Bài giảng môn học thiết kế đường ô tô: Chương 12 - Phương pháp thiết kế bình đồ, trắc dọc và trắc ngang đường ô tô

- X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm mong muèn xuÊt ph¸t tõ quan ®iÓm thiÕt kÕ phèi hîp kh«ng gian c¸c yÕu tè tuyÕn vÒ mÆt quang häc.[r]

chương 12

phương pháp thiết kế bình đồ, trắc dọc và trắc ngang đường ô tô

Đ1 1 1 Đường dẫn hướng tuyến, phương pháp thiết kế bình đồ tuyếnĐường dẫn hướng tuyến, phương pháp thiết kế bình đồ tuyếnĐường dẫn hướng tuyến, phương pháp thiết kế bình đồ tuyến

Khi khảo sát thiết kế sơ bộ (định tuyến), việc thiết kế bình đồ, dù tiến hành trên bình đồ hoặc trên thực địa là một quá trình không thể tách rời việc thiết kế các yếu tố khác của đường (trắc dọc, trắc ngang, nền và công trình), đồng thời đó cũng là một quá trình liên tục phân tích kinh tế – kỹ thuật để đi tới một phương án cuối cùng được công nhận là hợp lý nhất

Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tích kinh tế – kỹ thuật đó, việc thiết kế bình đồ nên bắt đầu bằng cách xác định các đường dẫn hướng tuyến trên từng

đoạn (theo từng phương án khác nhau) giữa các điểm khống chế hoặc các điểm tựa tùy theo quan điểm thiết kế và địa hình cụ thể Sau khi định được đường dẫn hướng tuyến, việc thiết kế bình đồ sẽ là tiến hành định tuyến sao cho sát nhất với đường dẫn hướng tuyến, nhưng vẫn phải đảm bảo được các tiêu chuẩn kỹ thuật khác đối với các yếu tố bình đồ đó, và đảm bảo tốt các yêu cầu phối hợp các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, yêu cầu phối hợp không gian các yếu tố tuyến và cũng như yêu cầu phối hợp quang cảnh và giữ gìn môi trường hai bên tuyến

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

Tùy thuộc vào địa hình, vị trí hai điểm khống chế khi thiết kế tuyến có hai trường hợp sau:

a) Trường hợp vị trí hai điểm khống chế nằm dọc một bên theo hướng của đường phân thủy hoặc đường tụ thủy (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 thủy:

Tuyến đi bám theo đường phân thủy 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 thủy ở các đoạn đỉnh núi không bị phong hóa, 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 thủy và

tụ thủy 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

Tuyến đường phải cắt qua đường phân thủy hoặc đường tụ thủy 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’

Trong đó : imax là độ dốc max tương ứng với cấp hạng đường thiết kế

i’ là độ dốc dự phòng (thường lấy 2-3%)

Trên bản đồ địa hình ta xác định được bước compa li có độ dốc đều id giữa hai

đường đồng mức chênh lệch cao độ ∆H như sau:

d i

i

H

l ∆

= (1)

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 tùy thuộc vào ý nghĩa tuyến đường và cấp hạng kỹ thuật mà có các phương án tuyến phù hợp

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 tùy 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

3 Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư

Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư được giải quyết tùy theo quy mô điểm dân cư, cũng như tùy 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,

- Vòng qua điểm dân cư: để kết hợp và tạo thuận lợi cho vận chuyển vào thành phố, tuyến thiết kế lúc này có thể cắt qua vùng ngoại ô hoặc đi vào vùng ranh giới thành phố và thị trấn

Đ2 Phương pháp thiết kế trắc dọc đường ô tô Phương pháp thiết kế trắc dọc đường ô tô Phương pháp thiết kế trắc dọc đường ô tô

Thiết kế trắc dọc đường ô tô tức là thiết kế đường đỏ, đường đỏ thiết kế vạch khác nhau thì cao độ thi công ở các điểm cũng khác nhau, dẫn đến khối lượng đào đắp khác nhau và giải pháp kỹ thuật thiết kế các công trình chống đỡ, các công trình cầu cống cũng có thể khác nhau

Khi thiết kế đường đỏ, trước hết cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đối với các yếu tố trắc dọc như quy phạm quy định nhằm đảm bảo xe chạy an toàn êm thuận, sau

đó cần phải chú ý cải thiện hơn nữa điều kiện xe chạy và chất lượng vận doanh cũng như phải cố gắng đạt tới phương án rẻ nhất về tổng chi phí xây dựng và vận doanh, khai thác

Trình tự thiết kế trắc dọc:

1 Nghiên cứu xác định vị trí các điểm khống chế và các điểm mong muốn

a) Điểm khống chế: điểm khống chế hay độ cao khống chế là những điểm đường đỏ thiết kế bắt buộc phải đi qua theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế (điểm đầu, điểm cuối tuyến, điểm qua các thành phố, thị trấn, điểm qua các khu quy hoạch, ) hoặc bắt buộc phải đi qua để đảm bảo yêu cầu của các công trình khác trên đường (cao độ đắp trên cống, trên mực nước ngầm, cao độ vào 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 men theo hồ chứa nước thuỷ lợi, )

Để xác định cao độ các điểm khống chế nói trên cần điều tra thu thập các số liệu tại thực địa và ở các cơ quan quản lý, khai thác các công trình có liên quan, đồng thời phải nghiên cứu quy trình, quy phạm, định hình thiết kế cũng như phải tiến hành tính toán, thiết kế thủy văn,

b) Điểm mong muốn: Điểm mong muốn là những điểm có cao độ mong muốn để đảm bảo yêu cầu thiết kế nào đó hay một quan điểm thiết kế nào đó về kỹ thuật, kinh tế

hoặc về điều kiện thi công

Cách xác định vị trí điểm mong muốn:

- Xác định vị trí điểm mong muốn xuất phát từ việc xác định chiều cao đào đắp kinh tế trên từng trắc ngang

- Xác định vị trí điểm mong muốn xuất phát từ quan điểm tạo thuận lợi cho việc xây dựng đường hoặc thoả mqn các yêu cầu hay các hạn chế về mặt thi công

- Xác định vị trí điểm mong muốn xuất phát từ quan điểm thiết kế phối hợp không gian các yếu tố tuyến về mặt quang học

2 Thiết kế đường đỏ

Sau khi xác định các điểm khống chế và điểm mong muốn ở các trắc ngang khác nhau ta ghi các điểm đó lên mặt cắt dọc Lúc này việc vạch đường đỏ thiết kế cần cố gắng đạt được 2 yêu cầu sau:

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

- Thỏa mqn các tiêu chuẩn kỹ thuật khác về bố trí các đoạn dốc Lmax, Lmin về độ dốc dọc lớn nhất, nhỏ nhất và về bán kính các đường cong đứng, sự phối hợp giữa

đường cong đứng và đường cong bằng

3 Xác định vị trí điểm xuyên

Sau khi vạch đường đỏ thiết kế và tính toán độ cao thi công tương ứng ở mọi cọc chi tiết, ta còn cần xác định vị trí điểm xuyên để tính toán khối lượng đào đắp