Nghiên cứu thiết kế bình đồ tuyến

CHƯƠNG II THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN 2.1.NGUYÊN TẮC VẠCH TUYẾN Vạch tuyến đi qua những nơi có địa chất của tương đối ổn định, không có vấn đề gì xử lý đặc biệt và tận dụng được nguyên vật liệu có sẵn ở địa phương. Căn cứ vào những điều nêu trong thiết kế sơ bộ và kết hợp với những vấn đề trên ta tiến hành đi tuyến từ Km3+300 đến Km4+500 và trên đoạn tuyến có một đường cong nằm. 2.2.THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ ĐƯỜNG CONG Sau khi vạch được tuyến trên bình đồ, căn cứ vào cấp thiết kế của đường là cấp III, tốc độ thiết kế là 60 Km/h từ đó dựa vào qui trình TCVN 4054-05 ta chọn bán kính R để tiến hành cắm cong và xác định các yếu tố hình học của đường cong theo các công thức sau : Độ dài tiếp tuyến: (m) Độ dài đường cong: (m) Độ dài đường phân giác: (m) a : góc chuyển hướng. R : bán kính đường cong. T : chiều dài tiếp tuyến. K : độ dài cung tròn. P : độ dài đường phân giới. Bảng tổng hợp các yếu tố đường cong nằm TT a 0 R(m) T(m) P(m) K(m) 1 55054'32'' 300 179.32 39.88 332.74 2.3.ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP, ĐOẠN NỐI SIÊU CAO, ĐOẠN NỐI MỞ RỘNG 2.3.1.Tính toán: a.Chiều dài đường cong chuyển tiếp Khi Vtk ≥ 60 Km/h thì phải bố trí đường cong chuyển tiếp để nối từ đường thẳng vào đường cong tròn và ngược lại. Đường cong chuyển tiếp có thể là một đường cong clôtôit, đường cong parabol bậc 3, hoặc đường cong nhiều cung tròn. Chiều dài đường cong chuyển tiếp phải thoả các điều kiện sau : Điều kiện 1 : đủ để bố trí đường cong chuyển tiếp (làm cho hành khách không cảm thấy đột ngột khi xe chạy vào trong đường cong). Trong đó : V = 60 km/h (vận tốc xe chạy thiết kế). R = 300m (bán kính đường cong nằm khi có bố trí siêu cao (2%). I : độ tăng gia tốc ly tâm cho phép. Theo TCVN lấy I = 0.5 m/s3 = > == 30.64 m Điều kiện 2 : đủ để bố trí đoạn nối siêu cao. Đoạn nối siêu cao là đoạn chuyển tiếp từ độ dốc ngang của mặt đường có hai mái nghiêng đến độ dốc siêu cao. Trong đó : B = 6 m (bề rộng của mặt đường).Theo Bảng 7 TCVN 4054-05 đối với đường cấp III, địa hình vùng núi thì chiều rộng 1 làn là 3m. D = 0.6m ( độ mở rộng phần xe chạy). isc = 2% độ dốc siêu cao Theo Bảng 13 TCVN 4054-05 ứng với bán kính tối thiểu khi có siêu cao là R = 500 Ỵ (300 ¸ 1500) m. ip = 0.005 (0.5%) độ dốc phụ lớn nhất khi Vtt ³ 60 (km/h). = > = 32 (m). Theo bảng 14 trong TCVN 4054-05 thì Lsc = 50 (m). Điều kiện 3 : = 33.33 (m). Trong đó : R = 300 m (bán kính đường cong nằm trên bình đồ ứng với isc). Chiều dài đường cong nhỏ nhất được chọn bằng giá trị lớn nhất trong 3 điều kiện trên : = max(đk1,đk2,đk3) = max(30.64 ; 50 ; 33.33) = 50 m. Vậy ta chọn Lct = 50m để thiết kế. b.Tính toán độ mở rộng trong đường cong : Khi xe chạy trong đường cong yêu cầu phải mở rộng phần xe chạy. Khi bán kính đường cong nằm £ 250 m, phần xe chạy mở rộng theo quy định trong Bảng 12 TCVN 4054-05. 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. 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. Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố. Dải dẫn hướng (và các cấu tạo khác như làn phụ cho xe thô sơ...), phải bố trí phía tay phải của độ mở rộng. Nền đường khi cần mở rộng, đảm bảo phần lề đất còn ít nhất 0.5m. Đối với những đoạn cong ta phải mở rộng mặt đường với độ mở rộng : D = 2ew Trong đó: D : độ mở rộng của phần xe chạy. l = 8 m (chiều dài tính từ trục sau của xe tới giảm xóc đằng trước đối với xe tải). R = 300 (m) : bán kính đường cong nằm. V = 60 Km/h (vận tốc xe chạy). = >= = 0.28 (m) Vậy D = 2ew = 2* 0.28 = 0.56 m => chọn D= 0.6 m 2.3.2.Bố trí siêu cao và cắm cọc chi tiết trong đường cong : Độ dốc siêu cao: Theo qui phạm quy định với bán kính đường cong nằm 300m và tốc độ thiết kế V = 60Km/h thì độ dốc siêu cao thiết kế là 2%. Tính toán chiều dài đoạn nối siêu cao: Trong đó: B: Bề rộng phần xe chạy. Blgc: Bề rộng lề gia cố. Theo [1], bảng 6 với V = 60 km/h thì: B = 6 m; Blgc= 2 m isc= 2 % : Độ dốc siêu cao. ip= 0,5 % : Độ dốc phụ thêm để nâng siêu cao ứng với vận tốc 60 km/h. = 32 m Bố trí siêu cao: Trong đoạn cong thiết kế đoạn nối siêu cao, ta thực hiện chuyển từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang một mái (isc). Trình tự thực hiện chung đối với đường không có dải phân cách giữa: -Nâng dần độ dốc ngang lề đường lên bằng độ dốc ngang mặt đường. Tuy nhiên tuyến đường thiết kế có ilề = in nên không thực hiện bước này. -Lấy tim phần xe chạy làm tâm, quay nửa phần mặt đường phía ngoài cho đến khi đạt được mặt cắt ngang một mái bằng độ dốc ngang mặt đường. -Lấy mép phần xe chạy phía trong (khi chưa mở rộng) làm tâm quay cho tới khi mặt cắt ngang đường có độ nghiêng bằng độ dốc siêu cao thiết kế. Tuy nhiên, tuyến đường thiết kế có ilề = in = isc = 2% nên trình tự thực hiện như sau: lấy tim phần xe chạy làm tâm, quay nửa phần mặt đường phía ngoài cho đến khi đạt được mặt cắt ngang một mái có độ dốc i = 2%. Xác định khoảng cách giữa các mặt cắt ngang đặc trưng: -Khoảng cách từ mặt cắt ngang đầu tiên đến mặt cắt ngang có độ dốc ngang nửa phần xe chạy bằng không: = 25 -Khoảng cách từ mặt cắt 1 đến mặt cắt một mái có độ dốc i = 2%: L1-2 = L – L0-1 = 50 – 25 = 25 m 2.3.3.Trình tự tính toán và cắm cọc chi tiết trong đường cong chuyển tiếp : a. Cách cắm đường cong chuyển tiếp: - Bước 1 : kiểm tra điều kiện . - Bước 2 : tính giá trị T0, x0, y0. - Bước 3 : đo từ D theo hướng tuyến một đoạn T0 ta xác định được điểm O (NĐ). - Bước 4 : từ điểm O đo ngược lại Đ một đoạn x0 ta xác định được điểm A. - Bước 5 : tại A đo theo hướng vuông góc với OĐ một đoạn y0 ta xác định được O’ (TĐ). - Bước 6 : xác định tọa độ x,y của điểm trung gian của đường cong chuyển tiếp theo các hàm xn = f1(nDS), yn = f2(nDS) (n = 1,2,3...). Cự ly giữa các điểm trung gian DS = (5-10)m. Một cách đúng đắn là cự ly giữa các điểm trung gian nên xác định theo Dj vì độ cong của đường cong luôn thay đổi. Xác định góc j0 và kiểm tra điều kiện : Trong đó : Với R = 300 (m) và Lct = 50 (m). = > = 0.083 (rad) = 4045’27’’ a = 55054'32'' (góc ngoặt của hướng tuyến). = > = 27041’1’’ Ta thấy j0 = 4045’27’’ £ = 27057’16’’ => Vậy thỏa mãn điều kiện. Xác định tọa độ của điểm cuối đường cong chuyển tiếp xo ,yo : x0 = f ( C ; Lct = S) y0 = f ( C ; Lct = S) Với (x0 , y0) là tọa độ tiếp đầu của đường cong tròn (là điểm cuối đường cong chuyển tiếp). Thông số của đường cong chuyển tiếp phải thỏa mãn các điều kiện sau : Vậy ta chọn A = 125 = > C = A2 = 1252 =15625. = > = 89.99 (m) = > = 2.51 (m) Xác định các chuyển dịch p và t : p = yo – R(1 - cosj0) = 2.51 – 500(1-cos(509’24’’)) = 0.486 (m). t = xo – R.sinj0 = Lct/2 = 90/2 = 45 (m). Kiểm tra điều kiện p < 0.01xR Ta thấy p = 0.486 thỏa điều kiện. Nếu p ³ 0,01R phải cấu tạo lại. = (500*cos(509’24’’) + 2.51)*tg(11047’31’’) + 89.99 - 500*sin(509’24’’) = 149.54 (m). Xác định các điểm trung gian theo công thức : C = R x Lct = 300*50 = 15000 m2 Bảng cắm cọc trong đường cong chuyển tiếp STT S R(m) Lct(m) X Y 0 0 300 70 0 0 1 5 300 70 5 0.0013 2 10 300 70 10 0.0107 3 15 300 70 15 0.036 4 20 300 70 20 0.0853 5 25 300 70 25 0.1667 6 30 300 70 30 0.288 7 35 300 70 34.99 0.4573 8 40 300 70 39.99 0.6825 9 45 300 70 44.98 0.9717 10 50 300 70 49.97 1.3327 b. Các bước cắm đường cong tròn : - Bước 1 : xác định hệ trục tọa độ x’o’y’. + Đo từ A theo hướng tuyến tới O một đoạn tAB = y0*cotgj0, ta xác định được B. + Nối B với O’ và kéo dài ta được trục o’x’, từ đó xác định được trục o’y’. - Bước 2 : xác định cự ly của các điểm thuộc đường cong tròn (l), được chọn tùy thuộc vào bán kính R (m) theo quy định sau : R > 500m = > l = 20m. R = (100 - 500)m = > l = 10m. R l = 5m. Vì R = 300(m) nên ta chọn l = 10 (m). Tính a0: a0 = a – 2 ´ j0 = 55022'2''– 2´4045’27’’= 45051'8'' Chiều dài còn lại của cung tròn: => phân nữa cung tròn có chiều dài là :120 m +Xác định các góc chắn cung: a2 = 2a1 a3 = 3a1 an = n.a1 +Tọa độ của điểm thứ i: xi = Rsin ai yi = R (1- cos ai) Bảng toạ độ các điểm chi tiết trong đường cong tròn STT S R(m) X'n Y'n TD 0 300 0 0 1 10 300 9.998 0.167 2 20 300 19.99 0.666 3 30 300 29.95 1.499 4 40 300 39.88 2.663 5 50 300 49.77 4.157 6 60 300 59.6 5.98 7 70 300 69.37 8.13 8 80 300 79.06 10.6 9 90 300 88.66 13.4 P 100 300 98.16 16.51 c. Kiểm tra tầm nhìn trên đường cong: Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong cần phải đảm bảo tầm nhìn cho người lái xe do vậy cần phải làm mở rộng tháo dở chướng ngại vật ở đường cong. Khi xe chạy trong đường cong tầm nhìn bị hạn chế và bất lợi nhất là những xe chạy phía bụng đường cong, ở vị trí thay đổi độ dốc quá đột ngột hoặc những chỗ có nhà cửa ở gần đường, cột đèn, kiôt … Các tầm nhìn được tính từ mắt lái xe có chiều cao 1m bên trên phần xe chạy, xe ngược chiều có chiều cao 1.2m, chướng ngại vật trên mặt đường có chiều cao 0,1m. Khi thiết kế phải kiểm tra tầm nhìn. Các chổ không đảm bảo tầm nhìn phải dở bỏ các chướng ngại vật (chặt cây, đào mái taluy…). Chướng ngại vật sau khi dở bỏ phải thấp hơn tia nhìn 0.3m. Trường hợp thật khó khăn, có thể dùng gương cầu, biển báo, biển hạn chế tốc độ hoặc biển cấm vượt xe. Z0 : khoảng cách từ mắt người lái xe đến chướng ngại vật. Z : khoảng cách từ mắt người lái xe đến giới hạn cần phá bỏ chướng ngại vật. Nếu : Z £ Zo : tầm nhìn được đảm bảo, không cần phải dọn chướng ngại vật. Z > Zo : tầm nhìn không được đảm bảo đòi hỏi phải dọn bỏ chướng ngại vật. Muốn đảm bảo tầm nhìn trên đường cong cần phải xác định phạm vi phá bỏ chướng ngại vật cản trở tầm nhìn. Ta có thể tính trị số Z theo công thức gần đúng sau : Trong đó : Với : R = 300m (bán kính đường cong). S = 150m (chiều dài tầm nhìn thấy xe ngược chiều). = > (độ). Phạm vi cần giải tỏa : = 9.334( m). Ta có sơ đồ :