Thiết kế bình đồ: Nguyên tắc vạch tuyến

CHƯƠNG 2  THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ 2.1.NGUYÊN TẮC VẠCH TUYẾN: Để vạch tuyến trên bình đồ cần phải đảm bảo những nguyên tắc chung như đã trình bày ở phần thiết kế sơ bộ. Ở trong phần này ta chỉ đề cập đến một số vấn đề cần lưu ý thêm như sau: Nếu các điểm khống chế có cao độ chênh lệch nhau không lớn thì có gắng cho tuyến bám theo đường đồng mức để giảm độ dốc dọc nhưng cũng phải khống chế số đường cong, tránh nhỏ và vụn vặt đảm bảo tốt chất lượng khai thác của đường. Theo như địa hình của tuyến là địa hình đồi núi thì nên men theo sườn dốc hoặc đi theo các thềm sông nhưng không nên gần sông quá, có thể đi ở các thung lũng và sườn dốc. Vạch tuyến đi qua những nơi địa chất của tương đối ổn định, không có vấn đề gì xử lý đặc biệt và tận dụng được nguyên vật liệu có sẳn ở địa phương. Khi tuyến phải vượt qua dãy núi thì nên cho tuyến vượt qua chổ yên ngựa, men theo sườn dốc hoặc để lên xuống sao cho đảm bảo bảo độ dốc dọc theo thiết kế. 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 Km7 + 300 đến Km8+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 a0 R(m) T(m) P(m) K(m) Isc(%) L(m) W(m) 1 17021'13'' 1500 253.92 17.44 504.32 2 50 0.0 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. Thiết kế đường cong chuyển tiếp theo phương pháp đường công clôtôit . 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 =1500m (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 = > == 6.13 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 = 1500 Ỵ (300 ¸ 1500) m. ip = 0.005 (0.5%) độ dốc phụ lớn nhất khi Vtt ³ 60 (km/h). = > = 26.4 (m). Theo bảng 14 trong TCVN 4054-05 thì Lsc = 50 (m). Điều kiện 3 : 166.67 (m). Trong đó : R = 1500 m (bán kính đường cong nằm trên bình đồ ứng với isc). Chiều dài chuyển tiếp nhỏ nhất được chọn theo tiêu chuẩn = 50m ( Bán kính càng lớn thì chiều dài chuyển tiếp càng nhỏ) . Vậy ta chọn Lct = 50 m 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 = 6.5 m (chiều dài tính từ trục sau của xe tới giảm xóc đằng trước đối với xe tải). R = 1500 (m) : bán kính đường cong nằm. V = 60 Km/h (vận tốc xe chạy). = > = 0.09 (m) Vậy D = 2ew = 2* 0.09 = 0.18 m. Theo bảng 12 TCVN 4054-05 thì đường cong nằm có bán kính lớn không cần mở rộng. 2.3.2.Bố trí siêu cao và cắm cọc chi tiết trong đường cong : Bố trí siêu cao được thực hiện theo các bước sau : Bước 1: Tính lại ip. Từ công thức : Độ nâng vai đường khi quay quanh tim đường Độ dốc phụ của mặt đường: = > = 0.0024 (0.24%) Bước 2: Lấy tim đường làm tâm quay quay nửa phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng -1.5%. Nâng mép ngoài phần xe chạy: h1 = (B/2 ) x(isc – in) = 3 x (- 0.015-(-0.02)) = 0.015 (m). (B/2 là bề rộng một làn xe). Chiều dài để nâng là: L1 = 6.25 (m). Bước 3 : Lấy tim đường làm tâm quay quay nữa phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng -1.0%. Nâng mép ngoài phần xe chạy (phía lưng đường cong) : h2 = (B/2 ) *(isc – in) = 3.0*(0.01) = 0.03 (m). Chiều dài để nâng là: L2 = 6.25 (m). Bước 4 : Lấy tim đường làm tâm quay phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng -0.5%. Nâng mép ngoài phần xe chạy (phía lưng đường cong) : h3 = (B/2 ) *(isc – in) = 3.0*(0.015) = 0.045 (m). Chiều dài để nâng là: L3 = 6.25 (m). Bước 5 : Lấy tim đường làm tâm quay quay nữa phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng isc = 0.0%. Nâng mép ngoài phần xe chạy (phía lưng đường cong) : H4 = (B/2 ) *(isc – in) = 3.0*( 0.02) = 0.06 (m). Chiều dài để nâng là: L4 = 6.25 (m). Bước 6 : Lấy tim đường làm tâm quay quay nữa phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng isc = 0.5%. Nâng mép ngoài phần xe chạy (phía lưng đường cong) : H5 = (B/2 ) *(isc – in) = 3.0*( 0.025) = 0.075 (m). Chiều dài để nâng là: L5 = 6.25 (m). Bước 7: Lấy tim đường làm tâm quay quay nữa phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng isc = 1.0%. Nâng mép ngoài phần xe chạy (phía lưng đường cong) : H6 = (B/2 ) *(isc – in) = 3.0*( 0.03) = 0.09 (m). Chiều dài để nâng là: L6 = 6.25 (m). Bước 8 : Lấy tim đường làm tâm quay quay nữa phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng isc = 1.5%. Nâng mép ngoài phần xe chạy (phía lưng đường cong) : H7 = (B/2 ) *(isc – in) = 3.0*( 0.035) = 0.105 (m). Chiều dài để nâng là: L7 = 6.25 (m). Bước 9 : Lấy tim đường làm tâm quay quay nữa phần lưng xe chạy phía ngoài cho đến khi được mặt cắt ngang có độ dốc ngang bằng isc = 2.0%. Nâng mép ngoài phần xe chạy (phía lưng đường cong) : H8 = (B/2 ) *(isc – in) = 3.0*( 0.04) = 0.12 (m). Chiều dài để nâng là: L8 = 6.25 (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. Xác định góc j0 và kiểm tra điều kiện : Trong đó : Với R = 1500 (m) và Lct = 50 (m). = > = 0.0167 (rad) = 0.9550 a = 17.350 (góc ngoặt của hướng tuyến). = > = 8.680 Ta thấy j0 = 0.9550 £ = 8.680 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 = 500 = > C = A2 =5002 = 250000. = > = 50.00 (m) = > = 0.083 (m) = (1500*cos(0.9550) + 0.083)*tg(8.680) + 50 - 1500*sin(0.9550) = 270.56 (m). Xác định các điểm trung gian theo công thức : C = 250000 Bảng cắm cọc trong đường cong chuyển tiếp, từ cọc ND9 đến cọc TD9 STT S Xo Yo ND9 0 0.00 0.000 1 5 5.00 0.000 2 10 10.00 0.001 3 15 15.00 0.002 4 20 20.00 0.005 5 25 25.00 0.010 6 30 30.00 0.018 7 35 35.00 0.029 8 40 40.00 0.043 9 45 45.00 0.061 TD9 50 50.00 0.083 Từ cọc TC9 đến cọc NC9 ta cắm đối xứng . b. Các bước cắm cọc trên 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 = 1500(m) nên ta chọn L = 20 (m). + Xác định góc b chắn cung l : + Tọa độ của điểm thứ n là : + Ta đổi trục x’o’y’ về trục oxy ta được : Tab = y0*cotgj0 = 0.083*cotg(0.9550) = 5.00 m. K0 = R*(a - 2j0) = 400.00 (m). Bảng toạ độ các điểm chi tiết trong đường cong tròn từ cọc TD9 đến D9 Tên Cọc n S (m) nb X' (m) Y' (m) X (m) Y (m) 0' 0 0 0.00 0.00 0.00 50.00 0.08 1' 1 20 0.01 20.00 0.13 70.00 0.22 2' 2 40 0.03 40.00 0.53 89.99 0.62 3' 3 60 0.04 59.98 1.20 109.98 1.28 4' 4 80 0.05 79.96 2.13 129.95 2.22 5' 5 100 0.07 99.93 3.33 149.91 3.41 6' 6 120 0.08 119.87 4.80 169.86 4.88 7' 7 140 0.09 139.80 6.53 189.78 6.61 8' 8 160 0.11 159.70 8.53 209.67 8.61 9' 9 180 0.12 179.57 10.79 229.54 10.87 10' 10 200 0.13 199.41 13.31 249.38 13.40 Từ cọc D9 đến cọc TC9 cắm đối xứng . 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. Gọi : Z0 : khoảng cách từ quỉ đạo ôtô đến chướng ngại vật . Z : khoảng cách 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 = 1500m (bán kính đường cong). S = 150m (chiều dài tầm nhìn thấy xe ngược chiều). = > = 5,732 (độ). Phạm vi cần giải tỏa : = 1.877( m). Ta có sơ đồ : Ta thấy Z = 1.877m < 1.5 +1.5(lề) = 3.0 m. Kết luận : Không cần phải phát cây hay đào đất ở trong đường cong này.