THIẾT kế sơ bộ nút GIAO THÔNG lập THỂ nút GIAO PHÚ THƯỢNG

Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức - Đảm bảo an toàn cho xe chạy trong nút do đã triệt tiêu hoàn toàn các xung đột nguyhiểm giao cắt của các luồng xe ra vào nút.. Xác đ

CHƯƠNG I : THIẾT KẾ TỔ CHỨC NÚT GIAO THÔNG

PHÚ THƯỢNG

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:

- Thiết kế sơ bộ một nút giao lập thể

- Thiết kế tổ chức giao thông trong nút

- Tính toán sơ bộ cho kết cấu cầu trong nút giao

- Giải pháp bố trí kết cấu phụ trợ trên cầu

1.1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO

Dự án xây dựng cầu Nhật Tân trên đường vành đai II thành phố Hà Nội có chiều dài8.45km Dự án bắt đầu tại khu vực phường Phú Thượng-Quận Tây Hồ, vượt qua sôngHồng, giao với đường quốc lộ 5 kéo dài tại xã Vĩnh Ngọc và đi tiếp tới điểm cuối nối vàođường QL 3

Nút giao Phú Thượng là giao cắt giữa đường dự án cầu Nhật Tân với đường đê HữuHồng hiện tại Ngoài ra nút giao còn có mối liên hệ với đường nội bộ khác gồm đường Tổ

45 cụm 7 phường Tây Hồ, đường nội bộ của khu đô thị Nam Thăng Long( Caputa) vàđường dọc theo đê Hữu Hồng

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI THIẾT KẾ LẠI NÚT GIAO

1.2.1 Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức

- Đảm bảo an toàn cho xe chạy trong nút do đã triệt tiêu hoàn toàn các xung đột nguyhiểm ( giao cắt) của các luồng xe ra vào nút

- Tăng khả năng thông xe của nút giao thông do không có giao cắt của các luồng xe

- Do không xảy ra ùn tắc giao thông nên cải thiện đáng kể môi trường đô thị, và sứckhỏe con người cũng như tiết kiệm chi phí vận doanh

1 2.2 Quy mô nút giao

phải thiết kế nút giao khác mức kiểu liên thông (là nút giao khác mức có bố trí các nhánh nối

để xe chuyển hướng)

- Nút giao thiết kế vĩnh cửu

1.3 THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO

1.3.1 Hệ thống quy phạm áp dụng.

- Tiêu chuẩn đường Đô thị TCXDVN 104-2007

- Tiêu chuẩn cầu đường bộ 22TCN 272-05

- Tiêu chuẩn Việt Nam 4054-2005 Đường ô tô – yêu cầu thiêt kế

- Tài liệu tham khảo:

+ Tính toán và thiết kế chi tiết các yếu tố nút giao thông khác

đa cho người và phương tiện khi tham gia giao thông trong nút

-Phối hợp hài hoà giữa các yếu tố: bình đồ - trắc dọc - trắc ngang - cảnh quan

-Kết cấu cầu phù hợp với trình độ và năng lực thi công của nhà thầu trong nước -Hạn chế chiều cao kiến trúc

-Đảm bảo tính thông thoáng và thẩm mỹ cao

-Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình thi công như độ rung và tiếng ồn…

1.3.3 Xác định quy mô đường giao nhau.

1.3.3.1 Xác định cấp hạng đường giao nhau ( vận tốc thiết kế).

Xác định cấp hạng đường căn cứ vào lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai,lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai tính thông qua lưu lượng năm hiện tại thông qua điều tra.

Ngoài ra đối với đường trong đô thị thì cấp hạng đường chủ yếu được xác định ngay tại bước quy hoạch, chủ yếu phụ thuộc vào vai trò của đường đô thị Theo tiêu chuẩn TCXD 104 –

2007 lựa chọn cấp hạng kĩ thuật đường dựa vào loại đô thị, điều kiện địa hình và điều kiện xây dựng

Ta chọn đường Giải Phóng cấp kĩ thuật là 60 km/h và đường Đại La và đường Trường Chinh cấp kĩ thuật là 40 km /h

I.3.3.2 Xác định vận tốc thiết kế đường nhánh trong phạm vi nút giao.

Nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng hơn nút giao cùng mức do đó cho phép giảm tốc độ của đường nhánh khi vào trong nút giao Do đó việc lựa chọn tốc độ thiết kế trên đườngnhánh không thể bằng tốc độ thiết kế trên đường thẳng do các lý do sau:

- Nếu tốc độ thiết kế đường nhánh lớn dẫn đến đòi hỏi chiều dài đường nhánh lớn do đó chi phí xây dựng và chiếm dụng mặt bằng cũng lớn theo

- Đường nhánh rẽ thông thường bố trí cho các phương tiện giao thông đi hỗn hợp đi cùng nhau do đó khó có thể đạt được vận tốc thiết kế

Theo nghiên cứu của M.P.Poliacov ( Nga) thì tốc độ tối ưu của đường nhánh rẽ chọn trong khoảng 40 – 50 km / h

Theo TCXD 104 – 2007 thì quy định như sau: ( Điều 12.8.3 TCXD 104 -2007)

Lựa chọn tốc độ thiết kế trên nhánh nối

V TK trên đường giao

6055504030

5045403025

Ghi chú:

- Nhánh nối rẽ phải thường áp dụng tốc độ ở mức trung bình tới cao

- Nhánh nối gián tiếp thường áp dụng tốc độ ở mức thấp

- Nhánh nối bán trực tiếp thường áp dụng tốc độ ở mức trung bình tới cao

- Nếu chiều dài nhánh nối ngắn, làn xe đơn nên lấy ≤60km/h

Ta có vận tốc thiết kế trên các đường chính chọn là 60 km/h

1.3.4 Các phương án thiết kế :

Do các dạng giao cắt ở dây là giao cắt giữa hai ngã tư nên ta chọn nút giao khác mức dạnghoa thi để giải quyết giao cắt với hai phương án sau dây.

1.3.4.1 Phương án 1: Nút giao dạng hoa thị có hướng cầu Nhật Tân được nâng thành cầu vượt lên trên hướng còn lại.

Từ 1 muốn đi đến 2 đi thẳng qua cầu Nhật Tân

Từ 1 muốn đi dến 3: Đi thẳng lên cầu rẽ vào đường nhánh C rồi về 3

Từ 1 muốn đi dến 4: Từ A rẽ vào đường nhánh G rồi về 4

* Khi đi từ 2

Từ B muốn đi về 1 đi thẳng lên cầu rồi về 1 Nếu muốn về 3 thì rẽ vào đường nhánh E, nếu muốn

đi về 4 thì đi thẳng lên cầu sau đó rẽ vào đường nhánh A rồi về 4

Ưu điểm:

Giải quyết triệt để các giao cắt trong nút

Năng lực thông hành của nút lớn Giao thông qua nút êm thuận

Tính toán thiết kế nút không phức tạp

Tổ chức giao thông cho nút đơn giản

Nhược điểm

Chiếm dụng mặt bằng lớn

phải xây dựng nhiều cầu trong nút

1.3.4.2.Phưong án 2: Thiết kế đảo xuyến ở trên cao.

-Ưu điểm:

- Tốn ít diện tích, giải quyết tương đối được xung đột cho các hướng chính.

- Tổ chức giao thông tương đối đơn giản, đảm bảo cho xe chạy thuận tiện và an toàn

Nhược điểm:

- Năng lực thông hành của nút không cao cao so với hoa thị.

- Tồn tại nhiều xung đột nhập dòng và tách dòng trên đảo tròn trên cao

- Tồn tại nhiều cầu trong nút giao do đó khối lượng xây dựng lớn kéo theo giá thành tăng cao.3.4.4.KIẾN NGHỊ

Căn cứ vào đặc điểm giao thông nút giao cũng như đặc điểm địa hình dân cư tại khu vực nút kiếnnghị thiết kế tổ chức giao thông nút Phú Thượng theo phương án 1 Phương án này giải quyết đượccác giao cắt nguy hiểm giữa các luồng phương tiện giao thông đặc biệt là các giao cắt với cầu chính

Ưu tiên được các hướng chính

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HÌNH HỌC NÚT GIAO PHÚ THƯỢNG 2.1 LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT KẾ NÚT GIAO

2.1.1 Các thông số kỹ thuật cầu chính:

+ Tốc độ tính toán trong cầu chính : vd = 60km/h

+ Độ dốc dọc trên cầu chính: id = 2 %

+ Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17

+ Độ dốc ngang : 2%

+ Góc giao giữa cầu chính với đường: α = 900

2.1.2 Các thông số kỹ thuật thiết kế cầu nhánh:

+ Tốc độ tính toán trong cầu nhánh: vd = 40km/h = 11.11m/s đối với các nhánh rẽ trái gián tiếpV= 50 km/h đối với các cầu nhánh rẽ phải

+ Độ dốc dọc lớn nhất trên các cầu nhánh: id = 4%

+ Độ nghiêng siêu cao lớn nhất trên các cầu nhánh: isc = 4%

+ Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17

2.2 LỰA CHỌN TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN TRÊN CÁC CẦU NHÀNH

Vì nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng lớn, do đó để giảm kích thước của nútngười ta thường giảm tốc độ ở các cầu nhánh Vì vậy lựa chọn tốc độ tính toán của các cầu nhánhcần được luận chứng kỹ lưỡng Không thể chọn tốc độ thiết kế của cầu nhánh bằng tốc độ xe chạytrên đường chính vào nút vì hai lý do sau:

+ Thứ nhất là tốc độ xe rẽ lớn thì đòi hỏi phải thiết kế cầu rẽ có chiều dài lớn Điềunày dẫn đến khối lượng và gía thành xây dựng tăng lên, đồng thời tăng diện tích chiếm dụng mặtbằng

+ Thứ hai là không thể lựa chọn tốc độ trên cầu nhánh quá cao do thông thường cầunhánh rẽ chỉ có một làn xe dành cho đi chung cả xe con và xe bus có tốc độ thiết kế thấp sẽ khôngđạt được tốc độ thiết kế cao

Trong thành phố, do điều kiện hạn hẹp về mặt bằng nên các nhà chuyên môn khuyên nêndùng tiêu chuẩn ứng với điều kiện tối thiểu, nghĩa là tốc độ tính toán của các cầu nhánh trong các

nút giao khác mức ở thành phố chỉ nên chọn V=25-40 km/h, chỉ đối với đường cao tốc thành phốmới chọn V=50km/h.

Từ tất cả các điều trên và theo quy trình thiết kế đường đô thị mới nhất của nước ta: Đường

đô thị - Yêu cầu thiết kế mang ký hiệu TCXDVN104 – 2007 với vận tốc trên đường chính60km/h ,vận tốc thiết kế trên cầu nhánh rẽ trái gián tiếp được chọn là 40km/h Với cầu nhánh rẽphải là 50 km/h

2.3.XÁC ĐỊNH TẦM NHÌN TRÊN CẦU NHÁNH CÓ MỘT LÀN XE TRONG PHẠM VI

Sơ đồ tính toán tầm nhình cho đường nhánh có một làn xe

Và được tính theo công thức:

S = l1+l2+l0

Trong đó:

l1- chiều dài đoạn đường ứng với thời gian phản ứng tâm lý của người lái xe

l1= v.tf

v - tốc độ chạy xe trên cầu nhánh, m/s

tf - thời gian phản ứng tâm lý của lái xe, tf = 0 4  1 2s Chọn tf = 1,0s

l2- chiều dài hãm xe

) (

2

.

2

2

i f g

v K v

t l

t- thời gian lái xe tác dụng và tăng lực hãm lên các bánh xe Chọn loại phanh là phanhthuỷ lực nên chọn t = 0.2s

K - hệ số sử dụng phanh, trị số K thay đổi từ 1,1 đến 2,0 (để đảm bảo cho xe chạy trêncầu nhánh an toàn thường chọn K = 2,0)

- hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, lấy = 0,48

f - hệ số sức cản lăn (f=0,02-0,03), lấy f = 0,025

i - độ dốc dọc đường nhánh, lấy trường hợp bất lợi nhất là xe xuống dốc, i= 0,04

0

l - cự ly an toàn dừng xe trước chướng ngại vật Thường chọn l0= 5m

Từ đây, công thức được viết lại:

2

) (

2

)

i f g

v K t

t v

Theo điều 11.3 tiêu chuẩn TCXDVN104-2007 với vận tốc thiết kế 40km/h thi tầm nhìn tối thiểutrên bình đồ là 35 m Vậy S 43.8m

2.3.2 Xác định tầm nhìn trên trắc dọc.

Trong trường hợp tổng quát và để bảo đảm an toàn khi tính toán ta chọn i d  0%

) ( 43

5 ) 02 , 0 5 , 0 ( 82 , 9 2

11 , 11 2 )

2 , 0 0 , 1 ( 11 , 11

) ( 2

)

(

2 0 2

m

l f g

v K t

t v

2.3.3 Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh.

A.Với đường nhánh rẽ trái gián tiếp có vận tốc thiết kế là 50 km/h

Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức

2



Trong đó:

S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh

h= 1,2 m chiều cao mắt người lái xe

Vậy bán kính đường cong đứng lồi là:

R loi 770m

2 , 1 2

Trong đó: tg  i d 0.04  2.290

Tính cho trường hợp chiều dài đường cong đứng tối thiểu: l = 35m

Công thức tính chiều dài đường cong chắn góc  là:

Kiến nghị chọn bán kính đường cong đứng lồi là: R = 900 m

Đối với đường cong đứng lõm thì bán kính đường cong được tính với hai điều kiện:

- Bảo đảm tầm nhìn ban đêm

- Bảo đảm an toàn cho xe chạy khi đi vào đường cong lõm

Bán kính đường cong lõm được xác định theo công thức

) 2 sin ( 2

2



S h

S R

h - chiều cao của đèn pha so với mặt đường Chiều cao này phụ thuộc vào cấu tạo từng loại

ô tô sẽ có giá trị khác nhau Khi tính toán láy h f = 0,7m

 = 4-60 góc chiếu của pha ô tô, chọn  = 50

Vậy bán kính đường cong đứng lõm là:

378( )

) 2

5 sin 40 7 , 0 ( 2

Tuy nhiên để đảm bảo xe chạy êm thuận ta chọn R loi 1500m và R lom 1000m

B.Với đường nhánh rẽ phải có vận tốc thiết kế là 50 km/h

0 2

) (

2

)

i f g

v K t

*Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh.

Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức



Trong đó:

S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh

h= 1,2 m chiều cao mắt người lái xe

Vậy bán kính đường cong đứng lồi là:

2

59,56

14782.1, 2

loi

Theo TCXDVN 104 : 2007 với tốc độ tính toán là 50km/h thì bán kính đường cong đứng tối thiểumong muốn là 1200m (bảng 29) Đồng thời chiều dài tối thiểu tiêu chuẩn của đường cong đứng là40m

Khi mong muốn thiết kế đường cong đứng thỏa mãn tiêu chuẩn và tiếp tuyến với đường đổ dốc4.5% trên trắc dọc thì sơ đồ tính toán bán kính đường cong đứng như sau:

a a

Trong đó: tg  i d 0.04  2.290

Tính cho trường hợp chiều dài đường cong đứng tối thiểu: l = 40m

Công thức tính chiều dài đường cong chắn góc  là:

Kiến nghị chọn bán kính đường cong đứng lồi là: R = 1500 m

Đối với đường cong đứng lõm thì bán kính đường cong được tính với hai điều kiện:

- Bảo đảm tầm nhìn ban đêm

- Bảo đảm an toàn cho xe chạy khi đi vào đường cong lõm

Bán kính đường cong lõm được xác định theo công thức

) 2 sin ( 2

2



S h

S R

h - chiều cao của đèn pha so với mặt đường Chiều cao này phụ thuộc vào cấu tạo từng loại

ô tô sẽ có giá trị khác nhau Khi tính toán láy h f = 0,7m

 = 4-60 góc chiếu của pha ô tô, chọn  = 50

Vậy bán kính đường cong đứng lõm là:

2 0

59,56

725,5( )5

Vậy ta chọn R loi 1500m và R lom 1000m

2.4 Xác định đặc trưng hình học của các cầu nhánh:

Do trong nút giao góc giao của hai hướng chính bằng 90 độ nên các nhánh rẽ giông nhau nên ta chỉcần tính cho một nhánh rẽ trái gián tiếp và một nhánh rẽ phải

2.4.1 Tính toán và thiết kế đường nhánh rẽ trái gián tiếp

g 



Trong đó:

v: Vận tốc thiết kế trên đường nhánh v=40km/h = 11.11m/s

I: độ tăng gia tốc ly tâm I = 0.36

Thay vào ta có:

3 11.113

63,0470*0.36

14

b

- Tổng chiều dài bao gồm đoạn nối và đoạn nâng siêu cao của đường nhánh rẽ phải bằng

Tạo độ các điểm trên đường cong chuyển tiếp:

Ta cắm cọc trên đường cong chuyển tiếp cứ 5m cắm một cọc ta có tọa độ như sau

2.4.2 Tính các thông số của đờng nhánh rẽ phải trực tiếp

Đường tang phụ: t x k1 r*sin 34,867m

Đường tang của đường tròn cơ bản: 41,398

2

T r tg    m Tính đường tang TH theo công thức TH=T + t= 76,265 m

AE=AO+R+KE= 89,58 + 60 + 18 = 164,248 m

0

164, 24845

Chiều dài 1 nửa đường nhánh EM=EN-TH+2L+K0=236,645 m

Tạo độ các điểm trên đường cong chuyển tiếp:

Ta cắm cọc trên đường cong chuyển tiếp cứ 5m cắm một cọc ta có tọa độ như sau

-Trắc dọc thiết kế phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đối với cấp thiết kế.

-Cao độ thiết kế phù hợp với các cao độ khống chế

-Đảm bảo tĩnh không yêu cầu khi giao cắt với các tuyến giao thông khác

2.5.2 Xác định các cao độ khống chế trên trắc dọc.

Cao độ khống chế trắc dọc của nút được xác định như sau:

-Cầu chính vượt đường sắt và QL1A được khống chế bởi cao độ đường hiện tại và tĩnhkhông dưới cầu

-Các cầu nhánh trong nút khống chế bởi cao độ đường hiện tại

Vì vậy, độ dốc dọc lớn nhất được lựa chọn trên đường nhánh phải đảm bảo khả năng chạy xecủa các loại phương tiện có trong thành phần dòng xe

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007 qui định độ dốc dọc tối đa (bảng 24) đối với vận tốcthiết kế 40km/h là 7%

Như vậy kiến nghị chọn độ dốc dọc của các cầu nhánh trong nút là 2% và 4%

2.6.1 Nguyên tắc thiết kế mặt cắt ngang.

Bề rộng mặt cắt ngang đảm bảo bố trí đủ số làn xe theo yêu cầu theo đúng quy địnhcủa quy trình

Mặt cắt ngang cần thoả mãn quy mô và yêu cầu kỹ thuật đối với cấp đường thiết kế.Các yếu tố trên mặt cắt ngang được bố trí hài hoà, đảm bảo phù hợp với các công trìnhhai bên tuyến, thuận tiện cho việc bố trí các công trình phục vụ trên tuyến và các khu đô thị.Mặt cắt ngang vừa đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật đồng thời cũng hạn chế tới mức thấpnhất giá thành xây dựng

2.6.2 Xác định độ dốc ngang và siêu cao.

Tại nút giao thông có sự gặp gỡ và tiếp xúc của nhiều tuyến, nhiều đường cong theo chiều khác nhau, cấu tạo siêu cao sẽ tạo nên gờ lồi ở giữa phần xe chạy, xe chuyển làn sẽ không êm thuận nhất là các xe có chiều dài lớn như xe buýt

Trên các đường giao thông thông thường, có quy định siêu cao theo trị số bán kính đường cong nằm nhưng trong nút giao thông, tốc độ xe phân tán, hệ số lực ngang biến đổi rất nhiều nên quy định này thường không chặt chẽ

Việc phối hợp các siêu cao, các mặt cắt ngang phải đảm bảo hai nguyên tắc:

 Đảm bảo êm thuận cho luồng xe chính

 Hạn chế các chỗ có độ dốc nhỏ hơn 0.5% để đảm bảo thoát nước tốt

Căn cứ theo tốc độ thiết kế và TCXDVN 104-2007, kiến nghị chọn độ dốc siêu cao trong các cầu nhánh là isc = 4%

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007 độ dốc ngang phần xe chạy cho mặt đường bê tông nhựa là 15-25%o (bảng 12), Các đoạn thẳng kiến nghị bố trí dốc ngang hai mái với độ dốc ngang là 2%

2.7 Phương án về kết cấu:

2.7.1 Kết Cấu nhịp:

2.7.1.1 Cầu Chính:

+ Sơ đồ cầu: 18x30+80+120+ m

+ Mặt cắt ngang dầm bản rỗng

+ Chiều cao dầm 1.45m

+ Đường kính các lỗ rỗng 475mm

+ Khoảng cách tim các lỗ rỗng 1500mm

+ Bề rộng măt cầu có sự thay đổi

+ Độ dốc dọc của cầu 2%

+ Độ dốc ngang của cầu : 2%

-Các mặt cắt ngang cầu chính: