớt khối lượng công tác, tuyến nên đi theo các đường cong lớn gắn với địa hình Những ta luy đào đắp nên có dạng thoải cong để tạo nên sự uốn lượn từ từ giữa nền đường và địa hình hai bên

5.1.4 Nguyên tắc đi tuyến vùng núi

Vùng núi là nơi cắm tuyến khó khăn, để tuyến phù hợp tốt nhất với thiên nhiên

và tiết kiệm khối lượng đào đắp, khi cắm tuyến có thể sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật giới hạn

Thiết kế các yếu tố của đường như nên, mặt đường, các đường cong, tường chắn một cách hài hoà, phù hợp với cảnh quan để thu hút hành khách chú ý và để lại dấu ấn của con người chinh phục thiên nhiên

Có thể thay nền đường đắp cao bằng 2 nền đường đắp độc lập để tăng ổn định và tiết kiệm khối lượng

Các ta luy đào, đắp cao nên chia bậc để trồng cây che

5.3 ĐI TUYẾN THEO ĐƯỜNG TANG VÀ TUYẾN CLOTHOID

Đối với những đường cấp thấp (V≤ 40km/h) thường đi tuyến theo đường tang Việc đi tuyến này sẽ tạo ra một tuyến đường cứng, gây không hài hoà êm thuận nhưng việc cắm tuyến, thi công dễ dàng hơn

Như chương 3 đã trình bày, trong thiết kế đường cao tốc, đường cong clothoid ngoài chức năng là đường cong chuyển tiếp nối từ đường thẳng vào đường cong tròn nó còn là một yếu tố độc lập có vai trò như yếu tố đường thẳng và yếu tố đường cong tròn, làm cho tuyến đường trở nên mềm mại, đều đặn trong không gian, phù hợp với địa hình cảnh quan môi trường, êm thuận về mặt thị giác và bằng phẳng về mặt quang học tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao Phương pháp thiết kế tuyến coi đường cong clothoid là một yếu tố độc lập với đường thẳng và đường cong tròn và các nguyên tắc kết hợp giữa các yếu tố này

với nhau gọi là phương pháp thiết kế tuyến clothoid, đặc biệt thích hợp để thiết

kế bình đồ các đường ô tô cấp cao, đường cao tốc

Trình tự thiết kế tuyến đường theo đường cong clothoide

1 Trên bản đồ với tỷ lệ lớn nghiên cứu địa hình và cảnh quan thiên nhiên của vùng cắm tuyến, đặc biệt là đường chim bay để xác định các điểm khống chế Trên bản đồ cũng phân biệt các vùng địa chất thuỷ văn bất lợi, các khu di tích lịch sử văn hoá, bảo tồn, Sau đó phải phác thảo tuyến đường nhằm thoả mãn các yêu cầu phối hợp cảnh quan

Có thể dùng thước nhựa dẻo uốn lượn qua các điểm khống chế

Khi có dạng tuyến sơn bộ, chọn các bán kính đường cong tròn phù hợp sau đó nối các đường cong tròn này bằng các đường cong clothoide

2 Nghiên cứu phối hợp các yếu tố của tuyến

3 Định vị lần cuối tuyến đường: Điểm đầu, điểm cuối, các cọc trên tuyến, thể hiện tuyến bằng các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang,

5.4 SỰ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA TUYẾN.

5.4.1 Mục đích phối hợp các yếu tố của tuyến

Sự phối hợp các yếu tố của tuyến nhằm:

- Tạo một tầm nhìn tốt, cung cấp đầy đủ thông tin cho người lái xe để kịp thời

xử trí các tình huống

- Tạo tâm lý tin cậy, thoải mái để người lái có một môi trường lao động tốt, ít mệt nhọc và có hiệu suất cao

- Tránh các chỗ khuất, các nơi gây ảo giác làm người lái phân tâm, xử lý không đúng đắn

- Tạo một công trình phù hợp cảnh quan, góp phần nâng cao vẻ đẹp của khu vực đặt tuyến

Các quy định này buộc phải thực hiện trên các đường có tốc độ thiết kế trên 80km/h, khuyến khích thực hiện với đường có tốc độ thiết kế trên 60km/h và là định hướng cho đường các cấp khác

Sự phối hợp này phải là ý thức thường trực của người thiết kế và trên thực tế là không đội giá xây dựng lên nhiều Khi phí tổn gia tăng, phải xét hiệu quả của đồng vốn

5.4.2 Phối hợp các yếu tố trên bình đồ.

Ảnh hưởng của độ cong trên bình đồ đường đến tốc độ xe chạy được trình bày trên hình 5.1 Góc chuyển hướng bình quân càng nhỏ tốc độ xe chạy càng cao Điều này có cả hai mặt xấu và tốt trong thiết kế và khai thác đường nhằm đảm bảo an toàn giao thông Đường càng thẳng thì việc đạt được tốc độ tính toán càng

dễ dàng Đường thẳng làm xuất hiện nguy cơ xe chạy vượt quá tốc độ cho phép càng nhiều, đấy là mặt xấu Đường thẳng trên bình đồ cũng hay dẫn đến những

đỏnh giỏ sai lầm đối với trắc dọc đường (độ dốc bị khuyếch đại) làm cho người lỏi xe giảm tốc xuống dưới mức cần thiết gõy nờn xung đột nguy hiểm từ phớa sau xe

140

130

120

110

100

90

80 70

h Km v

0

DC 100mĐ ộ

85

15

v

v m

V :Tốc độ 85%

V :Tốc độ trung bì nh

85 m

Hỡnh 5.1 Ảnh hưởng của độ cong trờn bỡnh đồ đường đến tốc độ chạy xe

Sự phối hợp cỏc đường cong trờn bỡnh đồ đường hỡnh 5.2 phải tạo nờn một con đường hài hũa để cỏc đường cong được người lỏi xe đỏnh giỏ đỳng

R min

min

R

Bì nh đồ cong hài hoà

Hỡnh 5.2 Sự phối hợp cỏc đường cong trờn bỡnh đồ đường

Dưới đõy trỡnh bày một số nguyờn tắc phối hợp cỏc yếu tố tuyến trờn bỡnh đồ 1.Trờn bỡnh đồ, tuyến đi nhiều đường cong bỏn kớnh lớn tốt hơn là đi đoạn thẳng dài chờm bằng cỏc đường cong ngắn, tuyến đi lợi dụng địa hỡnh (men bỡa rừng, ven đồi, đi theo sụng) tốt hơn là đi cắt, phải làm cỏc cụng trỡnh đặc biệt (tường chắn, cầu cạn )

2 Góc chuyển hướng nhỏ phải bố trí bán kính cong nằm lớn

Bảng5.1 Bán kính cong nằm tối thiểu phụ thuộc vào góc

chuyển hướng Góc chuyển hướng, độ 1 2 3 4 5 6 8

Bán kính

đường cong

nằm tối

thiểu, m

Cấp I và cấp II Vtt  100km/h 20 000 14 000 8000 6000 4000 2000 1500 Các cấp khác 10 000 6000 4000 3000 2000 1000 800

3 Tránh các thay đổi đột ngột:

- Các bán kính cong nằm kề nhau có trị số không lớn hơn nhau 2 lần

- Cuối các đoạn thẳng dài không được bố trí bán kính cong tối thiểu

- Nên có chiều dài đoạn cong xấp xỉ bằng hoặc lớn hơn chiều dài đoạn thẳng chêm trước nó

4 Khi đường có 2 phần xe chạy chiều đi và chiều về tách biệt, nên thiết kế thành

2 tuyến có nền đường độc lập, dải phân cách mở rộng để hoà hợp địa hình, có thể biến thành hai nền đường riêng biệt, tiết kiệm khối lượng, công trình đẹp và ổn định hơn

5.4.3 Phối hợp các yếu tố trên trắc dọc

1 Tránh thay đổi dốc lồi lõm lắt nhắt trên một đoạn đường ngắn hoặc sau một đoạn đường thẳng dài

2 Bán kính đường cong đứng nên dùng trị số lớn (2-4)Rmin để đảm bảo yêu cầu thu nhận thị giác

3 Nếu tuyến nằm trong một đoạn thẳng trên bình đồ thì giữa 2 đường cong đứng liên tiếp cùng chiều (nhất là với đường cong đứng lõm) không nên bố trí đoạn dốc đều ngắn mà thay bằng một đường cong có bán kính lớn

4 Thiết kế đường cong đứng có chiều dài lớn hơn chiều dài hãm xe

5.4.4 Phối hợp bình đồ và mặt cắt dọc.

Trong quá trình thiết kế các yếu tố hình học của đường ôtô, chúng ta sử dụng các đoạn thẳng, đường cong đứng, đường cong bằng, và các độ dốc để thiết kế Tuy nhiên, các yếu tố tuyến trên bình đồ và trắc dọc không thể thiết kế độc lập mà chúng phải được phối hợp với nhau Việc phối hợp tốt giữa các yếu tố bình đồ và trắc dọc sẽ làm tăng mức độ hài hoà, êm thuận, tăng cường cảnh quan mà không mất mát chi phí Ngược lại sự phối hợp này không tốt sẽ sinh ra ảo giác, nhiều vị trí trên tuyến đường có cảm giác bị gãy khúc, xoắn và đổi hướng bất ngờ

Đối với đường cao tốc hoặc đường có dải phân cách cố định, để định vị tuyến đường trên thực địa thì việc thiết kế tuyến đảm bảo được cảnh quan là yếu tố quyết định

a) Bình đồ b) Trắc dọc c) Hình ảnh đường

Hình 5.3 Sự phối hợp kinh điển giữa bình đồ và trắc dọc đường

Sự phối hợp lý tưởng giữa bình đồ và trắc dọc được trình bày trên hình 5.4

Trắc dọc

Đ ờng cong

đứng lồi

Bình đồ

i=0

đứng lõm

Đ ờng cong

đứng lồi

Đ ờng cong

i=0

q

Hỡnh 5.4 Sự phối hợp lý tưởng giữa bỡnh đồ và trắc dọc đường

Trong những phối hợp ấy cần phải trỏnh sao cho con đường khụng bị “lặn” mất như trờn hỡnh 5.5

Hỡnh 5.5 Đường lặn

Hoặc là khụng làm cho trắc dọc đường bị đỏnh giỏ sai như trờn hỡnh 5.6 và hỡnh 5.7

Hỡnh 5.6 Trắc dọc lồi lừm phối hợp với bỡnh đồ cú độ cong nhỏ

Hình 5.7 Một đoạn thẳng ngắn trên trắc dọc cầu gây ra cảm giác sai lầm

Trong những trường hợp phức tạp cần phải cân nhắc nhiều phương án phối hợp giữa bình đồ và trắc dọc khác nhau để sao cho các thông tin về đường đến với người lái xe kịp thời và chính xác Hình 5.8 Trình bày các phương án phối hợp

và hình ảnh đường được tạo ra Để làm rõ hơn hình ảnh đường đôi khi phải dùng đến các công trình nhân tạo có chủ đích

Hình 5.8 Các phương án phối hợp và các hình ảnh đường tạo ra

Như vậy để phối hợp tốt giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ và trắc dọc thì người

kỹ sư thiết kế có thể tham khảo một số nội dung mang tính chất hướng dẫn sau:

1 Các đường cong và đoạn dốc phải được cân nhắc kỹ lưỡng Đoạn dốc dài, đoạn thẳng và đoạn cong lớn tại vị trí dốc đứng hoặc đường cong có bán kính châm trước với độ dốc siêu cao nhỏ đều không hợp lý Một bản thiết kế hợp

lý là bản thiết kế cố gắng không sử dụng những tiêu chuẩn giới hạn…

2 Tránh bố trí nhiều đường cong đứng trên một đoạn thẳng dài (hoặc đường cong nằm có bán kính lớn) Sự đổi dốc liên tục trên trắc dọc nếu không phối hợp tốt với đường cong nằm sẽ gây ra cho người lái xe ảo giác tuyến đường

bị lồi lõm bất thường và tạo nên tuyến có nhiều chỗ khuất

3 Tránh bố trí nhiều đường cong nằm trên một đoạn tuyến phẳng tạo nên tuyến quanh co

4 Không đặt đường cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh đường cong đứng lồi Tình huống này có thể gây nguy hiểm cho người lái xe bởi vì người lái xe có thể không nhận thấy được sự đổi hướng tuyến đặc biệt là vào ban đêm

5 Cố gắng để 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 cong nằm Khi đường cong đứng không thể bố trí trùng đỉnh với đường cong nằm thì đỉnh đường cong nằm nên bố trí trước đỉnh đường cong đứng nếu theo hướng đi là rẽ trái, còn nếu theo hướng

đi là rẽ phải thì đỉnh này bố trí sau

6 Đường cong nằm nên dài và trùm ra phía ngoài đường cong đứng (mỗi bên từ 20-100m)

7 Không bố trí đường cong đứng có bán kính nhỏ nằm trong đường cong nằm (sẽ tạo ra các u lồi hay các hố lõm) Nên đảm bảo R lõm >R nằm

8 Cả đường cong đứng và đường cong nằm cần phải được tăng bán kính nếu có thể khi tiếp cận các nút giao thông, nơi mà việc đảm bảo tầm nhìn là rất quan trọng

Mặc dù tính thẩm mỹ của tuyến sẽ tăng lên khi phối hợp giữa đường cong đứng

và đường cong bằng, tuy nhiên người thiết kế phải chú ý vì sự phối hợp này có khả năng sinh ra ảo giác Đường cong đứng lồi sẽ làm cho đường cong bằng xuất hiện với bán kính lớn hơn so với thực tế trong khi đó đường cong đứng lõm lại làm cho đường cong bằng bị nhỏ hơn Chiều dài đường cong đứng càng nhỏ thì ảnh hưởng của nó càng rõ nét Nếu đường cong nằm có bán kính nhỏ nhất thì đường cong đứng lồi có thể làm cho người lái xe duy trì một tốc độ cao hơn mức

an toàn cho phép Trong khi đó, đường cong đứng lõm có thể làm cho người lái

xe có định hướng không đúng và thậm chí phanh đột ngột không cần thiết Để phối hợp tốt hơn giữa đường cong đứng và đường cong nằm, cần sử dụng đường cong nằm có trị số bán kính lớn hơn trị số tối thiểu tuỳ theo tốc độ thiết kế

Một vài nội dung khác cũng mang tính chất hướng dẫn như là: Việc thiết kế đường cong nằm có bán kính tối thiểu ở cuối dốc gắt hoặc gần điểm thấp nhất