Pgs.ts bïi xu©n cËy, ThS NGUYÔN QUANG PHóC

ThiÕt kÕ yÕu tè h×nh häc®­êng « t«

nhµ xuÊt b¶n giao th«ng vËn t¶i

Pgs.ts bïi xu©n cËy, ThS NGUYÔN QUANG PHóC

ThiÕt kÕ yÕu tè h×nh häc®­êng « t«

nhµ xuÊt b¶n giao th«ng vËn t¶i – hµ néi, 2007

3

LỜI MỞ ĐẦU

Giáo trình thiết kế yếu tố hình học đường ô tô được biên soạn cho sinhviên các ngành Đường bộ, Cầu – Đường bộtheo đề cương chương trình giảng dạy của trường Đại học GTVT, đồng thời cũng là tài liệu tham khảo cho sinhviên các chuyên ngành khác trong khoa Công trình, sinh viên ngành kinh tế xây dựng, khoa Kinh tếcủa trường Đại học GTVT.

Giáo trình được biên soạn trên cơsở các giáo trình, bài giảng môn học thiết kế đường ô tô của bộ môn Đường bộ, Trường Đại học GTVT, các giáotrình thiết kếđường ô tô của Trường Đại học Xây dựng và cập nhật các quytrình thiết kế đường ô tô của Việt Nam TCVN 4054 – 05, 22TCN 273-01, tiêuchuẩn thiết kế hình học đường ô tô của Trung Quốc, CHLB Đức, AASHTO-Mỹ,...

Nội dung giáo trình chia thành 6 chương do PGS.TS Bùi Xuân Cậy chủ biên và biên soạn các chương 5, 6; ThS. Nguyễn Quang Phúc, biên soạn từchương 1 đến chương 4.

Để hoàn thành giáo trình này, chúng tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TSNguyễn Quang Toản, TS Trần Thị Kim Đăng, và các thày, cô giáo bộ môn Đường bộ đã đọc, sửa chữa, bổ sung, cung cấp tài liệu và cho những nhận xét quý báu.

Mặc dù đã rất nhiều cố gắng khi biên soạn nhưng do trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót, chúng tôi mong nhận đượccác ý kiến đóng góp quý báu của các thày, cô giáo, các bạn đồng nghiệp, các em sinh viên để lần xuất bản sau được hoàn thiện hơn.

Mọi đóng góp xin được gửi về Nhà xuất bản GTVT, 80B Trần Hưng Đạo, Hà Nội hoặc Bộ môn Đường bộ, trường Đại học GTVT, Láng Thượng, Đống Đa, Hà Nội. Điện thoại 04.7664531; Email: phucnq2002@yahoo.com.

Hà Nội, tháng 11 năm 2006

CÁC TÁC GIẢ.

4

5

CHƯƠNG 1CÁC KHÁI NIỆM SỬDỤNG TRONG MÔN HỌC

THIẾT KẾHÌNH HỌCĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 ĐƯỜNG BỘ VÀ MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG BỘ

1.1.1 Tầm quan trọng của mạng lưới đường bộ trong đời sống xã hội

a) Định nghĩa đường bộ

Thuật ngữ về đường ở nước ta cũng nhưmột số nước trên thếgiới hiện nay chưathật thống nhất. Trong giáo trình này sử dụng các định nghĩa sau đây.

- Đường bộ: Đường bộlà một tổng hợp các công trình, các trang thiết bị đảm bảo cho các loại xe và bộ hành lưu thông trên đường được an toàn, êm thuận và kinh tế.

- Đường ô tô: Đường dùng cho mọi đối tượng tham gia giao thông (từ người đi bộ đến xe ô tô). Trong các tài liệu nước ngoài gọi là đường giao thông công cộng.

+ Đường ô tô khi đi qua vùng trống, ít dân cưvà công trình xây dựng gọi làđường ngoài đô thị.

+ Đường ô tô khi đi qua khu dân cưtập trung, nhiều công trình xây dựng gọi là đường đô thị.

- Đường ô tô cao tốc: Đường giành riêng cho các đối tượng tham gia giao thông di chuyển với tốc độ cao.

Đường ô tô cao tốc cũng được chia thành:

+ Đường ô tô cao tốc ngoài đô thị

+ Đường ô tô cao tốc đô thị

b) Định nghĩa mạng lưới đường bộ

Tập hợp các con đường bộ có mục tiêu trong một vùng hay một quốc gia tạo nênmạng lưới đường bộ.

Mạng lưới đường bộ nối liền các điểm dân cư, các khu trung tâm văn hoá, chínhtrị, công nghiệp, nông nghiệp, các trung tâm giao thông nhưnhà ga, bến cảng, sân bay,... Mạng lưới này phục vụ cho việc đi lại của các đối tượng tham gia giao thông, vận chuyển hàng hoá, hành khách giữa các trung tâm đó. Vì vậy, dạng chung của mạng lưới trước hết phải phù hợp với hướng của các dòng giao thôngchính, đảm bảo cho các dòng này lưu thông thuận tiện với thời gian ngắn nhất,

6

hoặc chi phí ít nhất đồng thời giảm được tác động xấu đến môi trường thiênnhiên và với chi phí xây dựng hợp lý.

Mức độ phát triển của mạng lưới được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

1. Mật độ đường trên 1000 km2 diện tích lãnh thổ- Các nước phát triển : 250 -:- 1000 km/1000km2

- Các nước đang phát triển : 100 -:- 250 km/1000km2

- Các nước chậm phát triển : < 100 km/1000km2

2. Chiều dài đường trên 1000 dân

Được xem là ở mức độ trung bình khi đạt từ 3-:-5 km đường có lớp mặt cấp cao trên 1000 dân

3. Chiều dài đường trên 1 phương tiện giao thông (ôtô)

- Lưới đường được xem nhưđủ nếu đạt : > 50 m đường / 1 ôtô

- Cần bổ sung : 20-:-30 mđường / 1 ôtô

- Thiếu : < 20 m đường / 1 ôtô

c) Tầm quan trọng của mạng lưới đường bộ trong đời sống xã hội

Trong nền kinh tế quốc dân, vận tải là một ngành kinh tế đặc biệt và quan trọng. Nó có mục đích vận chuyển hàng hoá, hành khách từ nơi này đến nơi khác.Trong quá trình sản xuất, nó không làm tăng giá trị sử dụng của hàng hoá tuynhiên tầm quan trọng của nó dễ nhận thấy trong mọi ngành kinh tế. Nó cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu cho mọi nhà máy. Nó vận chuyển VLXD, máy móc tới để xây lắp nhà máy. Trong quá trình sản xuất, cũng lại cần vận chuyển từ phân xưởng tới phân xưởng, tới kho... Cuối cùng khâu phân phối tới tay người tiêudùng cũng lại phải nhờ tới vận tải.

Vận tải là mạch máu nối liền các khu trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá, du lịch, các khu công nghiệp, nông nghiệp, giữa thành thị với nông thôn,... phục vụ cho sự phát triển mọi lĩnh vực của nền kinh tế, phát triển xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng...

Hệ thống vận tải bao gồm các hình thức: vận tải thuỷ, vận tải hàng không, vận tải đường sắt và vận tải đường bộ, trong đó vận tải đường bộ đóng một vai trò đặc biệt quan trọng, là lựa chọn duy nhất khi trung chuyển hành hoá và hành kháchcủa các hình thức vận tải khác. Vận tải đường bộ còn rất thích hợp khi vận chuyển hành hoá và hành khách cự ly vừa và ngắn.

Vận tải đường bộ (chủ yếu là vận tải ô tô) có nhiều đặc điểm, trong những điều kiện nhất định những đặc điểm này làm cho vận tải đường bộcó nhiều thuận lợi và hiệu quả hơn so với các hình thức vận tải khác:

7

- Có tính cơđộng cao, linh hoạt, vận chuyển trực tiếp không cần thông qua các phương tiện trung chuyển. Có thể sử dụng hỗn hợp cho nhiều loại phươngtiện vận tải.

- Đường bộđòi hỏi đầu tưít vốn hơn đường sắt, độ dốc dọc khắc phục được lớn hơn nên có thể đến được các nơi địa hình hiểm trở. Vì vậy về mặt chính trị, quốc phòng, xã hội đây là một ngành vận tải rất quan trọng.

- Tốc độ vận tải khá lớn, nhanh hơn đường thuỷ, tương đương đường sắt, trênđường cao tốc có thể chạy trên 100 km/h nên trên các cự ly ngắn nó có thể cạnh tranh với hàng không.

- Cước phí vận chuyển trên đường bộ rẻ nhiều so với hàng không nên lượng hành khách và hàng hoá thường chiếm 80-90% về khối lượng hàng và 60-70% về khối lượng vận chuyển, ở nước ta là 50% và gần 90%.

Nhược điểm lớn nhất của vận tải ô tô là giá thành vận tải đắt hơn đường sắt vìnhiên liệu đắt, tỷ lệ số người phục vụ đối với 1 T.Km cao, tỷ lệ giữa trọng lượng bản thân và trọng lượng hàng lớn.

Tai nạn giao thông cao và gây ô nhiễm môi trường lớn cũng là nhược điểm chủ yếu của vận tải đường bộ so với các hình thức vận tải khác. Hàng năm trên thế giới có khoảng 25 vạn người chết vì tai nạn giao thông đường bộ. Ởnước ta, theo số liệu thống kê quản lý của Cục Cảnh sát giao thông đường sắt đường bộ (Bộ Công an) chỉ riêng 8 tháng đầu năm 2006, cả nước đã xảy ra 9.977 vụ làm chết 8.462 người và bị thương 7.728 người. Các nước phát triển có nhiều biện pháp vàđã phòng chống có hiệu quả tai nạn giao thông đường bộ nhưng đáng tiếc là ở các nước đang phát triển, con số này không ngừng tăng lên.

Công nghiệp chế tạo ô tô ngày càng phát triển, ô tô ngày càng được hoàn thiệnlàm cho sức chở tăng, tiêu hao nhiên liệu giảm, an toàn, ít gây ô nhiễm môi trường và mạng lưới đường ngày càng hoàn thiện nên hình thức vận tải này ngàycàng phát triển.

Để làm rõ hơn vai trò của vận tải đường bộ, chúng ta phân tích ưu nhược điểm của các hình thức vận tải khác so với đường bộ.

* Vận tải thuỷ :

Gồm có vận tải sông và vận tải biển. Ưu điểm chính của loại hình này là tiết kiệm được năng lượng vận chuyển. Số nhiên liệu để chuyển 1 tấn hàng chỉ bằng 1% so với vận tải hàng không nên giá cước rất rẻ. Tiền đầu tưchủ yếu vào tầu bèvà bến cảng. Vận chuyển được với khối lượng lớn, đường dài, hàng hoá cồng kềnh nhưdầu lửa, máy móc, than đá, ...

Loại hình vận tải này có nhược điểm là bị hạn chế bởi luồng lạch, bến cảng, phương tiện nên không linh hoạt phải cần các phương tiện vận chuyển trung gian

8

(trung chuyển). Ngoài ra còn phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu thời tiết vàtốc độ vận chuyển chậm.

Hiện nay, cả nước ta có trên 80 cảng biển lớn nhỏ, trong đó một số cảng tổng hợp quốc gia đã và đang được nâng cấp mở rộng nhưHải Phòng, Cái Lân, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Nha Trang, Sài Gòn, Cần Thơ, ...

Tổng chiều dài đường sông có khoảng 41.900 Km sông, kênh các loại, nhưngmới quản lý, khai thác vận tải 8.036 Km. Vận tải sông giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong giao thông ở khu vực đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long.Tuy nhiên, giao thông vận tải sông vẫn bị hạn chế do luồng lạch thường xuyên bị sa bồi, khối lượng nạo vét rất lớn, thiếu thiết bị dẫn luồng; các cảng sông nhỏ, năng lực thấp, trang thiết bị bốc xếp lạc hậu, sức chứa kho bãi không đủ. Đa số các cảng chưa có nối kết liên hoàn với mạng giao thông quốc gia.

* Vận tải hàng không

Phương thức vận tải này hiện nay phát triển rất nhanh chóng, ưu điểm của vận tải hàng không là tốc độ cao (từ 300-1000 km/h) nên tiết kiệm được thời gian vận chuyển. Ngoài ra còn là hình thức vận tải an toàn và tiện nghi đối với hànhkhách, loại hình vận tải này rất thích hợp với các cự ly vừa và lớn.

Nhược điểm là giá thành đắt; hạn chế bởi tuyến bay, sân bay, thiết bị, phươngtiện nên không cơđộng mà cần phải có các phương tiện trung chuyển.

Hiện nay, ngành hàng không dân dụng Việt Nam đang quản lý, hoặc cùng quản lý và khai thác 17 sân bay trong mạng cảng hàng không sân bay toàn quốc, trong đó có 3 sân bay quốc tế Nội Bài, Tân Sơn Nhất và Đà Nẵng. Trong điều kiện vốn cấp từ ngân sách nhà nước còn hạn hẹp, ngành tập trung đầu tưnâng cấp chủ yếu cho 3 cảng hàng không sân bay quốc tế về các hạng mục nhà ga, đường băng, đường lăn, sân đỗ... và một số sân bay nội địa nhưVinh, Phú Bài, Điện Biên, CátBi, Phú Quốc, Buôn Mê Thuột, Liên Khương, Pleiku...

* Vận tải đường sắt

Tốc độ vận chuyển trên đường sắt khá cao, tới 100 km/h với tàu thường và gần 300 km/h với tàu cao tốc. Chuyên chở đường dài, giá cước rẻ, vận chuyển được hàng hoá cồng kềnh, khối lượng vận chuyển lớn.

Cũng nhưcác hình thức vận tải trên, vận tải đường sắt cũng bị hạn chế bởi tuyến đường, nhà ga, phương tiện, ... nên không cơđộng mà cần phải có các phươngtiện trung chuyển.

Đường sắt Việt nam tồn tại 3 loại khổ đường : Khổ đường 1m, khổ đường1m435 đường lồng (cả 1m và 1m435) với tổng chiều dài 3.142,69 km gồm 2.632 km đường sắt chính tuyến, 402,69 km đường Ga, 107,95 km đường nhánh .Bề rộng nền đường phần lớn là 4,4 m. Đặc biệt toàn mạng còn hơn 300 km dùng ray nhỏ (riêng tuyến Thống Nhất còn 206km).

9

Bảng 1.1 Mạng lưới đường sắt Việt Nam (2000)Tuyến đường Tổng số Đường

chínhĐường ga Đường

nhánhThống Nhất 1.977,44 1724,95 212,49 40,01

Phủ lý -Kiện khê 6,91Diêu Trì -Quy nhơn 12,45 10,75 1,69

Mương mán -Phan Thiết 12,55 12,00 0,55Cầu Giát-Nghĩa đàn 32,38 30,00 2,38Đà lạt -Trại mát 7,65 0,93 6,72

Hà nội -Đồng đăng 228,80 163,30 53,37 12,14Mai pha -Na dương 33,10 29,64 3,45Gia Lâm -Hải phòng 136,37 95,74 20,75 19,89Yên viên -Lao Cai 362,05 285,18 58,65 18,22

Đông Anh - Thái nguyên 69,56 54,68 13,08 1,81Kép -Lưu xá 58,71 56,74 1,97

Kép -Hạ Long 134,55 105,06 27,23 2,25Chi linh - Phả lại 17,29 14,88 2,40

Bắc hồng -Văn Điển 52,89 49,15 3,74Tổng số 3142,69 2632,06 402,69 107,95

1.1.2 Mạng lưới đường bộ Việt Nam, hiện tại và tương lai phát triển

a) Quá trình phát triển của mạng lưới đường bộ Việt Nam

Theo những thưtịch cổ, vào thời Hùng Vương, đất Văn Lang đã có những tuyến đường cho người, ngựa xe cộ có thể đi từ Mê Linh tới Ích Châu (Trung Quốc). Bước vào thời kỳ Đại Việt, đã có những tuyến đường nhưđường từ Đại La tới biên giới Lạng Sơn. Đây cũng là đoạn đầu của con đường Thiên Lý được mở rộng sau này bởi vua Lý Thái Tổ. Ngoài ra, còn các con đường dọc theo sông Hồng từ Mê Linh ngược lên Côn Minh, từ Bắc Ninh đi Phả Lại-Lục Đầu tới Quảng Ninh sang Trung Quốc (cơsở của đường 18 hiện nay), đường từ Thăng Long tới vùng đồng bằng Bắc Trung Bộ qua Tam Điệp vào Nghệ An, Hà Tĩnh,đường "thượng đạo", tiền thân của quốc lộ 6 ngày nay từ Thăng Long qua Gốt, Hoà Bình, đường từ Vụ Ôn (Hương Sơn Hà Tĩnh) vượt Trường Sơn qua Lào.

Tới thế kỷ thứ X,"thượng đạo" là tuyến đường duy nhất nối đồng bằng sông Hồng với vùng Thanh Nghệ, đoạn đầu của thương đạo hầu nhưtrùng với Quốc lộ 6 hiện nay. Trước đó, năm 992, Vua Lê Hoàn còn cho làm con đường từ Cửa Sót (Hà Tĩnh) vào đến Châu Lý (Quảng Bình) để di dân.

Ngoài ra, từ kinh thành Thăng Long còn có các tuyến toả ra các vùng miền núi, đồng bằng, vùng biển nhưđường đi Châu Phong (Sơn Tây), Châu Đăng (HưngHoá) Tân Châu Long Châu (Hà Bắc) Nam Sách, Hồng Châu (Hải Hưng) Trường Châu (Nam Định, Ninh Bình) vv...

10

Sau khi thực dân Pháp xâm lược nước ta, đến năm 1912, mới có quyết định xây dựng hệ thống đường bộ toàn Đông Dương. Hệ thống này bao gồm cả những con đường trước đây với tổng số 30.000km, trong đó có 13.000km đường rải đá, 10.000km đường đất ôtô đi được, còn 7000km đường hẹp, chỉ đi lại được vàomùa khô. Đến năm 1925, con số này đã tăng gấp 3 lần. Trong các tuyến lúc bấy giờ đường số 1 còn gọi là đường xuyên Việt có tổng chiều dài trên đất Việt Nam là 2000km, cho đến năm 1943 vẫn còn một số đoạn chưa hoàn thiện mặt đường và một số cầu, và chỉ mới rải nhựa được 1500 km. Ngoài một số cầu treo, cầu sắt, phần lớn các cầu bằng BTCT. Bề rộng nên đường đào đắp là 6m, bán kính khôngdưới 15m, độ dốc không quá 6%. Sau 13 năm làm đường số 1 (1913 - 1925) vẫn còn 162km chỉ có nền đường và chỉ có thể chạy xe vào mùa khô, mùa mưa phải đi vòng lên đường 11,12 để tránh đoạn Phan Rang - Phan Thiết. Các tuyến khác nhưđường số 2, 3, 6, 5, 4 ở miền Bắc đã có đường số 7, 8, 9, 11, 12 ở miền Trung và đường số 13, 15, 16 ở Nam Bộ vv... cũng đang xây dựng. Tính đến hết năm 1925, ở Bắc Bộ có 1690km đường rải đá và 3860km đường đất, ở Trung Bộ có 1080km đường rải đá và 2050km đường đất, ở Nam Bộ có 710km đường rải đá và 140kmđường đất.

Đến trước Cách mạng tháng 8 năm 1945, nước ta có tổng số 6.184km đường ôtô, trong đó có 2.632km đường rải nhựa, 2.610km đường rải đá, còn lại là đường đất. Mạng đường nói trên có tiêu chuẩn kỹ thuật thấp: nền mặt đường hẹp (5 -8m, có đường chỉ 2,5-3,5m) độ dốc lớn, bán kính đường cong bé, cua ngoặt nhiều, năng lực thông qua hạn chế nhất là mùa mưa lũ, đèo dốc bị sụt lở, hàngtrăm điểm vượt sông bằng phà mà phần lớn phà chỉ có trọng tải 6 T dùng dây kéohoặc chèn bằng tay.

Trong những năm kháng chiến chống thực dân Pháp, trong các vùng giải phóng, đã có 505km đường được làm mới và 1.210km đường, 3.000m cầu được cải tạo, sửa chữa... Sau khi hoà bình lập lại năm 1954, miền Bắc bước vào việc khôi phục các QL 1A, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 19, 11, 12, 13, 15, 18 và tập trung xây dựng một số tuyến mới nhưtuyến Điện Biên -Tuần Giáo dài 82km, tuyến Bản Lẻng-Lai Châudài trên 200km, khai thông tuyến Thung Khe dài 52km, xây dựng lại nhiều cầu, bỏ bớt được 20 bến phà. Năm 1962 nâng cấp QL 2 Hà Nội - Hà Giang, khởi công tuyến Hà Giang - Mèo Vạc 150km. Năm 1964 nối tuyến Phong Thổ - Lào Cai vàtuyến 13C dọc theo thuỷ điện Thác Bà dài gần 200km...

Trong vòng 10 năm 1955 - 1965, có 707 km đường bộ được khôi phục, trên 1000km làm mới. Mạng lưới đường bộ trong giai đoạn này có 10585 km trong đó5373 km do Trung ương quản lý và 5212 km do địa phương quản lý với tổng cộng 2700 chiếc cầu có tổng chiều dài khoảng 22.000m.

Trong những năm kháng chiến chống Mỹ, quân và dân ta đã hy sinh, dũng cảm và sáng tạo trong việc xây dựng tuyến vận tải chiến lược Trường Sơn, nối đường 15 với đường 14, 13 từ Tân Kỳ và Dak Rông Hiên - Giằng - Phước Mỹ Păn To-Kon Tum - Plây Cu - Buôn Ma Thuột - Đắc Min - Kiến Đức - Chơn Thành - Tây

11

Ninh. Đường từ Đắc Rông vào Chơn Thành đã có 185 cầu, ngầm dài 4739 m, có6 cầu lớn dài 91m-180m. Đây là tuyến đường chiến lược đảm bảo nhu cầu vận tải cho chiến trường Miền Nam.

Sau ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng, ngành GTVT đã tiếp quản hệ thống đường bộ miền Nam với tổng chiều dài là 21.836 km với 4564 cây cầu các loại (có tổng chiều dài các cầu là 115.512m). Trong đó, hệ thống xa lộ, quốc lộ liêntỉnh lộ là 6.489km, còn tỉnh lộ, hương lộ và đường thị xã là 15.347km. Cầu vĩnh cửu chỉ chiếm 27%, còn lại là cầu tạm, cầu bán vĩnh cửu.

Hệ thống đường bộ của cả nước sau khi thống nhất đất nước có khoảng 48.000km trong đó quốc lộ là 10.629 km, với khoảng trên 3000km đường bêtôngnhựa, 3445 km láng nhựa, còn lại là mặt đường đá dăm cấp phối.

b) Những đặc điểm của mạng lưới đường bộ Việt Nam hiện tại

Được sự đầu tưcủa Chính phủ bằng nguồn vốn trong nước, vốn vay của nước ngoài và các tổ chức quốc tế, hệ thống cơsở hạ tầng đường bộ của nước ta đã cónhững bước phát triển đáng kể: Xây dựng mới 1200km, khôi phục nâng cấp hơn4.000km quốc lộ quan trọng, xây gần 12.000m cầu; trong đó có hàng chục cầu lớn; nâng cấp hàng chục nghìn kilômét đường giao thông nông thôn. Các công trình này được đưa vào khai thác đã phát huy hiệu quả góp phần quan trọng làmtăng trưởng nền kinh tế quốc dân.

Thành phần mạng lưới đường bộ được phân theo cấp quản lý, theo số liệu tổng hợp hiên trạng về cầu đường bộ Việt Nam tính đến thời điểm tháng 10/1999 (các số liệu về đường bộ tỉnh lộ và đường bộ đô thị được tổng hợp thời điểm 1/1/1998) nhưsau: (Bảng 1.2)

Bảng 1.2. Hiện trạng hệ thống đường bộ và kết cấu mặt đườngĐường và kết cấu mặt

Hệ thống

đường

Tổng chiều dài Bê tông xi

măng

Bê tông nhựa Đá dăm thấm

nhập nhựa

Cấp phối đá

dăm

Mặt đường đất

Km % Km % Km % Km % Km % Km %

Quốc lộ 15250 7.4 75 0.5 4228 27.7 5177 33. 9 4775 31.3 995 6.5

Tỉnh lộ 17450 8.5 12 0.1 387 2.2 3561 20.4 8605 49.3 4885 28.0

Đô thị 3211 1.6 0 0 1246 38.8 1965 61.2 0 0 0 0

Huyện lộ 36950 18.0 0 0 53 0.1 3558 9.6 17932 48.6 15362 41.6

Đường xã 132055 64.5 0 0 0 0 2922 2.2 52446 39.7 76687 58.1

Tổng cộng 204871 100 87 17138 83758 97929

Theo tiêu chuẩn TCVN 4054-85, hệ thống đường quốc lộ Việt Nam được phân theo các cấp nhưbảng sau:

12

Bảng 1.3 Hiện trạng cấp hạng kỹ thuật của đường

Cấp đường Chiều dài (km) Tỷ lệ (%)

- Đường cấp II 212 0.7

- Đường cấp III 3762 23.6

- Đường cấp IV 5764 38.7

- Đường cấp V và VI 5512 37

Tổng cộng 15250 100

Theo các số liệu đã thống kê được vào tháng 10/1999 ở Việt Nam có khoảng 204.871km đường bộ, mật độ phân bổ trung bình của hệthống đường bộ trêntoàn lãnh thổ (không tính đường xã và chuyên dụng khoảng 0,219km/km2); tính trên số dân là 0,81km/1000 dân là thấp so với một số nước trong khu vực (Thái Lan: 1,03km/1000 dân; Trung Quốc 0,94km/1000 dân). Tỷ lệ đường được rải mặt của Việt Nam đạt 29,6% (không tính đường xã và đường chuyên dụng), ở mức thấp so với các nước trong khu vực (trên thế giới con số này lớn hơn 50%).Hiện nay, nhiều nước châu Á đã có đường bộ cao tốc nhưSingapore, Malaysia,Thái Lan, Hàn Quốc, Trung Quốc, trong đó có tỷ lệ chiều dài đường cao tốc so với chiều dài toàn mạng đường bộ tương đối cao: Singapore 4,4%, Hàn Quốc 2,5%, ở Việt Nam hiện nay (2006) chỉ có tuyến đường cao tốc Pháp Vân-Cầu Giẽ (30km) và một số tuyến đường cao tốc khác đang được triển khai xây dựng (Cầu Giẽ-Ninh Bình, 56km; Sài Gòn-Trung Lương, 40km; Láng-HòaLạc,30km...). Với chất lượng kém, xây dựng từ lâu lại bị tàn phá trong hai cuộc chiến tranh giữ nước, không được duy tu bảo dưỡng, nâng cấp và chính sáchquản lý, chính sách tạo vốn duy trì mạng lưới giao thông đường bộ của Nhà nước còn nhiều hạn chế nên chưa tạo điều kiện cho giao thông đường bộ phát triển. Mặt đường bêtông xi măng và bêtông nhựa chiếm 9,37% tổng số km đường bộ, mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa chiếm 6,4%; mặt đường trải đá, cấp phối vàđường đất chiếm trên 80%. Điều này thể hiện mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam về chất lượng quá thấp là vật cản không nhỏ đối với nền kinh tế đang chuyển sang theo cơchế thị trường.

Cơsở hạ tầng giao thông đường bộ của Việt Nam vẫn còn lạc hậu, quy mô nhỏ, chưa đáp ứng được yêu cầu công nghiệp hoá-hiện đại hoá đất nước. Để đảm bảo thuận lợi cho việc hội nhập khu vực và quốc tế, cần có sự đầu tưlớn hơn nữa. Trước mắt để tiến tới hội nhập quốc tế cần phải giải quyết triệt để những điểm yếu kém nhưsau:

- Cơsở hạ tầng giao thông đường bộ đã được xây dựng từ lâu, việc sửa chữa, cải tạo không đồng bộ, tiêu chuẩn kỹ thuật thấp, chưa có tuyến nào vào đúngcấp;

13

- Tỷ lệ mặt đường rải nhựa thấp (15,5% cho toàn bộ hệ thống; 59,5% đối với hệ thống quốc lộ);

- Khổ đường hẹp (mặt đường rộng từ 2 làn xe trở lên trên hệ thống quốc lộ chỉ đạt 26,2%).

- Nhiều cầu có trọng tải thấp, khổ hẹp (chiếm 20%). Một số vị trí qua sông suối còn phải dùng phà hoặc đường tràn. Riêng trên hệ thống quốc lộ vẫn còn 40bến phà đang hoạt động;

- Còn 602 xã chưa có đường ô tô đến trung tâm; còn gần 100.000 km đường giao thông nông thôn chỉ đi được mùa khô; ở đồng bằng sông Cửu Long cầu khỉ còn là cầu dân sinh phổ biến, do vậy việc đi lại rất khó khăn;

- Giao thông đô thị yếu kém: thiếu hệ thống giao thông tĩnh, thường xuyên ùntắc giao thông, hệ thống vận chuyển hành khách công cộng kém phát triển, tai nạn giao thông ngày càng gia tăng;

Về mặt phân bổ và mật độ theo vùng, có thể thấy mạng lưới đường bộ Việt Nam từ đường đất đến đường ôtô phân bổ không đều giữa các tỉnh trong nước. Các vùng châu thổ sông Hồng (miền Bắc) và châu thổ sông Cửu Long (miền Nam) có mật độ cao hơn cả. Vùng miền Trung và vùng miền núi mật độ đường thấp.

c) Quy hoạch phát triển của mạng lưới đường bộ Việt Nam đến năm 2020

* Quan điểm:

Giao thông vận tải đường bộ là phương thức vận tải quan trọng, cơđộng, có tính xã hội hoá rất cao, cần đi trước một bước để tạo tiền đề, làm động lực phát triển kinh tế - xã hội. Trên cơsở tận dụng tối đa năng lực cơsở hạ tầng đường bộ hiện có, coi trọng việc duy tu, củng cố, nâng cấp mạng đường bộ hiện tại. Ða dạng hoá các nguồn vốn, các hình thức đầu tư, ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật , vật liệu công nghệ mới để phát triển giao thông vận tải đường bộ một cách thống nhất, cân đối, đồng bộ. Phát triển giao thông nông thôn, vùng núi cao, vùng sâu,vùng xa, vùng biên giới. Phát triển giao thông vận tải đường bộ trong hệ thống giao thông đối ngoại, phục vụ việc hội nhập khu vực và quốc tế.

* Quy hoạch phát triển cơsở hạ tầng đường bộ đến năm 2020.

- Mục tiêu:

Giai đoạn 2001 - 2010: hoàn thiện hệ thống mạng lưới đường bộ, xây dựng mới các tuyến đường cao tốc.

Giai đoạn 2010 - 2020: Tiếp tục hiện đại hoá hệ thống cơsở hạ tầng đường bộ, xây dựng mới các tuyến đường cao tốc.

* Quy hoạch phát triển các tuyến đường bộ Việt Nam đến năm 2020:

Trục xuyên Quốc gia:

14

Quốc lộ 1A sẽ hoàn thành nâng cấp vào năm 2002 với tiêu chuẩn đường cấp III, 2 làn xe. Sau năm 2010, để đảm bảo nhu cầu vận chuyển trên tuyến Bắc - Namnhiều đoạn trên quốc lộ 1A phải được mở rộng thành đường cấp I. Tuyến xuyênViệt thứ 2 tiêu chuẩn đường cấp III, 2 làn xe.

Khu vực phía Bắc:

Trọng tâm phát triển hệ thống giao thông đường bộ khu vực này gồm: các trục đường bộ nối các trung tâm kinh tế của khu kinh tế trọng điểm Hà Nội - HảiPhòng - Quảng Ninh. Các trục quốc lộ nan quạt từ Hà Nội đi các cửa khẩu biêngiới, các cảng biển, các tỉnh phía bắc. Các tuyến vành đai phía bắc. Ðường tránh ngập sau khi xây dựng xong thuỷ điện Sơn La. Dự kiến trong giai đoạn 2005-2010 sẽ xây dựng đường Ðiện Biên -Sông Mã dài 165 km, tiêu chuẩn cấp V. Sau năm 2010 xây dựng mới đường Pa Tân - Mường Tè - Biên giới với chiều dài 150km, tiêu chuẩn đường cấp V. Xây dựng các đường vành đai ở các thành phố HàNội, Hải Phòng; đường cao tốc Láng - Hoà Lạc.

Khu vực miền Trung:

Các trục dọc của tuyến xuyên Việt thứ 2 và Quốc lộ 1A. Các trục ngang nối với Lào, Campuchia và nối khu vực Tây Nguyên với các cảng biển ; nối các khucông nghiệp nhưDung Quất , cảng Đà Nẵng, Vũng Áng với hệ thống đường quốc gia. Các đường dọc biên giới cần được nối liền nhau.

Khu vực phía Nam:

Các trục nối liền các trung tâm kinh tế trọng điểm thành phố Hồ Chí Minh - BiênHoà -Vũng Tàu. Các trục đường nan quạt từ thành phố Hồ Chí Minh đến các cảng biển, cửa khẩu, biên giới. Các trục chủ yếu của đồng bằng sông Cửu Long.

Tuy nhiên quy hoạch mạng lưới đường bộcòn phụ thuộc vào quan điểm và tầm nhìn của những người hoạch định chính sách.

1.2 CÁC BỘ PHẬN CỦA ĐƯỜNG BỘ

1.2.1 Tuyến đường

Tuyến đường là đường nối giữa các điểm tim đường (các điểm nằm giữa nềnđường hoặc giữa phần xe chạy). Tuyến đường là một đường không gian, nó luônluôn chuyển hướng để phù hợp với địa hình và thay đổi cao độ theo địa hình.

Tuyến đường được thể hiện bằng 3 bản vẽ:

- Bình đồ tuyến đường: Hình chiếu bằng của tuyến đường.

- Trắc dọc tuyến: Có thể hình dung là hình chiếu đứng của tuyến đường khi ta đem duỗi thẳng.

- Trắc ngang tuyến: Hình chiếu của đường thiên nhiên khi cắt vuông góc với tim tuyến đường.

15

a) Bình đồ :

Bình đồ tuyến là hình chiếu bằng của tuyến đường và địa hình dọc theo tuyến đường. Bình đồ tuyến gồm 3 yếu tố tuyến chính là : đoạn thẳng, đoạn đường cong tròn và đoạn đường cong có bán kính thay đổi (gọi là đường cong chuyển tiếp)

Do bị hạn chế bởi điều kiện địa hình nên tuyến đường ô tô trên hình chiếu bằng thường phải uốn lượn, vì vậy bình đồ gồm các đoạn thẳng và đoạn cong nối tiếp nhau. Trên bình đồ cao độ của mặt đất thiên nhiên biểu diễn bằng các đường đồng mức, vị trí tuyến đường xác định trên bình đồnhờ các yếu tố sau (Hình1.1):

Hình 1.1 Các yếu tố tuyến trên bìnhđồ

- Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên 0;

- Các điểm chuyển hướng Đ1, Đ2, Đ3,... (gọi là cácđỉnh đường cong);

- Các góc chuyển hướng 1, 2, 3, … tại các đỉnh;

- Chiều dài các đoạn thẳng;

- Các yếu tố của đường cong (đường cong tròn và đường cong có bán kínhthay đổi);

Khi cắm tuyến trên thực địa tất cả các yếu tố trên được đánh dấu bằng các cọc cùng với các cọc đánh dấu lý trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc H), các cọc đặt ở những chỗ địa hình thay đổi (cọc địa hình), các cọc tại vị trí bố trí công trình và các cọc chi tiết.

Bình đồ đường là bản vẽ thể hiện hình chiếu bằng toàn bộ công trình đường.

16

b) Trắc dọc

Trắc dọc tuyến đường thể hiện diễn biến thay đổi cao độ thiên nhiên và cao độ thiết kế của tuyến đường dọc theo tim đường.

Trắc dọc thường được vẽ với tỷlệ theo chiều dài (1/500, 1/1000, 1/5000,...) tỷ lệ đứng gấp 10 lần tỷlệ dài (tương ứng 1/50 và 1/100; 1/500 , ...)

Đường thể hiện diễn biến cao độ mặt đất tự nhiên trên trắc dọc gọi là đường đen,đường thể hiện diễn biến cao độ thiết kế gọi là đường đỏ. 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 lõmdạng đường tròn hoặc parabol.

Lý tr×nh

§o¹n th¼ng, ®o¹n cong

Tªn cäc

Cù ly céng dån

Cù ly lÎ

Cao ®é thiªn nhiªn

Cao ®é thiÕt kÕ

Dèc däc thiÕt kÕ

R·nh däc bªn ph¶i

R·nh däc bªn tr¸i

cä

c1

2,k

m0+

224.

87

Cè

ng

hép

bxh

=1.2

5x1.

25m

gia

o®

­êng

s¾t

cä

ch1

,km

0+09

8.04k

m76

0+80

2.00

(lý

tr×

nh

the

oq

l1)

®iÓ

m®

Çud

ùn

Hình 1.2 Một đoạn trắc dọc thiết kế

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.

Dựa vào đường đỏ trắc dọc tính được cao độ thiết kế của các điểm trên tuyến đường. Sự chênh lệch giữa cao độ đỏ và cao độ đen là cao độ thi công (cao độ đào đắp tại tim các cọc)

17

c) Trắc ngang

Trắc ngang là hình chiếu các yếu tố của đường khi cắt vuông góc với tim đường ở mỗi điểm trên tuyến (ở vị trí các cọc).

Trên trắc ngang, các cao độ của địa hình thiên nhiên cũng được thể hiện bằng màu đen, các yếu tố thiết kế được thể hiện bằng màu đỏ.

Các bộ phận của đường nhưtrình bày ở phần 1.2.2

B

b c

ChiÒu réng nÒn ®uêng

ChiÒu réng mÆt ®uêng LÒ ®uêng

gia cè

lÒ ®uêng

KÕt cÊu gia cè lÒ

Cao ®é thiÕt kÕ tim ®uêng

R·nh däc

Km4+700

lÒ ®Êt

§uêng thiªn nhiªn

in (%)i® (%) igcl (%) igcl (%) i® (%)in (%)

h7

Ta luy ®¾p (-)1/m

Ta lu y ®µo (+)

1/n

KÕt cÊu mÆt ®uêng

Hình 1.3 Trắc ngang đường

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

1.2.2 Các bộ phận của đường

- Mặt đường (áo đường): Bộ phận nền đường được tăng cường bằng 1 hoặc nhiều lớp kết cấu áo đường đảm bảo cho phương tiện và bộ hành đi lại an toàn, êm thuận.

3 lµn xe d¶i c©yxanh

xe th« s¬®õ¬ng gom

xe ®¹p

Km2+500.00

3 lµn xed¶i c©yxanh

xe th« s¬®õ¬ng gom

xe ®¹p

Tr¾c ngang ®­êng cÊp cao

Hình 1.4 Trắc ngang đường cấp cao.

18

- Phần xe chạy dành cho giao thông cơgiới: Bộ phận mặt đường dành cho cácphương tiện giao thông cơgiới đi lại.

- Phần xe chạy dành cho giao thông địa phương: Bộ phận mặt đường đáp ứng nhu cầu đi lại của các phương tiện giao thông di chuyển với cự ly ngắn trước khi vào đường chính. Phần này còn là đường gom để khống chế xe cơgiới vào, ra đường chính có tốc độ cao ở những vị trí nhất định.

- Làn xe: là một dải đường của phần xe chạy có bề rộng đủ cho một hàng xechạy an toàn.

- Làn xe đặc biệt: Làn xe được bố trí thêm cho các mục đích đặc biệt như: lànchuyển tốc, làn leo dốc, làn vượt xe, làn tránh xe, làn dự trữ,...

- Làn đỗ xe khẩn cấp: Làn xe được bố trí sát mép phần xe chạy chính ở các đường cao tốc để đỗxe khi có nhu cầu đỗ xe, dừng xe khẩn cấp.

- Dải phân cách giữa: Dải đường không chạy xe đặt ở tim tuyến, bốtrí theochiều dọc của đường, phân cách hai phần xe cơgiới chạy ngược chiều.Thường dải phân cách giữa chỉ được bố trí khi đường có 4 làn xe trở lên.

- Dải phân cách bên: Dải đường không chạy xe đặt ở mép phần xe cơgiới, bố trí theo chiều dọc của đường, phân cách các loại giao thông với nhau

- Dải an toàn: Dải hình băng đặt ở mép dải phân cách, bố trí theo chiều dọc của đường, đảm bảo xe không va chạm với dải phân cách tăng cường an toàngiao thông.

- Dải định hướng: Là vạch sơn kẻ liền (trắng hoặc vàng) sát với mép mặt đường được bố trí ở các đường có tốc độ cao để dẫn hướng, đảm bảo an toànxe chạy.

- Dải cây xanh: Dải đất trồng cây xanh trong phạm vi chiếm đất của đường.

- Lề đường: Dải hình băng có một chiều rộng nhất định kể từ mép ngoài của phần xe chạy đến mép ngoài của nền đường để bảo vệ phần xe chạy, đảm bảo cho lái xe yên tâm chạy với tốc độ cao, đặt các thiết bị an toàn giao thông vàdùng để đỗ xe tạm thời,...

Lề đường bao gồm phần lề gia cố và lề đất.

- Đường xe đạp: Phần đường giành riêng cho xe đạp.

- Đường đi bộ: Phần đường giành riêng cho người đi bộ.

- Độ dốc ngang: Độ dốc theo hướng ngang của các bộ phận của đường: mặt đường, lề đường, dải phân cách, dải cây xanh,... tính bằng phần trăm.

- Mái dốc (ta luy đường): Mái đất, đá được thiết kế với các độ dốc nhất định tính từ mép nền đường đến đất thiên nhiên. Có 2 loại mái dốc đào và đắp.

19

- Rãnh thoát nước: Rãnh được bố trí trong phạm vi đường để thoát nước cho công trình đường. Tùy từng vị trí đặt rãnh mà có các loại rãnh nhưrãnh dọc (rãnh biên), rãnh đỉnh, rãnh tháo nước,...

- Tĩnh không: là giới hạn không gian nhằm đảm bảo lưu thông cho các loại xe, trong phạm vi này không cho phép tồn tại bất kỳ chướng ngại vật nào, kể cả các công trình thuộc về đường nhưbiển báo, cột chiếu sáng,...

- Dải đất dành cho đường: Toàn bộ phần đất xây dựng con đường, các côngtrình phụ thuộc của đường và dải đất trống xác định để bảo vệ công trìnhđường và an toàn giao thông.

1.2.3 Các bộ phận đặc biệt của đường

- Bến xe: Công trình xây dựng ở các đầu mối giao thông, dùng cho xe đón trả khách và bốc xếp hàng hóa, có các dịch vụ phục vụ hành khách và xe.

- Trạm xe buýt: Nơi dừng xe buýt được bố trí ở những vị trí thuận lợi cho việcđón, trả khách của ô tô vận tải công cộng. Thường trạm xe buýt được bố trí ở phần mặt đường mở rộng thêm không làm cản trở cho dòng xe đi thẳng.

- Trạm xăng: Nơi cung cấp xăng dầu cho xe đi lại trên đường, được bố trí gầnbên đường với cự ly khoảng 20km (tùy thuộc vào dự trữ nhiên liệu thôngthường của phương tiện chủ yếu)

- Trạm phục vụ: Được bố trí ngoài phạm vi đường phục vụ cho hành khách vàphương tiện như: Nơi nghỉ ngơi ngắm cảnh, rửa xe, kiểm tra sửa chữa xe, nơiăn uống, tắm giặt, vệ sinh, điện thoại, hoặc mua xăng dầu,...

Trạm phục vụ thường được bố trí gần các thị trấn, thị tứ hay khu dân cưbênđường với khoảng cách 50km trở lên.

1.2.4 Các khái niệm về giao thông đường ô tô

a) Các đối tượng tham gia giao thông trên đường bộ

Xe cơgiới là đối tượng phục vụ chủyếu của đường, người thiết kế đường phải hiểu về xe chạy trên đường để thỏa mãn các nhu cầu của nó. Trên đường cao tốc chỉ cho phép xe ô tô và mô tô lưu thông, nhưng trên đường ô tô, theo luật hiện hành, tất cả các đối tượng tham gia giao thông (ô tô, xe máy, xe đạp, bộ hành,...trừ xe bánh xích) được phép lưu thông trên đường.

Người đi bộ: Người đi lại trên đường không dùng các phương tiện nào khác.

Xe đạp

- Xe đạp: chỉ phương tiện vận tải có ít nhất là hai bánh xe trở lên và chuyển động được bằng sức người ngồi (hoặc đứng) trên phương tiện đó. Xe chuyêndùng của người tàn tật có tính năng nhưtrên cũng xếp vào loại xe đạp.

20

- Xe đạp thồ: là chỉ xe đạp chở trên giá đèo hàng hoặc chằng buộc hai bênthành xe, những vật cồng kềnh nhưsọt, bao tải, thùng phi, bàn ghế tủ v.v...

Xe đạp là các phương tiện giao thông thuận lợi vì đầu tưkhông cao, tiện lợi hợp sinh thái. Tuy nhiên, lượng xe đạp đông gây trở ngại cho giao thông và gây nhiều tai nạn giao thông.

Xe máy: Bao gồm xe gắn máy và mô tô

- Xe gắn máy: là phương tiện vận tải hai hoặc ba bánh, được gắn máy, chuyển động bằng động cơcó thể tích làm việc dưới 50cm3. Khi tắt máy đạp xe đi được.

- Mô tô: (Xe máy) là phương tiện vận tải hai hoặc ba bánh, chuyển động bằng động cơcó thể tích làm việc trên 50cm3, trọng lượng toàn bộ (không kể người và hàng) không quá 450kg.

Xe máy là phương tiện giao thông linh hoạt, giá mua không cao, chi phí đi lại thấp nên rất phát triển và dần thay thế xe đạp. Tuy nhiên xe máy cũng gây ranhiều tai nạn giao thông đường bộ.

Xe ô tô

Xe ô tô là đối tượng chủ yếu được nghiên cứu để đưa ra các lý thuyết thiết kếđường. Vì ô tô được chế tạo ở nhiều nước, bởi nhiều hãng nhưng lại lưu thôngtrên phạm vi toàn thế giới nên cần phải được thống nhất về kích thước, trọng tải,... Công ước về giao thông1 được ký ngày 19/9/1949 tại Geneva (Thụy Sỹ) đãđề ra các nguyên tắc chủ yếu nhưng vẫn cho phép từng quốc gia có quy định riêng không vượt quá khuôn khổ của Công ước.

Bảng 1.4. Kích thước của xe theo Công ước Geneva-1949[18].Quy địnhKích thước và loại xe

Tính bằng mét Tính bằng feetChiều rộngChiều caoChiều dài- Xe tải nhẹ hai trục- Xe con, xe khách hai trục- Xe tải, xe khách ≥ ba trục- Xe tải, xe khách nối ghép- Xe kéo một moóc- Xe kéo hai moóc

2,503,80

10,0011,0011,0014,0018,0022,00

8,2012,50

33,0036,0036,0046,0059,0072,00

1 Convention on Road Traffic - Geneva, 19 September 1949

21

Theo điều lệ báo hiệu đường bộ ở nước ta, có thể định nghĩa các loại xe ô tô sau:

- Ôtô con: là ôtô chở người có không quá 10 chỗ ngồi kể cả lái xe, và ôtô chở hàng với trọng tải không quá 1,5tấn. Ôtô con bao gồm cả các loại có kết cấu nhưmôtô nhưng trọng lượng bản thân từ 450kg trở lên và trọng tải không quá 1,5tấn.

- Ôtô tải: là ôtô chở hàng hoặc thiết bị chuyên dùng có trọng tải từ 1,5tấn trở lên.

- Ôtô khách: là ôtô chở người với số chỗ ngồi lớn hơn 10 chỗ, ôtô khách baogồm cả xe buýt. Xe buýt là ôtô khách có số chỗ ngồi ít hơn số người được chở.

- Ôtô sơ-mi rơ-moóc: là chỉ những loại xe cơgiới chuyên chở hàng hóa hoặc chở người mà thùng xe và đầu kéo nối với nhau bằng một hay nhiều khớp quay, thùng xe truyền một phần trọng lượng lên đầu kéo và đầu kéo không có bộ phận chở hàng hóa hoặc chở người (đầu kéo là ôtô có cấu tạo để móc với sơ-mi rơ-moóc thành ôtô sơ-mi rơ-moóc).

- Ôtô kéo moóc: là ôtô đầu kéo hoặc ôtô sơ-mi rơ-moóc được móc nối với một hoặc hai moóc.

Xe thiết kế là loại xe phổ biến trong dòng xe dùng để tính toán các yếu tố của đường, có kiểm toán lại để thỏa mãn cho các xe lớn hơn ít được phổ biến.

1. Xe thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam:

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường của Việt Nam [1,2] các kích thước của xe thiết kế được quy định trong bảng 1.5.

Bảng 1.5. Các kích thước của xe thiết kế (m)

Loại xeChiều

dàitoàn xe

Chiều rộng phủ

bì

Chiều cao

Nhô về phía trước

Nhô về phía sau

Khoảng cách giữa các trục xe

Xe con 6,00 1,80 2,00 0,80 1,40 3,80Xe tải 12,00 2,50 4,00 1,50 4,00 6,50Xe moóctỳ 16,50 2,50 4,00 1,20 2,00 4,00 + 8,80

Xe thiết kế của nước ta rất gần với xe thiết kế của Nhật và Trung Quốc.

Xe có một kích thước vượt quá quy định trong bảng 1.5 (đối với kích thước lớn nhất) được coi là xe quá khổ, không được lưu thông bình thường trên đường, chỉ sau khi được phép của cơquan quản lý đường mới được phép lưu thông theo chế độ riêng.

Để tính toán thiết kế nền, mặt đường đưa ra khái niệm về tải trọng trục tiêu (xemphần thiết kế nền, mặt đường)

22

2. Xe thiết kế theo tiêu chuẩn Pháp:

Kích thước và tải trọng của xe thiết kế ở bảng 1.6Bảng 1.6. Xe thiết kế theo tiêu chuẩn Pháp

Loại xe Chiều dàitoàn xe

Chiều rộng phủ bì

Tải trọng trục

Tổng trọng tải(T)

Xe con 5,00 1,80 Xe 2 trục Xe 3 trụcXe tải 11,00 2,50Xe moóc tỳ 15,00 2,50

≤13 T ≤19 T ≤26 T

3. Xe thiết kế theo tiêu chuẩn Mỹ[15]:

Theo tiêu chuẩn Mỹ (AASHTO2-1994), loại xe và kích thước xe thiết kế nhưbảng 1.7:

W

h W

LR WB2 WB1 F

Hình 1.5 Ký hiệu kích thước của xe.

Bảng 1.7 Kích thước của xe thiết kế theo tiêu chuẩn MỹKÝch th­íc (m)

Lo¹i xe thiÕt kÕ KýhiÖu h W L F R WB1 WB2 WB3 WB4

Xe con P 1.3 2.1 5.8 0.9 1.5 3.4 - - -Xe t¶i ®¬n SU 4.1 2.6 9.1 1.2 1.8 6.1 - - -Xe buýt ®¬n BUS 4.1 2.6 12.1 2.1 2.4 7.6 - - -Xe buýt nèi ghÐp A-BUS 3.2 2.6 18.3 2.6 2.9 5.5 7.3 - -

Xe t¶i r¬ moãcXe r¬ moãc 2 b¸nhh¹ng trung WB-12 4.1 2.6 15.2 1.2 1.8 4 8.2 - -

Xe r¬ moãc 2 b¸nhlo¹i lín WB-15 4.1 2.6 16.7 0.9 0.6 6.1 9.1 - -

Xe r¬ moãc 2 b¸nh WB-19 4.1 2.6 21 1.2 0.9 6.1 12.8 - -Xe r¬ moãc 2 b¸nh WB-20 4.1 2.6 22.5 1.2 0.9 6.1 14.3 - -Xe r¬ moãc ®«i WB-35 4.1 2.6 35.9 0.6 0.6 6.7 12.2 13.4 -

Kích thước của xe thiết kế có ảnh hưởng quyết định đến thiết kế mặt bằng nút giao thông, vì vậy AASHTO quy định sơđồ mẫu đường rẽ và bán kính rẽ tối thiểu của xe thiết kế phục vụ thiết kế nút giao nhưsau:

2 American Association of State Highway and Transportation Officials

23

Ví dụ mẫu đường rẽ của xe thiết kế SU

Hình 1.6. Bán kính rẽ tối thiểu và các mẫu đường rẽ của xe tải thiết kế SU

Kích thước và tỷ lệ trong bản vẽ tính bằng mét

Mẫu đường rẽ này thể hiện đường rẽ của xe thiết kế AASHTO. Các đường được vẽ cho mép trái của Bađờxốc và bánh ngoài trục sau. Bánh trước theo đường cong hình tròn, tuy nhiên quỹ đạo của nó không được thể hiện.

24

Bảng 1.8 giới thiệu bán kính quay tối thiểu của các xe thiết kế, các trị số nàytương ứng với vận tốc rẽ V 15km/h.

Bảng 1.8. Bán kính rẽ tối thiểu của các xe thiết kếB¸n kÝnh rÏ tèi thiÓu (m)

Lo¹i xe thiÕt kÕ Ký hiÖuR0 R1 R2

Xe con P 7.3 4.2 7.8Xe t¶i ®¬n SU 12.8 8.5 13.4

Xe buýt ®¬n BUS 12.8 7.4 14.1Xe buýt nèi ghÐp A-BUS 11.6 4.3 13.3

Xe t¶i r¬ moocXe r¬ mooc 2 b¸nh h¹ng trung WB-12 12.2 5.7 12.6

Xe r¬ mooc 2 b¸nh lo¹i lín WB-15 13.7 5.8 14.1Xe r¬ mooc 2 b¸nh WB-19 13.7 2.8 14.0

Xe r¬ mooc 2 b¸nh WB-20 13.7 0 14.2

Xe r¬ mooc ®«i WB-35 18.3 5.2 18.4

Các loại phương tiện khác

Trong thành phố, chúng ta còn có nhiều loại xe nhưxe lam, bông sen, xích lô...Ngoài thành phố còn có các loại máy nông nghiệp, xe súc vật kéo. Những loại hình này rất trở ngại cho dòng xe, gây nhiều tai nạn, cấm lưu thông trên cácđường cao tốc.

b) Tốc độ xe

Có những khái niệm sau đây về tốc độ dùng trong môn học thiết kế yếu tố hìnhhọc đường và các nghiên cứu về giao thông, an toàn giao thông đường ô tô.

Tốc độ xe thường được tính bằng km/h (V) hoặc m/s (v)

Tốc độ xe thiết kế(VTK)

Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đường trong trường hợp khó khăn.

Tốc độ xe chạy thiết kếlà tốc độ của một chiếc xe ô tô con chạy không có sự cản trở của các xe khác trong điều kiện bất lợi nhất. Tức là trong các điều kiện bìnhthường, người ta có thể chạy xe với tốc độ cao hơn (hoặc thấp hơn) tốc độ thiết kếtùy thuộc vào điều kiện đường và điều kiện giao thông sao cho quá trình chạy xe được an toàn và thuận lợi.

Tốc độ thiết kếlà đại lượng quan trọng trong công tác thiết kế đường, được sử dụng để tính toán các yếu tố kỹ thuật của đường khi gặp các khó khăn về địa hình. Nó được quy định tuỳ theo tầm quan trọng về mặt giao thông của con đường và điều kiện kinh tế. Tốc độ thiết kếquyết định các trị số giới hạn của các

25

yếu tố hình học thiết kế và tương quan cho phép khi phối hợp các yếu tố riêng rẽ thành tuyến đường. Do đấy tốc độ thiết kế có ảnh hưởng quyết định đến :

- Chất lượng của con đường;

- Tính an toàn và chất lượng của giao thông thông qua đặc điểm đường;

- Tính kinh tế.

Tốc độ xe lý thuyết (VLT)

Tốc độ xe lý thuyết là tốc độ tính toán được theo một mô hình nhất định của một xe ô tô con chạy một mình, không có sự cản trở của các xe khác trên một đoạn đường có những điều kiện đường nhất định khi thời tiết thuận lợi.

Tốc độ 85% (V85)

Là tốc độ đặc trưng của một đoạn đường có những đặc điểm đường xác định mà85% xe chạy không vượt quá tốc độ ấy .

Tốc độ xe tức thời (VTTh)

Tốc độ xe tức thời hay tốc độ điểm là tốc độ chạy xe đo được tức thời trên một đoạn đường ngắn s=15-20m tương ứng với khoảng thời gian xe chạy qua không dưới 1,5-2,0s (với thời gian ngắn quá sẽ không kịp đọc số, không kịp đo tốc độ).

Tốc độ hành trình (VHT)

Tốc độ hành trình là thương số của chiều dài chạy xe và thời gian hành trình từ điểm A đến điểm B trong một điều kiện đường và điều kiện giao thông nhất định. Thời gian hành trình bao gồm cả thời gian chờ và thời gian chạy xe.

Căn cứ vào tốc độ này để xác định năng lực phục vụ của đường.

Tốc độ cho phép (VCF )

Tốc độ cho phép là tốc độ theo luật mà xe được phép chạy trên đường. Tốc độ cho phép được quy định nhằm đảm bảo an toàn giao thông, tính kinh tế hay giảm tác động của giao thông đến môi trường.

c) Lưu lượng xe (cường độ giao thông)

Lưu lượng xe là số lượng xe thông qua một mặt cắt ngang của đường trong một đơn vị thời gian, thường lấy trong một ngày đêm (xe/nđ) và trong một giờ (xe/h).

Trong thiết kế hình học đường và tổ chức giao thông có các loại lưu lượng xe nhưsau:

Lưu lượng xe trung bình theo ngày (ADT-Average Daily Traffic) :

Là lưu lượng xe chạy trung bình trong một ngày đêm trong thời kỳ tính toán (tuần, tháng, mùa, năm).

26

Lưu lượng xe trung bình theo ngày được xác định bằng tỷ số giữa tổng số lưulượng xe trong một thời kỳ nào đó chia cho số ngày trong thời kỳ đó.

Thời kỳ phân tích thường lấy > 1 ngày và < 1 năm.

)nd/xe(,dokythoitrongngaySo

donaokythoitrongxeluongluusoTongADT (1.1)

Lưu lượng xe giờ cao điểm (HV – Peak Hourly Volume):

Lưu lượng xe theo giờ(xe/h) lớn nhất xuất hiện trong một thời gian nhất định(tuần, tháng, mùa, năm).

Qua điều tra quan trắc, người ta lấy từng lưu lượng giao thông theo giờ trong một năm 365x24=8760 giờ chia cho ADT và đem các tỷ số đó sắp xếp theo thứ tự từ lớn đến nhỏ vẽ thành đường cong biểu diễn thì thấy rằng đường cong lân cận giờ thứ 30 thay đổi mạnh, còn ở sau vị trí thứ 30 thì biến đổi chậm. Trong một năm chỉ có 29 lưu lượng xe giờ vượt quá trị số đó, tức là chỉ chiếm 0,33%. Qua việc xác định lưu lượng giao thông giờ, có thể tìm được thiết kế hợp lý về kinh tế. Vìvậy ở Mỹ, Nhật, Trung Quốc và Việt Nam đều lấy lưu lượng giao thông giờ cao điểm thứ 30 làm căn cứ thiết kế.

1 30 50 100 150 8760

8

10

12

14

16

18

20

.......

MiÒn nói

§ång b»ng

Thµnh phè

Luu luîng giao th«ng giê xÕp gi¶m dÇn trong n¨mgiê

%

Tûsè

luu

luîn

ggi

aoth

«ng

giê

/AD

T(%

)

Hình 1.7. Tương quan giữa lưu lượng giao thông giờ cao điểm với lưu lượng giao thông trung bình theo ngày (AASHTO-15)

Lưu lượng xe thực chạy trên đường (xe/nđ, xe/h): Là số lượng xe thực tế thông qua một mặt cắt ngang đường trong một đơn vị thời gian xác định ở một thời điểm nhất định trên một đoạn đường nhất định.

Lưu lượng xe thực chạy trên một làn xe hay trên 1 hướng xe chạy(xe/nđ,xe/h) : Là lưu lượng xe thực chạy trên làn xe hay hướng xe ấy.

Lưu lượng xe thiết kếtheo quy trình Việt Nam [1,2]

27

Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặt cắt ngang đường trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai.

Năm thiết kế tương lai là năm mà tuyến đường thỏa mãn yêu cầu sử dụng và cómức độ phục vụ nhất định, năm bắt đầu tính là năm xây dựng xong tuyến đường đó.

Đường ô tô gồm nhiều công trình có thời gian phục vụ khác nhau: nền đường có thời hạn phục vụ 100 năm, cầu 25-100 năm, mặt đường 7-30 năm tùy loại. Về nguyên tắc năm tính toán lưu lượng xe thiết kế phải được xác định tùy thuộc vàothời hạn phục vụ của công trình. Tuy nhiên việc dự báo lưu lượng thiết kế sẽ kém chính xác nếu chọn thời gian tính toán quá dài. Hiện nay quy trình của nhiều nước lấy năm tương lai thứ 10-20 để thiết kế tùy từng cấp loại đường.

Bảng 1.9. Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con

Loại xe

Địa hình

Xeđạp

Xemáy

Xecon

Xe tải 2 trục và xebuýt dưới

25 chỗ

Xe tải có 3 trục trở lên và xebuýt lớn

Xe kéomoóc, xebuýt kéo

moócĐồng bằng và đồi 0,2 0,3 1,0 2,0 2,5 4,0Núi 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 5,0

a. Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (Ntbnđ) có thứ nguyên xcqđ/nđ(xe con quyđổi/ngày đêm).

Lưu lượng này được tham khảo khi chọn cấp hạng của đường và tính toán nhiều yếu tố khác.

b. Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai (Ngcđ) có thứ nguyênxcqđ/h (xe con quy đổi/giờ).

Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượng dòng xe, tổ chức giao thông …

d) Năng lực thông hành (xe/h, xe/nđ):

Năng lực thông hành (khả năng thông xe) là số lượng xe lớn nhất đi qua một mặt cắt nào đó của tuyến đường trong một đơn vị thời gian với một điều kiện đường và điều kiện giao thông nhất định (giả thiết theo mô hình tính hoặc thực tế)

Năng lực thông hành lý thuyết (xe/h):

Năng lực thông hành lý thuyết là số lượng xe thông qua một làn xe trong một đơnvị thời gian (giờ) ởđiều kiện đường lý tưởng xác định theo mô hình tính toánnhất định.

Năng lực thông hành lý thuyết không xét đến chất lượng giao thông. Năng lực thông hành lý thuyết của mỗi làn xe của đường ô tô cao tốc 4 làn xe thường bằng 1500 – 2000 xe/h.

28

Năng lực thông hành thực tế:

Năng lực thông hành thực tếlà số xe lớn nhất có thể thông qua một mặt cắt ngang đường trong một đơn vị thời gian ở điều kiện thời tiết thuận lợi, có xemxét đến điều kiện thực tếvề điều kiện đường, về chất lượng giao thông (tốc độ xe, thời gian chờ, tình trạng dòng xe)

Năng lực thông hành thiết kế:

Năng lực thông hành thiết kếlà năng lực thông hành tương ứng với mức phục vụ mà thực tế chấp nhận được.

e) Mật độ xe (xe/km):

Mật độ xe: Là số lượng phương tiện đang chạy trên một đơn vị chiều dài quãngđường tại một thời điểm nhất định (một mặt cắt thời gian), đơn vị tính là phươngtiện/km, được xác định trên toàn bộ phần xe chạy hoặc trên mỗi làn đường.

LM

D ( xe/km) (1.2)

Trong đó:D : mật độ dòng xe (xe/km)M : là số lượng xe (xe)L : chiều dài dòng xe (km)

f) Quan hệ giữa vận tốc (V), lưu lượng (N) và mật độ (D):

Ở đây ta xem xét mối quan hệ giữa các đặc tính cơbản của dòng xe là lưu lượng, mật độ và vận tốc. Trong đó, lưu lượng nói lên nhu cầu chuyển dịch của phươngtiện, mật độ đại diện cho tính tập trung của dòng xe, và vận tốc nói lên trình độ tiện nghi hay chất lượng của dòng.

- Quan hệ giữa mật độ và vận tốc xe chạy trênđường

Khi 0D xe có thể chạy với vận tốc tối đa theo đặc tính động lực fm VV .Với fV là vận tốc xe chạy được theo đặc tính động lực và điều kiện trên đường.

Khi mật độ D tăng thì vận tốc giảm

Mật độ đạt được giá trị tối đa nếu các xe đứng yên, có nghĩa là: 0Vm ,

maxDD .

29

Hình 1.8. Quan hệ giữa vận tốc và mật độ xe trênđường

- Quan hệ giữa mật độ và lưu lượng xe

Trên biểu đồ hình 1.9a) thể hiện quan hệ giữa N ~ D, ta thấy rõ lưu lượng xe tăng lên (khả năng thông qua tăng) khi mật độ tăng, tại điểm cực đại có Nmax và DN-

max, nhưng khi D tiếp tục tăng thì N giảm xuống.

Trên biểu đồ hình 1.9b) thể hiện quan hệ giữa N ~ V và có 5 khu vực tương ứng với 5 mức độ phục vụ khác nhau từA-F. (xem mức độ phục vụ ở phần g)

MËt ®é D

N (xe/h)

VËn tèc V

N (xe/h)

NmaxNi

D N-maxDi Dj

Nmax

VN-max

a) b)

Hình 1.9 Biểu đồ quan hệ lưu lượng xe và mật độ xe

g) Mức phục vụ[15,16,17]

Mức phục vụ(LOS-Level of Service) là thước đo chất lượng mô tả các điều kiện vận hành trong một dòng giao thông và được chấp nhận bởi người tham gia giaothông.

30

Mức phục vụ hay mức độ giao thông thuận tiện được đặc trưng bằng 3 chỉ tiêudưới đây :

1) Hệ số sử dụng năng lực thông hành Z

- Khi đánh giá một dự án thiết kế đường hoặc khi chọn mức độ phục vụ TK :

max

tk

NN

Z hoặc cv

Z (1.3)

Trong đó : Ntk – lưu lượng xe thiết kế ; Nmax – năng lực thông hành thực tế lớn nhất trong điều kiện chuẩn; (v – volume; c – capacity)

Khi Z lớn thì mật độ xe chạy trên đường (số xe/1km đường) sẽ càng lớn (đường càng đầy xe), sự cản trở lẫn nhau khi chạy xe sẽ càng lớn và mức độ giao thông thuận tiện sẽ giảm đi và ngược lại, khi Z nhỏ thì giao thông càng thuận tiện.

2) Tốc độ hành trình trung bình Vtb hoặc hệ số tốc độ v

0

tb

VV

v N.VV 0tb (1.4)

Trong đó :

Vtb : Tốc độ trung bình của dòng xe (km/h)

V0 : Tốc độ một ô tô đơn chiếc chạy tự do trên đường (km/h)

N : Lưu lượng xe chạy thực tế theo hai hướng (xe/giờ)

α: Hệ số giảm tốc độ tuỳ theo cơcấu dòng xe (0,008-0,016)

3) Tỷ lệ thời gian xe chạy bị cản trở (Percent Time Delay)

Là tỷ lệ phần trăm trung bình thời gian của tất cả các xe bị cản trở trong khi chạy trong nhóm do không có khả năng vượt nhau

Chỉ tiêu này thực tế rất khó xác định, thực tế người ta dùng 2 chỉ tiêu Z và Vtb để đánh giá mức độ giao thông thuận tiện.

Dựa vào các chỉ tiêu nói trên AASHTO đã đánh giá chất lượng mức độ phục vụ và hiệu quả khai thác đường về mặt kinh tế theo 6 mức khác nhau.

- Mức A : là mức có chất lượng phục vụ cao nhất, lái xe có thể điều khiển xe chạy với tốc độ mong muốn và với tâm lý thoải mái. Xe chạy tự do, yêu cầu vượt xe thấp hơn khả năng cho vượt rất nhiều. Kinh tế đường không hiệu quả (đầu tưtốn kém nhưng ít xe chạy)

- Mức B : Trên đường có sự hình thành 3 – 4 nhóm xe. Yêu cầu vượt xe tươngđương với khả năng cho vượt; xe chạy có phần bị gò bó. Kinh tế đường ít hiệu quả. Tóm lại dòng xe vẫn còn tự do nhưng tốc độ bắt đầu có phần hạn chế.

31

Hình 1.10 Các mức độ phục vụ - LOS A đến F

- Mức C : Trên đường xuất hiện các nhóm xe nối đuôi nhau. Khả năng vượt xe bị giảm đáng kể. Tâm lý lái xe căng thẳng và bị hạn chế trong việc lựa chọn tốc độ riêng cho mình. Dòng xe ổn định, kinh tế đường có hiệu quả.

- Mức D : Hình thành các nhóm xe với quy mô trung bình 5 – 10 xe. Việc vượt xe trở nên vô cùng khó khăn. Dòng xe tiếp cận trạng thái không ổn định. Lái

32

xe ít có khả năng tự do vận hành, tâm lý căng thẳng, kinh tế đường còn hiệu quả

- Mức E : Hình thành các nhóm xe kéo dài. Thực sự không có khả năng vượt, lưu lượng xe đạt tới trị số năng lực thông hành thực tế lớn nhất. Dòng xekhông ổn định (có thể bị dừng xe trong thời gian ngắn). Chi phí vận doanh lớn, kinh tế đường không hiệu quả.

- Mức F : Dòng xe bão hoà, lưu lượng xe chạy vượt quá năng lực cho phép.Dòng xe cưỡng bức dễ bị ùn tắc. Kinh tế đường không hiệu quả.

Do vậy, đối với các đường thiết kế mới, nâng cấp cải tạo thì cần đảm bảo ở cuối thời kỳ tính toán, chỉ được ở mức C hoặc mức D.

Bảng 1.10. Mức phục vụ thiết kế theo hướng dẫn của AASHTOLo¹i vïng vµ møc phôc vô thÝch hîp

§­êng ngoµi ®« thÞLo¹i ®­êng

§ång b»ng §åi Nói§« thÞ vµNgo¹i «

Cao tèc (Freeway) B B C C

§­êng chÝnh (Arterial) B B C C

§­êng gom (Collector) C C D C

§­êng ®Þa ph­¬ng (Local) D D D D

1.3 PHÂN LOẠI ĐƯỜNG BỘ

1.3.1 Các kiểu phân loại đường bộ

Nhưtrong phần 1.1.1 đã trình bày, đường bộ theo lý thuyết về đường được chia ra hai loại chủ yếu:

- Đường ô tô bao gồm đường ngoài đô thị và đường đô thị

- Đường ô tô cao tốc bao gồm đường cao tốc ngoài đô thị và đường cao tốc trong đô thị.

Đường ô tô còn có thể chia theo cấp quản lý: đường quốc lộ, đường tỉnh lộ, đường huyện, đường xã,... Cấp quản lý có trách nhiệm đầu tưvà quản lý đường.

Trong khuôn khổ giáo trình này chỉ đề cập tới loại đường ngoài đô thị, loại đường trong đô thị được trình bày ở giáo trình “Đường đô thị và tổ chức giao thông”

1.3.2 Phân loại đường theo tầm quan trọng về giao thông.

Phân loại đường theo tầm quan trọng về giao thông phản ánh được mối liên hệ về chức năng GTVT của tuyến đường trong mạng lưới đường bộ mà trong các tiêuchuẩn phân cấp đường theo lưu lượng xe không thể hiện rõ ràng.

33

Phân loại đường theo tầm quan trọng về giao thông thành 4 loại: Đường trục chính, đường trục thứ yếu, đường gom và đường địa phương.

1. Đường trục chính (Principal Arterial Highway) : Gồm hệ thống đường phục vụ, được chia thành đường cao tốc và các đường trục chính khác (không phải cao tốc). Tốc độ thiết kế cao (110-120km/h), mức phục vụ B, C.

- Giao thông quan trọng ý nghĩa toàn quốc

- Nối các đô thị có dân số trên 50.000 dân và phần lớn các đô thị quan trọng có dân số trên 25.000 dân

2. Đường trục thứ yếu (Minor Arterial Highway): Gồm hệ thống đường phục vụ, tốc độ thiết kế lớn (60-110km/h), mức phục vụ B, C.

- Nối liền các thành phố, các đô thị lớn và các điểm lập hàng có khả năng thu hút giao thông ở cự ly dài.

- Hội nhập giữa các tỉnh

- Phân bố mạng lưới đường bộ phù hợp với mật độ dân số để cho tất cả các tỉnh có chiều dài đường trục hợp lý.

3. Đường gom (Collector Road): Gồm hệ thống đường chủ yếu phục vụ nội bộ một vùng và nối liền với hệ thống đường trục quốc gia, chiều dài đường ngắn hơn, tốc độ thiết kế từ 30-100km/h, mức phục vụ C, D.

Đường gom được chia thành 2 loại

- Đường gom lớn (hay đường gom chính): phục vụ các đô thị không nằm ven đường trục, các thành phố và thị xã không được các đường trục trực tiếp phục vụ, và phục vụ các điểm lập hàng quan trọng của tỉnh

- Đường gom nhỏ(hay đường gom thứ yếu): phục vụ với mật độ dân số nhỏ để gom các xe vận chuyển từ các địa phương, đảm bảo chiều dài đường gom hợp lý của vùng, nối liền các điểm lập hàng cục bộ với các vùngxung quanh.

4. Đường địa phương (Local Road): Chức năng chủ yếu là phục vụ giao thông ra vào của các vùng hấp dẫn của đường gom và phục vụ giao thông ở cự ly ngắn trong vùng, bao gồm tất cả các mạng lưới đường không thuộc đường trục và đường gom. Tốc độ thiết kế từ 30-80km/h, mức phục vụ D.

1.3.3 Phân loại đường theo cấp quản lý

Nghị định của Chính phủ về quản lý và bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ[3], quy định các nội dung sau:

Hệ thống đường bộ: mạng lưới đường bộ được chia thành 6 hệ thống:

34

1. Hệ thống quốc lộ là các đường trục chính của mạng lưới đường bộ, có tác dụng đặc biệt quan trọng phục vụ sự phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng, anninh của đất nước hoặc khu vực gồm:

a) Đường nối liền Thủ đô Hà Nội với thành phố trực thuộc Trung ương; với trung tâm hành chính các tỉnh;

b) Đường nối liền trung tâm hành chính của từ 3 tỉnh hoặc thành phố trực thuộc Trung ương (sau đây gọi là cấp tỉnh) trở lên;

c) Đường nối liền từ cảng biển quốc tế đến các cửa khẩu quốc tế, cửa khẩu chínhtrên đường bộ.

2. Hệ thống đường tỉnh là các đường trục trong địa bàn 1 tỉnh hoặc 2 tỉnh gồm đường nối trung tâm hành chính của tỉnh với trung tâm hành chính của huyện hoặc với trung tâm hành chính của tỉnh lân cận; đường nối quốc lộ với trung tâm hành chính của huyện.

3. Hệ thống đường huyện là các đường nối từ trung tâm hành chính của huyện với trung tâm hành chính của xã, cụm xã hoặc trung tâm hành chính của huyện lân cận; đường nối đường tỉnh với trung tâm hành chính của xã hoặc trung tâm cụm xã.

4. Hệ thống đường xã là các đường nối trung tâm hành chính của xã với các thôn, xóm hoặc đường nối giữa các xã.

5. Hệ thống đường đô thịlà các đường nằm trong phạm vi địa giới hành chínhnội thành, nội thị.

6. Hệ thống đường chuyên dùng là các đường chuyên phục vụ cho việc vận chuyển, đi lại của một hoặc nhiều cơquan, doanh nghiệp, tưnhân.

1.3.4 Cấp hạng kỹ thuật của đường ô tô công cộng [1,2].Phân cấp kỹ thuật là bộ khung các quy cách kỹ thuật của đường nhằm đạt tới:- Yêu cầu về giao thông đúng với chức năng của con đường trong mạng lưới

giao thông.- Yêu cầu về lưu lượng xe thiết kế cần thông qua (Chỉ tiêu này được mở rộng

vì có những trường hợp, đường có chức năng quan trọng nhưng lượng xe không nhiều hoặc tạm thời không nhiều xe).

- Căn cứ vào địa hình, mỗi cấp hạng lại có các yêu cầu riêng về các tiêu chuẩn để có mức đầu tưhợp lý và mang lại hiệu quả tốt về kinh tế.

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05, việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng thiết kế của con đường trong mạng lưới đường vàđược quy định theo bảng 1.11.

35

Bảng 1.11. Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năngcủa con đường và lưu lượng thiết kế.

Cấp đường

Lưu lượng xe thiết kế (xcqđ/nđ)

Chức năng của đường

Cao tốc > 25.000 Đường trục chính quan trọng

Cấp I > 15.000Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước.Quốc lộ

Cấp II > 6.000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước, nối vào đường cao tốc và đường cấp I.Quốc lộ

Cấp III >3.000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước, của địa phương, nối vào đường cao tốc, đường cấp I, cấp II, cấp III.Quốc lộ hay đường tỉnh

Cấp IV > 500

Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, các khu dân cư. Đường nối vào đường cấp I, cấp II và cấp III.Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.

Cấp V >200 Đường phục vụ giao thông địa phương. Đường tỉnh, đường huyện, đường xã

Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xã.

Tốc độ thiết kế đường ô tô trong quy trình TCVN 4054-05 ở bảng 1.12Bảng 1.12. Tốc độ thiết kế đường ô tô

Tốc độ tính toán theo địa hình(km/h)Loại đường Tên cấp

Đồng bằng – đồi NúiCấp I 120 -Cấp II 100 -Cấp IIII 80 60Cấp IV 60 40Cấp V 40 30

Đường ô tô công cộng

Cấp VI 30 20

1.3.5 Cấp hạng kỹ thuật của đường ô tô cao tốc

Đường cao tốc là loại đường chuyên dùng cho ô tô chạy với các đặc điểm sau: được tách riêng hai chiều (mỗi chiều tối thiểu phải có 2 làn xe); mỗi chiều đều có bố trí làn dừng xe khẩn cấp; trên đường có bố trí đầy đủ các loại trang thiết bị, các cơsở phục vụ cho việc bảo đảm giao thông liên tục, an toàn, tiện nghi vàkhống chế xe ra, vào ở các điểm nhất định.

36

Đường cao tốc được chia thành 2 loại:

- Đường cao tốc loại A (Freeway): Phải bố trí các nút giao khác mức ở tất cả các chỗ ra vào đường cao tốc, ở mọi nút giao thông.

- Đường cao tốc loại B (Expressway): Cho phép một số nút giao thông trêntuyến được phép giao bằng.

Bảng 1.13. Tốc độ thiết kế đường cao tốcTốc độ tính toán theo địa hình (km/h)Loại đường Tên cấpĐồng bằng Đồi Núi

Cấp 120 120Cấp 100 100Loại ACấp 80 80Cấp 100 100Cấp 80 80

Đường cao tốc

Loại B

Cấp 60 60

Bảng 1.14 Tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu đối với tuyến đường cao tốcCấp đườngTT Tên chỉ tiêu

60 80 100 1201 Tốc độ tính toán Vtt, (Km/h) 60 80 100 1202 Độ dốc siêu cao (hayđộ nghiêng một mai,

lớn nhất Isc % không lớn hơn), (%)7 7 7 7

3 Bán kính nhỏ nhất Rmin, tương ứng với isc=+7%, (m)

140 240 450 650

4 Bán kính nhỏ nhất thông thường tương ứng với isc = +5%,(m)

250 450 650 1000

5 Bán kính tương ứng với isc= +2%, (m) 700 1300 2000 30006 Bán kính không cần cấu tạo độ nghiêng một

mái isc=-2%, (m)1200 2000 3000 4000

7 Chiều dàiđường cong chuyển tiếp ứng vớiRmin, (m)

150 170 210 210

8 Chiều dàiđường cong chuyển tiếp ứng với bán kính nhỏ nhất thông thường, (m)

90 140 150 150

9 Chiều dàiđường cong chuyển tiếp ứng với bán kính có trị số trong ngoặc, (m)

50(450)

75(675)

100(900)

125(1125)

10 Chiều dài hãm xe hay tầm nhìn dừng xe, (m) 75 100 160 23011 Độ dốc dọc lên dốc lớn nhất, (%) 6 6 5 412 Độ dốc dọc xuống dốc lớn nhất, (%) 6 6 5.5 5.513 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu, (m) 1500 3000 6000 120014 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu, (m) 1000 2000 3000 5000

1.4 NHỮNG LÝ THUYẾT (MÔ HÌNH) SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG

37

1.4.1 Các yêu cầu đối với thiết kế hình học đường

- Thoả mãn động lực học chạy xe

- Tuyến đường thiết kế đảm bảo người lái xe nhìn và đánh giá được phải chọn phương thức chạy xe nhưthế nào cho đúng với phương thức chạy xe của con đường được thiết kế theo động lực học chạy xe.

- Phối hợp tốt các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo tuyến đường hài hòa, lượn đều, êm thuận, đảm bảo các yêu cầu về kinh tế vàkỹ thuật.

1.4.2 Lý thuyết động lực học chạy xe (mô hình xe-đường)

Lý thuyết không gian cổ điển của Newton trong khoa học tự nhiên là không gianliên tục, đều đặn và vô hướng.Trong thiết kế đường không gian khách quan, toán - lý này được biểu diễn trong hệ toạ độ cong, ví dụ không gian Gauss- Krỹger vàđịnh hướng theo mặt nước biển. Trong không gian này các tính toán và hình vẽ được thể hiện trên ba mặt phẳng: mặt bằng, mặt đứng (diễn biến của mặt cắt dọc) và mặt cắt ngang.

Trong mô hình “đường - xe chạy” người ta không kể đến người lái xe và thiết từng mặt cắt của đường riêng rẽ, xem tia nhìn bất động hướng tới cuối đường, khi thấy có dấu hiệu chướng ngại vật đầu tiên trên đường là sử dụng phanh gấp. Những tai nạn xảy ra trên các con đường xây dựng theo quy phạm ấy đã nhắc nhở chúng ta phải phát triển mô hình chuyển động theo mọi khía cạnh để mô phỏng thực chất quá trình xe chạy, từ đó đưa ra các tiêu chuẩn cho một con đường an toàn .

Chỉ xét riêng chuyển động của ô tô trên đường cũng là một chuyển động phức tạp - tịnh tiến trên đường thẳng, quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao động khi chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng. Tất cả những đặc điểm chuyển động đó hiện nay chưa vận dụng hết vào việc xác định các yếu tố tuyến đường, vì vậy trong mô hình xe-đường, người ta giả định ô tô là chất điểm chuyển động không dao động trên mặt đường hoàn toàn phẳng, rắn và không biến dạng, đó là vấn đề tồn tại cần nghiên cứu trong thiết kế hìnhhọc đường hiện đại.

Mô hình xe-đường chỉ phù hợp với các đường có tốc độ thấp (V50km/h) theoquan điểm thiết kế hình học đường hiện đại.

1.4.3 Lý thuyết thiết kế theo nguyện vọng của người tham gia giao thông (mô hình Xe-Đường-người lái-môi trường chạy xe)

Nhưtất cả các ngành khoa học tự nhiên khác, ba nhân tố không gian, thời gian, mối quan hệ nhân quả được dùng để tính toán, bố trí cấu tạo các yếu tố hình học khi thiết kế đường ôtô. Nhưng khác với các nhà khoa học kỹ thuật khác, các mô

38

hình không gian và mối quan hệ nhân quả đối với người kỹ sưđường cần phải được mở rộng ra.

1. Không gian chạy xe

Với tưcách người kỹ thuật khi nói đến không gian chạy xe ta nghĩ ngay đến không gian vật lý có thể đo được bằng ba toạ độ. Nếu thêm vào nhân tố thời gian chúng ta xác định được trong không gian ấy những điểm chuyển động một cáchrõ ràng. Tất cả các nhà nghiên cứu đều đạt được cùng một trị số đo khi nghiêncứu một không gian chạy xe ngắn và cùng rút ra một số kết quả tính toán. Không gian vật lý vì vậy không phụ thuộc vào người nghiên cứu, còn được gọi là khônggian toán học hay không gian khách quan.

Nếu ngược lại chúng ta với tưcách người lái xe mở mắt nhìn không gian bachiều xung quanh ta với đầy đủ màu sắc của nó, với cảnh vật đa dạng có đủ hìnhdáng, vị trí thì mỗi người quan sát sẽ mô tả một khác. Không gian chạy xe đến với chúng ta một cách tự giác và luôn luôn biến đổi nhưvậy người ta gọi làkhông gian chủ quan .

Lý thuyết không gian tâm sinh lý dùng cho người lái xe là một bán không gian giới hạn bởi đường chân trời, được hợp thành do các không gian thành phần không liên tục (ví dụ không gian của một đại lộ), bị gãy ở tầm mắt của người lái xe và có xu hướng là hướng nhìn của lái xe. Để có được những phản ứng chắc chắn an toàn, người lái xe về nguyên tắc phải có được tâm lý nhìn thấy rõ ràngchính xác .

2. Con người, xe và đường là một hệ thống điều khiển

Hình 1.11 trình bày quá trình chạy xe dưới hình thức một hệ thống điều khiển:

Thông qua các cơquan thần kinh, người lái xe (Lái xe), với tưcách nhà đạo diễn tiếp nhận các thông tin từ môi trường xung quanh anh ta. ở đây mắt (quang học) có ý nghĩa quan trọng nhất, sau đó đến cảm giác do ma sát của bàn tay trên vôlăng và áp lực lên cơthể (sự gò bó bức bối) tai nghe (âm thanh) và các vận động tự thân của con người thông qua các cơvà các cơquan thưgiãn (tự cân bằng). Sự nhận biết thực tế không chỉ là riêng nhìn thấy nhưkhi nhìn một biển báo, hay chỉ chờ cảm giác nhưkhi một vật xô mạnh vào bánh xe mà là cả một sự nhận biết tổng hợp có sự tham gia của cả bốn nhân tố nói trên nhưkhi ta chạy xe qua một đường cong tròn chẳng hạn .

Phần lớn sự nhận biết là không tự giác. Bộ phận này chịu tác động của các phản xạ tự phát trong hoạt động của mắt và hoạt động điều chỉnh đặc trưng. Chỉ một ít thông tin về môi trường bên ngoài vượt quá ngưỡng tự giác và người lái xe từ chối. Sự tự giác của người lái xe không có khả năng nhận biết vô hạn, giống nhưcon nhện trong mạng, chỉ hoạt động ở chỗ nào xuất hiện những tin tỏ ra quan trọng nhất. Sự tự giác đó chỉ bằng 10x17=170 bit (đơn vị bằng tiếng Anh thể hiện một thông tin đơn vị : có –không , hoặc vào – ra).

39

Xe trên hình vẽ được thể hiện đơn giản hoá bằng khối (Xe). Để dễ hiểu hơn mối liên hệ này đã tách hệ thống điều khiển ra khỏi xe. Nhưvậy hoạt động lái xe được tách thành góc xoay vô lăng và lực lái xe, giống nhưtách lực ly tâm tác động lên người và sự giao động của họ. Sự điều khiển theo chiều dọc cũng được tách tương tự nhưvậy .

Nếu người tham gia giao thông không nhận được đầy đủ các thông tin về đường cần thiết cho phương thức chạy xe của mình thông qua diễn biến quang học của đường thì con đường được thiết kế chính xác theo các tính toán động lực học chạy xe trở nên rất nguy hiểm. Các thông tin về cấu tạo tuyến đường sẽ đến quá chậm vào thời điểm chạy xe, nếu nhưngười lái xe đó nhìn mà đánh giá sai lệch tình huống đang xảy ra. Nhưvậy thoả mãn động lực học chạy xe là cần thiết nhưng không đủ cho việc chạy xe an toàn, bởi vì phương thức chạy xe thực tế được lựa chọn ban đầu tại mặt cắt ngang tương ứng thường khác với phươngthức chạy xe tính toán. Điều kiện cần và đủ ở đây là tuyến đường thiết kế sao cho người lái xe nhìn và đánh giá được phải chọn phương thức chạy xe nhưthế nàocho đúng với phương thức chạy xe của con đường được thiết kế theo động lực học chạy xe.

3. Mối quan hệ nhân quả

Mối quan hệ nhân quả xuất phát từ một chuỗi tương ứng của nguyên nhân và kết quả. Thuyết mục đích, ngược lại giải thích mối quan hệ xuất phát từ khuynh hướng của mục đích. Có thể tìm thấy mối quan hệ nhân quả trong các tính toán và các quy định kinh điển về động lực học chạy xe của quy phạm thiết kế. Những cân nhắc tính toán vạch tuyến đảm bảo yêu cầu quang học được sắp xếp theo thuyết mụch đích. Theo đó một chuyến đi bằng ôtô là một hành vi hai mục đích: mục đích thứ nhất là đến nơi đã định, mục đích thứ hai là an toàn nhờ không gian trống tức thời trên đường. Ở mục đích thứ hai , công tác bài trí con đường giúp cho người lái xe những hỗ trợ cần thiết. Trong lĩnh vực này, chỉ hạn chế ở các mối quan hệ giữa sự tác động của người lái xe lên phương tiện và thông tinngược lại của xe và đường đến anh ta, nhưkhái niệm nguyên nhân của thời gian trước đây không còn đủ nữa. Để giải thích mối tương quan của hệ thống người lái xe –xe- đường (hành động theo phương thức nào trong rất nhiều phương thức có thể đạt tới sự cân bằng) cần phải bỏ qua một loạt các mối quan hệ nhân quả đang sử dụng. Có thể giải thích điều đó bằng một chu trình điều khiển có nhiều khâu (nhiều thành phần). Trong hệ thống ấy, diễn biến của phản ứng có thể nghiên cứu riêng rẽ theo thuyết nhân quả, đồng thời cả hệ thống hoạt động theo thuyết mục đích. Bằng cách quan niệm nhưvậy chúng ta loại bỏ được mâu thuẫn dường nhưtồn tại giữa thuyết nhân quả và thuyết mục đích khi nghiên cứu về mối quan hệ người lái xe –xe -đường. Những suy nghĩ trước đây về tác dụng lực giữa xe và đường có thể đơn giản hoá theo thuyết nhân quả. Vấn đề có ý nghĩa quan trọng hơn là vấn đề nghiên cứu dòng thông tin giữa người lái xe, xe, đường, nó đòi hỏi người kỹ sưthiết kế phải mở rộng tầm suy nghĩ .

40

L¸i xe

gi¸cTù

bit/s16

bit/s3.107

gi¸ctùKh«ng

C¬ thÓ

HiÖn t¹i

NhËn thøc tøc thêi

NhËn thøc chËm

T«i-l¸i xe

V« thøc

Ng­êi l¸i

xe

tiÕtThêi

bit/s1011

tr­êngm«ivµ§­êng

ThÓ hiÖn

th«ngGiao

H×nh 1.11b. L¸i xe, xe vµ ®uêng trong chu tr×nh ®iÒu khiÓn

H×nh 1.11a. Dßng th«ng tin gi÷a l¸i xe,xe vµ ®uêng

C¬ quan n·o bé

Ph¶n øng v« thøc

thÓC¬

béN·o

Xe

HÖ

thèn

g®i

Òukh

iÓn

Th«n

gtin

cña

xe®Õ

n

Th«n

gtin

cña

xe®Õ

nl

ixe

xe

Trån

gc©

y

t­ên

gch

¾nTa

luy

xung

quan

hP

hong

c¶nh

Tr­êng nh×n

Giã

N­í

c,b

ïn

th«n

gL­

îng

l­u

c¾t

ngan

gD

¹ng

mÆt

H×n

hhä

ctu

yÕn

Tèc

®égi

ã

®iÖu

Sù®¬

ndÉ

nh­

íng

Thi

ÕtbÞ

mÆt

®­ên

gT

Ýnh

chÊt

§uêng

§­êng

§é

s¸ng

M«i trõ¬ng

hÖth

èng

l¸i

Th«n

gtin

qua

ngan

g§

iÒu

chØn

h

§iÒ

uch

Ønh

däc

41

1.5 CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA NÓ.Tiêu chuẩn thiết kế là quy định về đặc tính kỹ thuật và yêu cầu quản lý dùng làmchuẩn để phân loại, đánh giá việc thiết kế nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các công trình thiết kế.Tiêu chuẩn kỹ thuật phải bảo đảm nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thácđường trong mạng lưới đường bộ quốc gia, phù hợp với các tiêu chuẩn thiết kế của khu vực và thế giới trong thời đại hội nhập. Tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật phải đáp ứng yêu cầu về an toàn, phù hợp môi trường và sử dụng hợp lý tàinguyên thiên nhiên.Tiêu chuẩn kỹ thuật mang tính pháp lý buộc phải tuân thủ khi thiết kế đường bộ nhưng phải được hiểu là các giá trị giới hạn tối thiểu, khi thiết kế phải cố gắng sử dụng các chỉ tiêu kỹ thuật tốt hơn đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế.Việc xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật phải:- Dựa trên tiến bộ khoa học và công nghệ, kinh nghiệm thực tiễn, nhu cầu hiện

tại và xu hướng phát triển kinh tế - xã hội; - Sử dụng tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn khu vực, tiêu chuẩn nước ngoài làm

cơsở để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, trừ trường hợp các tiêu chuẩn đó không phù hợp với đặc điểm về địa lý, khí hậu, kỹ thuật, công nghệ của Việt Nam hoặc ảnh hưởng đến lợi ích quốc gia;

- Bảo đảm tính thống nhất của hệ thống tiêu chuẩn và hệ thống quy chuẩn kỹ thuật của Việt Nam.

Hệ thống các tiêu chuẩn thiết kếđường bộ.Các tiêu chuẩn hiện hành bao gồm 2 loại là tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) và tiêuchuẩn ngành (TCN)- TCVN 4054-05 : Phân loại đường ô tô công cộng - TCVN 5729-97 : Phân loại đường ô tô cao tốc- 22TCN 273-01 : Phân loại cấp hạng đường theo hướng dẫn AASHTO- TCXD 104-07 : Phân loại đường đô thịTrong phạm vi giáo trình này chỉ nghiên cứu đường ngoài đô thị, tiêu chuẩn áp dụng là TCVN 4054-05; TCVN 5729-97 và 22TCN 273-01 đồng thời cũng cập nhật các tiến bộ trong các tiêu chuẩn của Trung Quốc, CHLB Đức và Mỹ.1.6 MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

Môn học thiết kế đường ô tô là môn KHKT nghiên cứu các nguyên lý và phươngpháp thiết kế tuyến đường và các công trình trên đường (nền đường, mặt đường, cầu cống, các công trình phục vụ khai thác đường và tổ chức giao thông trênđường) để đảm bảo cho đường ô tô thực hiện được các vai trò của nó trong hệ thống giao thông vận tải.Nội dung chủ yếu của môn học gồm những phần sau:Phần 1: Thiết kế yếu tố hình học đường

42

- Đường ô tô và các yếu tố của đường ô tô- Nghiên cứu những lý thuyết (mô hình) sử dụng trong thiết kế hình học đường

để từ đó thiết kế các yếu tố hình học của đường đáp ứng được yêu cầu xe chạy an toàn, êm thuận và kinh tế

Phần 2: Thiết kế nền đường và các công trình trên đường- Phân tích những hưhỏng của nền đường và nguyên nhân hình thành biến

dạng của nền đường.- Thiết kế mặt cắt ngang của nền đường thông thường.- Phương pháp kiểm toán sự ổn định của nền đường. Các biện pháp phòng hộ

và gia cố nền đường- Tính toán ổn định và các giải pháp thiết kế của nền đường đắp trên đất yếu.- Cấu tạo của các loại tường chắn đất, đặc điểm, nội dung kiểm toán và ứng

dụng của các loại tường chắn đất.- Những yêu cầu và phương pháp thiết kế hệ thống thoát nước đường ô tô, tính

toán được khẩu độ công trình thoát nước.Phần 3: Thiết kế mặt đường ô tôThiết kế mặt đường ô tô bao gồm những khái niệm, bản chất và các phương pháptính toán cường độ và độ ổn định của kết cấu tổng thể nền - mặt đường ô tô, các yêu cầu đối với môn học là:- Tìm hiểu các dạng phá hoại chủ yếu của kết cấu áo đường và mối liên hệ giữa

các dạng phá hoại đó với các chỉ tiêu thiết kế- Xác lập các khái niệm cơbản về lý thuyết, nguyên lý tính toán thiết kế kết

cấu áo đường- Nắm chắc các nguyên tắc và cách ứng dụng để thiết kế bố trí kết cấu áo

đường. Hiểu rõ và áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường hiện hành. Nắm được các phương pháp thiết kế kết cấu đường băng sân bay

Phần 4: Khảo sát thiết kế đường ô tôPhần này bao gồm các kiến thức về công tác điều tra, khảo sát phục vụ thiết kế đường ô tô, các khái niệm và cách tính toán các chỉ tiêu đánh giá phương án thiết kế đường ô tô, các đặc điểm của khảo sát và thiết kế đường ô tô qua các vùng địa chất đặc biệt, các đặc điểm của thiết kế đường cao tốc.Tính chất của môn học nhưvậy nên khi nghiên cứu cần có một quan điểm tổng hợp, không chỉ nặng về tính toán mà còn quan tâm đến cấu tạo và các biện pháp thực hiện, không chỉ nặng về phân tích cơhọc mà còn chú ý phân tích vật lý, tâmsinh lý của con người trên đường, không chỉ chú trọng kỹ thuật mà còn nghiêncứu xã hội học về người sử dụng đường, không chỉ để ý đến con đường mà cònảnh hưởng của con đường tới môi trường và ngược lại. Luôn luôn đảm bảo cho con đường phục vụ giao thông theo các chỉ tiêu chủ yếu : AN TOÀN - THUẬN LỢI – KINH TẾ.

43

CHƯƠNG 2SỰCHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

2.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG KHI XE CHẠY

Chuyển động của ô tô trên đường là một chuyển động phức tạp - tịnh tiến trênđường thẳng, quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và daođộng khi chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng. Tất cả những đặc điểm chuyển động đó hiện nay chưa vận dụng hết vào việc xác định các yếu tố tuyến đường, vì vậy trong thiết kế đường, người ta giả định là ô tô chuyển động không dao động trên mặt đường hoàn toàn phẳng, rắn và không biến dạng.

Khi xe chạy trên đường động cơphải tiêu hao năng lượng để khắc phục các lực cản trên đường. Các lực cản khi xe chạy bao gồm: sức cản lăn, sức cản không khí, sức cản quán tính và sức cản do dốc (Hình 2.1).

Điều kiện để xe chạy được là lực kéo do động cơsinh ra phải khắc phục được tất cả các lực cản : Pk ≥ ∑ Pcản .

Pw

P f

Pf

Pk

PiPj

Hình 2.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển độngPk – Lực kéo; Pf – Lực cản lăn; Pw - Lực cản không khí

Pi – Lực cản lên dốc; Pj – Lực cản quán tính

2.1.1 LỰC CẢN

2.1.1.1 Lực cản lăn Pf:

Khi xe chạy, tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực cản lăn. Lực này ngược chiều chuyển động của xe, cản trở sự chuyển động của ô tô. Lực cản lăn sinh ra là do ma sát giữa bánh xe với mặt đường, sinh ra do biến dạng của lốp xe và biến dạng của mặt đường, do xe bị xung kích và chấn động

44

trên mặt đường không bằng phẳng và do ma sát trong các ổ trục của xe khi xe chạy.

Thực nghiệm cho thấy tổng lực cản lăn trên tất cả các bánh xe Pf tỉ lệ thuận với trọng lượng G (kG) của ô tô:

Pf = f.G (kG) (2.1)

Hệ số sức cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tốc độ xe chạy và chủ yếu phụ thuộc vào loại mặt đường (Bảng 2.1). (Thường lấy f=0,02 khi tính toán thiết kế các yếu tố hình học đường).

Bảng 2.1 Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đườngLoại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f

+ Bê tông xi măngvà bê tông nhựa

+ Đá dăm đen+ Đá dăm

0,01 – 0,02

0,02 – 0,0250,03 – 0,05

+ Lát đá+Đất khô và bằng phẳng+Đất ẩm và không

bằng phẳng+Đất cát rời rạc

0,04 – 0,050,04 – 0,050,07 – 0,15

0,15 – 0,30

Thực nghiệm thấy rằng dưới tốc độ 50Km/h hệ số cản lăn thực tế không thay đổi, còn trong khoảng tốc độ 50-150Km/h tăng theo công thức sau:

fv = f.[1+0,01(V-50)]; với vận tốc tính bằng Km/h.

Hình 2.2 Quan hệ giữa hệ số cản lăn với vận tốc của ô tô và áp suất lốp xe

2.1.1.2 Lực cản do không khí Pw

Khi xe chạy, lực cản không khí gây ra do phản lực của khối không khí phía trước, do ma sát của thành xe với không khí hai bên và do khoảng chân không phía sau ô tô hút lại.

45

Theo khí động học, lực cản không khí khi không có gió được xác định theo công thức:

Pw = k.F.v2 (kG)Trong đó:

k – hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào mật độ không khí và hình dạngxe: ô tô tải k = 0,06–0,07; ô tô bus 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) (m2).F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô m).v – vận tốc tương đối của xe kể cả tốc độgió, thường tính toán với vận tốc của gió bằng không, nhưvậy v là vận tốc xe chạy tính toán (m/s).

Trong kỹ thuật, thường vận tốc xe chạy được tính bằng km/h, nhưvậy ta có :

13kFVP

2w V – vận tốc xe chạy, km/h. (2.2)

2.1.1.3 Lực cản do lên dốc Pi

Là do trọng lượng bản thân của ô tô gây ra khi xe chuyển động trên mặt phẳng nằm nghiêng.

Pi

G

Hình 2.3 Lực cản lên dốc Pi

Ta có: Pi = G. sin

Do nhỏ1 nên sintg= ii – độ dốc dọc của đường.

Do đó: Pi = G. i (2.3)Khi xe lên dốc lấy dấu “+” và khi xe xuống dốc lấy dấu “-“.

Khi xe lên dốc lực này ngược chiều chuyển động, khi xe xuống dốc cùng chiều chuyển động.

1 (Độ dốc lớn nhất theo TCVN 4054-05 imax=11% từ đó góc max =6,28o)

46

2.1.1.4 Lực cản do quán tính Pj

Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc. Bao gồm sức cản quán tính do chuyển động tịnh tiến của ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô. Khi xe tăng tốc thì lực quán tính ngược chuyển động của ô tô, cản trở chuyển động; khi xe giảm tốc, lực quán tính cùng chiều chuyển động. Do đó ta có:

Pj = m.j

Trong đó: m – khối lượng của ô tô m=G/g; G – trọng lượng của ô tô, g – gia tốc trọng trường; J – là gia tốc của ô tô J=dv/dt; v – tốc độ xe chạy, t – thời gian;

Vì ngoài chuyển động tịnh tiến xe còn có các chuyển động quay của các bánh xe, trục xe nên phải nhân thêm hệ số kể đến quán tính quay δ=1,03-1,07.

dtdv

gG

Pj (2.4)

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

Xe con TOYOTA CAMRY 2.4

Hình 2.4 Gia tốc J theo V và chuyển số

Hình 2.5 Thời gian T và quãng đường tăng tốc S theo V

2.1.2 LỰC KÉO VÀ QUÁ TRÌNH SINH RA SỨC KÉO

Khi xe chạy, nhiên liệu cháy trong động cơ, biến nhiệt năng thành cơnăng tạo ra một công suất làm quay trục khuỷu, tạo ra mô men quay M tại trục của động cơrồi chuyền qua hộp số, trục các đăng tới cầu xe tạo ra mô men quay tại trục chủ động Mk và sinh ra lực kéo Pk tại bánh xe chủ động.

t

S

47

Hình 2.6 Quá trình sinh ra sức kéo của ô tô1: Động cơ. 2: Ly hợp. 3: Hộp số.4: Trục các đăng. 5: Cầu xe. 6: Bánh xe.

Công suất hiệu dụng N của động cơtạo nên mô quay M tại trục khuỷu của động cơ:

N=75

.wM (mã lực) (2.5)

Trong đó :

w : là vận tốc góc của trục quay: w=60

.2 n

n : số vòng quay tính bằng v/phút.

Do đó M=n

N.2,716(kG.m) (2.6)

Từ đó tính được mô men quay ở bánh xe chủ động:

Mk=M.ik..io (kG.m). (2.7)Trong đó:

ik: tỉ số truyền của hộp số, thay đổi theo số cài của xe.io: tỉ số truyền cơbản ở cầu xe, nó phụ thuộc vào loại xe.

: hệ số hiệu dụng của cơcấu truyền động.

+ =0.80.85 đối với xe tải.

+ =0.850.9 đối với xe con, xe du lịch.

Pk=k

k

rM Pk=

k

ko

riiM ..

.(kG). (2.8)

Bán kính rk phụ thuộc vào áp lực hơi trong lốp xe, cấu tạo của lốp và tải trọng tác dụng trên lốp xe. Thường rk=(0,93-0,96)r

48

Xe con TOYOTA CAMRY 2.4

Hình 2.7 Biểu đồ đặc tính ngoài giữa công suất Ne (mã lực), mô men quay Me(kG.m)theo số vòng quay của động

cơne(v/ph)

Hình 2.8 Lực kéo của động cơPk theochuyển số và vận tốc xe chạy V (km/h)

2.2 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ BIỂU ĐỒ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC

Lực kéo sinh ra để khắc phục tất cả các lực cản trên đường. Để xe có thể chuyểnđộng được thì Pk ≥ ∑ Pcản

Nhưvậy, phương trình chuyển động của ô tô

Pk=Pf + Pw + Pi + Pj (2.9)

Hay Pk = fG Gi +13

kFV2

dtdv

gGδ

Đặt D =dtdv

gδ

ifG

13kFV

P2

k

(2.10)

D - được gọi là nhân tố động lực của ô tô, về cơhọc D có nghĩa là sức kéo trênmột đơn vị trọng lượng của xe.

Khi chuyển động đều thì 0dtdv

và do vậy điều kiện chuyển động đều của ô tô

về mặt sức kéo sẽ là:

D = f ± i (2.11)

49

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 (Hình2.9).

Hình 2.9 Biểu đồ nhân tố động lực của xe TOYOTA Camry 2.4

Các vận dụng từ biểu đồ nhân tố động lực

1. Xác định được vận tốc xe chạy đều thực tế lớn nhất khi biết tình trạng của đường :

D=f i J.khi xe chuyển động đều thì J=0 D=f i.

Có f, i Dtt =f i Vmax thực tế

Khi từ D gióng sang ngang cắt biểu đồ tại hai điểm thì chỉ có điểm ở bên phải có giá trị ổn định và dùng được để xác định Vmax thực tế.

Trường hợp này thường được áp dụng cho các đường cải tạo nâng cấp và khi tínhtoán khai thác đường.

2. Xác định các điều kiện cần thiết của đường để đảm bảo một tốc độ xe chạy cân bằng yêu cầu.

D=f i J.khi xe chuyển động đều thì J=0 D=f i.

Chọn một loại xe đặc trưng cho đoạn đường đang xét (chiếm % lưu lượng lớn nhất) đểcó biểu đồ nhân tố động lực của loại xe đó.

50

Có V dựa vào biểu đồ nhân tố động lực suy ra D, căn cứ vào loại mặt đường có f imax=D-f.

Trường hợp này thường được áp dụng cho việc thiết kế đường mới.

Trong quy phạm thiết kế đường, tương ứng với vận tốc thiết kế độ đốc dọc lớn nhất được quy định tương ứng với từng cấp hạng kỹ thuật của đường.

Cũng theo phương pháp này có thể xác định khả năng khởi động ở chân dốc.

Muốn khởi động xe phải bắt đầu ở chuyển số I, lúc đó có Dmax và tính được gia tốc

g

ifD .)(maxdtdv gia tốc đủ để khởi động được không nhỏ hơn

1,5m/s2.

3. Xác định chiều dài cần thiết của đoạn tăng tốc, giảm tốc

Xe đang chạy với tốc độ cân bằng v1 ứng với điều kiện đường D1=f1 i1 chuyển sang một tốc độ cân bằng mới v2 có gia tốc dv/dt khi có điều kiện mới D2=f2 i2

)1iDiD(254

2i

V21i

V2v

1v )2D1D(

dv.v2v

1v gdsg,tS

g)2D1D(

dv.vdt.vds

g).2D1D(

g.)if(D

dtdv

(2.12)

Viết theo biểu thức cuối có nghĩa là ta phân sự chênh lệch tốc độ ra nhiều phân tố rồi tổng hợp dần lại

Từ đó có thể vẽ được biểu đồ vận tốc trên trắc dọc.

2.3 LỰC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG

Khi ô tô đang chuyển động thì có các lực tác dụng lên bánh xe chủ động và bị động.

Tại bánh xe chủ động mô men Mk tác dụng lên mặt đường lực kéo Pk và theođịnh luật III Newton mặt đường tác dụng trở lại bánh xe một lực T theo phươngngang cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn với Pk. Nhờ có T mà điển tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường trở thành tâm quay tức thời của bánh xe, giúp cho xe chuyển động được, ta gọi T là lực bám của bánh xe và mặt đường.

51

Ngoài ra bánh chủ động còn chịu trọng lượng Gk theo phương thẳng đứng đè lênmặt đường, và mặt đường cũng tác dụng lại bánh xe một lực R theo phươngthẳng đứng nhưng lệch tâm một đoạn là a (do quá trình chuyển động bánh xe bị biến dạng và xô về phía trước). (a/rk=f)

r

Pk B T T A

rk

Gt

V PR

aR

Mk

29M1 - 1369

a rk

r

V

Gk

Lực tác dụng lên bánh chủ động Lực tác dụng lên bánh xe bị độngHình 2.10 Các lực tác dụng lên bánh xe

Về bản chất: T là lực ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường, nó phụ thuộc vào:

+ áp suất hơi của bánh xe, tính chất bề mặt tiếp xúc của bánh xe.

+ Tính chất bề mặt tiếp xúc của mặt đường (ráp hay nhẵn, trơn)

+ Tình trạng mặt đường (khô, sạch hay ẩm, bẩn)

Do đó lực bám T là một lực bị động, khi Pk xuất hiện thì T mới xuất hiện, và Pk

càng lớn thì T cũng càng lớn, nhưng T chỉ tăng được đến một giá trị Tmax nào đómà thôi (gọi là lực bám lớn nhất), lúc đó cứ tăng Pk lên thì điểm tiếp xúc không còn là tâm quay tức thời nũa, bánh xe sẽ bị quay tại chỗ hoặc trượt theo quán tính và xe không thể chuyển động được.

Đối với bánh xe bị động, lực P đặt tại tâm bánh xe, phản lực tiếp tuyến trênđường là T nhưng ngược chiều chuyển động, nhưvậy ta có R=Gt và P=T.

a.R = P.rk ==> P = (a/rk)Gt = f.Gt

Trong đó G t là thành phần trọng lực tác dụng lên trục bị động

Nhưvậy điều kiện chuyển động bình thường của xe về lực bám là Pk≤Tmax

Bằng thực nhiệm người ta tính được lực bám lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường theo công thức sau :

Tmax=.Gk (kG). (2.13)

Gk : là thành phần trọng lực tác dụng lên trục chủ động

Xe con : Gk=(0,50,55)G

52

Xe tải : Gk=(0,650,7)G

: là hệ số bám của bánh xe đối với mặt đường.

ý nghĩa của hệ số bám .

- Hệ số bám phụ thuộc vào độ mài mòn của lốp xe và đặc biệt là phụ thuộc vào tình trạng mặt đường và độ nhám của lớp mặt.

- Khuyến khích sử dụng loại mặt đường có độ bằng phẳng cao, vật liệu lớp mặt cứng, đồng đều, ít mòn để tăng độ bám của mặt đường.

- Tình trạng của mặt đường phải tốt, nếu mặt đường bẩn và ẩm ướt thì lực bám giảm đi rất nhiều, bánh xe dễ bị trơn trượt, làm mất an toàn khi chạy xe.

- Trong điều kiện lốp xe trung bình, vận tốc chạy xe trung bình thì có thể tham khảo các giá trị của nhưsau:

Bảng 2.2 Các giá trị hệ số bám dọc φ

Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạy Hệ số bám

Khô sạch

Khô sạch

ẩm và bẩn

Rất thuận lợi

Bình thường

Không thuận lợi

0,7

0,5

0,3

Theo điều kiện lực bám, để xe chuyển động được thì:

Pk ≤Tmax=.Gk. (2.14)

MàG

PGDPGDP

GPP

D wkwk

wk

..

(2.15)

Kết hợp với điều kiện chuyển động được của ô tô về mặt lực kéo ta có

GPG

Ddtg

dvif wk

..

điều kiện chuyển động chung của xe (2.16)

Biểu thức G

PG wk .là đặc tính động lực tính theo lực bám và ký hiệu là Db ta

có:

dtdv

ifG

PGD wk

b

.

(2.17)

Khi xác định độ dốc ib theo lực bám cũng tính cho trường hợp xe lên dốc vàchuyển động đều, nhưvậy ta có:

Db = f + ib ; ib = Db – f (2.18)

Vậy khi xe vượt được dốc phải đảm bảo điều kiện ib ≥ik

53

Theo định luật bảo toàn chuyển động của khối tâm của cơhệ có thể phân tích quá trìnhchuyển động của ô tô nhưsau:

Khi khởi động, áp lực của hơi nước hoặc của khí nén bên trong động cơlà lực trong, tự nó không thể làm cho khối tâm của hệ di chuyển. Chuyển động có thể thực hiện được lànhờ động cơđã truyền mô men quay Mk cho các bánh chủ động. Khi tiếp điểm B củabánh chủ động có khuynh hướng trượt về phía sau (sang trái) thì lực bám T sinh ra sẽ hướng về phía trước (sang phải). Nhờ có lực ngoài này mà trọng tâm của ô tô chuyển động được sang phải. Còn ở bánh bị động (bánh dẫn) tác dụng vào bánh bị động không phải là mô men quay Mk mà là lực P đặt vào trục của bánh. Dưới tác dụng của lực P, cả bánh và điểm A tiếp xúc với mặt đường bị trượt về phía trước. Khi đó lực ma sát hướng về phía sau tác dụng vào bánh xe là lực ngoài cản lại chuyển động. Nếu không có lực bám T hoặc lực đó không đủ lớn để thắng sức cản của các bánh bị động, thì ô tôkhông thể di chuyển về phía trước được. Lúc đó các bánh chủ động sẽ quay tại chỗ (sa lầy)

2.4 SỰ HÃM XE VÀ CỰ LY 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 ước tính cường độ hãm phanh saocho 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 toànchạy xe, chiều dài hãm xe có một ý nghĩa rất quan trọng.

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

T B Ph

29K1 - 0026

Mhr

A

V

rGtGk

rk rk

PhT

Mh

Hình 2.11 Sơđồ phát sinh lực hãm xe

Lực hãm phanh Ph chỉ có tác dụng khi có đủ sức bám giữa lốp xe với mặt đường, nếu không thì xe vẫn trượt trên mặt đường mặc dù bánh xe không quay nữa. Vìvậy lực hãm có ích lớn nhất chỉ có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩa là:

Ph = Tmax = Gh (2.19)

Trong đó: - hệ số bám

54

Gh – trọng lượng hãm, vì tất cả các bánh xe đều bố trí bộ phận hãmphanh 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 quátrình hãm, nhưng vì khi hãm xe, xe chạy chậm nên lực cản do không khí Pw làkhông 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:

∑Phãm = Ph + Pi = G iG = G(i) (2.20)

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 lýbảo toàn năng lượng thì công của tổng lực hãm A sinh ra trên chiều dài hãm xeSh phải bằng động năng W tiêu hao do tốc độ ô tô giảm từ v1 xuống v2 , tức là:

G(i)Sh =22

22

21

22

21 vv

gGvvm

Do đó có thể tính được chiều dài hãm xe:

igvv

Sh

2

22

21 (2.21)

Trong thực tế cự ly hãm lý thuyết Sh không thực hiện được, vì khi hãm xe với cường độ cao, bánh xe có thể ngừng quay và bắt đầu trượt, đặc biệt là trên đường ẩm ướt. Ngoài ra nếu bánh xe bị hãm hoàn toàn thì bánh trước sẽ không lái được và bánh sau sẽ bị trượt ngang rất nguy hiểm. Do đó chiều dài hãm xe ngoài thực tế sẽ lớn hơn so với lý thuyết và người ta phải đưa vào công thức trên hệ số sử dụng phanh k. Theo thực nghiệm nên lấy k = 1,2 với ô tô con và k = 1,3 – 1,4 với ô tô tải và ô tô buýt. Do đó ta có:

igvv

kSh

2

.22

21 (2.22)

Nếu tốc độ xe tính bằng km/h thì:

i254VV

.kS2

22

1h

, m (2.23)

Khi hãm xe, nếu xe dừng lại hẳn thì V2 = 0, do đó:

i254k.V

S2

h

, m (2.24)

Theo định luật bảo toàn chuyển động của khối tâm của cơhệ có thể phân tích quá trìnhhãm phanh của ô tô nhưsau:

55

Để hãm phanh, người lái phanh cho má phanh áp chặt vào tang quay gắn liền với bánh xe, lực ma sát giữa má phanh và tang quay sinh ra mô men hãm Mh . Lực ma sát giữa má phanh và tang quay là lực trong, tự nó không làm thay đổi được chuyển động của khối tâm tức là không hãm được xe đang chạy. Nhưng ma sát giữa má phanh và tangquay sẽ làm cho bánh xe quay chậm lại và làm cho ma sát giữa bánh xe với mặt đường tăng lên. Lực bám khi hãm là lực ngoài, có chiều ngược với chiều chuyển động, nó làmcho khối tâm của xe phải chuyển động chậm dần nghĩa là bị hãm lại.

2.5. TẦM NHÌN XE CHẠY.

Để đảm bảo xe chạy an toàn, người lái xe luôn luôn cần phải nhìn thấy rõ một đoạn đường ở phía trước để kịp xử lý mọi tình huống giao thông nhưtránh cácchỗ hưhỏng, các chướng ngại vật, vượt xe,… Chiều dài đoạn đường tối thiếu cần nhìn thấy ở phía trước đó gọi là tầm nhìn chạy xe. Khi thiết kế đường cần phải đảm bảo được tầm nhìn này.

Trở ngại đối với tầm nhìn có thể xảy ra ở chỗ đường vòng trên bình đồ hoặc cũng có thể xảy ra ở những chỗ đỉnh dốc lồi trên trắc dọc (Hình 2.12).

Vuøng caûn trôû taàm nhìn

Tim ñöôøng Quõy ñaïo xe chaïy

Vuøng caûn trôû taàm nhìn

a)

b)

Hình 2.12 Khái niệm về tầm nhìna) Trên bình đồ; b) Trên trắc dọc

Cần phải xác định chiều dài tầm nhìn tối thiểu S này tùy thuộc vào một số tìnhhuống giao thông trên đường theo các sơđồ sau đây:

2.5.1 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 1:

S1

lpu Sh l0

Hình 2.13 Tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 1

56

Ô tô gặp chướng ngại vật trên làn xe đang chạy, người lái xe cần phải nhìn thấy chướng ngại vật và kịp dừng xe trước nó (Hình 2.13).

Theo hình vẽ ta có:

S1 = lpu + Sh + l0 (2.25)

Trong đó:

Lpu – chiều dài xe chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, là thời gian từ lúc lái xe nhận ra chướng ngại vật đến khi tác động hãm xephát huy hiệu quả hãm hoàn toàn, trong thiết kế đường quy định thời gian này là 1s, do đó: lpu = v.t = v (m).

v – tốc độ ô tô trước khi hãm phanh, m/s;

Sh – Chiều dài xe chạy được trong quá trình hãm xe,

i2gv

k.S2

h

, m (2.26)

l0 – Cự ly an toàn, thường lấy từ 5 – 10m;

Do đó: 0

2

1 li2g

vk.vS

, m (2.27)

Nếu vận tốc V tính bằng km/h thì:

0

2

1 li254

Vk.3,6VS

, m (2.28)

2.5.2 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 2:

Theo sơđồ này, hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe và kịp dừng lại trước nhau một cách an toàn (Hình 2.14).

S2

lpu1 Sh1 l0 Sh2 lpu2

1 1 2 2

Hình 2.14 Tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 2

Theo hình vẽ ta có:

S2 = lpu1 + Sh1 + l0 + Sh2 + lpu2 (m) (2.29)

Trong đó:

57

lpu1, lpu2 - chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lập luận tương tự nhưtrên ta có:

l1 = v1 l2 = v2, (m)

v1, v2 – vận tốc của xe 1 và xe 2, m/s;

Sh1, Sh2 - chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong suốt quá trình hãm phanh.

i2gv

k.S21

h1

, m

i2gv

k.S22

h2

, m

(giả thiết xe 1 lên dốc và xe 2 xuống dốc)

l0 – Cự ly an toàn, thường lấy từ 5 – 10m;

Do đó:

0

22

21

212 li2g

vk

i2gv

k.vvS

, m

Nếu 2 xe chạy cùng tốc độ là V1 = V2 = V, vận tốc V tính bằng km/h thì:

022

2

2 l127

Vk

1,8V

S

i

, m (2.30)

2.5.3 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 3:

Theo sơđồ này, hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe, xe chạy trái làn phải kịp lái về làn xe của mình để tránh xe kia một cách an toàn và khônggiảm tốc độ (Hình 2.15).

1

1

2 2

l1 l2

r

a

l2/2

a/2

r

S3

lo l3 l'1

Hình 2.15 Tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 3

Theo hình vẽta có: S3 = l1 + l2 + l0 + l3 + l’1 (m) (2.31)

Trong đó:

58

l1 và l’1 - chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lập luận tương tự nhưtrên ta có: l1 = v1, l’1=v2 (m)

v1 và v2 – vận tốc của xe 1 và xe 2, m/s;

l2 - chiều dài xe 1 chạy được trong thời gian lái tránh xe 2, theo hình vẽ 2.9, xét tam giác vuông nội tiếp trong nửa vòng tròn bán kính r, ta có:

ar4a

ar2a

2r2a

2l 22

2

trong đó:

a – khoảng cách giữa trục các làn xe, m;

r – bán kính tối thiểu xe có thể lái ngoặt được tính theo điều kiện ổn định chống trượt ngang, m;

)(127r

2

nn iV

với φn là hệ số bám ngang φn=0,6φ(thường lấy φn=0,3-0,35) và in là độ dốc ngang mặt đường (in=2-4%)

từ đó ta có: ar2l2 , m

l3 – đoạn đường xe 2 đi được trong thời gian xe 1 lái tránh, ta có:

2

3

1

2

vl

vlt

arvv2l

vvl

1

22

1

23 , m

Do đó: 01

2213 ar

vv2ar2vS lv , m

Nếu 2 xe chạy cùng tốc độ V1 = V2 = V, km/h thì:

ml ,ar41,8VS 03 (2.32)

2.5.4 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 4:

Hai xe cùng chiều có thể vượt nhau, xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1-Sh2 và khi quan sát làn xe trái chiều, xe 1 vượt xe 2 và quay về làn của mình an toàn (Hình 2.16). Vận tốc các xe là v1, v2 và v3

(v1>v2) thường lấy v2=v3=vtk và xe 1 chạy nhanh hơn xe 2 là 15km/h

59

Xe 1 chạy đến mặt cắt 0-0 thì bắt kịp xe 2 và quay về làn của mình cách xe 2 một khoảng cách an toàn Sh2+l0

Toàn bộ quá trình vượt xe không thay đổi tốc độ

1 1

3 31

2 22

S4

l1 l2 l' l3

0

0

Sh1-Sh2

Sh2+l0

Hình 2.16 Tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 4

Ta có: S4 = l1 + l2 +l’2 + l3, m (2.33)

Trong đó: l1 - chiều dài xe 1 chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lập luận tương tự nhưtrên ta có: l1 = v1, m

* Tính l1+l2 :

Thời gian xe 1 chạy đến mặt cắt 0-0 bằng thời gian xe 2 chạy đến mặt cắt 0-0

21

122112

2

212

1

21 )()(v

lvv

lvSSvl

vSSll hhhh

Thay l1=v1 , khai triển Sh1 và Sh2 ; rút l1+l2 ta có

)(2)( 211

21

21

21 igvvkv

vvv

ll

(2.34)

* Tính l’2 :

Thời gian mà xe 1 đi từ mặt cắt 0-0 về làn xe thuận cũng bằng thời gian xe 2 đi từ mặt cắt 0-0 đến cách xe 1 một khoảng cách Sh2+l0

0

22

21

1

21

021

'2

21

02

2

02'2

1

'2

)(2.

)(l

igkv

vvv

vvlS

vlvvlS

vlSl

vl hhh

(2.35)

* Tính l3 :

Trong thời gian xe 1 chạy được quãng đường l1+l2+l’2 thì xe 3 chạy được quãngđường l3. Nhưvậy ta có:

)( '221

1

33

1

'221

3

3 lllvv

lv

lllvl

(2.36)

Thay (2.34), (2.35), (2.36) vào (2.33) ta có

60

)1).((1

3'2214 v

vlllS (2.37)

Thay (2.34)+(2.35) vào (2.37) và viết gọn lại ta có

)1.()(2)(2

)(

1

30

22

21

1211

21

21

4 vv

lig

kvvv

vigvvkv

vvv

S

(2.38)

Công thức trên có thể tính đơn giản hơn, nếu nhưngười ta dùng thời gian vượt xe thống kê được trên đường. Trị số này trong trường hợp bình thường, khoảng 10s, và trong trường hợp cưỡng bức, khi xe đông, ... khoảng 7s. Lúc đó chiều dài tầm nhìn theo sơđồ 4 có 2 trường hợp

- Bình thường S4=6.V (2.39)

- Cưỡng bức S4=4.V

VẬN DỤNG CÁC SƠĐỒ TẦM NHÌN :1. Sơđồ 1: Là sơđồ cơbản nhất cần phải kiểm tra trong bất kỳ tình huống

nào của đường. Quy trình Việt Nam quy định Các tầm nhìn được tính từ mắt người lái xe có vị trí: chiều cao 1,00 m bên trên phần xe chạy, xe ngược chiều có chiều cao 1,20 m, chướng ngại vật trên mặt đường có chiều cao 0,10 m.

2. Sơđồ 2 : Thường áp dụng cho các đường không có dải phân cách trung tâm và dùng để tính toán bán kính đường cong đường

3. Sơđồ 3 : Không phải là sơđồ cơbản, ít được sử dụng trong các quy trìnhnhiều nước

4. Sơđồ 4 : Là trường hợp nguy hiểm, phổ biến xảy ra trên đường có 2 lànxe. Khi đường có dải phân cách giữa, trường hợp này không thể xảy ra. Tuy vậy, trên đường cấp cao, tầm nhìn này vẫn phải kiểm tra nhưng với ý nghĩa là bảo đảm một chiều dài nhìn được cho lái xe an tâm chạy với tốc độ cao.

Bảng 2.3 [1]Các giá trị tầm nhìn tối thiểu khi xe chạy trênđường

Cấp đường I II III IV V VITốc độ thiết kế (km/h) 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20

Tầm nhìn hãm xe S1(m) 210 150 100 75 75 40 40 30 30 20

Tầm nhìn trước xe ngược chiều S2 (m) - - 200 150 150 80 80 60 60 40

Tầm nhìn vượt xe SVX (m) - - 550 350 350 200 200 150 150 100

61

2.6 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐOÀN XE KÉO MOÓC

Trong khi tính toán sức kéo của ô tô, chúng ta thấy trên phần lớn chiều dài đường không sử dụng hết lực kéo của ô tô, nhất là ở vùng đồng bằng. Vì vậy, sử dụng moóc kéo sau xe là một biện pháp hữu hiệu để nâng cao năng suất đoàn xe và tận dụng lực kéo, tiết kiệm nhiên liệu chuyên chở. TCVN 4054-05 quy định xe dàinhất là xe moóc tỳ, chiều rộng phủ bì 2,50 m, cao 4,00 m và toàn chiều dài là16,5m. Khi trong đoàn xe có xe lớn hơn lưu thông, có thể tham khảo tiêu chuẩn các nước khác. Theo tiêu chuẩn Mỹ, đoàn xe kéo moóc không rộng quá 2,6m, không cao quá 4,0m và đoàn xe dài nhất (mang ký hiệu WB-114) không dài quá35m

Về sự chuyển động của đoàn xe kéo moóc có những chú ý sau đây:

- Về yêu cầu an toàn, tất cả các moóc hiện đại đều có bố trí phanh hãm trêncác trục của moóc

- Lực cản lăn và lực cản lên dốc cũng nhưchiếc xe đơn nhưng phải tính với trọng lượng của toàn đoàn xe

- Hệ số lực cản không khí lớn hơn nhiều so với xe đơn chiếc nhưng vì tốc độ đoàn xe chạy chậm nên trị số tuyệt đối không tăng đáng kể

- Trong lực cản quán tính chú ý tới quán tính quay của các bộ phận của moóc

Ta có phương trình chuyển động của đoàn xe kéo moóc

dtdvnQG

gkFVifnQGP mmk )(

13))((

2

(2.40)

Trong đó

n - số moóc

Qm- Trọng lượng của mỗi moóc

β- Hệ số kể đến quán tính quay của các moóc

Trường hợp vận tốc của đoàn xe thấp, lực cản không khí coi nhưkhông đáng kể, nếu chuyển động đều thì dv/dt=0 và ta có phương trình

Pk=(G+nQm).(f±i) (2.41)

Căn cứ phương trình trên, khi biết điều kiện đường f và i, sẽ xác định được số hàng kéo theo moóc hoặc khi yêu cầu về moóc đã xác định thì sẽ tính được độ dốc dọc tối đa có thể khắc phục được... Thường đoàn xe kéo moóc phải có mộtdự trữ nhất định về lực kéo : ở chuyển sốtrực tiếp nhất phải khắc phục được dốc từ 1-1,5%, ở chuyển số II phải khắc phục được độ dốc tối đa của đường

62

Khi xe kéo moóc, lực kéo của động cơvẫn là Pk nhưng trọng lượng phải kéo khác đi, nhân tố động lực mới sẽ nhỏ đi nhiều

GnQG

DD

nQGGDD

nQGG

GPP

nQGPP

D

m

mm

wk

m

wk

)(

)(.

)(.

)(

'

''

(2.42)

Nhưvậy, các trị số nhân tố động lực phải được tính lại khi có kéo moóc theo các quan hệ trên.

2.7. TÍNH HAO TỔN NHIÊN LIỆU VÀ HAO MÒN LỐP TRÊN ĐƯỜNG

2.7.1 Tính hao tổn nhiên liệu:

Lượng tiêu hao nhiên liệu là một chỉ tiêu quan trọng vì nó ảnh hưởng đến giá thành vận tải, là chỉ tiêu để tính toán kinh tế - kỹ thuật chon phương án tuyến. Nhiên liệu tiêu hao để sản ra công vận chuyển nên lượng tiêu hao phụ thuộc vàođiều kiện đường sá.

Về lý thuyết, lượng tiêu hao nhiên liệu cho một xe chạy trên 100km đường được tính theo công thức:

lít/100km,10.V.γ

.Nq1000.V.γ

.N.100qQ ee

100 (2.43)

trong đó:

qe – tỉ suất tiêu hao nhiên liệu, tức là số nhiên liệu cần tiêu hao để sinh ra 1 mã lực trong 1 giờ (g/mã lực giờ), qe phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ, tỷ số chuyền động và độ mở bướm xăng. Trong tính toán thường giả thiết bướm xăng mở hoàn toàn và thường lấy qe = 250 - 300 g/mã lực giờ;

γ – dung trọng của nhiên liệu, g/lít.

N – công suất hiệu dụng do động cơô tô sản sinh ra để khắc phục các lực cản của đường, mã lực.

V – tốc độ xe chạy, km/h;

3,6.75.η.P

N k V (2.44)

trong đó:Pk - lực kéo sản sinh để cân bằng với các lực cản

- hệ số hiệu dụng của động cơô tô;

63

V – tốc độ xe chạy, km/h;Khi xe chạy cân bằng ta có Pk=Pcản

Pcản – tổng lực cản khi xe chạy với tốc độ đều,

ifG13

KFvP

2

caûn (2.45)

- hệ số hiệu dụng của động cơô tô;

Các số 3,6 và 75 – quyđổi đơn vị công suất ra mã lực;

Do đó ta có công thức tính lượng tiêu hao nhiên liệu:

kmlít 100/,ifG13

KFv.2700.η

qQ

2e

100

(2.46)

Từ công thức trên ta thấy tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện đường cụ thể là chất lượng mặt đường và độ dốc dọc của đường (f và i).

Hình 2.17 Sự phụ thuộc hao tổn nhiên liệu Q vào tốc độ V ở chuyển số trực tiếp, mặt đường cấp cao chủ yếu

Khi xe chạy trong thành phố, do giao thông thì người lái xe phải tăng tốc, giảm tốc (điều kiện), dừng xe trước các đèn tín hiệu làm cho tiêu hao nhiên liệu tăng lên.

Các nhà khoa học đã chứng minh tiêu hao nhiên liệu tối ưu khi xe chạy với vận tốc từ 50100 Km/h. Tiêu hao nhiên liệu còn phụ thuộc vào loại xe, chất lượng xe. Thường lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình với các xe con từ 10-17lít/100km ; xe tải từ 23-34 lít/100km, xe càng hiện đại càng tiết kiệm nhiên liệu.

64

Khi thiết kế đường cần có các biện pháp hạ thấp sự tiêu hao nhiên liệu bằng cách hạn chế sự thay đổi lực cản trên đường trong một phạm vi nhỏ, phối hợp các đoạn dốc để sử dụng động năng tích lũy của ô tô vượt dốc,...

2.7.2 Hao mòn săm lốp:

Mức độ hao mòn lốp cũng là một thành phần đáng kể khi tính toán giá thành vận doanh, sự hao mòn lốp phụ thuộc vào tốc độ xe chạy. Khi tốc độ xe chạy lớn, lốp bị nóng lên do lực xung kích lớn nên hao mòn lốp nhiều hơn khi xe chạy chậm

Sự hao mòn lốp cũng phụ thuộc vào loại và chất lượng mặt đường, mặt đường càng cứng và bằng phẳng thì tuổi thọ của lốp càng cao và ngược lại.

Khi xe chạy trong đường cong, do lực đẩy ngang làm biến dạng lốp xe, tăng lực cản lên lốp xe cũng chóng hao mòn hơn và nhiên liệu cũng tiêu hao nhiều hơn

0

20

40

60

80

100

48 64 80 96 112

Tốc độ xe chạy (km/h)

Ha

o m

òn

lố

p x

e

Hình 2.18 Sự hao mòn lốp phụ thuộc vào tốc độ V

------o0o-------

65

CHƯƠNG 3THIẾT KẾBÌNH ĐỒTUYẾN

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠBẢN

3.1.1 Khái niệm :

Bình đồ tuyến là hình chiếu bằng của tuyến đường và địa hình dọc theo tuyến đường. Bình đồ tuyến gồm 3 yếu tố tuyến chính là : đoạn thẳng, đoạn đường cong tròn và đoạn đường cong có bán kính thay đổi (gọi là đường cong chuyển tiếp)

Đoạn tuyến thẳng có hai thuộc tính đó là phương hướng và chiều dài cánh tuyến. Đoạn tuyến cong tròn cũng có hai thuộc tính cơbản, là góc chuyển hướng và bánkính đường cong tròn, hai thuộc tính này sẽ quyết định đến thuộc tính thứ ba của đường cong tròn là chiều dài đoạn cong. Trong khi đó đối với đường cong chuyển tiếp đó là hình dạng của đường cong và chiều dài của đường congchuyển tiếp …

3.1.2 Phương hướng cánh tuyến :

Việc chọn phương hướng cánh tuyến phụ thuộc vào các điều kiện kinh tế kỹ thuật, tuy nhiên trong điều kiện cho phép nên chọn tuyến càng bám sát với đường chim bay càng tốt… Để chọn một cánh tuyến đảm bảo tính tiện nghi và an toànnên cân nhắc hai tình trường hợp sau :

Phương hướng của tuyến có thể gây chói mắt cho người lái xe (trên hành trìnhvào thời gian ban ngày) bởi ánh sáng mặt trời. Ví dụ nhưcánh tuyến theo hướng Đông–Tây là hướng mặt trời mọc và lặn, đặt tuyến theo hướng này gây bất lợi cho người lái xe suốt thời gian ban ngày và trong tất cả các mùa trong năm, đặc biệt là vào mùa hè ởnước ta. Trong trường hợp bất khả kháng phải chọn hướng tuyến theo hướng này cần có biển cảnh báo cho người lái xe.

Hướng tuyến vuông góc với hướng gió thịnh hành cũng tác động không tốt đến các xe tải thùng kín (chạy không tải) và các loại xe khách lớn. Đối với những tuyến đường có lưu lượng xe các loại trên lớn, không nên chọn tuyến theo hướng này. Trong trường hợp bất khả kháng, cố gắng đặt tuyến ở những sườn đồi núp gió.

3.1.3 Những yêu cầu chung đối với tuyến trên bình đồ :

1. Đảm bảo các yếu tố của tuyến nhưbán 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.

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

66

3. 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 4km) 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.

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

5. 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 hoàgiữa các yếu tố tuyến trên bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, giữa tuyến và côngtrình và giữa các yếu tố đó với địa hình, cảnh quan môi trường xung quanh

3.1.4 Những nguyên tắc cơbản khi vạch tuyến, định tuyến

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

2. 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.

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

4. 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 .

5. 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 ) .

6. 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 ưuthế, số dân và ý nghĩa về chính trị, kinh tế, văn hoá, xã hội của đường để quyết định hướng tuyến hợp lý nhất.

7. Khi qua vùng đồng bằng cần vạch tuyến thẳng, ngắn nhất, tuy nhiên tránhnhững đoạn thẳng quá dài (≥3-4km) có thể thay bằng các đường cong có bán kính R≥1000m, tránh dùng góc chuyển hướng nhỏ.

8. 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.

9. Qua vùng địa hình đồi nhấp nhô nối tiếp nhau, tốt nhất nên chọn tuyến lànhững đường cong nối tiếp hài hoà với nhau, không nên có những đoạn thẳng

67

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.

10. Khi tuyến đi theo đường phân thuỷ, điều cần chú ý trước tiên là quan sáthướng 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

11. 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 nhưsụt lở, trượt, nước ngầm, ... cần chotuyến đi tránh hoặc cắt qua phía trên

12. 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.

Đối với những đường cấp cao nếu triển tuyến qua đèo gặp bất lợi nhưsườn 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.

13. 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 lũnghẹp 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,...)

14. Vị trí tuyến cắt qua sông suối cần chọn những đoạn suối thẳng có bờ và dòngổn định, điều kiện địa chất thuận lợi

15. 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.

68

3.2 THIẾT KẾ CÁC ĐOẠN TUYẾN NẰM TRÊN ĐƯỜNG THẲNG

Tuyến thẳng thường được thiết kế trong các trường hợp qua vùng đồng bằng, vùng thung lũng rộng, đoạn qua cầu lớn, cầu vượt và hầm. Đường thẳng có ưuđiểm là hướng tuyến rõ ràng, tuyến ngắn, đo đạc đơn giản,...Nhưng đường thẳng quá dài, cảnh quan đơn điệu, thường làm cho lái xe mệt mỏi, dễ vượt tốc độ quy định, dễ chủ quan ước lượng cự ly thường sai, đồng thời gây lóa về ban đêm dođèn pha của xe đi ngược chiều. Đường thẳng dài cũng khó thích hợp với địa hìnhthay đổi, làm mất sự hài hòa tuyến với môi trường. Tất cả những bất lợi trên làmcho đoạn tuyến thẳng quá dài trở thành đoạn tuyến không an toàn cho xe chạy với tốc độ cao. Theo các nghiên cứu thực nghiệm ở nước ngoài cho thấy đoạn tuyến thẳng càng dài, tai nạn càng nhiều, hơn nữa tốc độ xe chạy đến cuối đoạn càng cao.

Do vậy, các quy trình thiết kế đường Việt Nam quy định nên tránh thiết kế đoạn tuyến thẳng dài quá 4 km đối với đường cao tốc, trong các trường hợp này nênthay bằng các đường cong góc chuyển hướng nhỏ và bán kính lớn (R từ 5.000 đến 15.000m)

CHLB Đức và Nhật Bản [9,21] cũng quy định : chiều dài (tính bằng m) tối đa đoạn thẳng thích hợp lấy bằng 20 lần tốc độ xe chạy (tính bằng km/h). Quy định này dựa vào thời gian xe chạy theo tốc độvào khoảng 72s.

B¸n

kÝnh

®uên

gco

ngR

(m)

ChiÒu dµi tuyÕn th¼ng L (m)200 400 600 800 1000

200

400

600

800

1000

0

1

2

3

4

1 - Ph¹m vi phèi hîp rÊt tèt

2 - Ph¹m vi phèi hîp tèt

3 - Cã thÓ dïng ®­îc

4 - Ph¹m vi nªn tr¸nh dïng

Hình 3.1. Quan hệ phối hợp giữa chiều dàiđoạn thẳng và bán kínhđường cong

Tuyến thẳng quá ngắn cũng không cho phép vì làm điều kiện chạy xe thay đổi nhiều và không có đủ chỗ bố trí cấu tạo đoạn chêm nối tiếp giữa các đường cong. Theo kinh nghiệm thì chiều dài tối thiểu các đoạn thẳng giữa hai đường cong cùng chiều là 6V và giữa hai đường cong ngược chiều là 2V. Trong đường cong tròn cùng chiều do phải liên tục lái vòng cùng chiều, người lái xe khó nắm được

69

tác dụng của lực quán tính, lực ly tâm tăng lên liên tục nên quy định chiều dàiđoạn thẳng phải dài hơn so với đoạn thẳng giữa hai đường cong tròn ngược chiều.

Trên quan điểm thị giác và an toàn, CHLB Đức còn quy định quan hệ giữa chiều dài đoạn thẳng L (m) và bán kính đường cong R (m) nối tiếp với đường thẳng đó nhưđồ thị hình 3.1

Nói chung, quan hệ tối thiểu là

- Nếu L ≤ 500m thì R ≥L

- Nếu L > 500m thì R ≥500

3.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG ĐƯỜNG CONG TRÒN.

Khi chạy trong đường cong tròn, xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi hơn so với khi chạy trong đường thẳng. Những điều kiện bất lợi đó là:

1. Khi chạy trong đường cong xe phải chịu thêm lực li tâm, lực này nằm ngang trên mặt phẳng thẳng góc với trục chuyển động, hướng ra phía ngoài đường cong và có giá trị

C =Rvm 2. (kG) (3.1)

Trong đó:

C – lực ly tâm

m – khối lượng của xe (kg)

v – tốc độ xe chạy (m/s)

R – bán kính đường cong tại vị trí tính toán (m)

Lực ly tâm có tác dụng xấu, có thể gây ra những khó khăn sau :

+ Xe có khả năng bị lật hoặc trượt ngang về phía lưng đường cong.

+ Gây khó khăn cho việc điều khiển xe, gây khó chịu cho hành khách, gâyđổ vỡ hàng hoá vận chuyển.

+ Gây biến dạng ngang của lốp xe nên làm cho săm lốp chóng hao mònhơn.

+ Làm tăng sức cản do đó làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn.

2. Xe chạy trong đường cong yêu cầu có bề rộng phần xe chạy lớn hơn trênđường thẳng thì xe mới chạy được bình thường.

70

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

3. Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhìn nhất là khi bán kính đường cong nhỏ, ở đoạn đường đào. Tầm nhìn ban đêm của xe chạy trong đường cong cũng bị hạn chế do pha đèn chiếu thẳng một đoạn ngắn hơn.

3.4 LỰC NGANG VÀ LỰA CHỌN HỆ SỐ LỰC NGANGKhi xe chuyển động trong đường cong thì ôtô chịu hai lực tác dụng:

- Trọng lượng bản thân G của xe có hướng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang.

- Lực ly tâm C hướng ra ngoài đường cong và vuông góc với trục chuyển

động, lực ly tâm có giá trị: R

VgG

C2

. (3.2)

Chiếu các lực tác dụng lên ô tô theo phương song song với mặt đường được công thức tính lực ngang Y tác dụng lên ôtô:

Y = C.cosG.sin (3.3)Dấu “+” : trong trường hợp bình thường, mặt đường hai mái và xe chạy ở làn ngoài (xe chạy phía lưng đường cong).Dấu “” : trong trường hợp cấu tạo siêu cao, dốc đổ về phía bụng đường cong (xe chạy phía bụng đường xong).: là góc nghiêng của mặt đường so với phương nằm ngang.

71

h : là chiều cao trọng tâm của xe tới mặt đường.b : chiều rộng của hai bánh xe.

Vì góc rất nhỏ cos=1; sintgin : là độ dốc ngang của mặt đường.

niGR

VgG

Y ..2

đặt GY

(3.4)

niRgV

GY

.

2

(3.5)

với GY

: là hệ số lực ngang, đặc trưng cho lực ngang tác dụng trên một đơn vị

trọng lượng của xe và dùng trong thiết kế đường.Trong đó: Y là tổng lực ngang.; G là trọng lượng của ô tô.Từ đó tính được bán kính đường cong nằm R theo hệ số lực đẩy ngang và vận tốcxe chạy:

).(

2

nigv

R (m) v : (m/s) (3.6)

).(127

2

niV

R (m) V: (km/h) (3.7)

“+” khi xe chạy phía bụng đường cong“-“ khi xe chạy phía lưng đường cong

LỰA CHỌN HỆ SỐ LỰC NGANG.Lực ngang, tuỳ theo hệ số của nó, có thể gây ra những tác động bất lợi cho xe chạy trong đường cong:

- Làm lật xe qua điểm tựa là bánh xe ở phía lưngđường cong.- Làm cho xe bị trượt ngang trên đường.- Gây cảm giác khó chịu cho hành khách và người lái xe.- Làm tiêu hao thêm nhiên liệu và tăng hao mòn săm lốp.

Vì vậy cần phân tích từng mặt của vấn đề ta sẽ lựa chọn được hệ số lực ngang tính toán cần thiết để đảm bảo cho xe chạy an toàn và kinh tế.3.4.1 Điều kiện ổn định chống lật.Dưới tác dụng của lực ly tâm thì xe có thể bị lật quanh bánh xe phía ngoài:Điều kiện ổn định giữa mô men lật và mô men giữ :

)2

.(. b

GhYh

bGY

.2.2

h

b.2

.2 (3.8)

b : khoảng cách giữa hai tâm bánh xe.

72

h: chiều cao của trọng tâm xe.Thực nghiệm có được

: độ dịch ngang của thân xe ô tô so với bánh, thường lấy 0,2.b

thông thường: 32hb đối với xe du lịch.

= 1,73 đối với xe buýt.Nếu lấy giá trị (b/h=2) thì ta có 0,6Nhưvậy khi 0,6 thì điều kiện trên luôn đảm bảo.

3.4.2 Điều kiện ổn định chống trượt ngang.

Phân tích các lực tác dụng vào các bánh xe

Để đảm bảo xe không bị trượt ngang trên mặt đường thì :

Y≤G.2 (3.9)

Trong đó:

G.2: là lực bám giữa bánh xe và mặt đường theo phương ngang

G : trọng lượng của ô tô.

2 : hệ số bám theo chiều ngang giữa bánh xe và mặt đường.

Y : tổng lực ngang tác dụng lên xe.

GY 2 Nhưvậy μ≤φ2

: hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường (gồm hệ số bám dọc và ngang).

Hình 3.3 Các lực tác dụng lên bánh xe

22

21 (3.10)

với 1 là hệ số bám dọc của bánh xe và mặt đường. 1=(0,7-0,8).

thay vào ta có 2=(0,6-0,7).

Nhưvậy ta có các điều kiện của μnhưsau :

- Mặt đường khô ráo μ≤0,36

- Mặt đường khô, ẩm sạch μ≤0,24

- Mặt đường ẩm có bùn bẩn μ≤0,12

73

3.4.3 Điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách.

Khi chịu tác dụng của lực li tâm, hành khách cảm thấy khó chịu, nhiều khi sợ hãicó cảm giác xe bị lật đổ. Điều tra theo thực nghiệm cho ta các kết quả nhưsau :

≤0,1 thì hành khách không cảm thấy xe chạy trên đường cong.

=0,15 thì hành khách hơi cảm thấy trên đường cong.

=0,2 thì hành khách cảm thấy khó chịu.

=0,3 thì hành khách cảm thấy bị xô dạt về một phía

Để đảm bảo êm thuận và thoải mái cho hành khách nên chọn 0,15 và trongđiều kiện khó khăn, khi hành khách có chuẩn bị cho phép dùng tới 0.25.

3.4.4 Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp.

Dưới tác dụng của lực ngang thì lốp xe bị biến dạng và bị lệch sang một phía, do đó đúng ra thì bánh xe phải hợp với trục dọc của xe một góc α khi xe vào đường cong nhưng thực tế bánh xe không quay hết góc αmà chịu một góc lệch so với trục chuyển động của xe.

Theo nghiên cứu thực nghiệm góc lệch này rất nhỏ và tỉ lệ với lực ngang:

nKY (3.11)

Kn: hệ số biến dạng ngang của lốp xe, phụ thuộc vào độ đàn hồi của lốp

Với xe con: Kn = 40-70 (kG/độ)

Với xe tải: Kn = 110-120 (kG/độ)

Góc lệch càng lớn thì tiêu hao nhiên liệu càng nhiều và hao mòn lốp xe càngtăng lên.

Nghiên cứu cho thấy nên dùng 0,1 ( công suất tiêu thụ tăng 15%; hao mòn lốp gấp 5 lần).

3.4.5 Lựa chọn hệ số lực ngang tính toán

Đây là một bài toán kinh tế - kỹ thuật, khi thiết kế phải đảm bảo an toàn và tiện nghi với hành khách và phương tiện, hàng hoá, đồng thời lại phải bám sát địa hình để đảm bảo khối lượng công tác là ít nhất, giá thành hạ.

Xét tổng hợp 4 điều kiện trên thì trong trường hợp thông thường nên đảm bảo 0,1; trường hợp khó khăn có thể lấy = 0,15; trường hợp đặc biệt khó khăn dùng= 0,2 trong qui phạm thường tính toán với = 0,15.

Đối với đường cao tốc, vì xe chạy với tốc độ cao nên quy định về hệ số lực ngang cũng nhỏ để đảm bảo an toàn và thuận lợi = 0,03 -:- 0,08

74

3.5 SIÊU CAO VÀ BỐ TRÍ ĐOẠN NỐI SIÊU CAO

3.5.1 Siêu cao, tác dụng của siêu cao

Trở lại công thức tính lực ngang, hệ số lực ngang và bán kính đường cong

Y = C.cosG.sin; niRgV

.

2

;).(

2

nigvR

Khi xe chạy trong đường cong, những xe chạy bên nửa phía lưng đường congkém ổn định hơn những xe chạy phía bụng đường cong, ngoài ra việc điều khiển xe cũng khó khăn hơn. Hiện tượng này càng bất lợi khi đường cong có bán kính nhỏ và tốc độ xe chạy lớn.

In %

L3

§­ên

g cong

chuy

ÓntiÕ

p

b

In % -In%

In %

L1

L20 %

e

§­êng cong trßn

0

R

In%

In%

I n%

Is c%

In%

0%

Isc %Ls

c

Hình 3.4 Bố trí siêu cao trong 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.

Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đường cong có bán kính nhỏ, phần đường phía lưng đường cong được nâng cao để mặt đường có độ dốc ngang một mái nghiêng về phía bụng đường cong đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận.

Tác dụng của siêu cao:

- Siêu cao có tác dụng làm giảm lực ngang, do đó giảm các tác hại của lực ly tâm, đảm bảo xe chạy an toàn trong đường cong

75

- Siêu cao có tác dụng tâm lý có lợi cho người lái, làm cho người lái tự tin điều khiển xe khi vào trong đường cong

- Siêu cao có tác dụng về mỹ học và quang học, làm cho mặt đường không bị cảm giác thu hẹp giả tạo khi vào đường cong

3.5.2 Độ dốc siêu cao

Độ dốc siêu cao có thể tính được theo biểu thức Rg

Visc .

2

(3.12)

Nhưvậy, nếu V lớn và R nhỏ thì đòi hỏi độ dốc siêu cao lớn.

Nếu chọn độ dốc siêu cao lớn, đối với những xe tải và xe thô sơcó tốc độ thấp có khả năng bị trượt xuống dưới, theo độ dốc mặt đường. Độ dốc siêu cao quá lớn đòi hỏi phải kéo dài đoạn nối siêu cao, điểm này sẽ gặp khó khăn đối với đường vùng núi vì sẽ không đủ đoạn chêm giữa 2 đường cong trái chiều.

Độ dốc siêu cao khi thiết kế được tra trong quy trình phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và bán kính đường cong.

Bảng 3.1 [1]Độ dốc siêu cao (%) theo bán kínhđường cong nằm (m) và tốc độ thiết kế (km/h)

Isc %)V(km/h) 8 7 6 5 4 3 2 Không làm

siêu cao

120 650800

8001000

10001500

15002000

20002500

25003500

35005500 5500

100 400450

450500

500550

550650

650800

8001000

10004000 4000

80 250275

275300

300350

350425

425500

500650

6502500 2500

60 - 125150

150175

175200

200250

250300

3001500 1500

40 - - 6075 75100 100600 60030 - 3050 5075 75350 35020 - 2550 5075 75150 150250 250

TCVN 4054-05 quy định về độ dốc siêu cao:

- Độ dốc siêu cao lớn nhất : 8%

- Độ dốc siêu cao nhỏ nhất : bằng độ dốc ngang mặt đường hai mái

- Độ dốc siêu cao thông thường : 4%

- Những đường cong có bán kính lớn R>Rksc thì không cần bố trí siêu cao

Ngoài ra, ở vùng núi, những đường cong ôm vực, cần có các biện pháp đảm bảo an toàn vì độ dốc siêu cao nghiêng về phía vực, có thể bố trí các tường phòng hộ, hoặc hạn chế độ dốc siêu cao đến 4%. Nhiều trường hợp người ta còn bố trí siêucao ngược, quay về phía lưng đường cong (phía núi)

76

3.5.3 Đoạn nối siêu cao và các phương pháp nâng siêu cao

Đoạn nối siêu cao được thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách điều hoà từ mặt cắt ngang thông thường hai mái sang mặt cắt ngang đặc biệt có siêu cao.

Việc chuyển hoá này sẽ làm phía lưng đường cong có độ dốc dọc phụ thêm if

- Khi V tt=20 40 km/h thì if = 1%.

- Khi V tt 60 km/h thì if = 0,5%.

Trước khi vào đoạn nối siêu cao cần có một đoạn dài 10m để nâng lề có độ dốc ngang bằng độ dốc ngang mặt đường, riêng phần lề đất không gia cố phía lưngđường cong vẫn dốc ra phía lưng đường cong.

Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp. Khi không có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đường cong và một nửa trên đường thẳng

1. Phương pháp quay quanh tim đường

Đây là phương pháp thường hay được sử dụng nhất, phương pháp này được quy định trong quy trình hiện hành TCVN 4054-05 [1]

Trình tự các bước :

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

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

Theo hình 3.5 có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài cácđoạn đặc trưng nhưsau :

fsc i

HL mà2

)(22

nscnsc

iibibibH

; 12

11 ;

2LL

ibi

ih

Lf

n

f

từ đó suy ra các công thức :

f

nscsc i

iibL

2).(

;f

n

iib

LL2.

21 ;f

nscsc i

iibLLLL

2)(

)( 213

(3.13)

Trong đó : b : chiều rộng mặt đường (m)

L1: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ -in đến 0

L2: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ 0 đến inL3: Chiều dài đoạn nâng mặt đường từ in đến isc.

77

Hình3.5. Diễn biến nâng siêu cao và sơđồ tính chiều dài Lsc

theo phương pháp quay quanh tim đường

78

Tính lại độ dốc dọc phụ thêmsc

nscf L

iibi

2).(

(3.14)

Bằng hình học tìm được 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 nhưsau :

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

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong 1

1 )(L

xLii n

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

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong 2

1 )(L

Lxii n

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

Độ dốc cả mặt đường 32

1 )(LLLxi

i sc

; hoặc 3

21 )().(

LLLx

iiii nscn

2. Phương pháp quay quanh mép đường

- 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.

Bằng cách tương tự, theo hình 3.7 có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu caoLsc và chiều dài các đoạn đặc trưng nhưsau :

f

scsc i

ibL . ;f

n

iibLL

2.

21 ;f

nscsc i

iibLLLL )()( 213

(3.15)

Tính lại độ dốc dọc phụ thêmsc

scf L

ibi

. (3.16)

Tính toán độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cũngtương tự nhưphương pháp trên.

79

Hình 3.7 Diễn biến nâng siêu cao và sơđồ tính chiều dài Lsc theo phương pháp

quay quanh mép trong mặt đường

80

3. Các phương pháp nâng siêu cao cho đường cao tốc, đường có dải phân cách.

Đối với đường cao tốc, đường có nhiều làn xe thì có các phương pháp nâng siêucao nhưhình 3.8.

a. Hình 3.8a là mặt cắt ngang trên đoạn thẳng .

b. Hình 3.8b quay quanh tim đường (tim phần dải phân cách giữa) chiều dàiđoạn nối siêu cao và cách tính giống nhưphần 1 ở trên với bề rộng b là khoảng cách giữa 2 mép đường.

c. Hình 3.8c nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 mép giữa đường giáp giải phân cách :

Tương tự, có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng nhưsau :

f

nscsc i

iibL

).( ;

f

n

iib

LL.

21 ;f

nscsc i

iibLLLL

)()( 213

(3.17)

Tính lại độ dốc dọc phụ thêmsc

nscf L

iibi

).( (3.18)

Độ dốc ngang mặt đường i tại mặt cắt bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cách đầu đoạn một khoảng cách x nhưsau :+ Nếu x≤L1 thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :

Độ dốc phần đường bên trái (bên bụng) i=in

Độ dốc phần đường bên phải (bên lưng)1

1 )(L

xLii n

+ Nếu L1≤x≤L1 + L2 thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :Độ dốc phần đường bên trái i=in

Độ dốc phần đường bên phải 2

1)(L

Lxii n

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

Độ dốc nâng cả 2 phần trái và phải 32

1 )(LLLxi

i sc

d. Hình 3.8d quay quanh mép trong đường chiều dài đoạn nối siêu cao và cáchtính giống nhưphần 2 ở trên với bề rộng b là khoảng cách giữa 2 mép đường.

81

82

e. Hình 3.8e nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 tim của từng phần đường :

Chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng được tính nhưsau

f

nscsc i

iibL

2).(

;f

n

iib

LL2.

21 ;f

nscsc i

iibLLLL

2)(

)( 213

(3.19)

Tính lại độ dốc dọc phụ thêmsc

nscf L

iibi

2).(

(3.20)

Độ dốc ngang mặt đường i tại mặt cắt bất kỳ trong đoạn nối siêu cao tính cũngtương tự nhưphần c trên.

f. Hình 3.8f nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 mép ngoài của từng phần đường :

Các công thức tính cũng giống nhưtrường hợp hình 3.8c

f

nscsc i

iibL

).( ;

f

n

iib

LL.

21 ;f

nscsc i

iibLLLL

)()( 213

(3.21)

Tính lại độ dốc dọc phụ thêmsc

nscf L

iibi ).(

Độ dốc ngang trong đoạn nâng siêu cao cũng tương tự.

4. Nhận xét :

- Tuỳ từng trường hợp cụ thể và tuỳ từng quan điểm mà chọn phương phápnâng siêu cao tính toán và bố trí đoạn nối siêu cao thích hợp. Phương phápnâng siêu cao phụ thuộc vào địa hình, điều kiện và biện pháp thoát nước, chiều rộng mặt đường, kích thước và cấu tạo dải phân cách giữa, …

- Nên sử dụng phương pháp quay quanh tim đường để nâng siêu cao và bố trí đoạn nối siêu cao. Với phương pháp này cao độ tim đường không thay đổi nên dễ dàng thể hiện trên trắc dọc và tổng quát được khi lập các chương thiết kế trên máy tính. Phương pháp này còn đặc biệt thuận lợi với trường hợp tuyến uốn lượn gồm nhiều đường cong ngược chiều liên tiếp.

- Với đường cao tốc, đường nhiều làn xe thì nên thiết kế theo các phương phápở hình 3.8b và 3.8c các phương pháp này đảm bảo tạo được độ đều đặn về thị giác khi nhìn từ xa.

5. Trình tựtính toán nâng siêu cao :

- Xác định độ dốc siêu cao isc, độ dốc dọc phụ thêm if : Theo quy trình quy định phụ thuộc vào cấp đường và bán kính đường cong.

83

- Chọn phương pháp nâng siêu cao : Phương pháp nâng siêu cao phụ thuộc vàođịa hình, điều kiện thoát nước, chiều rộng mặt đường, kích thước và cấu tạo dải phân cách giữa, …

- Lựa chọn chiều dài đoạn bố trí siêu cao LSC : Thông thường chiều dài đoạn bố trí này phụ thuộc vào địa hình và lấy bằng giá trị lớn nhất trong các giá trị tính toán : Chiều dài đoạn nối siêu cao - LSC, chiều dài đường cong chuyển tiếp - LCT, chiều dài đoạn nối mở rộng - LMR và theo bảng 3.2; là bội số của 5 (để dễ dàng cắm và thiết kế các mặt cắt ngang trong đường cong).

- Từ chiều dài LBT đã chọn tính lại if và tính các đoạn đặc trưng L1, L2, L3

- Tính độ dốc phần mặt đường trong đoạn nối siêu cao

- Tính các độ dốc lề đường (lề đất, lề gia cố), độ dốc dải phân cách tại các mặt cắt ngang trong đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào độ dốc ngang mặt đường vàphương pháp nâng siêu cao.

- Kết hợp tính toán đường cong chuyển tiếp và mở rộng trong đường cong thiết kế trắc ngang trên cơsở các độ dốc ngang đã xác định được.

Bảng 3.2 [1]Độ dốc siêu cao isc và chiều dài đoạn chuyển tiếp nối siêu cao L(m) phụ thuộc vào bánkính đường cong R(m) và tốc độ thiết kế Vtt(km/h)

Tốc độ thiết kế (km/h)120 100 80 60

R isc L R isc L R isc L R isc L650800 0,08 125 400 450 0,08 120 250275 0,08 110 125 150 0,07 70

800 1000 0,07 110 450 500 0,07 105 275300 0,07 100 150 175 0,06 6010001500 0,06 95 500 550 0,06 90 300350 0,06 85 175 200 0,05 5515002000 0,05 85 550 650 0,05 85 350425 0,05 70 200 250 0,04 5020002500 0,04 85 650 800 0,04 85 425500 0,04 70 250 300 0,03 5025003500 0,03 85 8001000 0,03 85 500650 0,03 70 300 1500 0,02 5035005500 0,02 85 10004000 0,02 85 650 2500 0,02 70 - - -

Tốc độ thiết kế (km/h)40 30 20

R isc L R isc L R isc L

65 75 0,060,05

3530 30 50 0,06

0,053327 1550 0,06

0,052015

75100 0,040,03

2520 50 75 0,04

0,032217 50 75 0,04 10

100 600 0,02 12 75 350 0,02 11 75 150 0,03 7

Ghi chú bảng 3.2:Trị số chiều dài L trong bảng áp dụng đối với đường hai làn xe. Đối với đường cấp I và II nếu đường có trên hai làn xe thì trị số trên phải nhân với 1,2 đối với ba làn xe; 1,5đối với 4 làn xe và 2 đối với 6 làn xe.

84

3.6 MỞ RỘNG PHẦN XE CHẠY TRONG ĐƯỜNG CONG

3.6.1 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. Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tươngđương nhưtrên đường thẳng, ở những đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy.

Hình 3.9. Sơđồ mở rộng mặt đường trong đường cong

Để xác định độ mở rộng ta giả thiết quỹ đạo chuyển động của ô tô trong đường cong là đường tròn.

Xét chuyển động của ô tô trong đường cong nhưhình vẽ. Theo hệ thức lượng tam giác vuông CAD ta có

CB2 = AB.BD

trong đó:

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

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

BD = 2R – AB 2R

Hình 3.10 . Sơđồ tính độ mở rộng mặt đường trong đường cong

A

B C

D

R

0

LAe

85

Do đó:R2

Le

2A (3.22)

Công thức trên được xác định theo sơđồ hình học mà chưa xét đến khả năng thực tế khi xe chạy, khi xe chạy với tốc độ cao, xe còn bị lắc ngang sang hai bên,nhưvậy ta phải bổ sung số hạng hiệu chỉnh :

m,R

0,05.V2RL

e2A (3.23)

Độ mở rộng mặt đường E cho đường có 2 làn xe được tính gần đúng theo công thức:

m,R

0,1.VR

LE

2A (3.24)

trong đó: V – tốc độ xe chạy, km/h.

Đối với những đường cấp cao có bán kính lớn và được bố trí các đường cong chuyển tiếp clothoid phù hợp với quỹ đạo chạy xe nên không cần thiết phải bố trí mở rộng phần xe chạy.

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

Đoạn nối mở rộng làm trùng với đoạn nối siêu cao hoặc đường cong chuyển tiếp.Khi không có hai yếu tố này, đoạn nối mở rộng được cấu tạo:

- Một nửa nằm trên đường thẳng và một nửa nằm trên đường cong.

- Trên đoạn nối, mở rộng đều (tuyến tính). Mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu 10m.

Độ mở rộng bố trí ở cả hai bên, phía lưng và bụng đường cong. Khi gặp khó khăn, có thể bố trí một bên, phía bụng hay phía lưng đường cong .

Thông thường để mép mặt đường được trơn tru, êm thuận, thì trị số độ mở rộng En tại một điểm bất kỳ được tính theo công thức:

En=(4K3-3K4)E (3.25)

Trong đó: E là độ mở rộng trong đường cong tròn

MR

n

LL

K với LMR là chiều dài đoạn nối mở rộng

Ln là khoảng cách từ đầu đoạn nối mở rộng đến điểm đang xét

Phương của độ mở rộng là phương đường pháp tuyến của tim đường xe chạy.

86

Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố. Dải dẫn hướng (và các cấu tạo khác nhưlàn phụ cho xe thô sơ, …) phải bố trí phía tay phải của độ mở rộng. Nền đường khi cần phải mở rộng, đảm bảo phần lề đất còn ít nhất là 0,5 m.

tc

b

p

n®

t®

nc

O

R

E/2

®

E /2

§uêng cong chuyÓn tiÕp

Hình 3.11 Bố trí mở rộng phần xe chạy về hai phía của đường congBảng 3.3 Độ mở rộng phần xe chạy 2 làn xe trongđường cong nằm, m.[1]

Bán kính đường cong nằm (m)Dòng xe250 200 < 200150 < 150100 < 10070 < 70 50 < 50 30 < 30 25 < 25 20

Xe con 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,8 2,2Xe tải 0,6 0,7 0,9 1,2 1,5 2,0 - -Xe moóctỳ 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 - - -

Khi phần xe chạy có trên 2 làn xe, thì mỗi làn xe thêm phải mở rộng 1/2 trị số trong bảng 12 vàcó bội số là 0,1 m.Các dòng xe có xe đặc biệt, phải kiểm tra lại các giá trị trong bảng 12.

3.7 THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ ĐƯỜNG CONG TRÒN

Trong thiết kế hình học đường, đường cong tròn được sử dụng để tổ hợp các đường cong clothoid và được sử dụng nhưmột đường cong đơn giản.

Sự sử dụng các đường cong tròn đơn giản để thiết kế đường cong do những nhược điểm đã biết chỉ nên hạn chế trong những trường hợp đặc biệt. Những trường hợp ấy có thể là:

- Đường có tốc độ xe chạy thấp (V < 60km/h)

- Đường cong ở những vị trí địa hình hạn chế đặc biệt, tại đó đường clothoid không phù hợp để làm đường cong chuyển tiếp.

- Các đường cong có góc chuyển hướng nhỏ (α7 độ).

- Đường cong có bán kính rất lớn .

87

Đường cong tròn nhiều thành phần có phạm vi sử dụng giống nhưđường cong tròn. Bởi vậy đường cong nhiều thành phần cũng chỉ nên dùng trong những trường hợp đặc biệt (địa hình hạn chế).

R1

R2 R3

P

p

1

2

3

a) §­êng cong trßn ®¬n gi¶n b) §­êng cong trßn nhiÒu thµnh phÇn

T T

R

pK

§

T§ TC

O

P

§

T§TC

Hình 3.12 Sơđồ tính toánđường cong tròn

Các công thức quen thuộc tính toán đường cong tròn đơn giản theo R và α:

Tiếp tuyến 2

tg.RT

(3.26)

Chiều dài đường cong rad0

0

.R180R

K

(3.27)

Phân cự

1

2cos

1Rp (3.28)

Siêu cự KT2D (3.29)

Đối với đường cao tốc khi chiều dài đường cong K quá ngắn thì lái xe phải đổi hướng tay lái luôn nên dễ gây nguy hiểm, mặt khác nhằm khắc phục ấn tượng đường bị gẫy phải đảm bảo chiều dài dường cong đủ lớn tối thiểu cho xe chạy trong 6s, tức là Kmin≥1,67 V (V tính bằng km/h và Kmin tính bằng m)

Đối với các đường cong có góc chuyển hướng nhỏ (α≤70) thì qua nghiên cứu nhận thấy nếu chiều dài đường cong quá ngắn, hình ảnh thị giác của đường cong thu nhận được sẽ bị bóp méo, sẽ thấy đường cong càng ngắn hơn thực, điều nàyrất nguy hiểm vì người lái xe tưởng đã hết đường cong nên chuyển tay lái và tăngtốc. Để khắc phục hiện tượng này cần phải thiết kế đường cong có đủ chiều dàisao cho phân cự p đủ lớn. Giá trị p được đảm bảo 2,0m; 1,75m; 1,5m và 1,0mtương ứng với các tốc độ thiết kế V=120km/h; 100km/h; 80km/h; 60km/h.

88

3.7.1 Lựa chọn bán kính đường cong tròn

Bằng phân tích điều kiện xe chạy trong đường cong ở phần 3.5 và 3.6 rút ra được các công thức tính toán bán kính đường cong tròn giới hạn nhưsau:

1. Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn

).(127 max

2

minsci

VR

, m (3.30)

Trong đó:V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)μ - Hệ số lực ngang, lấy μ= 0,08-0,15(chọn giá trị μnhỏ đối với đường cấp cao vàđịa hình thuận lợi)iscmax - Độ dốc siêu cao lớn nhất

2. Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường

).(127

2

minsctti

VR

, m (3.31)

Trong đó:V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)μ - Hệ số lực ngang, lấy μ= 0,05-0,08isctt - Độ dốc siêu cao thông thường isctt=iscmax-2%

3. Bán kính đường cong nằm tối thiểu không cần bố trí siêu cao

).(127

2

nksc i

VR

, m (3.32)

Trong đó:

V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)

μ- Hệ số lực ngang, lấy μ= 0,04-0,05 để cải thiện điều kiện xe chạy

in - Độ dốc ngang mặt đường (in=2-4%)

Lựa chọn bán kính đường cong nằm tính toán

Đây là bài toán kinh tế-kỹ thuật, khi thiết kế cần vận dụng bán kính đường cong lớn để cải thiện điều kiện xe chạy, đảm bảo an toàn, tiện lợi đồng thời cũng đảm bảo giá thành xây dựng nhỏ nhất. Chỉ khi khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu, khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở lên, luôn tận dụng địa hình để nâng cao chất lượng chạy xe.Bán kính đường cong bằng được lựa chọn theo các nguyên tắc:

- Lớn hơn các giá trị giới hạn

89

- Phù hợp với địa hình, càng lớn càng tốt (thường R=3 đến 5 Rmin)- Đảm bảo sự nối tiếp giữa các đường cong - Đảm bảo bố trí được các yếu tố đường cong như: chuyển tiếp, siêu cao- Đảm bảo phối hợp hài hoà các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến đường với

cảnh quan.Quy định của TCVN 4054-05 các giá trị giới hạn của bán kính

Bảng 3.4. Bán kínhđường cong nằm tối thiểu [1]Cấp đường I II III IV V VI

Tốc độ thiết kế (km/h) 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20

Bán kínhđường cong nằm: (m)

- tối thiểu (giới hạn) 650 400 250 125 125 60 60 30 30 15

- tối thiểu thôngthường 1000 700 400 250 250 125 125 60 60 50

- tối thiểu không siêu cao 5500 4000 2500 1500 1500 600 600 350 350 250

3.7.2 Nối tiếp các đường cong tròn.

Khi cắm tuyến nên tránh các bất ngờ cho người lái, các bán kính đường cong cạnh nhau không nên chênh lệch nhau quá (tốt nhất là không quá 1,5 lần). Sau một đoạn thẳng dài cũng không nên bố trí đường cong có bán kính quá nhỏ. Về mặt liên kết kỹ thuật, các trường hợp bố trí nối tiếp giữa các đường cong nhưsau:

1. Nối tiếp giữa hai đường cong cùng chiều:

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 siêucao thì có thể nối trực tiếp với nhau và ta có đường cong ghép (Hình 3.13a)

- 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 nối

siêu cao (Hình 3.13b), tức là:2

LLm 21

trong đó: L1 và L2 – chiều dài đoạn nối siêu cao của hai đường cong, m.

+ Nếu chiều dài đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong không có hoặc không đủ thì tốt nhất là thay đổi bán kính để hai đường cong tiếp giáp

90

nhau và có cùng độ dốc siêu cao cũng nhưđộ mở rộng theo độ dốc siêucao và độ mở rộng lớn nhất.

+ 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. Nối tiếp giữa hai đường cong ngược chiều: (là hai đường cong có tâm quay về hai phía khác nhau).

- Hai đường cong ngược chiều có bán kính lớn không yêu cầu làm siêu cao thìcó thể nối trực tiếp với nhau.

- Trường hợp cần phải làm siêu cao thì chiều dài đoạn thẳng chêm phải đủ dàiđể có thể bố trí hai đoạn ĐCCT hoặc hai đoạn nối siêu cao tức là

2LL

m 21 (Hình 3.13c). Nếu điều kiện này không thoả mãn thì phải cắm

lại tuyến hoặc có các giải pháp hạn chế tốc độ.

TC1=TÑ2Ñ1 Ñ2

TC2TÑ 1

01

02

R2R1

a)

b)c)

m

mTÑ1 TÑ 1

Ñ1 Ñ1

Ñ2

Ñ2

TC2

TC2

R1 R1

R2

R2

TÑ2

TC1 TÑ2 TC1

01 01

02

02

Hình 3.13 Bố trí nối tiếp các đường cong tròn trên bình đồ

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

91

3.8 ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP3.8.1 Tác dụng của đường cong chuyển tiếpKhi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, xe phải chịu các thay đổi- Bán kính ρ giảm dần từ +ở ngoài đường thẳng đến R trong đường cong

- Lực ly tâm C tăng dần từ 0 đến R

mvC

2

- Góc αhợp thành giữa trục bánh trước vàtrục xe tăng dần từ 0 đến α

Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho lái xe và hành khách và làm cho việc điều khiển xe khó khăn hơn.

Để đảm bảo tuyến đường phù hợp với quỹ đạo thực tế xe chạy và để đảm bảo điều kiện xe chạy không bị thay đổi đột ngột ở hai đoạn đầu đường cong, người ta bố trí đường cong chuyển tiếp - ĐCCT.

Quy trình Việt Nam, Trung Quốc và một số nước quy định với các đường có Vtt ≥60 km/hthì phải bố trí ĐCCT. Theo AASHTO thì chỉ thiết kế ĐCCT khi đường ô tô được thiết kế với tốc độ V ≥50 km/h

Các tác dụng của ĐCCT

- Thay đổi góc ngoặt của bánh xe phía trước một cách từ từ để đạt được góc quay cần thiết ở đầu đường cong tròn

- Giảm mức độ tăng lực ly tâm do đó tránh được hiện tượng người trên xe bị xô ngang khi vào đường cong tròn

- Tuyến có dạng hài hoà, lượn đều không bị gãy khúc, phù hợp với quỹ đạo thực tế xe chạy, tăng mức độ tiện lợi êm thuận và an toàn xe chạy.

3.8.2 Xác định chiều dài của ĐCCT

Để cấu tạo ĐCCT người ta giả thiết:

- Tốc độ xe chạy trên ĐCCT không thay đổi và bằng Vtt

- Trên suốt chiều dài của ĐCCT từ S=0 đến S=Lct gia tốc ly tâm thay đổi đều từ

0 đến Rv2

đồng thời bán kính đường cong ρ giảm dần từ + đến R tỷ lệ bậc

nhất với chiều dài ĐCCT.

LA

R

92

Ta thấy, gia tốc ly tâm tăng đều tức là độ tăng của gia tốc ly tâm theo thời gian bằng hằng số :

constsmRtv

I )/( 32

(3.33)

Trong đó:I - Độ tăng của gia tốc ly tâm (m/s3)v - Tốc độ xe chạy (m/s)R - Bán kính đường cong tròn

t - Thời gian xe chạy từ đầu đến cuối ĐCCT ; v

Lt ct

Thay t vào (3.33) ta cóRI

vL

RLv

I ctct .

33

với [v]=m/s (3.34)

hoặc RI

VLct ..47

3

với [V]=km/h (3.35)

Độ tăng của gia tốc ly tâm I theo thời gian được quy định tuỳ theo từng nước- Theo quy trình Mỹ : 0,30-0,90 m/s3

- Pháp : 0,65-1,00 m/s3

- Liên xô (cũ) và Việt Nam : 0,5 m/s3

- Thụy Điển, Anh, Ý : 0,8 m/s3

Nhưvậy, với I=0,5 m/s3 ta có công thức dùng để tính toán chiều dài tối thiểu của đường cong chuyển tiếp

3

ct

VL

23,5..R (3.36)

Chiều dài của ĐCCT còn được xác định từ điều kiện thời gian hành trình trênĐCCT. Với lái xe có trình độ chuyên môn trung bình thì thời gian này bằng 3s vàta được công thức Lct = 3.v = 0,83V (m).

3.8.3 Nghiên cứu dạng hình học của đường cong chuyển tiếp

Đường cong chuyển tiếp là đường cong quá độ có bán kính cong thay đổi dần thích ứng với quỹ đạo xe chạy biến đổi, được dùng khi nối đường thẳng với đường cong tròn hoặc giữa hai đường cong tròn có bán kính khác nhau.

Có một số dạng đường cong toán học có thể thỏa mãn các yêu cầu trên với những mức độ nhất định. Đó là các đường cong xoắn ốc bức xạ hay gọi là clothoid;

93

đường hoa thị Lemniscat Becnulli; đường parabol bậc 3 và bậc 4,...Người ta sử dụng một phần của các đường cong toán học này để làm ĐCCT.

Tiêu chuẩn để lựa chọn sử dụng loại đường cong toán học nào làm ĐCCT phụ thuộc vào 2 điều kiện cơbản:

- Dạng đường cong phù hợp với quỹ đạo chuyển động của xe

- Tính toán và cắm đường cong được đơn giản và dễ dàng

Dưới đây chúng ta nghiên cứu từng loại đường cong.

3.8.3.1Đường cong clothoid.

1. Phương trình của đường cong clothoid.

Đường clothoid là đường phù hợp nhất để làm đường cong chuyển tiếp trong số các đường cong đã được nghiên cứu từ trước đến nay. Khi xây dựng các conđường ôtô có tốc độ tính toán từ 60km/h trở lên người ta sử dụng đường clothoid không chỉ để làm đường cong chuyển tiếp mà còn sử dụng làm yếu tố tuyến để làm đẹp thêm hình ảnh đường.

Xét một điểm B bất kỳ trên đường cong chuyển tiếp có toạ độ cong tính từ gốc đường cong là S, tại đó có bán kính đường cong ρ, bán kính ρ này giảm dần đều từ + (S=0)đến R (S=L).

Ta có ..

33

Iv

SS

vI (3.37)

v, I không đổi

SCC

S

(3.38)

Phương trình (3.38) là cơsở lý thuyết để tính toán đường cong clothoid

Hằng số 23

AR.LI

vC và người ta gọi A là thông số Clothoid

Phương trình (2) được viết dưới dạng toạ độ cực, vì vậy việc cắm tuyến còn khókhăn. Người ta chuyển sang hệ toạ độ Descarte nhờ phương trình sau:

..422403366

..345640

10

11

6

7

2

3

8

9

4

5

AS

AS

ASY

AS

ASSX

(3.39)

Phương trình (3.39) hội tụ nhanh nên chỉ cần 2 số hạng đầu là đủ chính xác, nhưng đối với những đường cong dài thì phải tính tới 3 sốhạng. Hiện nay phương trình (3.39) được lập sẵn trong máy tính cầm tay (PDA) để tính toạ độ ĐCCT ngoài thực tế.

94

a) Nghiªn cøu d¹ng ®­êng cong chuyÓn tiÕp b) §­êng clothoid trong täa ®é vu«ng gãc

c/s

-L

A

R=0

8L=

A2-

A2

-

2

-X 0

8 §­êng tang chÝnhR=

-Y

L= 0_+

+ A

A

50grad

+L

2

2 +A

2

8

R=0L=

+Y

+X

Hình 3.14 Sơđồ tính đường cong chuyển tiếp

Điểm cuối của ĐCCT có S=L ứng với toạ độ (X0, Y0)

Góc φhợp bởi tiếp tuyến của điểm cuối ĐCCT và đường tang chính được xác định nhưsau:

,R2

L6620,63hayrad,

R2L

CdS.SdSdS

dL

0

L

0

độ (3.40)

Từ các biểu thức trên ta có thể lập các công thức thể hiện mối liên quan giữa thông số A, bán kính R, chiều dài đường cong clothoid L và góc tiếp tuyến φnhưbảng sau:

Bảng 3.5 Quan hệ giữa các yếu tố đường cong clothoid

A L R φ

2R

21RL

2A

.R2RA2

2A

2LL

A 2

2

2

2

2

R2AA2LR2L

2. Đặc điểm của đường cong clothoid.

Thông số A của đường cong clothoid có chức năng giống hệt nhưbán kính R của đường cong tròn, nó phục vụ cho việc phóng to thu nhỏ đường cong. Có một số

95

lượng vô hạn đường clothoid tương tự nhau về mặt hình học, khi phóng to hoặc thu nhỏ thì chiều dài của đường cong thay đổi tỉ lệ thuận với thông sốA, tất cả các góc và những trị số tương quan khác giữ nguyên không đổi (hình 3.15).

8

R=

1L

1 2 3

21

1R

2L

R

L3

2

3

R3

Hình 3.15 Các nhánh đường clothoid có độ lớn khác nhau (A1<A2<A3) và chung một đường tang

Các vị trí đặc trưng và các vị trí về hình dạng của đường clothoid

Một điểm trên đường clothoid mà tại đó có R=L=A gọi là điểm đặc trưng. Gócgiữa các đường tang ở vị tí này bằng: φ=0.5 hoặc φ=31.8310 grad. Nhờ điểm đặc trưng có thể xác định được thông số của bất kỳ một đường clothoid nào bằng cách đo chiều dài L đến điểm tiếp xúc của đường tang có góc φ=0.5 (31.8310grad) (hình 3.16). Ngoài ra còn các điểm hình dạng, những điểm ấy có các số tròn số khi tính tỷ số A/R.

3R

14

A

=A

=A=

(~

2gr

ad)

(~

1,3

grad

)(

~1

grad

)

8

R= A=

456

R61

151R R

0,50 ( = 127,32 grad)

0,71 ( = 63,66 grad)

A=

R=

L

=0,5 (31,381 grad)

(~

3,5

grad

)

(~

14gr

ad)

(~

8gr

ad)

A

=

3 2

2R1

32A

=R

1

1,5

0,40 ( = 198,76 grad)

A = 2 . R

25A

=R

A = 2 . R

Hình 3.16 Các vị trí đặc trưng và các vị trí định dạng của đường clothoid

96

Theo hình 3.16 được biết là đường clothoid từ điểm xuất phát (điểm chuyển) đến điểm hình dạng 6 và 4 (góc 1 grad hoặc 2 grad) không phù hợp để làm đường cong chuyển tiếp. Ngược lại đoạn đường clothoid vượt quá điểm đặc trưng 1 cósự thay đổi bán kính quá lớn. Nó rất ít khi được sử dụng để cấu tạo những đường cong trong đường ô tô, trong đường tầu điện đôi khi người ta có dùng. Phạm vi sử dụng thông thường nhất của đường clothoid với tưcách là yếu tố tuyến trong xây dựng đường ô tô nằm giữa các điểm đặc trưng 3 và 1 (φ0.0556 đến 0.500hoặc φ3.5 grad đến 32 grad). Quy định này đúng đối với các điều kiện vạch tuyến thông thường trung bình. ở những điều kiện địa hình rất khó hoặc là ở nút giao thông thì thường sự thay đổi hướng sẽ lớn hơn đến mức phải sử dụng đường clothoid quá điểm đặc trưng 1 (ví dụ quay đầu ở địa hình núi).

Nhưvậy ta có thêm điều kiện đểxác định thông số của đường clothoid dùng làmyếu tố tuyến đường ô tô rút ra từ các khả năng sử dụng trung bình của đường clothoid. Nó dựa chủ yếu trên những yêu cầu về hình dáng đường. Từ những yêucầu đã nói trên các nhánh clothoid nằm giữa các điểm đặc trưng 3 và 1 nên đượcsử dụng, chúng ta có điều kiện:

R31A đến R hoặc

A = L đến 3L.

Khi các bán kính đường cong tròn nhỏ nên chọn các thông số ở cận trên.

Độ cong xác định theo công thức sau:

d 1k

dS R

(3.41)

Hình 3.17 thể hiện độ cong k của đường cong clothoid

XR

k= 1

8 =0

k

R=

8

k =XXR

1 R1

L

Ek =E

ER

X

Hình 3.17 Biểu đồ thay đổi độ cong K của đường cong clothoid

97

Từ tính chất tương tự nhau về hình học, trước đây người ta đã tính sẵn cho đường cong clothoid với thông số A=1, khi tính với các thông số A khác chỉ việc nhân với A ở các cột. Hiện nay bằng máy tính PPC hoặc PC người ta dễ dàng tínhđược tọa độ đường cong bất kỳ, bảng đường cong clothoid đơn vị này chỉ có ý nghĩa khi thiết kếsơbộ(bảng 3.6) .

Ví dụ: đường cong có bán kính R=400m, chiều dàiĐCCT Lct =100m, thông số A=200. Tọa độ điểm cuối ĐCCT ứng với S=100m. S/A=0,5. Tra bảng ta có Xo/A=0,499219; Yo/A=0,020810 từ đó xác định tọa độ Xo=0,499219x200= 99,84m vàYo=0,020810x200= 4,16m.

3.8.3.2Đường hoa thị Lemniscat Becnulli

Đường cong toán học Lemniscat có dạng nhưcánh hoa thị. Nếu thay chiều dài

đường cong clothoid S từ phương trìnhSC bằng chiều dài dây cung a, thì ta có

phương trìnhaC đây là phương trình đường cong Lemniscat Bernoulli.

Phương trình đường hoa thị Lemniscat viết ở tọa độ có dạng sau:

a2 = 3C.sin(2) (3.42)

Trong đó : C là thông số và là góc độc cực (xem hình 3.18)

2

1

3

45°

a

24°05'44"

C¸c d¹ng ®­êng cong chuyÓn tiÕp1. Hoa thÞ Lemniscat Becnulli2. Clothoid

3. Parabol bËc 3

Hình 3.18 Các dạng đường cong chuyển tiếp

Đường hoa thị Lemniscat thường được sử dụng để bố trí đường cong rẽ trái tại các nút giao thông khác mức hoặc đường cong con rắn ở địa hình vùng núi khó.

98

Vì được giáo sưR.Dawson người Anh nghiên cứu, phát triển nên các nước trong khối Liên hiệp Anh thường sử dụng rộng rãi loại này để làm đường cong chuyển tiếp.

3.8.3.3Đường cong parabol bậc 3

Nếu coi S ≈ x thì ta có phương trìnhxC đây là phương trình Parabol bậc 3

trong toạ độ cực. Đường parabol bậc 3 thường dùng trong đường sắt, có đặc điểm là đơn giản.

Bằng tính toán người ta thấy rằng khi góc độc cực đến 5-60 thì có thể sử dụng bất kỳ đường cong nào trong cả ba đường cong trên, các kết quả tính toán các thông số của 3 đường cong tương tự nhau. Nhưng khi góc ≥9-100 tức là φ>24005’ thì không nên áp dụng đường cong parabol bậc 3 vì chiều dài đường cong này tăng lên nhanh hơn so với 2 đường còn lại.

3.8.3.4Các đường cong khác.

Ngoài các đường cong clothoid, hoa thị Lemniscat Becnoulli và đường cong parabol bậc 3 còn một số dạng đường cong có thể làm ĐCCT nhưđường parabol bậc 4, đường cong Sramma, Sinusoid, Cosinusoid, Quadratic,...

Đường cong ghép nhiều cung tròn thường vận dụng làm đường cong rẽ phải trong đường thành phố: Từ đường cong cơbản có bán kính R có thể làm đường cong chuyển tiếp bằng cách ghép nhiều cung tròn có bán kính 2R, 4R v.v...

Đường cong chuyển tiếp hãm xe: Trong các đườngcong có bán kính nhỏ, trong nút giao thông, xe khi vào đường cong thường có xu hướng giản tốc độ, người ta bốtrí đường cong chuyển tiếp hãm xe, khi xe chạy vào đường cong thì tốc độ giảm dần còn khi ra khỏi đường cong thì tốc độ tăng dần.

Bảng 3.6 Bảng tọa độ đường cong chuyển tiếp đơn vị

s x Y S x y0.01 0.010000 0.000000 0.51 0.509138 0.0220820.02 0.020000 0.000001 0.52 0.519050 0.0234040.03 0.030000 0.000004 0.53 0.528955 0.0247780.04 0.040000 0.000011 0.54 0.538853 0.0262040.05 0.050000 0.000021 0.55 0.548743 0.0276840.06 0.060000 0.000036 0.56 0.558625 0.0292180.07 0.070000 0.000057 0.57 0.568498 0.0308070.08 0.080000 0.000085 0.58 0.578361 0.0324530.09 0.090000 0.000121 0.59 0.588215 0.0341560.10 0.100000 0.000167 0.60 0.598059 0.0359170.11 0.110000 0.000222 0.61 0.607892 0.0377370.12 0.119999 0.000288 0.62 0.617714 0.0396170.13 0.129999 0.000366 0.63 0.627523 0.0415570.14 0.139999 0.000457 0.64 0.637321 0.0435600.15 0.149998 0.000562 0.65 0.647105 0.0456250.16 0.159997 0.000683 0.66 0.656876 0.047754

99

s x Y S x y0.17 0.169996 0.000819 0.67 0.666633 0.0499470.18 0.179995 0.000972 0.68 0.676374 0.0522060.19 0.189994 0.001143 0.69 0.686100 0.0545300.20 0.199992 0.001333 0.70 0.695810 0.0569220.21 0.209990 0.001543 0.71 0.705503 0.0593820.22 0.219987 0.001775 0.72 0.715178 0.0619100.23 0.229984 0.002028 0.73 0.724834 0.0645080.24 0.239980 0.002304 0.74 0.734472 0.0671770.25 0.249976 0.002604 0.75 0.744089 0.0699170.26 0.259970 0.002929 0.76 0.753686 0.0727280.27 0.269964 0.003280 0.77 0.763261 0.0756130.28 0.279957 0.003658 0.78 0.772813 0.0785710.29 0.289949 0.004064 0.79 0.782342 0.0816040.30 0.299939 0.004499 0.80 0.791847 0.0847120.31 0.309928 0.004964 0.81 0.801326 0.0878960.32 0.319916 0.005460 0.82 0.810780 0.0911560.33 0.329902 0.005988 0.83 0.820206 0.0944940.34 0.339886 0.006549 0.84 0.829605 0.0979100.35 0.349869 0.007144 0.85 0.838974 0.1014050.36 0.359849 0.007774 0.86 0.848314 0.1049800.37 0.369827 0.008439 0.87 0.857622 0.1086340.38 0.379802 0.009142 0.88 0.866898 0.1123700.39 0.389774 0.009882 0.89 0.876141 0.1161870.40 0.399744 0.010662 0.90 0.885350 0.1200860.41 0.409710 0.011481 0.91 0.894523 0.1240680.42 0.419673 0.012341 0.92 0.903660 0.1281330.43 0.429633 0.013243 0.93 0.912758 0.1322830.44 0.439588 0.014188 0.94 0.921818 0.1365160.45 0.449539 0.015176 0.95 0.930838 0.1408350.46 0.459485 0.016210 0.96 0.939816 0.1452390.47 0.469427 0.017289 0.97 0.948752 0.1497300.48 0.479363 0.018415 0.98 0.957643 0.1543060.49 0.489294 0.019588 0.99 0.966490 0.9456200.50 0.499219 0.020810 1.00 0.975289 0.953460

3.9 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG CONG CLOTHOID

Trong thiết kế đường cao tốc, đường cong clothoid ngoài chức năng là đường cong chuyển tiếp nối từ đường thẳng vào đường cong tròn nó còn là một yếu tố độc lập có vai trò nhưyếu tố đường thẳng và yếu tố đường cong tròn, làm chotuyến đường trở nên mềm mại, đều đặn trong không gian, phù hợp với địa hìnhcảnh quan môi trường, êm thuận về mặt thị giác và bằng phẳng về mặt quang học tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao.

Phương pháp thiết kế tuyến coi đường cong clothoid là một yếu tố độc lập với đường thẳng và đường cong tròn và các nguyên tắc kết hợp giữa các yếu tố nàyvới nhau gọi là phương pháp thiết kế tuyến clothoid, đặc biệt thích hợp để thiết kế bình đồcác đường ô tô cấp cao, đường cao tốc.

100

Bằng phân tích hình học và từ kinh nghiệm thiết kế đường ô tô cấp cao, đường cao tốc ở trong nước và nước ngoài trong nhiều năm, người ta rút ra những nguyên tắc lựa chọn chiều dài và thông số A bố trí đường cong clothoid nhưsau:

1. Yêu cầu từ động lực học chạy xe: Bảo đảm gia tốc ly tâm tăng từ từ trên suốt chiều dài ĐCCT cho đến một trị số nhất định vào đường cong cơbản.

2. Yêu cầu từ bố trí đoạn nối siêu cao: Bảo đảm trên ĐCCT thực hiện được đoạn nối siêu cao để chuyển đều đặn từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang một mái có độ dốc bằng độ dốc siêu cao.

3. Yêu cầu từ thụ cảm quang học: Để đảm bảo thụ cảm quang học tức là đảm bảo thụ cảm đều đặn về mặt thị giác thì thông số A của đường cong phải thỏa

mãn RAR31

, vì chiều dài ĐCCTRA

L2

từ đó suy ra RLR91

. Như

vậy khi bán kính R càng lớn thì chiều dài đường cong clothoid càng dài.

Ngoài ra, có thể tham khảo quy định Amin của CHLB Đức nhưsau [26]

Tốc độ thiết kế VTK (km/h) Trị số tối thiểu của thông số A (m)5060708090100120

30406080110

150 (120)240 (120)

4. Yêu cầu về thời gian phản ứng khi thao tác của lái xe: Với lái xe có trình độ chuyên môn trung bình thì thời gian này bằng 3s và ta có L = 0,83V (m).

5. Bán kính đường cong tròn không bố trí đường cong chuyển tiếp clothoid: Saukhi bố trí đường cong chuyển tiếp nối với đường cong tròn thì sinh ra độ dịch chuyển p (hình 3.20), nếu p quá nhỏ thì có thể không cần đoạn đường cong clothoid vì đã thỏa mãn được quá trình xe chạy trên ĐCCT. Giá trị p này theonghiên cứu ở nước ngoài nhưsau:

- Trung Quốc : p ≤0,07-:-0,08 m

- Mỹ : p ≤0,305 m

- Séc : p ≤0,25 m...

Theo tiêu chuẩn Trung Quốc khi độ dịch p ≤0,07-:-0,08 m và t ≥3 s thì tínhtoán được các bán kính đường cong tròn không cần bố trí ĐCCT 5.500m;4.000m; 2.500m và 1.500m tương ứng với tốc độ thiết kế 120km/h; 100km/h; 80km/h và 60km/h.

101

Tuy nhiên các giá trị tính theo p này chỉ là tham khảo cùng hàng loạt các yêucầu về quang học, địa hình, tổ hợp các đường cong, ... quyết định đến việc bố trí và tính toán ĐCCT.

Chúng ta lần lượt nghiên cứu các dạng kết hợp cơbản khi thiết kế tuyến clothoidnhưsau;

3.9.1 Đường cong tròn nối hai đầu bằng hai đường cong chuyển tiếp đối xứng.

Đây là trường hợp thông thường nhất được áp dụng phổ biến để thiết kế bình đồ tuyến đường ô tô, trường hợp này chỉ thuận lợi tại những nơi mà tuyến đường ít phụ thuộc vào các điểm khống chế.

O

§

1 =Li

A2

Ri

R

Clothoid Cung trßn§uêng th¼ng

k= 1Rki

Li

§uêng th¼ngClothoidk= 0 k= 0

Riki=

Hình 3.19 Bìnhđồ và đường biểu diễn độ cong k

Để đảm bảo tính thẩm mỹ của tuyến đường thì đường cong tròn chêm giữa hai đường cong chuyển tiếp phải có chiều dài tối thiểu phụ thuộc vào tốc độ xe chạy thiết kế nhưdưới đây:

Bảng 3.7 Chiều dài tối thiểu của đường cong tròn trong tổ hợp đường cong

V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100

K0 min (m) 20 35 50 70

Thường hay dùng : đường cong clothoid-đường cong tròn-đường cong clothoid theo tỷ lệ là 1:1:1.

102

Nghiên cứu của CHLB Đức đã đưa ra lời khuyên về lựa chọn thông số A của đường cong clothoid phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và các trị số bán kính đường cong nhưbảng sau:

Bảng 3.8 Các trị số quy định R và A chođường Quốc lộ[26].

Tốc độ thiết kế (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100

Trị số nên dùng

R 60 100 175 250 325 400 525 650Đường quốc lộ

A 40 60 90 120 150 180 210 250

Trị số tối thiểu

R 30 60 100 140 200 250 325 400Đường quốc lộ

A 30 45 60 80 110 125 150 175Khi bố trí đường cong chuyển tiếp thì góc ở tâm của đường cong tròn là:

0=-20 (3.43)Điều kiện bố trí được của đường cong chuyển tiếp: -200 hay 2.0

Trong trường hợp không đủ hoặc không đảm bảo ta phải tăng bán kính R hoặc giảm chiều dài đường cong chuyển tiếp.Việc tính toán và cắm đường cong tổng hợp được thực hiện theo trình tự sau:1. Tính toán sơbộ (để bố trí và kiểm tra) các yếu tố cơbản của đường cong tròntheo góc ngoặt và bán kính đường cong R

T=2

.

tgR ; p= )1

2cos

1.(

R ; 0180

.. RK . (3.44)

2. Tính toán và lựa chọn chiều dài bố trí ĐCCT Lct dựa vào công thức, dựa vàochiều dài tối thiểu theo quy trình, phù hợp với địa hình và phối hợp tốt các yếu tố của tuyến, sau đó xác định thông số ctLRA .

3. Tính góc kẹp 0 và kiểm tra điều kiện bố trí ĐCCT 2.0, nếu không thoả mãn điều kiện này thì phải tăng bán kính R hoặc giảm Lct

4. Xác định toạ độ của điểm cuối ĐCCT (X0,Y0) và xác định các chuyển dịch

)cos1(2

sin.

0

00

oRyp

LRxt

(3.45)

5. Tính lại bán kính đường cong tròn R1=(R+p) và tính chính xác các yếu tố của đường cong tròn theo R1

01

1 180..

);2

tan(. R

KRT (3.46)

103

6. Xác định chiều dài phần còn lại của đường cong tròn K0 ứng với góc 0 sau

khi bố trí ĐCCT, 00

0 180.. R

K (hoặc K0 = R.α0 với α0 tính bằng rad)

7. Xác định điểm bắt đầu, kết thúc của ĐCCT và độ rút ngắn của đường congNĐ=Đ-(T+t) (3.47)NC=NĐ+K0+2Lct (3.48)Δ=2(T+t) – (K0+2Lct) (3.49)

Trong đó : NĐ, NC, Đlà lý trình của điểm bắt đầu, kết thúc và đỉnh của đường cong tổng hợp.

Y

X

O

§N§

NC

T§

TC

XO

t T

R1R

RR1

P

YO

p

KO

Hình 3.20 Tính toán đường cong chuyển tiếp trong trường hợp L1=L2

8. Theo công thức (3) xác định toạ độ của các điểm ĐCCT cách nhau 5-10m/cọc sau đó dựa vào toạ độ này cắm nhánh 1 của ĐCCT

9. Tính và cắm nhánh thứ 2 của ĐCCT tương tự

10. Tính và cắm phần đường cong tròn còn lại K0

Một điểm A bất kỳ trên phần đường cong tròn có chiều dài cung đến TĐ là St với góc chắn cung βsẽ có tọa độ xt, yt theo hệ trục NĐ được tính theo công thức sau:

104

xt = t + R.sin(φ0 + β) (3.50)

yt = R1 – R.cos(φ0 + β) (3.51)

với radRSt , hoặc

RS t

.1800

, độ

N§t

XO

YO

T§

X

Y

RR1

O

A

Xt

Yt

St

Hình 3.21 Sơđồ tính toán phần đường cong tròn.

3.9.2 Đường cong tròn nối hai đầu bằng hai đường cong chuyển tiếp khôngđối xứng.

Trong trường hợp này hai đường cong chuyển tiếp clothoid nối ở hai đầu đường cong tròn có chiều dài khác nhau và thông số khác nhau (A1 A2). Để đảm bảo

tính mỹ quan thì tỷ số của 2 thông số 31

AA

AA

1

2

2

1

.

Trường hợp này thường xảy ra khi muốn đặt tuyến đi qua các điểm đã cho. Để đơn giản cho công tác cắm tuyến nên chọn R và A nguyên. Nếu trong thực tế không thể thực hiện được điều đó, ví dụ chiều dài đường tang cần phải chính xác đối với một hoặc là cả hai phía của đường cong, thì nên ưu tiên thông số đường clothoid nguyên còn bán kính đường cong tròn có thể không nguyên.Việc tính toán và cắm đường cong tổng hợp được thực hiện theo trình tự sau:

105

§

O

N§

T§

TC

NC

PR1

R2

X1

Y1

T01

t1 T1

p

R

R

po1

K0

po2

x2

T 2

t2

T02

Y2

Hình 3.22 Tính toánđường cong chuyển tiếp trong trường hợp L1L2

1. Tính góc kẹp φ1 và φ2 tương ứng với hai đường cong chuyển tiếp theo công

thức đã biết ;R2

L 1ct1 ,

R2L 2ct

2 (3.52)

Và kiểm tra điều kiện bố trí đường cong chuyển tiếp (φ1 + φ2) ≤ (3.53)2. Xác định các tọa độ điểm cuối của đường cong chuyển tiếp : X1,Y1,X2,Y2.3. Xác định các chuyển dịch po1, po2 từ đó tính được R1 và R2;

22222

11111

poRR)cos1(RYpopoRR)cos1(RYpo

(3.54)

4. Tính các góc kẹp 1và 2 dựa vào hệ phương trình

21

2

1

2

1

RR

coscos

(3.55)

Giải hệ ta có

sin

cosRR

tana 1

2

1 và

sin

cosRR

tana 2

1

2 (3.56)

5. Xác định các chuyển dịch T1, T2 và t1 và t2 , p :với 111 sin*RXt , 222 sin*RXt (3.57)

và 111 tan*RT , 222 tan*RT . (3.58)

106

Rcos

RR

cosR

p

1cos

1.R2po1cos

1.Rpo1po2p2po1p1p

2

2

1

1

22

11

(3.59)

6. Xác định chiều dài phần còn lại của đường cong chuyển tiếp Ko dựa vào công

thức o

oo

.R.K

180

Với o = (1+2)– (φ1+φ2). (3.60)

7. Xác định các điểm bắt đầu, kết thúc của đường cong chuyển tiếp, các điểm ND, NC…To1 = t1+T1 ; To2 = t2+T2 ; (3.61)Những nội dung còn lại tương tự nhưtrên.

3.9.3 Đường cong tổng hợp bao gồm hai nhánh clothoid đối đầu

Các đường clothoid tiếp xúc nhau tạo thành một tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu. Tại điểm tiếp xúc 2 đường clothoid sẽ có cùng một bán kínhcong và chung một đường tang. Tuỳ theo việc sử dụng các nhánh đường clothoidcó thông số bằng nhau hoặc không bằng nhau để chia ra tổ hợp đường cong đối xứng hoặc không đối xứng.

k= 0§­êng th¼ng §­êng cong clothoid

Rmin

R i

2A=ki=

Ri

1 Li

kiRmin

1k=

Li

§

§­êng th¼ngk= 0

§­êng cong clothoid

N§1 N§2

NC

1N

C2

Hình 3.23 Bình đồ vàđường biểu diễn độ cong k của hai đường congclothoidđối đầu đối xứng

107

Việc sử dụng tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu đã nhiều lần bị chống lại bởi vì xuất hiện các vấn đề không thuận lợi khi phải tạo nên độ dốc ngang phù hợp với động lực chạy xe cần phải chuyển trực tiếp từ độ cong tăngsang độ cong giảm tại điểm giao nhau. Sự ổn định chạy xe và mỹ quan khi đó sẽ bị xấu đi, nhưng điều đó chỉ xảy ra khi bán kính cong tại chỗ giao nhau tương đối nhỏ và góc chuyển hướng lớn. Vì thế người ta khuyên chỉ dùng loại tổ hợp đường cong này trong trường hợp địa hình bị khống chế và bán kính cong tại điểm tiếp xúc nhau lớn, đồng thời góc chuyển hướng nhỏ (R > 600 m; φ13,50).1. Tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu đối xứngCác yếu tố của chúng được xác định trên hình vẽ. Tại điểm tiếp xúc hai đường cong clothoid có cùng một bán kính cong R1=R2=Rmin và có chung đường tang.

NC

2N

C1

N§2N§1

§

Rmin

X0

t

T

Yo

Hình 3.24 Tính toánđường cong tổng hợp có hai đường cong clothoid đối đầu đối xứng

Theo hình vẽ ta có:

2tgYXT

2tgYt;tXT 0000

(3.62)

Việc tính toán cũng tương tự nhưtrên.2. Tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu không đối xứng

Hai đường clothoid có thông số khác nhau, tại điểm nối chúng có cùng một bán kính cong R1=R2=Rmin và có chung đường tiếp tuyến.

Hai đường cong clothoid có chiều dài L1≠L2 thông số A1≠A2 và đường tang chính T1≠T2.

Các yếu tố của đường cong tổng hợp được trình bày nhưhình vẽ

Góc ngoặt α= φ1+φ2

Trong đó các góc tiếp tuyến φ1, φ2được xác định từ các công thức

108

Rm

inN

C1

NC

2

§

N§1

N§2

T1

T2

To1

t1 t2

To2Tm1 Tm2

A

B

Hình 3.25 Tính toánđường cong tổng hợp có hai đường cong clothoid đối đầu không đối xứng

2

22

1

2

21

1

R2AR2

A

từ đó suy ra

2AAR

R2AA 2

221

2

22

21 (3.63)

để đơn giản trong tính toán cắm tuyến nên dùng các thông số clothoid và bánkính tại điểm tiếp xúc là số nguyên

Các đường tang chung Tm1 và Tm2 được xác định theo công thức:

2

2o2m

1

1o1m

sinY

T

sinY

T

(3.64)

Theo hình vẽ ta có T1=To1+t1 và T2=To2+t2 (3.65)

Xác định t1 và t2 từ định lý hàm số sin trong tam giác AĐB:

sin)TT(sin

t)sin(

TTsin

tsin

)TT(sint

)sin(TT

sint

2m1m12

2m1m

1

2

2m1m21

2m1m

2

1

(3.66)

Xác định To1 và To2 thông qua Xo1 và Xo2 nhưsau:

22o2o2o

11o1o1o

gcotYXTgcotYXT

(3.67)

109

Từ đó tính ra được T1 và T2 và triển khai tương tự nhưcác phần trên.

3.9.4 Đường cong chữ S

Đường cong chữ S được tạo thành bởi hai nhánh clothoid ngược chiều nhau, hai đường clothoid này có chung điểm xuất phát (R = ), tại điểm ấy chúng có đường tang chung và điểm ấy cũng chính là điểm gặp nhau của hai nhánh clothoid. Nó được sử dụng để nối hai đường cong ngược chiều nhau, sự chuyển tiếp của hai đường cong ấy được bảo đảm hài hoà. Điều kiện để bố trí đường cong chuyển tiếp là khoảng cách giữa hai đường tròn “D” không được qúa lớn, hai đường tròn không được bao nhau, không được cắt nhau hoặc tiếp xúc nhau.Để đảm bảo nâng siêu cao được đều đặn, cả hai nhánh clothoid nên có thông số bằng nhau. Nếu trong thực tế do hạn chế của địa hình không đảm bảo được điều kiện ấy thì tỷ lệ A1/A2 không nên vượt quá 1,5

R=

8

A1

A2

R1

R2

T

D

M1 M2

Hình 3.26 Nguyên tắc của đường cong chữ S

Khi thiết kế điều kiện lý tưởng là đảm bảo cho hai bán kính đường cong trònbằng nhau. Nếu do điều kiện địa hình không thể thực hiện được yêu cầu ấy thìnên tuân theo những giới hạn dưới đây:

- A1 = A2 R1 2 R2

- A1 A2 R1 3 R2

- A1 = A2 R1 = R2 (điều kiện lý tưởng)

Trị số xuất phát dể tính toán đường cong chữ S khi thiết kế là khoảng cách “D” của hai đường cong tròn sẽ tạo nên đường cong chữ S . Có thểxác định trị số của khoảng cách “D” :

)RR(MMD 2121 (3.68)

)RR(T)RR(D 2122

21 (3.69)

110

MÐp bªn ph¶i phÇn xe ch¹y

isc1

iscmin= in

isc2

iscmin = in

isc = 0

a) §­êng cong ch÷ S

b) B×nh ®å ®­êng ®é cong k

c) DiÔn biÕn n©ng siªu cao

BK 2

Rk = 1

ul

1K

R=

8

2K

WK1

B

§­êng cong trßn §­êng clothoid

8

1 = 0Ai

2= Li

iL

k =1

ik =R

k =

R1

§­êng clothoid §­êng cong trßn

1

2

Tim ®­êng

MÐp bªn tr¸i phÇn xe ch¹y

Hình 3.27 Đường cong chữ S

Bố trí siêu cao trong đường cong chữ S được thể hiện ở hình 3.27c, riêng đoạn chuyển từ isc=in đến isc=0 phải đảm bảo độ dốc phụ thêm tối thiểu 0,30% để đảm bảo thoát nước.

Để có thể cắm đường cong chữ S với các thông số nguyên, cho phép tồn tại một đoạn thẳng ngắn chêm giữa hai điểm xuất phát của hai nhánh clothoid, chiều dàicủa nó không được vượt quá trị số dưới đây:

Ltc 0,08 (A1 + A2) (3.70)

Vì nhưvậy người sử dụng đường vẫn cảm thấy đường không có điểm gẫy rõ rệt. Phải tránh không để cho hai nhánh clothoid nằm trờm lên nhau. Nếu cần phải bố trí một đoạn thẳng chêm giữa lớn thì phải đảm bảo chiều dài đoạn thẳng tối thiểu cho ở bảng 3.9 sau (Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô của CHLB Đức [26]).

Sử dụng các phần mềm thiết kế tuyến đường hiện đại như Softdesk,LandDestop,... có thể vẽ, xác định tọa độ của đường cong chữ S cũng nhưcácdạng đường cong kết hợp khác rất dễ dàng.

111

Bảng 3.9 Chiều dài tối thiểu đoạn thẳng trong đường cong chữ S

Loại đường Đường ô tô Đường cao tốc

Tốc độ thiết kế Vtk

(km/h)30-40 50-60 70-80 90-100 100 120 140

Chiều dài tối thiểu của đoạn thẳng chêm Ltc (m)

60 100 150 200 300 300 300

3.9.5 Đường cong xoắn ốc

Một đường cong tròn dài liên tục không thể sử dụng được trong thực tế thiết kế do vướng các công trình hoặc địa hình tự nhiên. Một đoạn thẳng ngắn chêm giữa hai đường cong tròn cùng chiều hoặc là hai đường clothoid đối đầu làm cho hìnhảnh con đường xuất hiện những điểm gẫy. Nhờ đường cong chuyển tiếp với tưcách là một yếu tố liên kết đảm bảo cho hình ảnh con đường được hài hoà. Muốn thực hiện được điều đó phải thoả mãn điều kiện hai đường tròn bộ phận cần phải thiết kế thành một đường cong chung, hai đường này không được cắt nhau vàkhông được tiếp xúc nhau (hình 3.28). Bán kính đường cong tròn và thông số đường clothoid phải phù hợp với những quy định chung khi thiết kế tổ hợp đường cong. Thông số của đường clothoid nên nằm ở các giới hạn sau đây:

D2

2M

R 2

R1R

1M

M

§­êng

tang cñ

a ®­ên

g clotho

id- ®­

êng con

g 1

1R

2R1k =2

2i

R i

1 = LA

§­êng cong 2

k =i

i

1

L

§­êng cong 1

1k = 1R

§­êng clothoid§­ê

ngtan

g cña ®­

êng clo

thoid

- ®­êng

cong

2

Hình 3.28 Nguyên tắc và bình đồ đường độ cong của đường cong xoắn ốc

112

2RA 2 tới R2 với R1 > R2

Các tỷ số của đường cong xoắn ốc 8,0~2,0RR

1

2 ; 03,0~003,0RD

1

là thích hợp

Với D là khoảng cách nhỏ nhất giữa hai đường cong tròn D = R1 - R2 - M

Khi tự tính đường cong xoắn ốc các phương pháp đặt ra cho người thiết kế cũng giống nhưtrường hợp đường cong chữ S.

3.9.6. Đường cong chuyển tiếp bằng các nhánh đường clothoid nối tiếp nhau.

Đường này được lập nên từ một loạt các đoạn clothoid cùng hướng nhưng thôngsố khác nhau, tại điểm tiếp xúc chúng có chung đường tang và cùng bán kính.Loại đường này được lập lên từ hai hoặc nhiều nhánh clothoid. Nếu đường nàyđược dùng làm yếu tố đường cong ở các đường đã được phân cấp thì các trị số Rmin và Amin phải lấy theo bảng 3.8. Tỷ lệ của các thông số đường clothoid nối tiếp nhau (A1:A2) không nên vượt quá 1,5 lần. Loại đường này thường được sử dụng làm đường cong hãm phanh. Theo hình 3.29 ta có các công thức sau đây cho trường hợp đường cong chuyển tiếp được tạo thành từ hai đoạn đường clothoid:

R

R

M

1M

f1A

R1

A2

E1

E2

'

'

X

X'

O'O

Y Y'

Hình 3.29 Nối tiếp hai đường cong clothoid OE1 và E1E2

- Đường clothoid 1 có chiều dài cung OE1=LE1, góc tiếp tuyến φ1, thông số A1, bán kính cong R1 và hệ tọa độ OXY

- Đường clothoid 2 có chiều dài cung E1E2=L’E2, góc tiếp tuyến φ’2, thôngsố A2, bán kính cong R và hệ tọa độ O’X’Y’

Quan hệ giữa các góc tiếp tuyến

113

φ= φ1 –φ’1 (3.71)

φ2 = φ’2 + φ (3.72)

Tọa độ điểm E2 được xác định ở hệ OXY (XE, YE) phụ thuộc vào tọa độ của E1

và E2 ở các hệ trục OXY và O’X’Y’ nhưsau:

XE = XE 1 + (X’E 2 - X’E 1) . cos φ- (Y’E 2 - Y’E 1) . sin φ (3.73)

YE = YE 1 + (X’E 2 - X’E 1) . sin φ+ (Y’E 2 - Y’E 1) . cos φ (3.74)

Tọa độ của tâm M xác định bởi công thức

XM = XE 1 + (X’M - X’E 1) . cos φ- (Y’M - Y’E 1) . sin φ (3.75)

YM = R + f (3.76)

Trong đó khoảng cách f bằng

f = YE 1 + (X’M - X’E 1) . sin φ+ (Y’M - Y’E 1) . cos φ– R (3.77)

Chiều dài tổng cộng của 2 đoạn clothoid nối tiếp:

Ltc = LE 1 + (L’E 2 - L’E 1) (3.78)

Nhược điểm của đường này là sự chuyển tiếp ở các điểm nối, tại đó có sự thay đổi về độ cong (phụ thuộc vào bước nhẩy của thông số các đường clothoid).

3.9.7. Đường cong chữ C

Đường cong chữ C là sự kết hợp hai đường cong clothoid cùng chiều nối với nhau, có hoặc không có đường cong tròn ở giữa, loại này chỉ nên dùng trongnhững điều kiện địa hình đặc biệt.

O1 O2

RR1

R2

k = R1ik = 1

iR2k = 1

R21R1k =1

R i

1k =i

A1

A2

Hình 3.30 Nguyên tắc và bình đồ đường độ cong của đường cong chữ C

114

3.10 ĐẢM BẢO TẦM NHÌN TRÊN ĐƯỜNG CONG NẰM.

Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, nhiều trường hợp có chướng ngại vật nằm ở phía bụng đường cong gây trở ngại cho tầm nhìn nhưmái ta luy đào, nhàcửa, cây cối,...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.

Tầm nhìn trên đường cong nằm được kiểm tra đối với các ô tô chạy trên làn xephía bụng đường cong với giả thiết mắt người lái xe cách mép mặt đường 1,5m và ở độcao cách mặt đường 1,0m (tương ứng với trường hợp xe con).

Các phương pháp xác định phạm vi cần dỡ bỏ:

3.10.1 Phương pháp đồ giải:

1

2

34 1'

2'

3'

4'Ñöôøng giôùi haïn nhìnQuyõ ñaïo xe chaïy

1,5m

z

Hình 3.31 Sơđồ xác định tầm nhìn theo phương phápđồ giải

Trên bình đồ đường cong nằm vẽ với tỉ lệ lớn (Hình 3.31), 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 nhưcây cối, nhà cửa,…

3.10.2 Phương pháp giải tích:

Theo phương pháp này ta tính phạm vi tĩnh ngang Z bằng các công thức giải tích, chia thành các trường hợp:

- Trường hợp không bố trí đường cong chuyển tiếp, hình 3.32 a), b)

+ Trường hợp 1: hình 3.32 a) khi S K

+ Trường hợp 2: hình 3.32 b) khi S > K

- Trường hợp có bố trí đường cong chuyển tiếp , hình 3.32 c), d)

+ Trường hợp 1: khi S K0

+ Trường hợp 2: hình 3.32 c) khi K0 S < K

+ Trường hợp 3: hình 3.32 d) khi S ≥K

115

K0S

Z

Z2Z1

A B

O

Rs

C D

XCXM

§

M N

§

DC

Rs

O

BA

Z1Z

2

SK0

ZZ3

M N

Ls Ls Ls Ls

XC

Yc

K=2Ls+K 0

K=2Ls+K 0

BA

§

Rs

O

S

M N

K

S-K2

S-K2

ZZ1

Z2

K

N

O

Rs

§

AB

S

M

Z

a) Kh«ng cã §CCT S < K b) Kh«ng cã §CCT S > K

c) Cã §CCT Ko < S < K d) Cã §CCT S > K

Hình 3.32 Sơđồ xác định cự ly tĩnh ngang theo phương pháp giải tích

a) X¸c ®Þnh ph¹m vi tÜnh ngang khi kh«ng cã §CCT

AB

§

Rs

O

S S

Z

§

Ko

A

S

Z

z/2 z/2 SB

b) X¸c ®Þnh ph¹m vi tÜnh ngang khi cã §CCT

Hình 3.33 Xác định đường giới hạn nhìn theo phương pháp giải tích

116

Bằng hình học, chúng ta tính toán được cự ly tĩnh ngang lớn nhất nhưhình 3.32kết quả thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.10 Các công thức tính cự ly tĩnh ngang Z1. Khi S K hình a)

)2

cos1(RZ s

0

s

s 180RK;

RS180

Khikhôngbố trí đường cong

chuyển tiếp

2. Khi S > K hình b)

2sin

2KS

)2

cos1(RZ s

0s

180R

K

1. Khi S K0

)2

cos1(RZ s

;R

S180

s

Rad,R2

L180

)2(RK

s

s

0s

0

2. Khi K0 S < K hình c)

)2

sin(cos

XX)

22cos1(RZ MC

s

MC

MC

XXYY

arctg

Rad,R2

L180

)2(RK

s

s

0s

0

VớiC(XC,YC) ~ LS

M(XM,YM) ~

2KS

L 0s

Khi cóbố trí đường cong

chuyển tiếp

3. Khi K S hình d)

2sin

2KS

)2

sin(cosX

)22cos1(RZ C

s

C

C

XY

arctg

Rad,R2

L180

)2(RK

s

s

0s

0

C(XC,YC) ~ LS

Trong các công thức trên:

117

- Z : Cự ly tĩnh ngang tính toán

- S : Chiều dài tầm nhìn cần đảm bảo (S1 hoặc S2 tùy trường hợp với những đường không có dải phân cách giữa thì tầm nhìn S=S2 còn những đường có dải phân cách giữa thì S=S1),

- K : Chiều dài đường cong nằm tổng hợp

- K0 : Chiều dài đường cong tròn khi có bố trí ĐCCT

- RS : Bán kính quỹ đạo xe khi tính toán tĩnh ngang

m5,1

2b

RRS

- R, b : Bán kính đường cong và chiều rộng mặt đường thiết kế

- LS : Chiều dài ĐCCT quỹ đạo xe ứng với RS và thông số A thiết kế

- φ : Góc hợp bởi tiếp tuyến tại điểm cuối ĐCCT và cánh tuyến

- C(XC, YC) ~ LS : Tọa độ Đề các của điểm cuối ĐCCT ứng với LS

- M(XM, YM) ~2KS

L 0s

: Tọa độ của điểm M ứng với

2KS

L 0s

Quü

®¹o

xech

¹yQu

ü®¹

oxe

ch¹y §Êt ph¶i ®µo

Zo

Z

1.0m

1.5m

Zo

Z

1.0m

C©y ph¶i ®èn

1.5m

Hình 3.34 Xácđịnh phạm vi cần dỡ bỏ trên mặt cắt ngang.

118

Sau khi xác định được phạm vi tĩnh ngang lớn nhất Z, bố trí phạm vi cần dỡ bỏ trên bình đồ nhưhình 3.34

Trong phạm vi Z và trên 1,0m cần phải dỡ bỏ các chướng ngại vật nhưnhà cửa, cây cối, đất đá. Nhưng để đề phòng cây cỏ có thể mọc lại nên phải dỡ thấp hơn0,5m hoặc dỡ ngang mặt đường

Hình 3.35 Hình ảnh về đảm bảo tầm nhìn trongđường cong

3.10.3 Đảm bảo tầm nhìn ban đêm:

Ban đêm, tầm nhìn trong đường cong bằng bị hạn chế vì góc mở αcủa chùm tiasáng đèn pha ô tô bé (thường α≈20)Do đó,muốn đảm bảo đủ sáng trên đoạn đường dài bằng S (S-Tầm nhìn yêu cầu) thì bánkính đường cong R được xác định theo tính toán sau:

Hình 3.36 Tính đảm bảo tầm nhìn ban đêm.

SSRSRRS

RS .1530

2.180180.

.22;180.

.

S

R O

119

Thông thường khi α≈20 thì bán kính đường cong yêu cầu là R=15S, đèn pha chỉ chiếu sáng trên đoạn đường phía trước khoảng 100m, vì vậy ta có R=1500m. Bánkính R=1500m thì đảm bảo tầm nhìn ban đêm trên đường cong tương đươngđường thẳng.

3.11 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN KHI THIẾT KẾBÌNH ĐỒ TUYẾN

Ngày nay, an toàn giao thông trở thành một mục tiêu hết sức quan trọng và được quan tâm đặc biệt khi thiết kế xây dựng mới hay cải tạo nâng cấp đường cũ, cũng nhưquản lý, khai thác các tuyến đường hiện hữu.

Đối với các đường cong nằm thiết kế được đánh giá bằng: hệ số thay đổi độ ngoặt của đường cong CCRS (Curvature Change Rate) cùng quan hệ giữa các đường cong thiết kế liền kề ΔCCR=CCRSi-CCRSi+1, quan hệ giữa từng đường cong riêng biệt với trị số thay đổi độ cong toàn tuyến SCCR và độ cong của tuyến DC (Degree of Curve)Các tiêu chuẩn an toàn đánh giá mức độ an toàn của tuyến là:

- Tiêu chuẩn an toàn thứ nhất: Đảm bảo cho đồ án thiết kế đạt được chất lượng tốt.

- Tiêu chuẩn an toàn thứ hai: Đảm bảo đạt được tốc độ khai thác mong muốn với suất đảm bảo 85%

- Tiêu chuẩn an toàn thứ ba: Đảm bảo an toàn về mặt ổn định động lực học của ô tô.

Sau đây ta nghiên cứu chi tiết các thông số chính phục vụ cho việc xây dựng ba tiêu chuẩn trên.3.11.1 Hệ số thay đổi độ ngoặt của đường cong CCRS (Curvature ChangeRate)Hệ số thay đổi độ ngoặt của đường cong CCRS là thông số thiết kế được đưa ra ở CHLB Đức [26].Tại mỗi đường cong hệ số thay đổi độ ngoặt CCRS được xác định nhưsau:1. Đối với đường tròn có bán kính R và chiều dài đường cong K (hình 3.37a)

km/gon,K

10.7,63.RK

K10.

CCR

33

S

(3.79)

Trong đó: R- Bán kính đường cong (m)K- Chiều dài đường cong tròn (m)

α- góc ngoặt gon,7,63.RK

rad,RK

(400gon1=2πrad)

1 gon đơn vị đo góc thường sử dụng ở Đức và một số nước châu Âu 360độ=400gon=2πradian)

120

R=

R=R1

R=R

1 R=R

2

R=R

2

8

88R=

R=R1

R=R

1 R= R

2

R=R

2

R=R=

8

AE

R1

A1

R2

A2L1

K 1

LE K2

L2

c) d)

K1

K2 K3

§

§

R=

R=R R=

R

R=88

R=

R=R R=R

88

R=

R

A1 A2

L1 L2

K

b)a)

R=R3R=R

2

R=R1

§§

K

R=RR= 8 R=R

R=8 R= 8

R=

8

R= R

3

R=R

2R

=R1

Hình 3.37 Sơđồ tính CCRS

2. Đối với đường cong tròn nhiều thành phần (hình 3.37b)

km/gon,KKK

10.7,63.RK

RK

RK

CCR

rad,RK

RK

RK

321

3

3

3

2

2

1

1

S

3

3

2

2

1

1

(3.80)

Trong đó: R1, R2, R3 và K1, K2, K3 lần lượt là bán kính và chiều dài của các đường cong 1, 2 và 3.

3. Đối với tổ hợp đường cong clothoid - đường cong tròn -đường cong clothoid(hình 3.37c)

Ta có

km/gon,)LKL(

10.7,63.R2

LRK

R2L

CCR

rad,R2

LRK

R2L

21

321

S

21

(3.81)

Với K, L1, L2 là chiều dài đường cong tròn và hai đường cong clothoid. R là bánkính đường cong tròn cơbản.

121

4. Đối với tổ hợp hai đường cong tròn (R2>R1) phối hợp nằm giữa hai đường cong clothoid ở hai đầu và một đường cong clothoid chêm giữa (hình 3.37d)

km/gon,)LKLKL(

10.7,63.R2

LRK

R2A

R2A

RK

R2L

CCR

rad,R2

LRK

R2A

R2A

RK

R2L

22E11

3

2

2

1

121

2E

22

2E

1

1

1

1

S

2

2

1

121

2E

22

2E

1

1

1

1

(3.82)

Trong đó: A1, A2, AE ;L1, L2, LE – Thông số và chiều dài của đường cong clothoid hai đầu và ở giữa

5. Đối với đường thẳng

Do R=∞nên CCRS = 0 (gon/km) (3.83)

3.11.2 Độ cong DC (Degree of Curve)

Thông số độ cong DC được đề nghị trong các hướng dẫn thiết kế ở Mỹ vàCanada, công thức xác định nhưsau:

ft100.đô

,R

6,5729R2

360DC

0

ft với R tính bằng feet (3.84)

m100.đô

,R

38,1476DC m với R tính bằng m (3.85)

từ

kmgon

,L

7,63.RK

CCR s với K là chiều dài đường cong tròn, m và

km,1000

KL ta được

kmgon

,R

63700CCR S , với R tính bằng m ta có thể tìm sự

tương quan giữa CCRS và DC nhưsau:

ftS

mS

DC.13,11CCRDC.50,36CCR

(3.86)

3.11.3 Xác định tốc độ khai thác với suất bảo đảm 85% (V85%)

Bằng các nghiên cứu thực nghiệm đã đưa ra được các công thức tính V85% với các thông số CCRS và DC nhưsau:

- CHLB Đức với tốc độ giới hạn 100km/h

S

6

85 CCR.01,8827010

V

(3.87)

- Mỹ (New York) với tốc độ giới hạn 90km/h

122

V85=93,85-1,82.DCm (3.88)

hay V85=93,85-0,05.CCRS (3.89)

3.11.4 Công thức xác định hệ số lực ngang thiết kế (μRA) và hệ số lực ngang yêu cầu (μRD)

Nhưở phần 3.5 ta có các công thức xác định hệ số lực ngang μ(f) nhưsau:

- Hệ số lực ngang thiết kế:

sc

2d

RA iR.127

V (3.90)

Trong đó Vd là tốc độ thiết kế (Design Speed), km/h

- Hệ số lực ngang tương ứng với tốc độ khai thác V85 :

sc

285

RD iR.127

V (3.91)

Trong đó Vd là tốc độ thiết kế (Design Speed), km/h

Hiệu số của hai hệ số lực ngang này Δμ= μRA-μRD biểu thị mức độ ổn định động học bảo đảm an toàn cho xe chạy khi vào đường cong.

3.11.5 Thiết lập các tiêu chuẩn an toàn

Một tiêu chuẩn quan trọng về an toàn giao thông cần được xem xét khi thiết kế mới hay cải tạo đường cũ là phải thiết kế sao cho bảo đảm được sự phù hợp giữa tốc độ khai thác và tốc độ thiết kế. Nghĩa là bảo đảm sự chênh lệch giữa tốc độ khai thác V85 với tốc độ thiết kế Vd d85 VV có trị số không lớn, chênh lệch tốc độ này càng nhỏ đồ án thiết kế càng được đánh giá tốt.

Khi thiết kế bình đồ, các đường cong thiết kế riêng biệt cần phải được xem xét mối tương quan giữa các đường cong liền kề thông qua hiệu số hệ số thay đổi độ ngoặt của các đường cong 1SiSiS CCRCCRCCR cũng nhưtương quan giữa

mỗi đường cong riêng biệt với trị số trung bình SCCR của toàn tuyến thông qua

hiệu số SSi CCRCCR . Các hiệu số này càng nhỏ thì bình đồ tuyến được thiết kế

càng có chất lượng tốt.

n

1i

n

1iSi

S

L

L.CCRCCR (3.92)

Trong đó: n là số đường cong của đoạn tuyến

Li chiều dài đường cong i có CCRSi

123

Những đường cong có thiết kế siêu cao chưa đạt yêu cầu, khiến cho xe đi vào bị mất ổn định động học do trượt ngang thường hay xảy ra tai nạn giao thông. Điều này xảy ra khi xe chạy với tốc độ khai thác V85 xuất hiện lực ngang khác biệt nhiều so với lực ngang thiết kế tức là Δμ= μRA-μRD có trị số lớn.

Tất cả những phân tích trên cho phép thiết lập ba tiêu chuẩn an toàn giao thôngđược thể hiện ở bảng 3.11 sau.

Bảng 3.11 Các tiêu chuẩn an toàn giao thôngPhân loại đồ án thiết kế

Các thông sốTốt Chấp nhận được Xấu, kém

1. Tiêu chuẩn an toàn thứ nhấta) d85 VV ≤10km/h > 10km/h và ≤20km/h >20km/h

b) SSi CCRCCR ≤180gon/km > 180gon/km và ≤360gon/km >360gon/km

2. Tiêu chuẩn an toàn thứ haia) 1i85i85 VV ≤10km/h > 10km/h và ≤20km/h >20km/h

b) 1iSi CCRCCR ≤180gon/km > 180gon/km và ≤360gon/km >360gon/km

3. Tiêu chuẩn an toàn thứ baa) CCRSi ≤180gon/km > 180gon/km và ≤360gon/km >360gon/kmb) μRA-μRD ≥+0,01 ≥-0,04 và < +0,01 < -0,04

Từ tiêu chuẩn an toàn thứ nhất và thứ hai được nghiên cứu, các nước đã xâydựng đồ thị để hỗ trợ cho người thiết kế đường ô tô lựa chọn bán kính hợp lý của các đường cong tròn được bố trí liên tiếp trên bình đồ tuyến.

a) CHLB Đức b) MỹHình 3.32: I- vùng thiết kế tốt; II-vùng chấp nhận được; III-vùng thiết kế xấu

124

125

CHƯƠNG 4THIẾT KẾTRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG

4.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ DỐC DỌC CỦA ĐƯỜNG

4.1.1 Xác định độ dốc dọc của đường – Bài toán kinh tế-kỹ thuật

Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn 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 nhưtốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu, tận dụng sức chở của ô tô, …

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 xâydựng do đó cũng hạ thấp.

Ngược lại, khi độ dốc dọc càng lớn thì xe chạy càng lâu, tốc độ xe chạy càngthấp, tiêu hao nhiên liệu càng lớn, hao mòn săm lốp càng nhiều tức là giá thànhvận tải càng cao. Mặt khác, khi độ dốc dọc lớn thì mặt đường càng nhanh haomòn (do lốp xe và nước mưa bào mòn), rãnh dọc mau hưhỏng, công tác duy tu bảo dưỡng càng nhiều. Tức là khi độ dốc càng lớn thì chi phí vận doanh càng tốnkém, lưu lượng xe chạy càng nhiều thì chi phí này càng tăng.

Độ dốc dọc tối ưu là độ dốc ứng với tổng chi phí xây dựng và khai thác là nhỏ nhất.

Đường quan hệ độ dốc dọc – chi phí

C : Chi phí xây dựng

E : Chi phí vận doanh

Σ : Tổng chi phí xây dựng và vận doanh

Độ dốc dọc iopt được xác định căn cứ vào địa hình, dòng xe, khả năng xây dựng, khả năng duy tu bảo dưỡng, tổng kết các kinh nghiệm,...

Hình 4.1 Quan hệ độ dốc dọc i (%) và chi phí

i (%)

Chi phÝ

EC

iopt

126

4.1.2 Quy định khi xác định độ dốc và chiều dài đoạn dốc:

Tiêu chuẩn thiết kế đường hiện hành TCVN 4054-05 [1], quy định về độ dốc vàchiều dài đoạn dốc nhưsau:- Độ dốc dọc lớn nhất imax : Tuỳ theo cấp hạng đường, độ dốc dọc tối đa được quy định trong bảng 1.14 và bảng 4.1. Khi gặp khó khăn có thể đề nghị tăng lên1% nhưng độ dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11%. Đường nằm trên cao độ 2000m so với mực nước biển không được làm dốc quá 8%.

Bảng 4.1 Độ dốc dọc lớn nhất các cấp đường [1]Cấp hạng I II III IV V VI

Địa hình Đồng bằng

Đồng bằng

Đồng bằng, đồi

NúiĐồng bằng, đồi

NúiĐồng bằng, đồi

NúiĐồng bằng, đồi

Núi

Độ dốc dọc lớn nhất % 3 4 5 7 6 8 7 10 9 11

- Đường đi qua khu dân cư, đường có nhiều xe thô sơchạy : không nên làm dốc dọc quá 4%.

- Dốc dọc trong hầm : không dốc quá 4% và không nhỏ quá 0,3% (thoát nước).

- Trong đường đào : để đảm bảo thoát nước và rãnh dọc không phải đào quá sâuthì độ dốc dọc tối thiểu là 0,5% (Khi khó khăn là 0,3% và đoạn dốc này khôngkéo dài quá 50m).

- Độ dốc nên dùng : không nên lớn hơn 3% để nâng cao chất lượng vận tải, khi trên đường có nhiều xe nặng, xe kéo moóc chạy thì phải căn cứ vào tính toán đặc tính động lực theo lực kéo để xác định imax

Bảng 4.2 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m)[1]

Vtt(km/h)

Độ dốc (%)20 30 40 60 80 100 120

4 1200 1100 1100 1000 900 800 -5 1000 900 900 800 700 - -6 800 700 700 600 - - -7 700 600 600 500 - - -8 600 500 500 - - - -9 400 400 - - - - -

10 và 11 300 - - - - - -

- Chiều dài đoạn dốc lớn nhất lmax : Chiều dài đoạn có dốc dọc không được quá dài, khi vượt quá quy định trong bảng 4.2 phải có các đoạn chêm dốc 2,5% và có

127

chiều dài đủ bố trí đường cong đứng (tối thiểu 50m). Các đoạn chêm còn làm chỗ tránh xe cho đường có 1 làn xe

Đối với đường vùng núi, dốc lớn quanh co hiểm trở có thể bố trí đường cứu nạn theo 22TCN 218-94

Bảng 4.3 Chiều dài dốc tối đa với các độ dốc khác nhau trênđường cao tốc[2]Chiều dài dốc tối đa (m)Độ dốc dọc

% Cấp 120 Cấp 100 Cấp 80 Cấp 6023456

1500800600

--

-1000800600

-

--

900700500

--

1000800600

- Chiều dài đoạn dốc nhỏ nhất lmin : Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc phải đủ để bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn các quy định ở bảng 4.3

Bảng 4.4 Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc [1]Tốc độ thiết kế, km/h 120 100 80 60 40 30 20Chiều dài tối thiểu đổi

dốc, m 300 250 200(150)

150(100)

120(70)

100(60)

60(50)

Ghi chú : Trị số trong ngoặc được dùng cho các đường cải tạo nâng cấp khi khối lượng bù vênhmặt đường lớn.

Đối với đường cao tốc chiều dài dốc tối thiểu là 300m, 250m, 200m, 150m tươngứng với các cấp 120, 100, 80, 60 và phải đủ bố trí chiều dài đường cong đứng.

4.1.3 Chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ:

Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, độ dốc dọc thực tế sẽ tăng lên, bởi vì:

- Trong đường cong có bố trí siêu cao, tổng hình học của độ dốc siêu cao và độ dốc dọc sẽ lớn hơn độ dốc dự định áp dụng

- Cùng khắc phục độ chênh cao độ nhưng chiều dài ở bụng đường cong ngắn hơn ở tim đường nên độ dốc dọc ở mép trong sẽ lớn hơnđộ dốc dọc tim đường

Bảng 4.5 quy định chiết giảm độ dốc dọc trong các đường cong có bán kính nhỏ

Nhưvậy độ dốc dọc tối đa có thể áp dụng trong các đường cong có bán kính R≤50m là :

Iad-max = Imax – Icg , (%)Bảng 4.5 Lượng chiết giảm dốc dọc trong đường cong nằm có bán kính nhỏ[1]

Bán kính cong nằm, m 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 50Dốc dọc phải chiết giảm, Icg ,% 2,5 2 1,5 1

Isc

Ihîp thµnhId

128

4.2 ĐƯỜNG CONG ĐỨNG.

Để đảm bảo tầm nhìn tính toán,trắc dọc lượn đều không gãy khúc,xe chạy an toàn êm thuận, ở những chỗ đổi dốc trên trắc dọc phải thiếtkế đường cong đứng lồi hoặc lõmdạng đường cong tròn hoặc parabol bậc 2.

Điều kiện bố trí đường cong đứng: Khi hiệu đại số tuyệt đối giữa 2 độ dốc

Δi = /i1-i2/ ≥1% khi Vtt 60 km/h

≥2% khi Vtt < 60 km/h

phải nối tiếp bằng các đường cong đứng .

Chú ý : dấu của i là dấu đại số, lên dốc mang dấu “+” xuống dốc mang dấu “-“

4.2.1 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi

Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm tầm nhìn của người lái xe trên trắc dọc (Hình 4.2).

Theo hình vẽ ta có tam giác vuông ABC có AC là đường cao thuộc cạnh huyền :

AC2 = BC.CD

vì độ dốc dọc của đường i rất nhỏ, bán kính đường cong đứng R rất lớn so với d1 và d2 nên có thể xem:

AC l1; BC d1; CD 2R - d1 2R

Với d1 và d2 là chiều cao tầm mắt của người lái xe đến mặt đường, m.

Do đó ta có:

11 d.R2l

Hình 4.2 Sơđồ tính toán bán kính đường cong đứng lồiTương tự ta cũng có:

Låi Lâm

+ i1

- i2

+ i1

+ i2

- i2

- i1

- i1 + i2

+ i1

+ i2

- i1

- i2

Sl1 l2

0

d1 d 2

B

CA

D

R

129

22 d.R2l

Do đó:

R2ddllS 2121

Từ đó suy ra:

m,dd2

SR 2

21

2

min

(4.1)

- Khi hai ô tô cùng loại gặp nhau, ta có d1 = d2 = S2 (tầm nhìn hai chiều), do đó:

m,8dS

R2

2min (4.2)

- Đối với trường hợp đảm bảo tầm nhìn một chiều thì: d2 = 0; S = S1 (tầm nhìnmột chiều), do đó:

m,2dS

R1

21

min (4.3)

4.2.2 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm:

Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm được xác định từ điều kiện đảm bảo không gây khó chịu đối với hành khách và vượt tải chịu được của lò xo ô tô bởi lực ly tâm (Hình 4.3).

Gọi b là gia tốc ly tâm cho phép, theo [1,2] thì b = 0,5–0,7m/s2, ta có:

bv

RRv

b2

min

2

; v – tốc độ xe chạy, m/s.

Hình 4.3 Sơđồ xác định bán kính đường cong đứng lõm

Nếu V tính bằng km/h và b = 0,5m/s2 thì:

m,6,5VR

2

min (4.4)

* Xác định bán kính đường cong đứng lõm theo điều kiện tầm nhìn ban đêm

Về ban đêm pha đèn của ô tô chiếu được trong đường cong đứng lõm một chiều dài nhỏ hơn so với trong đường thẳng.

130

Gọi hp là chiều cao của pha đèn ( hp =1,2 m đối với xe con).

là góc mở rộng của pha đèn. ( thường =10).

Thì S12 2.R.(hp+S1.sin)

21

p 1

SR

2.(h S .sin )

(4.5)

với S1là tầm nhìn một chiều yêu cầu

4.2.3 Lựa chọn bán kính đường cong đứng

Trong thiết kế trắc dọc việc lựa chọn bán kính đường cong đứng nhằm tạo điều kiện tốt cho xe chạy đảm bảo an toàn êm thuận, mặt khác đường cong đứng phải bám sát địa hình để đảm bảo cho khối lượng công trình ít và công trình ổn định lâu dài, vì vậy công việc lựa chọn bán kính đường cong đứng phải thoả mãn haiđiều kiện trên, trong trường hợp không tránh được mới vận dụng các giới hạn tính toán theo công thức trên.

Bán kính đường cong đứng chọn cho bao tốt với địa hình, tạo thuận lợi cho xe chạy và mỹ quan cho đường nhưng không nhỏ hơn các trị ghi trong bảng 4.6, 4.7.

Bảng 4.6 Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi và lõm [1]Tốc độ thiết kế, km/h 120 100 80 60 40 30 20

Bán kính đường cong đứng lồi, mTối thiểu giới hạn 11000 6000 4000 2500 700 400 200Tối thiểu thông thường 17000 10000 5000 4000 1000 600 200

Bán kính đường cong đứng lõm, mTối thiểu giới hạn 4000 3000 2000 1000 450 250 100Tối thiểu thông thường 6000 5000 3000 1500 700 400 200

Chiều dài đường cong đứng tối thiểu, m 100 85 70 50 35 25 20

Bảng 4.7 Bán kính và chiều dài tối thiểu của đường cong đứng trênđường cao tốc [2]Các chỉ tiêu Cấp 120 Cấp 100 Cấp 80 Cấp 60

Tối thiểu, (m) 12000 6000 3000 1500Bán kínhđường cong đứng lồi Tối thiểu thông

thường, (m)17000

(20000)10000

(16000)4500

(12000)2000

(9000)Tối thiểu, (m) 5000 3000 2000 1000Bán kính đường

cong lõm Tối thiểu thông thường, (m)

6000(12000)

4500(10000)

3000(8000)

1500(6000)

Chiều dài đường cong đứng tối thiểu, (m)

100 85 70 50

Ghi chú : Các trị số trong ngoặc ở bảng 4.7 là các trị số bán kính đường cong đứng đạt yêu cầu về thu nhận thị giác và khi có điều kiện thì nên thiết kế đường cong đứng với bán kính đó.

131

4.3 TÍNH TOÁN VÀ CẮM ĐƯỜNG CONG ĐỨNG

4.3.1 Các công thức tính toán cơbảnVì các độ dốc i1 và i2 rất nhỏ nên ta có các công thức

i = /i1-i2/ (4.6)Chiều dài đường cong đứng

K≈R.R.i (4.7)Tiếp tuyến đường cong đứng

2.

2iRK

T

(4.8)

Xác định toạ độ các điểm trên đường cong đứng: Vì các góc φvà rất nhỏ nên:

R

O

TD

i1

TC

T

P

DT

i2

B

C

E yx

d

K

Hình 4.4 Sơđồ tính toán đường cong đứng

Rx

yRx

xxxBCBEy2

.21

tan.21

sin.21

21 2

(4.9)

Phân cự d khi x=T làR

KR

Td

82

22

(4.10)

132

Phương trìnhR

xy2

2

là cơsở để tính toán đường cong đứng, dấu “+” với

đường cong đứng lõm, dấu “-“ với đường cong đứng lồi

4.3.2 Trình tự tính toán và cắm đường cong đứng

Các công thức từ (4.6) đến (4.10) và hình 4.5 là cơsở tính toán và cắm đường cong đứng.

1. Xác định vị trí cọc (đỉnh) của đường cong đứng : Thường đỉnh đường cong đứng rơi vào các vị trí cọc, nếu không thì phải chêm cọc và cũng dễ dàng xácđịnh được đỉnh giao của 2 đường thẳng có độ dốc i1 và i2

2. Từ (4.6), (4.7) và (4.8) xác định được chiều dài K và tiếp tuyến T của đường cong đứng. Từ các giá trị T, đo sang 2 bên đỉnh theo phương ngang sẽ xác định được điểm bắt đầu (TD) và điểm kết thúc (TC) của đường cong đứng .

x

yx

yHT

HTK

d

R

D

TD TC

O

i1 i2

T T

P

E

K

Hình 4.5 Sơđồ tính toán đường cong đứng3. Xác định phân cự d theo (4.10) , xácđịnh điểm giữa P của đường cong đứng4. Tính toán nhánh 1 đường cong đứng :

- Dùng TD làm gốc toạ độ, trục x nằm ngang, trục y thẳng đứng

133

- Xác định các cọc rơi vào phạm vi nhánh 1 và khoảng cách x của chúng

- Tính toán tung độ y của các cọc theo công thức R

xy2

2

- Tính toán cao độ thiết kế các cọc HTK = HT + yTrong đó HT là cao độ theo đường tang

- Tính toán cao độ đào đắp : h=HTK-HTN

5. Tính toán nhánh 2 đường cong đứng : Tương tự, với TC là gốc toạ độ, trục xhướng sang trái, trục y thẳng đứng

6. Ghi các cao độ thiết kế lên trắc dọc: Trong phạm vi đường cong đứng bao giờ cũng phải ghi 2 cao độ: Cao độ HT và cao độ HTK

Các quan hệ và trình tự tính toán trên được lập với giả thiết chiều dài tiếp tuyến, chiều dài cung, chiều dây cung là hầu nhưbằng nhau. Giả thiết này hoàn toàn cóthể chấp nhận được khi tính toán các yếu tố đường cong đứng vì góc ngoặt tại đỉnh đường cong đứng i rất nhỏ.

4.4 NHỮNG YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC.

4.4.1 Các yêu cầu và nguyên tắc cơbản khi thiết kế trắc dọc

Thiết kế đường đỏ hay thiết kế trắc dọc là xác định vị trí của mặt đường trên trắc dọc so với mặt đất tự nhiên.

Khi thiết kế đường đỏ cần tuân theo các yêu cầu và nguyên tắc sau đây:

- Trắc dọc có ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu khai thác của đường nhưtốc độ xe chạy, khả năng thông xe, tiêu hao nhiên liệu và an toàn giao thông,… có ảnh hưởng lớn đến khối lượng công tác và giá thành xây dựng, do đó khi thiết kế đường đỏ phải đảm bảo tuyến lượn đều, ít thay đổi dốc, nên dùng độ dốc bé. Chỉ ở những nơi địa hình khó khăn mới sử dụng các tiêu chuẩn giới hạn nhưimax, imin,Lmax, Lmin, Rmin, Kmin,...Khi thiết kế trắc dọc cần phối hợp chặt trẽ thiết kế bìnhđồ, trắc ngang, phối hợp giữa đường cong nằm và đường cong đứng, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo đường không bị gẫy khúc, rõ ràng và hài hoà về mặt thị giác, chất lượng khai thác của đường nhưtốc độ xe chạy, năng lực thông xe, an toàn xe chạy cao, chi phí nhiên liệu giảm.

- Đảm bảo cao độ các điểm khống chế theo suốt dọc tuyến đường

- Đảm bảo thoát nước tốt từ nền đường và khu vực hai bên đường. Cần tìm cáchnâng cao tim đường so với mặt đất tự nhiên vì nền đường đắp có chế độ thủy nhiệt tốt hơn so với nền đường đào. Chỉ sử dụng nền đường đào ở những đoạn tuyến khó khăn nhưqua vùng đồi núi, sườn dốc lớn,…

134

- Độ dốc dọc tại các đoạn nền đường đào hoặc đắp thấp (cần phải làm rãnh dọc) không được thiết kế nhỏ hơn 0,5% (cá biệt là 0,3%) để đảm bảo thoát nước tốt từ rãnh dọc và lòng rãnh không bị ứ đọng bùn cát.

- Khi thiết kế đường đỏ cần chú ý đến điều kiện thi công. Hiện nay chủ yếu thi công bằng cơgiới nên trắc dọc đổi dốc lắt nhắt sẽ không thuận lợi cho thi công, cho duy tu bảo dưỡng và khai thác đường

- Trắc dọc trên những công trình vượt qua dòng nước cần thiết kế sao cho đảm bảo cao độ, độ dốc, chiều dài đoạn dốc, các đường cong nối dốc hợp lý đảm bảo thoát nước tốt và ổn định chung của toàn công trình

4.4.2 Xác định các điểm khống chế khi thiết kế đường đỏ - ảnh hưởng của điều kiện địa hình khi thiết kế trắc dọc.

4.4.2.1 Xác định các điểm khống chế khi thiết kế đường đỏ:

Các điểm khống chế là các điểm ở đó cao độ của nền đường đã được xác định.

Có hai loại điểm khống chế: loại đã được xác định chính xác nhưcao độ của nền đường ở những chỗ giao nhau cùng mức với đường sắt, với các đường ô tô khác. Các điểm khống chế khác được xác định theo trị số chiều cao đắp tối thiểu so với mặt đất tự nhiên nhưcao độ mặt cầu, cao độ nền đắp tại khu vực ngập nước, cao độ nền đắp trên cống,…

Cao độ đường đỏ tại những điểm khống chế được quy định nhưsau:

- Cao độ thiết kế mép nền đường ở những đoạn ven sông, đầu cầu nhỏ, cống, các đoạn qua các cánh đồng ngập nước phải cao hơn mức nước ngập theo tần suất tính toán (có xét đến mức nước dềnh và chiều cao sóng vỗ) ít nhất là 0,5.Tần suất thiết kế nền đường được quy định :

+ Đường cao tốc : 1%+ Đường cấp I, II : 2%+ Đường các cấp khác : 4%

- Cao độ nền đường đáp tại vị trí cống tròn phải đảm bảo chiều cao đất đắp tối thiểu là 0,5m để cống không bị vỡ do lực va đập của lốp xe ô tô. Khi chiều dầy áo đường dầy hơn 0,5 m, độ chênh cao này phải đủ để thi công được chiều dầy áo đường..Nếu không thỏa mãn yêu cầu trên thì dùng cống chịu lực nhưcống bản, cống hộp,…

- Cao độ đáy áo đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán (hay mực nước đọng thường xuyên) một trị số cao độ ghi trong bảng 4.8

- Cao độ đường đỏ tại vị trí cầu được quy định nhưsau (Hình 4.6):

135

tk

Hmc

MNTK

Hình 4.6 Sơđồ xác định cao độ đường đỏ tại vị trí cầu

Hmc MNTK + t + k, m (4.11)

trong đó:MNTK – mức nước thiết kế;t – tĩnh không dưới cầu;

+ nếu sông có thông thuyền thì lấy bằng khổ thông thuyền;+ nếu sông có cây trôi thì lấy bằng khoảng cách cây trôi;

k – chiều cao cấu tạo của cầu (gồm chiều cao dầm cầu, bản mặt cầu, chiều dày mặt đường).

Bảng 4.8 Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính toán (hoặc mức nước đọng thường xuyên) tới đáy áo đường

Số ngày liên tục duy trì mức nước trong 1 nămLoại đất đắp nền đường

Trên 20 ngày Dưới 20 ngàyCát bụi, cát nhỏ, cát pha sét nhẹ. 50 30Cát bột, cát pha sét nặng 70 40Cát pha sét bụi 120 – 80 50Sét pha cát bột, sét pha cát nặng, sét béo, sét nặng 100 – 120 40

4.4.2.2 Ảnh hưởng của điều kiện địa hình khi thiết kế trắc dọc.

Có 2 phương pháp thiết kế là thiết kế theo phương pháp đường bao và thiết kế theo phương pháp đường cắt, việc áp dụng phương pháp nào sẽ tuỳ thuộc vàotừng loại địa hình.

- Vùng đồi và vùng núi : ở những vùng này thông thường độ dốc địa hình thường lớn hơn độ dốc lớn nhất cho phép đối với đường, vì vậy nối chung là thiết kế theo phương pháp hình cắt, tức là đường đỏ đi cắt đường mặt đất tự nhiên và tạo thànhnhững đoạn đào đắp xen kẽ. Trong trường hợp này cần cân bằng giữa đào và đắp để tận dụng vận chuyển dọc, lấy đất từ nền đào chuyển sang nền đắp. Khi thiết kế cũng cần tránh để tạo thành những đoạn đường đào luôn bị ẩm ướt (nền đào cắt ngang mực nước ngầm), dễ bị sụt lở và do đó phải sử dụng các công trình chặn nước ngầm hoặc gia cố mái ta luy đắt tiền.

136

Để đảm bảo nền đường ổn định, hạn chế sử dụng tường chắn đất, tốt nhất dùngdạng đường đào có mặt cắt ngang chữ L.

Phương pháp này thường dùng cho đường cấp cao.

- Địa hình tương đối thoải của vùng đồi và vùng núi, đường đỏ được thiết kế theo phương pháp hình bao. Ngoài ra phương pháp này còn dùng thiết kế đường cải tạo nâng cấp, đường cấp thấp.

4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ÔTÔ

Thiết kế trắc dọc đường ô tô tức là vạch đường đỏ (đường nối các cao độ thi công) trên mặt cắt dọc địa hình tự nhiên vẽ theo trục đường. Đường đỏ thiết kế vạch khác nhau thì độ cao thi công ở các điểm (các cọc) cũng khác nhau, dẫn đến khối lượng đào đắp khác nhau và giải pháp kỹ thuật thiết kế các công trìnhchống đỡ và các công trình cầu cống cũng có thể khác nhau. Vì thế khi thiết kế đường đỏ, ngoài việc cần bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật đối với các yếu tố trắc dọc quy định trong quy phạm thiết kế (nhằm bảo đảm xe chạy an toàn, êm thuận) còn cần phải chú ý cải thiện hơn nữa điều kiện chạy xe và chất lượng vận doanh, cũng nhưphải cố gắng đạt tới phương án rẻ nhất về tổng chi phí xây dựng và vận doanh, khai thác. Để đạt được tối ưu về kinh tế-kỹ thuật nhưvậy trong quá trìnhthiết kế cần chú ý cân nhắc kỹ khi bố trí từng mỗi đoạn dốc, mỗi đường cong đứng ở chỗ đổi dốc. Chú ý phối hợp các yếu tố bình đồ, trắc ngang với các rặng cây trông dọc theo tuyến… để tạo được sự phối hợp không gian đều đặn, chú ýthiết kế tạo thuận lợi cho các công trình nền mặt đường. Công trình chống đỡ vàthoát nước (bảo đảm thoát nước nhanh và thoát hết nước mặt, bảo đảm chiều cao đắp trên mực nước ngập và chế độ thuỷ nhiệt thuận lợi, bảo đảm chiều cao đắp trên nền cống),. Chú ý tạo thuận lợi cho quá trình thi công (thuận lợi cho máy làm việc đạt năng suất cao…).

Tương tự nhưđối với bình đồ tuyến, việc thiết kế trắc dọc liên quan và có ảnh hưởng đến hầu hết các yếu tố và các công trình khác trên đường vì thế không thể dễ dàng biết và đánh giá một phương án đường đỏ vạch thế nào là hợp lý, là đạt yêu cầu. Điều này gây lúng túng cho những người mới bắt tay vào công việc thiết kế và còn thiếu kinh nghiệm. Do đó để giảm bớt số phương án phải đưa ra sosánh, ngay từ đầu cần có phương án trắc dọc đảm bảo gạt bỏ được các phương ánkhông hợp lý cũng nhưbảo đảm chủ động vạch được đường đỏ có cơsở kinh tế-kỹ thuật nhất định. Một phương pháp thiết kế nhưvậy có thể tiến hành theo trìnhtự sau:

1. Trước hết cần nghiên cứu xác định độ cao khống chế và độ cao mong muốn (cũng gọi là các điểm khống chế và các điểm mong muốn) ở mỗi điểm (hay mỗi cọc chi tiết) trên mặt cắt dọc địa hình tự nhiên.

137

Hình 4.7 Điểm mong muốn trên trắc ngang và kẻ đường đỏ xuyên qua tập hợp các điểm mong muốn trên trắc dọc.

Độ cao không chế hay điểm khống chế là những điểm đường đỏ thiết kế bắt buộc phải phải đi qua theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế (điểm đầu, điểm cuối, điểm qua các thành phố, thị trấn…) hoặc bắt buộc phải đi qua để đảm bảo các yêu cầu của 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 đi men theo vành hồ thuỷ lợi, thuỷ điện..). Để xác định các cao độ khống chế nói trên cần điều tra thu thập số liệu ngoài thực địa và ở các cơquanquản lý các công trình có liên quan (ví dụ quy hoạch san nền thị trấn và thànhphố tuyến đi qua…) Đồng thời phải nghiên cứu quy trình quy phạm, định hìnhthiết kế cũng nhưphải tiến hành tính toán về thuỷ văn (tại các công trình cầu, cống). Độ cao mong muốn hay điểm mong muốn là những điểm tuy không bắt buộc, nhưng đường đỏ thiết kế nên đi qua để bảo đảm một yêu cầu nào đó (haymột quan điểm thiết kế nào đó) về kỹ thuật, kinh tế hoặc về điều kiện thi công. Để xác định các điểm mong muốn cần tiến hành phân tích trên từng trắc ngang tương ứng với từng cọc chi tiết để cắm và đo vẽ trên thực địa, hoặc tương ứng

138

với từng đoạn tuyến có mặt cắt ngang giống nhau (ví dụ đoạn tuyến đi trên sườn núi có độ dốc ngang ít thay đổi) trên mỗi trắc ngang sẽ tiến hành thiết kế thử nền đường và công trình. Đồng thời tính toán phân tích kinh tế kỹ thuật các phươngán có chiều sâu đào và chiều sâu đắp khác nhau để rút ra các phương án hợp lý hoặc tốt nhất tại vị trí đó. Độ cao thiết kế nền đường tương ứng với phương ánhợp lý hoặc tốt nhất chính là độ cao mong muốn (điểm mong muốn) tuỳ theo quan điểm chủ đạo, khi thiết kế có thể xác định vị trí điểm mong muốn trên trắc dọc theo một trong các cách dưới đây:

- Xuất phát từ việc xác định chiều cao đào đắp kinh tế hay vị trí đạt trục đường rẻ nhất tương ứng với mỗi trắc ngang .

Theo quan điểm này, người thiết kế cho vị trí đặt tuyến thay đổi và tương ứng tính được khối lượng đào đắp và khối lượng xây dựng công trình chống đỡ (nếu có) và giá thành các công trình chống đỡ. Theo kinh nghiệm phân tích so sánh đối với trường hợp tuyến đi sườn núi ở nước ta thì thông thường khi độ dốc ngang sườn núi <30% nên lấy điểm mong muốn tại vị trí tim đường (không đào không đắp) là rẻ nhất. Khi độ dốc ngang sườn núi > 50% thì nêndùng giải pháp đào nền đường vừa đủ (nền đường chữ L) là rẻ nhất. Khi độ dốc ngang từ 30-50%thì nên thiên về đào hơn đắp. Kinh nghiệm này có thể vận dụng trong thiết kế trắc dọc sơbộ.

Đối với các tuyến đường vùng đồng bằng giải pháp chính là đắp nền đường. Chiều cao đắp kinh tế nhất trong trường hợp này có thể xác định theo quan điểm thiết kế tổng thể nền mặt đường, trên cơsở phân tích tính toán quan hệ giữa chế độ thuỷ nhiệt với cường độ của đất nền đường (thay đổi tuỳ thuộc vào sự phân bổ độ ẩm trong nền đường).

- Xuất phát từ quan điểm tạo thuận lợi cho việc xây dựng đường hoặc thoả mãncác yêu cầu hay hạn chế về mặt thi công. Chẳng hạn tuyến đi sườn núi, những người khảo sát thiết kế đường ở nước ta thương có quan điểm thiết kế thiênvề nền đào, nghĩa là cố gắng vạch đường đỏ sao cho bảo đảm được điều kiện tạo được nền đào vừa đủ (nền đường chữ L) để tránh giải pháp xây tường chắn hoặc đắp một phần trên sườn dốc. Đối với vùng sườn núi dốc gắt thìquan điểm này cũng có nghĩa là thiết kế đường đỏ nhưthế nào để tránh được kè hoặc hạn chế tới mức thấp nhất việc xây dựng tường chắn để chống đỡ nền đường. Những người có quan điểm này cho rằng nền đào ở vùng núi là thuận lợi nhất cho máy thi công, tốc độ thi công sẽ nhanh vì không phải làm kè,không phải đắp thêm một phần trên sườn dốc, tiết kiệm được vật tưxây dựng đường là loại hiếm và phải chở từ xa đến (ximăng, sắt thép..), đồng thời nền đường sẽ bảo đảm ổn định. Tuy nhiên theo quan điểm này, trên thực tế thường dẫn tới chiều cao taluy đào khá cao và nhưvậy thì có thể dễ gây sụt lở ta luy (ta luy không đảm bảo ổn định). Do đó khi xác định điểm mong muốn trong trường hợp này, nên chú ý đảm bảo chiều cao ta luy đào không vượt quá chiều cao giới hạn bảo đảm ta luy ổn định về mặt cơhọc. Để tính toán

139

kiểm tra nhanh, việc xác định chiều cao taluy giới hạn cùng với các loại đất đã biết chỉ tiêu cơlý (c, , ) có thể trực tiếp tra theo toán đồ.

Khi thiết kế, cứ mỗi trắc ngang được áp thử Gabarit nền đường để đạt được yêu cầu đào đủ bề rộng nền đường. Kiểm tra nhanh chóng chiều cao ta luy vàtương ứng tìm được chiều sâu đào mong muốn và xác định độ cao mong muốn.

Ngoài ra để thuận lợi cho việc lấy đất khi thi công (không phải đào thùng đấu, khi tuyến đi qua vùng đất canh tác) có thể vạch đường đỏ theo quan điểm cân bằng khối lượng đào đắp (đoạn đào 2 bên vừa đủ để vận chuyển dọc đến đoạn đắp ở giữa). Vận dụng quan điểm này phù hợp hơn cả là khi tuyến đi qua vùng đồi.

- Xác định điểm mong muốn xuất phát từ quan điểm thiết kế phối hợp không gian các yếu tố tuyến về mặt quang học. Lúc này, trên cơsở dựng hình phối cảnh các đoạn tuyến, phát hiện các chỗ bị bóp méo hoặc không đảm bảo sự phối hợp đều đặn trên ảnh, từ đó thiết kế điều chỉnh trên ảnh và xác định được toạ độ mới của các điểm cần điều chỉnh đường thiết kế. Tung độ mới cần phải điều chỉnh là điểm mong muốn trên trắc dọc.

2. Sau khi xác định được điểm mong muốn và điểm khống chế ở các trắc ngang khác nhau, thiết kế ghi các điểm đó lên trắc dọc. Nhờ tập hợp các điểm mong muốn ghi được này, chúng ta đã biến những quan điểm thiết kế trừu tượng thànhnhững dấu hiệu cụ thể chỉ dẫn cho việc vạch đường đỏ trên trắc dọc một cách chủ động. Lúc này việc vạch đường đỏ thiết kế cần cố gắng đạt được hai yêu cầu sau:

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

- Thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật khác về bố trí các đoạn dốc (chiều dài dốc lớn nhất và nhỏ nhất) về độ dốc dọc lớn nhất và về các đường cong đứng ở điểm đổi dốc đồng thời thoả mãn vị trí tương hỗ giữa các đường cong đứng và đường cong nằm trên bình đồ theo quan điểm bảo đảm độ đều đặn không gian của tuyến cũng nhưbảo đảm điều kiện chạy xe an toàn.

Hai yêu cầu này thường mẫu thuẫn với nhau, do đó khi vạch đường đỏ thiết kế phải nghiên cứu để giải quyết trước các mâu thuẫn này tại từng đoạn/vị trí cụ thể trên trắc dọc. Trong trường hợp không thể dung hoà được thì người thiết kế trước hết xem xét lại tuyến đã thiết kế (đã cắm) trên bình đồ, tức là vấn đề chỉnh tuyến để thoả mãn được nhiều nhất cả hai yêu cầu trên. Chỉ khi không thể chỉnh tuyến hoặc chỉnh tuyến cũng không mang lại hiệu quả thì mới cân nhắc để quyết định thiết kế nặng theo một yêu cầu nào đó.

Việc thiết kế đường đỏ theo tập hợp các điểm mong muốn nhưtrên (xem là cácbiến số) có thể giúp thiết kế vạch được một đường đỏ thoả mãn một mục tiêu hạn chế nhất định về mặt giá thành và điều kiện xây dựng đường (hàm mục tiêu)trong điều kiện đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật thông thường theo quy phạm thiết

140

kế (điều kiện bắt buộc). Mặc dù bảo đảm được các chỉ tiêu kỹ thuật tức là đã thoả mãn được các yêu cầu về mặt chất lượng vận doanh của tuyến ở một mức độ nàođó nhưng mô hình toán học của phương pháp thiết kế nói ở trên rõ ràng đã khôngthể hiện và đánh giá được chất lượng vận doanh một cách định lượng (cụ thể làhàm mục tiêu đã không xét được giá thành vận doanh và khai thác đường) đây chính là nhược điểm. Rõ ràng là với phương pháp thiết kế này có thể đảm bảo được điều kiện giá thành xây dựng nhỏ nhất (khi đường đỏ cố gắng bám sát các điểm mong muốn xác định, với quan điểm đó trong điều kiện vị trí tuyến ở bìnhđồ được xem là duy nhất không còn thay đổi được nữa). Nhưng không đảm bảo được tổng giá thành xây dựng và vận doanh, khai thác đường nhỏ nhất. Tuy nhiên kinh nghiệm thực tế cho thấy với cách thiết kế nói trên thường vẫn giúp cho việc thiết kế đường đỏ chủ động hơn, có căn cứ và hợp lý hơn-Nhất và hiện chưa có một phương pháp nào bảo đảm thiết kế tuyến (bao gồm cả bình đồ vàtrắc dọc tuyến) đạt tối ưu về xây dựng và khai thác. Hiện nay mới chỉ bảo đảm có thể so sánh kinh tế-kỹ thuật để chọn được phương án tốt nhất trong số các phương án đề cập tới. Nhưng hiện chưa có phương pháp nào bảo đảm không để lọt mất phương án có nghĩa là vẫn có thể có tình trạng phương án tối ưu khôngnằm trong các phương án đưa ra so sánh vì ta đã không phát hiện được nó.

Về mặt vận doanh, khi vạch đường đỏ nên tránh các đoạn lên xuống dốc thay đổi thường xuyên, tránh vạch trắc dọc răng cưa mà nên dùng các đoạn dốc dài hoặc dùng các đường cong bằng bán kính lớn. Đặc biệt trong địa hình vượt đèo nêntránh thiết kế các đoạn dốc gây tổn thất cao độ.

4.6 PHƯƠNG PHÁP LẬP ĐỒ THỊ TỐC ĐỘ XE CHẠY VÀ TÍNH THỜI GIAN XE CHẠY.

Tốc độ và thời gian xe chạy là các chỉ tiêu rất quan trọng nói lên chất lượng sử dụng một tuyến đường. Tốc độ và thời gian xe chạy cũng cho phép xác định các chi phí vận tải, là chỉ tiêu quan trọng để làm bài toán so sánh kinh tế kỹ thuật khi chọn phương án. Ngoài ra, nó còn dùng cho việc lập kế hoạch chạy xe và tổchức giao thông.

4.6.1 Lập đồ thị vận tốc xe chạy

- Đồ thị tốc độ xe chạy được lập cho một vài loại xe đại diện cho thành phần xe chạy trên đường.

- Đồ thị tốc độ xe chạy được vẽ trực tiếp trên trắc dọc, trục hoành trùng với trục ngang của trắc dọc và có cùng tỉ lệ, trục tung là tốc độ xe chạy vẽ với tỉ lệ 1cm=5-10km/h.

- Đồ thị tốc độ xe chạy được vẽ cho cả chiều đi lẫn chiều về.

- Trình tự lập đồ thị tốc độ xe chạy nhưsau:

141

1. Xác định tốc độ xe chạy trên từng đoạn dốc theo điều kiện cân bằng sức kéo. Tức là ứng với 1 đoạn dốc có độ dốc dọc id và có hệ số ma sát f tìm được nhân tố động lực D = f id, tra biểu đồ nhân tố động lực ứng với loại ô tô đang xét sẽ tìmđược vận tốc v (Hình 4.8).

2. Xác định tốc độ hạn chế ở các điều kiện:

+ Đường cong nằm có bán kính bé:

hkmiRV sc /,127 (4.12)

0

V,km/h

L, m

30405060

i1

Sgt Stt

Sgt

Ñöôøng ñoû

i2i3

Hình 4.8 Biểu đồ tốc độ xe chạy từ đặc tính động lực của xe

+ Tại các đường cong đứng lồi có tầm nhìn hạn chế: Từ công thức tính bán kính đường cong đứng tính được dR2S1 tính ngược ra vận tốc Vhc.

+ Tại các đường cong đứng lõm R5,6V (km/h)

+ Tại những điểm gãy của trắc dọc mà không bố trí đường cong đứng, để đảm bảo không bị sóc mạnh, tốc độ cho phép được tính theo công thức kinh nghiệm:

Pg26V (km/h) ; với P độ vượt tải của lò xo cho phép, P=0,05-0,15

+ Tại các nơi có độ dốc lớn càng hạn chế tốc độ đểđảm bảo an toàn giao thông.

Bảng 4.9 Tốc độ hạn chế khi xuống dốc

Độ dốc xuống (%) 0,11 0,09 0,07 0,06 0,05 0,04

Vhc (Km/h) 20-25 40 60 80 100 120

+ Đoạn qua khu dân cư, các chỗ giao nhau : Theo các quy định hiện hành của luật giao thông đường bộ

142

+ Theo chất lượng mặt đường : Mặt đường cấp thấp B1 và B2 vận tốc Vhc=40-60Km/h; mặt đường cấp cao A2 Vhc=80-100km/h; mặt đường cấp cao A1 khônghạn chế.

3. Định tốc độ tối đa cho phép trên toàn tuyến. Tốc độ này dođộ bằng phẳng mặt đường, bề rộng phần xe chạy, các trang thiết bị an toàn, loại xe... quyết định.

4. Dựa vào các trị số về tốc độ cân bằng và tốc độ hạn chế, vẽ đồ thị tốc độ xe chạy gồm những đoạn tốc độ đều.

5. Xác định đoạn chuyển tiếp giữa hai đoạn có tốc độ khác nhau, để nối các đoạn tốc độ đều đã có với nhau.Có hai trường hợp:+ Chiều dàiđoạn tăng tốc hay giảm tốc : xác định theo điều kiện về cân bằng sức kéo:

m,ifD254

VVStb

21

22

gt, (4.13)

trong đó:V1 và V2 – tốc độ trước và sau khi tăng hoặc giảm tốc, km/h;Dtb – trị số trung bình nhân tố động lực tính ứng với V1 và V2

21tb DD21

D (4.14)

Dấu trước biểu thức khi tăng tốc dùng dấu (+) và khi giảm tốc dùng dấu (-).+ Trường hợp cần phải hãm xe: khi xe đang chạy với tốc độ cao, nhưng do điều kiện về đường xe phải giảm tốc độ để đảm bảo an toàn. Chiều dài đoạn đường hãm xe cần thiết:

m,i254

VVk.S

22

21

h

(4.15)

Trường hợp chiều dài đoạn tăng hoặc giảm tốc tính được lớn hơn chiều dài thực tế để tốc độ đạt tới tốc độ cân bằng động lực thì phải dựa vào chiều dài đoạn đường thực tế để tính ngược lại tốc độ V2.

4.6.2 Vận tốc trung bình và thời gian xe chạy trung bìnhTrên các đoạn coi là đồng nhất có chiều dài li có tốc độ xe chạy ở đầu đoạn vi-1 vàcuối đoạn vi . Ta có

- Tốc độ trung bình :2

1 ii

itb

vvv (4.16)

- Thời gian xe chạy trung bình :itb

iitb v

lt

143

Thời gian xe chạy toàn tuyến n

itbtT1

(4.17)

Tốc độ xe chạy trung bìnhT

lV

n

i

tb

1 (km/h) (4.18)

Cần chú ý rằng các đại lượng này khác nhau theo chiều đi và chiều về

L(km)

V(km/h)

Vmax

Vmin

V1

V3

V4

V2

T¨ng tèc Gi¶m tèc

H·m xe

V1

V2

V(km/h)

T(phót))

V4

V3

L1 L2 L3 L4

t 1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

T

Hình 4.9 Biểu đồ vận tốc và thời gian xe chạy.

4.6.3 Đánh giá phương án thiết kếtheo hệ số an toànHệ số an toàn của một đoạn tuyến Kat được xác định bằng tỷ số giữa vân tốc xe có thể chạy được trên đoạn đang xét (Vcp) và vận tốc xe chạy của đoạn kề trước nó (Vtr). Tỷ số này càng nhỏ thì chênh lệch vận tốc giữa 2 đoạn càng lớn và xácsuất xảy ra tai nạn sẽ càng lớn.

tr

cpat V

VK (4.19)

Cần vẽ biểu đồ vận tốc cả hai chiều để đánh giá hệ số an toàn cho cả hai chiều đi và về của tuyến đường. Kết quả được lập thành biểu đồ hệ số an toàn

144

- Vận tốc xe chạy để tính toán hệ số an toàn là vân tốc xe chạy lý thuyết xác định theo phương pháp thông thường với loại xe con

- Không xét đến những chỗ hạn chế tốc độ do yêu cầu về tổ chức giao thông nhưqua khu dân cư, qua nút giao, ...

- Không xét tới các chỗ hãm phanh để giảm tốc trước khi vào các đoạn phải hạn chế tốc độ

B×nh ®å

Tr¾c

däc Vtr

Vcp

Hình 4.10 Sơđồ xác định hệ số an toànTiêu chuẩn đánh giá mức độ an toàn xe chạy theo hệ số an toàn nhưsau :

- Kat 0.4 : Rất nguy hiểm- Kat = 0.4 – 0.6 : Nguy hiểm- Kat = 0.6 – 0.8 : ít nguy hiểm- Kat > 0.8 : Không nguy hiểm

Khi thiết kế đường mới, phải đảm bảo mọi đoạn tuyến có hệ số Kat 0.8; Với các đồ án cải tạo và đại tu đường phải đảm bảo Kat 0.6

4.7 TRẮC NGANG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CHỦ YẾU CỦA TRẮC NGANG

4.7.1 Bề rộng phần xe chạy

Bề rộng phần xe chạy được xác định phụ thuộc vào lưu lượng xe chạy trênđường, thành phần, tốc độ xe chạy và việc tổ chức phân luồng giao thông. Bề rộng của nó bằng tổng bề rộng các làn xe bố trí trên đường.

Bề rộng của một làn xe được xác định phụ thuộc vào chiều rộng của thùng xe,khoảng cách từ thùng xe đến làn xe bên cạnh và từ bánh xe đến mép phần xe chạy (Hình 4.11).

145

B1 B2

y c x x c x

b b

Hình 4.11 Sơđồ xác định bề rộng phần xe chạy

- Bề rộng làn xe ngoài cùng xác định theo công thức:

2cb

yx2

cbcyxB1

(4.20)

trong đó:b – chiều rộng thùng xe, m;

c – cự ly giữa hai bánh xe, m;

x – khoảng cách từ thùng xe tới làn xe cạnh;y – khoảng cách từ giữa bánh xe đến mép phần xe chạy,

- Khi phần xe chạy gồm nhiều làn xe thì những làn xe nằm ở giữa tính theo công thức: B2 = b + x1 + x2 (4.21)

x1, x2 – khoảng cách từ thùng xe tới làn xe cạnh;Các trị số x, y được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

x = 0,50 + 0,005V khi làn xe cạnh ngược chiều;x = 0,35 + 0,005V khi làn xe cạnh cùng chiều chiều;y = 0,50 + 0,005V

trong đó x, y tính bằng m, còn V tính bằng km/h;

Khi tính toán cần phải xét cả hai trường hợp: xe con có kích thước bé nhưng tốc độ xe chạy cao, xe tải có tốc độ thấp nhưng kích thước lớn.

4.7.2 Lề đường:

Dải đất song song và nằm sát phần xe chạy gọi là lề đường. Lề đường có tác dụng giữ cho mép mặt đường không bị hưhỏng. Lề đường phải đảm bảo khi cần thiết ô tô có thể tránh hoặc đỗ trên lề đường. Khi sửa chữa xây dựng mặt đường, lề đường còn là nơi dùng để chứa vật liệu.

Khi Vtt 40km/h thì lề đường có một phần gia cố,

146

- Khi V=40km/h thì phần gia cố này có vật liệu khác với mặt đường

- Khi V60km/h thì phần gia cố này có cấu tạo đơn giản hơn so với mặt đường (bớt lớp, bớt chiều dày, dùng vật liệu kém hơn) nhưng lớp mặt của nó phải cùngvật liệu với mặt đường (khuyến khích dùng kết cấu lề gia cố nhưmặt đường)

inigclidin igcl id

Neàn ñöôøng

Gia coáTim ñöôøng

Leà Maët ñöôøng Leà

Hình 4.12 Cấu tạo nền đường

Đường có Vtt từ 60km/h trở lên phải có dãi dẫn hướng – là vạch sơn liền rộng 20cm nằm trên lề gia cố, sát với mép mặt đường.

Bảng 4.10 Độ dốc ngang các yếu tố của mặt cắt ngangYếu tố mặt cắt ngang Độ dốc ngang %

Phần mặt đường và phần lề gia cốBê tông xi măng và bê tông nhựa 1,5 - 2,0Các loại mặt đường khác, mặt đường lát đá tốt, phẳng 2,0 - 3,0Mặt đường lát đá chất lượng trung bình 3,0 - 3,5Mặt đường đá dăm, cấp phối, mặt đường cấp thấp 3,0 - 3,5

Phần lề không gia cố 4,0 - 6,0Phần dải phân cách: tuỳ vật liệu phủ Nhưtrên

4.7.3 Dải phân cách giữa

Dải phân cách giữa chỉ được bố trí khi đường có bốn làn xe trởlên và gồm có phần phân cách và hai phần an toàn có gia cố ở hai bên. Kích thước tối thiểu của dải phân cách được qui định trong bảng 4.11.

Bảng 4.11 Cấu tạo tối thiểu dải phân cách giữa [1]

Cấu tạo dải phân cáchPhần phân

cách, m

Phần an toàn (gia

cố), m

Chiều rộng tối thiểu dải phân cách giữa, m

Dải phân cách bê tông đúc sẵn, bó vỉa có lớp phủ, không bố trí trụ (cột) công trình

0,50 2 x 0,50 1,50

Xây bó vỉa, có lớp phủ, có bố trí trụ công trình 1,50 2 x 0,50 2,50

Không có lớp phủ 3,00 2 x 0,50 4,00

147

Hình 4.13 Cấu tạo dải phân cách giữaa) nâng cao; b/ cùng độ cao, có phủ mặt đường;c/ hạ thấp thu nước vào giữa

Khi dải phân cách rộng dưới 3,00 m, phần phân cách được phủ mặt và baobằng bó vỉa.

Khi dải phân cách rộng từ 3,00 m đến 4,50 m:

– nếu bao bằng bó vỉa thì phải đảm bảo đất ở phần phân cách không làm bẩn mặt đường (đất thấp hơn bó vỉa), bó vỉa có chiều cao ít nhất 18 cm và phảicó lớp đất sét đầm nén chặt để ngăn nước thấm xuống nền mặt đường phía dưới.

– nên trồng cỏ hoặc cây bụi để giữ đất và cây bụi không cao quá 0,80 m.

– Khi dải phân cách rộng trên 4,50m (để dự trữ các làn xe mở rộng, để tách đôi nền đường riêng biệt) thì nên cấu tạo trũng, có công trình thu nước và khôngcho nước thấm vào nền đường.

Phải cắt dải phân cách giữa để làm chỗ quay đầu xe. Chỗ quay đầu xe được bố trí:

– cách nhau không dưới 1,0 km (khi chiều rộng dải phân cách nhỏ hơn4,5m) và không quá 4,0 km (khi dải phân cách rộng hơn 4,5 m);

– trước các công trình hầm và cầu lớn.

Chiều dài chỗ cắt và mép cắt của dải phân cách phải đủ cho xe tải có 3 trục quay đầu. Chỗ cắt gọt theo quỹ đạo xe, tạo thuận lợi cho xe không va vàomép bó vỉa.

4.7.4 Dải phân cách bên

Chỉ bố trí dải phân cách bên để tách riêng làn xe đạp và xe thô sơđặt trên phần lề gia cố (hoặc lề gia cố có mở rộng thêm) với phần xe chạy dành cho xe cơgiới.

148

Bố trí và cấu tạo dải phân cách bên có thể sử dụng một trong các giải pháp sau:

– bằng hai vạch kẻ liên tục theo 22 TCN 237 (chỉ với đường cấp III);

– bằng cách làm lan can phòng hộ mềm (tôn lượn sóng). Chiều cao từ mặt lề đường đến đỉnh tôn lượn sóng là 0,80 m.

Các trường hợp nêu trên được bố trí trên phần lề gia cố nhưng phải đảm bảo dải an toàn bên cách mép làn xe ô tô ngoài cùng ít nhất là 0,25 m.

Chiều rộng dải phân cách bên gồm: chiều rộng dải lan can phòng hộ (hoặc vạch kẻ) cộng thêm dải an toàn bên.

Cắt dải phân cách bên với khoảng cách không quá 150m theo yêu cầu thoát nước. Bố trí chỗ quay đầu của xe thô sơtrùng với chỗ quay đầu của xe cơgiới.

Bảng 4.12 và 4.13 quy định về các yếu tố tối thiểu trên trắc ngang (4054-05)

Bảng 4.12 Bề rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang [1](cho địa hình đồng bằng và đồi)

Cấp hạng đường Cấp I Cấp II Cấp III Cấp IV Cấp V Cấp VITốc độ thiết kế (km/h) 120 100 80 60 40 30

Số làn xe tối thiểu dành cho xe cơgiới

(làn)6 4 2 2 2 1

Bề rộng 1 làn xe (m) 3,75 3,75 3,50 3,50 2,75 3,50Bề rộng phần xe chạy dành cho cơgiới (m) 2x11,25 2x7,50 7,00 7,00 5,50 3,5

Bề rộng dải phân cách giữa (m) (*) 3,00 1,50 0 0 0 0

Bề rộng lề và lề gia cố (m) (**)

3,50(3,00)

3,00(2,50)

2,50(2,00)

1,00(0,50)

1,00(0,50) 1,50

Bề rộng nền đường tối thiểu (m) 32,5 22,5 12,00 9,00 7,50 6,50

Ghi chú:(*) : Bề rộng dải phân cách giữa có cấu tạo nói ở điều 4.4 [1]. ở đây dùng trị số tối thiểu khi dải phân cách được cấu tạo bằng dải phân cách bêtông đúc sẵn hoặc xây đá vỉa, có lớp phủ và không bố trí trụ (cột) công trình.(**) : Số trong ngoặc ở hàng này là bề rộng phần lề có gia cố tối thiểu. Khi có thể, nên gia cố toàn chiều rộng lề đường, đặc biệt là khi đường đường không có đường bêndành cho xe thô sơ.

149

Bảng 4.13 Bề rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang [1](chođịa hình vùng núi)

Cấp hạng đường Cấp III Cấp IV Cấp V Cấp VITốc độ thiết kế (km/h) 60 40 30 20Số làn xe dành cho xe cơgiới (làn) 2 2 1 1Bề rộng 1 làn xe (m) 3,00 2,75 3,50 3,50Bề rộng phần xe chạy dành cho xecơgiới (m) 6,00 5,50 3,50 3,50

Bề rộng dải phân cách giữa vàphân cách bên (m) Không có

Bề rộng tối thiểu của lề đường (m) 1,5(gia cố 1,0m)

1,0(gia cố 0,5m)

1,0(gia cố 0,5m) 1,25

Bề rộng tối thiểu của nền đường (m) 9,00 7,50 6,50 6,00

4.7.5 Phạm vi bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ :

Phạm vi bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ gồm đất của đường bộ, hànhlang an toàn đường bộ, phần trên không, phần dưới mặt đất, phần dưới mặt nước có liên quan đến an toàn công trình và an toàn giao thông đường bộ.

Giới hạn hành lang an toàn đối với đường bộ được quy định [3] tính từ mép chân mái đường đắp hoặc mép đỉnh mái đường đào, mép ngoài của rãnh dọc hoặc mép ngoài của rãnh đỉnh của đường trở ra hai bên là:

- 20 m (hai mươi mét) đối với đường cao tốc, đường cấp I, cấp II;

- 15 m (mười lăm mét) đối với đường cấp III;

- 10 m (mười mét) đối với đường cấp IV, cấp V;

- 05 m (năm mét) đối với đường dưới cấp V.

4.8 LÀN PHỤ LEO DỐC VÀ LÀN CHUYỂN TỐC

4.8.1 Làn phụ leo dốc

1. Điều kiện bố trí : Chỉ xét đến việc bố trí thêm làn xe phụ leo dốc khi hội đủ ba điều kiện sau đây:

- Dòng xe leo dốc vượt quá 200 xe/h.

- Trongđó lưu lượng xe tải vượt quá 20 xe/h.

- Khi dốc dọc 5 % và chiều dài dốc 800 m.

Đối với các đoạn đường có dự kiến bố trí làn xe leo dốc, phải so sánh các chỉ tiêukinh tế – kỹ thuật giữa hai phương án hoặc có bố trí làn xe leo dốc hoặc hạ dốc dọc của đường (tránh bố trí làn xe leo dốc).

150

Làn xe leo dốc thường được xem xét đối với đường hai làn xe không có dải phân cách giữa, điều kiện vượt xe bị hạn chế.

2. Cấu tạo và bố trí làn xe phụ leo dốc:

- Bề rộng của làn phụ leo dốc là 3,50 m, trường hợp khó khăn cho phép giảm xuống 3,00 m;

- Nên bố trí thành 1 tuyến độc lập, nếu không được, làn phụ leo dốc đặt trênphần lề gia cố; nếu bềrộng lề gia cố không đủ thì mở rộng thêm cho đủ 3,50 m (3,00 m) và bảo đảm lề đất rộng đủ 0,50 m. (Tại đoạn leo dốc này xe đạp và xe thô sơđi cùng với xe tải trên làn phụ leo dốc).

- Đoạn chuyển tiếp sang làn xe phụ phải đặt trước điểm bắt đầu lên dốc 35 mvà mở rộng dần theo hình nêm theo độ mở rộng 1:10 ; đoạn chuyển tiếp từ lànxe phụ trở lại làn xe chính cũng được vuốt nối hình nêm kể từ điểm đỉnh dốc với độ thu hẹp 1:20 (chiều dài đoạn vuốt nối hình nêm là 70 m).

Lµn xe chÝnh

Lµn xe chÝnh

Lµn phô leo dèc

Lµn phô leo dèc

B×nh ®å

Tr¾c däc

Hình 4.14 Bố trí làn phụ leo dốc trên đường 2 làn xe

4.8.2 Làn chuyển tốc

Làn chuyển tốc được bố trí ở các chỗ xe chuyển hướng vào các đường khác cấp. Khi xe từ đường có tốc độ thiết kế thấp vào các đường có tốc độ thiết kế cao, ta phải bố trí làn tăng tốc. Ngược lại, ta có làn giảm tốc.

Làn giảm tốc cấu tạo theo kiểu song song hoặc theo kiểu nối trực tiếp (xem hình4.15 a và b) làn tăng tốc cấu tạo theo kiểu song song (theo hình c).

Làn chuyển tốc rộng 3.50m. Chiều dài đoạn hình nêm tối thiểu dài 35m (mở rộng 1m trên chiều dài 10m). Chiều dài đoạn chuyển tốc tính theo gia tốc dương là1m/s2, gia tốc âm là 2m/s2.Chiều dài đoạn giảm tốc không dưới 30m, chiều dàiđoạn tăng tốc không dưới 120m.

151

Làn chuyển tốc nên đặt trên dốc dọc nhỏ hơn 2%. Khi buộc phải có dốc lớn hơn2% phải tính hiệu chỉnh theo dốc, hoặc nhân với hệ số 1.2.

Các chỗ ra hoặc vào của làn chuyển tốc phải đảm bảo đủ tầm nhìn tới làn xe màxe sẽ gia nhập.

Hình 4.15 Các giải pháp bố trí làn chuyển tốca - Chỗ ra kiểu bố trí song songb - Chỗ ra kiểu nối trực tiếpc - Chỗ vào đường cao tốc kiểu bố trí song song

1 - Đường nhánh2 - Đoạn chuyển tốc (giảm tốc với trường hợp a và b;tăng tốc với trường hợp hình c);3 - Đoạn chuyển làn hình nêm;4 - Đường nhánh kiêm luôn chức năng

chuyển làn và chuyển tốc.

4.9 NĂNG LỰC THÔNG HÀNH CỦA ĐƯỜNG.

Những khái niệm về năng lực thông hành và mức phục vụ của đường đã được trình bày ở phần 1.2 chương 1, ở đây chúng ta nghiên cứu các mô hình vàphương pháp tính năng lực thông hành phổ biến hiện nay.

4.9.1 Mô hình động lực học đơn giản

Mô hình động lực học đơn giản thường dùng để tính năng lực thông hành lýthuyết của một làn xe. Theo phương pháp này, người ta quan niệm trên một lànxe, dòng xe chỉ có một loại (xe con) chạy cùng một tốc độ v (m/s) cách nhau một cự ly an toàn tối thiểu d (m) để đảm bảo an toàn.

Công thức xác định năng lực thông hành:

152

lth3600v 1000VN , xe / h

d d (4.22)

Trong đó: Nlth – khả năng thông xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe, xe/h;V – tốc độ xe chạy cho cả dòng xe, km/h;d - khoảng cách tối thiểu giữa hai xe, còn gọi là khổ động học của

dòng xe.Giá trị của khổ động học d còn rất phân tán, cụ thể:- Nhóm thứ nhất: của các tác giả Greenshields, Svante, Đađenkốp quan niệm d

gồm có chiều dài xe lx, chiều dài xe chạy trong lúc kịp phản ứng tâm lý lpưvàmột đoạn dự trữ l0

- Nhóm thứ hai : của các tác giả Berman, Saar, Birulia, Alison... với d còn baogồm thêm một chiều dài hãm xe Sh (xem hình 4.16)

d = lpư+Sh +lo +lx (4.23)

v

dlpu Sh l0 lx

Hình 4.16 Khổ động học của xe theo Berman, Saar, Birulia, Alison...Trong đó:

lpu – chiều dài xe chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lpu = V/3,6 (m);Sh – chiều dài đường mà xe đi được trong quá trình hãm phanh,

i254V.KS

2

h

l0 – cự ly an toàn, 5 – 10m;lx – chiều dài xe, m;

Do đó:

h/xe,ll

i254V.K

6,3V

V1000N

x0

2lth

(4.24)

- Nhóm thứ ba : của các tác giả Phixenson, Elide... với d còn bao gồm thêmvào một đoạn bằng hiệu chiều dài hãm xe giữa hai xe Sh2-Sh1.

- Nhóm thứ tư: chủ trương xác định d bằng thực nghiệm

153

Vì d là hàm bậc 2 của V nên khi lập quan hệ giữa V và N ta thấy ứng với một tốc độ nào đó thì sẽ cho khả năng thông xe là lớn nhất, khi tốc độ xe chạy tăng lênhoặc giảm xuống đều làm cho khả năng thông xe giảm theo (xem hình 1.10b)khoảng tốc độ ứng với năng lực thông xe lớn nhất vào khoảng 40-60 km/h.

Cực trị của N theo nhóm 1 là không tồn tại, đây là một điều không hợp lý, theo nhóm 2, cực trị là 2700 xe/h, nhóm 3 là 1060 xe/h và nhóm 4 là 1600 xe/h [15]

4.9.2 Quan điểm của Nga:

Trường phái Nga tính toán năng lực thông hành thực tế bằng cách đưa vào các hệ số chiết giảm tùy thuộc vào các điều kiện thực tế.

15

1maxN

iitt KN (xe/h) (4.25)

Với Nmax khảnăng thông xe thực tế lớn nhất được đề nghị Nmax=2000xe/h/lànvới 15 hệ số chiết giảm K phụ thuộc vào điều kiện thực tếnhưsau:

Bảng 4.14 Hệ số K1 kể tới chiều rộng phần xe chạyTrị số K1 khi phần xe chạy cóChiều rộng làn xe,

(m) Nhiều làn xe 2 làn xe< 33,5

≥3,75

0,900,961,00

0,850,801,00

Bảng 4.15 Hệ số K2 kể tới chiều rộng lề đườngChiều rộng lề,

(m)Trị số K2 Chiều rộng lề,

(m)Trị số K2

3,753,002,50

1,000,970,92

2,001,50

0,800,70

Bảng 4.16 Hệ số K3 kể tới độ thoáng ngangNhiễu có ở một bên đường Nhiễu ở cả hai bên đường

Hệ số K3 khi chiều rộng làn xe (m)

Cự ly từ mép phần xe chạy tới chướng

ngại vật ở trênlề đường (m) 3,75 3,50 3,00 3,75 3,50 3,00

2,502,001,501,000,500,00

1,000,990,970,950,920,85

1,000,990,950,900,830,78

0,980,950,940,870,800,75

1,000,980,960,910,880,82

0,980,970,930,880,780,73

0,960,930,910,850,750,70

154

Bảng 4.17 Hệ số K4 kểtới ảnh hưởng của xe tải và xe kéo moócHệ số K4 khi tỷ lệ xe tải nhẹ và xe tải trung (%)Tỷ lệ số xe có

kéo moóc(%) 10 20 50 60 70

151015202530

0,990,970,950,920,900,870,84

0,980,960,930,900,870,840,81

0,940,910,880,850,820,790,76

0,900,880,850,820,790,760,72

0,860,840,810,780,760,730,70

Bảng 4.18 Hệ số K5 kểtới ảnh hưởng của dốc dọcHệ số K5 khi số xe kéo moóc trong dòng xe (%)Dốc dọc

(%)Chiều dàidốc (m)

2 5 10 15

2200500800

0,980,970,96

0,970,940,92

0,940,920,90

0,890,870,84

3200500800

0,960,950,93

0,950,930,90

0,930,910,88

0,860,830,80

4200500800

0,930,910,88

0,900,880,85

0,860,830,80

0,800,760,72

5200500800

0,900,860,82

0,850,800,76

0,800,750,71

0,740,700,64

6200500800

0,830,770,70

0,770,710,63

0,700,640,53

0,630,550,47

7 200300

0,750,63

0,680,55

0,600,48

0,550,41

Bảng 4.19 Hệ số K6 kểtới ảnh hưởng của tầm nhìnChiều dài tầm

nhìn (m)Trị số K6 Chiều dài tầm

nhìn (m)Trị số K6

< 5050-100100-150

0,690,730,84

150-200250-350> 350

0,900,981,00

155

Bảng 4.20 Hệ số K7 kểtới bán kính đường cong nằmBán kính đường

cong nằm (m)Trị số K7 Bán kính đường

cong nằm (m)Trị số K7

< 100100-250250-450

0,850,900,96

450-600> 600

0,991,00

Bảng 4.21 Hệ số K8 kểtới sự hạn chế tốc độTốc độ hạn chế

(km/h)Trị số K8 Tốc độ hạn chế

(km/h)Trịsố K8

102030

0,440,760,88

405060

0,960,981,00

Bảng 4.22 Hệ số K9 kể tới ảnh hưởng của nút giao thôngĐường nối vào Giao cắt

Hệ số K9 khi chiều rộng phần xe chạy trên đường chính (m)Lượng xe rẽ trái (%)

7,00 7,50 10,50 7,00 7,50 10,50

Nút đơn giản020406080

0,970,850,730,600,45

0,980,870,750,620,47

1,000,920,830,750,72

0,940,820,700,570,41

0,950,830,710,580,41

0,980,910,820,730,70

Có phân luồng từng bộ phận bằng đảo an toàn,không có đường cong chuyển tiếp

020406080

1,000,970,930,870,87

1,000,980,940,880,88

1,001,000,970,930,92

0,980,970,910,840,84

0,990,980,920,850,85

1,000,990,970,930,92

Phân luồng hoàn toàn,0-6080

1,000,97

1,000,98

1,000,99

1,000,95

1,000,97

1,000,98

156

Bảng 4.23 Hệ số K10 kể tới tình trạng của lề đườngLoại hình gia cố và tình

trạng của lề đườngHệsố K10 Loại hình gia cố và tình

trạng của lề đườngHệsố K10

Mặt đường cấp caoGia cố đá dămThềm cỏ

1,000,990,95

Không gia cố, khô ráoẨm và bẩn

0,900,45

Bảng 4.24 Hệ số K11 kể tới loại mặt đườngLoại lớp mặt Hệsố K11 Loại lớp mặt Hệsố K11

Bê tông nhựa nhámBê tông nhựa nhẵnBê tông xi măng lắp ghép

1,000,910,86

Lát đáMặt đường đất cứngMặt đường đất mềm

0,420,90

0,1-0,3

Bảng 4.25 Hệ số K12 kể tới vị trí các công trình trên đườngVị trí chỗ nghỉ, trạm xăng, chỗ đỗ xe so với phần xe chạy Hệsố K12

Hoàn toàn cách ly, có đường rẽ riêngHoàn toàn cách ly, có đường nối mở rộngHoàn toàn cách ly, không có làn xe nốiKhông cách ly

1,000,980,800,64

Bảng 4.26 Hệ số K13 kể tới sự phân làn xe trên phần xe chạyPhương pháp tổ chức giao thông Hệsố K13

Vạch tim đườngVạch tim đường và vạch định hướngVạch kép ở tim đườngCó biển báo hạn chế tốc độCó biển chỉ làn xe

1,021,051,12

K13=K8

1,10

Bảng 4.27 Hệ số K14 kể tới sự hiện diện của đường cong chuyển tiếp rẽ xeHệsố K14 cho làn xeLoại đường cong chuyển

tiếp chuyển tốcCường độ xe trên đường

rẽ so với cường độ xe trên đường trục (%)

Bên phải Bên trái

Làn xe chuyển tiếp tách khỏi phần xe chạy chính

10-1525-40

0,950,90

1,000,95

Loại thông thường 10-1525-40

0,880,83

0,950,90

Không có đường cong chuyển tiếp

10-2525-40

0,800,75

0,900,80

157

Bảng 4.28 Hệ số K15 kể tới thành phần dòng xeHệsố K15 khi số xe con chiếm (%)Tỷ lệ số xe

bus (%)70 50 40 30 20 10

1510152030

0,820,800,770,750,730,70

0,760,750,730,710,690,66

0,740,720,710,690,680,64

0,720,710,690,670,660,63

0,700,690,670,660,640,61

0,680,660,650,640,620,60

4.9.3 Quan điểm của HCM [17,15]:

Theo quan điểm của HCM (nhóm tác giả Highway Capacity Manuel) năng lực thông hành là số xe hợp lý thông qua được một mặt cắt, một đoạn tuyến trong điều kiện phổ biến về đường và về dòng xe trong cùng một đơn vị thời gian.

1. Năng lực thông hành của đường 2 làn xe:

Năng lực thông hành của đường 2 làn xe (đường ngoài đô thị, xét ở những đoạn có mặt cắt ngang nền đường ổn định, có hai chiều xe chạy, mỗi chiều có 1 làn xe,không bao gồm những đoạn có nút giao thông hay các giao cắt cùng mức) là1700 xcqđ/h cho mỗi chiều xe chạy. Khả năng thông xe hầu nhưkhông phụ thuộc vào sự phân bố xe trên đường, ngoại trừ những đoạn đường 2 làn xe kéodài sẽ không vượt quá 3200 xcqđ/h cho cả hai nhiều xe chạy. Với đoạn đường có hai làn xe chiều dài nhỏ, (ví dụ trên cầu, đoạn đường hầm) thì khả năng thông xe có thể đạt được là 3200 - 3400 xcqđ/h.

A

B

C

D

E

VËn tèc xe ch¹y trung b×nh (km/h)

PhÇ

ntr

¨m

thê

igia

nb

Þc¶

ntr

ë(%

)

Hình 4.17 Biểu đồ tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe

158

Bảng 4.29 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp ILOS Phần trăm thời gian bị cản trở

(%)Vận tốc xe chạy trung bình

(km/h)A ≤35 > 90B > 35 - 50 > 80 - 90C > 50 – 65 > 70 – 80D > 65 - 80 > 60 - 70E > 80 ≤60

Chú ý: Mức phục vụ F sử dụng khi suất dòng vượt quá khả năng thông xe của đoạnđường phân tích

Bảng 4.30 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp IILOS Phần trăm thời gian bị cản trở (%)

A ≤40B > 40 - 55C > 55 – 70D > 70 - 85E > 85

Chú ý: Mức phục vụ F sử dụng khi suất dòng vượt quá khả năng thông xe của đoạnđường phân tích

2. Năng lực thông hành của đường nhiều làn xe:Có thể sửdụng bảng 4.31 để xác định khả năng thông xe cũng nhưmức phục vụ:

Bảng 4.31 Tiêu chuẩn mức phục vụ cho đường nhiều làn xeMức phục vụ (LOS)FFS (vận tốc xe

chạy tự do) Tiêu chuẩn A B C D E

Mật độ xe lớn nhất (xe/km/làn) 7 11 16 22 25

Tốc độ trung bình (km/h) 100.0 100.0 98.4 91.5 88.0

Tỷ số v/c lớn nhất 0.32 0.50 0.72 0.92 1.00100 km/h

Suất dòng phục vụ lớn nhất (xe/giờ/làn) 700 1100 1575 2015 2200

Mật độ xe lớn nhất (xe/km/làn) 7 11 16 22 26

Tốc độ trung bình (km/h) 90.0 90.0 89.8 84.7 80.8

Tỷ số v/c lớn nhất 0.30 0.47 0.68 0.89 1.0090 km/h

Suất dòng phục vụ lớn nhất (xe/giờ/làn) 630 990 1435 1860 2100

159

Mức phục vụ (LOS)FFS (vận tốc xe chạy tự do) Tiêu chuẩn

A B C D E

Mật độ xe lớn nhất (xe/km/làn) 7 11 16 22 27

Tốc độ trung bình (km/h) 80 80 80 77.6 74.1

Tỷ số v/c lớn nhất 0.28 0.44 0.64 0.85 1.0080 km/h

Suất dòng phục vụ lớn nhất (xe/giờ/làn) 560 880 1280 1705 2000

Mật độ xe lớn nhất (xe/km/làn) 7 11 16 22 28

Tốc độ trung bình (km/h) 70 70 70 69.6 67.9

Tỷ số v/c lớn nhất 0.26 0.41 0.59 0.81 1.0070 km/h

Suất dòng phục vụ lớn nhất (xe/giờ/làn) 490 770 1120 1530 1900

4.9.3 Phương pháp mô phỏng xác định năng lực thông hành

Mô phỏng là việc mô tả lại một quá trình, một hệ thống nào đó trong thực tế thông qua một quá trình hay một hệ thống khác, có thể là với qui mô khác vàcũng có thể trên máy tính.

Mô phỏng giao thông đã có từ rất sớm, vào những năm 1960 và 1970. Cho đến nay, các mô hình mô phỏng (hay các chương trình mô phỏng) đã có những bước tiến vượt bậc và đang được áp dụng rộng rãi, nhất là ở các nước phát triển và đãthể hiện được vai trò nổi bật của mình trong các vấn đề về quản lý và quy hoạch giao thông. Các mô hình mô phỏng nhìn chung đi theo 2 hướng lớn: mô hình môphỏng vĩ mô và mô hình mô phỏng vi mô.

1. Mô hình mô phỏng vĩ mô

Mô hình mô phỏng vĩ mô là mô hình nghiên cứu dựa trên các quan hệ toán học đã được xác định, đúc kết từ các kết quả nghiên cứu, khảo sát trực tiếp trênnhững đoạn đường hay tại các vị trí nút giao thông của một mạng lưới đường bộ hay giao thông của một khu vực. Trong các mô hình mô phỏng vĩ mô, dòng xeđược đơn giản hoá và được mô hình hoá dựa trên mô hình dòng chất lỏng hay dòng chất khí. Dựa trên các hệ phương trình toán học của các mô hình dòng này(Navier-Stokes, Boltzmann) người ta xây dựng các quan hệ toán học cho dònggiao thông với các thông số tương đương nhưng mang ý nghĩa đặc trưng chodòng giao thông, chúng được xác dịnh trên cơsở thực nghiệm. Trong thực tế mô hình hoá dòng giao thông dựa trên mô hình dòng chất lỏng được sử dụng nhiều

160

nhất. Các thông số cơbản của hệ phương trình Navier-Stokes được xem xét đối với dòng giao thông là mật độ, vận tốc và lưu lượng.

Mô hình mô phỏng vĩ mô rất giống với các phương pháp nghiên cứu về dònggiao thông cổ điển. Quá trình giao thông trong một vùng hiện hành được quan sát dưới góc độ vĩ mô, tức là xem xét dòng giao thông một cách tổng thể. Tính chất của quá trình giao thông là tính chất của chung của tất cả các phương tiện - tínhchất của dòng xe. Tuỳ theo từng giả thiết mà các tính chất này được thể hiện trong mô hình dưới dạng các phương trình toán học, các tham số…, nhưng điều quan trọng nhất là chúng phải đảm bảo phương trình liên tục của mô hình môphỏng vĩ mô.

Tuy nhiên, do chỉ xét quá trình giao thông ở mức độ vĩ mô nên các yếu tố mang tính chất chi tiết có ảnh hưởng đến quá trình giao thông nhưhành vi của mỗi cá nhân điều khiển phương tiện, tính chất của từng loại xe… đã không được xét đến. Do vậy, các mô hình mô phỏng vĩ mô thường không thích hợp khi nghiên cứu về các quá trình giao thông tại những nơi giao nhau hay tại các đoạn đường giao thông trong đô thị, nơi mà tính chất của từng đối tượng tham gia giao thông có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của quá trình giao thông.

Điểm quan trọng trong khi xây dựng mô hình vĩmô là việc áp dụng các phươngtrình toán học sao cho phù hợp nhất với điều kiện giao thông thực tế. Chính vìvậy mà đã có rất nhiều mô hình mô phỏng vĩ mô được áp dụng hiện nay, chẳng hạn nhưmô hình mô phỏng vĩ mô sử dụng trong HCM, mô hình động học, mô hình khí động học,.. mỗi tác giả, tương ứng với điều kiện nghiên cứu thực tiễn lại dựa trên các mô hình cơbản để xây dựng nên các mô hình mới phù hợp hơn.

2. Mô hình mô phỏng vi mô

Về cơbản, mô hình mô phỏng vi mô, nhưtên gọi của nó, mô tả lại hoạt động của quá trình giao thông với mức độ chi tiết cao. Những mô hình thuộc kiểu mô phỏng vi mô được đặc trưng với việc mô tả từng phương tiện giao thông đồng thời với sự tương tác giữa các đối tượng của hệ thống giao thông bao gồm các đối tượng đơn lẻ đó. Phương tiện giao thông và người điều khiển phương tiện giao thông được thống nhất với nhau trong một đối tượng, và được gọi là đối tượng giao thông. Đối tượng này có những đặc tính của phương tiện giao thông và đồng thời cũng có những đặc tính của người điều khiển phương tiện giao thông đó; ví dụ nhưcó phương tiện là xe ô tô con tham gia giao thông, người điều khiển là người trung niên thì đối tượng sẽ có các thuộc tính nhưkích thước là kích thước của xe ô tô con, tốc độ lớn nhất là 40 km/h (tuỳ thuộc vào người điều khiển phương tiện, mặc dù phương tiện tham gia giao thông có khả năng đáp ứng cao hơn). Quá trình mô phỏng được tiến hành bằng cách “thả” các đối tượng giao thông vào trong môi trường ảo do máy tính tạo ra (là khu vực cần nghiên cứu được tái hiện lại trong máy tính). Với những thuộc tính của đối tượng và những quy tắc đã được xác định trước, các đối tượng giao thông đó sẽ hoạt

161

động theo một quá trình nào đó, và do vậy sẽ tạo nên hoạt động giao thông của khu vực cần mô phỏng.

Ưu điểm nổi bật của các mô hình mô phỏng vi mô so với các mô hình mô phỏng vĩmô là mức độ chính xác cao. Do xét đến từng đối tượng đơn lẻ nên khả năng tích hợp thuộc tính của từng loại đối tượng được hổ trợ tối đa bên trong mô hình.Đã có những chương trình hỗ trợ chi tiết đến mức, đặc tính của từng loại xe con khác nhau cũng được xét đến. Ngoài ra, dựa vào kết quả của quá trình mô phỏng vi mô, người ta còn có thể dẫn xuất ra hàng loạt những yếu tố khác nhau có liênquan đến quá trình giao thông (điều mà các mô hình mô phỏng vĩ mô không thể làm được) như: mức độ phục vụ LOS; mức độ ô nhiễm về tiếng ồn, khí thải; tiêuhao về nhiên liệu của phương tiện;… trên đoạn đường hay cả khu vực giao thông nghiên cứu.

Bảng 4.32 Một số phần mềm mô phỏng giao thông.

STT Tên phần mềm Loại Cơquan xây dựng phần mềm Nước

01 VISSIM vi mô PTV System Đức

02 SimTraffic vi mô Trafficware Mỹ

03 DYNASIM vi mô Dynalogic Pháp

04 PARAMICS vi mô Quadstone Anh

05 FREQ vĩmô California Department ofTransportation Mỹ

4.10 XÁC ĐỊNH SỐ LÀN XE TRÊN ĐƯỜNG

Theo nguyên lý việc xác định số làn xe là cân bằng giữa cung (năng lực thônghành của phần xe chạy) và cầu (lưu lượng vận chuyển ngày đêm của năm tươnglai) trong một điều kiện nhất định về chất lượng dòng xe hay mức độ phục vụ.

Cầu: Cường độ xe đưa vào tình toán là cường độ xe ngày đêm trung bình của năm tương lai, xác định theo điều tra dự báo hoặc ngoại suy.

Cung: Khả năng đáp ứng của phần xe chạy không đơn giản là tổng khả năng thông hành của làn xe. Nó còn gắn với chất lượng dòng xe hay chất lượng phục vụ.

4.10.1 Xác định số làn xe trên mặt cắt ngang của đường

Công thức tính toán:

lthlx Z.N

Nn cñgiôø (4.26)

Trong đó:

162

nlx – số làn xe yêu cầu, là số nguyên, nên là số chẵn, trừ trường hợp hai chiều xe có lượng chênh lệch đáng kể hoặc có tổ chức giao thông đặc biệt.

Ncđgiờ– lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm, xcqđ/h

Nlth – Năng lực thông hành tối đa, lấy nhưsau:

- Khi có phân cách xe chạy trái chiều và phân cách ô tô với xe thô sơlấy bằng 1.800xcqđ/h;

- Khi có phân cách xe chạy trái chiều và không có phân cách ô tô với xe thô sơlấy bằng 1.500xcqđ/h;

- Khi không có phân cách trái chiều và ô tô chạy chung với xe thô sơlấy bằng 1.000xcqđ/h;

Z – hệ số sử dụng năng lực thông hành, lấy nhưsau:

- Vtt 80km/h là 0,55

- Vtt = 60km/h là 0,55 cho vùng đồng bằng; 0,77 cho vùng đồi núi;

- Vtt 40km/h là 0,85.

Số làn xe thường là 1, 2, 4, 8 khi số làn xe lớn hơn 8 thì đặt vấn đề xây dựng tuyến mới để đáp ứng các yêu cầu giao thông mới.

4.10.2 Dự báo lượng giao thông năm tương lai

1. Dự báo theo quy luật hàm số mũ

Nt = N0(1+q)t-1 (4.27)

Trong đó : N t – LL xe chạy ngày đêm trung bình năm (xe/nđ) ở năm tương lai

N0 – LL xe chạy ngày đêm trung bình năm (xe/nđ) ở năm đầu

t – Thời gian dự báo kể từ năm đầu tiên (năm)

q – Tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm

Tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm q được xác định theo chuỗi số liệu quan trắc hoặc dự báo p theo tương quan giữa nó với các chỉ tiêu kinh tế vĩ mô nhưGDP hàng năm. Với sự tăng trưởng kinh tế hiện nay ở nước ta thì có thể lấy giá trị của tỷ lệ tăng trưởng q từ 5 đến 12%.

2. Dự báo theo quy luật hàm số tăng tuyến tính

Nt = N0[1+q(t-1)] (4.28)

Quy luật này phù hợp với một sự tăng trưởng giao thông không nhiều trong vùngđang xét và có thể được dùng để dựbáo sau một thời kỳ đã tăng theo hàm số mũ

------o0o-----

163

CHƯƠNG 5THIẾT KẾCẢNH QUAN VÀ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ

TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ

5.1 MỤC ĐÍNH THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ

Khi thiết kế bất kỳ một tuyến đường nào cũng phải tranh thủ tạo ra các điều kiện đường thuận lợi nhất cho người lái xe có khả năng phát huy hết khả năng động lực của ô tô.

Theo những quan điểm thiết kế đường ô tô hiện đại, để thiết kế hình học đường cần phải phân biệt rõ hai loại đường. Loại thứ nhất đường cho mọi loại xe chạy với tốc độ thấp (Vtt < 50 km/h), ở tốc độ này các loại xe cơgiới hiện đại khi cần thiết có thể dừng xe đột ngột tức thời trong khoảng 1 giây (10m đến 15m quãngđường chạy xe). Gần nhưtrong mọi trường hợp khoảng cách này có thể đảm bảo dễ dàng trên đường vì vậy vấn đề an toàn giao thông trên các con đường loại nàylà đơn giản. Có thể coi rằng mô hình “ Đường – Xe “ phù hợp với loại đường này. Loại đường thứ hai đường cho xe chạy với tốc độ cao (Vtt ≥50 km/h).Đường tốc độ càng cao thì người lái xe đánh giá con đường và đưa ra các quyết định điều khiển xe chạy càng khác nhiều với mô hình động lực học chạy xe nóitrên. Quá trình thiết kế đường trở nên phức tạp hơn nhiều để có được một con đường chạy xe an toàn. Người lái xe không bị rơi vào tình trạng nguy hiểm do đường và giao thông gây nên.

Đối với đường ô tô tốc độ cao, hình dạng chung của con đường trước mắt người lái xe, giúp họ đánh giá đúng đắn diễn biến của con đường để chọn được phươngthức chạy xe đúng đắn, kịp thời, quan trọng hơn nhiều so với từng yếu tố hìnhhọc trên từng mặt cắt riêng rẽ. Một con đường an toàn được tạo nên bởi sự phối hợp có chủ ý của các yếu tố mặt cắt của đường và không gian chung quanhđường. Sự phối hợp hợp lý này được tích lũy từ kinh nghiệm khai thác đường chứ ít khi được rút ra từ tính toán.

Tuyến đường là một đường không gian hài hoà, đều đặn phù hợp với cảnh quan môi trường xung quanh đồng thời lợi dụng cảnh quan để tô điểm cho đường, gây cho người lái xe những chú ý cần thiết và nhận rõ hướng tuyến.

Mục tiêu chủ yếu của việc thiết kế cảnh quan đường ôtô là đảm bảo cho tuyến đường thiết kế được hài hoà, đều đặn về mặt thị giác, tránh những phối cảnh không gian không tốt (bị bóp méo, bị gãy khúc) gây ra cho người lái xe phán đoán sai về điều kiện xe chạy, đảm bào xe chạy an toàn êm thuận với tốc độ cao và có phối cảnh hấp dẫn trong hành lang của tuyến đường thiết kế, theo cách đó sẽ làm giảm được mức đơn điệu và tăng cường an toàn giao thông.

Sự hài hoà của tuyến đường được thể hiện ở hai khía cạnh đó là sự hài hoà bêntrong và sự hài hoà bên ngoài:

164

- Sự hài hoà bên trong (internal harmony) mô tả sự hài hoà nội tại của bản thân con đường khi nó lên dốc, xuống dốc hoặc chuyển hướng và mái dốc taluy của đường lên xuống quan hệ nhưthế nào với tim đường. Có nghĩalà người thiết kế phải hình dung, tưởng tượng để trong quá trình thiết kế phải phối hợp các yếu tố Bình đồ, Trắc dọc và Trắc ngang nhưthế nào.Đây là vấn đề trừu tượng, rất khó khăn nếu chỉ dùng giấy và bút mà người ta phải nhờ đến sự trợ giúp của máy tính….

- Sự hài hoà bên ngoài (external hamorny) mô tả sự phối hợp giữa đường ôtô và môi trường bên ngoài. Kết quả của sự hài hoà bên ngoài là conđường và môi trường tạo nên một vẻ đẹp kiến trúc trên nguyên tắc tôn trọng môi trường hơn là phá vỡ nó.

Nhiệm vụ thiết kế cảnh quan:

1. Kết hợp hài hoà giữa các yếu tố của tuyến đảm bảo cho xe chạy thuận lợi, an toàn với tốc độ cao

2. Đảm bảo hướng nhìn đúng của người lái

3. Định tuyến và các yếu tố của tuyến sao cho không sinh ra các chỗ sai lệch về quang học

4. Đảm bảo tuyến kết hợp hài hoà với cảnh quan xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến môi trường sinh thái

5 Bảo vệ các di tích lịch sử và văn hoá, các vùng đất nông nghiệp quý giá.

5.2 SỰ KẾT HỢP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẢNH QUAN MÔI TRƯỜNG

5.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cảnh quan

Cảnh quan là tổng hợp các tác nhân điển hình về thiên nhiên xuất hiện nhiều lần trong khu vực chọn tuyến nhưđịa hình, địa vật, cây cỏ, ao hồ,... có ảnh hưởng đến việc chọn tuyến đường.

Các loại cảnh quan đặc trưng: Vùng đồng bằng-Thảo nguyên, vùng đồi và vùngnúi.

Nguyên tắc chung thiết kế cảnh quan:

- Đảm bảo cho tuyến đường trở thành một đường không gian đều đặn, êm thuận. Trong không gian đường không bị bóp méo, không gây sai lạc về thị giác, hướng tuyến phải rõ ràng

- Thiết kế quang học trên đường còn thông báo cho lái xe rõ các tình huống trênđường với một lượng thông tin vừa phải. Khi thiếu thông tin phải tìm cách bổ sung bằng các biển báo, gương phản chiếu hoặc trồng cây,...

5.2.2 Nguyên tắc đi tuyến ở vùng đồng bằng và thảo nguyên

165

Đặc điểm của địa hình vùng này là điều hoà, không có chênh lệch lớn về cao độ. Địa hình thoải, dốc nhẹ không gặp các chướng ngại vật lớn về địa hình

Nguyên tắc đi tuyến là kết hợp với môi trường, không cắt nát địa hình, không nênlàm các đoạn thẳng dài quá mà bố trí xen kẽ bằng các đường cong có bán kính lớn để giảm tai nạn do đường đơnđiệu gây ra.

5.2.3 Nguyên tắc đi tuyến vùng đồi

Vùng đồi có đặc điểm là địa hình có nhiều thay đổi. Muốn giảm bớt khối lượng công tác, tuyến nên đi theo các đường cong lớn gắn với địa hình. Những ta luy đào đắp nên có dạng thoải cong để tạo nên sự uốn lượn từtừ giữa nền đường vàđịa hình hai bên.

5.1.4 Nguyên tắc đi tuyến vùng núi

Vùng núi là nơi cắm tuyến khó khăn, để tuyến phù hợp tốt nhất với thiên nhiênvà tiết kiệm khối lượng đào đắp, khi cắm tuyến có thể sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật giới hạn

Thiết kếcác yếu tố của đường nhưnên, mặt đường, các đường cong, tường chắn một cách hài hoà, phù hợp với cảnh quan để thu hút hành khách chú ý và để lại dấu ấn của con người chinh phục thiên nhiên.

Có thể thay nền đường đắp cao bằng 2 nền đường đắp độc lập để tăng ổn định vàtiết kiệm khối lượng.

Các ta luy đào, đắp cao nên chia bậc để trồng cây che.

5.3 ĐI TUYẾN THEO ĐƯỜNG TANG VÀ TUYẾN CLOTHOID

Đối với những đường cấp thấp (V≤ 40km/h) thường đi tuyến theo đường tang. Việc đi tuyến này sẽ tạo ra một tuyến đường cứng, gây không hài hoà êm thuận nhưng việc cắm tuyến, thi công dễ dàng hơn.

Nhưchương 3 đã trình bày, trong thiết kế đường cao tốc, đường cong clothoid ngoài chức năng là đường cong chuyển tiếp nối từ đường thẳng vào đường cong tròn nó còn là một yếu tốđộc lập có vai trò nhưyếu tố đường thẳng và yếu tố đường cong tròn, làm cho tuyến đường trở nên mềm mại, đều đặn trong không gian, phù hợp với địa hình cảnh quan môi trường, êm thuận về mặt thị giác vàbằng phẳng về mặt quang học tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao.

Phương pháp thiết kế tuyến coi đường cong clothoid là một yếu tố độc lập với đường thẳng và đường cong tròn và các nguyên tắc kết hợp giữa các yếu tố nàyvới nhau gọi là phương pháp thiết kế tuyến clothoid, đặc biệt thích hợp để thiết kế bình đồ các đường ô tô cấp cao, đường cao tốc.

Trình tự thiết kế tuyến đường theo đường cong clothoide

166

1. Trên bản đồ với tỷ lệ lớn nghiên cứu địa hình và cảnh quan thiên nhiên của vùng cắm tuyến, đặc biệt là đường chim bay để xác định các điểm khống chế. Trên bản đồ cũng phân biệt các vùng địa chất thuỷ văn bất lợi, các khu di tích lịch sử văn hoá, bảo tồn,...Sau đó phải phác thảo tuyến đường nhằm thoả mãn cácyêu cầu phối hợp cảnh quan.

Có thể dùng thước nhựa dẻo uốn lượn qua các điểm khống chế

Khi có dạng tuyến sơn bộ, chọn các bán kính đường cong tròn phù hợp sau đó nối các đường cong tròn này bằng các đường cong clothoide

2. Nghiên cứu phối hợp các yếu tố của tuyến

3. Định vị lần cuối tuyến đường: Điểm đầu, điểm cuối, các cọc trên tuyến, thể hiện tuyến bằng các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang,...

5.4 SỰ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA TUYẾN.

5.4.1 Mục đích phối hợp các yếu tố của tuyến

Sự phối hợp các yếu tố của tuyến nhằm:

- Tạo một tầm nhìn tốt, cung cấp đầy đủ thông tin cho người lái xe để kịp thờixử trí các tình huống.

- Tạo tâm lý tin cậy, thoải mái để người lái có một môi trường lao động tốt, ít mệt nhọc và có hiệu suất cao.

- Tránh các chỗ khuất, các nơi gây ảo giác làm người lái phân tâm, xử lý không đúngđắn.

- Tạo một công trình phù hợp cảnh quan, góp phần nâng cao vẻ đẹp của khu vực đặt tuyến.

Các quy định này buộc phải thực hiện trên các đường có tốc độ thiết kế trên80km/h, khuyến khích thực hiện với đường có tốc độ thiết kế trên 60km/h và làđịnh hướng cho đường các cấp khác.

Sự phối hợp này phải là ý thức thường trực của người thiết kế và trên thực tế làkhông đội giá xây dựng lên nhiều. Khi phí tổn gia tăng, phải xét hiệu quả của đồng vốn.

5.4.2 Phối hợp các yếu tố trên bình đồ.

Ảnh hưởng của độ cong trên bình đồ đường đến tốc độ xe chạy được trình bàytrên hình 5.1. Góc chuyển hướng bình quân càng nhỏ tốc độ xe chạy càng cao.Điều này có cả hai mặt xấu và tốt trong thiết kế và khai thác đường nhằm đảm bảo an toàn giao thông. Đường càng thẳng thì việc đạt được tốc độ tính toán càngdễ dàng. Đường thẳng làm xuất hiện nguy cơxe chạy vượt quá tốc độ cho phép càng nhiều, đấy là mặt xấu. Đường thẳng trên bình đồ cũng hay dẫn đến những

167

đánh giá sai lầm đối với trắc dọc đường (độ dốc bị khuyếch đại) làm cho người lái xe giảm tốc xuống dưới mức cần thiết gây nên xung đột nguy hiểm từ phía sau xe.

140

130

120

110

100

90

80

70

hKm

v

0

DC §é100m

85

155 10

v

vm

20 25

V :Tèc ®é 85%V :Tèc ®é trung b×nh

85m

Hình 5.1 Ảnh hưởng của độ cong trên bình đồ đường đến tốc độ chạy xe

Sự phối hợp các đường cong trên bình đồ đường hình 5.2. phải tạo nên một con đường hài hòa để các đường cong được người lái xe đánh giá đúng.

Rmin

minR

B×nh ®å cong hµi hoµ

B×nh ®å cong kh«ng hµi hoµ

Hình 5.2 Sự phối hợp các đường cong trên bình đồ đường

Dưới đây trình bày một số nguyên tắc phối hợp các yếu tố tuyến trên bình đồ

1.Trên bình đồ, tuyến đi nhiều đường cong bán kính lớn tốt hơn là đi đoạn thẳng dài chêm bằng các đường cong ngắn, tuyến đi lợi dụng địa hình (men bìa rừng, ven đồi, đi theo sông) tốt hơn là đi cắt, phải làm các công trình đặc biệt (tường chắn, cầu cạn...)

168

2. Góc chuyển hướng nhỏ phải bố trí bán kính cong nằm lớn.

Bảng5.1 Bán kính cong nằm tối thiểu phụ thuộc vào góc chuyển hướng

Góc chuyển hướng, độ 1 2 3 4 5 6 8

Cấp I và cấp II

Vtt 100km/h20 000 14 000 8000 6000 4000 2000 1500

Bán kínhđường cong

nằm tối thiểu, m Các cấp khác 10 000 6000 4000 3000 2000 1000 800

3. Tránh các thay đổi đột ngột:

- Các bán kính cong nằm kề nhau có trị số không lớn hơn nhau 2 lần.

- Cuối các đoạn thẳng dài không được bố trí bán kính cong tối thiểu.

- Nên có chiều dài đoạn cong xấp xỉ bằng hoặc lớn hơn chiều dài đoạn thẳng chêm trước nó.

4. Khi đường có 2 phần xe chạy chiều đi và chiều về tách biệt, nên thiết kế thành2 tuyến có nền đường độc lập, dải phân cách mở rộng để hoà hợp địa hình, có thể biến thành hai nền đường riêng biệt, tiết kiệm khối lượng, công trình đẹp và ổn định hơn.

5.4.3 Phối hợp các yếu tố trên trắc dọc

1. Tránh thay đổi dốc lồi lõm lắt nhắt trên một đoạn đường ngắn hoặc sau một đoạn đường thẳng dài

2. Bán kính đường cong đứng nên dùng trị số lớn (2-4)Rmin để đảm bảo yêu cầu thu nhận thị giác

3. Nếu tuyến nằm trong một đoạn thẳng trên bình đồ thì giữa 2 đường cong đứng liên tiếp cùng chiều (nhất là với đường cong đứng lõm) không nên bố trí đoạn dốc đều ngắn mà thay bằng một đường cong có bán kính lớn.

4. Thiết kế đường cong đứng có chiều dài lớn hơn chiều dài hãm xe.

5.4.4 Phối hợp bình đồ và mặt cắt dọc.

Trong quá trình thiết kế các yếu tố hình học của đường ôtô, chúng ta sử dụng các đoạn thẳng, đường cong đứng, đường cong bằng, và các độ dốc để thiết kế. Tuy nhiên, các yếu tố tuyến trên bình đồ và trắc dọc không thể thiết kế độc lập màchúng phải được phối hợp với nhau. Việc phối hợp tốt giữa các yếu tố bình đồ vàtrắc dọc sẽ làm tăng mức độ hài hoà, êm thuận, tăng cường cảnh quan mà khôngmất mát chi phí. Ngược lại sự phối hợp này không tốt sẽ sinh ra ảo giác, nhiều vị trí trên tuyến đường có cảm giác bị gãy khúc, xoắn và đổi hướng bất ngờ.

Đối với đường cao tốc hoặc đường có dải phân cách cố định, để định vị tuyến đường trên thực địa thì việc thiết kế tuyến đảm bảo được cảnh quan là yếu tố quyết định.

169

a) Bình đồ b) Trắc dọc c) Hình ảnh đường

Hình 5.3 Sự phối hợp kinh điển giữa bình đồ và trắc dọc đường

Sự phối hợp lý tưởng giữa bình đồ và trắc dọc được trình bày trên hình 5.4.

Tr¾c däc

§­êng cong®øng låi

B×nh ®å

i=0

®øng lâm

§­êng cong®øng låi

§­êng cong

i=0i P

q

Hình 5.4 Sự phối hợp lý tưởng giữa bình đồ và trắc dọc đường

170

Trong những phối hợp ấy cần phải tránh sao cho con đường không bị “lặn” mất nhưtrên hình 5.5.

Hình 5.5 Đường lặn

Hoặc là không làm cho trắc dọc đường bị đánh giá sai nhưtrên hình 5.6 và hình5.7

Hình 5.6 Trắc dọc lồi lõm phối hợp với bình đồ có độ cong nhỏ

Hình 5.7 Một đoạn thẳng ngắn trên trắc dọc cầu gây ra cảm giác sai lầm

Trong những trường hợp phức tạp cần phải cân nhắc nhiều phương án phối hợp giữa bình đồ và trắc dọc khác nhau để sao cho các thông tin về đường đến với người lái xe kịp thời và chính xác. Hình 5.8. Trình bày các phương án phối hợp và hình ảnh đường được tạo ra. Để làm rõ hơn hình ảnh đường đôi khi phải dùngđến các công trình nhân tạo có chủ đích.

171

Hình 5.8 Các phương án phối hợp và các hình ảnh đường tạo ra

Nhưvậy để phối hợp tốt giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ và trắc dọc thì người kỹ sưthiết kế có thể tham khảo một số nội dung mang tính chất hướng dẫn sau:

1. Các đường cong và đoạn dốc phải được cân nhắc kỹ lưỡng. Đoạn dốc dài,đoạn thẳng và đoạn cong lớn tại vị trí dốc đứng hoặc đường cong có bán kínhchâm trước với độ dốc siêu cao nhỏ đều không hợp lý. Một bản thiết kế hợp lý là bản thiết kế cố gắng không sử dụng những tiêu chuẩn giới hạn…

2. Tránh bố trí nhiều đường cong đứng trên một đoạn thẳng dài (hoặc đường cong nằm có bán kính lớn). Sự đổi dốc liên tục trên trắc dọc nếu không phối hợp tốt với đường cong nằm sẽ gây ra cho người lái xe ảo giác tuyến đường bị lồi lõm bất thường và tạo nên tuyến có nhiều chỗ khuất.

3. Tránh bố trí nhiều đường cong nằm trên một đoạn tuyến phẳng tạo nên tuyến quanh co.

172

4. Không đặt đường cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh đường cong đứng lồi. Tình huống này có thể gây nguy hiểm cho người lái xe bởi vì người lái xe có thể không nhận thấy được sự đổi hướng tuyến đặc biệt là vào ban đêm.

5. Cố gắng để số đường cong nằm bằng số đường cong đứng và nên bố trí trùngđỉnh. Khi phải bố trí lệch, độ lệch giữa hai đỉnh đường cong (nằm và đứng) không lớn hơn 1/4 chiều dài đường cong nằm. Khi đường cong đứng không thể bố trí trùng đỉnh với đường cong nằm thì đỉnh đường cong nằm nên bố trítrước đỉnh đường cong đứng nếu theo hướng đi là rẽ trái, còn nếu theo hướng đi là rẽ phải thìđỉnh này bố trí sau.

6. Đường cong nằm nên dài và trùm ra phía ngoài đường cong đứng (mỗi bên từ 20-100m).

7. Không bố trí đường cong đứng có bán kính nhỏ nằm trong đường cong nằm (sẽ tạo ra các u lồi hay các hố lõm). Nên đảm bảo R lõm >R nằm.

8. Cả đường cong đứng và đường cong nằm cần phải được tăng bán kính nếu có thể khi tiếp cận các nút giao thông, nơi mà việc đảm bảo tầm nhìn là rất quan trọng

Mặc dù tính thẩm mỹcủa tuyến sẽ tăng lên khi phối hợp giữa đường cong đứng và đường cong bằng, tuy nhiên người thiết kế phải chú ý vì sự phối hợp này cókhả năng sinh ra ảo giác. Đường cong đứng lồi sẽ làm cho đường cong bằng xuất hiện với bán kính lớn hơn so với thực tế trong khi đó đường cong đứng lõm lại làm cho đường cong bằng bị nhỏ hơn. Chiều dài đường cong đứng càng nhỏ thìảnh hưởng của nó càng rõ nét. Nếu đường cong nằm có bán kính nhỏ nhất thìđường cong đứng lồi có thể làm cho người lái xe duy trì một tốc độ cao hơn mức an toàn cho phép. Trong khi đó, đường cong đứng lõm có thể làm cho người lái xe có định hướng không đúng và thậm chí phanh đột ngột không cần thiết. Để phối hợp tốt hơn giữa đường cong đứng và đường cong nằm, cần sử dụng đường cong nằm có trị số bán kính lớn hơn trị số tối thiểu tuỳ theo tốc độ thiết kế.

Một vài nội dung khác cũng mang tính chất hướng dẫn nhưlà: Việc thiết kế đường cong nằm có bán kính tối thiểu ở cuối dốc gắt hoặc gần điểm thấp nhất đường cong đứng lõm có bán kính nhỏ là không hợp lý. Nhưđã nói ở trên khi đótuyến đường sẽ có cảm giác bị ngắn lại, hơn nữa khi xuống cuối dốc tốc độ xe chạy thường lớn hơn gây cho người lái xe các phản ứng điều khiển xe chạy không hợp lý, nhất là vào ban đêm.

5.4.5 Phối hợp giữa bình đồ, trắc dọc và trắc ngang

1. Việc phối hợp giữa các yếu tố tuyến nhưbình đồ, trắc dọc và trắc ngang trước hết là các yếu tố này được sử dụng các chỉ tiêu tốt hơn các chỉ tiêu giới hạn sau đó là phối hợp các yếu tố tuyến với nhau để tạo ra một tuyến đường đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế.

173

2. Sự phối hợp giữa trắc ngang và trắc dọc còn được đảm bảo thỏa mãn các yêucầu của các điểm khống chế và điểm mong muốn nhưtrình bày ở chương 4.

5.4.6 Phối hợp giữa tuyến đường và công trình.

1. Bố trí tuyến đường thẳng trên cầu và hầm, tuyến vuông góc với dòng chảy. Với các đường cấp cao (V≥80km/h) có thể thiết kế đường cong nằm và đứng trêncầu và hầm để đảm bảo tính liên tục của công trình

2. Không nên thay đổi độ dốc, thay đổi hướng tuyến trong phạm vi cầu, hầm vàphạm vi 10m ở 2 đầu công trình.

5.4.7 Sự kết hợp với cảnh quan.

1. Phải nghiên cứu kỹ các yếu tố địa hình và thiên nhiên của khu vực để kết hợp một cách hợp lý, không phá vỡ quy luật tự nhiên, tránh các công trình đào sâuđắp cao, tránh dùng các công trình đặc biệt.

2. Quy định về dốc mái taluy xuất phát trên các nguyên lý cơhọc của đất đá. Ta luy có thể:

- Thay đổi phù hợp với dốc ngang thường gặp trên địa hình.- Có gọt tròn ở đỉnh taluy và mở rộng ở 2 đầu taluy- Các taluy thấp dưới 1m, do không tốn nhiều khối lượng nên làm dốc 1: 4

~1:6 và có gọt tròn đỉnh và chân taluy.- Taluy cao nên làm bậc thềm. Bậc thềm tạo ổn định cho taluy, làm chỗ

chắn nước xói taluy và nên trồng cây bụi.

5.4.8 Thiết kế trồng cây phối hợp với tuyến đường

Trồng cây dọc đường để tăng thẩm mỹ, cải thiện môi trường, hấp thu Cácbonđioxit và tăng lượng ôxi cho không khí. Cây cối làm giảm bớt sự loá mắt và giảm bớt nhiệt độ ở vùng khí hậu nhiệt đới nước ta. Trồng cây cũng quan trọng cho việc làm giảm tổn thất nguồn nước và làm giảm tiếng ồn.

Việc chọn loại cây trồng và sắp xếp chúng dọc theo mỗi con đường phải tươngđối phù hợp để tạo một không gian tốt và nhịp nhàng, có tính dẫn hướng cho lái xe. Nhưvậy công tác trông cây gồm các nội dung sau:

- Chọn loại cây trồng, sự phong phú của các loại cây trồng.- Vị trí trồng cây ( ở giữa hoặc dọc theo bên cạnh đường).- Khoảng cách trồng cây ( khoảng cách giữa các cây và khoảng cách đến

đường ôtô)- Sự sắp xếp các loại cây ( khoảng cách giữa các hàng cây, khoảng cách tự

nhiên giữa các bó, loại cây nhỏ ở trước cây to và tương tự nhưvậy).

DƯỚI ĐÂY LÀ MỘT SỐ HÌNH MINH HOẠ NÓI LÊN SỰ PHỐI HỢP GIỮA

CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC TRÊN BÌNH ĐỒ VÀ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ÔTÔ:

174

A. Chỗ lõm trên một đoạn dốc dài

B. Chỗ lõm đã được khắc phục

Hình 5.9:Đường cong đứng lõm ngắn trên đoạn dốc dài

Cánh tuyến thẳng Bìnhđồtuyến

Cắt dọc tuyến

Phương án đềnghị

175

A. Những điểm lồi ngắn trên đường cong nằm dài

A. Các điểm lồi đã được khắc phục

Hình 5.10. Đường cong đứng lõm có chiều dài ngắn trên đường cong nằm dài

Bìnhđồtuyến

Cắt dọc tuyến

Phương án đềnghị

176

A.Các điểm lồi lõm xuất hiện trước đường cong nằm

B. Đường cong đứng lõm có chiều dài lớn nối tiếp vào đường cong bằng

Hình 5.11. Đường cong đứng lõm có bán kính nhỏ ngay trước đường cong nằm.

Phương án đềnghị

Bìnhđồtuyến

Cắt dọc tuyến

177

A. Nắn tuyến khi cắt qua dòng sông

A. Kéo dài cánh tuyến tại đoạn cắt qua dòng sông.

Hình 5.12. Kéo dài cánh tuyến tại đoạn đường vào cầu.

Bìnhđồtuyến

Cắt dọc tuyến

Các phương án đềnghị

Dòng sông

178

A. Hai đường cong nằm cùng chiều có đoạn chêm ngắn.

B. Thay thế hai đường cong bằng cùng chiều có đoạn chêm ngắn bằng một đường cong lớn

Hình 5.13. Hai đường cong cùng chiều với đoạn chêm ngắn (broken-back curve)

Bìnhđồtuyến

Phương án đềnghị

Cắt dọc tuyến

179

Hình 5.14. Sự phối hợp không tốt giữa đường cong đứng vàđường cong nằm.

180

A. Sự đổi dốc liên tục để bám sát địa hình sẽ gây mất cảnh quan

B. Khắc phục địa hìnhđểtạo nên cảnh quan tốt

Hình 5.15. Khắc phục địa hình để đem lại sự hài hoà về mặt cảnh quan cho tuyến đường

Bình đồtuyến

Cắt dọc tuyến

Phương án đềnghị

181

Hình 5.16. Tuyến đường trông nhưbị gãy khúc

Bìnhđồ tuyến

Cắt dọc tuyến

Hướng mắt nhìn

182

Hình 5.17. Sựphối hợp tốt giữa đường cong đứng lồi và đường cong nằm

Hình 5.18. sự phối hợp tốt giữa đường cong đứng lõm vàđường cong bằng

183

Hình 5.19. Một số đoạn đường phối hợp rất tốt các yếu tố hình học, đem lại vẻ đẹp về mặt cảnh quan.

------o0o-------

184

185

CHƯƠNG 6

THIẾT KẾNÚT GIAO THÔNG

6.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NÚT GIAO THÔNG

6.1.1. Khái niệm chung về nút giao thông.

Nút giao thông là nơi giao nhau của hai hay nhiều tuyến đường ôtô, tai đó các xe có thể tiếp tục hoặc đổi hướng hành trình. Mỗi ngả đường từ nút gọi là nhánh nútgiao thông, thường gặp là ngã ba, ngã tưnhưng đôi khi có thể là ngã năm, ngãsáu. Nút giao thông còn là giao nhau giữa đường ôtô với đường sắt.

Lưu lượng giao thông tại nút (M) là tổng số lượng xe ra hay vào các nhánh của nút (hình 6-1).

MTR

MTV

MBV MBR

MNVMNR

M§R

M§V

A/ Ng· t­ B/ Ng· ba

M§V

M§R

MNR MNV

MTV

MTR

Hình 6-1. Sơđồ xác định lưu lượng xe tại nút

Ví dụ với ngã tưta có công thức sau :

n

i

MiM

MbrMnrMtrMdrMMbvMnvMtvMdvM

1

(6.1)

- Mđv là lưu lượng vào hướng Đông, Mđr là lưu lượng xe ra hướng Đông

Các nhánh khác ký hiệu tương tự.

- Mi lưu lượng trên mặt cắt nhánh i

- n : số lượng nhánh của nút.

186

Khi khảo sát lưu lượng giao thông trên nút, số lượng xe vào, ra nút phải cân bằng, nếu có sai số lớn tức khảo sát không chính xác. Ngoài ra khi khảo sát lưu lượng mỗi đầu vào phải phân lưu lượng ra: số xe đi thẳng + rẽ phải, rẽ trái; xe rẽ trái ảnh hưởng lớn tới khả năng thông xe và an toàn giao thông của nút.

Tại nút giao thông xảy ra xung đột giữa các dòng xe như: giao cắt; tách, nhập luồng, ngoài ra tại nút giao thông có đảo trung tâm còn có chuyển động hỗn hợp. Về mức độ an toàn người ta đánh giá giao cắt hệ số 5, nhập luồng hệ số 3, tách luồng hệ số 1(hình 6-2). Khả năng thông của nút ảnh hưởng tới khả năng thông qua của toàn mạng lưới, ùn tắc tại nút thường xảy ra nhiều hơntrên đường ngoài nút. Tai nạn giao thông trên các nút chiếm tỷ lệ lớn cao trong tổng số tai nạn giao thông trên đường

a) §iÓm c¾t b) §iÓm t¸ch c) §iÓm nhËp d) ChuyÓn ®éng hçn hîp

=8

0 K

4T

4E8E8T

16K

=32

=9

3K

3T3E E = NhËp dßng

T = T¸ch dßng

K = c¾t dßng

3E

3T

3 K

=9

Hình 6.2. Các dạng xung đột tại nút giao thông

187

Khi thiết kế nút giao thông phải chú ý tới đường chính và đường phụ, đường chính là đường có cấp kỹ thuật cao hơn, nếu là nút giao giữa hai đường cùng cấp hạng thì đường nào có lưu lượng cao hơn là đường chính.

6.1.2. Phân loại nút giao thông

Nút giao thông đường ôtô được chia làm hai loại.

6.1.2.1. Nút giao thông cùng mức

Nút giao cùng mức còn gọi là nút giao bằng là nút mà giao thông diễn ra trêncùng mặt bằng (cùng mức cao độ). Nút giao cùng mức còn phân thành:

a/ Nút giao đơn giản, các nhánh được nối với nhau bởi các các đường cong nối vuốt.

b/ Nút giao kênh hoá, trên nút được bố trí các đảo dẫn hướng, mở thêmlàn, sử dụng các loại vạch, mũi tên dẫn hướng cho xe đi vào ra thuận lợi.

c/ Nút hình xuyến là nút tại vị trí trung tâm nút có bố trí đảo hình tròn hayelíp các xe phải quay quanh đảo theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

d/ Nút giao bằng có điều khiển bằng đèn tín hiệu áp dụng ở các đô thị để tăng khả năng thông qua, hạn chế tai nạn.

6.1.2.2. Nút giao thông khác mức

Nút giao thông khác mức là nút mà giao cắt giữa các đường từ hai mức trở lên,nhờ các công trình nhân tạo nhưcầu vượt, hầm chui và các đường nhánh nối tiếp. Nút giao khác mức được chia ra:

a/ Nút giao khác mức không liên thông: khi giao cắt giữa hai tuyến đường nhưng xe không thể chuyển hướng từ đường này sang đường khác. (không cónhánh nối)

b/ Nút giao khác mức liên thông: là nút giao khác mức xe có thể chuyển từ đường này sang đường khác nhờ các nhánh nối. Người ta có thể phân chi tiết hơnlà nút giao liên thông hoàn chỉnh và không hoàn chỉnh. Tại nút giao hoàn chỉnh có đủ nhánh nối cho các dòng xe muốn chuyển hướng và không còn giao cắt, thường là giao nhau giữa hai đường cấp cao. Nút giao khác mức liên thôngkhông hoàn chỉnh khi giao nhau giữa đường cấp cao và đường cấp thấp, trênđường cấp thấp vẫn còn giao cắt giữa các dòng xe.

6.1.3. Các yêu cầu khi thiết kế xây dựng nút giao thông .

Nút giao thông là nơi tập trung nhiều phương tiện, người tham gia giao thông nênthường xẩy ra ùn tắc, tai nạn. Nhiệm vụ thiết kế xây dựng phải bảo yêu cầu:

188

- đảm bảo khả năng thông qua hợp lý và đảm bảo chất lượng giao thông;

- đảm bảo an toàn giao thông;

- có hiệu quả kinh tế;

- đảm bảo mỹ quan và vệ sinh môi trường.

Trong đó mục tiêu là an toàn giao thông phải ưu tiên hàng đầu, tiếp sau là khả năng thông xe và chất lượng giao thông rồi mới đến các yếu tố khác.

Khả năng thông qua của nút là số phương tiện giao thông của dòng phụ có thể cắt qua dòng chính trong một đơn vị thời gian (nút xe chạy theo luật đường chính phụ) hoặc tổng số phương tiện có thể thông qua nút trong đơn vị thời gian. Khả năng thông qua mỗi nút phụ thuộc nhiều yếu tố nhưng trước hết là quy mô nút.Vì vậy khi thiết kế để tránh ùn tắc quy mô nút phải phù hợp với cấp đường vàonút và lưu lượng giao thông trong tương lai, thường lấy lưu lượng tương lai phùhợp với cấp đường thiết kế.

Chất lượng giao thông được đánh giá bằng mức độ thuận lợi cho người lái xe sớm nhận biết cách điều khiển xe vào, ra khỏi nút, thời gian chờ đợi xe khi qua nút. Muốn vậy sơđồ nút nên chọn đơn giản, rõ ràng và ít thay đổi trên tuyến.

An toàn giao thông là tiêu chí chung khi thiết kế xây dựng các công trình giaothông, đối với nút càng phải coi trọng.

Về mặt kinh tế bao gồm kinh tế xây dựng, khai thác, với xây dựng nút còn liênquan tới diện tích chiếm dụng và chi phí giải phóng mặt bằng vì vậy khi thiết kế nút đặc biệt các nút có quy mô lớn cần có phân tích kinh tế, kỹ thuật. Nên đưa ramột vài phương ánđể so sánh lựa chọn, có thể xem xét khả năng phân kỳ đầu tư.

Các nút giao thông đặc biệt là nút giao khác mức là công trình quan trọng, vì vậy kiến trúc phải phù hợp với cảnh quan xung quanh.

Nút giao thông là nơi tập trung phương tiện vì vậy khả năng xảy ra ô nhiễm môi trường do tiếng ồn, bụi và khí thải vì vậy các vấn đề này khi thiết kế cần xem xét.

6.1.4. Lựa chọn loại hình nút

Lựa chọn nút phải căn cứ vào lưu lượng giao thông, điều kiện kinh tế và kỹ thuật khác, có thể tham khảo ở bảng 6-1.

6.1.5. Các tài liệu cần điều tra khảo sát khi thiết kế nút.

Để thiết kế mới hay cải tạo nút giao thông cần thu thập các tài liệu sau:

- Quy mô cấp hạng kỹ thuật các tuyến của nút;

- Bình đồ khu vực tỷ lệ 1:500, trắc dọc tuyến 1: 500;

- Lưu lượng giao thông hiện tại qua điều tra, tương lai qua dự báo;

189

- Tình hình ùn tắc, tai nạn tại nút hiện nay với nút cải tạo.

- Quy hoạch xây dựng tại khu vực nút.

Thiết kế nút căn cứ vào:

- TCVN 4054 :2005. Đường ôtô - Yêu cầu thiết kế.

- TCVN 5729: 1997. Đường cao tốc – yêu cầu thiết kế.

- 22 TCN 273 – 01. Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô.

Bảng 6-1. Phạm vi sử dụng các loại hình nút giao thông.

Lưu lượng xe trên đường phụ, xcqđ/nđ

Nút kênh hóaLưu lượng xe trên đường

chính, xcqđ/nđ Nút đơngiản Có đảo trên

đường phụ

Có đảo, làn chờ vàlàn đón xe rẽ trái trên đường chính

Các loại hình khác

1 000 500 500 1 000

2 000 500 500 2 000

3 000 450 450 1 000 1 000 1 700 1 700

4 000 250 250 250 1 200 > 1 200

5 000 700 > 700

> 5 000 400 > 400

Trong giáo trình này chủ yếu nêu yêu cầu thiết kế đối với nút giao thông ngoàiđô thị.

6.2. THIẾT KẾ NÚT GIAO CÙNG MỨC

6.2.1.Khái niệm chung và yêu cầu thiết kế

Nút giao thông cùng mức chiếm chủ yếu trong tổng số nút của mạng lưới giao thông vì có ưu điểm xây dựng khai thác đơn giản, giá thành thấp hơn nhiều so với nút giao thông khác mức.

Tốc độ thiết kế các yếu tố hình học đối với các hướng chính lấy bằng tốc độ thiết kế của đường ngoài nút, bán kính nối vuốt với xe rẽ trái tối thiểu đảm bảo v= 15 km/h.

Tầm nhìn tại nút sử dụng tầm nhìn một chiều, có phân ra trường hợp đường phụ đường chính và không phân biệt, phạm vi đảm bảo tầm nhìn (hình6-3)

190

§­êng giíi h¹n tÇm nh×n

S1a

S1b

So

S1a

§­êng giíi h¹n tÇm nh×n

§­êng chÝnh

§­êng phô

a/ trường hợp không phân đường chính phụ b/ trường hợp đường chính phụS1a – tầm nhìn 1 chiều đường a ; S1b tầm nhìn 1 chiều đường bSo – chiều dài lùi vào đường phụ 10 mét.

Hình 6-3. Sơđồ đảm bảo tầm nhìn tại nút

Tất nhiên lấy theo trường hợp a/ là an toàn nhưng nhiều trường hợp không thể giải toả được.

Góc giao tốt nhất là vuông hay khoảng từ 70- 1100, trong trường hợp góc giao nhỏ phải có phương cải tuyến, bố trí thêm các đảo để cải thiện điều kiện giao thông tại nút.

o

o

a) gãc giao tèt nhÊt

70 -1 1090 o

b) Thay ng· t­ b»ng 2 ng· 3 c) n¾n ®­êng phô

Hình 6.4. Các phương án cải tạo khi góc giao nhỏ

Trắc dọc vị trí đặt nút tốt nhất tại nơi bằng phẳng, trong điều kiện khó khăn độ dốc dọc cũng không nên quá 4%. Có thể bố trí nút trên đường cong đứng lõm,nhưng không trên đường cong đứng lồi.

Các nút giao thông cùng mức khi thiết kế có thể phân thành một số dạng chủ yếu dưới đây.

191

6.2.2. Nút giao cùng mức đơn giản.

Nút giao cùng mức đơn giản thường được thiết kế tại các giao cắt giữa các đường địa phương với nhau, các đường phố khu vực. Với các ngã tư, ngã ba chỉ cần bố trí bởi các đường cong nối vuốt R = 15m với các đường ngoài đô thị đường trong đô thị R = 8m.

R=15

R

R=15

a/ ngã tưđơn giản b/ ngã ba đơn giản

Hình 6.5.a Cấu tạo nút giaođơn giản

Đường cong 3 cung tròn: Đường cong 3 cung tròn là một dạng giản hóa của đường cong chuyển tiếp clothoide nhằm làm cho xe vào đường cong nhỏ và rakhỏi đường cong đó dễ dàng, không bị lấn sang làn xe trái chiều.

Kinh nghiệm cho ta các trị số bán kính và góc chuyển hướng nhưbảng 6.2 (thường tỷ lệ các bán kính là: R1 : R2 : R3 = 2 : 1 : 3)

A

B

O

R1

R3

R2

xe vµo

xer

a

8

8

Hình 6.5.b Đường cong 3 cung tròn

192

Bảng 6.2 Kinh nghiệm cấu tạo đường cong 3 cung trònĐường cong vào Đường cong raGóc chuyển

hướng φ(độ) R1 (m) α1 (độ)

Đường cong cơbản R2

(m)

R3 (m) α3 (độ)

≤4444 -:- 7475 -:- 112113 -:- 149150 -: 180

-60504035

-16202734

5030252015

-90756060

-10121621

Theo hình 6.5b xác định được các tiếp tuyến tổng hợp AO, BO và cấu tạo đường cong nhưsau:

312 (6.2)

0120

32121 90tgRR

90cosRR

sinRRAO

(6.3)

0320

12323 90tgRR

90cosRR

sinRRBO

(6.4)

Trong đó:

1211 cos1RRR (6.5)

3233 cos1RRR (6.6)

Khi thiết kế đường cong, đá vỉa bao quanh 3 cung tròn nhưng bề rộng làn xe sátđá vỉa phải được mở thêm từ (2 -:- 2,5)h, với h là chiều cao của đá vỉa.

Thực tế quan trắc cho thấy ở các nút đơn giản, khi bố trí bằng đường cong 3 cung tròn sẽ làm cho tốc độ xe rẽ phải tăng từ 15-20% và nâng cao rõ rệt an toàn xechạy.

Để tạo điều kiện cho xe có thể rẽ phải được thuận lợi có thể vuốt làn xe rẽ phải tại nút.

193

60m

3m

R=15

R=15

3m

60m

30m

R=15

3m

R=15

R=15

30m

60m

§­êng chÝnh

a) Ng· 3 cã ®­êng vuèt cho xe rÏ ph¶i

b) Ng· 4 cã ®­êng vuèt cho xe rÏ ph¶i

Hình 6.7. Nút giao có nối vuốt cho xe rẽ phải

6.2.3.Nút giao cùng mức có bố trí thêm làn xe rẽ trái, phải (mở rộng).

Khi nút giao giữa đường chính, đường phụ mà lưu lượng xe rẽ phải, rẽ trái trênđường chính lớn người ta phải thiết kế các là xe rẽ phải, rẽ trái. Việc bố trí thêmlàn xe rẽ phải thường không khó khăn

194

a) Ng· 3 cã lµn chê cho xe rÏ tr¸i, ph¶i trªn ®­êng chÝnh

b) Ng· 4 cã lµn chê rÏ ph¶i cho ®­êng chÝnh

c) Ng· 4 cã lµn chê rÏ tr¸i, ph¶i cho ®­êng chÝnh

Hình 6-8 Một số ngã 3, 4 có mở thêm làn

Để tạo các làn xe rẽ mở rộng từ từ, tốt nhất là tỷ lệ mở rộng 1:10 (chiều rộng lànxe là 3.5m thì đoạn vuốt 35m). Chiều dài chờ xe tuỳ thuộc vào lưu lượng xe tính toán cần dùng, trong trường hợp không xác định được lấy 30 – 40 m.

Bố trí làn xe rẽ trái khi đường có dải phân cách giữa chiều rộng 3m tiến hành xén dải phân cách giữa. Trường hợp chiều rộng dải phân cách nhỏ phải tiến hành mở rộng dải phân cách đạt 3,5m sau đó lại xén tạo thành đường xe rẽ trái (hình 6-9).

195

Lvµo = 30-35 m Ld= 30-40 m

3,5

m

a) CÊu t¹o lµn cho xe rÏ tr¸i b»ng c¸ch xÐn d¶i ph©n c¸ch gi÷a

Lv - ChiÒu dµi ®o¹n vuèt nèiLd - ChiÒu dµi ®o¹n dõng xe

b) CÊu t¹o lµn cho xe rÏ tr¸i khi d¶i ph©n c¸ch nhá

3,5m

Ld= 30-40 mLvµo = 30-35 m

Hình 6-9 Cách cấu tạo làn xe rẽ trái.

6.2.4. nút giao thông có sử dụng đảo dẫn hướng (nút kênh hoá)

Để tạo điều kiện cho người lái xe điều khiển dễ dàng, giảm xung đột tại nút, tạo chỗ dừng chân cho người đi bộ khi chiều rộng mặt đủ, khi thiết kế người ta sử dụng các đảo dẫn hướng. Đảo cấu tạo cao hơn mặt đường từ 20 – 25 cm, trên bề mặt đảo tuỳtheo diện tích lớn hay nhỏ người ta có thể trồng cây cảnh hoặc lát gạch hoặc dùng sơn trên bề mặt đường để tạo đảo.

Đảo thường dùng là đảo tam giác, đảo hình giọt nước hay đảo dài làm nơi dừng chân cho người đi bộ, riêng với đảo tròn ta xét ở nút giao thông hình xuyến.

Đảo tam giác được sử dụng làm đảo trung tâm ở ngã ba, ở góc các ngã 3 ngã 4,đảo giọt nước thường bố trí ở đường phụ tại nút ( hình 6-10)

Phân loại đảo : Theo quy trình Mỹ 1990 phân ra:

- Đảo lớn : là đảo có chiều lớn ít nhất 30m

- Đảo nhỏ : là đảo có diện tích nhỏ hơn 9m2, trường hợp trong thành phố đảokhông nhỏ hơn 4,5m2 và đường ngoài thành phố 6,75m2.

- Đảo vừa là trung gian giữa hai loại trên.

Kích thước đảo tuỳ theo vận tốc thiết kế và điều kiện giải phóng mặt bằng. Trong điều kiện cho phép theo 22TCN 273-01, cấu tạo đảo tam giác tạo điều kiện cho xe rẽ phải từ đường chính vào đường phụ bán kính R= 45m, từ đường phụ ra đường chính R= 25 m.

Trường hợp khó khăn chiều dài cạnh không nhỏ hơn 3,6m không kể chỗ gọt tròn,tại nút giao thông có góc cắt nhỏ sử dụng các loại đảo bố trí thêm làn đường kẻ vạch, mũi tên trên đường có thể cải tạo tình hình giao thông tại nút. (Hình 6-11)

196

a) §¶o tam gi¸c ng· 3 b) §¶o tam gi¸c t¹o lµn rÏ ph¶i ng· t­

c) §¶o giät n­íc trªn ®­êng phô

Hình 6.10. Bố trí đảo tại nút

Uèn cong ®­êng phô

+ sö dông ®¶o

cho lµn rÏ tr¸i

Tr¹ng th¸i ban ®Çu

Uèn cong ®­êng phô

Hình 6-11 Cải tạo tình hình giao thông tại nút giữa đường chính và phụ bằng các đảo.

197

R1 R2

>2,0

m10

..30

m

<40m

R=0,75m

<5mR=0,5 . . 1m

R1, R2 : B¸n kÝnh cong

a/ đảo giọt nước b/ đảo tam giác

Hình 6.12. Cách cấu tạo các đảo

Về việc áp dụng các đảo trong thiết kế, theo GS. Đỗ Bá Chương thì :

- Sử dụng ít đảo hơn nhiều đảo.

- Sử dụng đảo to hơn đảo nhỏ.

Kinh nghiệm tổ chức giao thông ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh thì phải thận trọng, đặc biệt sử dụng nhiều đảo chiếm diện tích mặt đường làm giảm khả năng thông xe của dòng giao thông hỗn hợp hiện nay.

Dưới đây là ví dụ sử dụng các đảo, làn phụ cải thiện điều kiện giao thông tại nút có góc cắt nhỏ.

Hình 6-12. Sử dụng các đảo, làn rẽ cải thiện giao thông nút góc cắt nhỏ.

198

6.3. NÚT GIAO THÔNG HÌNH XUYẾN

6.3.1. Khái niệm chung

Tại các nút giao thông ngã 5, ngã 6, quảng trường, hoặc tại các nút có góc giao cắt nhỏ người ta thiết kế các đảo tròn hoặc êlíp ở giữa và các xe phải chuyển động xung quanh đảo này. Nhờ đó mà các dòng giao cắt bị loại bỏ, chỉ còn cácdòng tách và nhập luồng. Dạng nút này phù hợp với giao thông tốc độ thấp, dònggiao thông hỗn hợp.

Nút hình xuyến còn được dùng làm đường dẫn cho nút giao thông khác mức. Hiện có nhiều quan điểm khác nhau, một thời gian người ta hạn chế áp dụng, nhưng quan sát thấy rằng nhờ có đảo trung tâm buộc lái xe phải hạn chế tốc độ do đó giảm hẳn các tai nạn nghiêm trọng vì vậy gần đây người ta bắt đầu áp dụng trở lại. ở Anh người ta còn áp dụng rất nhiều các nút có đường kính nhỏ và mang lại hiệu quả. ở nước ta nhiều địa phương đã áp dụng các nút giao thông hình xuyến với nhiều kích thước đảo khác nhau.

trén

§¶o trung t©m

R vµo

R ra L

Hình 6.13a. Nút giao thông hình xuyến

Nút giao thông loại này có cácưu nhược điểm sau:

199

* Ưu điểm

- Giao thông của dòng xe đi trong nút là tự điều chỉnh, tốc độ giảm cho phùhợp với bán kính đảo và lưu lượng xe, các dòng xe từ các hướng đường vào nút sau đó tự nhập dòng, trộn dòng và tách dòng để đi ra các khu phố khác

- Khi chuyển từ nút giao không có đảo trung tâm sang nút giao có đảo trung tâm thì xung đột giảm đi nhiều, riêng đối với dòng xe cơgiới với nhau chỉ còn có tách và nhập luồng, hình 6.13b là thí dụ một ngã tưkhi không cóđảo trung tâm với ngã tưcó đảo trung tâm

Xung ®ét gi÷a «t« vµ bé hµnh.

Xung ®ét gi÷a xe c¬ giíi.

Hình 6.13b Xungđột tại ngã tưvà nút hình xuyến

Bảng 6.2. Loại nút và tốc độ thiết kế

Loại nút đảo Tốc độ thiết kế (Km/h)

Vòng xuyến nhỏNút trong đô thịLàn đơn trong đô thịLàn đôi trong đô thịLàn đơn ngoài đô thịLàn đôi ngoài đô thị

252535404050

- An toàn giao thông cao do triệt tiêu toàn bộ các điểm xung đột nguy hiểm (điểm cắt) chỉ có điểm tách và nhập., tốc độ thấp nên giảm tai nạn nghiêmtrọng.

- Đảm bảo giao thông liên tục nên khả năng thông xe đáng kể

200

- Không cần chi phí cho điều khiển giao thông

- Không cần xây dựng các công trình đặc biệt đắt tiền nên giá thành rẻ

- Hình thức đẹp, tăng mỹ quan cho thành phố, trên đảo trung tâm có thể xây dựng bồn hoa hoặc tượng đài

* Nhược điểm

- Diện tích chiếm dụng mặt đường lớn. Bán kính đảo phụ thuộc vào vận tốc thiết kế. Ví dụ, bán kính đảo R = 25 50 m và vòng xuyến có từ 3 đến 4 làn xe thì diện tích chiếm đất của nút F = 0.3 0.5 ha.

- Hành trình xe chạy trong nút dài, bất lợi cho xe thô sơphải đi qua vòngxuyến bán kính lớn.

6.3.2. Yêu cầu thiết kế

a. Vận tốc thiết kế

Vận tốc thiết kế phụ thuộc vào cấp đường thiết kế, đối với các đường phố để đảm bảo an toàn giao thông người ta chỉ qui định vận tốc xe 40 50 km/h, khu dân cưvận tốc tối đa là 30 km/h vì vậy vận tốc vào nút có thể thiết kế thấp hơn.

Theo khuyến cáo của AASHTO thì vận tốc thiết kế phù hợp với loại nút theo bảng 6-9a.

b. Các phương pháp tính khả năng thông qua của nút

Đối với nút giao thông hình xuyến (hình6-14), muốn xác định khả năng thông qua thì các xe phải chạy theo luật quy định.

1

2

3

4

qz

qk

Hình 6-14. Sơđồ xác định khả năng thông qua nút hình xuyến

201

Luật này được Liên hợp quốc (UNO) họp năm 1968 tại Viên, quy định “ phải trước trái sau” tức là ưu tiên các xe chạy quanh đảo, xe ở các nhánh muốn vàophải chờ. Khả năng thông xe của đường phụ tính theo lý thuyết quãng thời gian trông. Trên hình 3-38, khả năng thông xe qz của nhánh 2 phụ thuộc vào đường chính quay quanh đảo qk . Có nhiều tác giả dựa trên cơsở lý thuyết này và có kếtquả khác nhau.

Ở Đức, theo Brilon nếu đường vòng và đường vào có một làn xe, thì khả năng thông qua qzđược xác định theo công thức sau:

qz = 1.089. e( - 0,000 72.qk) xe/h (6.7)

Theo công thức trên, khả năng thông qua nhánh qz , chưa xét tới kích thước nút mà chỉ xét tới ảnh hưởng lượng đường vòng q k.

Tác giả Stuwe đã nghiên cứu đưa ra công thức có xét đến ảnh hưởng yếu tố hìnhhọc của nút:

qz = 1.805,16. E( -0,000742.qk) + F(DD) + F ( EM) (6.8)

Trong hai công thức trên qk là lưu lượng trên đường chính, qz là khả năng thông xe của nhánh; DD = A/A ; D – là đường kính đảo tính bằng mét, A - số nhánh của nút; F(DD); F(EM) là các hàm số phụ thuộc các thông số nói trên. Nhưng haicông thức trên vẫn chưa xét tới số làn xe của đường vòng và đường vào nút.

Brilon tiếp tục nghiên cứu và ông đưa ra biểu đồ xác định khả năng thông qua qz của đường vào, phụ thuộc vào lưu lương qk số làn xe của đường vòng và đường dẫn (hình 6-15)

1

2

34

Kh¶ n¨ng th«ng xe L (xe/h)

C­êng ®é xe quanh ®¶o qk (xe/h)

1600

1400

1200

800

600

1000

400

200

050 100 150 200 250 300

1) 2 làn đường vào, 3 làn quanh đảo; 2) 2 làn đường vào, 2 làn quanh đảo;3) 1 làn đường vào ,2-3 làn quanh đảo; 4) 1 làn đường vào , 1 làn quanhđảo

Hình 6- 15. Biểu đồ xác định khả năng thông qua của đường vào qz theo Brilon

202

Với các phương pháp trên cho ta xác định khả năng thông qua của nhánh chứ chưa phải của cả nút. Qua kinh nghiệm thực tế các tác giả đưa ra khả năng thông qua giới hạn nút có 1 làn vòng quanh đảo 25.000 – 28.000 xcqđ/ nđ, nútcó quy mô lớn có thể đạt tới 50.000 – 60.000 xcqđ/nđ. Nhưvậy khả năng thông xe phụ thuộc nhiều vào quy mô nút.

Ở Anh, Nhật người ta dùng công thức thực nghiệm xác định khả năng thông qua của nút. Một nút có sơđồ hình xuyến hình 4- 40, thì khả năng thông qua của cả nút:

Q = K ( W +A ) ( xcqđ/h) (6.9)

W – tổng chiều rộng các đường vào nút ( m)

A – là tổng diện tích mở rộng m2

K – hệ số thông xe tuỳ thuộc vào số nhánh

Nút 3 nhánh K= 80 xcqđ/nh; 4 nhánh k= 60 xcqđ/ h; 5 nhánh k= 55 xcqđ/h

a1 a2

a4 a3

w1

w2

w3

w4

Q = K( W + A )

W = w1 + w2 + w3 + w4

A = a1 + a2 + a3 + a4

Hình 6-16. Sơđồ tra khả năng thông xe nút hình xuyến

Về thời gian chờ trung bình các xe nhiều nước thống nhất dùng công thức sau:

T = e3,15R ( s) (6.10)

R là tỷ số giữ a số xe thực tế và khả năng thông qua cho phép ( lấy bằng 80% khả năng thông qua lý thuyết)

c. Đường kính đảo trung tâm

Khi thiết kế, đối với đảo trung tâm ta cần phải giải quyết 2 vấn đề sau:

* Chọn hình dạng đảo

203

- Nếu nút giao nhau bởi hai đường phố cấp ngang nhau, giao thẳng góc thìcó thể sử dụng đảo trung tâm hình tròn (trường hợp a)

- Nếu đường chính giao với đường phụ, mà ưu tiên giao thông cho hướng chính thì dùng đảo êlíp (trường hợp b)

- Nếu ta cần thoát xe nhanh ra khỏi nút (ví dụ nút ở khu vực quảng trường) thì đảo trung tâm có dạng hình vuông được gọt tròn cạnh (trường hợp c)

- Nếu hướng xe rẽ phải tương đối nhiều thì dùng dạng đảo con thoi.

ab

c d

Hình 6.17. Các dạng đảo trung tâm

* Kích thước đảo

Kích thước đảo phụ thuộc vào tốc độ xe thiết kế, lưu lượng xe vào nút, chiều dài đoạn trộn dòng, số lượng và góc giao nhau giữa các trục đường phố vàonút. Tuy nhiên kích thước đảo càng lớn thì diện tích chiếm dụng đất càngnhiều, hành trình xe trong nút càng tăng. Chúng ta có thể tham khảo các số liệu sau khi thiết kế kích thước đảo:

- Phân loại đảo theo đường kính : đảo nhỏ D= 5 – 25 m, trung bình 25 – 40m, lớn D> 40 m, rất lớn D> 50 m.

- Theo quá trình nghiên cứu và phân tích chế độ chuyển động của xe trêncác đường thì có thể tham khảo ở bảng sau:

204

Bảng 6.3. Đường kính đảo và số làn xe trong vòng xuyến

Đường kính đảo trung tâm(m) 20 40 60 80 100

Số làn xe chạy trong vòng xuyến 1 1 2 2 2

Bề rộng tổng cộng phần xe chạy trong vòng xuyến 6.0 5.8 9.5 9.5 9.0

- Theo Liên Xô cũ, thì tuỳ thuộc vào cấp đường và sốđường vào nút mà lựa chọn đường kính đảo nhưsau:

Bảng 6.4. Cấp hạng đường và đường kính đảo, số nhánh nút

Đường kính đảo khi số đường vào nútCấp hạng kỹ thuật đường 4 5 6

I 120 140 160

II 110 115 130

III 90 95 108

IV - V 50 57 65

- Theo A.A Ruzkov (Nga) thì có thể lựa chọn nhưsau:+ ở các phố dân cưthì Rđảo = 10 m+ Giữa đường phố chính toàn thành phố và đường phố khu vực khi:

lưu lượng xe thấp thì Rđảo = 25 m lưu lượng xe cao thì Rđảo = 40 m

+ Tại các khu công nghiệp, kho tàng thì Rđảo = 25 40 m+ Nút giao của các đường trục có xe điện bánh hơi Rđảo = 40 m.

- Theo qui trình VN 20TCN - 104 - 83 của Việt Nam:

Bảng 6.5. Số nhánh nút và bán kính đảo theo 20TCN-104-83

Số đường phố vào nútTên gọi

3 4 5 6

Bán kính tối thiểu của đảo trung tâm (m) 20 25 30 40

- Theo hướng dẫn AASHTO: người ta không chỉ quan tâm tới đảo chính màquan tâm tới cả đường kính vòng tròn nội tiếp (tức là đường kính ngoài kể cả phần xe chạy quanh nút).

+ Người ta đưa ra đường kính vòng ngoài đối với nút giao thông hìnhxuyến có một làn xe nhưsau (Bảng 6-6a)

205

Bảng 6.6a- Đường kính ngoài của nút hình xuyến đối với nút có 1 làn

Loại vòng xuyến Đường kính ngoài (m)

Vòng xuyến nhỏVòng xuyến trong đô thịLàn đơn thuộc thành phốLàn đơn ngoài thành phố

13 – 2525 – 3030 – 4055 - 60

+ Đối với vòng xuyến có từ hai làn xe quanh đảo trung tâm thì quy định nhưsau (Bảng 6 - 6 b)

Bảng 6.6b- Bề rộng tối thiểu và đường kính đảo

Đường kính ngoài(m)

Bề rộng tối thiểu

đường quanh đảo (m)Đường kính đảo trung tâm (m)

455055606570

9.89.39.19.18.78.7

25.431.436.841.847.852.6

c. Các yếu tố khác

Ngoài đường hình dạng và kính đảo mang tính quyết định khi thiết kế ta cònphải quan tâm đến các yếu tố thiết kế chi tiết như:

- Bề rộng phần xe chạy của vòng xuyến và số làn xe

- Chiều dài của đoạn trộn dòng (có những nơi qui định Ltrộn dòng = (3 4)vmét, với v (m/s)

- Các đảo dẫn hướng (nếu có)

- Các bán kính đường cong vào và ra nút

- Chú ý đường cho người đi bộ. (Hình 6-18) là ví dụ nút giao thông hìnhxuyến với đầy đủ các đảo, vạch, biển báo hướng dẫn cho người đi bộ.

- Trường hợp góc giao nhỏ có thể sử dụng nút giao có hai đảo hình xuyến để giảm quãng đường quay quanh đảo (hình 6.19)

206

Hình 6-18. Nút giao thông hình xuyến với các đảo, vạch chỉ dẫn, biển báo hiệu ở một đầu vào.

Hình 6-19. Nút với hai đảo nhỏ.

Nhận xét chung: Với giao thông đô thị Việt Nam hiện nay là giao thông hỗn hợp với vận tốc thấp nên áp dụng nhiều nút giao hình xuyến với bán kính đảo nhỏ vẫn có hiệu quả, đôi khi với đường phố không phải phố chính đảo trung tâm bán kính chỉ 5-10 mét.

207

6.4. NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC6.4.1. Khái niệm chung

Khi lưu lượng giao thông lớn, nút giao thông cùng mức không đảm bảo thông xe dẫn đến ùn tắc, hay khi đường cao tốc giao nhau với các đường khác thìphải xây dựng nút giao thông khác mức. Nút giao thông khác mức có những ưunhược điểm sau: Ưu điểmKhả năng thông xe lớn, tránh ùn tắc, xe chạy qua nút không phải chờ đợi do đó tiết kiệm thời gian và nhiên liệu. Nhược điểmGiá thành xây dựng cao, chiếm diện tích đất lớn, và nếu không phối hợp tốt sẽ phá vỡ kiến trúc xung quanh, không phù hợp với đô thị có những nhà thấp tầng. Để không phá vỡ kiến trúc xung quanh thì phải làm các đường hầm chui dẫn đến khó khăn trong vấn đề thoát nước và tăng cao giá thành xây dựng.

Chính vì những lý do trên nên nút giao thông khác mức thường được xây dựng ở các cửa ngõ của thành phố, vào bên trong thành phố thì ít được xây dựng.

6.4.2. Các yêu cầu thiết kếa. Hình dạng nút

Việc chọn hình dạng của nút là phụ thuộc vào dòng xe tại nút, theo nguyêntắc ưu tiên hướng có lưu lượng lớn và phụ thuộc vào điều kiện địa hình. Mỗi nút giao thông khác mức phải là công trình hài hoà với địa hình xung quanh vì vậy rất đa dạng. Hình thức nối tiếp gồm nhánh a) rẽ phải, b) rẽ trái bán trực tiếp, c) rẽ trái gián tiếp ở hình 6.20a.

a. rẽ phải b. rẽ trái bán trực tiếp c. rẽ trái gián tiếp

Hình 6.20a. Các hình thức nối tiếp cơbản

208

Các dạng ngã 3 ngã 4 cơbản thường được áp dụng ở các hình sau:

a. Hình kèn trompete b. Hình bóng đèn c. Hình tam giác

Hình 6.20b. Các dạng ngã 3 khác mức

Hình 6.20c. Các dạng ngã 4 khác mức hình hoa thị

209

Hình 6.20d. Các dạng ngã 4 khác mức hình quả trám

Hình 6.20e. Các dạng ngã 4 khác mức đối xứng khác

210

b. Tiêu chuẩn thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế đường người ta thường phân ra đường chính và nhánh.

Bảng 6.7. Loại nhánh và vận tốc thiết Nót kh¸c møc hoµn chØnh Nót kh¸c møc kh«ng hoµn chØnh

Lo¹i nh¸nh

Nöa trùc tiÕp

C¸c c¸ch triÓn tuyÕn

Kh«ng phï hîp Phï hîp Phï hîpKh«ng phï hîp

Trùc tiÕp

Gi¸n tiÕp

(Trùc tiÕp)

R . m

Ph©n nh¸nh tuyÕn

60 - 80 50 - 60 40 - 60 40 - 60

60 - 80

30 - 40

40 - 6040 - 60

40 404030

60 - 80 40 - 80

- Tiêu chuẩn thiết kế đường chính:

Trên các đường chính, các tiêu chuẩn thiết kế độ dốc dọc, mặt cắt ngang, độ dốc ngang, bán kính đường cong bằng, đường cong đứng, tĩnh không phù hợp với tiêu chuẩn của đường trục đó. Trên đường cao tốc độ dốc dọc 4 5 % (thôngthường là 4%, trong trường hợp khó khăn mới dùng 5%) thì tĩnh không là 4.5 m,nếu xét đến nâng cấp đường thì tĩnh không là 4.7 m.

- Tiêu chuẩn đường nhánh:

Yêu cầu về tiêu chuẩn đường nhánh tương ứng với vận tốc thiết kế được lấy ở bảng 6.7 .

211

Đường cong chuyển tiếp trên bình đồ dùng đường cong Clôtôit với tham số A = 1/3 R, với những đường cong có R = 40 60 m lấy A = R.

Độ dốc dọc qui định ở bảng 6.8, nhưng trường hợp khó khăn có thể sử dụng i = 10% trên hướng xuống dốc.

Mặt cắt trên đường nhánh phụ thuộc vào lưu lượng giao thông có thể tham khảo ở hình 6.24 hoặc 6.25, đoạn giữa đường nhánh thường thiết kế hai làn xe có dải phân cách hoặc không dải phân cách.

Độ dốc ngang trên đường nhánh phụ thuộc vào bán kính đường cong vàvận tốc thiết kế, độ dốc ngang lấy là 2% , trong đường cong tham khảo ở hình 6.21

Thiết kế các làn quá độ theo nguyên tắc chiều rộng tăng từ từ, góc mở 120,quan hệ giữa chiều dài và chiều rộng đoạn tách và nhập tham khảo ở hình6.22 và 6.23.

Ngã ba trên đường cấp thấp thường có các đảo dẫn hướng, tại đó các xe phải chạy theo luật đường chính đường phụ hoặc được điều khiển bằng đèn tín hiệu.

Bảng 6.8. Quan hệ giữa vận tốc thiết kế và yếu tố kỹ thuật đường nhánh

Giới hạn các yếu tố thiết kế và vận tốc thiết kế Vtk (km/h)Các yếu tố thiết kế Ký hiệu

30 40 50 60 70 80

Bán kính đường cong bằng R [m] 25 50 80 130 190 280

Độ dốc dọc: Lên dốc + i [%] 5.0

Xuống dốc - i [%] 6.0

Bán kính đường cong đứng lồi Rlồi [m] 500 1000 1500 2000 2800 4000

Bán kính đường cong đứng lõm Rlõm [m] 250 500 750 1000 1400 2000

Độ dốc ngang min Inmin [%] 2.5

Độ dốc ngang max Inmax [%] 6.0

Độ dốc phụ thêm ở cạnh i [%] 0.1a (a là khoảng cách từ mép tới trục quay [m]

Tầm nhìn tối thiểu Sh [m] 25 30 40 60 85 115

212

Hình 6.21. Quan hệ giữa bán kính cong, vận tốc và độ dốc ngang đường nhánh

213

Hình 6.22. Thiết kế làn nhập dòng trên đường nhánh

Hình 6.23. Thiết kế đoạn tách làn trênđường chính

214

Hình 6.24. Các dạng mặt cắt ngang nhánh rẽ 1 chiều

Hình 6.25. Các dạng mặt cắt ngang nhánh rẽ 2 chiều

215

Ln

Lzin =en - i

in i

en en enena=lnlz

lna=lz

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.045

0.500

0.405

0.320

0.245

0.180

0.125

0.080

0.020

0.005

0.000

0.035

0.045

0.055

0.065

0.075

0.085

0.095

0.005

0.015

0.0250.65

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.60

0.55

0.50

0.755

0.820

0.875

0.920

0.955

0.980

0.995

1.000

0.500

0.595

0.680

0.005

0.015

0.025

0.035

0.045

0.055

0.065

0.075

0.085

0.095

Hình 6.26. Quan hệ giữa chiều rộng, chiều dài trên các đoạn tách nhập làn

MÆt c¾t C

MÆt c¾t A

Hình 6.27. Các yếu tố cơbản nhánh nút giao thông khác mức không hoàn chỉnh.

Nút giao thông khác mức là công trình phức tạp, kiến trúc công trình có ý nghĩalớn đối với khu vực. Trong giáo trình này chỉ đưa ra các kiến thức cơbản các tiêu chuẩn và định hướng, còn quyết định cụ thể phụ thuộc vào người thiết kế.

216

MỘT SỐ HÌNH ẢNH NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC ĐỂ BẠN ĐỌC THAM KHẢO, PHÂN TÍCH

217

------o0o-------

218

219

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. CHXHCNVN. Tiêu chuẩn Việt Nam. Đường ô tô – Yêu cầu thiết kếTCVN 4054-05, Hà Nội 2005

2. CHXHCNVN. Tiêu chuẩn Việt Nam. Đường ô tô cao tốc – Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5729-97, Hà Nội 1997

3. Nghị định số 186/2004/NĐ-CP ngày 05 tháng 11năm 2004 của Chính phủQuy định về quản lý và bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ

4. Bộ giao thông vận tải, 22TCN 273-01 Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô.

5. Nguyễn Quang Chiêu, Đỗ Bá Chương, Dương Học Hải, Nguyễn Xuân Trục. Thiết kế đường ô tô, tập 1. NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 1990.

6. GS.TS Đỗ Bá Chương. Thiết kế đường ô tô, tập 1. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 2001.

7. Đỗ Bá Chương, Nguyễn Quang Đạo. Nút giao thông trên đường ô tô, tập1. NXB Giáo dục. Hà Nội, 2000

8. Nguyễn Văn Định. Giáo trình thiết kế đường ô tô, tập 1. Trường đại học Giao thông sắt bộ, Hà Nội 1969

9. GS.TS Dương Học Hải. Thiết kế đường cao tốc. Nhà xuất bản KHKT, 2000.

10. GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục, GS.TS Dương Học Hải, PGS.TS Vũ ĐìnhPhụng – Sổ tay thiết kế đường ô tô - Nhà xuất bản Giáo dục, 2001.

11. PGS.TS Nguyễn Quang Toản. Thiết kế đường ô tô hiện đại. Bài giảng cao học. Đại học GTVT 2000.

12. Nguyễn Quang Phúc. Bài giảng thiết kế đường ô tô, ĐH GTVT 2005

13. PGS.TS Nguyễn Xuân Vinh. Phương pháp thiết kế tuyến Clothoid cho đường ô tô. Nhà xuất bản Xây dựng, 2006.

14. Trương Đình Giai – Thiết kế tuyến đường ô tô cao tốc – Nhà xuất bản GTVT, 2002. Người dịch KS. Đinh Việt Hồng, hiệu đính GS. Nguyễn Quang Chiêu.

15. AASHTO. A policy on Geometric Design of Highway and Streets.Whasington 1994.

16. Caltrans Highway Design Manual, California 2004. http://www.dot.ca.gov

17. Highway Capacity Manual. 2000

18. Convention on Road Traffic . Geneva, 19 September 1949

220

19. Werner Schnabel/ Dieter Lohse – Grund lagend der strassenvierkehrstechnik und der verkchrs planung – Verlg fun Bawesen – 1997.

20. Wolf – Strassen Plannung – Werner Verlag – 2004.

21. Richtlinien für die Anlage von Straβen – Linienführung (RAS-L) Ausgabe1995 (Tiêu chuẩn thiết kế yếu tố hình học đường ô tô của CHLB Đức)

221

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 – CÁC KHÁI NIỆM SỬ DỤNG TRONG MÔN HỌC THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ

5

1.1 ĐƯỜNG BỘ VÀ MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG BỘ 5

1.1.1 Tầm quan trọng của mạng lưới đường bộ trong đời sống xãhội

5

1.1.2 Mạng lưới đường bộ Việt Nam, hiện tại và tương lai pháttriển

9

1.2 CÁC BỘ PHẬN CỦA ĐƯỜNG BỘ 14

1.2.1 Tuyến đường 14

1.2.2 Các bộ phận của đường 17

1.2.3 Các bộ phận đặc biệt của đường 19

1.2.4 Các khái niệm về giao thông đường ô tô 19

1.3 PHÂN LOẠI ĐƯỜNG BỘ 31

1.3.1 Các kiểu phân loại đường bộ 31

1.3.2 Phân loại đường theo tầm quan trọng về giao thông. 32

1.3.3 Phân loại đường theo cấp quản lý 32

1.3.4 Cấp hạng kỹ thuật của đường ô tô công cộng 33

1.3.5 Cấp hạng kỹ thuật của đường ô tô cao tốc 35

1.4 NHỮNG LÝ THUYẾT (MÔ HÌNH) SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG

36

1.4.1 Các yêu cầu đối với thiết kế hình học đường 36

1.4.2 Lý thuyết động lực học chạy xe (mô hình xe-đường) 36

1.4.3 Lý thuyết thiết kế theo nguyện vọng của người tham gia giao thông (mô hình xe-đường-người lái-môi trường chạy xe)

37

1.5 CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA NÓ.

40

1.6 MÔN HỌC THIẾT KẾĐƯỜNG Ô TÔ 41

222

CHƯƠNG 2 - SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG 432.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG KHI XE CHẠY 43

2.1.1 Lực cản 43

2.1.2 Lực kéo và quá trình sinh ra sức kéo 46

2.2 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ BIỂU ĐỒ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC

48

2.3 LỰC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG 50

2.4 SỰ HÃM XE VÀ CỰ LY HÃM XE 53

2.5. TẦM NHÌN XE CHẠY. 55

2.5.1 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 1 55

2.5.2 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 2 56

2.5.3 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 3 57

2.5.4 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơđồ 4 58

2.6 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐOÀN XE KÉO MOÓC 61

2.7. TÍNH HAO TỔN NHIÊN LIỆU VÀ HAO MÒN LỐP TRÊNĐƯỜNG

62

2.7.1 Tính hao tổn nhiên liệu 62

2.7.2 Hao mòn săm lốp 64

CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN 653.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠBẢN 65

3.1.1 Khái niệm 65

3.1.2 Phương hướng cánh tuyến 65

3.1.3 Những yêu cầu chung đối với tuyến trên bình đồ 65

3.1.4 Những nguyên tắc cơbản khi vạch tuyến, định tuyến 653.2 THIẾT KẾ CÁC ĐOẠN TUYẾN NẰM TRÊN ĐƯỜNG THẲNG

68

3.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG ĐƯỜNG CONG TRÒN.

69

3.4 LỰC NGANG VÀ LỰA CHỌN HỆ SỐ LỰC NGANG 703.4.1 Điều kiện ổn định chống lật. 71

223

3.4.2 Điều kiện ổn định chống trượt ngang. 723.4.3 Điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách. 733.4.4 Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp. 73

3.4.5 Lựa chọn hệ số lực ngang tính toán 73

3.5 SIÊU CAO VÀ BỐ TRÍ ĐOẠN NỐI SIÊU CAO 743.5.1 Siêu cao, tác dụng của siêu cao 743.5.2 Độ dốc siêu cao 753.5.3 Đoạn nối siêu cao và các phương pháp nâng siêu cao 76

3.6 MỞ RỘNG PHẦN XE CHẠY TRONG ĐƯỜNG CONG 84

3.6.1 Tính toán độ mở rộng 84

3.6.2 Bố trí độ mở rộng mặt đường trong đường cong 85

3.7 THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ ĐƯỜNG CONG TRÒN 86

3.7.1 Lựa chọn bán kính đường cong tròn 88

3.7.2 Nối tiếp các đường cong tròn. 893.8 ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP 91

3.8.1 Tác dụng của đường cong chuyển tiếp 91

3.8.2 Xác định chiều dài của ĐCCT 91

3.8.3 Nghiên cứu dạng hình học của đường cong chuyển tiếp 92

3.8.3.1 Đường cong clothoid. 93

3.8.3.2 Đường hoa thị Lemniscat Becnulli 97

3.8.3.3 Đường cong cong parabol bậc 3 98

3.8.3.4 Các đường cong khác. 98

3.9 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG CONG CLOTHOID 99

3.9.1 Đường cong tròn nối hai đầu bằng hai đường cong chuyển tiếp đối xứng.

101

3.9.2 Đường cong tròn nối hai đầu bằng hai đường cong chuyển tiếp không đối xứng.

104

3.9.3 Đường cong tổng hợp bao gồm hai nhánh clothoid đối đầu 106

3.9.4 Đường cong chữ S 109

3.9.5 Đường cong xoắn ốc 111

3.9.6. Đường cong chuyển tiếp bằng các nhánh đường clothoid nối 112

224

tiếp nhau.

3.9.7. Đường cong chữ C 113

3.10 ĐẢM BẢO TẦM NHÌN TRÊN ĐƯỜNG CONG NẰM. 114

3.10.1 Phương pháp đồ giải 114

3.10.2 Phương pháp giải tích 114

3.10.3 Đảm bảo tầm nhìn ban đêm 118

3.11 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN KHI THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN

119

3.11.1 Hệ số thay đổi độ ngoặt của đường cong CCRS (CurvatureChange Rate)

111

3.11.2 Độ cong DC (Degree of Curve) 121

3.11.3 Xác định tốc độ khai thác với suất bảo đảm 85% (V85%) 121

3.11.4 Công thức xác định hệ số lực ngang thiết kế (μRA) và hệ số lực ngang yêu cầu (μRD)

122

3.11.5 Thiết lập các tiêu chuẩn an toàn 122

CHƯƠNG 4 – THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG 1254.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ DỐC DỌC CỦA ĐƯỜNG 125

4.1.1 Xác định độ dốc dọc của đường – Bài toán kinh tế-kỹ thuật 125

4.1.2 Quy định khi xác định độ dốc và chiều dài đoạn dốc: 126

4.1.3 Chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ:

127

4.2 ĐƯỜNG CONG ĐỨNG. 128

4.2.1 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi 128

4.2.2 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm: 129

4.2.3 Lựa chọn bán kính đường cong đứng 1304.3 TÍNH TOÁN VÀ CẮM ĐƯỜNG CONG ĐỨNG 131

4.3.1 Các công thức tính toán cơbản 131

4.3.2 Trình tự tính toán và cắm đường cong đứng 132

4.4 NHỮNG YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC CƠBẢN KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC.

133

4.4.1 Các yêu cầu và nguyên tắc cơbản khi thiết kế trắc dọc 133

225

4.4.2 Xác định các điểm khống chế khi thiết kế đường đỏ - ảnh hưởng của điều kiện địa hình khi thiết kế trắc dọc.

134

4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ÔTÔ 1364.6 PHƯƠNG PHÁP LẬP ĐỒ THỊ TỐC ĐỘ XE CHẠY VÀ TÍNHTHỜI GIAN XE CHẠY.

140

4.6.1 Lập đồ thị vận tốc xe chạy 140

4.6.2 Vận tốc trung bình và thời gian xe chạy trung bình 142

4.6.3 Đánh giá phương án thiết kế theo hệ số an toàn 143

4.7 TRẮC NGANG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CHỦ YẾU CỦA TRẮC NGANG

144

4.7.1 Bề rộng phần xe chạy 1444.7.2 Lề đường 145

4.7.3 Dải phân cách giữa 146

4.7.4 Dải phân cách bên 147

4.7.5 Phạm vi bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ 149

4.8 LÀN PHỤ LEO DỐC VÀ LÀN CHUYỂN TỐC 149

4.8.1 Làn phụ leo dốc 149

4.8.2 Làn chuyển tốc 150

4.9 NĂNG LỰC THÔNG HÀNH CỦA ĐƯỜNG. 151

4.9.1 Mô hình động lực học đơn giản 151

4.9.2 Quan điểm của Nga 153

4.9.3 Quan điểm của HCM 157

4.9.3 Phương pháp mô phỏng xác định năng lực thông hành 159

4.10 XÁC ĐỊNH SỐ LÀN XE TRÊN ĐƯỜNG 161

4.10.1 Xác định số làn xe trên mặt cắt ngang của đường 161

4.10.2 Dự báo lượng giao thông năm tương lai 162

CHƯƠNG 5 - THIẾT KẾ CẢNH QUAN VÀ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ

163

5.1 MỤC ĐÍNH THIẾT KẾ CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ 163

5.2 SỰ KẾT HỢP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẢNH QUAN MÔI 164

226

TRƯỜNG

5.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cảnh quan 164

5.2.2 Nguyên tắc đi tuyến ở vùng đồng bằng và thảo nguyên 164

5.2.3 Nguyên tắc đi tuyến vùng đồi 165

5.1.4 Nguyên tắc đi tuyến vùng núi 165

5.3 ĐI TUYẾN THEO ĐƯỜNG TANG VÀ TUYẾN CLOTHOID 165

5.4 SỰ PHỐI HỢP CÁC YẾU TỐ CỦA TUYẾN 166

5.4.1 Mục đích phối hợp các yếu tố của tuyến 166

5.4.2 Phối hợp các yếu tố trên bình đồ. 166

5.4.3 Phối hợp các yếu tố trên trắc dọc 168

5.4.4 Phối hợp bình đồ và mặt cắt dọc. 168

5.4.5 Phối hợp giữa bình đồ, trắc dọc và trắc ngang 172

5.4.6 Phối hợp giữa tuyến đường và công trình. 173

5.4.7 Sự kết hợp với cảnh quan. 173

5.4.8 Thiết kế trồng cây phối hợp với tuyến đường 173

CHƯƠNG 6 -THIẾT KẾ NÚT GIAO THÔNG 1856.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NÚT GIAO THÔNG 185

6.1.1. Khái niệm chung về nút giao thông. 185

6.1.2. Phân loại nút giao thông 187

6.1.3. Các yêu cầu khi thiết kế xây dựng nút giao thông . 187

6.1.4. Lựa chọn loại hình nút 188

6.1.5. Các tài liệu cần điều tra khảo sát khi thiết kế nút. 188

6.2. THIẾT KẾ NÚT GIAO CÙNG MỨC 189

6.2.1.Khái niệm chung và yêu cầu thiết kế 189

6.2.2. Nút giao cùng mức đơn giản. 191

6.2.3.Nút giao cùng mức có bố trí thêm làn xe rẽ trái, phải (mở rộng).

193

6.2.4. nút giao thông có sử dụng đảo dẫn hướng (nút kênh hoá) 195

6.3. NÚT GIAO THÔNG HÌNH XUYẾN 198

227

6.3.1. Khái niệm chung 198

6.3.2. Yêu cầu thiết kế 200

6.4. NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC 207

6.4.1. Khái niệm chung 207

6.4.2. Các yêu cầu thiết kế 207

TÀI LIỆU THAM KHẢO 219

MỤC LỤC 221