Mục tiêu nghiên cứu
Giúp sinh viên tiếp xúc với thực tế và áp dụng kiến thức đã học vào thực tiễn, từ đó mở rộng hiểu biết về chuyên môn và thiết kế tuyến đường giao thông hiệu quả.
Đối tƣợng nghiên cứu
Thiết kế kỹ thuật cho tuyến đường giao thông trong khu đô thị mới LIDECO, kéo dài từ Km 0 + 000 đến Km 1 + 400, được thực hiện bởi Công ty cổ phần phát triển đô thị Từ Liêm, với vai trò là chủ đầu tư và thi công.
Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên lý thuyết đã học và các công thức toán học, chúng tôi áp dụng quy phạm thiết kế đường ô tô cùng với hồ sơ thiết kế kỹ thuật đã được phê duyệt để đưa ra phương án thiết kế và tổ chức thi công các hạng mục công trình giao thông.
Nội dung nghiên cứu
- Tình hình chung khu vực xây dựng tuyến đường
- Xác định cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường
- Xác định các chỉ tiêu hình học của tuyến đường
- Thiết kế bình đồ tuyến đường
- Thiết kế các công trình thoát nước
- Thiết kế các công trình điện, chiếu sáng, cây xanh và hệ thống báo hiệu trên đường
- Sơ bộ thiết kế tổ chức thi công
TÌNH HÌNH CHUNG CỦA KHU VỰC XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG
Điều kiện kinh tế - xã hội
Khu đô thị LIDECO có diện tích quy hoạch 38,328 ha và tổng mức đầu tư lên tới 781 tỷ đồng Dự án này được thực hiện theo hình thức đầu tư mới, do Công ty Cổ phần phát triển đô thị Từ Liêm làm chủ đầu tư và đồng quản lý.
Khu đô thị mới phía Bắc quốc lộ 32, thị trấn Trạm Trôi, huyện Hoài Đức, tỉnh Hà Tây (cũ) đã được phê duyệt quy hoạch chi tiết tỷ lệ 1/200 và 1/500 bởi UBND tỉnh Hà Tây (cũ) Quyết định giao đất số 856/QĐ-UBND ngày 21/05/2007 và Quyết định số 709/QĐ-UBND ngày 27/4/2007 đã cho phép đầu tư xây dựng Công ty Cổ phần phát triển đô thị Từ Liêm được giao làm chủ đầu tư thực hiện dự án theo Quyết định số 137 ngày 17/01/2007.
Điều kiện tự nhiên
Tuyến đường số 3 từ Km 0+00 đến Km 1+ 400 là tuyến đường giao thông nằm trong mạng lưới đường đô thị của Dự án Khu Đô Thị mới Bắc Quốc Lộ L32
KĐT mới Bắc QL32, thị trấn Trạm Trôi, huyện Hoài Đức nằm phía Bắc Quốc lộ 32, đƣợc giới hạn bởi:
+ Phía Bắc giáp ranh giới huyện Đan Phƣợng
+ Phía Nam giáp khu dân cƣ quốc lộ 32
+ Phía Tây giáp tỉnh lộ 442
+ Phía Đông giáp đất canh tác của xã Kim Chung
Tuyến thuộc địa phần miền Bắc nước ta có địa hình bằng phẳng với độ dốc trung bình chỉ 0,3% Khu vực này có độ cao trung bình từ 5 đến 7 mét so với mực nước biển.
Kết quả điều tra địa chất cho thấy khu vực tuyến có điều kiện địa chất tốt, không cần xử lý đặc biệt trong quá trình xây dựng công trình Các hoạt động như đào hố khoan thăm dò và quan sát vết sạt lở đã xác nhận tính ổn định của địa chất.
+ Lớp trên cùng là lớp đất hữu cơ : dày khoảng 1 – 3 cm
+ Lớp kế là đất á cát : dày khoảng 1 – 3 m
+ Lớp dưới là đất cát lẫn sỏi sạn
Tuyến đường chủ yếu theo sát đường cũ đã qua sử dụng, không xuất hiện hiện tượng lún sụt hay dấu hiệu của nền đất yếu Ngoài ra, tuyến nằm trong khu vực đồng bằng với nền địa chất tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho khảo sát, thiết kế và thi công công trình.
+ Khí hậu a Phân mùa trong năm
Thị trấn Trạm Trôi nằm trọn trong vùng Đông Bắc Việt Nam nên chịu ảnh hưởng của vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 4 mùa trong năm:
+ Mùa xuân từ đầu tháng 1 đến hết tháng 3
+ Mùa hạ từ đầu tháng 4 đến hết tháng 6
+ Mùa thu từ đầu tháng 7 đến hết tháng 9
+ Mùa đông từ đầu tháng 10 đến hết tháng 12 b Chế độ gió
Hướng gió chủ đạo trong năm là Đông Nam Thị trấn Trạm Trôi là vùng ít chịu ảnh hưởng của bão c Nhiệt độ và độ ẩm không khí
Nhiệt độ trung bình trong năm là 24,6 0 C Độ ẩm không khí trung bình năm là 81%, cao nhất là 90%, thấp nhất là 71%
Theo tài liệu của trạm khí tƣợng thủy văn cho thấy:
Lƣợng mƣa trung bình trên 900 mm/năm, tập trung lớn nhất vào các tháng 6, 7, 8 trong năm, tháng có ngày mƣa ít nhất là tháng 12 và tháng 1.
Tài nguyên thiên nhiên
Dự án khu đô thị mới Bắc quốc lộ 32 có tổng diện tích đất quy hoạch là
+ Đất công cộng, đơn vị ở (dịch vụ) 14,006 m 2
+ Đất xây dựng trường học: 24,842 m 2
+ Đất cây xanh, TDTT, mặt nước: 43,381 m 2
+ Đất đầu mối hạ tầng, kỹ thuật: 4,061 m 2
Tài nguyên nước mặt là yếu tố quan trọng trong dự án, với một hồ lớn nằm ở phía tây, không chỉ tạo cảnh quan đẹp cho các công trình xung quanh mà còn có khả năng trữ nước trong quá trình thi công.
Hiện tại, chưa tiến hành khoan thăm dò để đánh giá chất lượng và trữ lượng nước, nhưng khảo sát sơ bộ tại các giếng nước dân đào ở Trạm Trôi cho thấy nước ngầm xuất hiện ở độ sâu từ 20 – 25 m với chất lượng khá tốt Nếu thực hiện khoan thăm dò để đánh giá trữ lượng, có khả năng khai thác nước phục vụ sinh hoạt cho cư dân trong khu đô thị trong tương lai.
Tình hình nguyên vật liệu địa phương
Thị trấn thuộc Hà Nội này có quốc lộ 32 đi qua, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trung chuyển các vật liệu xây dựng như cát, đá, xi măng và thép.
Khảo sát sơ bộ thấy cự ly vận chuyển là nhỏ hơn 15 km, đó là một khoảng cách chấp nhận đƣợc.
Đặc điểm mạng lưới đường của vùng
+ Tình hình mạng lưới giao thông trong khu vực
Thị trấn có tuyến quốc lộ 32 đi qua, cùng với các tuyến đường cũ và mạng lưới đường nhánh kết nối các khu dân cư Đường nối giữa các xã và thôn được xây dựng chủ yếu là đường cấp thấp (V, VI), với kết cấu mặt đường bằng đá dăm tiêu chuẩn, lớp nhựa dày khoảng 30cm, và chiều rộng mặt đường từ 3,5 đến 5m.
+ Hiện trạng tuyến thiết kế
Sau quá trình giải phóng mặt bằng và san nền thì tuyến thiết kế đã đƣợc xác lập
1.6 Hướng phát triển của vùng
Khu đô thị mới sẽ hoàn chỉnh với hạ tầng kỹ thuật và xã hội hiện đại, kiến trúc cảnh quan hài hòa, tạo ra một môi trường đô thị đồng bộ Không gian được chia thành hai đơn vị ở hai bên trục đường chính rộng 31m Đơn vị phía đông chủ yếu gồm biệt thự song lập, nhà liền kề và nhà có vườn, trong khi đơn vị phía tây là trái tim của khu đô thị, với hồ lớn trung tâm tạo cảnh quan cho các công trình xung quanh Khu vực liền hồ sẽ bao gồm các tiện ích thể thao, giải trí, ăn uống, thương mại và hành chính, cùng với các biệt thự đơn lập, nhà vườn và nhà liền kề, tận dụng tối đa cảnh quan mặt hồ và các công trình công cộng.
Khu đô thị được thiết kế hài hòa với thiên nhiên, bao gồm hồ nước và các vỉa hè lát gạch đa sắc, mang lại vẻ đẹp mềm mại và phong phú cho cảnh quan Sự kết hợp giữa các khối biệt thự và nhà vườn tạo nên không gian sống lý tưởng và gần gũi với thiên nhiên.
8 công cộng, mặt hồ, các dải cây xanh tạo nên một chuỗi liên hoàn và sự cảm nhận khác nhau về không gian khi đi trong khu đô thị.
Đánh giá lợi thế dự án
Dự án Bắc 32- LIDECO gần các trường đại học lớn như: ĐH Công Nghiệp, ĐH Thành Đô, Cao Đẳng Công Nghệ, … , gần viện 19-8, gần bến xe
Khu đô thị Bắc 32 - LIDECO được thiết kế hài hòa với thiên nhiên, bao gồm hồ nước và các vỉa hè lát gạch màu sắc đa dạng, mang đến sự mềm mại và phong phú cho cảnh quan Sự kết hợp giữa biệt thự, nhà vườn và các công trình công cộng cùng với mặt hồ và dải cây xanh tạo nên một không gian liên hoàn, mang đến những trải nghiệm khác nhau cho cư dân khi di chuyển trong khu đô thị.
Hệ thống giao thông liên hoàn nối dự án tới các khu đô thị lân cận một cách thuận tiện
Dự án được thiết kế hiện đại, đồng bộ với hạ tầng kỹ thuật và xã hội, đồng thời chú trọng đến kiến trúc cảnh quan và môi trường đô thị.
XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG KỸ THUẬT CỦA TUYẾN ĐƯỜNG
Xác định tiêu chuẩn định ra cấp hạng kỹ thuật của đường
Cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường là yếu tố quyết định mức độ hoàn thiện trong xây dựng và phục vụ vận chuyển Để thiết kế một tuyến đường hiệu quả, việc xác định cấp hạng đường là bước đầu tiên cần thực hiện, nhằm đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật được tối ưu trong quá trình xây dựng và khai thác tuyến đường.
Việc xác định cấp hạng kỹ thuật của đường dựa trên các cơ sở sau: + Chức năng của mỗi tuyến đường
+ Lưu lượng xe thiết kế và vận tốc thiết kế
+ Khả năng đầu tƣ vốn xây dựng
+ Điều kiện địa hình, địa chất nơi triển khai dự án.
Tính toán lưu lượng các loại xe
Theo kết quả từ cuộc khảo sát thiết kế và phân tích dữ liệu bằng phương pháp thống kê, lưu lượng các loại xe tham gia trên tuyến được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Bảng tổng hợp lưu lượng xe cho năm tương lai
STT Loại xe Lưu lượng thực tế (xe/ng.đ)
Xe con quy đổi/ng.đêm
4 Xe tải 2 trục và xe buýt dưới 25 chỗ 20 2 40
Xe tải có từ 3 trục trở lên và xe buýt lớn
Xác định cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường
Với lưu lượng quy đổi N = 502,9 (xe/ng.đêm), theo bảng 4 - TCXDVN 104-07 về phân loại đường phố trong đô thị và bảng 3 - TCXDVN 4054-05 về phân cấp kỹ thuật đường ô tô, ta xác định được loại đường phố gom trong đô thị.
Tra bảng 6, điều 6.2.2, TCXDVN 104- 07 Ở đây đô thị thuộc loại V với loại đường phố gom, địa hình đồng bằng với V TK = 60 Km/h Vậy cấp đường được chọn như sau :
+ Loại đường : Đường phố gom
+ Vận tốc thiết kế : 60 Km/h
Với cấp đường như trên ta tra được các chỉ tiêu kỹ thuật theo TCXDVN 104 - 07 đƣợc tổng hợp trong bảng 2.2
Bảng 2.2 : Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật theo TCXDVN 104- 07
T Các yếu tố kỹ thuật Đơn vị
1 Loại đường Đường phố gom
2 Vận tốc thiết kế Km/h 60
4 Bề rộng một làn xe m 3,5
5 Bể rộng phần xe chạy m 7,0
7 Bề rộng dải phân cách giữa m 1,5
11 Độ dốc ngang mặt đường % 2
12 Độ dốc ngang vỉa hè % 1,5
13 Chiều dài tầm nhìn một chiều S1 m 75
14 Chiều dài tầm nhìn vƣợtt xe S2 m 350
15 Bán kính đường cong nằm có siêu cao m 125
16 Bán kính đường cong nằm thông thường m 300
17 Bán kính đường cong nằm không có siêu cao m 2000
18 Độ mở rộng tại đường cong m 0,8
21 Độ dốc dọc lớn nhất của đường % 6
22 Độ dốc dọc nhỏ nhất của đường % 3
23 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 2000
24 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu m 1500
Tính lưu lượng xe giờ cao điểm tại năm tương lai
Lưu lượng xe thiết kế theo giờ (N giờ) đại diện cho lưu lượng xe trong giờ cao điểm của năm tương lai Thông số này được sử dụng để xác định số làn xe cần thiết, đánh giá chất lượng dòng xe (mức phục vụ) và tổ chức giao thông hiệu quả.
Lưu lượng xe thiết kế theo giờ có thể xác định bằng cách:
+ Khi có thống kê, có thể suy từ N tbnăm qua các hệ số không đều theo thời gian
+ Khi có thống kê lưu lượng giờ cao điểm trong 1 năm, có thể dùng lưu lượng giờ cao điểm thứ 30 (40) xét cho năm tương lai
+ Khi không có nghiên cứu đặc biệt, có thể tính:
N giờ = (0,12-0,14)*N tbnăm (2-1) Trong trường hợp này ta chọn theo công thức kinh nghiệm :
Ngiờ = (0,12-0,14)*Ntbnăm (2-2) Thay số ta đƣợc : N giờ = 0,13*502,9 = 65,38 (xcqđ/h).
Xác định sơ bộ số làn xe
Áp dụng công thức : gcd lx tt n N
+ Z : Hệ số sử dụng khả năng thông hành Theo điều 6.2.3, TCXDVN
Đối với đường phố gom loại 104-07, có cấp kỹ thuật 60 và tốc độ thiết kế V TK = 60 Km/h, mức độ phục vụ D cho thấy dòng xe bắt đầu không ổn định, với người lái có ít tự do trong việc chọn tốc độ Trong trường hợp này, hệ số Z được chọn là 0,8, nằm trong khoảng 0,75 đến 0,9.
Khả năng thông hành tính toán (Ptt) là chỉ số xác định khả năng lưu thông trên đường thiết kế dưới các điều kiện phổ biến Để tính toán Ptt, ta cần giảm khả năng thông hành lớn nhất bằng cách áp dụng các hệ số hiệu chỉnh dựa trên các thông số thiết kế không đạt yêu cầu lý tưởng Các hệ số hiệu chỉnh này chủ yếu bao gồm bề rộng một làn xe, mức độ trở ngại hai bên đường và thành phần dòng xe Trong các tính toán sơ bộ, giá trị Ptt thường được ước lượng trong khoảng từ 0,7 đến 0,9 lần khả năng thông hành lý thuyết (Pln).
Tra bảng 3, điều 5.4.1, TCXDVN 104- 07 ứng với đường nhiều làn có phân cách thì Pln = 1800 (Xcqđ/h.làn)
Dựa trên vận tốc thiết kế Vtt = 60 Km/h và tính chất phục vụ của tuyến đường, theo bảng 10, điều 8.2.3 trong TCXDVN 104-07, đối với loại đường phố gom trong đô thị, số làn xe tối thiểu cần có là 2 làn, trong khi số làn xe mong muốn là từ 4 đến 6 làn.
Trong phương án thiết kế ta chọn số làn xe là 2 (làn)
XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU HÌNH HỌC ĐƯỜNG13 3.1 Xác định các yếu tố trên trắc ngang
Bề rộng làn xe
Bề rộng của làn xe được xác định căn cứ vào xe chạy trên đường , bề rộng thùng xe, vận tốc xe chạy , tổ chức phân luồng giao thông
Với đường có hai làn xe thì bề rộng 1 làn xe được tính theo công thức sau:
+ b : bề rộng thùng xe, theo tiêu chuẩn lấy b = 2,5m;
+ c : cự li giữa hai bánh xe, lấy c = 1,5 m;
+ x : khoảng cách từ sườn thùng xe đến làn bên cạnh;
+ y : khoảng cách giữa vẹt bánh xe đến phần xe chạy
Theo công thức Zanakhaep, với đường có hai làn ,vận tốc thiết kế
V` (km/h), x và y đƣợc xác định nhƣ sau : x = y = 0,5+0,005*V = 0,5+0,005*60 = 0,8 (m)
Thay số liệu vào ta đƣợc :
Kết hợp tính toán với quy định ở bảng 10, TCXDVN 104- 07, đối với đường gom trong đô thị có V = 60 (Km/h) thì bề rộng tối thiểu một làn là 3,5 m
Trong phương án thiết kế chọn bề rộng làn xe là 3, 5 m.
Dạng mặt cắt ngang đường
Mặt cắt ngang đường đô thị bao gồm nhiều bộ phận như phần xe chạy, hè đường, lề đường, phần phân cách (bao gồm phần phân cách giữa và phần phân cách ngoài), phần trồng cây và các làn xe phụ Tùy thuộc vào loại đường phố và nhu cầu cụ thể của từng vị trí, có thể có đầy đủ hoặc không đầy đủ các bộ phận này.
14 này, tuy nhiên bộ phận không thể thiếu được trên mặt cắt ngang đường đô thị là phần xe chạy và lề đường
Để đáp ứng yêu cầu thiết kế tuyến đường, chúng ta cần bố trí dải phân cách giữa nhằm tách biệt các phương tiện di chuyển theo hai hướng ngược chiều Mỗi hướng đường sẽ được thiết kế với một làn xe rộng 3,5 mét.
Bề rộng phần xe chạy
Bề rộng phần xe chạy có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của dòng xe, tốc độ chạy xe, khả năng thông hành và an toàn giao thông
Công thức tổng quát xác định bề rộng phần xe chạy:
+ n : Số làn xe (bao gồm các làn xe cơ giới, thô sơ chung hoặc riêng);
+ bi : Chiều rộng làn xe thứ i
Do tuyến đường ta thiết kế có 2 làn xe chạy nên ta có :
Độ dốc ngang mặt đường
Độ dốc ngang mặt đường là yếu tố quan trọng để đảm bảo thoát nước hiệu quả, phụ thuộc vào vật liệu làm đường Theo bảng 12, điều 8.2.5 của TCXDVN 104-07, độ dốc ngang được chọn là i n 2% Đối với hè phố và đường đi bộ, độ dốc cần thiết phải hướng về phía lòng đường, theo điều 8.6.5 của TCXDVN 104-07, với giá trị i h là 1,5%.
Bề rộng lề đường
Lề đường là phần cấu trúc tiếp giáp với mặt đường, có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ kết cấu mặt đường, cải thiện tầm nhìn và tăng cường an toàn khi lưu thông Nó cũng giúp tăng khả năng thông hành, bố trí hệ thống thoát nước, và tạo không gian cho dừng đỗ xe khẩn cấp cũng như lưu trữ vật liệu trong quá trình duy tu sửa chữa.
Tra bảng 13, TCXDVN 104- 07, với đường phố gom trong đô thị có
Vận tốc thiết kế được xác định là 60 Km/h, trong điều kiện xây dựng loại II, chịu ảnh hưởng từ việc giải phóng mặt bằng, nhà cửa và các vấn đề nhạy cảm khác Bề rộng lề đường được chọn cho mỗi bên là 1,5 m.
Phần phân cách
Phần phân cách bao gồm 2 loại:
+ Phần cách giữa: dùng để phân tách các hướng giao thông ngược chiều
Phần cách ngoài được sử dụng để phân tách giao thông chạy suốt với tốc độ cao khỏi giao thông địa phương, đồng thời tách biệt xe cơ giới với xe thô sơ và xe chuyên dụng với các loại xe khác.
Phần phân cách bao gồm hai bộ phận chính: dải phân cách và dải mép (dải an toàn) Dải mép chỉ được thiết kế khi tốc độ tối thiểu đạt 50 km/h, theo quy định tại điều 8.3.2.
Phần xe chạy Phần xe chạy phân cách Dải
Dải an toàn Dải an toàn
Hình 4 Cấu tạo điển hình phần phân cách
Dải phân cách không chỉ có chức năng phân luồng giao thông mà còn có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác như dự trữ đất cho việc nâng cấp và mở rộng đường, bố trí các làn xe phụ, làn đường xe buýt và xe điện Ngoài ra, dải phân cách còn giúp chống chói cho các làn xe ngược chiều, đồng thời có thể bố trí các công trình như chiếu sáng, trang trí, biển báo, quảng cáo, công trình ngầm và giao thông ngoài mặt phố.
Dải phân cách giữa hai làn xe chạy ngược chiều có chiều rộng thiết kế tùy thuộc vào vị trí và chức năng của nó Theo bảng 14, TCXDVN 104-07, đối với đường phố gom trong điều kiện xây dựng loại II (không thuận lợi), chiều rộng tối thiểu của dải phân cách là 1,5 m Trong phương án thiết kế, chiều rộng được chọn là 1,5 m.
Dải mép là một phần quan trọng của đường, có chức năng bảo vệ mặt đường và đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông Theo bảng 13 trong TCXDVN 104-07, đối với đường phố gom trong đô thị có vận tốc thiết kế 60 Km/h và điều kiện xây dựng loại II, bề rộng dải mép được khuyến nghị là 0,25 m.
Chọn độ dốc ngang của hai bên bó vỉa dải phân cách giữa bằng 1,5% Dải phân cách cao hơn mặt đường 30 cm
Vật liệu dải phân cách bao gồm bê tông xi măng đá 1x2, M300, được đổ tại chỗ Đáy dải phân cách được trám kín bằng vữa xi măng để đảm bảo kín nước, ngăn chặn sự thấm nước vào nền đường.
Phần thành dải phân cách đƣợc thi công đổ tại chỗ
Dải phân cách đƣợc đổ đất hữu cơ để trông cây Độ dài tối đa không ngắt quãng của các dải phân cách là 500 m
Cấu tạo xem chi tiết ở bản vẽ.
Kích thước vỉa hè (hè phố)
Hè phố là khu vực nằm từ mép ngoài bó vỉa đến chỉ giới đường đỏ, đóng vai trò quan trọng trong việc bố trí đường đi bộ, cây xanh, cột điện và biển báo Phần hè đi bộ và bó vỉa là hai bộ phận chính cấu thành nên hè phố, và chúng chỉ xuất hiện ở các tuyến phố, không có trên các đường ôtô thông thường.
Bề rộng hè phố đƣợc xác định theo chức năng đƣợc đặt ra khi quy hoạch xây dựng và thiết kế
Dựa trên loại đường phố, cần quy hoạch kiến trúc không gian hai bên để đảm bảo sự cân đối giữa bề rộng đường phố và chiều cao của các công trình.
Tra bảng bảng 15, TCXDVN 104- 07, đối với đường phố gom, điều kiện xây dƣng loại II, chiều rộng tối thiểu của hè phố là 4 m
Kích thước hè phố được xác định dựa trên lưu lượng khách bộ hành, tuy nhiên, do thiếu dữ liệu cụ thể, kích thước này thường được quyết định dựa trên kinh nghiệm thực tế nhằm đảm bảo sự thông thoáng cho không gian đi lại.
17 cân đối cho đường phố
Trong phương án thiết kế ta chọn B vh = 4,5 m.
Chiều rộng dải trồng cây, trồng cột điện và bố trí công trình ngầm
Dải trồng cây có thể được bố trí trên hè đường, dải phân cách hoặc dải đất riêng ở hai bên đường Bề rộng của dải trồng cây thường kết hợp với các công trình hạ tầng kỹ thuật như cột điện, trạm biến áp, hệ thống biển báo và đèn tín hiệu Khi thiết kế và bố trí các công trình này, cần đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến điều kiện giao thông cho cả xe cộ và người đi bộ.
Kích thước của dải trồng cây trên trắc ngang được xác định theo bảng 16, TCXDVN 104-07, tùy thuộc vào chiều rộng và công dụng của dải đất Để đảm bảo mỹ quan, mỗi bên hè phố sẽ được thiết kế trồng một hàng cây đối xứng, cách nhau khoảng 10m/cây Cây sẽ được trồng trong các hố tròn có đường kính 1,4m, cách mép ngoài vỉa hè 2m Bên cạnh đó, cây cảnh cũng sẽ được bố trí trên dải phân cách giữa với khoảng cách 6m/cây.
Cột điện chiếu sáng được đặt cách mép ngoài vỉa hè 0,55 m và chiếm chiều rộng dải đất 1 m trên hè Ngoài ra, cột đèn trang trí cũng được bố trí trên dải phân cách giữa.
Cấu tạo xem chi tiết ở bản vẽ.
Bó vỉa
Bó vỉa là cấu trúc phổ biến được sử dụng để chuyển tiếp độ cao giữa các bộ phận khác nhau trên đường phố Thường được đặt ở mép hè đường, dải phân cách và đảo giao thông, bó vỉa đóng vai trò quan trọng trong việc phân định không gian và đảm bảo an toàn giao thông.
Theo điều 8.8.3, TCXDVN 104- 07, cao độ đỉnh bó vỉa thiết kế cao hơn phần xe chạy không nhỏ hơn 12,5 cm Trong phương án thiết kế chọn h = 20 cm
Hình dạng mặt cắt ngang bó vỉa đƣợc vát nghiêng để tạo thuận lợi cho xe máy và xe đạp của dân cƣ khi lên xuống
Chọn độ dốc ngang của phần vát phía ngoài bó vỉa là 10% để tăng dung tích nước ở rãnh
Vật liệu làm bó vỉa là bê tông xi măng đá 1x2, M250, đổ tại chỗ
Móng bó vỉa được làm từ bê tông đá 1x2, tiêu chuẩn M150, với độ dày 150 cm Chiều rộng của móng cần lớn hơn đáy bó vỉa ít nhất 10 cm mỗi bên Móng này được đặt trực tiếp trên lớp móng của áo đường.
Cấu tạo chi tiết xem ở phần bản vẽ.
Xác định chiều rộng mặt đường và chiều rộng nền đường
Chiều rộng mặt đường được xác định theo công thức : ld atvh pc pxc m B B xB B
+ B pxc : Chiều rộng phần xe chạy
+ Bpc : Chiều rộng phần phân cách
+ Bld : Chiều rộng phần lề đường
Bề rộng nền đường tính theo công thức :
Với Bvh : chiều rộng vỉa hè
Thay số ta đƣợc : Bn = 12 + 2*4,5 = 21 (m).
Tầm nhìn xe chạy
Để đảm bảo an toàn giao thông, người lái xe cần có tầm nhìn rõ ràng về quãng đường phía trước nhằm kịp thời xử lý các tình huống Tầm nhìn xe chạy là chiều dài tối thiểu mà người lái cần thấy, vì vậy, khi thiết kế đường, cần chú trọng đến yếu tố này để tạo điều kiện cho người lái xe an tâm tham gia giao thông.
3.2.1.Xác định chiều dài tầm nhìn theo sơ đồ 1
Chướng ngại vật trong sơ đồ là một vật cố định, nằm cùng với làn xe đang chạy (nhƣ, đá hay cây )
Để đảm bảo an toàn khi lái xe với vận tốc V, người lái cần có tầm nhìn rõ ràng đối với các chướng ngại vật tĩnh trên đường từ khoảng cách tối thiểu S1 (m) Điều này giúp họ kịp thời hãm dừng và duy trì khoảng cách an toàn L0 với chướng ngại vật.
Hình3.1 Sơ đồ tính toán chiều dài tầm nhìn S 1
S 1 = L pƣ + S h + L 0 (3-5) Tính chiều dài tầm nhìn tính theo V (Km/h) ta có :
+ Lpư : Chiều dài đoạn phản ứng tâm lý, là đoạn đường xe chạy được trong thời gian phản ứng tâm lý tpƣ tính cho 1s, khi tính V (Km/h) =VTK;
+ Sh : Chiều dài hãm xe;
+ L0 : Cự ly an toàn, L0 = 5 10 m, lấy L0 = 10 m;
+ V : Vận tốc xe chạy tính toán V = 60Km/h;
+ k : Hệ số sử dụng phanh k = 1,2 đối với xe con;
+ : Hệ số bám dọc trên đường = 0,5 (xét trong điều kiện thông thường)
+ i : Độ dốc dọc trên đường, ta lấy cho trường hợp bất lợi nhất khi xe xuống dốc với i = i max = 7 % (TCXDVN 4054 - 05 trang 23)
Theo bảng 19, điều 9.2, TCXDVN 104- 07, tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định S 1 um
Trong phương án thiết kế chọn tầm nhìn một chiều S 1 u m
3.2.2 Chiều dài tầm nhìn vƣợt xe S 4
Chiều dài tầm nhìn vượt xe S 4 là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông, đặc biệt trong các tình huống nguy hiểm khi có nhiều loại xe di chuyển với tốc độ khác nhau trên đường Việc tính toán chính xác chiều dài tầm nhìn giúp giảm thiểu nguy cơ tai nạn.
Theo sơ đồ 2, xe 1 di chuyển nhanh và bám sát xe 2 di chuyển chậm với khoảng cách an toàn Sh1 - Sh2 Khi quan sát thấy làn xe đối diện không có phương tiện, xe 1 tận dụng làn trái để vượt xe 2 và quay lại làn của mình.
Tầm nhìn vƣợt xe đƣợc tính theo công thức sau :
+ Điều kiện bình thường thì :
S4 = 4*V (3.9) Xét cho điều kiện bình thường tính cho 10 s
Theo bảng 19, TCXDVN 104- 07 tầm nhìn tối thiểu là 350 m Trong phương án thiết kế chọn S 4 = 360 m
THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ
Các nguyên tắc xác định hướng tuyến
Bình đồ toàn tuyến vẽ theo tỷ lệ 1/1000
Các loại cọc được ghi trên bình đồ bao gồm cọc Km, cọc H, cọc đỉnh P, cọc nối đầu NĐ, cọc nối cuối NC, cọc tiếp đầu TĐ, cọc tiếp cuối đường cong TC và các cọc phụ.
Các yếu tố của tuyến trên bình đồ kết hợp với các yếu tố của tuyến trên trắc dọc và trắc ngang được thiết kế cẩn thận để đảm bảo sự đều đặn và mềm mại của tuyến trong không gian.
Dựa trên địa hình, địa mạo và các yếu tố thủy văn, bài viết đã phân tích và bố trí các tiêu chuẩn kỹ thuật để xác định độ dốc siêu cao, chiều dài đường vuốt nối, tầm nhìn và mở rộng trên đường cong nằm, từ đó lựa chọn bán kính đường cong đứng tại các điểm nối dốc một cách hợp lý.
Dựa vào các nguyên tắc đã nêu, hướng tuyến từ Km 0+000 đến Km 4+000 đã được xác định cùng với các điểm khống chế để thực hiện thiết kế trên bình đồ, và kết quả được thể hiện rõ ràng trong bản vẽ.
Quy định thiết kế bình đồ
Để đảm bảo xe lưu thông an toàn, êm thuận và kinh tế với tốc độ mong muốn, cần phối hợp các yếu tố của tuyến đường với cảnh quan khu vực Điều này giúp tạo ra sự hài hòa cho tuyến đường, đồng thời bảo vệ môi trường và nâng cao mĩ quan cho công trình cũng như khu vực mà tuyến đường đi qua.
4.2.1 Phối hợp giữa các yếu tố trên bình đồ
Sau các đoạn thẳng dài, cần bố trí các đường cong có bán kính tối thiểu Các đường cong này phải được thiết kế sao cho có độ cong tối thiểu ở cả hai bên, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn thông thường.
Khi góc chuyển hướng nhỏ phải làm bán kính cong nằm lớn theo quy định
Bán kính đường cong nằm
Trong thiết kế đường cấp 60, cần lưu ý rằng không nên bố trí đoạn chêm ngắn giữa các đường cong cùng chiều, với chiều dài tối thiểu là 120m Khi có thể, nên kết nối trực tiếp bằng một đường cong có bán kính lớn để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho giao thông.
Không bố trí đoạn chêm ngắn giữa hai đường cong nằm ngược chiều, nếu có thể nên giải quyết theo các cách sau:
+ Tăng bán kính cho hai đường cong nối liền
+ Đoạn chêm phải lớn hơn 200m
4.2.2 Phối hợp giữa các yếu tố mặt cắt dọc và bình đồ
Về vị trí, đường cong đứng nên trùng với đường cong nằm Hai đỉnh đường cong không nên lệch nhau quá 1/4 chiều dài đường cong ngắn hơn
Chiều dài đường cong nằm nên lớn hơn chiều dài đường cong đứng từ
Không đặt đường cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh của đường cong đứng lồi
Bán kính đường cong đứng lõm không nhỏ hơn 1/6 bán kính đường cong nằm
4.2.3 Phối hợp tuyến đường và cảnh quan
Tuyến đường phải lợi dụng phong cảnh hai bên đường như: đồi núi, mặt nước, các công trình kiến trúc để tạo cảnh quan cho đường
Tuyến đường cần phải hài hòa với cảnh quan xung quanh, đi dọc theo ranh giới giữa rừng và ruộng, uốn lượn theo các đồi và sông để tránh làm thay đổi địa hình Các khu vực đào sâu và đắp cao cần được cải tạo, trồng cây để che phủ, và các đống đất thừa cũng như thùng đấu phải được thiết kế hợp lý.
Các nguyên tắc thiết kế bình đồ tuyến đường
Để đảm bảo tuyến đường thiết kế đáp ứng yêu cầu trong quá trình vạch tuyến, cần tuân thủ các nguyên tắc thiết kế bình đồ tuyến đường.
Để đảm bảo chất lượng tuyến đường, cần tuân thủ các yếu tố kỹ thuật quan trọng như bán kính đường cong tối thiểu, độ dốc Viara, LCT, Le, LSC, và độ dốc dọc lớn nhất cho phép khi thực hiện chuyển hướng.
Tuyến đường được thiết kế theo các điểm khống chế đã được xác định trước, nhằm ôm sát điều kiện địa hình Điều này giúp giảm khối lượng đất đào đắp, tiết kiệm chi phí xây dựng và hạn chế xáo trộn bề mặt tự nhiên.
+ Kết hợp hài hoà giữa bình đồ, trắc dọc, trắc ngang và không gian xung quanh
Xét về tâm lý lái xe, việc đảm bảo an toàn giao thông là rất quan trọng Các đoạn đường thẳng không nên thiết kế dài quá 300 mét để giảm thiểu tình trạng mất tập trung và tăng cường sự chú ý của người lái.
Cần nỗ lực áp dụng các tiêu chuẩn bình đồ cao nhất có thể, với bán kính đường cong lớn nhất, trong khi đảm bảo chiều dài đường cong chuyển tiếp phù hợp Trong một số trường hợp, có thể phải sử dụng tiêu chuẩn bình đồ thấp hơn, nhưng vẫn phải tuân thủ các giới hạn do điều kiện địa hình quy định.
+ Phải đảm bảo tuyến là một không gian đều đặn và luôn luôn phù hợp với cảnh quan xung quanh tránh trường hợp là bóp méo không gian
Khi thiết lập tuyến tránh cho các khu vực như vùng lầy, vùng thụt và vùng sạt lở, cần chú ý đến ảnh hưởng của chúng đến việc xử lý nền sau này Đặc biệt, các tuyến đường cấp cao cần phải tránh xa các khu trung tâm dân cư, trung tâm công nghiệp và dịch vụ để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình xây dựng.
+ Cố gắng tận dụng những công trình và những con đuờng có sẵn để giảm chi phí xây dựng.
Các phương pháp đi tuyến có thể áp dụng
4.4.1 Phương pháp đi theo đường phân thuỷ
Vạch theo thung lũng sông có ưu điểm là dễ dàng trong việc cắm tuyến với khối lượng đào đắp thấp Tuy nhiên, điều kiện địa chất thường không thuận lợi và thường gặp nhiều công trình thoát nước.
Vạch tuyến theo đường phân thuỷ mang lại lợi ích về địa chất ổn định và tầm nhìn tốt, nhưng cần khắc phục độ cao lớn dẫn đến khối lượng công việc lớn.
Vạch tuyến men theo sườn núi có độ dốc nhỏ đòi hỏi số lượng công trình thoát nước vừa phải, tuy nhiên địa chất thường phức tạp và đường đi quanh co Đặc biệt, cần thực hiện nhiều công trình phòng hộ để đảm bảo an toàn cho dự án.
4.4.2 Vạch tuyến theo phương pháp tự do và gò bó Địa hình không phức tạp có thể áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật cao nhƣng khi địa hình phức tạp thì áp dụng tiêu chuẩn cực hạn Phương pháp này thường không phù hợp với đường cấp cao
4.4.3 Luận chứng phương án lựa chọn tuyến
Xác định các điểm khống chế là bước đầu tiên quan trọng trong quá trình thi công dự án Dựa vào bình đồ, chúng ta nhận thấy có hai điểm khống chế với chênh cao không đáng kể, do khu vực này trước đây là ruộng lúa và đã được giải tỏa Tuyến đi được thiết kế men theo địa hình, giúp tránh việc đào đắp lớn và phù hợp với quy hoạch chung của khu đô thị trong tương lai.
Tổng chiều dài tuyến khoảng 1400 m, trên đó có 4 lần đổi hướng Góc chuyển hướng lớn nhất khoảng 45 0
Xác định bán kính đường cong nằm tối thiểu trên bình đồ
Tại các vị trí đường đổi hướng, cần bố trí đường cong có bán kính lớn để giảm thiểu lực đẩy ngang, bảo đảm an toàn cho lái xe và hành khách Tuy nhiên, điều kiện địa hình hạn chế có thể làm cho việc thi công đường cong lớn trở nên khó khăn, dẫn đến tăng khối lượng công việc và chi phí xây dựng Do đó, việc xác định bán kính tối thiểu của đường cong một cách hợp lý là rất quan trọng.
4.5.1 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất
+ V : Tốc độ xe chạy tính toán (km/h), V = 60 Km/h;
+ max : Hệ số lực ngang lớn nhất, max = 0,15;
+ isc max: Độ dốc siêu cao lớn nhất, i sc max = 0,06
Mặt khác theo bảng 20, TCXDVN 104- 07 đối với đường phố gom có
V = 60Km/h thì bán kính đường cong nhỏ nhất giới hạn là 125 m
Vậy ta chọn bán kính đường cong nằm nhỏ nhất Rmin = 135 m
4.5.2 Bán kính đường cong thông thường
+ V : Tốc độ xe chạy tính toán (km/h), V = 60 km/h
+ : Hệ số lực ngang, = 0.05 - 0.08, địa hình không thuận lợi ta chọn =0.08
+ isctt = độ dốc siêu cao tính toán = imax – 2% = 6%- 2% = 4%
Mặt khác theo bảng 20, TCXDVN 104- 07 đối với đường phố gom có
V = 60Km/h thì bán kính đường cong thông thường là 300 m
Vậy ta chọn bán kính đường cong thông thường R ttmin = 300 m
4.5.3 Bán kính đường cong nằm tối thiểu không cần bố trí siêu cao
+ V : tốc độ xe chạy tính toán (km/h) , V = 60 km/h;
+ : hệ số lực ngang, = 0.003 – 0.05, chọn = 0.05;
+ in : độ dốc ngang mặt đường , in = 2%;
Mặt khác theo bảng 20, TCXDVN 104- 07 đối với đường phố gom có
V = 60km/h thì bán kính đường cong tối thiểu không cần bố trí siêu cao là 1500m
Vậy trong phương án thiết kế ta chọn bán kính đường cong tối thiểu không cần bố trí siêu cao là R ksc = 1500m.
Xác định độ mở rộng của đường cong và đoạn nối mở rộng
4.6.1 Xác định độ mở rộng
Hình 4.1.Sơ đồ tính toán độ mở rộng
Khi xe di chuyển trên đường cong, vệt bánh trước và vệt bánh sau không trùng nhau, dẫn đến việc xe cần có khoảng không gian lớn hơn để hoạt động hiệu quả so với khi di chuyển trên đường thẳng.
Khi R ≤ 250m thì mới cần mở rộng phần xe chạy
Giả thiết quỹ đạo chuyển động của xe là đường tròn Độ mở rộng của 1 làn xe : e =
Vậy độ mở rộng của phần xe chạy có 2 làn xe
+ L: Chiều dài từ đầu xe đến trục sau, tra bảng 1, điều 5.1, TCXDVN 104- 07 thì L = 4,3 m;
+ V: Vận tốc tính toán xe chạy (Km/h);
Xét trường hợp bất lợi nhất R= Rmin = 200 m, V` (km/h) e 4, 3 2
Theo quy định tại điều 10.4.1, bảng 21, TCXDVN 104-07, đối với các tuyến đường phố có vận tốc V` (km/h), độ mở rộng cần thiết là 0,8 m Do đó, để đảm bảo an toàn, chúng ta chọn độ mở rộng e = 0,8 m và bố trí ở phía bụng đường cong.
4.6.2 Chiều dài đoạn mở rộng
Phần mở rộng thường được bố trí ở phía bụng đường cong, nhưng trong những khu vực địa hình khó khăn hoặc khi cải tạo đường cũ, có thể bố trí một phần mở rộng về phía lưng đường cong và một phần về phía bụng Đoạn mở rộng sẽ được căn chỉnh trùng với đoạn vuốt nối siêu cao, theo tỷ lệ tính từ đầu đoạn vuốt nối siêu cao, nhằm đạt được đổ mở rộng toàn phần ở cuối đường cong vuốt nối siêu cao.
Xác định đoạn nối siêu cao
Khi xe chạy trong đường cong những xe chạy nửa phía ngoài tim đường (phía lưng đường cong) kém ổn định hơn so với những xe chạy phía
Để đảm bảo an toàn và thuận tiện khi điều khiển ô tô trên các đoạn đường cong bán kính nhỏ, cần thiết phải thiết kế siêu cao, tức là tạo độ dốc ngang nghiêng vào phía bụng của đường cong Việc thực hiện đoạn nối siêu cao nhằm chuyển đổi một cách hài hòa từ trắc ngang thông thường với hai mái sang trắc ngang đặc biệt có siêu cao (trắc ngang một mái) Sự chuyển đổi này sẽ tạo ra độ dốc dọc phụ i p phía lưng đường cong, giúp cải thiện khả năng thoát nước và ổn định cho phương tiện.
R 0 Đoạn nối sieâu cao i=i naâng i=i 0 i=i 0 i=i max i=i max
Hình 4.2 Sơ đồ tính toán đoạn nối siêu cao
Chiều dài đoạn nối siêu cao đƣợc tính theo công thức quay quanh tim
+ b : Bề rộng mặt đường phần xe chạy, b = 7 m;
+ i n : Độ dốc ngang mặt đường, i n = 2%;
+ ip : Độ dốc dọc phụ thêm, Theo quy trình với vận tốc thiết kế V` (km/h) thì ip=0,5%;
Độ dốc siêu cao có sự khác biệt tùy thuộc vào bán kính của các đường cong, dẫn đến chiều dài đoạn vuốt nối siêu cao cũng sẽ khác nhau Theo điều 10.5.7 – TCXDVN104-07, việc này nhằm đảm bảo kiến trúc cảnh quan.
Độ dốc xây dựng không nên vượt quá 4% và phải tương thích với thiết kế mặt đường Đối với các tuyến phố có giá trị siêu cao, độ dốc thường được giữ ở mức nhỏ hơn so với đường ô tô thông thường Do đó, việc lựa chọn độ dốc i sc là cần thiết để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong thiết kế.
Dựa vào vận tốc thiết kế V`(km/h) và tham khảo bảng 22, TCXDVN104-07, chúng ta chọn L sc = 70 (m) Theo tiêu chuẩn Việt Nam, việc bố trí đường cong chuyển tiếp là cần thiết, do đó, đoạn vuốt siêu cao sẽ được bố trí trên đoạn chuyển tiếp.
Xác định đường cong chuyển tiếp
Khi xe chuyển từ đoạn đường thẳng sang đoạn đường cong có bán kính R, sự thay đổi đột ngột về điều kiện lái xe dẫn đến lực ly tâm C, gây ra sự không ổn định và khó chịu cho hành khách Để cải thiện trải nghiệm lái xe và đảm bảo sự chuyển tiếp mượt mà về lực ly tâm, góc α (góc ngoặt của bánh xe trước) và cảm giác của hành khách, cần thiết kế đường cong chuyển tiếp giữa đoạn đường thẳng và đường cong tròn Giả thiết rằng tốc độ xe chạy trên đường cong chuyển tiếp là không đổi và bằng tốc độ thiết kế sẽ giúp đạt được mục tiêu này.
Trên đường cong chuyển tiếp gia tốc ly tâm, tốc độ thay đổi từ 0 đến v²/R, trong khi bán kính cong thay đổi từ vô cực đến R, tỷ lệ này tỉ lệ thuận với chiều dài đường cong chuyển tiếp từ 0 đến L ct Áp dụng công thức để tính toán các thông số này.
Tra bảng 22, TCXDVN 104- 07 ta được Lct = 70 (m) Trong phương án thiết kế ta chọn L ct = 70 (m).
Tính toán độ triệt hủy trong đường cong
Khi xe di chuyển qua các đoạn đường cong, đặc biệt là những đoạn có bán kính nhỏ, thường xuất hiện chướng ngại vật ở phía trong đường cong, điều này có thể gây cản trở tầm nhìn của người lái.
Tầm nhìn trên đường cong được kiểm tra cho các ô tô di chuyển trên làn xe gần mép đường cong, với giả định rằng mắt người lái xe cách mặt đường 1,5 m và ở độ cao 1,2 m so với mặt đường.
Để đảm bảo tầm nhìn S trên đường cong, cần xác định phạm vi phá bỏ các chướng ngại vật cản trở tầm nhìn Hai phương pháp thường được sử dụng là phương pháp đồ giải và phương pháp giải tích.
Trên bình đồ đường cong lớn, xác định điểm đầu và điểm cuối của những dây cung có chiều dài bằng tầm nhìn S theo quỹ đạo xe chạy Vẽ đường cong bao quanh những dây cung này sẽ tạo ra đường giới hạn nhìn Trong phạm vi của đường bao này, tất cả chướng ngại vật như cây cối và nhà cửa đều cần phải được loại bỏ.
Hình 4.3 Sơ đồ tính toán độ triệt hủy
Xác định khoảng cách đảm bảo tầm nhìn tại điểm chính giữa đường cong z Trong phạm vi đường cong tròn, đường giới hạn nhìn vẽ theo đường
Quá trình xác định đường giới hạn nhìn trên quỹ đạo xe chạy dài 31 mét, với khoảng cách từ hai đầu đường cong là z Từ mỗi đầu của đường cong, kéo dài một đoạn S về hai phía trên quỹ đạo xe Sau đó, từ hai điểm cuối của các đoạn thẳng này, vẽ đường thẳng tiếp xúc với đường tròn để xác định đường giới hạn nhìn Đường giới hạn nhìn này có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi xe di chuyển trên quỹ đạo dài 1,5 mét z.
Hình 4.4 Sơ đồ tính toán độ triệt hủy 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 < S (hình a):
Ta có z = DE + EH , với DE = R 1 – OE, R 1 – bán kính của đường cong theo quỹ đạo xe chạy
Mà OE = R1*cos , sin / 2 1 ( )sin / 2
+ R1 : Bán kính đường cong theo quỹ đạo xe chạy
Do z < 0 cho nên ta không sử dụng trường hợp này
+ Khi chiều dài đường cong K > S (hình b)
Do z > 0 cho nên ta chọn trường hợp này
Vậy muốn đảm bảo được tầm nhìn S trên đường cong thì cần phá bỏ chướng ngại vật cản trở tầm nhìn trong phạm vi 2,38 m nằm phía bụng đường cong
Bảng 4.1 Bảng tổng hợp độ triệt hủy trong đường cong Đỉnh Góc chuyển hướng B R S R 1 α 1 z
Tính toán các yếu tố kỹ thuật của đường cong
Khi thiết kế đường cong trên bình đồ, cần căn cứ vào góc chuyển hướng và chiều dài các đoạn thẳng để chọn bán kính phù hợp, đảm bảo tuyến đường hài hòa và tăng vẻ đẹp mỹ quan Trên nửa đường cong tròn, có các điểm chủ yếu cần lưu ý.
Các yếu tố quan trọng trong thiết kế đường cong tròn bao gồm góc chuyển hướng (θ0), bán kính đường cong (R), chiều dài tiếp tuyến (T), chiều dài đường phân giác (P) và chiều dài đường cong tròn (K) Để xác định các điểm chủ yếu trên đường cong, cần tính toán các yếu tố này một cách chính xác Việc chọn bán kính R là rất quan trọng; để có R hợp lý, cần định trước giá trị T để đảm bảo độ dài đoạn chêm theo quy định và xác định P sao cho vị trí tối ưu nhất Nếu không bị ràng buộc bởi P và T, nên chọn R lớn hơn để tạo ra tuyến đường hài hòa hơn.
Khi lựa chọn bán kính đường cong bình đồ cho từng đỉnh, cần căn cứ vào cấp hạng kỹ thuật của tuyến thiết kế, đảm bảo rằng bán kính thiết kế (R TK) phải lớn hơn hoặc bằng bán kính tối thiểu cho phép (R min) quy định cho từng cấp hạng.
Theo điều 10.5.3, TCXDVN 104- 07, khi đường phố có tốc độ thiết kế
Vtk ≥ 60 Km/h cần phải bố trí đường cong chuyển tiếp, đoạn nối siêu cao được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp
Mặt khác theo điều 10.5.5, TCXDVN 104- 07, thì đường cong chuyển tiếp thường được dùng là đường cong Clothoide
Hình 4.5 Sơ đồ tính toán đường cong chuyển tiếp Clothoide :
Ta có các số liệu : α = 26 0 58’00’’, Lp, R = 300, 0 6 , 68 0
+ Điều kiện kiểm tra : α = 26 0 58’00’’ ≥ 2*β = 2*6,68 = 13,36 0 → Thỏa mãn
+ Xác định điểm cuối đường cong chuyển tiếp :
+ Xác định các chuyển dịch p và t :
+ Tính toán các yếu tố của đường cong tổng hợp :
Lập bảng các yếu tố kỹ thuật của đường cong thiết kế
Sau khi tính toán các giá trị của đường cong nằm, chúng ta lập bảng các yếu tố kỹ thuật tương ứng Dựa vào bảng này, tiến hành cắm cong trên bình đồ một cách chính xác.
Bảng 4.2: Bảng các yếu tố kỹ thuật của đường cong nằm Đỉnh Góc chuyển hướng R T 0 K 0 P 0 D 0 e
THIẾT KẾ TRẮC DỌC
Những vấn đề chung
Trắc dọc là mặt cắt đứng của nền đất theo trục đường, thể hiện rõ ràng mặt cắt dọc của đất tự nhiên (đường đen) và mặt cắt dọc thiết kế (đường đỏ).
Cấu tạo trắc dọc bao gồm đường tự nhiên và đường thiết kế Đường tự nhiên là hình chiếu của mặt đất tự nhiên lên mặt phẳng thẳng đứng song song với trục đường, được thiết lập thông qua các số liệu đo đạc ngoài thực địa như đo dài và đo cao Quá trình này diễn ra qua các bước khảo sát thiết kế, từ khảo sát và thiết kế sơ bộ đến khảo sát thiết kế kỹ thuật và khảo sát thiết kế kỹ thuật thi công.
Đường đen phản ánh đặc điểm địa hình với độ dốc cao, do đó không thể sử dụng ngay mà cần phải tính toán và thiết kế trước Qua quá trình này, người ta xác định đường đỏ, hay còn gọi là đường thiết kế, để so sánh với các quy phạm hiện hành.
Sau khi hoàn thành việc vạch đường thiết kế và đào đắp với khối lượng nhất định, đường đỏ sẽ bao gồm các đoạn thẳng liên tục lên dốc và xuống dốc Trong một số trường hợp, có thể xuất hiện những đoạn nằm ngang tùy thuộc vào địa hình.
Việc tạo ra các đoạn đường lên dốc và xuống dốc liên tục dẫn đến sự hình thành các đỉnh lồi và lõm trên đường Để đảm bảo an toàn cho xe khi di chuyển qua các đỉnh này, cần thực hiện việc gọt tròn các đỉnh lồi và đắp thêm cho các đỉnh lõm với một giá trị P được tính toán Tất cả những công việc này được gọi là thiết kế đường cong đứng.
Căn cứ vào cấp hạng kỹ thuật của đường, bán kính đường cong lồi và lõm được chọn cho phù hợp Tiếp theo, dựa vào độ dốc dọc của đường có đỉnh gãy (i1, i2, i3 ), các góc gãy lồi và góc gãy lõm tương ứng sẽ được xác định.
Sau khi thiết kế đường cong đứng, đường đỏ bao gồm các đoạn thẳng và đoạn cong xen kẽ Các đoạn thẳng được xác định bởi chiều dài và độ dốc, trong khi các đoạn cong được đặc trưng bởi bán kính (lồi hoặc lõm), trị số góc gãy, chiều dài tiếp cự T, chiều dài đường cong K và độ gọt tròn P (đối với đường cong lồi) hoặc độ đắp thêm P (đối với đường cong lõm).
Chỉ thiết kế đường cong đứng lồi hoặc lõm khi:
+ Độ gọt tròn hoặc đắp thêm tính toán lớn hơn hoặc bằng 5 cm
+ Hiệu trị số tuyệt đối của độ dốc của hai đoạn thẳng tại hai đỉnh gãy có giá trị bằng 0,5% đối với trường hợp vận tốc thiết kế ≥ 100 Km/h
+ Hiệu trị số tuyệt đối của độ dốc của hai đoạn thẳng tại hai đỉnh gãy có giá trị bằng 1% đối với trường hợp vận tốc thiết kế ≥ 60 - 80km/h
+ Hiệu trị số tuyệt đối của độ dốc của hai đoạn thẳng tại hai đỉnh gãy có giá trị bằng 0,5% đối với trường hợp vận tốc thiết kế < 60 Km/h
Các đường còn lại không cần thiết kế đường cong đứng
Trong thiết kế đường, việc bố trí các điểm đường đỏ cắt đường đen giúp giảm độ dốc dọc, từ đó giảm khối lượng đào đắp và thi công Tại các điểm xuyên này, nền đường có thể ở trạng thái không đào không đắp hoặc nửa đào nửa đắp.
Trong quá trình vận chuyển, việc chọn độ dốc phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng khai thác của tuyến đường, đồng thời quyết định khối lượng đào đắp, chi phí xây dựng và chi phí vận chuyển sau này.
Trên cùng một đoạn đường với độ dốc nhỏ, khối lượng đào đắp lớn dẫn đến chi phí xây dựng tăng cao Mặc dù vận tốc xe và khối lượng vận chuyển lớn giúp giảm thời gian mỗi chuyến và hạ giá thành vận chuyển, nhưng đối với đường cấp cao, điều này đảm bảo khai thác hiệu quả Ngược lại, nếu áp dụng cách xây dựng này cho đường cấp thấp, sẽ gây lãng phí vốn đầu tư xây dựng.
Độ dốc i lớn giúp giảm khối lượng đào đắp và chi phí xây dựng, nhưng lại làm giảm vận tốc xe, tăng thời gian mỗi chuyến và giảm số chuyến, dẫn đến tăng giá thành vận chuyển Việc xây dựng đường cấp thấp phù hợp với điều này, nhưng đối với đường cấp cao, thời hạn sử dụng tuyến giảm, dẫn đến chi phí bảo trì và sửa chữa tăng, làm tăng giá thành vận chuyển.
Để đảm bảo độ dốc dọc của đường đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, nó cần được thiết kế nhỏ hơn hoặc bằng độ dốc chủ đạo Độ dốc này giúp giảm thiểu chi phí xây dựng và vận chuyển Đây được gọi là độ dốc cho phép trong tính toán, và giá trị của nó không được vượt quá mức độ dốc quy định trong các quy phạm cho từng cấp hạng kỹ thuật của đường.
5.1.2 Các nguyên tắc và phương pháp thiết kế trắc dọc
Trong thiết kế xây dựng đường, trắc dọc đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến giá thành và chất lượng sử dụng Nó quyết định đến sự êm thuận của xe và khối lượng đào đắp Để thiết kế trắc dọc hiệu quả, cần tuân thủ các nguyên tắc nhất định trong quá trình thiết kế.
Khi thiết kế đường đỏ, cần phối hợp chặt chẽ với thiết kế bình đồ và mặt cắt ngang để giảm thiểu khối lượng đào đắp và đảm bảo nền đường ổn định Điều này giúp giảm giá thành công trình, tạo mặt đường liền mạch và hài hòa về mặt thị giác Chất lượng khai thác đường được cải thiện với tốc độ xe chạy nhanh, năng lực thông xe cao, an toàn giao thông tốt và giảm chi phí nhiên liệu Khi điều kiện địa hình cho phép, nên áp dụng các tiêu chí kỹ thuật cao như bán kính đường cong đứng và độ dốc dọc của đường.
Trong mọi trường hợp, độ dốc dọc và bán kính của các đường cong lồi, lõm phải tuân thủ các tiêu chuẩn giới hạn đã được quy định cho từng cấp đường thiết kế.
Tính toán các thông số kỹ thuật của trắc dọc
5.2.1 Độ dốc dọc của đường 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 dọc tới giá thành xây dựng đường và tới các chỉ tiêu khai thác vận tải nhƣ tốc độ xe, mức tiêu hao nhiên liệu… Độ dốc dọc của đường ảnh hưởng tới giá thành xây dựng và chủ yếu là đối với khối lượng công tác nền đường Chi phí khai thác vận tải ô tô sẽ tăng khi độ dốc dọc của đường lớn, chi phí tiêu hao nhiên liệu tăng… Độ dốc dọc tối ƣu là độ dốc ứng với tổng chi phí xây dựng và khai thác là nhỏ nhất Theo bảng 24, điều 11.2.1, TCXDVN 104- 07, ứng với vận tốc thiết kế Vtk = 60 Km/h độ dốc dọc lớn nhất idmax = 6% Độ dốc dọc phải đảm bảo điều kiện thoát nước cho tuyến đường Theo bảng 25, điều 11.2.2, TCXDVN 104- 07 có độ dốc dọc tối thiểu là i dmin = 3%
Tra bảng 26, 27, TCXDVN 104- 07 ta đƣợc bảng sau :
Vtk (Km/h) Độ dốc dọc lớn nhất i dmax (%)
Chiều dài lớn nhất trên dốc dọc (m)
Chiều dài tối thiểu trên dốc dọc (m)
5.1.2 Kiểm tra độ dốc dọc tối đa theo điều kiện lực kéo của ôtô khi lên dốc Để ô tô chuyển động đƣợc thì lực kéo của ôtô (Fk) phải lớn hơn tổng lực cản Khi lên dốc thì lực cản độ dốc có giá trị lớn và có ảnh hưởng quyết định đến chuyển động của ôtô, vì vậy ta phải kiểm tra xem độ dốc thiết kế có đảm bảo khả năng vƣợt dốc của ô tô không Để kiểm tra độ dốc dọc tối đa của tuyến đường ta áp dụng công thức:
+ ik: Độ dốc dọc tối đa vƣợt qua đƣợc theo điều kiện lực kéo(%);
+ f0: Hệ số cản lăn, đối với mặt đường bê tông atphan f0 = (1 ÷ 2)%, Chọn f 0 = 2%;
+ Fk: Lực kéo tiếp tuyến của ôtô (KN);
+ M: Mômen của trục, với xe Zill 130 có M = 63 (KN.m);
+ i 0 : Tỷ số truyền của bộ truyền lực chính (ở cầu sau), i 0 = 6,32;
+ i p : Tỷ số truyền của hộp số phụ, i p = 1 (Do xe Zill 130 không có hộp số phụ nên ta lấy ip= 1);
+ ih: Tỷ số truyền hộp số chính (tính cho xe chạy số II), i h = 4,1;
+ η: Hệ số truyền lực hữu ích, η = 0,85;
+ rb: Bán kính làm việc của bánh xe, rb= 52cm;
+ P + Q: Tải trọng và trọng lƣợng của xe, tính cho xe Zill 130 thì
Thay các thông số trên vào công thức (3.2) ta đƣợc:
Với độ dốc dọc tối đa chỉ 6%, thấp hơn nhiều so với độ dốc cho phép tính toán, xe có khả năng vượt qua đoạn đường này dễ dàng nhờ vào lực kéo tiếp tuyến.
5.1.3 Kiểm tra độ dốc dọc tối đa theo điều kiện lực bám Áp dụng công thức:
+ Fb là lực bám của ô tô lên mặt đường, Fb = Pb.φd;
+ P b là trọng lƣợng của xe truyền lên bánh chủ động, P b = 6950 kg; + φd: hệ số bám dọc, φ d = 0,35;
i tk max 6 % nhỏ hơn nhiều so với độ dốc về lực bám, nên xe thỏa mãn theo điều kiện lực bám
5.1.4 Kiểm tra an toàn khi xe xuống dốc
Kiểm tra điều kiện an toàn khi xe xuống dốc ở đoạn có độ dốc lớn nhất là rất quan trọng Để xác định độ dốc dọc cho phép khi xe xuống dốc, cần áp dụng công thức cụ thể.
+ Ph: Trọng lƣợng hãm của xe, (P + Q) = 9525KN;
+ f0: Hệ số cản lăn với mặt đường bê tông nhựa, f0 = 0,02;
+ K d : Hệ số dự trữ tính đến khả năng làm việc không đều do ẩm ƣớt, mòn má phanh hoặc do điều chỉnh phanh không chính xác, Kd = 1,4;
+ t: Thời gian phản xạ của lái xe, t = 2s;
+ v tt : vận tốc tính toán, v tt = 60 (km/h) = 16,67 (m/s);
Thay các giá trị trên vào công thức ta đƣợc: imax 1, 4.16,67 2
Kết quả tính toán cho thấy rằng ngay cả khi xe di chuyển trên đường trong điều kiện xấu nhất, xe có tải vẫn có thể xuống dốc an toàn với độ dốc dọc tối đa đạt 11,76% Do đó, với tuyến thiết kế có độ dốc dọc tối đa chỉ 2,06%, việc này đảm bảo an toàn cho xe trong những điều kiện bất lợi nhất.
Xác định trị số tối thiểu bán kính đường cong đứng lồi và lõm
Trên trắc dọc, tại các vị trí đổi dốc, cần bố trí đường cong lồi hoặc lõm để đảm bảo xe di chuyển êm ái với vận tốc thiết kế V` (Km/h) Điều này yêu cầu phải có đường cong đứng tại những khu vực có sự thay đổi độ dốc.
5.2.1 Tính bán kính nhỏ nhất của đường cong đứng lồi
Trị số tối thiểu của bán kính đường cong đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn chạy trên mặt đường
Trong trường hợp đảm bảo tầm nhìn 1 chiều
+ S1 : Cự ly tầm nhìn của người lái xe S1 = 75m;
+ d1 : Chiều cao của mắt người lái xe trên mặt đường, d1 = 1,2 m;
+ d2 : Chiều cao chướng ngại vật phải nhìn thấy, d2 = 0,1m
Các yếu tố đƣợc biểu diễn qua sơ đồ sau :
Hình 5.1 Sơ đồ tính toán bán kính đường cong đứng lồi min
Theo bảng 29, điều 11.3, TCXDVN 104- 07 đối với đường phố có V 60 Km/h, bán kính lồi nhỏ nhất là 2000 m Vì vậy trong phương án thiết kế chọn theo quy trình R min = 2000 m
5.2.2 Tính bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu
Khi xe di chuyển vào đường cong đứng lõm, người lái thường có xu hướng tăng tốc để lên dốc, dẫn đến tình trạng vượt tải do lực ly tâm, gây khó chịu cho hành khách Để đảm bảo xe chạy êm ái trong đường cong đứng lõm, cần xác định bán kính tối thiểu của đường cong nối dốc lõm.
Với vận tốc tính toán V= 60 Km/h :
Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm có:
+ hp : Chiều cao đèn pha, lấy hp = 1,2 m;
+ : Góc mở của đèn pha xe, thông thường lấy = 1 o ;
+ S1 : Chiều dài tầm nhìn 1 chiều, S1 = 75 m
Theo bảng 29, điều 29, TCXDVN 104- 07, đối với đường phố có V 60 Km/h, bán kính đứng lõm nhỏ nhất là 1500 m Ta chọn R min 00(m) theo quy trình để thiết kế.
Thiết kế trắc dọc
Căn cứ vào số liệu đo dài và đo cao Với các cọc đã cắm trên bình đồ ta biểu diễn trên mặt phẳng giấy ôly ( Khổ 297 x n.210 )
Tỷ lệ bản vẽ : Khoảng cách dài 1:2000
Từ đó ta được một đường thể hiện cao độ tự nhiên của các điểm các cọc trên thực địa, ta gọi đường này là đường đen
5.3.2 Vạch đường đỏ Đường đen là một đường gồm nhiều đường khấp khuỷ, cao độ của các điểm thay đổi rất đột ngột, nếu ta thiết kế theo đường đen thì xe không thể chuyển động trên đường đó được Do vậy muốn xe chuyển động được thì ta phải tiến hành vạch đường đỏ Đường đỏ là đường để ta thiết kế thể hiện cao độ thực tế của các điểm trên tuyến sau khi thi công
Dựa vào cấp hạng kỹ thuật của đường thiết kế, đặc điểm địa hình và kinh phí xây dựng, cần xác định phương án cạch đường đỏ một cách hợp lý nhất.
Khi vạch đường đỏ thì ta cần cố gắng để đường đỏ ôm sát lấy đường đen với những lý do sau:
+ Để đảm bảo tính nguyên vẹn của các điều kiện tự nhiên;
+ Giảm khối lƣợng đất đào đắp;
Thuyết minh trắc dọc
+ Điểm đầu tuyến: Tại Km 0+000, cao độ: +6,51m;
+ Điểm cuối tuyến: Tại Km 1+400 , cao độ: +6,09m;
- Tuyến có cao độ khá bằng phẳng:
+ Cao độ điểm thấp nhất là +5,60 tại cọc 2, lý trình Km 0+040;
+ Cao độ điểm cao nhất là +6,51 tại cọc H0, lý trình Km 0+000;
- Độ dốc dọc của đường :
+ Độ dốc dọc lớn nhất là 0,23% từ cọc H 0 (Km 0+000) đến cọc H4(Km 0+400)
+ Độ dốc dọc nhỏ nhất là 0,02 % từ cọc H4 (Km 0+900)đến cọc H4
Bảng 5.1 Bảng các yếu tố kỹ thuật đường cong đứng
Tên cọc Loại dường cong R T
Trong quá trình phân tích các yếu tố kỹ thuật của tuyến đường và đối chiếu với tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 104 - 07, chúng tôi đã xem xét tình hình thực tế của tuyến đường cũng như điều kiện kinh tế - xã hội tại khu vực Dưới đây là bảng tổng hợp 5.2 thể hiện những kết quả quan trọng từ quá trình này.
Bảng 5.2 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật thực tế của tuyến
T Các yếu tố kỹ thuật Đơn vị Giá trị Ghi chú
1 Loại đường Đường phố gom Đường phố gom Đường phố gom
2 Vận tốc thiết kế Km/ h 60 60
4 Bề rộng một làn xe m 3,6 3,5 3,5
5 Bể rộng phần xe chạy m 7,0 7,0 7,0
7 Bề rộng dải phân cách giữa m 1,5 1,5
12 Độ dốc ngang vỉa hè % 1,5 1,5
13 Chiều dài tầm nhìn một chiều S1 m 66,19 75 75
14 Chiều dài tầm nhìn vƣợtt xe S2 m 360 350 360
15 Bán kính đường cong nằm có siêu cao m 135 125 200
16 Bán kính đường cong nằm thông thường m 236 300 300
17 Bán kính đường cong nằm không có siêu cao m 945 2000 2000
18 Độ mở rộng tại đường cong m 0,65 0,8 0,8
21 Độ dốc dọc lớn nhất của đường % 6 6
22 Độ dốc dọc nhỏ nhất của đường % 3 3
23 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 1411,3 2000 2000
24 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu m 1120,96 1500 1500