Giáo trình Thiết kế đường ô tô: Phần 1

(NB) Giáo trình Thiết kế đường ô tô: Phần 1 với các nội dung khái niệm chung về đường ô tô; thiết kế bình đồ; thiết kế trắc học, thiết kế trắc ngang và nền đường. Mời các bạn cùng tham khảo giáo trình để nắm chắc kiến thức.

1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ TP.HCM NĂM 2017

2

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 VAI TRÒ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI

Vận tải trên đường ô tô có những đặc điểm sau:

- Có tính cơ động cao, điều động xe cộ nhanh chóng

- Có thể vận chuyển trực tiếp từ chỗ lấy hàng đến nơi quy định, không cần phải

có phương tiện vận chuyển và bốc dỡ trung gian, tiện lợi trong vận chuyển ngắn

- Thích ứng với địa hình vùng núi khó khăn Tốc độ vận tải trên đường ô tô cũng khá nhanh, nhanh hơn đường thủy và tương đương với đường sắt

- Có thể sử dụng hỗn hợp cho nhiều loại phương tiện vận tải (kể cả vận tải thô sơ)

Chính vì những đặc điểm có ý nghĩa trên nên đường ô tô là một bộ phận không thể thiếu trong mạng lưới giao thông vận tải của mỗi nước

Mặc dù có ý nghĩa quan trọng như vậy, song việc vận tải trên đường ô tô vẫn có những nhược điểm:

- Do tải trọng chở được ít, lại tốn nhiên liệu nên giá thành vận chuyển ô tô cao hơn so với đường sắt và đường thủy, nhất là khi cự ly vận chuyển lớn

- Vận tải đường ô tô phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái đường, mà trạng thái đường lại chịu ảnh hưởng rất lớn của thiên nhiên Do đó việc vận chuyển bằng ô tô thường gặp nhiều trở ngại

- Tai nạn trên đường ô tô cũng không ngừng tăng lên Tổn thất về con người cũng như về kinh tế do tai nạn ô tô gây ra cũng ngày càng lớn

- Môi trường xung quanh đường ô tô ngày càng bị xấu đi do khí thải, bụi bẩn và tiếng ồn của ô tô gây ra

- Nạn ùn tắc giao thông ở các đường đô thị ngày càng phổ biến, làm cho tốc độ

ô tô giảm xuống, giá thành vận tải tăng lên

1.2 CÁC YẾU TỐ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ

Để thể hiện một con đường trên bản vẽ, thường dùng 3 hình chiếu:

- Hình chiếu bằng (bình đồ tuyến đường)

- Hình chiếu đứng (mặt cắt dọc – trắc dọc tuyến đường)

- Hình chiếu cạnh (mặt cắt ngang – trắc ngang tuyến đường)

1.2.1 Bình đồ tuyến đường:

Do điều kiện địa hình tự nhiên bị hạn chế nên tuyến đường ô tô trên hình chiếu bằng thường phải uốn lượn với các đoạn thẳng và đoạn cong nối tiếp nhau Tuyến

3

đường hoàn toàn được xác định trên bình đồ (tức là hoàn toàn xác định trên thực địa) nhờ các yếu tố sau (Hình 1.1):

- Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên

- Các góc ngoặt 1, 2, 3, … ở các chỗ đổi hướng tuyến

- Chiều dài các đoạn thẳng

- Các yếu tố của đường cong như: góc ngoặt , bán kính đường cong R, chiều dài tiếp tuyến T, chiều dài cung tròn K và chiều dài phân cự p (Hình 1.1)

T

K p

1.2.2 Trắc dọc tuyến đường:

Mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đem “duỗi thẳng” được gọi là trắc dọc, thường được vẽ với tỉ lệ đứng gấp 10 lần tỉ lệ ngang (Hình 1.2)

Hình 1.2 Trắc dọc

4

Cao độ mặt đất tự nhiên trên trắc dọc gọi là đường đen Còn tuyến đường được xác định vị trí của nó trên trắc dọc thông qua đường đỏ thiết kế Ở các chỗ đổi dốc, đường đỏ phải được thiết kế nối dốc bằng các đường cong đứng lồi hoặc lõm Đường

đỏ xác định nhờ các yếu tố:

- Cao độ đường đỏ tại điểm đầu tuyến

- Độ dốc dọc (id) và chiều dài các đoạn dốc

- Đường cong đứng chỗ đổi dốc với các yếu tố của nó

Căn cứ vào đường đỏ đã xác định, với các yếu tố này có thể tính được cao độ thiết kế và chiều sâu đào hoặc đắp ở mỗi vị trí cọc đã bố trí trên bình đồ tương ứng

1.2.3 Trắc ngang tuyến đường:

Mặt cắt vuông góc với tuyến đường ở mỗi điểm trên tuyến (ở vị trí các cọc) được gọi là trắc ngang tại điểm đó

Hình 1.3 Trắc ngang tuyến đường Các yếu tố của đường trên trắc ngang bao gồm: (Hình 1.3)

- Bề rộng nền đường a

- Bề rộng mặt đường (phần xe chạy) b

- Bề rộng lề đường c

- Độ dốc ta luy 1:m

- Các kích thước rãnh thoát nước dọc

Thiết kế đường chính là quyết định các yếu tố đường trên bình đồ, trắc dọc và trắc ngang sao cho chúng đáp ứng được yêu cầu chạy xe an toàn, tiện lợi, kinh tế

1.3 CÁC ĐẶC TRƯNG VẬN TẢI CHỦ YẾU CỦA ĐƯỜNG

1.3.1 Thành phần xe chạy trên đường:

Ở nước ta, thành phần xe chạy trên đường bao gồm:

- Các loại ô tô: ô tô tải (tải nhẹ, tải nặng, con tai nơ,…), ô tô khách (xe du lịch,

xe khách nhiều loại chỗ ngồi, xe buýt,…)

Meùp lề

Tim đñường

Meùp phần xe chạy

5

- Xe gắn máy Ở nước ta loại phương tiện này hiện nay khá nhiều

- Xe đạp và các loại xe thô sơ khác

Vì các phương tiện kể trên có khả năng về tốc độ chạy xe khác nhau rất nhiều,

do đó về mặt tổ chức giao thông, bao giờ cũng có hai giải pháp thiết kế đường:

- Thiết kế theo phương án giao thông hỗn hợp: tức là các loại phương tiện cùng

đi chung trên một phần xe chạy Tất yếu các loại phương tiện chạy chậm sẽ cản trở các loại chạy nhanh

- Thiết kế theo phương án tách riêng từng nhóm theo khả năng về tốc độ: sẽ nâng cao được tốc độ chạy xe

Như vậy, thành phần dòng xe và tỉ lệ có mặt của mỗi loại phương tiện trong dòng xe sẽ ảnh hưởng đáng kể đến các giải pháp thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật thiết

Nh« vÒ phÝa tr-íc

Nh« vÒ phÝa sau

Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trôc

1.3.4 Lưu lượng xe thiết kế:

Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặt cắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi đưa đường vào sử dụng đối với các cấp I và II; năm thứ 15 đối với các cấp III và IV; năm thứ 10 đối với các cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo

Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con lấy theo Bảng 1.2

Thường thì xe chạy có mức tăng xe theo quan hệ hàm số mũ:

Nt = N0(1+p)t-1 (xcqđ/ng.đ) (1.1) Trong đó :

Nt – lưu lượng xe chạy bình quân của năm khai thác thứ t (xcqđ/ng.đ)

Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc

 Đ-ờng tách riêng xe thô sơ thì không quy đổi xe đạp

Trờn đõy là tớnh toỏn lưu lượng xe chạy trung bỡnh trong năm Trong thiết kế kỹ thuật cũn phải xột đến sự thay đổi lưu lượng xe chạy theo mựa trong năm và theo giờ trong ngày để phục vụ cho thiết kế ỏo đường, chiều rộng phần xe chạy và tổ chức xe chạy

Vớ dụ: Số liệu đếm xe như sau:

1.4 PHÂN CẤP HẠNG KỸ THUẬT ĐƯỜNG ễ Tễ

Việc phõn cấp kỹ thuật dựa trờn chức năng và lưu lượng thiết kế của con đường trong mạng lưới đường và được quy định theo Bảng 1.3

7

Bảng 1.3  Bảng phân cấp kỹ thuật đ-ờng ô tô theo chức năng của đ-ờng

và l-u l-ợng thiết kế Cấp thiết

kế của

đ-ờng

L-u l-ợng xe thiết kế*)

Quốc lộ, đ-ờng tỉnh, đ-ờng huyện

Cấp V > 200 Đ-ờng phục vụ giao thông địa ph-ơng Đ-ờng tỉnh, đ-ờng

huyện, đ-ờng xã

Cấp VI < 200 Đ-ờng huyện, đ-ờng xã

của đ-ờng và theo địa hình

Tốc độ thiết kế là tốc độ được dựng để thiết kế cỏc yếu tố hỡnh học của đường, cỏc yếu tố ảnh hưởng đến vận hành xe

Tốc độ thiết kế cỏc cấp đường dựa theo điều kiện địa hỡnh, được qui định trong Bảng 4

Bảng 4  Tốc độ thiết kế của các cấp đ-ờng

Cấp thiết kế I II III IV V VI

Địa hình Đồng

bằng

Đồng bằng

Đồng bằng Núi

Đồng bằng Núi

Đồng bằng Núi

Đồng bằng Núi Tốc độ thiết kế,

V tk , km/h 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20

chú thích: Việc phân biệt địa hình đ-ợc dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của s-ờn đồi, s-ờn núi nh-

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

8

1.5 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ TRÊN ĐƯỜNG

1.5.1 Các lực tác dụng vào ô tô khi xe chạy

Khi xe chạy trên đường, ngoài sức kéo ô tô còn chịu tác dụng của các loại sức cản khác nhau bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lực cản

Hình 1.4 Các lực tác dụng trên ô tô khi xe chạy

Pk – Lực kéo; Pf – Lực cản lăn; P - Lực cản không khí

+ 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 bằng phẳng + Đất ẩm và không bằng phẳng + Đất cát rời rạc

0 ,04 – 0,05 0,04 – 0,05 0,07 – 0,15

2

Trong đó:

9

k – hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào loại xe: ô tô tải k = 0,06 – 0,07; ô tô buýt 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)

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

G dt

dv mδ

trong đó:

m – khối lượng của ô tô; G – trọng lượng của ô tô,

g – gia tốc trọng trường; v – tốc độ xe chạy,

t – thời gian;  - hệ số kể đến sức cản quán tính của các bộ phận quay

Dấu “+” ứng với trường hợp tăng tốc và dấu “-” ứng với trường hợp giảm tốc

1.5.2 Phương trình chuyển động của ô tô và biểu đồ nhân tố động lực

Để ô tô có thể chuyển động được trên đường thì động cơ của ô tô phải sản sinh

ra một sức kéo không nhỏ hơn tổng các lực cản trên đường, do vậy phương trình chuyển động của ô tô là:

G δ

dt

dv g

δ i f G

13

kFV P

2 k









10

D - được gọi là nhân tố động lực của ô tô

Khi chuyển động đều thì 0

dt

dv  và do vậy điều kiện chuyển động đều của ô tô

về mặt sức kéo sẽ là:

D = f ± i (1.6) Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và

vế phải biểu diễn 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 1.5)

Hình 1.5 Biểu đồ nhân tố động lực của ô tô Nếu biết tổng sức cản do điều kiện đường gây ra f ± i thì theo điều kiện (1.6), nhờ biểu đồ nhân tố động lực ta có thể nhanh chóng tìm được tốc độ đều lớn nhất tương ứng của ô tô Ngược lại, nếu muốn ô tô chạy được với tốc độ thiết kế đã định thì cũng có thể xác định được điều kiện đường tương ứng thông qua biểu đồ đó Biểu đồ này cũng cho thấy khi điều kiện đường thay đổi thì khi chuyển động, ô tô phải chuyển

về các chuyển số tương ứng

1.5.3 Sức bám của lốp xe với mặt đường

Xét một bánh xe chủ động như hình 1.7, nếu tại điểm tiếp xúc A không có phản lực T của đường tác dụng vào lốp xe thì bánh xe sẽ quay tại chỗ, xe không chuyển động được Phản lực T có được là do sức bám giữa lốp xe với mặt đường

11

Hình 1.7 Sức bám của lốp xe với mặt đường Lực bám T là một lực bị động, nghĩa là khi có lực tác dụng của bánh xe vào mặt đường (chính là lực kéo Pk) thì đường mới tác dụng trở lại bánh xe một lực là T Do vậy nếu giữa bánh xe và mặt đường có đủ sức bám thì luôn luôn có T = Pk Nếu sức kéo Pk càng lớn thì T càng lớn Nhưng sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một nhân

tố khách quan nên không phải sức bám cứ tăng mãi được mà chỉ tăng đến một trị số nhất định là Tmax, tức là sức bám lớn nhất Nếu Pk > Tmax thì tại điểm A bánh xe sẽ quay tại chỗ và trượt theo quán tính Do vậy sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một điều kiện quan trọng để xe có thể chuyển động được và để đảm bảo an toàn chạy

xe

Thực nghiệm cho thấy sức bám lớn nhất Tmax tỉ lệ thuận với trọng lượng trục xe chủ động Gk

Tmax =  Gk, (kG) Trong đó:  - hệ số bám giữa lốp xe với mặt đường, phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng và độ nhám của mặt đường Mặt đường càng khô sạch, ít bụi bẩn, ít ẩm ướt và càng nhám thì  càng lớn ( = 0,7), còn nếu mặt đường ẩm, bẩn thì  nhỏ ( = 0,3)

Nếu tất cả các bánh xe của ô tô đều là bánh xe chủ động thì Gk = G, G – là trọng lượng toàn bộ xe

Như vậy, điều kiện chuyển động của ô tô về mặt sức bám là:

1.5.4 Chiều dài hãm xe

Khi xử lý các tình huống giao thông trên đường thì người lái xe thường phải căn cứ vào khoảng cách tới các chướng ngại vật để ướt tính cường độ hãm phanh sao cho xe vừa kịp dừng lại trước chúng Khi thiết kế đường phải đảm bảo khoảng cách này cho người lái xe trong mọi trường hợp Do đó, khi xét điều kiện an toàn chạy xe, chiều dài hãm xe có một ý nghiã rất quan trọng

Khi hãm phanh trên các bánh xe, má phanh tác dụng vào vành xe sinh ra mô men hãm Mh và mô men này sinh ra lực hãm phanh Ph như hình 1.8

Ph = Tmax =  Gh

Trong đó:  - hệ số bám

Gh – trọng lượng hãm, vì tất cả các bánh xe đều bố trí bộ phận hãm phanh nên trọng lượng hãm cũng bằng trọng lượng toàn bộ G của xe

Ngoài lực hãm phanh Ph, khi hãm xe các lực cản khác cũng tham gia vào quá trình hãm, nhưng vì khi hãm xe, xe chạy chậm nên lực cản do không khí P là không đáng kể, còn lực cản lăn Pf và lực quán tính Pj được bỏ qua để tăng an toàn Do vậy tổng lực hãm lúc này chỉ gồm lực hãm phanh Ph và lực cản do dốc Pi, nghĩa là:

Ph + Pi = G  iG = G( i) trong đó: i – độ dốc dọc của đường

Gọi V1 và V2 (m/s) là tốc độ của ô tô trước và sau khi hãm phanh Theo nguyên

lý bảo toàn năng lượng thì công của tổng lực hãm sinh ra trên chiều dài hãm xe Sh phải bằng động năng tiêu hao do tốc độ ô tô giảm từ V1 xuống V2, tức là:

G( i)Sh =

2

V V g

G 2

V V m

2 2 2 1 2

2 2

V V S

2 2 2 1 h

13

 i 

g 2

V V k S

2 2 2 1 h







Nếu tốc độ xe tính bằng km/h thì:

 i 

254

V V k S

2 2 2 1 h

2

14

CHÖÔNG 2 THIEÁT KEÁ BÌNH ĐỒ

2.1 Khái niệm chung và những nguyên tắc cơ bản:

Hình 3.1: Bình đồ thiết kế

2.1.2 Những yêu cầu chung của tuyến trên bình đồ:

- Đảm bảo các yếu tố của tuyến như bán kính tối thiểu đường cong nằm, chiều dài đường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc lớn nhất khi triển tuyến, không vi phạm những quy định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế

- Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên

- Đảm bảo sự hài hoà, phối hợp giữa đường và cảnh quan

- Xét yếu tố tâm lý người lái xe và hành khách đi trên đường, không nên thiết kế đường có những đoạn đường thẳng quá dài (lớn hơn 3km) gây tâm lý mất cảnh giác và gây buồn ngủ đối với lái xe, ban đêm đèn pha ô tô làm chói mắt xe ngược chiều

- Cố gắng sử dụng các tiêu chuẩn hình học cao như bán kính đường cong, đoạn chêm giữa các đường cong, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hình cho phép

15

- Đảm bảo tuyến là một đường không gian đều đặn, êm thuận, trên hình phối cảnh tuyến không bị bóp méo hay gãy khúc Muốn vậy phải phối hợp hài hoà giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, giữa tuyến và công trình và giữa các yếu tố đó với địa hình, cảnh quan môi trường xung quanh

2.1.3 Vị trí tuyến trên bình đồ:

- Định tuyến phải bám sát đường chim bay giữa 2 điểm khống chế

- Thiết kế nền đường phải đảm bảo cho giao thông thuận lợi, đồng thời phải tuân theo mọi quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật của tuyến

- Khi định tuyến nên tránh đi qua những vị trí bất lợi về thổ nhưỡng, thuỷ văn, địa chất (như đầm lầy, khe xói, sụt lở, đá lăn, kast, ) để đảm bảo cho nền đường được vững chắc

- Không nên định tuyến qua khu đất đai đặc biệt quí, đất đai của vùng kinh tế đặc biệt, cố gắng ít làm ảnh hưởng đến quyền lợi của những người sử dụng đất

- Khi tuyến giao nhau với đường sắt hoặc đi song song với đường sắt cần phải tuân theo quy trình của Bộ GTVT về quan hệ giữa đường ôtô và đường sắt (vị trí giao phải

ở ngoài phạm vi ga, đường dồn tàu, cửa hầm đường sắt, ghi cổ họng, các cột tín hiệu vào ga, góc giao >450

- Khi chọn tuyến qua thành phố, thị trấn thì cần chú ý đến quy mô và đặc tính của giao thông trên đường, lưu lượng xe khu vực hay xe quá cảnh chiếm ưu thế, số dân và

ý nghĩa về chính trị, kinh tế, văn hoá, xã hội của đường để quyết định hướng tuyến hợp

lý nhất

- Khi qua vùng đồng bằng cần vạch tuyến thẳng, ngắn nhất, tuy nhiên tránh những đoạn thẳng quá dài (≥3km) có thể thay bằng các đường cong có bán kính R≥1000m, tránh dùng góc chuyển hướng nhỏ

- Khi đường qua vùng đồi nên dùng các đường cong có bán kính lớn uốn theo địa

hình tự nhiên Bỏ qua những uốn lượn nhỏ và tránh tuyến bị gãy khúc về bình đồ và trắc dọc

- Qua vùng địa hình đồi nhấp nhô nối tiếp nhau, tốt nhất nên chọn tuyến là những đường cong nối tiếp hài hoà với nhau, không nên có những đoạn thẳng chêm ngắn giữa những đường cong cùng chiều, các bán kính của các đường cong tiếp giáp nhau không được vượt quá các giá trị cho phép

- Khi tuyến đi theo đường phân thuỷ, điều cần chú ý trước tiên là quan sát hướng của đường phân thuỷ chính và tìm cách nắn thẳng tuyến trên từng đoạn, chọn những sườn đồi ổn định và thuận lợi cho việc đặt tuyến, tránh những mỏm cao và tìm những đèo thấp để vượt

- Khi tuyến đi trên sườn núi, mà độ dốc và mức độ ổn định của sườn núi có ảnh hưởng đến vị trí đặt tuyến thì cần nghiên cứu tổng hợp các điều kiện địa hình, địa chất

và thuỷ văn để chọn tuyến thích hợp Nếu tồn tại những đoạn sườn dốc bất lợi về địa chất, thuỷ văn như sụt lở, trượt, nước ngầm, cần cho tuyến đi tránh hoặc cắt qua phía trên

- Khi triển tuyến qua đèo thông thường chọn vị trí đèo thấp nhất, đồng thời phải dựa vào hướng chung của tuyến và đặc điểm của sườn núi để triển tuyến từ đỉnh đèo xuống hai phía

16

Đối với những đường cấp cao nếu triển tuyến qua đèo gặp bất lợi như sườn núi không

ổn định hoặc các tiêu chuẩn kỹ thuật về bình đồ, trắc dọc quá hạn chế không thoả mãn thì có thể xem xét phương án hầm Tuyến hầm phải chọn sao cho có chiều dài ngắn nhất và nằm trong vùng ổn định về địa chất, thuỷ văn

- Khi tuyến đi vào thung lũng các sông suối, nên :

+ Chọn một trong hai bờ thuận với hướng chung của tuyến, có sườn thoải ổn định, khối lượng công tác đào đắp ít

+ Chọn tuyến đi trên mực nước lũ điều tra

+ Chọn vị trí thuận lợi khi giao cắt các nhánh sông suối: nếu là thung lũng hẹp tuyến có thể đi một bên hoặc cả hai bên với một hoặc nhiều lần cắt qua khe suối Lý do cắt qua nhiều lần một dòng suối thường là khi gặp sườn dốc nặng, vách đá cao, địa chất không ổn định (sụt, trượt, )

- Vị trí tuyến cắt qua sông suối cần chọn những đoạn suối thẳng có bờ và dòng

ổn định, điều kiện địa chất thuận lợi

- Trường hợp làm đường cấp cao đi qua đầm hồ hoặc vịnh cần nghiên cứu phương án cắt thẳng bằng cách làm cầu hay kết hợp giữa cầu và nền đắp nhằm rút ngắn chiều dài tuyến

2.2 Đường dẫn hướng tuyến và phương pháp thiết kế bình đồ :

3.2.1 Đường dẫn hướng tuyến và các lối đi tuyến phù hợp địa hình:

a) Trường hợp vị trí hai điểm khống chế nằm dọc một bên theo hướng của đường phân thuỷ hoặc đường tụ thuỷ (dọc theo thung lũng sông, suối của địa hình) :

- Lối đi tuyến thung lũng :

Tuyến thiết kế có thể đi theo thung lũng và đặt trên các thềm sông, suối có thể dựa vào sông, suối đi gần các điểm khống chế để vạch đường dẫn hướng tuyến

Đường dẫn hướng tuyến được vạch trên quan điểm : Đảm bảo đặt tuyến trên mức nước ngập; tránh được các đầm lầy ven sông; tránh được sự phá hoại do dòng nước; tránh cho tuyến bị uốn lượn quá nhiều theo dòng sông Tóm lại đường dẫn hướng tuyến nên đi vào các thềm sông địa chất ổn định, rộng, thẳng và không bị ngập

- Lối đi tuyến đường phân thuỷ :

Tuyến đi bám theo đường phân thuỷ Lối đi này có ưu điểm nổi bật là ít phải làm công trình cầu cống và lợi về điều kiện thoát nước Tuy vậy, đường dẫn hướng tuyến chỉ nên đi trùng với đường phân thuỷ ở các đoạn đỉnh núi không bị phong hoá, địa chất ổn định, phẳng, thẳng và ít lồi lõm, đồng thời nên đi tránh xuống dưới sườn ở các đoạn đỉnh núi lên xuống răng cưa quá nhiều

- Lối đi tuyến sườn núi :

Tuyến thiết kế đi trên lưng chừng sườn núi trong phạm vi giữa đường phân thuỷ

và tụ thuỷ Đường dẫn hướng tuyến nên chọn sao cho tranh thủ được các đoạn sườn thoải (độ dốc ngang sườn núi dưới 50%), địa chất ổn định và thế núi ít quanh co

b) Trường hợp vị trí hai điểm khống chế nằm ở hai bên đường phân thuỷ hoặc đường

tụ thuỷ:

Tuyến đường phải cắt qua đường phân thuỷ hoặc đường tụ thuỷ do đó phải lên xuống dốc Lối đi tuyến sử dụng lối đi sườn núi là chính và phải khắc phục chênh lệch cao độ nên đường dẫn hướng tuyến phải xác định theo điều kiện triển tuyến

Độ dốc chỉ đạo của đường dẫn hướng tuyến id = imax - i

Từ đó xác định được đường độ dốc đều dẫn tuyến

c) Ngoài các lối đi tuyến trên, xét về mặt đặc trưng địa hình còn phân biệt hai lối đi tuyến gò bó và tự do

- Lối đi tuyến gò bó : Là trường hợp tuyến bắt buộc phải qua một vùng địa hình khó

khăn về bình đồ hoặc trắc dọc hay khó khăn cả bình đồ lẫn trắc dọc Đường dẫn hướng tuyến được kẻ theo đường độ dốc đều Trường hợp chỉ gò bó về bình đồ mà không gò

bó về trắc dọc thì đường dẫn hướng tuyến thường bám theo một đường đồng cao độ kết hợp với đường dẫn hướng tuyến lối đi sườn núi

- Lối đi tuyến tự do : Trường hợp này tuyến không bị khống chế trước về dải đặt

tuyến, thường gặp ở địa hình đồng bằng, thung lũng lòng chảo, vùng cao nguyên bằng phẳng hoặc đồi thoải Đường dẫn hướng tuyến hay dùng chính là đường chim bay giữa

các điểm tựa hoặc các điểm khống chế

Ngoài ra, còn tuỳ thuộc vào ý nghĩa tuyến đường và cấp hạng kỹ thuật mà có

các phương án tuyến phù hợp

2.2.2 Thiết kế bình đồ tuyến qua các dòng nước

Thiết kế bình đồ tuyến qua các dòng nước thường được giải quyết theo các quan điểm khác nhau tuỳ thuộc loại và khẩu độ công trình cũng như cấp hạng đường

Tuyến đường luôn luôn cắt thẳng góc với dòng chảy thì giá thành xây dựng cầu cống là rẻ nhất, đồng thời ít gây ảnh hưởng hơn đến dòng nước Tuy nhiên, yêu cầu này sẽ dẫn đến bẻ gẫy hướng tuyến khiến cho không đảm bảo được độ đều đặn và sự phối hợp giữa các yếu tố tuyến về mặt thị giác, do đó giảm chất lượng vận doanh của tuyến

Thông thường khi tuyến cắt qua các dòng nước nhỏ (các cống, cầu nhỏ và cầu trung) thì nguyên tắc thiết kế bình đồ tuyến là đảm bảo có bình đồ tốt, chấp nhận cắt chéo góc với dòng chảy, hoặc cầu cống nằm trong đường cong bằng, điều này đặc biệt quan tâm áp dụng đối với đường cấp cao

Ngược lại, khi cắt qua sông lớn thì vị trí và hướng cắt sông của cầu quyết định đến bình đồ tuyến để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đối với việc thiết kế cầu lớn và đảm bảo hạ giá thành xây dựng cầu

2.2.3 Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư

Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư được giải quyết tuỳ theo quy mô điểm dân cư, cũng như tuỳ theo quan hệ giữa yêu cầu vận chuyển quá cảnh và yêu cầu vận chuyển địa phương Nói chung có thể có các phương án sau:

- Cắt qua điểm dân cư, tuyến trùng với đường trục chính của thành phố và thị trấn Phương án này chỉ nên dùng khi yêu cầu vận chuyển quá cảnh nhỏ hơn nhiều so với yêu cầu chuyên chở đến trực tiếp phục vụ cho điểm dân cư Phương án này được

áp dụng cho các khu trung tâm công nghiệp, khai thác lớn và các thành phố đang xây dựng Nó có ảnh hưởng xấu là cản trở giao thông nội bộ, chia cắt khu dân cư, dễ gây tai nạn, ô nhiễm môi trường

18

- Vịng qua điểm dân cư Để kết hợp và tạo thuận lợi cho vận chuyển vào thành phố, tuyến thiết kế lúc này cĩ thể cắt qua vùng ngoại ơ hoặc đi vào vùng ranh giới thành phố và thị trấn

2.3 Đặc điểm chuyển động của ô tô trên đường cong nằm

Khi xe chạy trên đường cong, điều kiện xe chạy của ô tô khác hẳn so với khi

xe chạy trên đường thẳng: chịu tác dụng của lực ly tâm C hướng ra ngoài đường cong, lực này vuông góc với hướng chuyển động, tác động lên ô tô và hành khách, làm cho xe dễ bị lật hoặc trượt khi xe chạy nhanh ở các đường cong có bán kính nhỏ, làm cho việc điều khiển xe gặp khó khăn hơn và hành khách có cảm giác khó chịu

Ngoài ra, ở những đường cong có bán kính nhỏ, do tác dụng của lực ly tâm

C, lốp xe sẽ bị biến dạng theo chiều ngang tại chỗ tiếp xúc với mặt đường, sức cản lăn đối với ô tô tăng lên, lốp xe chóng hao mòn hơn

Vì vậy khi thiết kế đường cố gắng sử dụng đường cong có bán kính lớn trong điều kiện cho phép

Khi xe chạy trong đường cong, tại trọng tâm của ô tô chịu tác dụng của lực

ly tâm và trọng lượng bản thân của ô tô

Hình 3.2 Các lực tác dụng vào ô tô khi xe chạy trong đường cong

Lực ly tâm C xác định theo công thức:

R

v g

G R

mv C

2 2



trong đó:

m – khối lượng ô tô;

v - tốc độ xe chạy, m/s;

R – bán kính đường cong, m;

G – trọng lượng của ô tô, kG;

g – gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2;

Từ hình vẽ, ta có:

Yđ = Ccos ± Gsin

19

Yđ – tổng hợp các lực làm ô tô trượt ngang;

 - góc nghiên của bề mặt đường so với hướng nằm ngang;

dấu (+) tương ứng với trường hợp khi xe chạy trên nửa làn xe phía lưng đường cong và dấu (-) khi xe ở phía bụng đường cong

Vì  rất nhỏ nên có thể xem cos  1, sin  tang = in – độ dốc ngang của mặt đường

Do đó:

n 2 n

2

i gR

v G

Y Gi

R

v g

v G





 - hệ số lực ngang;

Chọn trị số của  xuất phát từ những điều kiện sau đây:

- Điều kiện ổn định chống trượt ngang: 0

0: hệ số bám theo chiều ngang giữa lốp xe và mặt đường Thường lấy 0= (

hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường Xét điều kiện bất lợi nhất là lúc mặt đường trơn lầy  = 0.25 nên 0 = 0.15

b: Khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe

h: Chiều cao của trọng tâm xe

: Độ dịch ngang của thân ơtơ so với bánh

đi từ đường vịng, cảm thấy như bị lật đổ

- Điều kiện kinh tế: Khi xe chịu tác dụng của lực ngang thì bánh xe quay trong một mặt phẳng lệch với hướng xe chạy Lực ngang càng lớn thì gĩc lệch ấy càng lớn Nghiên cứu cho thấy nên dùng  0.1

20

Ở nước ta hiện nay lấy  = 0,15

Hệ số lực ngang kiến nghị theo tiêu chuẩn 22 TCN 273-01: Bảng 3.1

n

2



Nếu v tính bằng km/h thì:

 μ i  , m

127

v R





08 , 0 127





15 , 0 127

2

B¶ng 3.2  B¸n kÝnh ®-êng cong n»m tèi thiĨu

2.4 Siêu cao và bố trí siêu cao

3.4.1 Khái niệm về siêu cao:

21

Khi xe chạy trong đường cong, những xe chạy bên nửa phía ngoài tim đường (phía lưng đường cong) kém ổn định hơn những xe chạy phía bụng đường cong Vì vậy, để đảm bảo an toàn và tiện lợi trong việc điều khiển ô tô ở các đường cong bán kính nhỏ thì phải làm siêu cao, tức là làm cho mặt đường có độ dốc ngang nghiên về phía bụng của đường cong

Ta cĩ cơng thức tính hệ số lực ngang:

e gR

 2



Nếu trên đường cong, trắc ngang của đường vẫn cịn dốc

ngang hai chiều thì khi xe chạy ở làn xe ngồi lực ngang

sẽ lớn, vì lực ngang của trọng lượng sẽ cùng chiều với

lực ly tâm

Để cho ơtơ chạy được an tồn và êm thuận với đường cong cĩ bán kính nhỏ cần giảm hệ số lực ngang bằng cách:

- Giảm vận tốc V: sẽ làm giảm khả năng khai thác của đường

- Tăng bán kính đường cong R: phụ thuộc phần lớn vào điều kiện địa hình

- Làm biểu thức mang dấu (-), tức là làm mặt đuờng tất cả nghiêng về phía bụng

đường cong, như vậy mặt đường cĩ siêu cao (xem hình vẽ 2-2) Nĩi cách khác siêu cao

là độ dốc ngang một chiều của đường trong đường cong

Cơng thức tính độ dốc siêu cao:

22

- Lề đường phần gia cố làm cùng độ dốc và cùng hướng với dốc siêu cao, phần

lề đất khơng gia cố phía lưng đường cong dốc ra phía lưng đường cong

- Các phần xe chạy riêng biệt nên làm siêu cao riêng biệt

- Khi thiết kế siêu cao trong đường cong, chú ý thiết kế độ dốc dọc của lịng rãnh cho thích đáng để đảm bảo việc thốt nước trong rãnh dọc được tốt

Hình 3.2 Siêu cao trên đường cong Tuy nhiên, theo quy trình của Việt Nam thì:

2.4.2 Bố trí siêu cao:

a Đoạn nối siêu cao:

Ở ngồi đường thẳng, mặt đường cĩ dốc ngang hai chiều, vào trong đường cong biến đổi thành dốc ngang một chiều đến trị số qui định là e, mặt đường nâng dần phía lưng trong một đoạn gọi là đoạn nối siêu cao

Nĩi cách khác, đoạn nối siêu cao là đoạn để cho mặt đường biến đổi từ độ dốc ngang hai chiều đến độ dốc ngang một chiều

Tại điểm đầu của đoạn nối mặt đường cĩ dốc ngang hai chiều, tại điểm cuối của đoạn nối mặt đường cĩ dốc ngang một chiều trị số dốc ngang là độ siêu cao được qui định trong thiết kế

b Các phương pháp nâng siêu cao:

(Phương pháp chuyển tiếp dần từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang một mái)

Chuyển từ mặt cắt ngang hai mái (ngoài đường thẳng) sang mặt cắt ngang một mái (trong đoạn đường cong tròn) nói chung được thực hiện dần trên đoạn đường cong chuyển tiếp LCT Trong trường hợp không có đường cong chuyển tiếp thì thực hiện trên đoạn nối siêu cao LSC

b1 Phương pháp quay quanh tim:

- Lấy tim phần xe chạy làm tâm, quay nửa phần xe chạy phía lưng đường cong cho đến khi đạt được mặt cắt ngang một mái có độ nghiên bằng độ dốc ngang mặt đường

- Tiếp tục quay cả mặt đường quanh tim đường cho đạt độ dốc isc

24

Hình 3 : Tính Lsc theo phương pháp quay quanh tim đường

Công thức tính chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng:

Công thức tính độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cách đầu đoạn một khoảng cách x như sau :

• Nếu x ≤ L1 thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :

Độ dốc bên bụng đường cong: i=in

Độ dốc bên lưng đường cong : i =

• Nếu L1≤x≤L2 thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :

Độ dốc bên bụng đường cong :i=in

Độ dốc bên lưng đường cong: i

• Nếu (L1+L2) ≤x≤ Lsc thì mặt cắt nằm trong đoạn 3 :

Độ dốc cả mặt đường i

b2 Phương pháp quay quanh mép:

- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc in ;

- Tiếp tục quay quanh mép trong mặt đường (khi chưa mở rộng) cho đạt độ dốc isc

25

2 4 5 3 1

1 3 5 4 2 2' 1,2

Hình 3.3 Chuyển tiếp từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang một mái

Chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng như sau:

Hình 3.4 Sơ đồ xác định chiều dài đoạn nối siêu cao

trong đó: ip – độ dốc phụ trên đoạn nối siêu cao;

đối với đường vtt = 20km/h đến 40km/h: ip = 1%;

đối với đường vtt 60km/h: ip = 0,5%;

B – chiều rộng phần xe chạy (mặt đường), m;

 - độ mở rộng mặt đường trong đường cong, m;

26

isc – độ dốc siêu cao, %

Trong trường hợp đặc biệt, nếu tại vị trí đường cong không bị khống chế bởi điều kiện quy hoạch thoát nước hoặc san nền thì sau khi nâng mặt đường về một mái có độ dốc ngang bằng độ dốc ngang mặt đường, dùng tim đường làm tâm quay cả mặt đường đến khi có độ dốc ngang bằng độ dốc siêu cao quy định

Để giải quyết vấn đề tâm lý cho người lái xe, với những đường cong ôm vực, người ta thiết kế mặt đường có độ dốc siêu cao ngược (mặt đường có độ dốc nghiên về phía lưng đường cong), độ dốc siêu cao ngược không được vượt quá 4%

§é dèc siªu cao (isc) vµ chiỊu dµi ®o¹n nèi siªu cao (L)

2.6 Đường cong chuyển tiếp

3.6.1 Khái niệm về đường cong chuyển tiếp (ĐCCT):

Khi xe chạy từ đoạn đường thẳng có bán kính bằng  vào đoạn đường cong có bán kính bằng R, điều kiện xe chạy bị thay đổi đột ngột: chịu tác dụng của lực ly

- Giảm mức độ tăng lực ly tâm

- Làm cho tuyến đường hài hòa, lượn đều, ít gãy khúc Do đó làm cho xe chạy được an toàn và êm thuận

2.6.2 Phương trình đường cong chuyển tiếp dạng clotoic:

Đoạn ĐCCT được thiết kế với điều kiện:

- Tốc độ xe chạy trên đường thẳng bằng tốc độ xe chạy trên đường cong

- Phương trình ĐCCT phù hợp với qũy đạo xe chạy trong thực tế, bán kính đường cong thay đổi tỉ lệ nghịch với góc ngoặt của bánh xe trước (Hình 3.5a) và được xác định bằng công thức:



trong đó:

LA – Chiều dài khung xe, m;

 - góc ngoặt của bánh xe trước;

 - bán kính đường cong tại điểm tính toán, m

L A



Dạng Lem-nit-cat (hoa thị)

Dạng Clo-to-ic

Dạng Parabole bậc 3

Hình 3.5 a) Sơ đồ tính toán quay xe trên đường; b) Các dạng ĐCCT

Ngoài đường thẳng,  = 0, tăng dần khi vào đường cong và tại tiếp đầu của đường cong tròn có bán kính bằng R,  = 0 và ta có:

Nếu xe chạy với tốc độ không đổi v (m/s), tốc độ quay góc ngoặt của bánh

xe trước không đổi là , gọi S là chiều dài đoạn đường xe chạy được trên ĐCCT, t là thời gian xe chạy tương ứng, ta có:

v

A – thông số clotoic; L – chiều dài ĐCCT

2.6.3 Xác định chiều dài đường cong chuyển tiếp tối thiểu:

Chiều dài ĐCCT được xác định từ điều kiện để lực ly tâm tăng dần dần không gây cảm giác khó chịu cho hành khách khi xe chạy vào đường cong Muốn vậy tốc độ tăng gia tốc ly tâm I không được vượt quá trị số cho phép có thể gây khó chịu cho hành khách Lực ly tâm phải tăng từ từ, thay đổi từ 0 ở ngoài đoạn thẳng đến trị số cực đại

v t

2

trong đó: v – tốc độ của ô tô, m/s

Do đó chiều dài ĐCCT có thể xác định:

29

I R

v t v

Neáu v tính baèng km/h thì: , m

47.R.I

v L

3



2.6.4.Trình tự bố trí đường cong chuyển tiếp:

Hình 2.7 Cấu tạo đường cong chuyển tiếp dạng clothoit

- Xác định các yếu tố của đường cong tròn ứng với góc chuyển hướng đã biết 

9 2

S S x

30

.42240336



C

S C

S C

S y

- Nếu trị số độ dịch P  0.01R thì ta chọn lại bán kính đường cong trịn R1=R+P

và xác định các yếu tố đường cong trịn T1, K1

- Xác định chiều dài phần cịn lại của đường cong trịn K0 ứng với gĩc 0 =-

2:

180

0 0

Đ: lý trình của đỉnh chuyển hướng

- Dùng các cơng thức để tính tọa độ các điểm trung gian của đường cong

chuyển tiếp, cách nhau 5m Dựa vào các tọa độ ấy để cắm đường cong chuyển tiếp

- Cắm đường cong trịn (phần nằm giữa 2 đường cong chuyển tiếp) tiến hành theo cách thơng thường cho đến điểm giữa đường cong

- Cắm nửa thứ 2 của đường cong tiến hành từ điểm cuối đường cong theo

hướng ngược lại

2 7 Mở rộng mặt đường trong đường cong

3.7.1 Khái niệm và tính toán độ mở rộng:

Khi xe chạy trên đường cong, mỗi bánh xe chuyển động theo quỹ đạo riêng, chiều rộng dải đường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn so với khi xe chạy trên đường thẳng (Hình 3.6)

A

D

R 0

LA

e

Hình 3.6 Sơ đồ xác định độ mở rộng mặt đường trong đường cong

31

Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tương đương như trên đường thẳng, ở các đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy thêm chiều rộng E

Xét chuyển động của ô tô trong đường cong như hình vẽ, hai tam giác vuông ABC và BCD đồng dạng, do đó ta có:

CD

BC BC

AC

trong đó:

BC = LA – chiều dài từ đầu xe tới trục bánh xe sau, m;

AC = e – chiều rộng cần mở thêm của 1 làn xe, m;

CD = 2R – AC  2R

Do đó:

R 2

L e

2 A



Công thức trên được xác định theo sơ đồ hình học mà chưa xét đến khả năng thực tế khi xe chạy, khi xe chạy với tốc độ cao, độ mở rộng mặt đường trong đường cong được xác định theo công thức:

m

, R

0,05.V 2R

L e

2

A 

Độ mở rộng mặt đường E cho đường có 2 làn xe sẽ là:

m

, R

0,1.V R

L E

2

A 

trong đó: V – tốc độ xe chạy, km/h

2.7.2 Bố trí độ mở rộng mặt đường trong đường cong:

Đoạn nối mở rộng là đoạn mà trong đĩ độ mở rộng biến thiên từ 0 đến độ mở

rộng qui định

- Phần mở rộng được bố trí ở phía bụng đường cong Khi gặp khó khăn (ví dụ có vách đá ở phía bụng) thì cho phép bố trí ở phía lưng hoặc bố trí đồng thời ở phía bụng và phía lưng (Hình 3.7)

K .

L CT

E

0

035,0

V—tốc độ chạy(km/giờ)

R—bán kính đường cong (m)

- Đoạn nối mở rộng làm trùng hoàn toàn với đoạn nối siêu cao hoặc ĐCCT

- Phần mở rộng được bố trí trên diện tích của lề gia cố

- Khi cần thiết phải mở rộng nền đường để đảm bảo phần lề đất còn lại ít nhất là 0,5m

2.8 Nối tiếp các đường cong trên bình đồ

3.8.1 Hai đường cong cùng chiều: (là hai đường cong có tâm quay về một phía)

Hai đường cong cùng chiều có thể nối trực tiếp với nhau hoặc giữa chúng có một đoạn thẳng chêm tùy theo từng trường hợp cụ thể:

- Nếu hai đường cong cùng chiều không có siêu cao hoặc có cùng độ dốc siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau và ta có đường cong ghép (Hình 3.8a)

R2 R1

33

a,b) Đường cong cùng chiều; c) Đường cong ngược chiều

- Nếu hai đường cong cùng chiều gần nhau mà không có cùng độ dốc siêu cao:

+ Giữa chúng phải có một đoạn thẳng chêm m đủ dài để bố trí hai đoạn ĐCCT hoặc hai đoạn nối siêu cao (Hình 3.8b), tức là:

2

L L

+ Nếu vì điều kiện địa hình không thể dùng đường cong ghép mà vẫn phải giữ đoạn thẳng chêm ngắn thì trên đoạn thẳng đó phải thiết kế mặt cắt ngang một mái (siêu cao) từ cuối đường cong này đến đầu đường cong kia

2.8.2 Hai đường cong ngược chiều: (là hai đường cong có tâm quay về hai phía

2.9 Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong nằm

Tầm nhìn trên đường cong nằm được kiểm tra đối với các ô tô chạy trên làn

xe phía bụng đường cong với giả thiết mắt người lái xe cách mép mặt đường 1,5m và ở độ cao cách mặt đường 1,2m (tương ứng với trường hợp xe con)

Muốn đảm bảo được tầm nhìn S trên đường cong cần phải xác định được phạm vi phá bỏ chướng ngại vật cản trở tầm nhìn, thường dùng hai phương pháp:

3.9.1 Phương pháp đồ giải:

34

Trên bình đồ đường cong nằm vẽ với tỉ lệ lớn (Hình 3.9), theo đường quỹ đạo xe chạy, định điểm đầu và điểm cuối của những dây cung có chiều dài bằng chiều dài tầm nhìn S Vẽ đường cong bao những dây cung này ta có đường giới hạn nhìn Trong phạm vi của đường bao này tất cả các chướng ngại vật đều phải được phá bỏ như cây cối, nhà cửa,…

1 2 3

4 1'

2' 3' 4'

Đường giới hạn nhìn Quỹ đạo xe chạy

1,5m

Hình 3.9 Sơ đồ xác định tầm nhìn theo phương pháp đồ giải

3.9.2 Phương pháp giải tích:

Cần xác định khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn tại điểm chính giữa đường cong z Trong phạm vi đường cong tròn, đường giới hạn nhìn vẽ theo đường tròn cách quỹ đạo xe chạy một khoảng cách là z Từ hai đầu của đường cong, kéo dài về hai phía mỗi bên một đoạn bằng S trên quỹ đạo xe chạy Từ hai điểm cuối của hai đoạn thẳng này vẽ đường thẳng tiếp xúc với đường tròn trên ta sẽ có đường giới hạn nhìn (Hình 3.10)

Đường giới hạn nhìn Quỹ đạo xe chạy

1,5m

K

S

Hình 3.10 Xác định đường giới hạn nhìn theo phương pháp giải tích

Xác định khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn z, có hai trường hợp:

- Khi chiều dài đường cong K nhỏ hơn cự ly tầm nhìn S (Hình 3.11a)

Ta có:

35

z = DE + EH Trong đó: DE = R1 – OE, R1 – bán kính của đường cong theo quỹ đạo xe chạy

OE = R1.cos/2

2 / sin ) (

2

1 2 /

FM AF

2

sin 2

1 2 cos 11

0

A F

Hình 3.11 Sơ đồ xác định khoảng cách z

R

S 180

R1

R – Bán kính đường cong, m; B – Chiều rộng mặt đường, m

36

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TRẮC DỌC

Hình 3.1 Trắc dọc thiết kế

- Cao độ tự nhiên: đo đạc được ở ngoài mặt đất

37

- Đoạn thẳng, đoạn cong: được ký hiệu như sau

+ Đoạn thẳng:

+ Đoạn cong (rẽ trái):

+ Đoạn cong (rẽ phải):

2.2 CHỌN ĐỘ DỐC DỌC VÀ CHIỀU DÀI ĐOẠN DỐC:

2.2.1 Chọn độ dốc dọc:

a Độ dốc dọc tối đa:

Đối với đường ô tô, việc định độ dốc dọc phải được tính toán dựa trên nguyên tắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ nhất, phải xét một cách tổng hợp những ảnh hưởng của độ dốc tới giá thành xây dựng đường và tới các chỉ tiêu khai thác vận tải như tốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu,…

Độ dốc dọc của đường có ảnh hưởng tới giá thành xây dựng và chủ yếu là đối với khối lượng công tác nền đường Độ dốc dọc càng lớn, chiều dài tuyến đường ở vùng đồi và núi càng rút ngắn, khối lượng đào đắp càng giảm, giá thành xây dựng do

 Xác định độ dốc dọc theo điều kiện chuyển động:

Khi xác định độ dốc dọc dựa vào các yếu tố sau:

+ Sức kéo phải lớn hơn sức cản (f  i) của đường

+ Sức kéo phải nhỏ hơn lực bám để xe chạy không bị trượt

+ Xác định độ dốc dọc theo điều kiện lực kéo của động cơ (theo nhân tố động lực của xe)

+ Theo thiết kế đường ôtô khi xe chạy với tốc độ đều nhân tố động lực của xe được tính : D = f  i

Trong đó:

D : nhân tố động lực của xe

f : hệ số lực cản lăn trung bình

i : độ dốc dọc của đường

38

Điều kiện cần thiết của đường để đảm bảo xe chạy với một tốc độ cân bằng yêu cầu Trên loại mặt đường đã biết, hệ số cản lăn f Độ dốc dọc tối đa xe có thể khắc phục ở chuyển số thích hợp được tính:

i = D – f

Ví dụ xác định độ dốc dọc tối đa của đường cấp 3 miền núi, tốc độ thiết kế là V=80Km/h, xe con chiếm đa số (60%) trong thành phần xe

Ta chọn f = 0.02 cho mặt đường bêtông nhựa

Theo biểu đồ nhân tố động lực, với tốc độ 80km/h và ở chuyển số lớn nhất của

 Kiểm toán độ dốc dọc theo điều kiện bám:

Muốn xe chạy được trên đường cần phải đảm bảo các điều kiện sau:

Gb: trọng lượng bám phụ thuộc vào loại ôtô

Xe tải nặng có hai cầu trở lên : Gb = G

Xe tải trung có một cầu : Gb =(0.65-0.7).G

Xe con : Gb = 0.55G

 : hệ số bám dọc phụ thuộc vào từng loại mặt đường, độ cứng của lốp

xe và tốc độ xe chạy Để xe chạy được trong mọi điều kiện đường chọn 

trong tình trạng mặt đường ẩm ướt bất lợi cho xe:  = 0.3

Pw : lực cản của không khí khi xe chạy

Pw =

13

2

V F

Đồng bằng, đồi Núi

Đồng bằng, đồi Núi

Đồng bằng,

đồi

Núi

Đồng bằng,

đồi

Núi

Độ dốc dọc

lớn nhất, % 3 4 5 7 6 8 7 10 9 11

Khi gặp khú khăn cú thể tăng độ dốc dọc thờm 1% so với bảng 3.1, nhưng độ

dốc dọc lớn nhất khụng vượt quỏ 11%

Đường đi qua khu dõn cư khụng nờn làm dốc dọc quỏ 4%

b Độ dốc dọc tối thiểu:

Để bảo đảm thoỏt nước trờn mặt được tốt trờn cỏc đoạn đường đào, đồng thời cũng để trỏnh cho rónh dọc khụng sõu quỏ, độ dốc tối thiểu khụng được dưới 0.5% Khi khú khăn cú thể giảm xuống 0.3% và đoạn dốc này khụng được kộo dài quỏ 50m

Tham khảo tiờu chuẩn 22TCN 273-01 (bảng 3.3)

2.2.2 Chiều dài đoạn dốc:

Chiều dài của những dốc lớn phải hạn chế vỡ khi ụ tụ lờn dốc lớn và dài, tốn nhiờn liệu và mỏy bị đốt núng dễ sinh ra chết mỏy Khi xuống dốc phải hảm phanh

40

nguy hiểm, nhất là đường trơn, nếu xe thụ sơ thỡ dễ làm cho xỳc vật kộo xe mệt mỏi

Để cho điều kiện vận chuyển được thuận lợi dễ dàng, quy trỡnh TCVN4054-05 quy định về chiều dài dốc tối đa như sau:

Bảng 3.4: chiều dài lớn nhất của đoạn dốc

Bảng 3.5: Chiều dài tối thiểu đổi dốc

Tốc độ thiết kế, Vtk, km/h 120 100 80 60 40 30 20 Chiều dài tối thiểu đổi dốc,

200 (150)

150 (100)

120 (70)

100 (60)

60 (50) chú thích: Các giá trị trong ngoặc áp dụng cho các đ-ờng cải tạo, nâng cấp khi khối l-ợng bù vênh mặt đ-ờng lớn

2.3 THIẾT KẾ ĐƯỜNG CONG ĐỨNG:

Để đảm bảo trắc dọc lượn đều khụng góy khỳc, xe chạy an toàn ờm thuận, ở những chỗ đổi dốc trờn trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng lồi hoặc lừm

Khi hiệu đại số của độ dốc dọc nơi đổi dốc lớn hơn 1% với đường cú vtt 

60km/h (với đường cú vtt từ 20 – 40km/h là 2%) phải bố trớ đường cong đứng

2.3.1 Xỏc định bỏn kớnh tối thiểu của đường cong đứng lồi:

Bỏn kớnh tối thiểu của đường cong đứng lồi được xỏc định từ điều kiện đảm tầm nhỡn của người lỏi xe trờn trắc dọc (Hỡnh 3.3)