Giáo trình Thiết kế đường ô tô

75 trang phuongnguyen 4420

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thiết kế đường ô tô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_thiet_ke_duong_o_to.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thiết kế đường ô tô

TỔNG CÔNG TY XÂY DỰNG TRƯỜNG SƠN TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ 1
NĂM 2007 TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ NGUYỄN TIẾN SỸ THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ Tài liệu dùng cho giảng dạy và học tập hệ THCĐ thời gian đào tạo 24 tháng 2
HÀ TÂY - NĂM 2007 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang Chương 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Vai trò của đường ô tô trong giao thông vận tải 1.2 Các bộ phận của đường ô tô 1.3 Quan hệ giữa ô tô và đưòng 1.4 Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005 Chương 2 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG 2.1 Những khái niệm cơ bản 2.2 Thiết kế các yếu tố kỹ thuật trong đường cong nằm 2.3 Sự phối hợp giữa đoạn thẳng và đoạn cong trên bình đồ 2.4 Phối hợp giữa tuyến đường và cảnh quan Chương 3 THIẾT KẾ TRÊN MẶT CẮT DỌC TUYẾN ĐƯỜNG 3.1 Định nghĩa và yêu cầu của mặt cắt dọc 3.2 Chọn độ dốc và chiều dài dốc 3.3 Thiết kế đường cong đứng 3.4 Giảm độ dốc dọc trên đường cong nằm có bán kính nhỏ 3.5 Trắc dọc ở những nơi có công trình nhân tạo 3.6 Các phương pháp thiết kế trắc dọc Chương 4 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG NỀN ĐƯỜNG 4.1 Khái niệm về mặt cắt ngang nền đường 4.2 Các quy định về mặt cắt ngang (Theo TCVN 4054 - 2005) 4.3 Các yêu cầu chung khi thiết kế nền đường 4.4 Đất đắp nền đường 4.5 Thiết kế mặt cắt ngang nền đường 4.6 Các loại biến dạng của nền đường 4.7 Gia cố ta luy Chương 5 TÍNH KHỐI LƯỢNG NỀN ĐƯỜNG,ĐIỀU PHỐI VÀ VẬN CHUYỂN ĐẤT 5.1 Tính khối lượng đất đá 5.2 Điều phối và vận chuyển đất đá Chương 6 THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC 6.1 Quy hoạch hệ thống các công trình thoát nước 6.2 Hệ thống thoát nước mặt 6.3 Hệ thống thoát nước ngầm 3
Chương 7 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG 7.1 Yêu cầu chung và cấu tạo kết cấu áo đường 7.2 Phân loại áo đường 7.3 Thiết kế cấu tạo áo đường mềm 7.4 Tính toán cường độ và bề dày áo đường mềm 7.5 Thiết kế áo đường cứng (áo đường bê tông xi măng) Chương 8 KHẢO SÁT TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ 8.1 Mục đích, nhiệm vụ và các giai đoạn khảo sát đường ô tô 8.2 Khảo sát để lập báo cáo tiền khả thi và lập báo cáo khả thi 8.3 Khảo sát để lập thiết kế kỹ thuật (Hoặc TKKT thi công) 8.4 Khảo sát để lập thiết kế bản vẽ thi công 8.5 Khảo sát đường hiện hữu TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập trong nhà trường và kịp thời cập nhật những tiêu chuẩn, quy trình mới vào trong quá trình giảng dạy, trường THCĐ &DN tổ chức biên soạn và chỉnh lý lại giáo trình: Thiết kế đường ô tô dùng cho hệ THCN ngành cầu đường bộ, với thời gian đào tạo 24 tháng. 4
Giáo trình thiết kế đường ô tô gồm 8 chương được biên soạn và chỉnh lý theo chương trình đào tạo THCĐ 24 tháng đã được Tổng giám đốc TCTXD Trường Sơn phê duyệt. Trong quá trình biên soạn và chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô lần này, chúng tôi đã cố gắng lược bỏ và bổ sung những nội dung cần thiết, cô đọng, vận dụng các quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật mới nhất vào từng phần để có cuốn sách sát với thực tế. Quá trình biên soạn và chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô chúng tôi đã nhận được sự tham gia đóng góp những ý kiến quý báu của các đồng chí cán bộ giáo viên trong nhà trường: Đặng Công Tôn; Nguyễn Văn Bản; Nguyễn Đình Hoàng; Nguyễn Văn Doanh và các đồng nghiệp khác trong nhà trường. Dù đã được chỉnh lý và biên soạn lại nhưng chắc không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp của đông đảo các bạn trong và ngoài nhà trường. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Cầu Đường –Trường THCĐ&DN. Chúng hết sức cảm ơn những ý kiến đóng góp của các bạn. Tháng 1 1năm 2007 TÁC GIẢ MỞ ĐẦU Thiết kế đường ô tô là môn học chuyên ngành trong chương trình đào tạo kỹ thuật viên ngành cầu đường bộ. Nội dung môn học nghiên cứu các nguyên lý và phương pháp thiết kế tuyến đường, các công trình trên đường để đảm bảo cho 5
đường ô tô thực hiện vai trò của nó trong hệ thống giao thông vận tải một cách tốt nhất. Nội dung môn học bao gồm: -Những khái niệm chung về đường ô tô: Các bộ phận của đường; Quan hệ giữa ô tô và đường; Một số trích dẫn trong TCVN 4054-2005. -Phương pháp thiết kế: Bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cátd ngang và nền đường, thiết kế thoát nước, thiết kế mặt đường mềm (đối với mặt đường cứng chỉ có tính chất giới thiệu). -Cách tính toán khối lượng nền đường, cách điều phối và vận chuyển đất. -Nội dung công tác khảo sát tuyến đường ô tô. Môn học có thời gian 80 tiết gồm 7 chương ( chương 8 được giới thiệu trong phần thực tập khảo sát thiết kế) và để bổ trợ, ứng dụng vào thực tiễn sau đó là chương trình khảo sát thiết kế tại hiện trường với thời gian 3 tuần. Cụ thể như sau: -Một số khái niệm chung về đường ô tô. -Thiết kế bình đồ tuyến đường. -Thiết kế trên mặt cắt dọc tuyến đường. -Thiết kế mặt cắt ngang nền đường. -Tính khối lượng nền đường, điều phối và vận chuyển đất. -Thiết kế thoát nước. -Thiết kế áo đường. Vì môn học “Thiết kế đường ô tô” là một môn khoa học có tính chất tổng hợp và nội dung của nó đề cập đến nhiều vấn đề nên khi học và làm công việc thiết kế đường cũng phải có quan điểm tổng hợp, xét toàn diện các nhân tố ảnh hưởng, không chỉ nặng về tính toán mà phải chú trọng cả các biện pháp cấu tạo, biện pháp kỹ thuật, không chỉ đáp ứng các yêu cầu đối với đường một cách cứng nhắc mà phải giải quyết trong điều kiện thiên nhiên cụ thể. Phải có quan điểm kinh tế - kỹ thuật – xã hội, nghĩa là tiết kiệm trên cơ sở đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu phục vụ rộng rãi của đường, phải luôn luôn ghi nhớ mục tiêu thiết kế đường là an toàn – tiện lợi – kinh tế. Nhưng trong phạm vi giáo trình này với mục đích đặt ra của môn học là trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản nhất trong công tác thiết kế, biết vận dụng các quy trình quy phạm để thiết kế một tuyến đường không phức tạp, nên không đi sâu vào một số vấn đề có tính chất chuyên sâu. Khi nghiên cứu môn học này học viên đã được trang bị những kiến thức cơ bản của các môn học như: Đo đạc công trình; Vật liệu xây dựng; Thuỷ lực thuỷ văn; Vẽ kỹ thuật đó là cơ sở cho học viên tiếp thu kiến thức của giáo trình này. Đồng thời với việc nắm vững kiến thức học viên phải biết vận dụng vào trong thực hành thực tập khảo sát thiết kế đường, cũng như trong thực tế thi công cầu đường ở công trường hiện nay. Ngoài ra để hoc tập tốt môn học này, học viên cần tham khảo thêm các tài liệu sau: -Các tiêu chuẩn về thiết kế đường ô tô. 6
-Các định hình thiết kế cống, tường chắn -Các bản vẽ thiết kế hiện hành. CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 7
1.1 Vai trò của đường ô tô trong giao thông vân tải: Trong các hình thức vận tải: Vận tải thuỷ, vận tải hàng không, vận tải đường sắt,vận tải đường bộ thì vận tải đường bộ là một bộ phận rất quan trọng của ngành vận tải. Vận tải đường bộ chủ yếu là đường ô tô có vai trò quan trọng bởi có các đặc điểm sau: -Có tính cơ động cao và vận chuyển trực tiếp không cần qua các phương tiện trung gian. - Đường ô tô đòi hỏi vốn đầu tư ít hơn đường sắt, độ dốc dọc lớn hơn nên đi được đến các nơi có địa hình hiểm trở. Vì vậy về mặt chính trị, quốc phòng đây là một ngành vận tải rất quan trọng. -Tốc độ vận tải khá lớn nhanh hơn đường thuỷ, tương đương đường sắt, ở cự ly ngắn trên các trục đường cấp cao có thể cạnh tranh với hàng không. - Cước phí vận tải rẻ hơn nhiều so với đường hàng không nên lượng vận chuyển hành khách và hàng hoá bằng đường bộ chiếm tỷ trọng lớn . Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của vận tải ô tô là tai nạn giao thông cao. Hàng năm số người chết, bị thương vẫn không giảm và có xu hướng tăng lên. Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới WHO hàng năm trên thế giới có 1,2 triệu người chết và hàng chục triệu người bị thương, ở nước ta trong những năm gần đây mặc dù hệ thống đường bộ đã được đầu tư đáng kể nhưng tai nạn giao thông hàng năm vẫn cướp đi hàng chục nghìn sinh mạng mỗi năm. Từ những đặc điểm trên người làm công tác thiết kế phải có giải pháp cần thiết phù hợp để thiết kế tuyến đường cho các phương tiện tham gia giao thông trên đường được an toàn, thuận lợi, kinh tế, giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông . 1.2 Các bộ phận của đường ô tô: * Khái niệm về đường ô tô: Đường ô tô là sản phẩm của nghành xây dựng các công trình giao thông, là một dải trong không gian gồm nhiều bộ phận , là tổng hợp các công trình và các trang thiết bị nhằm phục vụ giao thông trên đường được nhanh chóng thuận tiện, an toàn. Thông thường một truyến đường ô tô thường được thể hiện trên 3 bản vẽ cơ bản: Bình đồ, Mặt cát dọc, Mặt cắt ngang. Nội dung cụ thể và việc thiết kế các bản vẽ sẽ được lần lượt nghiên cứu ở các chương sau. Để thuận lợi cho việc thiết kế tuyến đường cần phải nắm được các bộ phận cơ bản của đường ô tô thông qua việc xét một mặt cắt ngang đường (Hình 2- 1) 8
4 3 2 1 2 7 9 8 5 6 h×nh 1-1 1.Phần xe chạy 5.Nền đường 2.Lề đường 6.Tim đường 3. Mái đường 7.Vai đường 4.Dải đất ven đường 8.Mép phần xe chạy 9.Đỉnh mui luyện 1.2.1. Tim đường: Tim đường là trục đối xứng của nền đường và mặt đường (Trừ trường hợp trong đường cong phải mở rộng mặt đường và nền đường). Nối các điểm tim đường trong một đoạn tuyến thành tuyến đường của đoạn tuyến đó. Tập hợp các điểm tim đường là đường cong trong không gian, nó gồm các đoạn thẳng nối tiếp với các đoạn cong (Trên bình đồ) và những đoạn bằng đoạn dốc (Trên cắt dọc). 1.2.2 Phần xe chạy: Còn gọi là phần mặt đường, là bộ phận quan trọng nhất của đường do phải chịu tác dụng trực tiếp của xe chạy và tác dụng của thiên nhiên nên thường được tăng cường bằng các loại vật liệu khác nhau. Mặt đường gồm một số nguyên các làn xe: từ 1 hoặc nhiều làn xe tuỳ theo cấp kỹ thuật của đường ô tô (Bề rộng một làn xe từ 2,75 m - 3,75m) 1.2.3 Nền đường: Nền đường là phần nền tảng của xe chạy, là bộ phận chống đỡ đảm bảo cường độ của phần xe chạy được ổn định và chịu tác dụng của nhân tố tự nhiên. Nền đường bao gồm: phần xe chạy, lề đường; khi cần thiết có bố trí giải phân cách, các làn xe phụ . 1.2.4. Lề đường: Trên bề mặt nền đường hai bên phần xe chạy là lề đường. Lề đường có tác dụng chắn giữ các vật liệu đã xây đắp thành mặt đường, là chỗ đỗ xe tạm thời, chỗ dành cho xe thô sơ và người qua lại lề đường tối thiểu rộng 1,5m và có thể có gia cố nhưng phần lề đất tối thiểu phải đạt 0,5m. 9
1.2.5. Mép mặt đường: Là đường ranh giới giữa lề đường và mặt đường. 1.2.6. Ta luy đường: Phần giới hạn hai bên bề mặt nền đường gọi là mái đường (Ta luy).Tuỳ theo điều kiện địa hình và thiết kế mà có ta luy đào hay ta luy đắp. Độ dốc mái ta luy căn cứ vào vào chiều cao đào đắp, địa chất, khí hậu, thuỷ văn 1.2.7. Mốc lộ giới: Là chỗ cọc mốc được cắm ở mép ngoài cùng của khoảng đất hành lang đường bộ theo chiều ngang đường. 1.3 Quan hệ giữa ô tô và đường 1.3.1 Tác dụng của ô tô trên mặt đường: 1.3.1.1 Tác dụng của lực thẳng đứng (Trọng lực của ô tô): Lực thẳng đứng bao gồm tự trọng và tải trọng của ô tô tác dụng xuống mặt đường và nền đường thông qua mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Áp lực đơn vị trên mặt tiếp xúc phụ thuộc vào sự lớn, nhỏ của tải trọng và áp lực không khí trong bánh xe. Tác dụng của lực thảng đứng thường gây cho mặt đường bị lún và rạn nứt. 1.3.1.2. Sự hãm xe: Khi tham gia giao thông trên đường trong nhiều tình huống phải hãm xe, khi hãm xe lực hãm lớn nhất phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa lốp xe với mặt đường và có trị số: Ph = Tmax = G trong đó: : hệ số ma sát G: Trọng lượng của toàn bộ ô tô Khi hãm xe tất cả các lực cản đều tham gia vào nhưng đều không đáng kể, chỉ đáng kể là dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4% chiều dài hãm xe tăng lên đáng kể, lúc đó: : Ph = Tmax Pi = .G i.G = G( i) Dấu (+) khi xe lên dốc, dấu (- ) khi xe xuống dốc 1.3.1.3. Lực cản lăn: Khi xe chạy tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực cản lăn. Lực này tác dụng ngược chiều với chiều chuyển động của xe .Lực cản lăn là một loại ma sát giữa lốp xe và mặt đường, sinh ra do biến dạng của lốp xe và biến dạng của mặt đường làm cản trở xe chạy, do chấn động và xung kích khi xe chạy trên mặt đường không bằng phẳng, do ma sát trong các ổ trục bánh xe khi xe chạy. Theo thực nghiệm lực cản lăn tỷ lệ thuận với trọng lượng tác dụng trên bánh xe : Pf=f G (Kg) Trong đó: G: Tải trọng tác dụng trên bánh xe (Kg). 10
f: Hệ số lực cản lăn, không thứ nguyên phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tình trạng và loại mặt đường . Trong điều kiện lốp xe cứng, tốt hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào loại mặt đường và chất lượng mặt đường như sau: Bảng 1-1 Hệ số sức cản lăn trung bình f Loại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f Bê tông XM và BT nhựa 0,01-0,02 Đường đất khô và bằng phẳng 0,04-0,05 Đá dăm và sỏi cuội đen 0,02-0,025 Đường đất ẩm không bằng phẳng 0,07-0,15 Đá dăm trắng 0,03-0,05 Đường cát khô rời rạc 0,15-0,30 Đường lát đá 0,04-0,05 1.3.1.4.Tác dụng khi bánh xe quay trượt: Khi xe đi vào chỗ mặt đường lầy lội, nếu bánh xe sau bị sa lầy chỉ quay mà không chạy (hoặc bánh trước đi vầo chỗ lầy trượt mà không quay). Đó là hiện tượng quay trượt của bánh xe trên đường mà ta còn gọi là Pa tilê. Hoặc khi lên dốc người lái xe phải tăng ga, bánh xe cũng quay trượt làm phát sinh vệt bánh xe. 1.3.2 Tác dụng của đường đối với xe chạy: 1.3.2.1 Lực bám: Như hình vẽ 1-2 ta thấy rằng: Lực kéo được hình thành từ công suất động cơ, khi xe chạy nhiên liệu trong động cơ được chuyển hoá từ nhiệt năng thành cơ năng và truyền tới bánh xe chủ động một mô men quay Mk. Mô men này gây ra lực kéo Pk tác dụng lên mặt đường qua vệt tiếp xúc và nếu đủ sức bám giữa bánh xe với mặt đường thì mặt đường tác dụng trở lại bánh xe một phản lực T. Phản lực này rất cần thiết để điểm tiếp xúc trở thành một tâm quay tức thời, khi đó xe mới chuyển động được. Phản lực T về giá trị cân bằng với lực kéo Pk nhưng ngược chiều chuyển động và được gọi là lực bám của bánh xe với mặt đường. Trong đó: rk: Bán kính bánh xe chủ động kể cả biến dạng (rk =0.93-0.95 r0) r0: Bán kính bánh xe chủ động Pk: Lực kéo Mk: mô men quay Mk Quan hệ giữa Pk và T: + T là một lực bị động : Pk nhỏ thì T cũng nhỏ, Pk lớn thì T cũng lớn theo nhưng lực bám Tkhông thể tăng lên được mãi mà nó chỉ đạt đến một giá trị được gọi là Tmax +Nếu Pk> Tmax thì điểm tiếp xúc không trở thành tâm quay tức thời được và bánh xe quay tại chỗ (Patilê) +Nếu Pk Tma x điểm tiếp xúc trở thành tâm quay tức thời và xe chuyển động được Lực bám lớn nhất: Tmax = Gb 11
Như vậy điều kiện chuyển động của ô tô về mặt lực bám là: Pk Tmax = Gb Trong đó : Gb trọng lượng xe trên trục chủ động - xe con Gb= ( 0.5-0.55) G -xe tải Gb=(0.65-0.70) G G:trọng lượng của xe : Hệ số bám (hệ số ma sát) giữa bánh xe với mặt đường phụ thuộc vào tình trạng mặt đường và độ nhám của lớp mặt. Bảng 1- 2 Trị số hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạyHệ số Khô sạch Rất thuận lợi 0,7 Khô sạch Bình thường 0,5 Ẩm và bẩn Không thuận lợi 0,3 1.3.2.2 Sức cản khi lên dốc: Lực cản leo dốc sinh ra khi xe phải khắc phục một cao độ. Giả thiết xe phải leo một độ cao h trên một chiều dài l, với trọng lượng của xe G, xe phải sản ra một công phụ leo dốc G.h trên chiều dài l. Như vậy, lực cản leo dốc được tính theo công thức: Pi=G h/l = (G i) Trong đó : h: độ cao xe phải leo l: chiều dài đoạn xe phải leo G :trọng lượng của xe i=h/l độ dốc của đường dấu (+) : khi leo dốc dấu ( - ) : khi xuống dốc 1.3.2.3.Do chất lượng mặt đường: Mặt đường tuỳ theo chất lượng khác nhau sau thời gian sử dụng thường bị mài mòn ít nhiều hoặc có thể bị lồi lõm, lượn sóng làm cho xe bị xóc, gẫy nhíp, chóng hư hỏng lốp Ngoài ra, khi xe chạy trên đường còn chịu tác dụng của lực cản không khí, lực cản quán tính, lực cản trên đường do thời gian có hạn, trong giáo trình này không đi sâu vào các nội dung đó. 1.4Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN4054-2005 về một số quy định các yêu cầu thiết kế đường ô tô Trong yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005chỉ quy định về thiết kế xây dựng mới, cải tạo và nâng cấp đường ô tô. Các đường chuyên dụng như: đường cao tốc, đường công nghiệp, đường lâm nghiệp và các loại đường khác được thiết kế theo tiêu chuẩn ngành. 12
1.4.1 Các yêu cầu thiết kế: - Không chỉ tuân thủ đầy đủ các quy định trong tiêu chuẩn mà phải nghiên cứu toàn diện để có một tuyến đường an toàn, hiệu quả và định hướng phát triển bền vững, lâu dài. -Phải phối hợp các yếu tố của tuyến đường: bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang và tận dụng địa hình để tạo nên một tuyến đường đều đặn trong không gian, đảm bảo tốt tầm nhìn và ổn định cơ học, bảo vệ môi trường, cân bằng sinh thái hợp lý để đường trở thành một công trình mới đóng góp tốt cho vẻ đẹp cảnh quan khu vực. -Đường ô tô cấp cao (Cấp I, II và III) nên tránh qua đô thị. Các đường tiếp nối vào thành phố cần phải dựa vào quy hoạch để thiết kế. -Nhất thiết phải xét các phương pháp đầu tư phân kỳ. -Hành lang bảo vệ đường ô tô được thực hiện theo các quy định hiện hành. 1.4.2 Xe thiết kế: 1.4.2.1 Xe thiết kế: Xe thiết kế là loại xe phổ biến trong dòng xe để tính toán các yếu tố của đường. Việc lựa chọn loại xe thiết kế do người có thẩm quyền đầu tư quyết định. Các kích thước của xe thiết kế được quy định ở Bảng 1- 3. Bảng 1- 3 Các kích thước của xe thiết kế Kích thước tính bằng mét Chiều dài Chiều rộng Chiều Nhô về Nhô về Khoảng cách Loại xe toàn xe phủ bì cao phía trước phía sau giữa các trục xe Xe con 6,00 1,80 2,00 0,80 1,40 3,80 Xe tải 12,00 2,50 4,00 1,50 4,00 6,50 Xe moóc tỳ 16,50 2,50 4,00 1,20 2,00 4,008,80 1.4.2.2 Lưu lượng xe thiết kế: Là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặt cắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai. Năm tương lai: năm thứ 20 sau khi đưa đường vào sử dụngđối với các cấp I và II; năm thứ 15 với đường cấp III và IV; năm thứ 10 đối với đường cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp cải tạo. Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con lấy theo Bảng 1-4. Hệ số quy đổi từ xe các loại ra xe con Loại xe Xe tải có 2 Xe tải có Xe kéo Địa hình trục và xe 3 trục trở moóc, xe Xe đạp Xe máy Xe con buýt dưới 25 lên và xe buýt kéo chỗ buýt lớn moóc Đồng bằng và đồi 0,2 0,3 1,0 2,0 2,5 4,0 13
Núi 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 5,0 CHÚ THÍCH: -Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn núi như sau: Đồng bằng và đồi 30%: núi 30% -Đường tách riêng xe thô sơ thì không quy đổi xe đạp Lưu lượng xe thiết kế có hai loại: -Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (viết tắt là Ntbnđ) có thứ nguyên xcqđ/nđ (xe con quy đổi/ ngày đêm). Lưu lượng này được tham khảo khi chọn cấp thiết kế của đường và tính toán nhiều yếu tố khác. - Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai viết tắt là Ngcđ có thứ nguyên xcqđ/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 1.4.3 Cấp thiết kế của đường: Phân cấp thiết kế 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 thơì không nhiều xe). -Căn cú vào địa hình, mỗi cấp thiết kế lại có các yêu cầu riêng về các tiêu chuẩn để có mức đầu tư hợp lý và mang lại hiệu quả tốt về kinh tée. Việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng thiết kế của tuyến đường trong mạng lưới giao thông và được quy ddịnh theo Bảng 1-5. Bảng 1-5 Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng của đường và lưu lượng thiết kế Cấp Lưu lượng xe thiết kế thiết kế Chức năng của đường của (xcqđ/nđ) đường Cao tốc 25000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729-1997 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, Cấp I 15000 văn hoá lớn của đất nước. Quốc lộ. Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, Cấp II 6000 văn hoá lớn của đất nước. Quốc lộ. Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, Cấp III 3000 văn hoá lớn của đất nước, của địa phương. Quốc lộ hay đường tỉnh. 14
Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập Cấp IV 500 hàng, các khu dân cư. Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện. Đường phục vụ giao thông địa phương.Đường tỉnh, Cấp V >200 đường huyện, đường xã. Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xã. Trị số lưu lượng này chỉ để tham khảo.Chọn cấp hạng đường nên căn cứ vào chức năng của đường và theo địa hình. Các đoạn tuyến phải có một chiều dài tối thiểu thống nhất theo một cấp. Chiều dài này đối với đường cấp VI trở xuống là 5 km, các cấp khác là 10 km. 1.4.4 Tốc độ 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 này khác với tốc độ cho phép lưu hành trên đường của cơ quan quản lý đường. Tốc độ lưu hành cho phép phụ thuộc vào tình trạng thực tế của đường (khí hậu, thời tiết, tình trạng đường, điều kiện giao thông ) Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo địa hình, được quy định trong Bảng 1-6. Bảng 1-6 Tốc độ thiết kế của các cấp đường Cấp thiết kế I II III IV V VI Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Địa hình Núi Núi Núi Núi bằng bằng bằng bằng bằng bằng Tốc độ thiết 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 kế; Vtk; km/h CHÚ THÍCH: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn núi như sau: Đồng bằng và đồi 30%: núi 30% CÂU HỎI ÔN TẬP 1.Nêu các bộ phận của đường ô tô, đặc điểm và tác dụng của từng bộ phận, mối liên hệ giữa các bộ phận đó như thế nào? 2.Khi xe chạy trên đường giữa ô tô và đường có mối quan hệ như thế nào? Giải thích hiện tượng bánh xe quay tại chỗ. 3.Các yêu cầu thiết kế, xe thiết kế và lưu lượng xe thiết kếđược quy định trong TCVN 4054-2005 như thế nào? 4. Việc chọn cấp thiết kế của đường phải dựa vào những yếu tố nào? Tốc độ thiết kế là gì? Tốc độ thiết kế có đồng nhất với tốc độ lưu hành không? 15
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG 2.1 Những khái niệm cơ bản 2.1.1 Khái niệm: Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường trên địa hình, trong đó các chi tiết của thực địa được thu nhỏ lại, đơn giản hoá và được thể hiện bằng các quy ước ( các đường đồng mức , sông, núi, cầu, cảng ). Trên bình đồ tuyến đường xác định nhờ các yếu tố sau: -Điểm xuất phát ,điểm tới và các điểm chuyển hướng ( các đỉnh). 16
-Các góc ngoặt 0 ; 1; 2. n ở các chỗ đổi hướng tuyến. -Chiều dài và góc phương vị các đoạn thẳng . -Các yếu tố đường cong , R, T, B. -Các cọc lý trình H, Km ,các vị trí cầu cống. -Cọc địa hình. -Cọc trên đường cong: TĐ, P, TC, NĐ, NC 2.1.2 Bản vẽ bình đồ tuyến đường: Như đã trình bày ở trên, tuyến đường thể hiện trên bản vẽ bình đồ có rất nhiều các yêu tố. Trước đây các bản vẽ bình đồ đều được thiết kế bằng phương pháp thủ công, nhưng hiện nay nhờ có các phần mềm thiết kế chuyên dụng nên đã nâng cao được tính chính xác và phối hợp với các bản vẽ khác để kiểm tra trong quá trình thiết kế. Do nội dung của chương trình nên ở đây không trình bày cách thiết kế bản vẽ bình đồ tuyến đường mà chỉ giới thiệu hình vẽ bình đồ của một đoạn tuyến (Hình 2-1) 2.1.3 Đặc điểm sự chuyển động của ô tô trong đường cong bằng Khi xe chạy trong đường cong bằng xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi so với khi chạy trên đường thẳng . Những điều kiện bất lợi đó là: 2.1.3.1 Lực ly tâm: Khi chạy trong đường cong ngoài trọng lực, lực kéo, lực bám xe phải chịu thêm lực ly tâm. Lực này có phương nằm ngang trên mặt phẳng thẳng góc với trục chuyển động, có hướng ra ngoài đường cong và có giá trị: m V 2 G V 2 F (2-1) R g R Trong đó: F: Lực ly tâm m: Khối lượng của xe V: Tốc độ xe chạy (m/giây) R:Bán kính đường cong (m) G: Trọng lượng của ô tô (Kg) g: Gia tốc trọng trường (m/giây2) Lực ly tâm có tác dụng xấu có thể gây lật đổ xe, gây trượt ngang làm cho việc điều khiển xe khó khăn, gây khó chịu cho hành khách, gây hư hỏng cho hàng hoá. Công thức (2-1) cho thấy lực ly tâm càng lớn khi tốc độ xe chạy càng nhanh và khi bán kính cong càng nhỏ. Trong các đường cong có bán kính nhỏ,lực ngang gây nên biến dạng ngang lốp xe, làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, săm lốp chóng hao mòn hơn . 2.1.3.2 Bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đường thẳng thì xe mới chạy được bình thường. 2.1.3.3 Tầm nhìn bị cản trở, nhất là khi bán kính đường cong nhỏ, ở đoạn đường đào tầm nhìn ban đêm bị hạn chế. Do phải chịu các điều kiện bất lợi như vậy khi đi vào đường cong, nên trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu các biện pháp cấu tạo để cải thiện những điều kiện bất lợi này, để cho xe chạy được an toàn với tốc độ mong muốn, cải thiện điều kiện làm việc của người lái và điều kiện lữ hành của hành khách. 17
2.1.4 Nội dung thiết kế bình đồ tuyến đường: Trên bình đồ tuyến đường gồm các đoạn thẳng và đoạn cong nối tiếp nhau, nên công tác thiết kế bình đồ đề cập đến trong giáo trình này là: Thiết kế các phần xây dựng thêm trên đường cong (đặc biệt là các đường cong có bán kính nhỏ) để chống lại lực ly tâm, nối tiếp hài hoà các đoạn thẳng, tạo điều kiện cho xe chạy được thoải má,i an toàn. Nội dung đó bao gồm: Xác định các bán kính đường cong (xác định bán kính đường cong nhỏ nhất theo từng cấp thiết kế), tính toán bố trí siêu cao, mở rộng và bố trí các đoạn nối cũng như tính toán và bố trí tầm nhìn 2.2 Thiết kế các yếu tố kỹ thuật trong đường cong nằm: Do điều kiện tự nhiên bị hạn chế như: ao, hồ, sông, núi cao,vực sâu buộc phải chuyển nhiều hướng tuyến, giưã các hướng tuyến kề nhau phải bố trí các đường cong nằm để nối hai cánh tuyến nhằm đảm bảo cho tuyến đường không bị gãy khúc, êm thuận và đảm bảo an toàn khi xe chạy. Khi bố trí đường cong nằm ta phải tính toán thiết kế các yếu tố kỹ thuật của đường nhằm đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật, yêu cầu về mỹ thuật, độ êm thuận và đảm bảo an toàn khi chạy xe. 2.2.1 Xác định bán kính đường cong nằm: 2.2.1.1 Phương pháp tính toán: Khi xe chạy trên đường cong chịu tác dụng của 2 lực: + Trọng lượng bản thân xe G, lực này có phương thẳng đứng. + Lực ly tâm F, lực ly tâm có xu hướng kéo xe lật về phía lưng đường cong (Hình 2-1) Phân tích 2 lực này theo nguyên tắc hình bình hành và chiếu các thành phần lực theo phương ngang và gọi tổng hợp lực theo phương ngang là Y ta có: Y = Fcos Gsin (2-2) (Dấu “+” trường hợp cấu tạo bình thường trắc ngang hai mái, dốc ngang mặt đường hướng ra phía ngoài đường cong, G cùng chiều với F; dấu “-“ cấu tạo siêu cao dốc ngang đổ vào bụng đường cong hướng tâm, G ngược chiều với F) Vì góc rất nhỏ nên sin tang in ; cos 1 ( : góc mặt đường hợp với đường nằm ngang; in: độ dốc ngang của mặt đường trong đường cong hay còn gọi là siêu cao) Thay các giá trị của F trong (2-1) và G = mg ta có: G V 2 V 2 Y G.i G i n n (2-3) g R g R chia 2 vế cho G và gọi Y/G =  là hệ số lực ngang (lực ngang tác dụng trên một đơn vị trọng lượng xe) ta có: v2  i g R n (2-4) Từ (2-4) chúng ta có được biểu thức tính trị số bán kính đường cong nằm R như sau: v2 R (2-5) g( in ) 18
Trong công thức trên vận tốc được tính bằng m/sec; nếu chuyển sang thứ nguyên km/h sẽ có dạng: v2 R 127( in ) (2-6) Dấu (+) khi mặt đường là trắc ngang một mái hướng về tâm đường cong; dấu (-) khi mặt đường là trắc ngang hai mái và xe chạy ở làn ngoài (không bố trí siêu cao). Trường hợp khi in đạt giá trị max thì lúc đó ta có R tối thiểu là: v2 R min 127 ( i ) (2-7) max Như vậy việc xác định (lựa chọn) bán kính đường cong nằm khi đã biết tốc độ xe chạy phụ thuộc vào hệ số lực ngang tính toán được và độ dốc ngang của mặt đường trong đường cong (siêu cao). Vậy thực chất của việc xác định bán kính đường cong nằm là xác định  & in. 2.2.1.2 Chọn hệ số lực ngang: Lực ngang tuỳ theo hệ số của nó, có thể gây ra những hiệu quả xấu cho ô tô như sau: -Làm lật đổ xe qua điểm tựa là bánh xe phía lưng đường cong -Làm xe trượt ngang trên mặt đường -Gây cảm giác khó chịu cho hành khách và người lái -Tiêu tốn nhiên liệu và hao mòn săm lốp nhiều hơn Trong tính toán việc lựa chọn hệ số lực ngang phải căn cứ vào điều kiện sau: 1.Điều kiện ổn định chống trượt ngang: Dưới tác dụng của lực ngang toàn bộ chiếc xe ô tô có thể bị trượt sang một bên. Để xe không bị trượt ngang thì lực cản ngang phải lớn hơn hoặc bằng lực ngang Y. Giả thiết rằng lực chống trượt ngang của ô tô trên mặt đường tỷ lệ với trọng lượng ô tô, ta sẽ có điều kiện ổn định chống trượt ngang trong trường hợp giới hạn là: G. n Y n  n: Hệ số bám ngang (hệ số bám theo chiều ngang giữa bánh xe với mặt đường) và n thường lấy bằng (0,6 - 0,7) (hệ số bám dọc). Xét trong điều kiện bất lợi nhất thường lấy n = 0,15 – 0,17 2.Điều kiện ổn định chống lật (Hình 2-2): Mô men lật: Ml = Y. h b Mô men giữ: M g G 2 Y b 1 Suy ra:  (2-8) G 2 h Trong đó: h: Chiều cao của trọng tâm xe. 19
b: Chiều rộng của hai bánh xe. : Độ lệch trọng tâm so với tâm hình học của khoảng cách hai bánh xe. Theo thực nghiệm = 0,2b, đối với các xe hiện đại tỷ số b/2h của xe con là 23; của xe buýt là 1,72,2. Theo trị số an toàn nhỏ nhất, điều kiện để xe không bị lật đổ là  0,6. 3.Điều kiện êm thuận đối với hành khách: Khi chịu tác dụng của lực ly tâm, hành khách cảm thấy khó chịu, nhiều khi sợ hãi có cảm giác xe bị lật đổ. Điều tra xã hội học trên phương diện này cho ta các kết quả như sau: + Khi  0,1: hành khách khó nhận biết là xe vào đường cong +Khi  = 0,15: hành khách bắt đầu cảm nhận thấy là xe vào đường cong + Khi  = 0,2: hành khánh cảm thấy có đường cong và hơi khó chịu, người lái xe lúc này muốn giảm tốc độ xe. + Khi  = 0,30: hành khách cảm thấy xô dạt về một phía (cảm giác xe như bị lật đổ) Về phương diện êm thuận của hành khách, hệ số lực ngang không nên chọn lớn hơn 0,15. Trong điều kiện khó khăn, khi hành khách có chuẩn bị (ví dụ khi xe chạy vào nút giao thông) thì có thể lấy bằng 0,2. 4.Điều kiện về kinh tế: Khi xe chạy vào đường cong dưới tác dụng của lực ngang thì bánh xe quay trong một mặt phẳng lệch với hướng xe chạy. Lực ngang càng lớn , thì góc lệch càng lớn. Góc lệc càng lớn thì tiêu hao nhiên liệu và xăm lốp càng nhiều. Góc lệch bằng 10 thì sự hao tổn nhiên liệu là 10%- 12%. Nhưng khi góc lệch là 1,80 thì sự hao tổn sẽ đến 40% và sự hao mòn lốp xe sẽ gấp đôi so với bình thường. Do vậy xét cả 4 điều kiện trên thì trong trường hợp thông thường nên chọn  0,1và trong trường hợp khó khăn thì có thể lấy  = 0,15, đặc biệt khó khăn có thể lấy  = 0,2, trong các quy phạm thường tính toán với  = 0,15. 2.2.1.3 Chọn bán kính đường cong: Trong khi thiết kế nên cố gắng chọn đường cong có bán kính lớn, chỉ trong trường hợp khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu. Khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở nên và luôn vận dụng địa hình để đảm bảo chất lượng xe chạy tốt nhất. Bán kính đường cong nằm tối thiểu là bán kính để xe chạy có độ an toàn ít nhất trong điều kiện địa hình hạn chế. Ở nước ta, bán kính đường cong nằm tối thiểu được quy định như sau (Bảng 2-1): Bảng 2-1 Bán kính đường cong nằm tối thiểu 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 kính đường cong nằm (m) -tối thiểu giới hạn 650 400 250 125 125 60 60 30 30 15 20
-tối thiểu thông thường 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 2.2.2 Mở rộng phần xe chạy trong đường cong và đoạn nối mở rộng: 2.2.2.1 Mở rộng phần xe chạy trên đường cong 1. Khái niệm: Khi xe chạy trên đường cong trục sau cố định luôn luôn hướng tâm còn bánh trước hợp với trục xe một góc, nên xe yêu cầu một chiều rộng lớn hơn trên đường thẳng (mỗi bánh xe chuyển động theo một quỹ đạo riêng). Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tương đương như chạy trên đường thẳng những đường cong có bán kính nhỏ phần xe chạy phải mở rộng thêm một chiều rộng E như sơ đồ Hình 2- . e L l A e C B R B O 2. R Cách tính toán: D Để xác định trị số E ta giả thiết quỹ đạo chuyển động của ô tô trong phạm vi đường cong là tròn. Trên hình vẽ 2- , ta nhận thấy 2 tam giác ABC và BCD đồng dạng do đó ta có: AC BC (2-9) BC CD 21
Thay: BC =L là chiều dài từ đầu xe tới trục bánh xe sau AC = e là chiều rộng cần mở thêm của một làn xe chạy: Và CD = 2 R - AC ≈2R ta có công thức tính độ mở rộng e: L2 e (2-10) 2R Công thức trên chỉ xác định theo sơ đồ hình học mà chưa xét đến khả năng thực tế khi xe chạy quỹ đạo ô tô hoàn toàn không như sơ đồ tính toán. Nó chỉ phù hợp khi xe chạy với tốc độ nhỏ. Khi chạy với tốc độ cao phải tính tới độ sàng ngang khi xe chuyển động, do đó ta phải bổ sung thêm một biểu thức hiệu chỉnh như sau: L2 0,05V e (2-11) 2R R Độ mở rộng phần xe chạy có 2 làn xe gồm có e1 và e2 có thể tính gần đúng: L2 0,1V E e e (2-12) 1 2 R R Trong đó : R: bán kính đưòng cong (m) L: chiều dài từ trục sau của xe tới mũi xe (m) V: vận tốc xe chạy (km/h) Trị số E tính toán theo công thức trên thường làm tròn tới bội số của 10 cm. Theo TCVN 4054-2005 độ mở rộng phần xe chạy được quy định như bảng 2-2: Bảng 2-2 Độ mở rộng phần xe chạy 2 làn xe trong đường cong nằm Kích thước tính bằng mét Dòng Bán kính đường cong nằm xe 250200 <200150 <150100 <10070 <7050 <5030 <3025 <2515 Xe con 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,8 2,2 Xe tải 0,6 0,7 0,9 1,2 1,5 2,0 - - Xe moóc tỳ 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 - - - Khi sử dụng bảng lưu ý: -Khi bán kính đường cong nằm 250 m, phần xe chạy mở rộng như quy định trong bảng 2-2. -Khi phần xe chạy có trên hai làn xe, thì mỗi làn xe thêm phải mở rộng 1/2 trị số trong bảng 2-2 và có bội số là 0,1m. 2.2.2.2 Bố trí mở rộng và đoạn nối mở rộng: -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. 22
-Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố. Dải dẫn hường (và các cấu tạo khác như làn phụ cho xe thô sơ ), phải bố trí tay phải độ mở rộng. Nền đường khi cần mở rộng, để đảm bảo phần lề đất còn lại ít nhất là 0,5m -Đoạn nối mở rộng làm trùng với đoạn nối siêu cao và 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 trên đường cong. +Trên đoạn nối mở rộng đều (tuyến tính). Mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu 10m. 2.2.3 Siêu cao và đoạn nối siêu cao: 2.2.3.1 Siêu cao 1.Khái niệm; Khi xe chạy trên đường cong, nếu trên đường cong mặt cắt ngang của đường vẫn có dốc ngang hai chiều, thì khi xe chạy ở làn xe g n ngoài lực ngang sẽ lớn, vì lực ngang của trọng ô b a f Ý f h lực sẽ cùng chiều với lực ly tâm. G. sin p n Để ô tô chạy được an toàn và êm thuận G.si G.cos G.cos đối với đường cong có bán kính nhỏ, cần giảm g g bớt hệ số lực ngang bằng cách làm mặt đường tất cả nghiêng về phía bụng đường cong. Như vậy: Siêu cao là dốc một mái trên phần xe chạy hướng vào phía bụng đường cong. Lμn ngoμiLμn trong Hình 2 2. Công thức tính độ dốc siêu cao: Từ công thức 2-6: v 2 R 127( i ) n Khi mặt đường bố trí siêu cao in=isc ta có: V 2 i sc  (2-13) Trong đó: 127R V: tốc độ xe chạy tính toán R: bán kính đường cong bằng : hệ số lực đẩy ngang 3.Quy định trị số siêu cao: Theo TCVN4054-2005 quy định: Độ dốc siêu cao lấy theo bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế theo bảng 2-3. Độ dốc siêu cao lớn nhất không quá 8% và nhỏ nhất không dưới 2%. Bảng 2-3 Độ dốc siêu cao ứng với các bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế Tốc độ Độ dốc siêu cao (%) Không 23
thiết làm kế Vtk; siêu cao km/h 8 7 6 5 4 3 2 Bán kính đường cong nằm (m) 120 650800 8001000 10001500 15002000 20002500 25003500 35005500 5500 100 400450 450500 500550 550650 650800 8001000 10004000 4000 80 250275 275300 300350 350425 425500 500650 6502500 2500 60 - 125150 150175 175200 200250 250300 3001500 1500 40 - - 6075 75100 100600 600 30 - 3050 5075 75350 350 20 - 2550 5075 75150 150250 250 Lề đường phần gia cố làm cùng độ dốc và cùng hướng với dốc siêu cao, phần lề không gia cố phía lưng đường cong dốc ra phía lưng đường cong. Các phần xe chạy riêng biệt nên làm siêu cao riêng biệt 2.2.3.2 Đoạn nối siêu cao: 1.Khái niệm: Trên tuyến đường ở ngoài đường thẳng mặt đường dốc ngang hai mái, vào đến đường cong khi có bố trí siêu cao trở thành dốc ngang một mái. Việc chuyển tiếp từ mặt đường có dốc ngang hai mái sang dốc ngang một mái được thực hiện trên một chiều dài cần thiết đủ để thực hiện công việc này, chiều dài đoạn chuyển tiếp được gọi là đoạn nối siêu cao. 24
Như vậy tại điểm đầu của đoạn nối siêu cao, mặt đường có dốc ngang hai mái, và tại điểm cuối mặt đường dốc ngang một mái và trị số độ dốc ngang là độ dốc siêu cao được quy định như Bảng 2-3 2.Công thức tính chiều dài đoạn nối siêu cao: Từ khái niệm trên ta co công thức tính chiều dài đoạn nối siêu cao như sau: B iÝc Lnsc ip (2-14) Trong đó : Lnsc : chiều dài đoạn nối siêu cao ;không nhỏ hơn chiều dài đường cong chuyển tiếp (Lct nếu có). B: bề rộng phần xe chạy (m) : độ mở rộng phần xe chạy (m) isc : độ dốc siêu cao (%) ip: độ dốc phụ thêm do nâng siêu cao với: đường Vtt 40 km/h ip= 1% đường Vtt 60 km/h ip =0,5% Theo TCVN 4054-2005 độ dốc siêu cao và chiều dài đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm và vận tốc thiết kế như sau: Bảng 2-4 Độ dốc siêu cao và chiều dài đoạn nối siêu cao Tốc độ thiết kế; Vtk; km/h 120 100 80 60 L; L; L; L; R; m i R; m i R; m i R; m i sc m sc m sc m sc m 650800 0,08 125 400450 0,08 120 250275 0,08 110 125150 0,07 70 8001000 0,07 110 450500 0,07 105 275300 0,07 100 150175 0,06 60 10001500 0,06 95 500550 0,06 90 300350 0,06 85 175200 0,05 55 15002000 0,05 85 550650 0,05 85 350425 0,05 70 200250 0,04 50 20002500 0,04 85 650800 0,04 85 425500 0,04 70 250300 0,03 50 25003500 0,03 85 8001000 0,03 85 500650 0,03 70 3001500 0,02 50 35005500 0,02 85 10004000 0,02 85 6502500 0,02 70 - - - Tốc độ thiết kế; Vtk; km/h R; m isc L; m R; m isc L; m R; m isc L; m 6575 0,06 35 0,06 33 0,06 20 3050 1550 0,05 30 0,05 27 0,05 15 75100 0,04 25 0,04 22 5075 5075 0,04 10 0,03 20 0,03 17 100600 0,02 12 75350 0,02 11 75150 0,02 7 Trên đoạn nối siêu cao mặt cắt ngang hai mái được chuyển thành mặt cắt ngang một mái có độ dốc siêu cao bằng hai bước như sau: - Bước chuẩn bị : Các bộ phận ở bên ngoài phần xe chạy ( lề đường ) nâng lên có dốc bằng dốc phần xe chạy bằng cách quay quanh mép phần xe chạy 25
- Bước thực hiện : quay quanh tim đường để nâng phần đường phía lưng đường cong cho có cùng độ dốc phần xe chạy, sau đó tiếp tục quay cả phần xe chạy và lề gia cố quanh tim đường cho đến khi đạt độ dốc siêu cao .Trường hợp đường có dải phân cách giữa siêu cao được thực hiện có thể bằng cách quay quanh mép trong hoặc mép ngoài mặt đường (Hình ) 3. Bố trí đoạn nối siêu cao: 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 được bố trí nửa ngoài đường thẳng và nửa nằm trong đường cong tròn . *Sơ đồ bố trí siêu cao: chiều dài các đoạn chuyển dần từ in sang isc đựoc tính như sau: L12 = L23 = B/2 in/ip L34 = B(isc - in)/ ip Lnsc =L12 + L23 + L34 3. Ví dụ: IV> Đường cong chuyển tiếp 1> Khái niệm và phương pháp tính toán: a. Khái niệm: Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong phải chịu các thay đổi: +Bán kính cong từ vô cùng ( ) vào đường cong có độ cong không đổi(bán kính cong đã cho R). +Lực ly tâm từ chỗ bằng 0 đạt tới trị số GV2/g.R. + Góc hợp thành giữa trục bánh trước và trục xe từ chỗ bằng 0 trên đường thảng đến trị số trên đường cong. Những thay đổi trên gây khó chịu cho hành khách và người lái xe vì vậy để có thể quay tay lái một cách đều đặn với tốc độ cho phép để đi vào đường cong tròn thì cần phải bố trí đường cong chuyển tiếp ở hai đầu đường cong tròn để phù hợp với quỹ đạo quá độ xe chạy. *Tác dụng của đường cong chuyển tiếp: -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 ( cường 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 tăng mức độ tiện lợi ,êm thuận và an toàn chạy xe 2> Các giả thiết và công thức tính toán chiều dài đường cong chuyển tiếp: *Các giả thiết: 26
-Tốc độ xe chạy trên đường cong chuyển tiếp không đổi và bằng tốc độ thiết kế ( xe chạy trên đường thẳng) - Trên chiều dài của đường cong chuyển tiếp gia tốc ly tâm thay đổi từ 0 tới v2/R và bán kính cong thay đổi đều từ cho đến R tỷ lệ bậc nhất với chiều dài đường cong chuyển tiếp từ S =0 đến S =Lct. *Công thức tính : 3 Lct = V /47.R.I (2-15) Trong đó: V:tốc độ thiết kế (km/h) I: gia tốc ly tâm (m/s3) R: bán kính đường cong chuyển tiếp Theo quy trình Việt Nam lấy I =0,5 m/s3 3 Lct =V /23,5.R (2-16) Đường cong chuyển tiếp có nhiều dạng khác nhau nhưng hiện nay chủ yếu sử 2 dụng đường cong clôtoit có phương trình cơ bản: Rc.L = A R: bán kính của đường cong tại một điểm chạy trên đường cong clôtôit L: chiều dài cung tính từ gốc đường cong tới điểm đang xét. A: thông số của đường cong, thông số này được chọn cho thích hợp nhưng phải thoả mãn điều kiện: A R/3 và A R.Lct Đường cong chuyển tiếp được bố trí trùng với đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng và đựoc lấy trị số lớn nhất trong các trị số trên. Theo TCVN 4054-98 trên đường có Vtt 60 km/h phải bố trí đường cong chuyển tiếp. 3>Cách cắm đường cong chuyển tiếp: + xác định các yếu tố của đường cong tròn: T = R.tag( /2); K = R. ( góc kẹp ở đỉnh tính theo radian). + Chọn chiều dài đường cong chuyển tiếp và so sánh theo các điều kiện ở trên +Tính góc kẹp giữa đường thẳng và tiếp tuyến ở điểm cuối đường cong chuyển tiếp 0 = Lct/2R và kiểm ta điều kiện 2 0 nếu khôn thoả mãn điều kiện này thì phải cấu tạo lại bán kính đường cong chuyển tiếp. + Xác định toạ độ các điểm cuối đường cong chuyển tiếp X0 và Y0 theo bảng 2-4 trang 35. V. Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong: 1. Khái niệm về tầm nhìn xe chạy: Để đảm bảo xe chạy an toàn, lái xe luôn phải nhìn thấy rõ một đoạn đường ở phía trước để kịp thời xử lý tình huống về đườngvà giao thông như: tránh chướng ngại vật, tránh các chỗ hư hỏng, nhìn thấy biển cấm, biển báo Vậy: Tầm nhìn là khoảng cách tối thiểu để người lái xe có thể nhìn tháy phía trước, hoặc chướng ngại trên đường. Chiều dài đoạn đường này phải đảm bảo để người lái xe có thể: - Giảm tốc độ kịp thời. - Hãm xe lại. 27
- Lấy tay lái. 2.Phương pháp tính chiều dài tầm nhìn(Hình vẽ): Chiều dài tầm nhìn gồm có những phần sau đây hợp lại: +Chiều dài phản ứng: *Khái niệm: Khi xe đang chạy người lái xe trông thấy một chướng ngại vật, phản ứng thành động tác hãm xe, hoặc giảm tốc độ của xe. Trong khoảng thời gian đó xe đi được một quãng đường gọi là chiều dài phản ứng. *Xác định: Thời gian phản ứng (tpư) là thời gian cần để nhận biết có chướng ngại vật và có biện pháp xử lý. Thời gian này phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi, tay nghề và tình huống trên đường thời gian này thường được lấy từ 0.75 đến 1 giây. Trong tính toán để đảm bảo mức độ an toàn nhất định người ta lấy tpư = 1s. Lpư = V (m/s) 1s = V/ 3,6 (V = km/h). +Chiều dài hãm xe: *Khái niệm: Sau khi người lái bắt đầu hãm xe do quán tính xe vẫn chạy thêm một đoạn nữa mới dừnglại, đoạn đó gọi là chiều dài hãm xe. *Xác định: Khi hãm xe lực hãm lớn nhất có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩa là: Ph = Tmax = .G Khi hãm xe do xe chậm lại các ảnh hưởng cuả lực khác có thể bỏ qua chỉ kể đến lực cản khi lên dốc; Ph + Pi = . G G. i = G ( i) Theo lý thuyết về động năng thì: Công lực hãm sinh ra trên chiều dài hãm xe (Sh) phải bằng động năng tiêu hao do tốc độ ôtô giảm từ V1 - V2: 2 2 G V1 V2 Sh (Ph + Pi) = Sh G ( i) = g 2 2 2 V1 V2 Nên chiều dài hãm xe: Sh = K 2g( i) Với V tính bằng m/s. Nếu V tính bằng km/h có: 2 2 V1 V2 Sh = K 254( i) Khi xe dừng lại hoàn toàn thì V2 =0 do đó: V 2 Sh = K 254( i) Trong đó: 28
: hệ số bám dọc lh: chiều dài hãm xe G: trọng lượng xe i: độ dốc dọc của đường V: vận tốc xe chạy. g: gia tốc trọng trường = 9.81m/s2 k: hệ số hãm phanh lấy =1,2. +Chiều dài an toàn: Là khoảng cách dự trữ an toàn giữa hai xe và chướng ngại vật khi xe dừng hẳn, thường lấy từ 5-10m. Vậy khi đó: chiều dài tầm nhìn sẽ là (Tầm nhìn một chiều): V kv2 S 10m 1 3,6 254( i ) Tầm nhìn hai chiều sẽ là: V kv2 S 10m 2 1.8 127( 2 i2 ) 3 Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong ở vùng bị khuất: a. Khái niệm: Khi xe chạy vào đường cong , nhất là đường cong có bán kính nhỏ nhiều chướng ngại vật nằm ở phía bụng đường cong gây cản trở cho tầm nhìn như: Mái ta luy, nhà cửa, cây cố để đảm bảo an toàn phải kiểm tra tầm nhìn với giả thiết mắt người lái xe đặt cách mép phần xe chạy1,5m trên độ cao là 1,2m ở mặt đường để có thể nhìn thấy được mặt đường, xe ngược lại, hoặc chướng ngại vật ở một khoảng cách mà ôtô có thể dừng lại được. Theo quỹ đạo xe chạy dùng thước (com pa) xác định các chiều dài tầm nhìn S1 vẽ các đường bao, với các tia nhìn trên ta xác định được tầm nhìn yêu cầu và xác định được chiều rộng Z cần tháo dỡ các chướng ngại vật.(hình vẽ). Giả sử Z0 là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến chướng ngại vật và Z là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến chỗ cần bạt (khoảng cách đảm bảo được tầm nhìn). Nếu: Z Z0 thì tầm nhìn đảm bảo Z > Z0 phải tháo dỡ chướng ngại vật trong phần gạch chéo. (chú ý nhắc học sinh áp dụng trong quá trình làm đồ án môn học đối với đường đào trong đường cong). b. Các phương pháp xác định: Để đảm bảo tầm nhìn và xác định phạm vi dỡ bỏ chướng ngại vật cản trở có các phương pháp sau: +Vẽ đường bao của tia nhìn : -Trên bình đồ đường vòng vẽ với tỷ lệ lớn theo quỹ đạo xe chạy ,định điểm đầu điểm cuối những cung có chiều dài bằng S ,nối chúng lại với nhau bởi những đoạn 29
thẳng ,vẽ đường bao của các đoạn thẳng ta có đường giới hạn nhìn từ đó xác định được vùng cản trở tầm nhìn phải dỡ bỏ ,gọt phá ta luy + Phương pháp hình học : Dùng tính toán xác định phạm vi đảm bảo tầm nhìn khi biết bán kính đường cong độ dài cung tròn ,t ầm nhìn một chiều * Khi chiều dài tầm nhìn S K: chiều dài đoạn cung tròn: Khoảng dỡ bỏ được tính: Z = R ( 1 - cos/2 ) Trong đó: R: bán kính đường cong S: tầm nhìn một chiều ( tra bảng) K: chiều dai cung tròn : góc giới hạn bởi cung có chiều dài S  = S 1800/  R * Khi chiều dài tầm nhìn S > K: chiều dài đường cong Khoảng dỡ bỏ được tính : Z = Z1 +Z2 Z1 =R (1 -cos /2) Z2 = 1/2 (S -K) sin /2 Z = R (1 -cos /2) + 1/2 (S -K) sin /2 : góc chuyển hướng. 4.Một số quy định về tầm nhìn: -Khi thiết kế tầm nhìn không được nhỏ hơn trị số đã ưuy định. -Tầm nhìn tính toán tính từ mắt người lái xe có vị trí được quy định: + Cao 1,2m tính từ mặt phần xe chạy + Cách mép phần xe chạy bên phải là 1,5m + Vật chướng ngại được quy định có độ cao 0,1m trên mặt đường -Phải có biện pháp đảm bảo tầm nhìn, trường hợp khó khăn có thể dùng các biện pháp tổ chức giao thông -Phải kiểm tra tầm nhìn ở nút giao thông ở các đường cong có bán kính nhỏ, các chướng ngại vật phải được dỡ bỏ để có h Khái niệm: Do ảnh hưởng của địa hình nên tuyến đường phải đổi hướng tại nhiều vị trí khác nhau, tại những vị trí đổi hướng được bố trí các đường cong tròn hay đường cong chuyển tiếp để xe chạy đảm bảo an toàn, thuận lợi cho nên việc phối hợp giữa đoạn thẳng và đoạn cong trên bình đồ là rất cần thiết nhằm tạo nên một tyuyến đường đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật, hài hoà lượn đều trong không gian tạo nên một cảnh quan đẹp. II> Các trường hợp cụ thể: 1> Nối tiếp hai đường cong cùng chiều: 30
Hai đường cong cùng chiều có thể nối trực tiếp vơí nhau hoặc ở giữa có một đoạn thẳng chêm tuỳ theo điều kiện cụ thể: -Nếu hai đường cong cùng chiều không có siêu cao hay có cùng một siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau( đường cong ghép) -Nếu hai đường cong cùng chiều nằm gần nhau mà chiềi dài đoạn thẳng giữa hai đường cong có hoặc không đủ đẻ bố trí đường cong chuỷên tiếp hoặc đoạn nối siêu cao ( m Nối tiếp hai đường cong ngược chiều : -Hai đường cong ngược chiều có bán kính lớn không làm siêu cao thì có thể nối trực tiếp với nhau -Nếu phải làm siêu cao thì chiều dai đoạn thẳng chêm phải đủ để bố trí làm hai đoạn đường cong chuyển tiếp hoặc nối siêu caovà nối mở rộngtheo điều kiện: m ≥ L1 +L2/2 hoặc m ≥ 2V ( V: km/h) 3>Sự phối hợp giữa đoạn thảng và đoạn cong: - Chiều dài các đoạn thảng không dài quá 3km - Sau các đoạn thảng dài không bố trí các đường cong có Rmin .Các đường cong tối thiểu phải bao hai bên bằng những đường cong tối thiểu thông thưòng. - Khi góc chuyển hướng nhỏ phải thiết kế các đường cong nằm có bán kính lớn (Bảng 2-4) Bài 4: phối hợp giữa tuyến đường và cảnh quan Tuyến đường phải được phối hợp với các cảnh quan xung quanh theo những nguyên tắc sau: + Tuyến đường phải lợi dụng phong cảnh hai bên đường, đồi núi, mặt nước, ccác công trình kiến trúc để tạo cảnh quan cho đường. + Tuyến đường phải là công trình bổ sung cho cảnh quan xung quan, cần tránh việc tuyến đường cắt nát địa hình, không phù hợp với địa hình xung quanh + Quá trình thiết kế cần khuyến khích kiểm tra bằng mô hình không gian ba chiều giữa các yếu tố của tuyến đường và cảnh quan xung quanh. 31
Chương 3: thiết kế tuyến trên hình cắt dọc Bài1: định nghĩa và yêu cầu của mặt cắt dọc I> Định nghĩa và một só khái niệm: 1. Định nghĩa 32
-Mặt căt đứng dọc theo tim đường đem duỗi thẳng gọi là trắc dọc của tuyến .Trắc dọc được thể hiện bằng những đoạn thẳng và đoạn cong ( đường cong đứng ) có ghi rõ cao độ của tuyến đường . -Đường nối cao độ tự nhiên gọi là đường đen. - Đường nối cao độ thiết kế gọi là đường đỏ +Cao độ thiết kế : là cao độ của mép ngoài lề đường (khi đã thi công xong ) Nếu đường có giải phân cách giữa cao độ thiết kế là cao độ tim phần xe chạy tính cho tim giải phân cách, khi đó hai nền đường riêng biệt sẽ có hai cao độ thiết kế trên hai trắc dọc riêng biệt -Độ dốc từng đoạn tính bằng % hay 0/00 là tỷ số giữa hiệu số cao độ giữa hai điểm dầu và cuối dốc với khoảng cách giữa hai điểm đó -Tại vị trí (mỗi cọc ) hiệu số giữa cao độ đỏ và đen (hoặc ngược lại ) là chiều cao thi công ( đắp hoặc đào ) -Khi đường đỏ phía trên đường đen gọi là đường đắp và ngược lại gọi là đường đào. II> Nguyên tắc khi thiết kế mặt cắt dọc: 1.Nguyên tắc Việc thiết kế mặt cắt dọc chủ yếu là định vị trí của đường đỏ (gồm việc chọn dốc chọn chiều dài đoạn dốc và bố trí các đường cong đứng trên trắc dọc), việc này có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành xây dựng, quá trình chuyển động của xe trên đường cho nên khi thiết kế phải đảm bảo các nguyên tắc sau: - Đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật. -Hiệu quả về kinh tế -Phù hợp với điều kiện cụ thể . Để đảm bảo các nguyên tắc trên khi thiết kế trắc dọc phải xem xét các vấn đề sau : -Sự vận chuyển của ô tô -Địa hình địa chất khu vực tuyến đi qua -Căn cứ vào quy trình ,quy phạm đẻ thiết kế trắc dọc đạt yêu cầu kỹthuật, an toàn ,kinh tế -Điều kiện thi công. -Điều kiện tác đọng của môi trường. 2.Các yêu cầu khi thiết kế cắt dọc: Khi thiết kế đường đỏ trên hình cắt dọc cần chú ý : -Xác định điểm khống chế cụ thể, chính xác, hợp lý.(Điểm khống chế: các điểm nhất thiết đường đỏ phải qua như: điểm đầu tuyến ,điểm cuối tuyến ,điểm giao với đường sắt ) +Đảm bảo được các yêu cầu của các điểm khống chế theo suốt dọc tuyến +Cao độ các điểm khống chế quy định như sau: +Cao độ nền đường đắp qua bãi sông phải cao hơn mực nước tính toán ít nhất là 0,5 m +Cao độ nền đường dẫn vào cầu nhỏ và cống phải cao hơn mực nước dâng ít nhất là 0,5 m 33
+Cao độ tối thiểu của đường thiết kế trên cầu phải xét đến cả an toàn cho thông thuyền và 0,5 m cho cây trôi trong trường hợp không thông thuyền +Cao độ nền đường trên cống phải đảm bảo chiều dày đất đắp tối thiểu là 0,5m +Cao độ tối thiểu của mép nên đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán mực nước đọng thường xuyên . Chiều cao này được quy định theo bảng 4-8( T67-TKĐt1): chiêù cao từ đáy áo đường tới mực nứơc ngầm tính toán hoặc tới mặt đất tự nhiên ở khu vực ẩm ướt Loại đất Chiều cao quy định ( m ) Cát vừa ,cát nhỏ ,cát pha sét nhẹ 0,5(0,3) Cát bột ,cát pha sét nặng 0,7(0,4) Cát pha sét bột ,sét pha cát bột 1,2-1,8(0,5) Sét pha cát ,sét pha cát nặng ,sét bột 1,0-1,2 (0,4) * Ghi chú :- Trị số trong ngoặc là chiều cao trên mặt đất ẩm ướt hoặc mực nước ngập 20 ngày -Đảm bảo tuyến đi đều ít thay đổi độ dốc, chọn độ dốc dọc và chiều dài dốc hợp lý cho từng cấp đường. -Trắc dọc là một thành phần của tuyến trong không gian nên phải phối hợp với không gian xung quanh để tạo nên một tuyến đường hài hoà với không gian và hài hoà với nội bộ . -Thoát nước tốt cho nền đường và khu vực hai bên đường .Nền đường đắp có chế độ thuỷ nhiệt tốt hơn nền đường đào ,nhưng cả hai loại không nên đào quá sâu và đắp quá cao -Đáy của rãnh rọc thường thiết kế sông với mép nền đường ,độ dốc dọc của đáy rãnh bằng độ dốc dọc của đường .Độ dốc dọc tối thiểu của rãnh là 0,5 %( cá biệt là 0,3%) -Phải chú ý đến điều kiện thi công( thủ công hay cơ giới ). Với các đường quan trọng thì thi công phần lớn bằng cơ giới, trắc dọc đổi lắt nhắt sẽ không thuận lợi cho thi công ,cho bảo dưỡng và vận hành -Cần đảm bảo khoảng tĩnh không khi có công trình vượt đường ô tôvà chiều cao dự trữ gia cố mặt đường. -Nghiên cứu giải quyết tốt 4 vấn đề đã đặt ra ở phần nguyên tắc. Bài 2: chọn độ dốc dọc và chiều dài dốc dọc 34
I>Độ dốc dọc lớn nhất: Việc xác định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải được tính toán dựa trên nguyên tắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ n hất .Vì độ dốc dọc ảnh hưởng đến gía thành xây dựng và các chỉ tiêu khai thác vận tải ( như tốc độ xe chạy ,giá thành đầu tư ) -Theo TCVN 4054-98: + Tuỳ theo cấp hạng kỹ thuật của đường độ dốc dọc tối đa được quy định trong bảng2-1. Khi gặp khó khăn sau khi lập luận chứng kinh tế có thể tăng độ dọc thêm 1 %so với các giá trị trong bảng 9 .Các tuyến đường đi trên độ cao 2000m so với mặt biển có độ dốc dọc tối đa khong quá 8% +Độ dốc dọc trong nền đào không nhỏ hơn 0,5%.Trên các đoạn cá biệt cho phép độ dốc dọc trong nền đào nhỏ hơn 0,5% nhưng chiều dài không quá 50m +Đường đi qua khu dân cư nên dùng độ dốc 3% và không Chiều dài dốc dọc lớn nhất: Chiều dài của đoạn dốc dọc lớn không nên kéo dài mà phải hạn chế vì: - Khi độ dốc dọc lớn và chiều dài đoạn dốc dài thì khi xe chạy lên dốc phải chuyển số thấp ,tốc độ nhỏ dẫn đến nóng máy làm cho máy phải làm việc quá sức,dễ hao mòn, dễ sinh ra chết máy - Khi xuống dốc phải hãm phanh liên tục gây nguy hiểm nhất là khi đường trơn. Theo TCVN 4054-98 chiều dài đoạn dốc dọc không được vượt quá các trị số trong bảng 3-3 ( đối với các đường nâng cấp cải tạo được dùng trị số trong ngoặc) Bảng 12: chiều dài lớn nhất trên trắc dọc Kích thước tính bằng mét Độ dốc dọc Tốc độ tính toán 20 40 60 80 4 1500 1000 900 5 1200 1000 800 700 6 1000 800 600 500 7 800 600 400 8 600 400 9 400 35
III> Độ dốc dọc tối thiểu: ở những đoạn nền đào để tránh cho rãnh dọc không phải đào quá sâu đồng thời vẫn đảm bảo khả năng thoát nước tốt không thiết kế đường có độ dốc bằng không và độ dốc nhỏ nhất khong nhỏ hơn 0,5%(Trường hợp cá biệt cho phép nhỏ hơn 0,5% nhưng chiều dài không quá 50m). IV> chiều dài tối thiểu của dốc dọc: Khi thiết kế trắc dọc nếu từng đoạn ngắn lại thay đổi độ dốc làm cho tuyến hình răng cưa xe đi laị không êm thuận, phải đổi số liên tục do vậy các đoạ dốc phải có một chiều dài đủ để bố trí 2 đường tang . Theo TCVN 4054-98 chiều dài tối thiểu được quy định không nhỏ hơn ccác trị số trong bảng 3-4 Bảng 3-4: chiều dài tối thiểu các đoạn dốc dọc Kích thước tính bằng mét Tốc độ tính toán( km/h 80 60 40 20 Chiều dài tối thiểu của 250(150) 150(100) 100(70) 60(50) đoạn dốc dọc ( m) ( Trị số trong ngoặc dùng cho đường cải tạo nâng cấp) Bài 3: Thiết kế đường cong nối dốc đứng I> Khái niệm: Trên trắc dọc có 2 đoạn thẳng ở cạnh nhau có độ dốc khác nhau, giao nhau tạo nên một điểm gẫy. Điểm gẫy đó có thể là lồi hoặc lõm. Để đảm bảo tầm nhìn tính toán, trắc dọc lượn đều không gẫy khúc, xe chạy an toàn, tiện lợi không có hiện tượng xung kích gây xóc mạnh tại các vị trí đó trên trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng . Đường cong đứng có hai loại : đường cong đứng lòi và đường cong đứng lõm . Góc gẫy  biểu thị bằng hiệu số độ dốc của trắc dọc giao nhau. Do góc gẫy bé nên với độ chính xác vừa đủ để có thể tính như sau:  = ( i1) - ( i2) Dấu: + dốc đi lên; -dốc đi xuống. II> Bố trí đường cong đứng: 1> Một số quy định trong TCVN4054-98: - Tại những nơi đường đỏ đổi dốc mà hiệu đại số giữa hai dốc : > 1% đối với đường có Vtt 60 km/h 2%đối với đường cong đứng co Vtt = ( 20-40 ) km/h thì phải bố trí đường cong đứng. - Trị số bán kính đường cong đứng chọn theo địa hình tạo điều kiện thuạn lợi cho xe chạy và không nhỏ hơn các trị số trong bảng 2-1. - Đường cong đững có thể dùng đường cong tròn hoặc đường cong pa ra bôn bậc 2. - Về vị trí đường cong đứng nên trùng với đường cong nằm, 2 đỉnh không nên lệch nhau quá 1/4 chiều dài đường cong ngắn hơn. 36
- Không đặt đường cong nằm có bán kính nhỏ sau đỉnh đường cong đứng lồi. - bán kính đường cong lõm không nhỏ quá 1/6 bán kính đường cong nằm. 2>Cách tính toán các yếu tố đường cong đứng: a> Xác định bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi: -Bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm bảo tầm nhìn xe chạy vì qua tính tóan và thực tế thấy rằng : nếu đường cong đứng lồi mà thoả mãn yêu cầu về tầm nhìn thì sẽ đồng thời thoả mãn yêu cầu về an toàn , ảnh hưởng của lực ly tâm và sự mất ổn định của ô tô là không đáng kể Trong trường hợp hai ô tô gặp nhau : S 2 R 2 min 2d S2 tầm nhìn hai chiều Trường hợp đảm bảo tầm nhìn trên mặt đường: S 2 R 1 min 2 d S1 tầm nhìn một chiều d chiều cao tầm mắt người lái xe trên mặt đường thường lấy bằng 1,2m b>Xác định án kính tối thiểu đường cong đứng lõm: Bán kính này được xác định từ điều kiện hạn chế lực ly tâm và bảo đảm tầm nhìn ban đêm trên đường cong đứng lõm * Điều kiện hạn chế lực ly tâm : Lực ly tâm gia thêm vào tải trọng gây khó chịu cho hành khách, gây nên siêu tải cho lò xo của xe nên phải hạn chế (F không vượt quá 0,05 trọng lực) và chọn bán kính phù hợp : v2 V 2 R min 0,05g 6,5 v,V tốc độ xe chạy (m/s;km/h) *Điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm : Khi xe chạy về ban đêm pha đèn của ô tô chiếu trong đường cong đứng lõm một chiều dài nhỏ hơn trên đường bằng .Do đó khi bố trí đường cong đứng lõm phải thoả mãn tầm nhìn về ban đêm 2 S1 Rmin 2 hd S1 Sin góc là góc chiếu sáng đèn pha theo chiều đứng hđ chiều cao của đèn pha S1 tầm nhìn một chiều c>Xác định các yếu tố đường cong đứng : Đường cong đứng thường thiết kế theo phương trình pa ra bon bậc 2 là: 2 y x 2R Trong đó: R: bán kính đường cong tại điểm gốc toạ độ đỉnh pa ra bon dấu -: tương ứng với đường cong lồi 37
dấu +: tương ứng với đường cong lõm Vì độ dốc dọc của đường rất nhỏ, do đó hoành độ x có thể xem bằng độ dài của đoạn cong l -Cắm đuờng cong đứng thường dùng bảng tính sẵn hoặc thước mẫu -Nếu không có bảng cắm cong dùng công thức để tính và phương pháp đơn giản là cắm theo các yếu tố sau:( chiều dài đường cong ) K = R( i1 -i2 ) = R R i i R K T 1 2 2 2 2 T 2 d T 2 2R K 2 hoặc d i1 i2 8R i1,,i2 : độ dốc của hai đoạn nối dốc nhau bằng đường cong đứng i lấy dấu (-) khi xuống dốc R R (+) khi lên dốc Bài 4: Giảm độ dốc dọc trên đường cong có bán kính nhỏ I> Khái niệm: Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ độ dốc thực tế sẽ tăng lên vì : -Trên đường cong co bán kính nhỏ phải bố trí siêu cao tổng hình học của dốc siêu cao và dốc dọc sẽ lớn hơn độ dốc dự định áp dụng -Chiều dài ở bụng đường cong ngắn hơn ở tim đường nên dốc dọc ở mép trong sẽ lớn hơn dốc dọc ở tim đường * Độ dốc dọc thực tế mà ô tô phải khắc phục trong đường cong có bố trí siêu cao là độ dốc ik >i và có hướng theo tim đường: i = 22 i k iiSc d Trong đó: id : độ dốc dọc theo hướng ik tiếp tuyến với vòng tròn isc isc: độ dốc siêu cao của mặt đường vuông góc với tiếp tuyến trên( độ dốc ngang mặt đường ) Vì các lý do trên nên ở các đưòng cong bằng có bán kính nhỏ thì phải giảm bớt độ dốc dọc ( chiết giảm độ dốc dọc) ký hiệu là i Như vậy :độ dốc dọc lớn nhất tại các đường cong có bán kính nhỏ 50m là: , iimm• • -Khi xe chạy trên đường cong có bán kính bé góc lệch giữa bánh xe và trục xe lớn nên tiêu hao nhiên liệu, hao mòn xăm lốp nhiều hơn. II> Độ triết giảm dốc dọc(Xem lại bài 2) 38
Bài5: Thiết kế hình cắt dọc tại nơi có công trình nhân tạo 3-7-1> Tuyến đường ở hai bên đầu cầu: -Hình dáng bình đồ của tuyến đường hai bên đầu cầu cần phải đồng đều với hình dáng của cầu . Chiều dài tối thiểu phải đảm bảo yêu cầu quy định :đối với đường vào cầu la 10 m ,khi địa hình khó khăn cho phép xuống 5 m ,độ dốc dọc không lớn quá 6 % 3-7-2> Cao độ tuyến đường tại vị trí cầu : H Mặt cầu Z H1 ( MNTN) Cao độ thiết kế của tuyến đường tại vị trí cầu chính là cao độ mặt cầu : H = C + Z + H1 Trong đó : H: cao độ thiết kế C: chiều cao của cầu ( chiều cao kết cấu nhịp ) Z: khoảng tĩnh không dưới cầu ( tĩnh không thông thuyền: tính từ MNTK đến đáy dầm cầu) Trị số Z ở những sông có thuyền bè qua lại thì được quy định theo cấp vận tải của sông Sông không có thuyền qua lại thì Z = 0,5 m ,sông có lũ và cây trôi Z 1,5 m 3-7-3> Cao độ tuyến đường tại vị trí cống : 0,5 m 0,5 m 39
A B H3-7 -Đối với cống không áp (H 3-7A) cao độ mép nền đường ( đường đỏ ) phải đảm bảo cao hơn đỉnh cống ít nhất là 0,5 m -Đối với cống có áp cao độ mép nền đường phải đảm bảo cao hơn mực nước dâng trước cống một chiều cao tối thiểu là 0,5 m Tuy nhiên việc nâng cao độ nền đắp ở vị trí cống không hợp lý về kinh tế kỹ thuật nếu có thể được thì đào sâu thêm lòng suối và đặt cống xuống thấp hoặc đặt công đôi có đường kính nhỏ hơn cống đơn -Trắc dọc trên đường và trắc dọc trên cầu không có gì phân biệt nhưng cần chú ý: +Mặt cầu làm bằng gỗ lát phải giảm dốc: lát ngang 3 % lát dọc 2 % + Độ dốc lên cầu nếu có xe thô sơ thì không nên dốc quá 2,5 % -Xác định điểm khống chế : cá điểm nhất thiết đường đỏ phải qua như điểm đầu tuyến ,điểm cuối tuyến ,điểm giao với đường sắt -Cao độ các điểm khống chế quy định như sau: +Cao độ nền đường đắp qua bãi sông phải cao hơn mực nước tính toán ít nhất là 0,5 m +Cao độ nền đường dẫn vào cầu nhỏ và cống phải cao hơn mực nước dâng ít nhất là 0,5 m +Cao độ tối thiểu của đường thiết kế trên cầu phải xét đến cả an toàn cho thông thuyền và 0,5 mcho cây trôi trong trường hợp không thông thuyền +Cao độ nền đường trên cống phải đảm bảo chiều dày đất đắp tối thiểu là 0,5m +Cao độ tối thiểu của mép nên đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán mực nước đọng thường xuyên . Chiều cao này được quy định theo bảng 4-8( T67-TKĐt1): chiêù cao từ đáy áo đường tới mực nứơc ngầm tính toán hoặc tới mặt đất tự nhiên ở khu vực ẩm ướt Loại đất Chiều cao quy định ( m ) Cát vừa ,cát nhỏ ,cát pha sét nhẹ 0,5(0,3) Cát bột ,cát pha sét nặng 0,7(0,4) Cát pha sét bột ,sét pha cát bột 1,2-1,8(0,5) Sét pha cát ,sét pha cát nặng ,sét bột 1,0-1,2 (0,4) * Ghi chú :- Trị số trong ngoặc là chiều cao trên mặt đất ẩm ướt hoặc mực nước ngập 20 ngày -Cần đảm bảo khoảng tĩnh không khi có công trình vượt đường ô tôvà chiều cao dự trữ gia cố mặt đường. Đ3-6 40
Các phương pháp thiết kế tuyến trên hình cắt dọc 3-6-1> Thiết kế bao ( phương pháp đường bao): Là thiết kế đường đỏ song song ( hoặc gần song song với đường đen ). Phương pháp này thường dùng trên vùng đồng bằng ,tranh thủ dùng ở vùng đồi -Ưu điểm : Dễ thi công ,khối lượng công tác ít -Nhược điểm : thay đổi độ dốc dọc liên tục tốc độ xe bị hạn chế 3-6-2> Thiết kế cắt ( phương pháp đường cắt ) Là thiết kế đường đỏ đi cắt địa hình tạo thành những chỗ đào đắp xen kẽ .Phương pháp này thường áp dụng ở nơi địa hình đồi núi -Ưu điểm (nhược điểm ) của phương pháp này ngược với p2 đường bao    phương pháp đường bao  phương pháp đường cắt 3-6-3> Phương pháp thiết kế đường cong đứng : *Nội dung của phương pháp : Đường đỏ của trắc dọc được thiết kế có dạng gẫy khúc ,gồm nhiều đoạn thẳng có độ dốc khác nhau hợp thành ,tại các vị trí đổi dốc được nối lại bằng các đường cong đứng( theo quy định: 1% &2%) .Cao độ thiết kế là chiều cao đào đắp của các cọc được xác định theo độ dốc đường gẫy khúc ,tại nơi bố trí đường cong đứng thì hiệu chỉnh lại cao độ đào đắp (HV) Như vậy tại mỗi cọc trong phạm vi đường cong đứng có hai cao độ đào ( đắp ).Cao độ trong ngoặc đơn là cao độ tính theo đường tang và cao độ bên ngoài là cao độ đã hiệu chỉnh *Vị trí và cao độ các cọc trong đường cong đứng được xác định như sau: -Xác định vị trí cọc đỉnh (điểm giao nhau của hai đoạn thẳng có độ dốc i1 và i2 ) -Xác định K,T theo công thức : Ri 12 i K =R ( i1 -i2 ); T ; 2 T 2 K 2 d ; hoặc d ; 2R 8R 41
-Dùng tiếp đầu và tiếp cuối làm gốc toạ độ có trục trùng với hướng đường tang xác định toạ độ x và y theo công thức tổng quát : x2 y 2R ( Tuỳ theo trường hợp đường cong đứng lồi hoặc đường cong đứng lõm mà cao độ tại mỗi cọc được trừ đi hay cộng vào ) Khi thiết kế theo phương pháp đường tang vị trí đường đỏ thường được chọn nhiều lần để thoả mãn yêu cầu kỹ thuật ,kinh tế . R= h P= T= K= i1 i2 l1 l2 Chương IV: thiết kế mặt cắt ngang và nền đường I- Thiết kế mặt cắt ngang Đ 4-1 Khái niệm về mặt cắt ngang nền đường 4-1-1> Khái niệm: Mặt cắt ngang đường ô tô có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng giao thông trên đường ,năng lực phục vụ của đường và quyết định độ an toàn ,tính kinh tế của công trình .Mặt cắt ngang đường về nguyên tắc bao gồm bề rộng của thân đường và khoảng không gian phía trên đến độ cao đủ để đảm bảo an toàn giao thông ,ta luy đường, chỗ bố trí thiết bị thoát nước và tường chắn ( nếu cần bố trí để bảo đảm ổn định nền đường ) cũng thuộc vào mặt cắt ngang đường . Mặt cắt ngang nền đường có tầm quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến việc thiết kế mặt cắt ngang đường ,cho nên việc thiết kế mặt cắt ngang nền đường phải căn cứ 42
vào các yêu cầu về giao thông ,khả năng đầu tư kinh phí và các điều kện xây dựng khác ( như điều kiện đất xây dựng ,thời hạn xây dựng ) Việc lựa chọn mặt cắt ngang nền đường và mặt cắt ngang đường hay tính toán kích thước của các bộ phận mặt cắt ngang phải bảo đảm đạt được một chất lượng giao thông yêu cầu cho cường độ giao thông ở cuối thời kỳ thiết kế . Các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến hình dạng và độ lớn của các yếu tố mặt cắt ngang là cấp đường ,cấp thiết kế của đường và tốc độ thiết kế. Mặt cắt ngang nền đường là hình chiếu các yếu tố của nền đường trên hình chiếu thẳng góc với tim đường( nó bao gồm :chiều rộng nền đường ,độ dốc mái ta luy ,tường chắn ,chỗ bố trí thiết bị thoát nước ) Tuỳ thuộc vào hình dáng mặt đất tự nhiên mà lựa chọn mặt cắt ngang nền đường cho phù hợp. 4-1-2> Các dạng mặt cắt ngang thường gặp: -Tuyến đi qua vùng trũng ,thung lũng hoặc đồng bằng thì áp dụng mặt cắt ngang đắp hoàn toàn( H4-1A) . -Tuyến qua vùng đồi ,đường phân thuỷ thì dùng mặt cắt ngang đào hoàn toàn( H4- 1B). -Tuyến qua lưng đồi thường dùng mặt cắt ngang nửa đào nửa đắp ,hoặc đào chữ L(H4-1C) . -Tại những mặt cắt ngang có độ dốc ngang tự nhiên lớn( 20%)thì phải thiết kế đánh cấp ,tường chắn hoặc kè để đảm bảo ổn định cho nền đường . -H4-1A 1/m i% 1/m -H4-1B i% 1/n 1/n -H4-1C i% 1/n 43
1/m i% 1/n -H4-1C 20% 1/n 1/m Đ4-2 Độ khum mui luyện 4-2-1> Tác dụng: Bảo đảm thoát nước tốt ,nhằm hạn chế ảnh hưởng xâú của nước mưa đối với cường độ mặt đường .Trong trường hợp phải sử dụng độ dốc ngang lớn thì xe không phải khắc phục độ dốc ngang quá trị số cho phép khi vượt nhau phải chuyển từ nửa mui luyện này sang nửa mui luyện kia. *Dạng mui luyện: -Đường hai làn xe nên làm mặt đường hai mái dốc sang hai bên lề. -Đường nhiều làn xe có thể bố trí mui luyện riêng cho mỗi dải đường một chiều hoặc mui luyện chung cho cả đường *Độ cong mui luyện : 44
Mui luyện của đường có thể bố trí theo hình pa ra bôn ,gốc toạ độ tại đỉnh mui luyện: 2 2 y = - iXn b Trong đó : in: độ dốc ngang b: bề rộng mặt đường hay dải đường một chiều Hình 4-2: cấu tạo dốc ngang có mui luyện dùng cung tròn nối trên bề mặt áo đường 3m 1/3 b0 io i0  b0  b0 4-2-2> Trị số độ dốc ngang của một số loại mặt đường : Theo TCVN 4054-98 quy định độ dốc ngang của một số loại mặt đường như sau:(bảng 8 TCVN-4054-98 ) Độ dốc ngang các yếu tố của mặt cắt ngang Đơn vị tính bằng phần trăm Yếu tố mặt cắt ngang Độ dốc ngang Phần mặt đường và phần lề gia cố Bê tông xi măng và bê tông nhựa 2,0-2,5 Các loại mặt đường khác ,mặt đường lát đá tốt ,phẳng 2,5-3,0 Mặt đường đá lát chất lượng trung bình,mặt đường xếp đá 3,0-3,5 45
Mặt đường đá dăm,cấp phối ,mặt đường cấp thấp 3,0-3,5 Phần lề đất 6,0 Phần giải phân cách tuỳ vật liệu phủ II- Thiết kế nền đường Đ 4-3 Yêu cầu chung khi thiết kế nền đuờng 4-3-1>Tác dụng của nền đường : -Khắc phục địa hình thiên nhiên tạo nên một dải đủ rộng dọc theo tuyến đường ,có các tiêu chuẩn về bình đồ ,trắc dọc ,trắc ngang đáp ứng được điều kiện xe chạy an toàn êm thuận ,kinh tế . -Làm cơ sở cho áo đường : có ảnh hưởng lớn đến cường độ và tình trạng khai thác của cả kết cấu áo đường. 4-3-2> Yêu cầu chung: -Nền đường phải đảm bảo luôn luôn ổn định toàn khối ,nghĩa là kích thước hình học và hình dạng nền đường không bị phá hoại .Hiện tượng mất ổn định toàn khối chủ yếu là do sụt lở mái ta luy(H 4-3). - Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ nhất định ,tức là đủ độ bền khi chịu cắt trượt và không bị biến dạng nhiều ( hay không được tích luỹ biến dạng ) dưới tác dụng của áp lực bánh xe chạy qua. -Nền đường phải đảm bảo ổn định về cường độ ,nghĩa là cường độ nền đường không được thay đổi theo thời gian ,theo khí hậu ,theo thời tiết một cách bất lợi . H4-3 Mặt trượt Mặt trượt đất trụt lấp đường Trượt ta luy nền đắp Trượt ta luy đào 46
Trượt trên sườn dốc Trồi Trượt trồi trên nền yếu Trụt lở Lún sụt trên nền yếu Đ 4-4 Đất dùng trong xây dựng nền đường Đất là vật liệu chủ yếu để xây dựng nền đường.Tính chất và trạng thái của đất ( độ ẩm và độ chặt của đất ) ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và mức độ ổn định của nền đường. 47
Kích cỡ hạt đất ảnh hưởng lớn đến tính chất của đất ,cỡ hạt đất càng lớn thì cường độ càng cao ,tính mao dẫn thấp ,thoát nước tốt ,ít hoặc không bị nở khi ngập nước ,khi khô thì không bị hoặc ít bị co lại ( tính ổn định nước tốt ),tuy nhiên nó lại có nhược điểm là tính dính và tính dẻo kém Cỡ hạt đất nhỏ thì các tính chất trên sẽ hoàn toàn ngược lại Do có ảnh hưởng lớn và quan trọng như vậy nên trong ngành xây dựng đường cũng thường dựa vào thành phần hạt để phân loại đất và chỉ rõ khả năng sử dụng các loại đất trong xây dựng nền đường ( Bảng 8-1 ; 8-2 ; 8-3 ) Bảng 8-1: Phân loại hạt đất theo kích cỡ Tên hạt Kích cỡ hạt (mm) Tên hạt Kích cỡ hạt (mm) Cuội 100-40 Cát : to 2-1 Sỏi: rất to 40-20 vừa 1-0,5 to 20-10 nhỏ 0,5-0,25 vừa 10-4 rất nhỏ(mịn) 0,05-0,01 bé 4-2 Bụi: to 0,05-0,01 nhỏ 0,01-0,005 sét 50 1-7 rất thích hợp á cát nhẹ >50 1-7 thích hợp 48
á cát bụi 20-50 1-7 ít thích hợp á cát bụi nặng 40 7-12 thích hợp á sét nhẹ bụi 40 12-17 thích hợp á sét nặng bụi 40 17-27 thích hợp sét bụi không quy định 17-27 ít thích hợp sét béo nt >27 không thích hợp 4-4-2> Quy định về độ chặt: Nền đường phải đạt độ chặt quy định trong bảng sau( bảng 18 TCVN 4054-98) Độ chặt quy định của nền đường ( đầm nén tiêu chuẩn theo TCVN 4201- 1995) Độ sâu tính Loại công trình từ đáy áo Độ chặt K đường xuống ( cm) Đường ô tô có Đường ô tô có V 40 km/h V 40 km/h Khi áo đường dày 30 >0,98 0,95 trên 60cm Nền đắp Khi áo đường dày 50 0,98 0,95 dưới60cm Bên dưới chiều sâu 0,95 0,90 kể trên Nền đào và không đào 30 0,98 0,95 không đắp Đ 4-5 Kích thước và hình dáng mặt cắt ngang 49
4-5-1>Kích thước và một số hình cắt ngang điển hình: 4-5-1-1> Kích thước: Theo TCVN -4054-98 chiều rộng tối thiểu các yếu tố mặt cắt ngang được quy định như sau ( bảng 6): Kích thước tính bằng m Các yếu tố Cấp kỹ thuật 20 40 60 80 Phần xe chạy 1 3,5 2 3,00 2 3,50 2 3,50 Phần lề đường 2 1,50 2 1,50 2 2,50 2 3,00 Phần có gia cố - 2 1,00 2 2,00 2 2,50 Bề rộng tối thiểu của nền 6,50 9,00 12,00 13,00 đường 4-5-1-2>Hình dángvà một số mặt cắt ngang điển hình: Bề mặt nền đường Lề đường Phần xe chạy Lề đường Phần gia cố Tim phần xe chạy Khi có gia cố lề Trường hợp thông thường * Một số hình cắt ngang điển hình( xem giáo trình TKĐÔT) 4-5-2> Lựa chọn và xây dựng ta luy nền đường: 4-5-2-1> Độ dốc mái đường đào : Căn cứ vào điều kiện cấu tạo địa chất và độ cao mái đường có thể chọn độ dốc mái đuờng theo bảng sau( bảng 19 TCVN 4054-98): Độ dốc mái đường đào Loại đất đá Chiều cao mái dốc Độ dốc lớn nhất nền đào ( m) của mái dốc 1. Đá cứng: -đá có phong hoá nhẹ (nứt nẻ) 16 1:0,2 -đá dễ phong hoá 16 1:0,5-1:1,5 2.Các loại đá phong hoá mạnh 6 1:1 3. Đá rời rạc 6-12 1:1,5 4.Đất cát ,đất các loại sét ở trạng 12 1:1,5 thái cứng ,nửa cứng ,dẻo chặt 50
-Khi nền đào qua nhiều lớp đá khác nhau phải căn cứ vào từng lớp để làm mái dốc khác nhau .Khi gặp các chiều sâu mái đào lớn hơn các trị số trong bảng hay các loại đất đá khác phải làm thí nghiệm các mẫu đất để tính toán oỏn định mái đường đào. -Khi mái dốc có cấu tạo dễ bị lở ,rơi thì giữa mép ngoài của rãnh biên tới chân ta luy phải có một bậc thềm rộng tối thiểu 0,8m.Khi đã có tường phòng hộ hoặc khi mái dốc thấp hơn 2 m không phải bố trí bậc thềm này. 4-5-2-2>Độ dốc mái đường đắp: Tuỳ theo độ cao của mái đắp và loại đất để đắp,độ dốc mái đắp theo qụy định như sau: ( bảng 20 TCVN 4054 -98) Độ dốc mái đường đắp Loại đất đá Chiều cao mái dốc nền Chiều cao mái đắp dưới 6 m dốc nền đắp từ 6-12 m Các loại đá phong hoá nhẹ 1:1-1:1,3 1:1-1,3 Đá dăm ,đá sỏi,sạn ,cát lẫn sỏi 1:1,5 1:1,3-1,5 sạn, cát to ,cát vừa ,xỉ quặng Cát nhỏ và cát bột,đất sét và cát 1:1,5 1:1,75 pha Đất bột,cát nhỏ 1:1,75 1:1,75 * Các trường hợp sau phải thiết kế cá biệt: + nền đấp và nền đào ở ngoài phạm vi các bảng 19 &20 + nền đường bãi sông +nền đuờng đắp trên các bãi lầy không vét hết lầy + nền đường ở vùng có địa chất phức tạp như đá sụt, đất lở,dòng bùn đá,castơ +nền đường thi công theo phương pháp nổ phá và thuỷ lực +nền đường đã có hoặc sẽ có khả năng phát triển các hiện tượng phức tạp về địa chất như trượt dốc ,khe sói, đá sụt,vùng cát di động 51
Đ 4-6 Các loại biến dạng của nền đườmg 4-6-1> Biến dạng của nền đắp: Trong nền đắp thường xảy ra: +Nền bị lún sụt +Ta luy nền bị sụt lở +Nền bị trượt trên sườn dốc +Nền bị sụp đổ Nguyên nhân: - Nền bị lún sụt do đất dắp rời rạc ,không đầm lén chặt, nền đất thiên nhiên yếu,đắp các loại đất khác nhau không theo quy định. -Ta luy bị sụt lở do độ dốc ta luy quá lớn, đất quá ẩm ướt làm giảm độ dính kết,chân ta luy bị nước xói mòn. -Trượt theo mặt đất tự nhiên do chân ta luy nền đắp bị ướt, nước trên sườn dốc xói mạnh và sâu,không đánh cấp để đắp,không dùng các biện pháp chống đỡ thích hợp Lún sụt Lún Lở Sụt Trượt 52
hình 4-6-2> Biến dạng của nền đào: Chủ yếu là biến dạng ta luy đào, mái ta luy nền đường bị sụt lở theo mặt trượt nhất định ,là sự di chuyển của khối đất theo mặt trượt đó. Trượt ta luy đào Trụt lở Nguyên nhân : Do mái dốc quá dốc ,đất ở mái ta luy bị ẩm ướt do nước mưa thấm xuống ,nước trong đất thấm ra.Do lớp đất sét không thấm nước có độ dốc nghiêng về phía nền đường đào sẽ tạo thành mặt trượt. Nếu như mặt trượt ở phía dưới cao độ nền đường thì khối trượt bao gồm cả nền đường 4-6-3> Kết luận: Sự phá hoại nền đường đào cũng như nền đường đắp chủ yếu là do tác dụng phá hoại của nước . Do vậy để đảm bảo sự ổn định của nền đường ,trong thiết kế phải sử lý khắc phục tác hại của nước như: phải bố trí rãnh dọc ,rãnh đỉnh ,cống thoát nước cũng như thiết kế mái dốc ta luy hợp lý cho từng trường hợp cụ thể. 53
Đ4-7 ổn định của nền đường 4-7-1>ổn định của nền đường không ngập nước : Để đảm bảo ổn định của nền đường có thể thiết kế theo theo các trắc ngang định hình như ở hìnhvẽ -Trường hợp đắp thấp hơn 1m thường dùng độ dốc ta luy thoải (1:3 -1:5)(như hình vẽ) để tiện cho máy lấy đất thi công từ thùng đấu đắp nền hoặc tiện cho việc dùng máy đào rãnh -Nếu nền đắp quá thấp thì phải cấu tạo rãnh dọc hai bên để đẩm bảo thoát nước và chọn độ dốc mái ta luy 1:1,5 nếu thi công bằng phương pháp thủ công. -Để đảm bảo ổn định toàn khối theo kinh nghiệm sử dụng nhiều năm độ dốc mái ta luy thường dùng là 1:1,5.Nếu bằng đá tuỳ theo cỡ đá và cách thi công mà quyết định độ dốc ta luy như ở bảng 20 ( TCVN4504-98) và bảng 8-4 ( TKĐÔTt2) Độ dốc ta luy nèn đường đắp bằng đá Cỡ đá Chiều cao nền đắp(m) Phương pháp thi công Độ dốc ta luy 25 6,0 Xếp đống 1:1,35 25 6,0-20,0 nt 1:1,5 25 20,0 Dùng đá lớn xếp mặt ngoài 1:1,1 40 5,0 nt 1:0,75 40 5,0-10,0 nt 1:1,0 - Trường hợp nền đắp đất cao từ 6-12m thì phần dưới độ dốc ta luy phải cấu tạo thoải hơn 1:1,75và phần trên từ 6-8 m vẫn làm theo độ dốc 1:1,5 Lấy thùng đấu 1/3hay1/5 2-3% H Nền đường đắp cao dưới 1m không lấy thùng đấu 54
1/1,5 1/1,5 h1 1/1,75 1/1,75 h2 Nền đường đắp cao từ 6-12 m 1/1,5 1/1,5 2-3% 1/1,5 2-3% K Nền đường đắp cao từ 1 6 m ( K=khoảng bảo vệ chân ta luy) HINH 4-7-2 - ổn định của nền đường qua vùng ngập nước: Nền đường đầu cầu, dọc sông và cánh đồng ngập nước có thể bị ngập nước để đảm bảo ổn định nền đường thì cần phải cáu tạo dốc ta luy thoải 1:2,0 sao cho đến trên mức nước thiết kế 0,5 m và ít nhất cũng phải cao hơn mức nước thiết kế 0,5 m.Đồng thời phải căn cứ vào tốc độ nước chảy và loại đất đắp để thiết kế tường phòng hộ hoặc gia cố ta luy cho phù hợp.Những tuyến đường quan trọng MNTK cần phải kể đến chiều cao sóng lớn nhất khi gió thổi nước đập vào mặt ta luy gây nên.MNTK phải được tính với tần suất sau: -Vtt 80 km/h tần suát là 2% -Vtt 60 km/h tần suất là 4% -Khi Vtt từ 20-40km/h xét từng trường hợp cụ thể thông thường là 4%và có luận chứng kinh tế kỹ thuật. Cao độ đáy áo đường phải cao hơn MNNTT ( hay mực nước đọng thườn xuyên một độ cao ghi trong bảng 17 (TCVN 4054-98) Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính toán( hoặc mực nước đọng thường xuyên ) tối đáy áo đường Đơn vị tính bằng mét Loại đất đắp nền đường Số ngày ngập nước liên tục trong một năm Trên 20 ngày dưới 20 ngày Cát bụi ,cát nhỏ,cát pha sét nhẹ 50 30 Cát bột ,cát pha sét nặng 70 40 Cát pha sét bụi 120-80 50 Sét pha cát bột,sét pha cát nặng sét 100-120 40 béo ,sét nặng 55
Thượng lưu 1/1,5 1/1,5 Hạ lưu MNTK 0,5 m 0,5 m MNTK 1/2 1/2 Nền đường đầu cầu,dọc sông và qua cánh đồng ngập nước 4-7-3- ổn định của nền đường trên sườn núi: 4-7-3-1 -Nền đắp trên sườn dốc: Khi xây dựng nền đắp trên sườn dốc thì cần phải có biện pháp cấu tạo chống đỡ nền đường để chúng không bị trượt trên sườn dốc: -Nếu sườn dốc tự nhiên nhỏ hơn 20% thì chỉ cần biện pháp rẫy hết cây cỏ và dọn sạch đất hữu cơ ở phạm vi đáy nền tiếp xúc với sườn dốc. -Nếu độ dốc ngang sườn núi từ 20-50% thì bắt buộc phải dùng biện pháp đánh bậc cấp (như ở hình vẽ).Bề rộng cấp tối thiểu là 1m,nếu thi công bằng cơ giới thì phải rộng 3-4m -nếu độ dốc ngang sườn núi từ 50% trở lên thì có thể dùng các biện pháp đắp xếp đá,kè chân hoặc tường chắn (hình vẽ) Cấu tạo nền đắp trên sườn dốc 1/1,5 1/1,5 Dốc 20-50% 1m 1m Cấu tạo các biện pháp chống đỡ nền đường trên sườn dốc 50% 1/1,5 Đá xếp khan hoặc d d đá xây 56
50% Tường chắn đá xây( bê tông) 4-7-3-2-Nền đào trên sườn dốc: Nền đào trên sườn dốc thường có hai kiểu: kiểu đào hoàn toàn và đào chữ L 1/m H ta luy 1/m 1/m 1/1,5 1/1,5 ( Đối với nền đường nửa đào nửa đắp thì tra cả ở phần nền đào và phần nền đắp) -Nền đào khi xây dựng sẽ phá hoại thế cân bằng của các tầng đất thiên nhiên và do ảnh hưởng của các điều kiện khác nên sẽ tạo nên hiện tượng sườn dốc bị mất chânvì vậymái ta luy đào trên sườn dốc phải có độ dốc nhất định để đảm bảo ổn định cho ta luyvà cho cả sườn núi. Độ dốc mái ta luy nền đường đào có thể lấy theo bảng 19 TCVN 4054-98. -Trường hợp nền đào qua các lớp đất đá khác nhau thì nên dùng độ dốc ta luy khác nhau tương ứng với mỗi lớp đất đá Tầng đất phủ 1/n 1/n Sa thạch cứng 1/m 1/m 57
4-8 Gia cố ta luy 4-8-1- Các hình thức gia cố ta luy: 4-8-1-1 -Mục đích: Đề phòng mái ta luy bị phá hoại do tác dụng của mưa,nước mặt ,sóng,gió và các tác dụng khác như phong hoá bề mặt 4-8-1-2-Các hình thức giacố: -Đầm nén chặt mái ta luy và gọt nhẵn mái ta luy -Trồng cỏ trên mái ta luy -Gia cố lớp đất mặt bằng chất liên kết vô cơ ( vôi ,xi măng ) hoặc chất liên kết hữu cơ -Làm lớp bảo hộ cục bộ hoặc tường hộ để ngăn ngừa tác dụng phong hoá phát triển. -Gia cố bằng đá : xếp khan hoặc đá xây . -Gia cố bằng tấm lát bê tông 4-8-2 -Chọn kiểu gia cố: Tuỳ theo điều kiện cụ thể ,tại các vị trí khác nhau củanền đường mà chọn hình thức gia cố mái ta luy cho phù hợp thoả mãn các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật. - Đầm nén chặt mái ta luy và gọt nhẵn mái ta luy:thường áp dụng ở những nơi nền đường không ngập nước,khu vực có lưu lượng mưa nhỏ. - Trồng cỏ trên mái ta luy : có tác dụng làm chặt đất mái ta luy ,cản dòng chảy,điều tiết độ ẩm của đất do đó nên áp dụng với mọi trường hợp( Trừ những mái ta luy thường xuyên ngập nước ) - Gia cố lớp đất mặt bằng chất liên kết vô cơ ( vôi ,xi măng ) hoặc chất liên kết hữu cơ: thường áp dụng ở những khu vực có sẵn vật liệu,nước ngập không thường xuyên ,lưu lượng mưa lớn - Làm lớp bảo hộ cục bộ hoặc tường hộ để ngăn ngừa tác dụng phong hoá phát triển. biện pháp này rất cần thiết và hiệu quả đối với ta luy nền đường núi qua vùng đá dễ bị phong hoá như diệp thạch ,sa thạch 58
-Gia cố bằng đá và gia cố bằng tấm lát bê tông :áp dụng ở những nơi nền đắp chịu tác dụng nước chảy và sóng vỗ Bài 5: Phân phối đất trên trắc dọc Trên trắc dọc có đoạn đào, đoạn đắp, với những đoạn đắp có thể tận dụng đất đào ra để đắp hoặc lấy đất từ mỏ, thùng đấu trong phạm vi phần này chúng ta nghiên cứu cách xác định lấy đất đào ở nền đào ra vận chuyển đến chỗ đắp như thế nào cho hợp lý, tức là xác định đoạn nào thì điều phối trên trắc dọc để đắp, đoạn nào thì lấy đất từ mỏ, thùng đấu để có giá thành đào đắp rẻ nhất. Để làm được việc đó ta nghiên cứu về đường cong khối lượng (Còn gọi là đường cong tích luỹ) và đường phân phối đất. 5.1Đường cong khối lượng 5.1.1 Khái niệm: Đường cong khối lượng là đường biểu thị khối lượng đã được cộng dồn từ điểm đầu tới điểm cuối tuyến (cuối đoạn đang xét), tung độ của đường cong khối lượng tại điểm nào đó bằng khối lượng cộng dồn từ đầu tới điểm đó(hay mặt cắt đó). 5.1.2 Cách vẽ đường cong khối lượng: -Chọn hệ trục toạ độ vuông góc có điểm gốc O trùng điểm đầu của trắc dọc. Trục hoành nằm ngang biểu diễn chiều dài có tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ chiều dài trắc dọc, trục tung biểu thị khối lượng có tỷ lệ tuỳ chọn (tuỳ theo khối lượng). -Cộng dồn khối lượng từ điểm đầu tới điểm cuối với quy ước khối lượng đào mang dấu (+), khối lượng đắp mang dấu (-)(Lập bảng khối lượng) và tại vị trí mỗi cọc ta đánh dấu tung độ biểu thị khối lượng cộng dồn tới cọc đó. -Nối các điểm đã đánh dấu ta được đường cong khối lượng hay đường cong tích luỹ. * Chú ý: Khi nối các điểm đã đánh dấu phải nối thành đường cong trơn. 5.1.3 Ví dụ: Trên một đoạn tuyến có bảng khối lượng sau, hãy vẽ đường cong khối lượng đất đá: K/cách Khối lượng KLcộng dồn Tên cọc (m) Đào(m3) Đắp(m3) (m3) 1 15 100 2 100 20 150 3 250 10 200 ĐX 450 15 300 59
4 150 20 250 5 -100 20 300 H2 -400 15 100 ĐX -500 15 300 6 -200 20 250 7 50 25 200 8 250 5.1.4 Tính chất của đường cong khối lượng đất đá: -Hiệu số tung độ giữa hai điểm trên đường cong khối lượng bằng khối lượng giữa hai điểm đó. - Trên đường cong khối lượng đoạn đi lên ứng với nền đường đào, đoạn đi xuống ứng với nền đường đắp. - Các điểm cực đại của biểu đồ ứng với các điểm chuyển từ đào sang đắp, các điểm cực tiểu ứng với các điểm chuyển từ đắp sang đào. - Đoạn thoải khối lượng ít, đoạn dốc khối lượng nhiều. 60
Bài 2: Các phương pháp thiết kế trắc dọc 2.1 Thiết kế bao: *Khái niệm: Thiết kế bao là thiết kế đường đỏ men theo chỗ gãy chủ yếu của mặt đất(có thể cao hơn hoặc thấp hơn mặt đất một ít) nhưng phải đảm bảo các cao độ cần thiết và độ dốc không lớn quá độ dốc của tuyến đã cho. *Ưu , nhược điểm: +Ưu điểm: -Khối lượng đào đắp ít. -Thuận lợi cho máy móc thi công. -Nền đường tương đối ổn định. + Nhược điểm: -Nơi địa hình phức tạp thay đổi độ dốc dọc liên tục, tốc độ xe chạy hạn chế. *Phạm vi áp dụng: Địa hình bằng phẳng, không có chỗ quá nhấp nhô. 2.2 Thiết kế cắt: * Khái niệm: Thiết kế cắt là thiết kế đường đỏ đi cắt địa hình tạo thành những chỗ đào đắp xen kẽ (Cố gắng cân bằng giữa khối lượng đào và khối lượng đắp ). *Ưu nhược điểm: Ngược lại so với phương pháp thiết kế bao *Phạm vi áp dụng: Thường áp dụng nơi địa hình hiểm trở. 2.3 Trình tự công tác thiết kế đường đỏ: 2.3.1 Nghiên cứu xác định độ cao khống chế và độ cao mong muốn ở mọi cọc chi tiết trên mặt cắt dọc và cắt ngang tự nhiên: -Độ cao khống chế: Là những điểm đường đỏ bắt buộc phải đi qua theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế. - Độ cao mong muốn: Là những điểm đường đỏ không bắt buộc phải thiết kế ở độ cao ấy, nhưng đường thiết kế nên đi qua để đảm bảo một yêu cầu nào đó: Kinh tế, kỹ thuật, điều kiện thi công 2.3.2 Đưa các điểm khống chế và các điểm mong muốn ở mặt cắt ngang lên mặt cắt dọcvà khi thiết kế cần đạt 2 yêu cầu sau: 61
-Bám sát tập hợp các điểm mong muốn và đi qua các điểm khống chế. -Thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật về bố trí các đoạn dốc(Độ dốc, chiều dài, đường cong đứng ). 2.4 Tính các yếu tố trên trắc dọc: 2.4.1 Tính cao độ đường đỏ: Cao độ đường đỏ của các cọc được tính theo công thức: Hn = Hn-1 id.l Trong đó: Hn, Hn-1: Cao độ đường đỏ cọc thứ n và (n-1). id: Độ dốc dọc đường đỏ(%). l: Khoảng cách giữa hai cọc. 2.4.2 Tính cự ly điểm xuyên: Điểm xuyên là điểm gặp của đường đỏ và đường thiên nhiên trong phạm vi hai cọc kề liền. x y x l x al bx ax al x a b a b a b Khoảng cách từ điểm xuyên tới hai cọc kề liền được tính như sau: và y =l -x Trong đó: a: Chiều cao đào b: Chiều cao đắp l: Khoảng cách giữa hai cọc x, y: Khoảng cách từ điểm xuyên tới hai cọc kề liền. 62
Bài 4: đảm bảo tầm nhìn xe chạy 4.1 Khái niệm về tầm nhìn xe chạy: Để đảm bảo xe chạy an toàn, lái xe luôn phải nhìn thấy rõ một đoạn đường ở phía trước để kịp thời xử lý tình huống về đườngvà giao thông như: tránh chướng ngại vật, tránh các chỗ hư hỏng, nhìn thấy biển cấm, biển báo Vậy: Tầm nhìn là khoảng cách tối thiểu để người lái xe có thể nhìn tháy phía trước, hoặc chướng ngại trên đường. Chiều dài đoạn đường này phải đảm bảo để người lái xe có thể: - Giảm tốc độ kịp thời. - Hãm xe lại. - Lấy tay lái. 4.2 Chiều dài tầm nhìn(Hình vẽ): Chiều dài tầm nhìn gồm có những phần sau đây hợp lại: 4.2.1 Chiều dài phản ứng: *Khái niệm: Khi xe đang chạy người lái xe trông thấy một chướng ngại vật, phản ứng thành động tác hãm xe, hoặc giảm tốc độ của xe. Trong khoảng thời gian đó xe đi được một quãng đường gọi là chiều dài phản ứng. *Xác định: 63
Thời gian phản ứng (tpư) là thời gian cần để nhận biết có chướng ngại vật và có biện pháp xử lý. Thời gian này phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi, tay nghề và tình huống trên đường thời gian này thường được lấy từ 0.75 đến 1 giây. Trong tính toán để đảm bảo mức độ an toàn nhất định người ta lấy tpư = 1s. Lpư = V (m/s) 1s = V/ 3,6 (V = km/h). 4.2.2 Chiều dài hãm xe: *Khái niệm: Sau khi người lái bắt đầu hãm xe do quán tính xe vẫn chạy thêm một đoạn nữa mới dừnglại, đoạn đó gọi là chiều dài hãm xe. *Xác định: Khi hãm xe lực hãm lớn nhất có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩa là: Ph = Tmax = .G Khi hãm xe do xe chậm lại các ảnh hưởng cuả lực khác có thể bỏ qua chỉ kể đến lực cản khi lên dốc; Ph + Pi = . G G. i = G ( i) Theo lý thuyết về động năng thì: Công lực hãm sinh ra trên chiều dài hãm xe (Sh) phải bằng động năng tiêu hao do tốc độ ôtô giảm từ V1 - V2: 2 2 G V1 V2 Sh (Ph + Pi) = Sh G ( i) = g 2 2 2 V1 V2 Nên chiều dài hãm xe: Sh = K 2g( i) Với V tính bằng m/s. Nếu V tính bằng km/h có: 2 2 V1 V2 Sh = K 254( i) Khi xe dừng lại hoàn toàn thì V2 =0 do đó: V 2 Sh = K 254( i) Trong đó: : hệ số bám dọc lh: chiều dài hãm xe G: trọng lượng xe i: độ dốc dọc của đường V: vận tốc xe chạy. g: gia tốc trọng trường = 9.81m/s2 k: hệ số hãm phanh lấy =1,2. 4.2.3 Chiều dài an toàn: Là khoảng cách dự trữ an toàn giữa hai xe và chướng ngại vật khi xe dừng hẳn, thường lấy từ 5-10m. 64
Vậy khi đó: chiều dài tầm nhìn sẽ là (Tầm nhìn một chiều): V kv2 S 10m 1 3,6 254( i ) Tầm nhìn hai chiều sẽ là: V kv2 S 10m 2 1.8 127( 2 i2 ) 4.3 Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong ở vùng bị khuất: 4.3.1 Khái niệm: Khi xe chạy vào đường cong , nhất là đường cong có bán kính nhỏ nhiều chướng ngại vật nằm ở phía bụng đường cong gây cản trở cho tầm nhìn như: Mái ta luy, nhà cửa, cây cố để đảm bảo an toàn phải kiểm tra tầm nhìn với giả thiết mắt người lái xe đặt cách mép phần xe chạy1,5m trên độ cao là 1,2m ở mặt đường để có thể nhìn thấy được mặt đường, xe ngược lại, hoặc chướng ngại vật ở một khoảng cách mà ôtô có thể dừng lại được. Theo quỹ đạo xe chạy dùng thước (com pa) xác định các chiều dài tầm nhìn S1 vẽ các đường bao, với các tia nhìn trên ta xác định được tầm nhìn yêu cầu và xác định được chiều rộng Z cần tháo dỡ các chướng ngại vật.(hình vẽ). Giả sử Z0 là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến chướng ngại vật và Z là khoảng cách từ quỹ đạo ôtô đến chỗ cần bạt (khoảng cách đảm bảo được tầm nhìn). Nếu: Z Z0 thì tầm nhìn đảm bảo Z > Z0 phải tháo dỡ chướng ngại vật trong phần gạch chéo. (chú ý nhắc học sinh áp dụng trong quá trình làm đồ án môn học đối với đường đào trong đường cong). Bài 3: Đoạn nối siêu cao 3.1 Khái niệm: -Trên tuyến đường ngoài đường thẳng mặt đường có độ dốc ngang hai mái vào đến đoạn đường vòng trở thành dốc ngang một mái. Vì vậy chiều dài cần thiết để mặt đường biến đổi từ mặt cắt ngang hai mái chuyển tiếp dần sang mặt cắt ngang một mái đến trị số quy định isc gọi là đoạn nối siêu cao. -Như vậy: Tại điểm đầu của đoạn nối siêu cao mặt đường có dốc ngang hai mái và tại điểm cuối mặt đường có dốc ngang một mái và trị số dốc ngang là độ dốc siêu cao quy định trong thiết kế (Bảng 2-3 đã nghiên cứu ở tiết trước). 3.2 Công thức tính chiều dài đoạn nối siêu cao: Từ những khái niệm trên và theo TCVN 4054-98 chiều dài đoạn nối siêu cao được tính như sau: B i sc L nsc 65 i p
Trong đó: -Lnsc: Chiều dài đoạn nối siêu cao; Lnsc Không được nhỏ hơn Lct(Nếu có). -B: Bề rộng phần xe chạy (m) - : Độ mở rộng phần xe chạy -isc: Độ dốc siêu cao (%). -ip: Độ dốc dọc mép ngaòi của đường do nâng siêu cao mà có.ở nước ta theo TCVN 4054-98 quy định : +ip= 1% đối với đường có Vtt= 20-40 km/h +ip= 0,5% đối với đường có Vtt 60 km/h. 3.3 Các phương pháp nâng siêu cao (Hình vẽ): Trên đoạn nối siêu cao mặt cắt ngang hai mái được chuyển thành mặt cắt ngang có dốc siêu cao bằng hai bước sau: + Bước chuẩn bị: Các bộ phận ở bên ngaòi phần xe chạy (Lề đường) nâng lên có dốc bằng dốc phần xe chạy bằng cách quay quanh mép phần xe chạy. Việc chuyển tiếp này được thực hiện trên một đoạn 10m (Trước khi vào đoạn nối siêu cao). + Bước thực hiện: Được tiến hành bằng một trong hai phương pháp sau: -Phương pháp 1: Quay quanh tim đường để nâng phần đường phía lưng đường cong cho có cùng độ dốc phần xe chạy, sau đó tiếp tục quay cả phần xe chạy và lề gia cố quanh tim đường cho tới khi đạt độ dốc siêu cao. -Phương pháp 2: Quay quanh tim đường để nâng phần đường phía lưng đường cong cho có cùng độ dốc phần xe chạy (Như phương pháp 1) sau đó quay quanh mép phần xe chạy phía bụng đường cong cả mặt cắt ngang cho tới khi đạt độ dốc siêu cao. 3.4 Bố trí đoạn nối siêu cao (Hình vẽ): -Khi có đường cong chuyển tiếp đoạn nối siêu cao được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp. Khi không có đường cong chuyển tiếp thì đoạn nối siêu cao được bố trí một nửa nằm ngoài đường thẳng và một nửa nằm trong đường cong tròn. Bố trí chi tiết và cụ thể các đoạn chuyển tiếp từ ing tới isc được bố trí như bản vẽ và tính toán cụ thể ở bài sau. Bài 5: Phân phối đất trên trắc dọc Trên trắc dọc có đoạn đào, đoạn đắp, với những đoạn đắp có thể tận dụng đất đào ra để đắp hoặc lấy đất từ mỏ, thùng đấu trong phạm vi phần này chúng ta nghiên cứu cách xác định lấy đất đào ở nền đào ra vận chuyển đến chỗ đắp như thế nào cho hợp lý, tức là xác định đoạn nào thì điều phối trên trắc dọc để đắp, đoạn nào thì lấy đất từ mỏ, thùng đấu để có giá thành đào đắp rẻ nhất. Để làm được việc đó ta nghiên cứu về đường cong khối lượng(Còn gọi là đường cong tích luỹ) và đường phân phối đất. 5.1Đường cong khối lượng 5.1.1 Khái niệm: 66
Đường cong khối lượng là đường biểu thị khối lượng đã được cộng dồn từ điểm đầu tới điểm cuối tuyến (cuối đoạn đang xét), tung độ của đường cong khối lượng tại điểm nào đó bằng khối lượng cộng dồn từ đầu tới điểm đó(hay mặt cắt đó). 5.1.2 Cách vẽ đường cong khối lượng: -Chọn hệ trục toạ độ vuông góc có điểm gốc O trùng điểm đầu của trắc dọc. Trục hoành nằm ngang biểu diễn chiều dài có tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ chiều dài trắc dọc, trục tung biểu thị khối lượng có tỷ lệ tuỳ chọn (tuỳ theo khối lượng). -Cộng dồn khối lượng từ điểm đầu tới điểm cuối với quy ước khối lượng đào mang dấu (+), khối lượng đắp mang dấu (-)(Lập bảng khối lượng) và tại vị trí mỗi cọc ta đánh dấu tung độ biểu thị khối lượng cộng dồn tới cọc đó. -Nối các điểm đã đánh dấu ta được đường cong khối lượng hay đường cong tích luỹ. * Chú ý: Khi nối các điểm đã đánh dấu phải nối thành đường cong trơn. 5.1.3 Ví dụ: Trên một đoạn tuyến có bảng khối lượng sau, hãy vẽ đường cong khối lượng đất đá: K/cách Khối lượng KL cộng dồn Tên cọc (m) Đào(m3) Đắp(m3) (m3) 1 15 100 2 100 20 150 3 250 10 200 ĐX 450 15 300 4 150 20 250 5 -100 20 300 H2 -400 15 100 ĐX -500 15 300 6 -200 20 250 7 50 25 200 8 250 5.1.4 Tính chất của đường cong khối lượng đất đá: 67
-Hiệu số tung độ giữa hai điểm trên đường cong khối lượng bằng khối lượng giữa hai điểm đó. - Trên đường cong khối lượng đoạn đi lên ứng với nền đường đào, đoạn đi xuống ứng với nền đường đắp. - Các điểm cực đại của biểu đồ ứng với các điểm chuyển từ đào sang đắp, các điểm cực tiểu ứng với các điểm chuyển từ đắp sang đào. - Đoạn thoải khối lượng ít, đoạn dốc khối lượng nhiều. 68
Bài 2: Các phương pháp thiết kế trắc dọc 2.1 Thiết kế bao: *Khái niệm: Thiết kế bao là thiết kế đường đỏ men theo chỗ gãy chủ yếu của mặt đất(có thể cao hơn hoặc thấp hơn mặt đất một ít) nhưng phải đảm bảo các cao độ cần thiết và độ dốc không lớn quá độ dốc của tuyến đã cho. *Ưu , nhược điểm: +Ưu điểm: -Khối lượng đào đắp ít. -Thuận lợi cho máy móc thi công. -Nền đường tương đối ổn định. + Nhược điểm: -Nơi địa hình phức tạp thay đổi độ dốc dọc liên tục, tốc độ xe chạy hạn chế. *Phạm vi áp dụng: Địa hình bằng phẳng, không có chỗ quá nhấp nhô. 2.2 Thiết kế cắt: * Khái niệm: Thiết kế cắt là thiết kế đường đỏ đi cắt địa hình tạo thành những chỗ đào đắp xen kẽ (Cố gắng cân bằng giữa khối lượng đào và khối lượng đắp ). *Ưu nhược điểm: Ngược lại so với phương pháp thiết kế bao *Phạm vi áp dụng: Thường áp dụng nơi địa hình hiểm trở. 2.3 Trình tự công tác thiết kế đường đỏ: 2.3.1 Nghiên cứu xác định độ cao khống chế và độ cao mong muốn ở mọi cọc chi tiết trên mặt cắt dọc và cắt ngang tự nhiên: -Độ cao khống chế: Là những điểm đường đỏ bắt buộc phải đi qua theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế. - Độ cao mong muốn: Là những điểm đường đỏ không bắt buộc phải thiết kế ở độ cao ấy, nhưng đường thiết kế nên đi qua để đảm bảo một yêu cầu nào đó: Kinh tế, kỹ thuật, điều kiện thi công 2.3.2 Đưa các điểm khống chế và các điểm mong muốn ở mặt cắt ngang lên mặt cắt dọcvà khi thiết kế cần đạt 2 yêu cầu sau: 69
-Bám sát tập hợp các điểm mong muốn và đi qua các điểm khống chế. -Thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật về bố trí các đoạn dốc(Độ dốc, chiều dài, đường cong đứng ). 2.4 Tính các yếu tố trên trắc dọc: 2.4.1 Tính cao độ đường đỏ: Cao độ đường đỏ của các cọc được tính theo công thức: Hn = Hn-1 id.l Trong đó: Hn, Hn-1: Cao độ đường đỏ cọc thứ n và (n-1). id: Độ dốc dọc đường đỏ(%). l: Khoảng cách giữa hai cọc. 2.4.2 Tính cự ly điểm xuyên: Điểm xuyên là điểm gặp của đường đỏ và đường thiên nhiên trong phạm vi hai cọc kề liền. x y x l x al bx ax al x a b a b a b Khoảng cách từ điểm xuyên tới hai cọc kề liền được tính như sau: và y =l -x Trong đó: a: Chiều cao đào b: Chiều cao đắp l: Khoảng cách giữa hai cọc x, y: Khoảng cách từ điểm xuyên tới hai cọc kề liền. 70
Bài 4: đảm bảo tầm nhìn xe chạy 4.1 Khái niệm về tầm nhìn xe chạy: Để đảm bảo xe chạy an toàn, lái xe luôn phải nhìn thấy rõ một đoạn đường ở phía trước để kịp thời xử lý tình huống về đườngvà giao thông như: tránh chướng ngại vật, tránh các chỗ hư hỏng, nhìn thấy biển cấm, biển báo Vậy: Tầm nhìn là khoảng cách tối thiểu để người lái xe có thể nhìn tháy phía trước, hoặc chướng ngại trên đường. Chiều dài đoạn đường này phải đảm bảo để người lái xe có thể: - Giảm tốc độ kịp thời. - Hãm xe lại. - Lấy tay lái. 4.2 Chiều dài tầm nhìn(Hình vẽ): Chiều dài tầm nhìn gồm có những phần sau đây hợp lại: 4.2.1 Chiều dài phản ứng: *Khái niệm: Khi xe đang chạy người lái xe trông thấy một chướng ngại vật, phản ứng thành động tác hãm xe, hoặc giảm tốc độ của xe. Trong khoảng thời gian đó xe đi được một quãng đường gọi là chiều dài phản ứng. *Xác định: 71
Thời gian phản ứng (tpư) là thời gian cần để nhận biết có chướng ngại vật và có biện pháp xử lý. Thời gian này phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi, tay nghề và tình huống trên đường thời gian này thường được lấy từ 0.75 đến 1 giây. Trong tính toán để đảm bảo mức độ an toàn nhất định người ta lấy tpư = 1s. Lpư = V (m/s) 1s = V/ 3,6 (V = km/h). 4.2.2 Chiều dài hãm xe: *Khái niệm: Sau khi người lái bắt đầu hãm xe do quán tính xe vẫn chạy thêm một đoạn nữa mới dừnglại, đoạn đó gọi là chiều dài hãm xe. *Xác định: Khi hãm xe lực hãm lớn nhất có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩa là: Ph = Tmax = .G Khi hãm xe do xe chậm lại các ảnh hưởng cuả lực khác có thể bỏ qua chỉ kể đến lực cản khi lên dốc; Ph + Pi = . G G. i = G ( i) Theo lý thuyết về động năng thì: Công lực hãm sinh ra trên chiều dài hãm xe (Sh) phải bằng động năng tiêu hao do tốc độ ôtô giảm từ V1 - V2: 2 2 G V1 V2 Sh (Ph + Pi) = Sh G ( i) = g 2 2 2 V1 V2 Nên chiều dài hãm xe: Sh = K 2g( i) Với V tính bằng m/s. Nếu V tính bằng km/h có: 2 2 V1 V2 Sh = K 254( i) Khi xe dừng lại hoàn toàn thì V2 =0 do đó: V 2 Sh = K 254( i) Trong đó: : hệ số bám dọc lh: chiều dài hãm xe G: trọng lượng xe i: độ dốc dọc của đường V: vận tốc xe chạy. g: gia tốc trọng trường = 9.81m/s2 k: hệ số hãm phanh lấy =1,2. 4.2.3 Chiều dài an toàn: Là khoảng cách dự trữ an toàn giữa hai xe và chướng ngại vật khi xe dừng hẳn, thường lấy từ 5-10m. 72