Xác định cấp hạng và các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến

Xác định cấp hạng và các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến.

CHƯƠNG II :

XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG VÀ CÁC CHỈ TIÊU

KỸ THUẬT CỦA TUYẾN.

I Xác định cấp hạng của tuyến:

Căn cứ xác định cấp hạng của tuyến: dựa trên các cơ sở mục đích, ý nghĩa phục vụ cuả tuyến; địa hình khu vực tuyến đi qua và căn cứ vào lưu lượng xe chạy năm tương lai Cụ thể như sau:

1 Mục tiêu- ý nghĩa phục vụ của tuyến :

- Tuyến đường từ trung tâm A đến trung tâm B là tuyến đường nối liền 2 khu dân cư, là cầu nối giao lưu văn hóa, kinh tế, chính trị giữa hai địa phương thuộc Thị xã Hội An với nhau

Do đó, chọn cấp quản lý của tuyến là cấp IV

2 Địa hình khu vực tuyến :

- Căn cứ vào bình đồì khu vực tỉ lệ 1/20000, địa hình vùng này thuộc vùng trung du, độ dốc ngang sườn phổ biến

<10 %, tuyến đường men theo các sườn dốc thoải Do đó, chọn cấp kỹ thuật là cấp 60  Vận tốc thiết kế Vtk = 60 Km/h

3 Lưu lượng xe chạy:

- Do số liệu ban đầu là xe hổn hợp do đó ta phải đổi về số xe con quy đổi

- Ta có lưu lượng xe con quy đổi ở năm tương lai thứ 20 được tính theo công thức:

N 20 qđ = ∑

i=1

n

N i K i

(xcqđ/ng.đ)

(II.1.1).

Trong đó:

+ N20

i: Cường độ xe chạy thiết kế của từng loại xe thành phần ở năm thứ 20

N20

i = pi x N20

hh Với: pi : tỷ lệ của loại xe thứ i có trong thành phần dòng xe

Xe con : pxc = 19% = 0,19

Xe tải nhẹ : pxc = 21% = 0,21

Xe tải trung : pxc = 54% = 0,54

Xe tải nặng : pxc = 06% = 0,60

N20

hh (xe/ng.đ): Lưu lượng xe hỗn hợp ở năm thứ 20, N20

hh

= 1379 xe/ng.đ

+ Ki: Hệ số quy đổi của từng loại xe về xe con, xác định

theo Bảng 2 TCVN 4054-98 Thay các giá trị vào công thức (II.1.1)

ta có:

N20qđ = 1379x (0,19x1 + 0,21x2 + 0,54x2 + 0,06x2,5)

N20qđ = 2538 (xcqđ/ng.đ)

Căn cứ vào 3 yếu tố trên, mặc dù lưu lượng xe năm

tương lai thứ 20 là tương đối lớn 2538 xcqđ/ng.đêm Tuy nhiên, mục đích của tuyến đường là để nối hai trung tâm kinh tế, chính trị của địa phương với nhau, mặt khác địa hình khu vực tuyến đi qua là địa hình trung du đồi thấp, có ít đoạn quanh co, gãy khúc, chênh cao giữa 2 điểm A và B là khá nhỏ Do vậy, theo quy trình thiết kế đường ô tô TCVN 4054-98 ta chọn cấp kỹ thuật của tuyến là cấp 60

 Kết luận : từ phân tích trên ta kiến nghị chọn cấp hạng cho tuyến như sau :

- Cấp quản lý : cấp IV

- Cấp kỹ thuật : cấp 60

-Vận tốc thiết kế là 60km/h

II Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến:

Để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến cần căn cứ vào các số liệu sau:

- Lưu lượng xe chạy: N20 = 2538 xcqđ/ng.đ

- Thành phần dòng xe:

Xe con : 19%

Xe tải nhẹ : 21%

Xe tải trung : 54%

Xe tải nặng : 06%

- Cấp quản lý : cấp IV

- Cấp kỹ thuật : cấp 60

1.Tốc độ thiết kế Vtk:

Căn cứ vào cấp hạng kỹ thuật đã chọn ở trên, ta chọn tốc độ thiết kế là Vtk = 60km/h

2.Xác định độ dốc dọc lớn nhất (i d max):

Độ dốc dọc lớn nhất idmax của đường được xác định dựa trên 2 điều kiện sau:

- Điều kiện về sức kéo

- Điều kiện về sức bám

Cụ thể: Để ôtô chuyển động được thì sức kéo phải lớn hơn tổng sức cản của đường đồng thời nhỏ hơn sức bám giữa lốp xe với mặt đường

a.Theo điều kiện về sức kéo:

(II.2.1)

Trong đó:

f : hệ số sức cản lăn, với Vtk = 60 (km/h) f được tính theo công thức sau:

f = fo [1 + 0,01(V - 50)]

Với : f0 : Hệ số sức cản lăn ứng với vận tốc Vtk <60km/h, tuỳ thuộc vào loại mặt đường Chọn loại mặt đường bêtông nhựa ta có fo = 0,015 (Bảng 2- TKĐ I )

→ f = 0,015.[1 + 0,01(60-50)] = 0,0165

D : Nhân tố động lực của xe, tra ở biểu đồ nhân tố động lực của các loại xe

Độ dốc dọc lớn nhất tính theo điều kiện này được ghi ở bảng sau:

Loại xe Tên xe

Thành phần (%)

Vận tốc (km/h )

d max

(%)

65 18,4

Xe tải

0,01

Xe tải

trung

Zin

0,01

Xe tải

nặng

Maz

0,01

Từ kết quả tính toán ta nhận thấy: theo điều kiện này để cho tất cả các xe chạy đạt vận tốc thiết kế thì chọn

idmax=1,9 % Tuy nhiên, dựa vào thành phần dòng xe ta thấy tỷ lệ xe tải nặng chỉ chiếm tỉ lệ rất nhỏ (6%), trong khi tỷ lệ xe tải trung lại chiếm đa số trong thành phần dòng xe (54%), do đó để giảm khối lượng đào đắp và hạ giá thành xây dựng, ta chọn idmax=2,4 % (a) và chấp nhận cho xe tải nặng chạy không

đạt vận tốc thiết kế

b.Theo điều kiện về sức bám:

i’dmax = D’ - f (II.2.2)

Trong đó:

f : hệ số sức cản lăn, xác định như điều kiện về sức kéo f = 0,0165

D’ : nhân tố động lực xác định theo điều kiện bám của ô

tô, được xác định như sau:

D '

=ϕ G k−P ω

Với:

 : hệ số bám của bánh xe với mặt đường phụ thuộc vào trạng thái mặt đường, khi tính toán lấy  trong điều kiện bất lợi tức là mặt đường ẩm ướt và bẩn Lấy 1 = 0,3

Gk : Trọng lượng của trục bánh xe chủ động (kg)

Xe con : Gk = 0,5.G

Xe tải nhẹ : Gk = 0,6.G

Xe tải trung : Gk = 0,7.G

Xe tải nặng : Gk = G

G : Trọng lượng của toàn bộ ô tô (kg)

Xe con : G = 2000 kg

Xe tải nhẹ: Gk = 5350 kg

Xe tải trung : Gk = 8125 kg

Xe nặng: G = 13725 kg

P : Sức cản không khí (kg)

P ω=

K F V2

K: hệ số sức cản không khí (kg.s2/m4)

F: diện tích cản gió của ô tô (m2)

V: vận tốc xe chạy tương đối so với không khí, xét trong trường hợp lý tưởng

Vgió = 0 suy ra V = Vtk

K và F được tra theo Bảng 1 HD TKĐ, kết quả tính toán P thể

hiện ở bảng II.2.2:

Bảng II.2.2:

Loai xe K(kgs2/m4) F (m2) V (km/h) P (kg)

nhẹ

trung

nặng

Kết quả tính toán các giá trị của các công thức I.2.2 I.2.3

I.2.4 ược ghi ở bảng II.2.3:

Bảng II.2.3:

Loại xe  Gk(kg) G(kg) P (kg) D' i’dmax

(%)

Xe tải

nhẹ

Xetải

trung

Xe tải

nặng

0,3 13725 13725 116,31 0,292 27,6

Theo điều kiện này ta chọn i’dmax = 12,9 % (b)

Mặt khác theo TCVN 4054-98, với đường cấp 60 idmax = 7%

 Chọn độ dốc dọc lớn nhất là: idmax =2,4 % Đây là độ dốc tối đa được sử dụng trong trường hợp khó khăn Trong quá trình thiết kế trắc dọc thì ta nên cố gắng giảm độ dốc dọc để tăng chỉ tiêu vận doanh khai thác tuyến

Từ độ dốc đã chọn idmax = 2,4 % ta tính lại các trị số

tốc xe chạy của từng loại xe như ở bảng II.2.4:

Bảng II.2.4:

Loại xe Raz -51 Zin -150 Maz - 504 Raz - 13

Vận tốc

V(km/h)

Vậy với độ dốc dọc đã chọn thì hầu hết các xe đều chạy với tốc độ đảm bảo tốc độ thiết kế ngoại trừ xe tải nặng nhưng nó chiếm thành phần không đáng kể trong dòng xe

2 Tầm nhìn xe chạy:

Để đảm bảo an toàn xe chạy trên đường người lái xe phải luôn nhìn thấy đoạn đường trên một chiều dài nhất định về phía trước để người lái xe có thể kịp thời xử lý hoặc hãm dừng xe trước chướng ngại vật (nếu có) hoặc là tránh được nó Chiều dài này được gọi là tầm nhìn

a.Tầm nhìn một chiều:

Chướng ngại vật trong sơ đồ này là một vật cố định nằm trên làn xe chạy có thể là: đá đổ, đất trượt, hố sụt, cây đổ, hàng hoá của xe trước rơi, Xe đang chạy với tốc độ V có thể dừng lại an toàn trước chướng ngại vật với chiều dài tầm nhìn SI bao gồm một đoạn phản ứng tâm lí lpư, một đoạn hãm xe Sh và một đoạn dự trữ an toàn l0 Vì vậy, tầm nhìn này có tên gọi là tầm nhìn một chiều

Sh

S I

H×nh II.2.1 S¬ ®ơ tÌm nh×n 1 chiÒu

SI= lpu+ Sh+ lo ( m) (II.2.5)

S I= V

3,6+

KV 2

254 (ϕ±i)+l0 (m)

(II.2.6)

Trong đó:

+ lpư (m): Chiều dài xe chạy trong thời gian phản ứng tâm

lý Với thời gian phản ứng tâm lý tpu = 1s  lpu= tpu v =

V

3,6 ( m )

+ K: Hệ số sử dụng phanh, khi tính toán để thiên về an toàn lấy K tương ứng với xe tải K = 1,4

+ V (Km/h): Tốc độ xe chạy tính toán, V = 60 km/h

+ i : Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i = 0

+  : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Trong tính toán lấy tương ứng với điều kiện bình thường, mặt đường khô sạch = 0,5

+ l0 (m): Đoạn dự trữ an toàn, lấy l0=10 m

 SI =

60 3,6+

1,4 602

254 (0,5±0)+10=67 (m)

Theo TCVN 4054-98 (Bảng 9) với V= 60 km/h thì SI = 75 m

 Vậy ta chọn SI = 75 m

b Tầm nhìn hai chiều:

Có hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn xe với vận tốc lần lượt là V1 và V2 Yêu cầu đặt ra là xe 1 phải nhìn thấy xe 2 và ngược lại khi hai xe cách nhau một khoảng an toàn nào đó để có thể hãm phanh và dừng lại an toàn Chiều dài tầm nhìn trong trường hợp này gọi là tầm nhìn 2 chiều, bao gồm hai đoạn phản ứng tâm lí của 2 lái xe, tiếp theo là hai đoạn hãm xe và đoạn an toàn giữa hai xe.Cụ thể SII được tính như sau:

SII

lo

H×nh II.2.2 S¬ ®ơ tÌm nh×n 2 chiÒu (TÌm nh×n khi 2 xe gƯp nhau)

S II= V

1,8+

KV 2 ϕ

127 (ϕ2−i2)+l0 (m)

(II.2.7)

Trong đó:

+ K: Hệ số sử dụng phanh, khi tính toán để thiên về an toàn lấy K tương ứng với xe tải K = 1,4

+ V (Km/h): Tốc độ tính toán V = 60 km/h

+ : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Trong tính toán lấy tương ứng với điều kiện bình thường, mặt đường khô sạch = 0,5

+ i: Độ dốc dọc trên đường, trong tính toán lấy i= 0



S II=60 1,8+

1,4×602×0,5

127 (0,52−0) +10=123¿(m)¿

Theo TCVN 4054-98 (Bảng 9) với V = 60 km/h thì SII = 150 m

 Vậy ta chọn SII = 150 m

c Tầm nhìn vượt xe:

H×nh II.2.3 S¬ ®ơ tÌm nh×n vư ît xe

3 3

2 1

SI - S I I

l1

S IV

1

Tình huống theo sơ đồ này như sau: một xe chạy nhanh bám theo một xe chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1-Sh2, khi quan sát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe sau lợi dụng làn trái chiều để vượt xe, sau đó chuyển về làn xe cũ của mình trước khi có xe ngược chiều đến Yêu cầu đặt ra là xe 1 phải nhìn thấy xe 3 khi hai xe cách nhau một khoảng nào đó để tiến hành vượt xe an toàn Tầm nhìn này được gọi là tầm nhìn vượt xe, Ký hiệu SIV

Thời gian vượt xe gồm 2 giai đoạn:

- Giai đọan I : Xe 1 chạy trên làn trái chiều bắt kịp xe 2

- Giai đoạn II : Xe 1 vượt xong trở về làn xe của mình trước khi đụng phải xe 3 trên làn trái chiều chạy tới

Thời gian vượt xe được tính:

t vx=t1+t2=

S h 1−S h 2

V1−V2 +

l2

Khoảng cách l2 dài không đáng kê,ø do đó để đơn giản hóa việc tính toán và có nghiêng về an toàn, ta lấy l2 bằng hiệu chiều dài hãm xe của 2 xe 1 và xe 2

Công thức trên đuợc viết lại là:

t vx= S h1

V1−V2=

V12

 SIV = lpư + tvx + (V1-V2) + l0

Hay S IV=

V1

3,6+

KV 1 2

254 .

V1

3,6+

V32

127(V1−V2)+l0

(II.2.10)

Công thức trên còn có thể viết đơn giản hơn nếu như người ta dùng thời gian vượt xe thống kê trên đường Trị số này trong trường hợp bình thường khoảng 10s và trong trường hợp cưỡng bức khi đông xe khoảng 7s Lúc đó, tầm nhìn vượt xe có thể có

2 trường hợp sau: - Trường hợp bình thường: SIV = 6V

- Trường hợp cưỡng bức: SIV = 4V

Với: V (Km/h): Vận tốc thiết kế của đường

Để thiên về an toàn ta xét trong trường hợp bình thường, nghĩa là:

SIV = 6.V = 6.60 = 360 (m)

3 Bán kính đường cong nằm tối thiểu R sc min ,

R osc min:

Thực chất việc định trị số bán kính của đường cong nằm là xác định trị số lực ngang  và độ dốc ngang một mái isc một cách hợp lý nhằm để đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận khi vào đường cong nằm có bán kính nhỏ

a Khi làm siêu cao:

Rminsc = V2

127.(μ +i scmax

Trong đó:

+ V: Tốc độ thiết kế ,V = 60 km/h

+ : Hệ số lực ngang khi có làm siêu cao, =0,15 + iscmax: Độ dốc siêu cao lớn nhất: iscmax = 6%

Thay các giá trị vào công thức (II.2.11) ta có:

Rminsc =602 127×(0 ,15+0, 06)=135

(m)

Theo TCVN 4054-98 (Bảng 9) với V = 60 km/h thì Rminsc =125 m

 Kết luận chọn Rmin

sc

= 135m

b Khi không làm siêu cao:

Rminosc= V2

Trong đó:

+ V: Tốc độ thiết kế V = 60km/h

+ : Hệ số lực ngang khi không làm siêu cao, =0,08 + in : Độ dốc ngang của mặt đường, chọn in= 2%

Thay vào công thức (II.2.12) ta có:

Rminóc=602

127(0,08−0,02)=472

(m)

Theo TCVN 4054-98 (Bảng 9) với V = 60 km/h thì Rmin

óc

= 500m

 Kết luận chọn Rminóc = 500 m

c Bán kính đường cong nằm tối thiểu đảm bảo tầm nhìn ban đêm :

Ở những đoạn đường cong có bán kính đường cong bán kính nhỏ thường không bảo đảm an toàn giao thông nếu xe chạy với tốc độ tính toán vào ban đêm vì tầm nhìn bị hạn chế Theo

30 S1

Trong đó:

+ SI: Tầm nhìn một chiều (m), SI = 75 m

+ : Góc chiếu sáng của pha đèn ô tô,  = 20

Thay vào (I.2.15) ta có:

R=30×75

2 =1125 (m)

4 Độ dốc siêu cao:

Độ dốc siêu cao được áp dụng khi xe chạy vào đường cong bán kính nhỏ hơn bán kính đường cong tối thiểu không làm siêu cao Siêu cao là dốc một mái của phần xe chạy hướng vào phía bụng đường cong Nó có tác dụng làm giảm lực ngang khi

xe chạy vào đường cong, nhằm để xe chạy vào đường cong có bán kính nhỏ được an toàn và êm thuận

Theo TCVN 4054-98 quy định độ dốc siêu cao tối đa là 6 %, độ dốc siêu cao nhỏ nhất lấy theo độ dốc ngang của mặt đường và không nhỏ hơn 2%

Độ dốc siêu cao có thể tính theo công thức:

i sc= V2

Tuyến thiết kế có bố trí siêu cao tại hai đường cong có bán kính lần lượt là R=413m (Km2+360) và R=421m (Km3+340) của phương án I

Thay các giá trị vào (I.2.14) ta tính được isc ở Bảng II.2.5 :

Bảng II.2.5

bố trí siêu cao

i sc chọn % 6 2 2

5 Độ mở rộng trong đường cong nằm:

Khi xe chạy trên đường cong, trục sau cố định luôn hướng

tâm còn bánh trước luôn hợp với trục xe một góc nên xe yêu cầu có một chiều rộng lớn hơn khi xe chạy trên đường thẳng

Độ mở rộng E được tính theo công thức sau với đường 2 làn xe:

E= L A

2

R +

0,1V

Trong đó:

+ LA: Khoảng cách từ badsoc của xe đến trục sau cùng của xe: LA = 6 (m)

+ V: Vận tốc xe chạy tính toán, V = 60 km/h

+ R: Bán kính đường cong nằm

Tuyến thiết kế với tất cả các đường cong đều có bán

kính R > 250m nên theo TCVN 4054-98 (Bảng 10) không cần mở

rộng mặt đường trong đường cong

6 Chiều dài đoạn vuốt nối siêu cao:

Đoạn vuốt nối siêu cao được bố trí với mục đích chuyển hoá một cách điều hoà từ mặt cắt ngang thông thường (mặt cắt ngang 2 mái) sang mặt cắt ngang đặc biệt có siêu cao

Chiều dài đoạn vuốt nối siêu cao được xác định theo công thức :

Lnsc=(B+ Δ)×i sc

Trong đó :

+ B: Bề rộng phần xe chạy(m) Theo TCVN 4054-98 (Bảng 6), với đường cấp 60 có B = 7,0 (m)

+ : Độ mở rộng của phần xe chạy (m), có giá trị phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm

+ isc: Độ dốc siêu cao (%)

+ ip: Độ dốc dọc phụ (%), với đường có Vk = 60 km/h thì

ip=0,5 %

Kết quả tính toán đối với tuyến thiết kế được trình bày

trong bảng II.2.6 như sau:

7 Chiều dài tối thiểu của đoạn chêm giữa các đường cong tròn :

- Hai đường cong cùng chiều có thể nối trực tiếp với nhau hay phải có đoạn chêm tuỳ theo điều kiện cụ thể như sau:

+ Nếu hai đường cong đều không có siêu cao thì có thể nối trực tiếp Tuy nhiên, trị số bán kính đường cong không nên chênh lệch nhau quá 1,5 lần (R1/R2  1,5)

+ Nếu hai đường cong có bố trí siêu cao thì đoạn chêm phải đủ chiều dài để bố trí hai nữa đường cong chuyển tiếp Cụ thể chiều dài đoạn chêm được xác định :

m≥ L1+L2

Trong đó :

m: chiều dài đoạn chêm giữa hai đường cong

L1,L2 - chiều dài đường cong chuyển tiếp

- Hai đường cong ngược chiều có bán kính lớn không yêu cầu làm siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau Trong trường hợp có bố trí siêu cao thì yêu cầu phải có đoạn chêm với chiều dài đủ dài để bố trí hai nữa đường cong chuyển tiếp

như (II.2.17)

8 Đường cong chuyển tiếp

- Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong phải chịu các sự thay đổi như sau:

+ Bán kính thay đổi từ ∞ đến bán kính R

+ Gia tốc ly tâm tăng từ 0 đến giá trị

Gv 2 gR

- Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho lái

xe và hành khách, làm cho xe có xu hướng bị lật, bị trượt, hao mòn xăm lốp, tiêu hao nhiên liệu, Vì vậy để hạn chế những bất lợi trên có thể bố trí đường cong chuyển tiếp

- Theo TCVN 4054-98, với đường có V  60 km/h thì phải bố trí đường cong chuyển tiếp Đường cong chuyển tiếp được bố trí trùng với đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng hay nói cách khác chiều dài đường cong chuyển tiếp Lcht không nhỏ hơn chiều dài các đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng, và được tính theo công thức sau:

Lcht =

V tt3

23,5 R

Trong đó:

+ Vtt : Tốc độ tính toán, V = 60 km/h + R : Bán kính đường cong tròn

R (m) 413Phương án I421 984 Phương án II725 1135

V tt (km/

h)

L cht (m) 22,26 21,83 9,34 12,68 8,10

9.Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứïng: