Nâng cao ATGT cho hệ thống kết cấu hạ tầnggiao thông Việt Nam bất cập và giải pháp THIẾT KẾ ĐỘ DỐC MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ MẶT CẮT RÃNH DỌC GIÚP NÂNG CAO AN TOÀN KHI XE ĐI TRỆCH RA KHỎI Đ
Trang 1Chủ đề: b2 Nâng cao ATGT cho hệ thống kết cấu hạ tầng
giao thông Việt Nam (bất cập và giải pháp) THIẾT KẾ ĐỘ DỐC MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ MẶT CẮT RÃNH DỌC GIÚP NÂNG CAO AN TOÀN KHI XE ĐI TRỆCH RA KHỎI
ĐƯỜNG
(Designing gradient of road slopes and side ditches’ cross section to
improve roadside safety)
TS Đỗ Duy Đỉnh – Bộ môn Đường ô tô và Đường đô thị - Trường Đại
học Xây dựng ThS Đoàn Xuân Trường – Công ty TNHH Tư vấn Xây dựng Thành
Đồng
Tóm tắt: Bài báo này trình bày một phương pháp thiết kế độ dốc
mái taluy nền đường và mặt cắt rãnh dọc cho phép giảm thiểu tai nạn và mức độ nghiêm trọng của tai nạn khi xe đi trệch ra khỏi đường và đi vào khu vực mái taluy hoặc rãnh dọc trê cơ sở vận dụng khái niệm vùng dọn sạch hai bên đường Kết quả áp dụng phương pháp này vào một đoạn tuyến trên Quốc lộ 14 đoạn qua tỉnh Đắk Nông cho thấy giải pháp không làm tăng quá đáng chi phí xây dựng và phạm vi chiếm dụng đất của đường Cùng với việc tốc
độ khai thác trên các tuyến đường ở Việt Nam ngày càng nâng cao, kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp đề cập trong bài báo có thể xem xét áp dụng để nâng cao an toàn giao thông cho các đường ô
tô tốc độ cao và đi qua khu vực địa hình với độ dốc ngang sườn dốc không quá lớn ở nước ta
1 Đặt vấn đề
Cùng với việc nâng cao tốc độ xe chạy trên đường ô tô, các tai nạn do xe đi trệch ra khỏi đường ngày càng tăng lên và cần được đặc biệt quan tâm Số liệu thống
kê ở Mỹ cho thấy, tỷ lệ người chết do xe đi trệch ra bên đường chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng số người chết vì tai nạn giao thông Trong năm 2008, 23.1% số tai nạn chết người ở Mỹ là từ các tai nạn liên quan đến các xe riêng lẻ đi trệch ra khỏi đường [1] Tương tự như vậy, các số liệu thống kê ở Australia và New Zealand cũng cho thấy có tới 21% số người chết vì tai nạn giao thông ở Australia và 26% ở New Zealand có liên quan đến loại hình tai nạn do xe đi trệch khỏi đường [2] Số liệu này cho thấy môi trường bên đường đóng một vai trò rất quan trọng đối với các tai nạn chết người hoặc tai nạn gây thương tật nặng trên các đường ô tô
Dải đất hai bên đường (roadside) là phần đất tính từ mép phần xe chạy ra phía dải đất tiếp giáp với đường Các đặc trưng của dải đất hai bên đường đóng một vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa và giải thiểu mức độ nghiêm trọng của tai nạn đối với những tai nạn do xe đi trệch khỏi phần xe chạy Ở Việt Nam, đã có nhiều tai nạn
Trang 2do xe đi trệch ra khỏi đường và có hậu quả tai nạn nghiêm trọng cho thấy việc cải thiện dải đất bên đường đảm bảo giảm nhẹ mức độ nghiêm trọng của tai nạn khi xe đi trệch ra khỏi đường là một giải pháp tốt giúp giảm tai nạn giao thông ở nước ta
Một trong các yếu tố nguy hiểm có thể gặp phải khi xe đi trệch ra khỏi đường
đó là việc xe có thể lật, đổ khi đi vào khu vực mái taluy nền đường với độ dốc lớn Đối với các nền đường đắp, ngay cả khi chiều cao đắp nhỏ nhưng với độ dốc mái taluy thường thiết kế là 1:1,5 xe vẫn có thể bị lật khi đi qua Ngoài ra các rãnh dọc bên đường cũng là mối nguy hiểm khi xe đi vào, đặc biệt với phương tiện xe máy
Để giảm nhẹ mức độ tai nạn khi xe gặp sự cố đi trệch ra ngoài phần xe chạy và
đi vào khu vực rãnh dọc và mái taluy, một cách lô gic cần phải cung cấp một phạm vi dải đất hai bên đường đủ rộng, không bị cản trở và xe có thể đi qua đó an toàn – dải đất này gọi là vùng dọn sạch Vùng dọn sạch được tính từ mép ngoài của phần đường
xe chạy chính (mép ngoài của làn xe cơ bản, đi thẳng ngoài cùng) và có tác dụng giúp các xe đi trệch ra khỏi phần xe chạy có thể phục hồi, quay về làn xe ban đầu Vùng dọn sạch bao gồm cả lề đường, các làn xe thô sơ, làn xe phụ ngoại trừ các làn xe phụ
có chức năng như làn xe đi thẳng
Ứng dụng khái niệm về vùng dọn sạch và phương pháp thiết kế mái taluy nền đường theo hướng giảm khả năng tai nạn và giảm mức độ tai nạn khi xe đi trệch ra khỏi đường đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, New Zealand, Australia [1, 2, 3] Tuy nhiên, ở Việt Nam hầu như chưa có nghiên cứu nào đề cập cụ thể về vấn đề này Trong điều kiện Việt Nam ngày càng xây dựng nhiều đường ô tô tốc độ cao, các biện pháp an toàn khi xe đi trệch ra khỏi đường ngày càng cần thiết Bài báo này vì vậy giới thiệu một phương pháp thiết kế taluy nền đường và rãnh biên giúp giảm thiểu tai nạn và mức độ tai nạn khi xe đi trệch ra khỏi đường và bước đầu đánh giá khả năng áp dụng giải pháp này thông qua việc áp dụng giải pháp vào thiết
kế một đoạn đường thuộc tuyến Quốc lộ 14 đoạn qua tỉnh Đắk Nông
2 Cơ sở thiết kế mái taluy nền đường và rãnh biên theo quan điểm quan toàn
2.1 Phương pháp xác định vùng dọn sạch
Như đã đề cập, để hạn chế tai nạn và mức độ nghiêm trọng của tai nạn khi xe
đi trệch ra khỏi đường, cần cung cấp một vùng dọn sạch hai bên đường Theo hướng dẫn của AASHTO [1] giá trị bề rộng vùng dọn sạch mong muốn (để đảm bảo an toàn) phụ thuộc vào lưu lượng giao thông, tốc độ xe chạy, và yếu tố hình học đường như thể hiện trên Bảng 1
Bảng 1: Khoảng cách vùng dọn sạch đối với làn đường đi thẳng
Tốc độ
thiết kế
(km/h)
Giá trị lưu lượng xe thiết kế (xe/
ngày đêm)
Độ dốc mái taluy đắp Độ dốc mái taluy đào
1:6 hoặc thoải hơn
1:5 đến
1:5 đến 1:4
1:6 hoặc thoải hơn
≤ 60 Dưới 750 2.0-3.0 2.0-3.0 a 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0
Trang 3Tốc độ
thiết kế
(km/h)
Giá trị lưu lượng xe thiết kế (xe/
ngày đêm)
Độ dốc mái taluy đắp Độ dốc mái taluy đào
1:6 hoặc thoải hơn
1:5 đến
1:5 đến 1:4
1:6 hoặc thoải hơn 750-1500 3.0-3.5 3.5-4.5 a 3.0-3.5 3.0-3.5 3.0-3.5 1500-6000 3.5-4.5 4.5-5.0 a 3.5-4.5 3.5-4.5 3.5-4.5 Trên 6000 4.5-5.0 5.0-5.5 a 4.5-5.0 4.5-5.0 4.5-5.0 70-80
Dưới 750 3.0-3.5 3.5-4.5 a 2.5-3.0 2.5-3.0 3.0-3.5 750-1500 4.5-5.0 5.0-6.0 a 3.0-3.5 3.5-4.5 4.5-5.0 1500-6000 5.0-5.5 6.0-8.0 a 3.5-4.5 4.5-5.0 5.0-5.5 Trên 6000 6.0-6.5 7.5-8.5 a 4.5-5.0 5.5-6.0 6.0-6.5 90
Dưới 750 3.5-4.5 4.5-5.5 a 2.5-3.0 3.0-3.5 3.0-3.5 750-1500 5.0-5.5 6.0-7.5 a 3.0-3.5 4.5-5.0 5.0-5.5 1500-6000 6.0-6.5 7.5-9.0 a 4.5-5.0 5.0-5.5 6.0-6.5 Trên 6000 6.5-7.5 8.0-10.0 a 5.0-5.5 6.0-6.5 6.5-7.5 100
Dưới 750 5.0-5.5 6.0-7.5 a 3.0-3.5 3.5-4.5 4.5-5.0 750-1500 6.0-7.5 8.0-10.0 a 3.5-4.5 5.0-5.5 6.0-6.5 1500-6000 8.0-9.0 10.0-12.0 a 4.5-5.5 5.5-6.5 7.5-8.0 Trên 6000 9.0-10.0 11.0-13.5 a 6.0-6.5 7.5-8.0 8.0-8.5 110
Dưới 750 5.5-6.0 6.0-8.0 a 3.0-3.5 4.5-5.0 4.5-5.0 750-1500 7.5-8.0 8.5-11.0 a 3.5-5.0 5.5-6.0 6.0-6.5 1500-6000 8.5-10.0 10.5-13.0 a 5.0-6.0 6.5-7.5 8.0-8.5 Trên 6000 9.0-10.5 11.5-14.0 a 6.5-7.5 8.0-9.0 8.5-9.0 Ghi chú: a Các mái dốc có độ dốc lên đến 1:3 xe có thể đi qua nhưng không có khả năng quay lại làn đường Do vậy, vùng dọn sạch để đảm bảo an toàn cho xe đối với mái dốc có độ dốc 1:3 cần bố trí ở phía chân dốc khi có điều kiện.
Nguồn: AASHTO, 2011 [1]
AASHTO [1] cũng lưu ý rằng, có thể lựa chọn giá trị khoảng cách vùng dọn sạch lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị trong Bảng 1 tuỳ theo số liệu thống kê tai nạn giao thông và các yếu tố môi trường, điều kiện kinh tế
Lưu ý rằng, trong trường hợp mái dốc taluy nền đường đắp gồm nhiều mái dốc thành phần có độ dốc khác nhau, trước tiên cần xác định khoảng cách vùng dọn sạch theo mái dốc dạng có thể phục hồi Mái dốc dạng có thể phục hồi là mái dốc có độ dốc 1V:4H hoặc thoải hơn, cho phép xe có thể phục hồi quay lại làn đường khi gặp
sự cố đi trệch vào khu vực mái dốc này Nếu trong phạm vi vùng dọn sạch tồn tại mái dốc dạng không thể phục hồi (là mái dốc có độ dốc từ 1:3 đến 1:4 cho phép xe có thể
đi qua mà không bị lật nhưng không thể quay trở về làn đường ban đầu) thì phạm vi mái dốc dạng không thể phục hồi không được tính vào phạm vi vùng dọn sạch; đồng thời cần thiết phải bố trí một phạm vi vùng dọn sạch phụ thêm ở phía ngoài phạm vi mái dốc dạng không thể phục hồi như minh họa trên Hình 1
Khoảng cách vùng dọn sạch theo Bảng 1 cần được hiệu chỉnh kể đến ảnh
Trang 4hưởng của đường cong nằm với hệ số ảnh hưởng như thể hiện trong Bảng 2.
Nguồn: AASHTO, 2011 [1]
Hình 1: Vùng dọn sạch đối với mái dốc taluy đắp dạng không thể phục hồi
Bảng 2: Hệ số hiệu chỉnh kể đến đường cong nằm
-C zc = (L c )*(K cz )
Trong đó:
C zc = vùng dọn sạch trong phạm vi đường cong nằm (m)
L c = khoảng cách vùng dọn sạch (m) lấy theo Bảng 1
K cz = hệ số hiệu chỉnh kể đến đường cong nằm
Ghi chú: Hệ số hiệu chỉnh vùng dọn sạch chỉ áp dụng đối với phía lưng đường cong nằm Các hiệu chỉnh thường chỉ sử dụng cho đường cong có bán kính nhỏ hơn 900m.
Nguồn: AASHTO, 2011 [7]
2.2 Thiết kế rãnh dọc theo quan điểm an toàn
Rãnh thoát nước dọc đường là một kênh dẫn thường đặt song song với đường
Trang 5có chức năng thoát nước đảm bảo mặt đường, nền đường và khu vực lân cận không
bị đọng nước Các rãnh dọc hở theo cách thiết kế truyền thống thường có độ dốc mái taluy rãnh lớn; vì vậy khi xe đi trệch vào khu vực rãnh có thể dẫn đến tai nạn với mức
độ nguy hiểm cao Để nâng cao an toàn cho xe khi đi trệch vào phạm vi rãnh dọc; cần thiết phải thiết kế mặt cắt rãnh giúp giảm thiểu nguy hiểm khi xe đi vào Hình 2 vàc Hình 3 giới thiệu các mái taluy nền đào và nền đắp mong muốn (giúp giảm nhẹ mức
độ nguy hiểm khi xe đi trệch vào phạm vi rãnh) tại chỗ bố trí rãnh dọc với các dạng mặt cắt thường gặp [4]
Nguồn: Weaver, G D., E L Marquis, and R M Olson, 1975 [4]
Hình 2: Mặt cắt ngang mong muốn cho các rãnh dọc có sự thay đổi mái dốc đột ngột
Trang 6Nguồn: Weaver, G D., E L Marquis, and R M Olson, 1975 [4]
Hình 3: Mặt cắt ngang mong muốn cho các rãnh dọc có sự thay đổi mái dốc dần dần Các mặt cắt ngang rãnh nằm trong vùng tô đậm trên các Hình 2 và Hình 3 là các mặt cắt ngang với các mái dốc dạng xe có thể đi qua Các mặt cắt ngang rãnh nằm ngoài vùng tô đậm trên các hình vẽ này ít mong muốn sử dụng hơn và việc sử dụng các mặt cắt ngang này nên được giới hạn ở các vị trí có nhiều khả năng xảy ra việc xe có thể xâm lấn vào rãnh với một góc cắt lớn như phía lưng các đường cong nằm có bán kính nhỏ Các mặt cắt ngang rãnh nằm ngoài vùng tô đậm trên các hình nói trên có thể chấp nhận khi có một trong các điều kiện sau: khi có sự hạn chế về phạm vi dải đất dành cho đường; khi địa hình khó khăn; trong các dự án trải lại mặt đường, cải tạo, sửa chữa đường; đối với các đường hoặc phố có lưu lượng nhỏ, tốc độ
xe chạy thấp, đặc biệt khi đáy rãnh và mái taluy đào không có chướng ngại vật cố định hoặc các chướng ngại vật nằm ngoài phạm vi vùng dọn sạch mong muốn
Trang 7Trường hợp rãnh có mặt cắt ngang nằm ngoài vùng mong muốn trong khi rãnh lại nằm trong vùng dễ gây tổn thương cho xe; khi đó cần chuyền sang sử dụng hệ thống thoát nước dạng kín (ví dụ: cống hoặc rãnh có nắp đậy) hoặc sử dụng lan can phòng hộ khi điều kiện cho phép
3 Áp dụng thiết kế cho đoạn tuyến Km1859+00 Km1859+835 thuộc Quốc lộ
14 đoạn qua tỉnh Đắk Nông
3.1 Giới thiệu chung
Để bước đầu đánh giá khả năng áp dụng phương pháp thiết kế mái taluy nền đường và rãnh biên theo quan điểm an toàn vào điều kiện Việt Nam, nghiên cứu này
đã tiến hành vận dụng phương pháp như trình bày ở trên vào thiết kế mái taluy nền đường và rãnh dọc cho đoạn tuyến Km1859+00 - :- Km1859+835 thuộc Quốc lộ 14 đoạn đi qua tỉnh Đắk Nông Đoạn tuyến nghiên cứu được xây dựng cơ bản thoả mãn tiêu chuẩn đường cấp 3 đồng bằng theo TCVN 4054-2005 (Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế) [5], có mặt cắt ngang gồm 2 làn xe chạy (3,5m x 2); lề gia cố (2,0m x2) và nền đường rộng 13 m Tốc độ hạn chế áp dụng trên tuyến: đoạn từ Km1859+00 -:-Km1859+25: 80km/h; đoạn từ Km1859+25 Km1859+325: 60m/h; và đoạn từ Km1859+325 Km1859+835: 80km/h Lưu lượng xe ngày đêm trung bình: 3500 xe/ngày đêm Độ dốc mái dốc nền đào, nền đắp trung bình: 1:4 Về yếu tố bình đồ; đoạn tuyến có các đường cong nằm gồm: Từ Km1859+25 Km1859+275: Hai đường cong liên tiếp bán kính R=125m và R = 130m; Từ Km1859+450 Km1859+575: Bán kính R=330m; Từ Km1859+739.27 Km1859+824: Bán kính R=140m
Các số liệu về bình đồ, mặt cắt ngang tuyến đường cũng được thu thập trong
đó thể hiện đầy các yếu tố của đường như các vật kiến trúc như nhà cửa, trụ sở các cơ quan hành chính, cây cối, các loại biển báo, cọc tiêu, hệ thống thoát nước (rãnh nước, cầu cống) trên bình đồ và mặt cắt ngang (xem Hình 4)
Trang 8Hình 4: Bình đồ đoạn tuyến nghiên cứu
3.2 Xác định vùng dọn sạch mong muốn
Trên cơ sở phương pháp xác định vùng dọn sạch mong muốn như trình bày ở Mục 2.1, giá trị vùng dọn sạch mong muốn cho các phân đoạn trong đoạn tuyến nghiên cứu được tính toán và trình bày trong Bảng 3
Bảng 3 Giá trị vùng dọn sạch mong muốn cho đoạn tuyến nghiên cứu
Phân đoạn
Tốc độ thiết kế (km/h)
Bên phải hay bên trái tuyến đường
Mặt cắt ngang đào hay đắp
Hệ số hiệu chỉnh kể đến đường cong
Khoảng cách vùng dọn sạch mong muốn (m) Km1859+00
Km1859+00
Km1859+25
Km1859+25
Km1859+275
Km1859+275
Km1859+325
Km1859+325
Km1859+450
Km1859+450
Km1859+575
Trang 9Phân đoạn thiết kếTốc độ
(km/h)
Bên phải hay bên trái tuyến đường
Mặt cắt ngang đào hay đắp
Hệ số hiệu chỉnh kể đến đường cong
Khoảng cách vùng dọn sạch mong muốn (m) Km1859+675
Km1859+675
Km1859+739.2
Km1859+675
Km1859+739.2
7
Km1859+739.2
7
Km1859+835
Km1859+739.2
7
Ranh giới vùng dọn sạch mong muốn được thể hiện ở bản vẽ bình đồ tuyến đường trong Hình 4
3.3 Xác định các mối nguy hiểm
Trên cơ sở khoảng cách vùng dọn sạch như trình bày trong Bảng 3, công việc tiếp theo là phân tích các mối nguy hiểm đối với xe khi đi vào phạm vi này Kết quả cho thấy, trên đoạn tuyến nghiên cứu tồn tại hai loại mối nguy hiểm cho xe như sau:
Hình 5: Minh họa các mối nguy hiểm khi xe đi trệch ra vùng dọn sạch
+ Đối với mái ta luy nền đắp: Các mái dốc nền đường đắp được thiết kế độ dốc lớn hơn 1:3 do vậy tiềm ẩn nguy cơ gây lật xe khi xe đi trệch khỏi đường và đi vào phạm vi các mái dốc này (xem Hình 5)
+ Rãnh dọc: Rãnh thoát nước dọc đường có mặt cắt hình thang được gia cố
Trang 10bằng các tấm bê tông lắp ghép với hệ số mái 1:1, chiều sâu rãnh từ 4050cm Đây là tuyến đường Quốc lộ được thiết kế để xe chạy với vận tốc cao (phần lớn chiều dài có tốc độ khai thác 80km/h), vì vậy tiềm ẩn nguy cơ xe chạy trệch khỏi đường và gặp nguy hiểm khi đi vào phạm vi rãnh dọc (xem Hình 5)
3.4 Giải pháp cải thiện an toàn bên đường
- Đối với mái dốc ta luy nền đắp:
Khu vực tuyến đi qua có đặc điểm địa hình thuộc vùng đồi với chiều cao nền đắp thấp Số liệu đo đạc và khảo sát cho thấy hệ số mái dốc thực tế từ 1:1 1:1.5 đây là mái dốc có khả năng gây ra lật xe khi xe đi trệch khỏi đường và đi vào phạm vi mái dốc này Giải pháp cải thiện để nâng cao an toàn đối với nền đắp trong trường hợp này là thiết kế lại mái dốc ta luy nền đắp để đảm bảo đủ phạm vi vùng dọn sạch mong muốn Mái dốc thiết kế lại được chia làm hai đoạn với hai độ dốc khác nhau
+ Mái dốc đoạn 1 (phần mái dốc taluy đắp giáp lề đường): Được thiết kế với
độ dốc mái taluy 1:4 đảm bảo điều kiện mái dốc dạng có thể phục hồi Như đã
đề cập ở trên, các xe khi đi vào các mái dốc dạng có thể phục hồi, thông thường xe có thể dừng lại hoặc đi chậm để quay trở lại phần xe chạy một cách
an toàn Việc thiết kế lại mái dốc như vậy vừa nâng cao an toàn, giảm thiểu tai nạn, đồng thời cũng mang lại vẻ đẹp cho cảnh quan hai bên đường
+ Mái dốc đoạn 2: Được thiết kế với hệ số mái dốc bằng mái dốc hiện trạng (1:1.5) với mục đích để ổn định cơ học cho mái dốc nền đắp
- Đối với rãnh dọc:
Giải pháp thiết kế được áp dụng trong trường hợp này là thiết kế lại mặt cắt ngang rãnh hiện tại về mặt cắt ngang mong muốn theo đồ thị Hình 3 Với đặc điểm tuyến đường đi qua địa hình vùng đồi có chiều cao đào, đắp thấp, độ dốc sườn dốc nhỏ; vì vậy cho phép áp dụng các độ dốc mái taluy nhỏ mà không làm tăng quá đáng khối lượng đào, đắp
Sau khi tính toán được phạm vi vùng dọn sạch mong muốn, tiến hành thiết kế lại mặt cắt ngang rãnh, mái ta luy rãnh gồm hai loại (xem Hình 5):