Thiết kế trắc dọc tuyến

Chương 5: THIẾT KẾ TRẮC DỌC TUYẾN 5.1. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ : Sau khi chọn được hai phương án tuyến trên bản đồ đường đồng mức ta tiến hành lên trắc dọc các phương án đó tại các cọc 100m (cọc H), cọc địa hình (cọc nơi địa hình thay đổi), cọc khống chế (điểm đầu, điểm cuối, nơi giao nhau, cầu, cống...). Sau đó nghiên cứu kỹ địa hình để vạch đường đỏ cho phù hợp với các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật theo các nguyên tắc cơ bản sau : - Đối với mọi cấp đường đảm bảo đường đỏ thiết kế lượn đều với độ dốc hợp lý + Khi địa hình cho phép nên dùng các tiêu chuẩn kỹ thuật cao nhằm phát huy hết tốc độ xe chạy, đảm bảo an toàn, tiện lợi và kinh tế nhằm nâng cao chất lượng khai thác và dễ dàng nâng cấp sau này. + Các tiêu chuẩn giới hạn cho phép như độ dốc dọc imax, bán kính đường cong nằm tối thiểu chỉ dùng ở những nơi khó khăn về địa hình. + Việc chọn tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đường cho từng đoạn phải trên cơ sở phân tích so sánh các phương án về kinh tế kỹ thuật. - Trong phạm vi có thể được nên tránh dùng những đoạn dốc ngược chiều khi tuyến đang liên tục lên hoặc liên tục xuống. - Ở những đoạn đường từ cấp III trở xuống khi có nhiều xe đạp, xe thô sơ thì độ dốc dọc không lớn hơn 4%, nếu có nhiều xe rơ-moóc thì phải căn cứ vào trị số tính toán để xác định độ dốc dọc lớn nhất cho phép. - Để đảm bảo thoát nước mặt tốt không phải làm rãnh sâu thì nền đường đào và nửa đào nửa đắp không nên thiết kế có độ dốc nhỏ hơn 50/00 (cá biệt 30/00 với chiều dài không quá 50m). - Thiết kế độ dốc dọc sao cho đáy rãnh thoát nước song song với nền đường. - Khi thiết kế trắc dọc cần chú ý đến điều kiện thi công (thủ công hay cơ giới). - Ở những đoạn địa hình dốc phải sử dụng độ dốc dọc lớn hơn 600/00 thì yêu cầu cứ 2000m phải bố trí một đoạn nghỉ có độ dốc thoải không vượt quá 250/00 và chiều dài đoạn nghỉ không quá 50m. Đoạn nghỉ nên bố trí ở những đoạn địa hình thuận lợi gần nguồn nước nhất, đối với đường có một làn xe thì nên bố trí kết hợp với đoạn tránh xe (làn phụ). - Không nên thiết kế những đoạn có độ dốc dọc lớn trùng với đường cong nằm có bán kính nhỏ, nếu có thì phải triết giảm so với độ dốc dọc lớn nhất qui định trong quy phạm xem bảng 19 tài liệu [3]. - Đường cong đứng phải được bố trí ở những chổ đường đỏ đổi dốc mà hiệu đại số giữa hai độ dốc : - Đường cong đứng thiết kế dạng đường cong tròn hay dạng parabol bậc hai. - Phải đảm bảo cao độ của những điểm khống chế . - Khi vạch đường đỏ cố gắng bám sát những cao độ mong muốn để đảm bảo các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật và điều kiện thi công. Độ cao của những điểm mong muốn được xác định trên cơ sở vẽ các biểu đồ H = f (giá thành, F). Định ra các chiều cao kinh tế cho từng cọc hay cho từng đoạn tuyến có địa hình giống nhau về độ dốc ngang sườn, về địa chất. - Đối với địa hình vùng đồi núi nên dùng phương pháp đường cắt để cân bằng khối lượng đào đắp, đối với địa hình đồng bằng nên dùng đường bao. - Cố gắng bố trí đỉnh của đường cong đứng trùng với đỉnh của đường cong nằm.Trong trường hợp không thể bố trí trùng nhau thì độ lệch không quá 1/4 độ dài đường cong ngắn. - Đối với địa hình vùng đồi núi để tăng cường sự ổn định của trắc ngang đường và tiện lợi cho thi công nên dùng trắc ngang chữ L. 5.2. XÁC ĐỊNH CÁC CAO ĐỘ KHỐNG CHẾ: Việc đầu tiên trong thiết kế trắc dọc là xác định các điểm khống chế. Cao độ điểm khống chế là cao độ mà tại đó bắt buộc đường đỏ phải đi qua như cao độ điểm đầu, điểm cuối của tuyến, nơi giao nhau với các đường giao thông ôtô khác cấp hoặc với đường sắt, cao độ mặt cầu cao độ tối thiểu đắp trên cống, cao độ nền đường bị ngập nước hai bên, cao độ nền đường ở những nơi có mức nước ngầm cao. Trong hai phương án đã chọn các điểm khống chế cao độ tối thiểu như sau: - Điểm đầu tuyến A:80m - Điểm cuối tuyến B: 74.92m. - Cao độ tối thiểu cống tính toán của phương án I: + C1: KM0 + 900: 81,66 (m) + C2: KM2 + 200: 63,52 (m) + C3: KM2 + 900: 69,74 (m) + C4: KM4 + 00: 72,87 (m) - Cao độ tối thiểu cống tính toán của phương án II : + C1: KM0 + 900: 71,09 (m) + C2: KM2 + 400: 75,04 (m) + C3: KM3 + 500: 62,70 (m) 5.3. XÁC ĐỊNH CÁC CAO ĐỘ MONG MUỐN : Phân trắc dọc thành những đoạn đặc trưng về địa hình qua độ dốc sườn núi tự nhiên và địa chất khu vực. Nên phân thành từng đoạn có độ dốc sau để xác định cao độ của những điểm mong muốn (cao độ chỉ đạo) is 30% dạng trắc ngang chữ L hoặc thiên về đào nhiều hơn. F(m2) Hđào, m Hđắp, m Fđào Fđắp 1 2 3 Hình I.5.1: Quan hệ giữa diện tích đào đắp với chiều cao đào đắp. 1. Fđào = Fđắp 2. Đào hoàn toàn 3. Đắp hoàn toàn Để xác định cao độ mong muốn cho từng đoạn trắc dọc. Ta tiến hành lập đồ thị tương quan giữa diện tích đào và diện tích đắp. Tại những nơi có Fđào = Fđắp ta xác định được trắc ngang kinh tế hình I.5.1. 5.4. QUAN ĐIỂM THIẾ KẾ: Địa hình khu vực tuyến đi qua là vùng đồi nên trắc dọc cao độ tự nhiên thay đổi liên tục nên ta chọn quan điểm thiết kế đường theo phương pháp đường cắt. Khi thiết kế cần cân bằng giữa khối lượng đào và đắp để tận dụng vận chuyển dọc hoặc vận chuyển ngang từ phần nền đào sang phần nền đắp. Bám sát các điểm khống chế và các điểm mong muốn, làm thỏa mãn tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến, độ dốc dọc nhỏ hơn độ dốc dọc lớn nhất, độ dốc dọc tối thiểu ở nền đào, bán kính đường cong đứng, phối hợp giữa đường cong đứng và đường cong nằm nhằm đảm bảo sự đều đặn của tuyến. 5.5. THIẾT KẾ ĐƯỜNG ĐỎ - LẬP BẢNG CẮM CỌC HAI PHƯƠNG ÁN: Sau khi đã xác định các điểm khống chế và các điểm mong muốn đưa các điểm đó lên trắc dọc đã vẽ đường “đen” (đường địa hình tự nhiên). Sơ bộ vạch vị trí đường đỏ thoả mãn các yêu cầu sau: - Bám sát các điểm khống chế và các điểm mong muốn. - Thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật. - Độ dốc dọc chẵn phần ngàn. - Độ dốc dọc phải nhỏ hơn idmax và lớn hơn 5 0/00 đối với các đoạn nền đào và nữa đào nữa đắp. - Phối hợp bình đồ với trắc ngang. - Trong thực tế khó mà đảm bảo thoả mãn đồng thời tất cả các yêu cầu đặt ra, do đó phải tuỳ tình hình cụ thể cho từng đoạn tuyến để chọn giải pháp thiết kế hợp lý nhất. Phân trắc dọc thành từng đoạn đặc trưng về độ dốc dọc của đường đỏ, xác định điểm đầu của đoạn dốc tính toán, định trị số dốc dọc cho đoạn đó một cách chính xác (độ dốc dọc phải chẳn phần nghìn). Xác định cao độ và chiều cao đào đắp đất ở các cọc. Khi vạch đường đỏ và tính toán chiều cao đào đắp ở tất cả các cọc cần xác định điểm xuyên để phục vụ cho việc tính toán khối lượng công tác sau này. Trong thiết kế thường gặp hai trường hợp: - Đường đỏ là đường thẳng thì tính điểm xuyên như sau hình I.5.2a: (m). Trong đó: + x1: Là khoảng cách tính từ cọc có chiều cao đào hay đắp là h1. + l1: Là khoảng cách giữa hai cọc (chọn hai cọc gần điểm xuyên). + h1, h2: Là chiều cao đào đắp tại hai cọc gần điểm xuyên. - Đường đỏ là đường cong đứng hình I.5.2b. (m). Trong đó: + R: bán kính đường cong đứng. + J: độ dốc tự nhiên mặt đất. + x2: Khoảng cách từ điểm xuyên đến điểm O có độ dốc i= 0 trên đường cong đứng. + l2: khoảng cách giữa điểm O với một cọc chi tiết gần nhất. Từ các điều kiện nêu trên ta lập được bảng cắm cọc của hai phương án tuyến. Hình I.5.2a Đường đỏ x2 l2 y 0 B J h0 A Đường đen Hình I.5.2b Hình I.5.2: Sơ đồ xác định vị trí điểm xuyên - Lập bảng cắm cong. Các yếu tố của đường cong đứng được xác định theo các công thức sau: (I.5.1) Hình I.5.3 : Sơ đồ xác định các cong đứng 5.5.1.Lập bảng cắm cong 2 phương án Bảng1. 5.1 PA STT LÝ TRÌNH R (m) K (m) i - i (0/00) T (m ) d (m) I 1 KM0+700 10000 200 20 100 0.5 2 KM2+100 8000 344 43 172 1.85 3 KM2+500 8000 247.98 31 123.99 0.96 4 KM3+00 8000 207.98 26 103.99 0.68 5 KM3+450 8000 172 34 136 1.16 II 1 KM1+200 8000 288 36 144 1.3 2 KM2+700 10000 230 23 115 0.66 3 KM3+500 8000 272 34 136 1.16 4 KM4+41132 8000 272 34 136 1.16 Bảng cắm cọc chi tiết 2 phương án phụ lục 1