Thiết kế sơ bộ nút giao thông lập thể Phú Thượng

Phần I: THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO THÔNG LẬP THỂ NÚT GIAO PHÚ THƯỢNG CHƯƠNG I : THIẾT KẾ TỔ CHỨC NÚT GIAO THÔNG PHÚ THƯỢNG NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: - Thiết kế sơ bộ một nút giao lập thể. - Thiết kế tổ chức giao thông trong nút. - Tính toán sơ bộ cho kết cấu cầu trong nút giao. - Giải pháp bố trí kết cấu phụ trợ trên cầu. 1.1. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO Dự án xây dựng cầu Nhật Tân trên đường vành đai II thành phố Hà Nội có chiều dài 8.45km. Dự án bắt đầu tại khu vực phường Phú Thượng-Quận Tây Hồ, vượt qua sông Hồng, giao với đường quốc lộ 5 kéo dài tại xã Vĩnh Ngọc và đi tiếp tới điểm cuối nối vào đường QL 3. Nút giao Phú Thượng là giao cắt giữa đường dự án cầu Nhật Tân với đường đê Hữu Hồng hiện tại. Ngoài ra nút giao còn có mối liên hệ với đường nội bộ khác gồm đường Tổ 45 cụm 7 phường Tây Hồ, đường nội bộ của khu đô thị Nam Thăng Long( Caputa) và đường dọc theo đê Hữu Hồng. 1.2. SỰ CẦN THIẾT PHẢI THIẾT KẾ LẠI NÚT GIAO 1.2.1. Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức - Đảm bảo an toàn cho xe chạy trong nút do đã triệt tiêu hoàn toàn các xung đột nguy hiểm ( giao cắt) của các luồng xe ra vào nút. - Tăng khả năng thông xe của nút giao thông do không có giao cắt của các luồng xe. - Do không xảy ra ùn tắc giao thông nên cải thiện đáng kể môi trường đô thị, và sức khỏe con người cũng như tiết kiệm chi phí vận doanh. 1. 2.2. Quy mô nút giao phải thiết kế nút giao khác mức kiểu liên thông (là nút giao khác mức có bố trí các nhánh nối để xe chuyển hướng) - Nút giao thiết kế vĩnh cửu 1.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO 1.3.1. Hệ thống quy phạm áp dụng. - Tiêu chuẩn đường Đô thị TCXDVN 104-2007. - Tiêu chuẩn cầu đường bộ 22TCN 272-05. - Tiêu chuẩn Việt Nam 4054-2005 Đường ô tô – yêu cầu thiêt kế. - Tài liệu tham khảo: + Tính toán và thiết kế chi tiết các yếu tố nút giao thông khác 1.3.2. Nguyên tắc thiết kế: - Các yếu tố tuyến trên mặt bằng phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng với vận tốc thiết kế. -Mặt bằng tuyến phù hợp với các quy hoạch hai bên đường và các dự án khác có liên quan. - Tuyến phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật và hạn chế tới mức thấp nhất khối lượng xây dựng và giải phóng mặt bằng, tuy nhiên cũng phải đảm bảo an toàn và êm thuận tới mức tối đa cho người và phương tiện khi tham gia giao thông trong nút. -Phối hợp hài hoà giữa các yếu tố: bình đồ - trắc dọc - trắc ngang - cảnh quan. -Kết cấu cầu phù hợp với trình độ và năng lực thi công của nhà thầu trong nước. -Hạn chế chiều cao kiến trúc. -Đảm bảo tính thông thoáng và thẩm mỹ cao. -Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình thi công như độ rung và tiếng ồn… 1.3.3. Xác định quy mô đường giao nhau. 1.3.3.1. Xác định cấp hạng đường giao nhau ( vận tốc thiết kế). Xác định cấp hạng đường căn cứ vào lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai, lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai tính thông qua lưu lượng năm hiện tại thông qua điều tra. Ngoài ra đối với đường trong đô thị thì cấp hạng đường chủ yếu được xác định ngay tại bước quy hoạch, chủ yếu phụ thuộc vào vai trò của đường đô thị. Theo tiêu chuẩn TCXD 104 – 2007 lựa chọn cấp hạng kĩ thuật đường dựa vào loại đô thị, điều kiện địa hình và điều kiện xây dựng. Ta chọn đường Giải Phóng cấp kĩ thuật là 60 km/h và đường Đại La và đường Trường Chinh cấp kĩ thuật là 40 km /h. I.3.3.2. Xác định vận tốc thiết kế đường nhánh trong phạm vi nút giao. Nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng hơn nút giao cùng mức do đó cho phép giảm tốc độ của đường nhánh khi vào trong nút giao. Do đó việc lựa chọn tốc độ thiết kế trên đường nhánh không thể bằng tốc độ thiết kế trên đường thẳng do các lý do sau: - Nếu tốc độ thiết kế đường nhánh lớn dẫn đến đòi hỏi chiều dài đường nhánh lớn do đó chi phí xây dựng và chiếm dụng mặt bằng cũng lớn theo - Đường nhánh rẽ thông thường bố trí cho các phương tiện giao thông đi hỗn hợp đi cùng nhau do đó khó có thể đạt được vận tốc thiết kế. Theo nghiên cứu của M.P.Poliacov ( Nga) thì tốc độ tối ưu của đường nhánh rẽ chọn trong khoảng 40 – 50 km / h. Theo TCXD 104 – 2007 thì quy định như sau: ( Điều 12.8.3 TCXD 104 -2007) Lựa chọn tốc độ thiết kế trên nhánh nối VTK trên đường giao (km/h) Tốc độ thiết kế trên nhánh nối (km/h) Mức cao Mức trung bình Mức thấp 100 70 80 60 50 80-70 70 70-60 50 40 60 55 50 40 30 50 45 40 30 25 Ghi chú: Nhánh nối rẽ phải thường áp dụng tốc độ ở mức trung bình tới cao Nhánh nối gián tiếp thường áp dụng tốc độ ở mức thấp. Nhánh nối bán trực tiếp thường áp dụng tốc độ ở mức trung bình tới cao Nếu chiều dài nhánh nối ngắn, làn xe đơn nên lấy ≤60km/h. Ta có vận tốc thiết kế trên các đường chính chọn là 60 km/h. 1.3.4 Các phương án thiết kế : Do các dạng giao cắt ở dây là giao cắt giữa hai ngã tư nên ta chọn nút giao khác mức dạng hoa thi để giải quyết giao cắt với hai phương án sau dây. 1.3.4.1. Phương án 1: Nút giao dạng hoa thị có hướng cầu Nhật Tân được nâng thành cầu vượt lên trên hướng còn lại. - Với phương án này đã giải quyết triệt để hoàn toàn các giao cắt đảm bảo việc thông hành qua nút được êm thuận. Tổ chức giao thông * Khi đi từ 1 Từ 1 muốn đi đến 2 đi thẳng qua cầu Nhật Tân. Từ 1 muốn đi dến 3: Đi thẳng lên cầu rẽ vào đường nhánh C rồi về 3. Từ 1 muốn đi dến 4: Từ A rẽ vào đường nhánh G rồi về 4. * Khi đi từ 2 Từ B muốn đi về 1 đi thẳng lên cầu rồi về 1. Nếu muốn về 3 thì rẽ vào đường nhánh E, nếu muốn đi về 4 thì đi thẳng lên cầu sau đó rẽ vào đường nhánh A rồi về 4. * Khi đi từ 3 Từ 3 đi về 4 thì ta đi thẳng, nếu muốn đi về 1 thì rẽ vào đường nhánh H, nếu muốn đi về 2 thì đi vào đường nhánh B rồi về 2. * Khi đi từ 4: tương tự như cách đi từ 3. Ưu điểm: Giải quyết triệt để các giao cắt trong nút. Năng lực thông hành của nút lớn. Giao thông qua nút êm thuận Tính toán thiết kế nút không phức tạp. Tổ chức giao thông cho nút đơn giản. Nhược điểm Chiếm dụng mặt bằng lớn. phải xây dựng nhiều cầu trong nút. 1.3.4.2.Phưong án 2: Thiết kế đảo xuyến ở trên cao. Tổ chức giao thông: Thiết kế đảo tròn trên cao kết hợp với các cầu nhánh để giải quyết liên hệ giao thông cho các hướng Còn các dòng lưu thông còn lại đều đi lên đảo xuyến theo các nhánh cầu lên đảo tròn trên cao thực hiện trộn dòng rồi tách ra các hướng mong muốn. - Cách đi trong nút tương đối đơn giản để đi từ một hướng đến một hướng bất kì ta đi lên vòng xuyến sau đó chạy theo chiều đi trên vòng xuyến cho đến khi đến điểm cần đến thì rẽ phải đi xuống các cầu nhánh. -Ưu điểm: - Tốn ít diện tích, giải quyết tương đối được xung đột cho các hướng chính. - Tổ chức giao thông tương đối đơn giản, đảm bảo cho xe chạy thuận tiện và an toàn Nhược điểm: - Năng lực thông hành của nút không cao cao so với hoa thị. - Tồn tại nhiều xung đột nhập dòng và tách dòng trên đảo tròn trên cao. - Tồn tại nhiều cầu trong nút giao do đó khối lượng xây dựng lớn kéo theo giá thành tăng cao. 3.4.4.KIẾN NGHỊ Căn cứ vào đặc điểm giao thông nút giao cũng như đặc điểm địa hình dân cư tại khu vực nút kiến nghị thiết kế tổ chức giao thông nút Phú Thượng theo phương án 1. Phương án này giải quyết được các giao cắt nguy hiểm giữa các luồng phương tiện giao thông đặc biệt là các giao cắt với cầu chính. Ưu tiên được các hướng chính. CHƯƠNG II THIẾT KẾ HÌNH HỌC NÚT GIAO PHÚ THƯỢNG 2.1. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT KẾ NÚT GIAO 2.1.1. Các thông số kỹ thuật cầu chính: + Tốc độ tính toán trong cầu chính : vd = 60km/h. + Độ dốc dọc trên cầu chính: id = 2 %. + Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17. + Độ dốc ngang : 2% + Góc giao giữa cầu chính với đường: α = 900. 2.1.2. Các thông số kỹ thuật thiết kế cầu nhánh: + Tốc độ tính toán trong cầu nhánh: vd = 40km/h = 11.11m/s đối với các nhánh rẽ trái gián tiếp V= 50 km/h đối với các cầu nhánh rẽ phải. + Độ dốc dọc lớn nhất trên các cầu nhánh: id = 4%. + Độ nghiêng siêu cao lớn nhất trên các cầu nhánh: isc = 4%. + Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17 2.2. LỰA CHỌN TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN TRÊN CÁC CẦU NHÀNH Vì nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng lớn, do đó để giảm kích thước của nút người ta thường giảm tốc độ ở các cầu nhánh. Vì vậy lựa chọn tốc độ tính toán của các cầu nhánh cần được luận chứng kỹ lưỡng. Không thể chọn tốc độ thiết kế của cầu nhánh bằng tốc độ xe chạy trên đường chính vào nút vì hai lý do sau: + Thứ nhất là tốc độ xe rẽ lớn thì đòi hỏi phải thiết kế cầu rẽ có chiều dài lớn. Điều này dẫn đến khối lượng và gía thành xây dựng tăng lên, đồng thời tăng diện tích chiếm dụng mặt bằng. + Thứ hai là không thể lựa chọn tốc độ trên cầu nhánh quá cao do thông thường cầu nhánh rẽ chỉ có một làn xe dành cho đi chung cả xe con và xe bus có tốc độ thiết kế thấp sẽ không đạt được tốc độ thiết kế cao. Trong thành phố, do điều kiện hạn hẹp về mặt bằng nên các nhà chuyên môn khuyên nên dùng tiêu chuẩn ứng với điều kiện tối thiểu, nghĩa là tốc độ tính toán của các cầu nhánh trong các nút giao khác mức ở thành phố chỉ nên chọn V=25-40 km/h, chỉ đối với đường cao tốc thành phố mới chọn V=50km/h. Từ tất cả các điều trên và theo quy trình thiết kế đường đô thị mới nhất của nước ta: Đường đô thị - Yêu cầu thiết kế mang ký hiệu TCXDVN104 – 2007 với vận tốc trên đường chính 60km/h ,vận tốc thiết kế trên cầu nhánh rẽ trái gián tiếp được chọn là 40km/h. Với cầu nhánh rẽ phải là 50 km/h. 2.3.XÁC ĐỊNH TẦM NHÌN TRÊN CẦU NHÁNH CÓ MỘT LÀN XE TRONG PHẠM VI NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC. 2.3.1 Tính toán tầm nhìn trên bình đồ. a.Với vận tốc thiết kế là 40 km/h. Khoảng cách tầm nhìn trên bình đồ của các cầu nhánh có một làn xe trong phạm vi nút giao thông khác mức được xác định theo điều kiện tầm nhìn hãm xe trước chướng ngại vật (tầm nhìn phía trước). Sơ đồ tính toán tầm nhình cho đường nhánh có một làn xe Và được tính theo công thức: S = l1+l2+l0 Trong đó: - chiều dài đoạn đường ứng với thời gian phản ứng tâm lý của người lái xe = v.tf v - tốc độ chạy xe trên cầu nhánh, m/s tf - thời gian phản ứng tâm lý của lái xe, tf = . Chọn tf = 1,0s - chiều dài hãm xe. Trong đó: t- thời gian lái xe tác dụng và tăng lực hãm lên các bánh xe. Chọn loại phanh là phanh thuỷ lực nên chọn t = 0.2s K - hệ số sử dụng phanh, trị số K thay đổi từ 1,1 đến 2,0 (để đảm bảo cho xe chạy trên cầu nhánh an toàn thường chọn K = 2,0) - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, lấy = 0,48 - hệ số sức cản lăn (f=0,02-0,03), lấy f = 0,025 - độ dốc dọc đường nhánh, lấy trường hợp bất lợi nhất là xe xuống dốc, i= 0,04 - cự ly an toàn dừng xe trước chướng ngại vật. Thường chọn = 5m Từ đây, công thức được viết lại: Theo điều 11.3 tiêu chuẩn TCXDVN104-2007 với vận tốc thiết kế 40km/h thi tầm nhìn tối thiểu trên bình đồ là 35 m. Vậy 2.3.2 Xác định tầm nhìn trên trắc dọc. Trong trường hợp tổng quát và để bảo đảm an toàn khi tính toán ta chọn % Vậy 2.3.3. Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh. A.Với đường nhánh rẽ trái gián tiếp có vận tốc thiết kế là 50 km/h Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức Trong đó: S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh. = 1,2 m chiều cao mắt người lái xe. Vậy bán kính đường cong đứng lồi là: Theo TCXDVN 104 : 2007 với tốc độ tính toán là 40km/h thì bán kính đường cong đứng tối thiểu mong muốn là 700m (bảng 29). Đồng thời chiều dài tối thiểu tiêu chuẩn của đường cong đứng là 35m. Khi mong muốn thiết kế đường cong đứng thỏa mãn tiêu chuẩn và tiếp tuyến với đường đổ dốc 4% trên trắc dọc thì sơ đồ tính toán bán kính đường cong đứng như sau: Trong đó: Tính cho trường hợp chiều dài đường cong đứng tối thiểu: l = 35m. Công thức tính chiều dài đường cong chắn góc là: m Kiến nghị chọn bán kính đường cong đứng lồi là: R = 900 m. Đối với đường cong đứng lõm thì bán kính đường cong được tính với hai điều kiện: Bảo đảm tầm nhìn ban đêm Bảo đảm an toàn cho xe chạy khi đi vào đường cong lõm Bán kính đường cong lõm được xác định theo công thức Trong đó: S - khoảng cách tầm nhìn trên trắc dọc - chiều cao của đèn pha so với mặt đường. Chiều cao này phụ thuộc vào cấu tạo từng loại ô tô sẽ có giá trị khác nhau. Khi tính toán láy = 0,7m = 4-60 góc chiếu của pha ô tô, chọn = 50 Vậy bán kính đường cong đứng lõm là: Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007, với tốc độ thiết kế là 40km/h thì bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu mong muốn là 700m (bảng 29), Tuy nhiên để đảm bảo xe chạy êm thuận ta chọn và B.Với đường nhánh rẽ phải có vận tốc thiết kế là 50 km/h = Theo điều 11.3 tiêu chuẩn TCXDVN104-2007 với vận tốc thiết kế 50km/h thi tầm nhìn tối thiểu trên bình đồ là 40m. Vậy * Xác định tầm nhìn trên trắc dọc: Trong trường hợp tổng quát và để bảo đảm an toàn khi tính toán ta chọn % *Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh. Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức Trong đó: S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh. = 1,2 m chiều cao mắt người lái xe. Vậy bán kính đường cong đứng lồi là: Theo TCXDVN 104 : 2007 với tốc độ tính toán là 50km/h thì bán kính đường cong đứng tối thiểu mong muốn là 1200m (bảng 29). Đồng thời chiều dài tối thiểu tiêu chuẩn của đường cong đứng là 40m. Khi mong muốn thiết kế đường cong đứng thỏa mãn tiêu chuẩn và tiếp tuyến với đường đổ dốc 4.5% trên trắc dọc thì sơ đồ tính toán bán kính đường cong đứng như sau: Trong đó: Tính cho trường hợp chiều dài đường cong đứng tối thiểu: l = 40m. Công thức tính chiều dài đường cong chắn góc là: m Kiến nghị chọn bán kính đường cong đứng lồi là: R = 1500 m. Đối với đường cong đứng lõm thì bán kính đường cong được tính với hai điều kiện: Bảo đảm tầm nhìn ban đêm Bảo đảm an toàn cho xe chạy khi đi vào đường cong lõm Bán kính đường cong lõm được xác định theo công thức Trong đó: S - khoảng cách tầm nhìn trên trắc dọc - chiều cao của đèn pha so với mặt đường. Chiều cao này phụ thuộc vào cấu tạo từng loại ô tô sẽ có giá trị khác nhau. Khi tính toán láy = 0,7m = 4-60 góc chiếu của pha ô tô, chọn = 50 Vậy bán kính đường cong đứng lõm là: Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007, với tốc độ thiết kế là 50km/h thì bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu mong muốn là 1000m (bảng 29), Vậy ta chọn và 2.4. Xác định đặc trưng hình học của các cầu nhánh: Do trong nút giao góc giao của hai hướng chính bằng 90 độ nên các nhánh rẽ giông nhau nên ta chỉ cần tính cho một nhánh rẽ trái gián tiếp và một nhánh rẽ phải 2.4.1. Tính toán và thiết kế đường nhánh rẽ trái gián tiếp - Góc chuyển hướng - Xác định bán kính đường cong nằm R theo công thức sau : Trong đó: v: Vận tốc thiết kế trên đường nhánh v=40km/h = 11.11m/s. g: gia tốc trọng trường g=9.81m/s2. Hệ số lực ngang =0.17. Siêu cao = 0.04 Thay vào ta có: Ta chọn R=60 m. - Sử dụng đường cong tròn Clothoid để thiết kế đường cong chuyển tiếp với chiều dài được tính theo công thức: Trong đó: I: độ tăng gia tốc ly tâm I = 0.36 Thay vào ta có: Ta chọn L = 70m. Từ đó tính thông số của đường cong Clothoid: C=RxL=70*60 = 4200 m2. - Chiều dài đoạn nối vào đường chính của nhánh rẽ phải được tính theo công thức (hoặc tra bảng để có) : Trong đó: - Chiều dài đoạn nâng siêu cao với bề rộng phần xe chạy b1=3.5m - Tổng chiều dài bao gồm đoạn nối và đoạn nâng siêu cao của đường nhánh rẽ phải bằng l+l1 = 45+14 =59m. - Kiểm tra điều kiện chiều dài đường cong chuyển tiếp đủ để bố rí đoạn nối và đoạn nâng siêu cao . Điều kiện này thỏa mãn : L = 70>(l+l1)= 59 m - Xác định góc ngoặt β của đường cong chuyển tiếp theo công thức : - Tính tọa độ chủa điểm cuối đường cong chuyển tiếp Clothoid theo các công thức sau : - Xác định góc ở tâm β β= 180+α – 2x φ =180+90-2*33,425= 203,15 - Tính chiều dài đương cung tròn của nhánh rẽ phải 1 theo công thức : Chiều dài toàn bộ đường cong trên bình đồ của nhánh rẽ phải được tính theo công thức Lh = 2xL + Lc = 2x70 + 212,63 = 352,63 m Xác định khoảng cách từ điểm giao nhau của trục làn xe ngoài cùng của đường chính A đến đầu đường nhánh N: Tạo độ các điểm trên đường cong chuyển tiếp: Ta cắm cọc trên đường cong chuyển tiếp cứ 5m cắm một cọc ta có tọa độ như sau S Xi Yi 0 0 0 5 4.999996 0.00496 10 9.999858 0.039682 15 14.99892 0.133922 20 19.99546 0.317409 25 24.98616 0.619794 30 29.96556 1.07055 35 34.92556 1.698804 40 39.85488 2.533101 45 44.73848 3.601061 50 49.55711 4.928934 55 54.28673 6.541025 60 58.89796 8.458975 2.4.2 TÝnh c¸c th«ng sè cña ®­êng nh¸nh rÏ ph¶i trùc tiÕp Các số liệu: Góc α = 900 Bán kính đường nhánh rẽ trái: R=60m Khoảng cách yk= 13,28 m Góc ngoặt φ= 33,4250 Từ sơ đồ tính toán đường nhánh rẽ trái ta có: VËn tèc trªn ®­êng nh¸nh rÏ ph¶i ®­îc chän lµ 50 km/h B¸n kÝnh cong tèi thiÓu lµ: 93,74 m . Chän r = 100 m Sử dụng đường cong tròn Clothoid để thiết kế đường cong chuyển tiếp với chiều dài được tính theo công thức : 66,489 m. Chän L = 70 m. thông số của đường cong Clothoid C=RxL = 100x70= 7000 m3. ChiÒu dµi ®o¹n n©ng siªu cao: ChiÒu dµi ®o¹n nèi tõ ®­êng nh¸nh vµo ®Çu ®­êng cong chuyÓn tiÕp: 54 m Điều kiện: L = 70 m > (l+l1)= 54 + 14 = 68 m tho¶ m·n Xác định góc ngoặt φ của đường cong chuyển tiếp theo công thức : TÝnh to¹ ®é ®iÓm cuèi cña ®­êng cong chuyÓn tiÕp: 69,1425 m 8,095 m Xác định góc ở tâm γ: Gãc ë t©m: Tính chiều dài đương cong tròn c¬ b¶n: 8,53 m. lựa chọn các kích thước nền đắp của 2 đường nhánh : b1=7 m b2=7m h1=3m br=1m a1=2m a2=2m h2=1m m=1.5 khi đó theo công thức : KE=0.5(b1+b2)+br+m(h1+h2)+2a=18m Đường tang phụ: Đường tang của đường tròn cơ bản: Tính đường tang TH theo công thức TH=T + t= 76,265 m AE=AO+R+KE= 89,58 + 60 + 18 = 164,248 m 164,379 m Kiểm tra điều kiện TH < EN : thoả mãn AN = 232,19 m AM=AN+TH= 308,455 m Chiều dài 1 nửa đường nhánh EM=EN-TH+2L+K0=236,645 m Tạo độ các điểm trên đường cong chuyển tiếp: Ta cắm cọc trên đường cong chuyển tiếp cứ 5m cắm một cọc ta có tọa độ như sau S Xi Yi 0 0 0 5 4.999996 0.00297 10 9.9998 0.0238 15 14.999 0,08 20 19.998 0.19 25 24.995 0.372 30 29.9876 0,643 35 34.973 1.02 40 39.9476 1,522 45 44.9 2,166 50 49.84 2,969 55 54.743 3,948 60 59,6 5,118 2.5. Trác dọc tuyến: Nguyên tắc thiết kế trắc dọc. Trắc dọc thiết kế phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đối với cấp thiết kế. Cao độ thiết kế phù hợp với các cao độ khống chế. Đảm bảo tĩnh không yêu cầu khi giao cắt với các tuyến giao thông khác. Xác định các cao độ khống chế trên trắc dọc. Cao độ khống chế trắc dọc của nút được xác định như sau: Cầu chính vượt đường sắt và QL1A được khống chế bởi cao độ đường hiện tại và tĩnh không dưới cầu. Các cầu nhánh trong nút khống chế bởi cao độ đường hiện tại. Xác định độ dốc dọc . Độ dốc dọc trên cầu nhánh của nút giao được lựa chọn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hình, tốc độ tính toán, thành phần xe chạy trong nút…. Do chức năng sử dụng nên cấu tạo các loại xe khác nhau. Với các loại xe như xe con, xe du lịch thì có thể khắc phục được độ dốc dọc lớn (tới 10%) mà không cần giảm tốc độ. Nhưng với các loại xe khác như xe buýt thì độ dốc dọc lớn xe càng phải giảm tốc độ để tăng sức kéo khi leo dốc. Vì vậy, độ dốc dọc lớn nhất được lựa chọn trên đường nhánh phải đảm bảo khả năng chạy xe của các loại phương tiện có trong thành phần dòng xe. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007 qui định độ dốc dọc tối đa (bảng 24) đối với vận tốc thiết kế 40km/h là 7%. Như vậy kiến nghị chọn độ dốc dọc của các cầu nhánh trong nút là 2% và 4%. Kết quả thiết kế trắc dọc: Trắc dọc cầu STT Tên cầu Độ dốc dọc(%) 1 Cầu nhánh 1 2 2 Cầu nhánh 2 2 3 Cầu nhánh 3 4 4 Cầu nhánh 4 4 5 Cầu nhánh 4 6 Cầu nhánh 6 4 Trắc dọc thiết kế đảm bảo tĩnh không đường bộ H = 4.75m. 2.6. Thiết kế trác ngang: Nguyên tắc thiết kế mặt cắt ngang. Bề rộng mặt cắt ngang đảm bảo bố trí đủ số làn xe theo yêu cầu theo đúng quy định của quy trình. Mặt cắt ngang cần thoả mãn quy mô và yêu cầu kỹ thuật đối với cấp đường thiết kế. Các yếu tố trên mặt cắt ngang được bố trí hài hoà, đảm bảo phù hợp với các công trình hai bên tuyến, thuận tiện cho việc bố trí các công trình phục vụ trên tuyến và các khu đô thị. Mặt cắt ngang vừa đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật đồng thời cũng hạn chế tới mức thấp nhất giá thành xây dựng. Xác định độ dốc ngang và siêu cao. Tại nút giao thông có sự gặp gỡ và tiếp xúc của nhiều tuyến, nhiều đường cong theo chiều khác nhau, cấu tạo siêu cao sẽ tạo nên gờ lồi ở giữa phần xe chạy, xe chuyển làn sẽ không êm thuận nhất là các xe có chiều dài lớn như xe buýt. Trên các đường giao thông thông thường, có quy định siêu cao theo trị số bán kính đường cong nằm nhưng trong nút giao thông, tốc độ xe phân tán, hệ số lực ngang biến đổi rất nhiều nên quy định này thường không chặt chẽ. Việc phối hợp các siêu cao, các mặt cắt ngang phải đảm bảo hai nguyên tắc: Đảm bảo êm thuận cho luồng xe chính. Hạn chế các chỗ có độ dốc nhỏ hơn 0.5% để đảm bảo thoát nước tốt. Căn cứ theo tốc độ thiết kế và TCXDVN 104-2007, kiến nghị chọn độ dốc siêu cao trong các cầu nhánh là isc = 4%. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007 độ dốc ngang phần xe chạy cho mặt đường bê tông nhựa là 15-25%o (bảng 12), Các đoạn thẳng kiến nghị bố trí dốc ngang hai mái với độ dốc ngang là 2%. 2.7. Phương án về kết cấu: 2.7.1. Kết Cấu nhịp: 2.7.1.1. Cầu Chính: + Sơ đồ cầu: 18x30+80+120+...m + Mặt cắt ngang dầm bản rỗng + Chiều cao dầm 1.45m + Đường kính các lỗ rỗng 475mm + Khoảng cách tim các lỗ rỗng 1500mm + Bề rộng măt cầu có sự thay đổi + Độ dốc dọc của cầu 2% + Độ dốc ngang của cầu : 2% -Các mặt cắt ngang cầu chính: 2.7.1.2. Cầu Nhánh: + Sơ đồ cầu: Nhánh A: 2 x 30 m Nhánh B: 2 x 30 m Nhánh C: 3 x 30 m Nhánh D: 3 x 30 m Nhánh E: 7 x 30 m Nhánh F 7 x 30 m + Mặt cắt ngang dầm bản rỗng + Chiều cao dầm 1.45m + Đường kính các lỗ rỗng 475 mm + Khoảng cách tim các lỗ rỗng 1500mm + Bề rộng măt cầu 8 m + Độ dốc dọc của cầu với cầu nhánh A, B là 2% Với cầu nhánh C, D, E, F là 4% - Mặt cắt ngang điển hình nhánh cầu B: 2.7.2. Kết cấu phần dưới: Kết cấu phần dưới bằng BTCT đúc tại chỗ. 2.7.2.1. Mố cầu: Mố cầu có bề rộng phù hợp với mặt cắt ngang cầu. Mố được thiết kế có tường cánh thẳng song song với tim đường. Mố có mố chữ U liền khối. 2.7.2.2.Trụ cầu: - Trụ cầu chính là dạng trụ thân hẹp. Trụ các cầu nhánh là dạng trụ thân cột độc lập. Tất cả bệ móng của các trụ liền khối trên nền cọc khoan nhồi có đường kính 1m số lượng cọc dự kiến là 10 cọc. - Trụ cầu nhánh sử dụng loại trụ thân đặc, đặt trên móng cọc khoan nhồi có đường kính 1.0m, số lượng cọc dự kiến là 6 cọc +/ Trụ cầu đước thiết kế là các trụ cột có mác bê tông 30MPa , trên các bệ móng là 10 cọc khoan nhồi D= 1m có chiều dài dự kiến là 40m Trụ cầu chính: + Trụ cầu nhánh là dạng trụ thân hẹp được đặt trên bệ móng, bệ đặt trên 6 cọc khoan nhồi, đường kính D = 1 m. Giải pháp bố trí các kết cấu phụ trợ trên cầu. 2.7.3.1. Bản mặt cầu. Mặt cầu là bộ phận chịu ảnh hưởng trực tiếp của bánh xe, đáp ứng yêu cầu chịu hao mòn, ít bị hao mòn và không gây xung kích lớn, đảm bảo cho xe chạy êm thuận. Kết cấu mặt cầu vừa đảm bảo thoát nước nhanh và trọng lượng bản thân nhẹ. Thiết kế lớp phủ mặt cầu dầy 74mm gồm các lớp sau: Lớp atphan hạt mịn: t = 30mm. Lớp atphan hạt trung: t = 40mm. Lớp phòng nước bằng vật liệu chuyên dụng: t = 4mm. 2.7.3.2. Lan can Lan can cầu được thống nhất trong toàn dự án, được đúc sẵn bằng BTCT theo kích thước định hình dưới đây. Lan can 2.7.3.3. Thoát nước Các ống thoát nước trên mặt cầu ở mỗi bên được thu vào ống nhựa PVC có đường kính 200mm chạy dọc dưới cánh dầm. Các ống này chạy về mố và được dẫn xuống dưới. 2.7.3.4. Chiếu sáng Trên tất cả các cầu nhánh bố trí chiếu sáng một bên phía lưng đường cong. 2.7.3.5.. Gối cầu. Toàn bộ dự án kiến nghị sử dụng gối chậu một phương và hai phương. 2.7.3.6. Khe biến dạng. Toàn bộ dự án kiến nghị sử dụng khe biến dạng cao su cốt bản thép, bề mặt phía trên cao su được dán lớp hợp kim chống mài mòn. Các thông số vật liệu và kiểm toán sơ bộ mặt cắt dầm. Vật liệu xây dựng cầu. a. Bê tông Bê tông dầm bản: C40, f’c=40Mpa; Bê tông trụ, mố: C35, f’c=35Mpa; Bê tông cọc khoan nhồi, cọc đúc sẵn, cống hộp: C30, f’c=30Mpa; Tường lan can, tường chắn, dải phân cách giữa: C25, f’c=25Mpa; Bê tông lót móng: C15, f’c=15Mpa. (f’c là cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ tròn đường kính D=15cm, cao H=30cm tại tuổi 28 ngày) b. Cốt thép thường Cốt thép dầm, trụ, cọc khoan nhồi: CIII, giới hạn chảy fy=400Mpa; Cốt thép tròn trơn trong các cấu kiện: CI, giới hạn chảy fy=240Mpa. c. Cốt thép dự ứng lực Tao thép gồm 7 sợi, đường kính 15.2mm có độ tự chùng thấp, cấp 270 theo tiêu chuẩn ASTM416-90a. Các thông số cáp cho trong bảng sau: Các thông số Đơn vị Trị số Đường kính 1 tao Mm 15.2 Diện tích 1 tao mm2 140 Cường độ chảy Mpa 1670 Cường độ kéo đứt Mpa 1860 Mô đun đàn hồi Mpa 197000 Bó cáp dự ứng lực dọc sử dụng loại 12T15. Bó cáp dự ứng lực ngang sử dụng loại 3T15.