University of Transport and Communications - Campus II, VIET NAM

Vài nét về tiêu chuẩn và sử dụng tiêu chuẩn trong công tác thiết kế đường ô tô cao tốc

Theo số liệu của Cục Đường bộ Việt nam, đến năm 2006 đất nước ta có khoảng 251.786km đường ôtô các loại, trong đó có 17.295km Quốc lộ, 23.138km Tỉnh lộ, 54.962km Huyện lộ, 141.442km đường xã, 8.536km đường đô thị và 6.414km đường khác. Cũng theo số liệu thống kê trên đây thì chỉ có 17.280km đường được rải bê tông nhựa – tức khoảng gần 7% và đường ôtô cao tốc vẫn còn ở đâu đó trong trong qui hoạch của tương lai.

Phần I:

Xét về khía cạnh an toàn giao thông, mặc dù đã được Chính phủ quan tâm đặc biệt cùng với sự cố gắng của ngành GTVT và toàn dân ta nhưng con số thương vong dẫn đến chết người vẫn còn ở mức rất cao, hơn 30 người chết 1 ngày trong đó tai nạn trên đường bộ chiếm trên 85% - thật là một bức tranh ảm đạm cho hệ thống GTVT đường bộ của chúng ta. Đây cũng nằm trong điểm yếu về kết cấu hạ tầng giao thông - một trong hai điểm yếu điển hình nhất (năng lượng điện và hạ tầng giao thông) trong các điểm yếu về kết cấu hạ tầng của nền kinh tế quốc dân hiện nay. Tuy nhiên với tốc độ phát triển kinh tế quốc gia như hiện nay, cùng với việc Việt Nam chính thức là thành viên của tổ chức thương mại thế giới (WTO) và định hướng phát triển kinh tế của Đảng và Chính phủ đến năm 2020 thì nhu cầu giao thông vận tải đòi hỏi phải có những biến chuyển mạnh mẽ về cả số lượng lẫn chất lượng. Một trong những hình thức vận tải mang tính năng động và hiệu quả nhất đó là giao thông vận tải đường bộ mà trong đó vận tải thương mại đường dài, liên tục với tốc độ cao mà vẫn bảo đảm đựơc an toàn là vấn đề rất đáng quan tâm. Để đáp ứng được các yêu cầu của vận tải thương mại đường dài như đã đề cập thì chỉ có hệ thống đường ôtô cao tốc (sau đây gọi là đường cao tốc).

Theo tờ trình của Bộ GTVT gửi Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt qui hoạch hệ thống đường cao tốc thì từ nay đến năm 2020, đất nước ta sẽ có khoảng 5.584km đường ôtô cao tốc. Như vậy, trung bình 1 năm chúng ta phải xây dựng được khoảng 430km đường cao tốc – tức khoảng 4 tuyến cao tốc như tuyến cao tốc Hà Nội – Hải Phòng hiện đang được Ngân hàng phát triển Việt Nam triển khai gấp rút! Với vai trò quan trọng là Bộ quản lý chuyên ngành, với quyết tâm thực hiện qui hoạch và xây dựng hoàn chỉnh hệ thống đường ôtô cao tốc hiện đại cho đất nước, ngày15/6/2007Bộ GTVT đã tổ chức cuộc họp cùng các Giáo sư và các Chuyên gia ngành thảo luận về chủ đề liên quan đến xây dựng hệ thống đường ôtô cao tốc. Nhưng xây dựng đường bộ cao tốc với nhu cầu vốn đầu tư rất lớn đòi hỏi phải có hệ thống “tiêu chuẩn kỹ thuật” đồng bộ, thống nhất từ khâu qui hoạch, lập dự án, thiết kế chi tiết, xây dựng đến quản lý vận hành. Một trong những “tiêu chuẩn kỹ thuật” quan trọng bậc nhất đó là “tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc”. Để tránh lãng phí tiền của trong việc áp dụng “các chỉ tiêu kỹ thuật” trong sử dụng qui trình, qui phạm cần phải lựa chọn chúng sao cho thật hợp lý và thoả đáng mà vẫn bảo đảm được các tiêu chí của đường ôtô cao tốc: lưu lượng giao thông lớn, thông xe liên tục, tốc độ vận hành cao và an toàn. Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc TCVN 5729 – 1997 đã được Bộ KHCN và Môi trường phê chuẩn và áp dụng cho việc thiết kế đường ô tô cao tốc ngoài đô thị cũng như việc cải tạo, nâng cấp các loại đường ô tô thành đường cao tốc từ năm 1997. Đến nay, sau 10 năm tiêu chuẩn trên có hiệu lực, đất nước ta vẫn chưa có được bất kỳ một cây số đường ô tô cao tốc nào để kiểm chứng sự phù hợp hay nói đúng hơn là “sự thích nghi” của tiêu chuẩn với tính chất của đường ô tô cao tốc. Với khoảng 90km đường ôtô cao tốc đang được triển khai thi công (50km Cầu Giẽ – Ninh Bình và 40km Sài Gòn – Trung Lương) theo tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô cao tốc TCVN 5729 – 1997 đã có một số “chỉ tiêu kỹ thuật” cần phải xem xét và sửa đổi. Là một kỹ sư làm việc trong lĩnh vực Tư vấn, qua hơn 20 năm kinh nghiệm làm công tác thiết kế đường ôtô, tôi  xin có một số ý kiến trao đổi cùng các đồng nghiệp có tâm huyết với ngành về “tiêu chuẩn và sử dụng tiêu chuẩn trong công tác thiết kế đường ô tô cao tốc”. A. Áp dụng tiêu chuẩn thiết kế Các thông số và chỉ tiêu kỹ thuật (sau đây gọi là các chỉ tiêu kỹ thuật) được đưa ra trong “tiêu chuẩn thiết kế” giúp định hướng cho những Kỹ sư Đường – nhất là các Kỹ sư làm công tác tư vấn và thiết kế đưa ra những tiếng nói quyết định của mình trong việc áp dụng các chỉ tiêu kỹ thuật cho Dự án dựa trên “Triết lý luôn luôn phát triển” trong thiết kế các công trình. Việc áp dụng các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế cho bất kỳ một Dự án nào cũng phải tương đương hoặc cao hơn các tiêu chuẩn tối thiểu đưa ra trong “tiêu chuẩn thiết kế” với mức độ tối đa có thể được tuỳ thuộc vào giá thành xây dựng, lưu lượng và hiệu quả an toàn giao thông, mức độ chiếm dụng đất đai, yếu tố kinh tế – xã hội, yếu tố môi trường v.v… Tuy nhiên cũng cần phải xét đến việc đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật thấp hơn ở những tình huống cụ thể bởi vì “tiêu chuẩn thiết kế” có ảnh hưởng trong nhiều năm và rất nhiều con đường hiện tại cũng đã không thoả mãn được đầy đủ các tiêu chí mà “tiêu chuẩn thiết kế” đề ra. Việc áp dụng các chỉ tiêu kỹ thuật có thể phân ra các loại sau đây: -    Các chỉ tiêu kỹ thuật bắt buộc (Mandatory): Các các chỉ tiêu kỹ thuật này bắt buộc các Kỹ sư thiết kế phải tuân thủ chặt chẽ. Việt Nam ta dùng chữ “phải” tương ứng với chữ “Shall” trong tiếng Anh. -    Các chỉ tiêu kỹ thuật tham vấn (Advisory): Các chỉ tiêu kỹ thuật này không bắt buộc các Kỹ sư thiết kế phải tuân thủ chặt chẽ như các chỉ tiêu trên mà được sử dụng một cách mềm dẻo, rộng rãi hơn. Việt Nam ta dùng chữ “nên” tương ứng với chữ “Should” trong tiếng Anh. -    Các chỉ tiêu kỹ thuật cho phép (Permissive): Các chỉ tiêu kỹ thuật này không bắt buộc các Kỹ sư thiết kế phải tuân thủ chặt chẽ như các chỉ tiêu kỹ thuật bắt buộc và chỉ tiêu kỹ thuật tham vấn, chúng là các chỉ tiêu kỹ thuật mà các Kỹ sư thiết kế được phép sử dụng mà không phải xin phép bất kỳ cơ quan có thẩm quyền nào. Việt Nam ta dùng chữ “nên” hoặc “có thể” tương ứng với chữ “Should” hoặc “Maybe” trong tiếng Anh. -    Các chỉ tiêu kỹ thuật khống chế (Controlling): Là các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất cho mục đích an toàn giao thông được đưa ra trong “tiêu chuẩn thiết kế” và các chỉ tiêu này cũng coi như các chỉ tiêu kỹ thuật bắt buộc. Ở Mỹ, các chỉ tiêu này bao gồm 13 chỉ tiêu là: Tốc độ thiết kế, bề rộng làn xe chạy, chiều rộng lề đường, chiều rộng cầu, bình đồ, hình cắt dọc, độ dốc dọc, độ dốc ngang, tầm nhìn hãm xe, siêu cao, tĩnh không bên, tĩnh không đứng và tải trọng thiết kế cho cầu. Theo qui định của nhà nước ta hiện nay thì việc áp dụng “tiêu chuẩn thiết kế” cho dự án là không bắt buộc mà chỉ có qui chuẩn mới là bắt buộc. Tuy nhiên điều đó không có nghĩa là áp dụng “tiêu chuẩn thiết kế” một cách tuỳ tiện mà nó phải được những nhà thiết kế lựa chọn, bảo đảm tính đồng nhất, không pha trộn, hiện đại v.v… rồi đệ trình tới cấp có thẩm quyền phê duyệt. B. Phân loại đường ôtô và đường ôtô cao tốc Trong phân loại đường ôtô nói chung và đường ôtô cao tốc nói riêng người ta dùng nhiều hệ thống phân loại khác nhau, mỗi hệ thống đáp ứng cho một yêu cầu riêng. Như vậy sẽ tồn tại những mâu thuẫn vì nó chưa đáp ứng được các nghiên cứu khác có cùng tính chất. Tốt nhất là chỉ có một hệ thống và nó đáp ứng cho đủ mọi nhu cầu, nhưng điều này là phi thực tế mà phải xét tới vấn đề là một hệ thống nhằm một mục đích riêng thì nó cũng phải đáp ứng được cho các nghiên cứu khác có cùng tính chất. Ví dụ như về các tiêu chuẩn thiết kế hình học, người làm công tác thiết kế đường phải hiểu rằng công việc của mình có liên quan chặt chẽ với công việc của các nhà làm qui hoạch và các nhà quy hoạch đô thị. Kinh nghiệm cho thấy bao giờ cũng tồn tại nhiều quan điểm khác nhau về một định nghĩa đúng đắn nhất cho một cấp loại đường, nhưng điều đó không quan trọng. Điều quan trọng là trong mọi hệ thống phân loại, việc phân chia giữa các cấp loại phải thật khách quan và một khi một hệ thống đã được thiết lập thì bất kỳ ai sử dụng nó cũng phải thống nhất quan điểm. Việc miêu tả mỗi cấp loại cho thật chính xác rất là khó khăn, tuy nhiên việc miêu tả mỗi cấp loại cũng phải đủ độ trong sáng, đủ để truyền đạt cho bất kỳ ai sử dụng hệ thống đó một hình ảnh chính xác và khi một mạng lưới đường có một phân loại đúng đắn thì việc xác định các tính chất của một con đường trở nên dễ dàng. Những căn cứ cần thu thập để nhận dạng cấp loại một con đường là lưu lượng và dòng giao thông, thành phần và tốc độ của các loại xe khác nhau chạy trên đường, phương thức sử dụng đất đai ven đường và cuối cùng là phương thức tách và nhập của các phương tiện khi ra và vào tuyến đường. Đường cao tốc là đường chủ yếu phục vụ cho chức năng giao thông trực tiếp, thường có lưu lượng xe chạy lớn, yêu cầu phải đảm bảo cho việc thông xe liên tục không bị ùn tắc, tốc độ vận hành cao và đặc biệt là phải được khống chế toàn bộ các đường ra và vào tuyến đường. Cũng  thường thấy trên đường cao tốc phần lớn là các xe thương mại, thành phần xe tải chạy có thể chiếm tới 20% đến 30%. Theo luật giao thông đường bộ Việt Nam thì đường cao tốc là đường chỉ dành cho xe cơ giới chạy với tốc độ cao, có dải phân cách chia đường cho xe chạy hai chiều ngược nhau riêng biệt và không có giao cắt cùng mức với đường khác. Như vậy, theo tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô cao tốc TCVN 5729 – 97 hiện đang còn hiệu lực thì chỉ có đường cao tốc loại A là phù hợp với luật giao thông đường bộ - điều này thì định nghĩa về đường ôtô cao tốc trong luật giao thông đường bộ là hoàn toàn phù hợp với các cách phân loại đường cao tốc của đa số các nước trên Thế giới đã và đang dùng hiện nay, phù hợp với tính chất của đường cao tốc và các tiêu chí phân loại đường cao tốc đề đã đề cập trên đây. Cũng như vậy, theo ý kiến của riêng tôi thì cần sửa đổi tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc theo hướng nâng cao với cấp tốc độ tối thiểu là 80km/h và không cho xe mô tô các loại lưu hành trên đường ôtô cao tốc ngoài đô thị (vì lý do cải tạo, nâng cấp  một đường cao tốc cấp 60km/h lên thành một đường cao tốc cấp 80km/h cũng đã rất tốn kém rồi). C. Một số vấn đề chính liên quan khi áp dụng “tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc” 1. Các yếu tố của tuyến 1.1 Các yếu tố thiết kế Rất nhiều thông số có ảnh hưởng đến việc thiết kế tuyến trên bình đồ và trên các mặt cắt. Nhân tố quan trọng nhất là tốc độ tính toán, là tốc độ được lựa chọn theo các nhu cầu thiết kế, để cân bằng các yếu tố hình học của tuyến. Đó là tốc độ tạo cho ta một dự trữ an toàn tối đa duy trì được trên đoạn tuyến đã cho với điều kiện giao thông và thời tiết  sao cho chỉ chịu ảnh hưởng của các yếu tố hình học của đường. Tốc dộ tính toán là “tốc độ được lựa chọn để thiết lập các yếu tố thiết kế hình học tối thiểu cho một đoạn đường cụ thể”. Các yếu tố thiết kế này bao gồm: hình cắt dọc, bình đồ và chiều dài tầm nhìn. Các đặc trưng khác như là: chiều rộng mặt đường, lề đường, tĩnh không v.v.. nói chung không liên quan trực tiếp đến tốc độ thiết kế. Tốc độ thiết kế phải được lựa chọn một cách hết sức cẩn thận vì nó là yếu tố quan trọng nhất quyết định các chỉ tiêu kỹ thuật của bình đồ và trắc dọc tuyến. Theo định nghĩa trên thì không phải một tuyến đường cao tốc thì chỉ có một cấp tốc độ tính toán mà nó có thể có nhiều cấp tốc độ tính toán. Tuy nhiên một đoạn tuyến cụ thể có chiều dài là bao nhiêu, bước tốc độ thiết kế là 10km/h hay 20km/h hoàn toàn phụ thuộc vào quan điểm của các nhà chuyên môn, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó các yếu tố kinh tế, an toàn, và môi trường cần được quan tâm hàng đầu. Về tốc độ tính toán trên đường cao tốc, các nước áp dụng như sau: Ghi chú: Canada và Mỹ có bước tốc độ thiết kế là 10km/h. Đa số các nước chọn tốc độ thiết kế cho đường ôtô cao tốc nhỏ nhất là 80km/h và cao nhất là 130km/h. Trung Quốc hiện nay, sau gần 30 năm xây dựng đường ôtô cao tốc cũng đã hạn chế dùng cấp tốc độ 60km/h trong thiết kế đường ôtô cao tốc. Kiến nghị tốc độ thiết kế tối thiểu cho đường ô tô cao tốc ở Việt Nam là 80km/h và tối đa là 120km/h, đoạn đường cụ thể để áp dụng cấp tốc độ là 20km. Phân loại đường cũng là một yếu tố  về thiết kế. Người ta xác định một con đường thuộc về cấp loại nào là căn cứ vào môi trường (ngoài đô thị hay trong đô thị), theo chức năng của nó (đường cao tốc ngoài đô thị hay đường cao tốc đô thị). Như vậy, cần phải sửa đổi phạm vi áp dụng của TCVN 5729 hoặc đưa thêm đường cao tốc đô thị vào TCVN 5729 cho đồng bộ. Địa hình là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến bình đồ và mặt cắt dọc vì một địa hình hiểm trở luôn hạn chế việc chọn vị trí cho con đường và các yếu tố thiết kế. Địa hình bằng phẳng ít ảnh hưởng đến các đặc tính thiết kế hình học nhưng lại ảnh hưởng rất nhiếu tới việc thiết kế hệ thống thoát nước, đặc biệt là các đoạn đường chuyển tiếp có ảnh hưởng của siêu cao. Rất nhiều đặc tính hình học phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu. Thí dụ như, khi chuẩn bị chọn tuyến, người ta phải xét điều kiện khí hậu ảnh hưởng tới việc chọn cho tuyến đi trên lưu vực này hay lưu vực kia của một thung lũng hay của một dãy núi. Tuỳ theo điều kiện khí hậu mà tính đến viêc bảo vệ con đường. Cũng phải xét vấn đề sụt lở đất khi tuyến qua vùng bị hiện tượng sụt lở đất đe doạ và ở đó thì nền đường đắp và cầu cạn thường tốt hơn là làm nền đường đào. Giao thông cũng là một nhân tố phải xét, và do đó phải thu thập tất cả các tài liệu liên quan đến Lưu lượng xe hàng ngày và lưu lượng xe thiết kế thường thể hiện bằng lưu lượng xe trung bình ngày trong năm (tiếng Pháp T.J.M.A - traffic journalier moyen annuel, tiếng Anh  A.A.D.T - Annual average daily trafic) hay là theo lưu lượng giờ thiết kế. Sự biến động theo mùa có thể rất lớn, đặc biệt là trên các con đường mà trong lưu lượng giao thông, các xe có mục đích du lịch, giải trí chiếm một tỷ lệ rất lớn. Thành phần dòng xe, tức là phần trăm số xe con và xe tải quyết định xem có nên làm làn phụ cho xe chạy chậm hay làn phụ cho để vượt xe. Đôi khi việc sử dụng đất cũng là một yếu tố thiết kế nhất là các đường cao tốc qua các vùng đất nông nghiệp quí hiếm và đường cao  tốc ven đô thị. 1.2 Các vấn đề cần xét trong khi thiết kế. Ngoài những yếu tố đã nói trên, còn nhiều vấn đề phải xét trong khi thiết kế tuyến . An toàn là một vấn đề rất cơ bản. Việc chọn lựa các thành phần khác nhau của tuyến  và sự kết hợp chúng với nhau một cách có ý thức làm tăng độ an toàn rất nhiều cho người sử dụng đường. Các đặc tính của đường có ảnh hưởng đến tính cách của lái xe trên đường. Dựa trên việc chạy xe trên đoạn đường ngay trước đó và sự quan sát đường, địa hình, các điều kiện môi trường, dòng xe mà người lái xe có thể dự đoán và chờ đợi sự việc xảy ra. Khi tuyến không đúng với sự phỏng đoán và chờ đợi này, tức là có những thay đổi đột ngột, có thể gây bất ngờ cho người lái và gây nên tình trạng nguy hiểm. Mặc dù việc giảm giá thành xây dựng là rất quan trọng, nhưng cũng phải xét các lợi ích khi phải chi trả thêm trong các vấn đề khác có liên quan. Hiện nay, vấn đề mỹ học và các đánh giá về môi trường đóng vai trò rất quan trọng trong thiết kế đường. Ngay trong giai đoạn thiết kế phải hiểu các đặc tính của môi trường xã hội và tự nhiên và đánh giá đúng các tác động của tuyến đường lên chúng. Hình ảnh của con đường hiện ra trước mắt người lái xe và người ngồi trên xe nên phải tạo cảm giác thoải mái cho họ. Việc thoát nước có ảnh hưởng đến thiết kế tuyến nhất là đối với thiết kế mặt cắt dọc. Xe thiết kế là xe giả thiết, mà các đặc trưng của nó đại diện cho các nhóm xe chạy trên đường. Nhiều đoạn tuyến sẽ chịu ảnh hưởng của loại xe phổ biến hay loại xe đặc biệt có trong dòng xe. Xe cũng là quan trọng: sự ma sát giữa đường và lốp xe, kể cả theo chiều dọc và theo chiều ngang, ảnh hương tới tỷ lệ tốc độ/đường cong và tới hiệu quả hãm phanh. Các tiêu chuẩn thiết kế khi sử dụng phải được hiểu là đã sử dụng các đặc tính này. Ghi chú: Bề rộng làn xe chạy bằng 3,6m ở Mỹ được chuyển từ hệ Imperial là 12ft sang hệ SI nếu chính xác phải là 12 x 0,3048 = 3,66m. Ở Úc, chiều rộng làn xe bằng 3,75m dùng trên các đường có lưu lượng xe lớn và có nhiều xe nặng nhưng không chỉ rõ là bao nhiêu. Bề rộng làn xe được lựa chọn theo bội số của 0,10m hoặc 0,25m tuỳ thuộc vào quan điểm của các nhà chuyên môn. Tuy nhiên, cần phải hiểu với đường cao tốc thì yếu tố quan trọng như phần B đã nêu:Đường cao tốc là đường chủ yếu phục vụ cho chức năng giao thông trực tiếp, thường có lưu lượng xe chạy lớn, yêu cầu phải đảm bảo cho việc thông xe liên tục không bị ùn tắc, tốc độ vận hành cao và an toàn. Một yếu tố nữa là: trên đường cao tốc phần lớn là các xe thương mại, thành phần xe tải chạy có thể chiếm tới 20% đến 30%. Do vậy, bề rộng làn xe phải bảo đảm đáp ứng được các yêu cầu chạy xe với  tốc độ cao. Các nghiên cứu ở nhiều nước cho thấy dung sai chạy xe theo chiều ngang (dung sai chạy xe bên) với điều kiện chạy xe của đường cao tốc ở tốc độ từ 70km/h trở lên không nhỏ hơn 1,00m. Như vậy, bề rộng làn xe yêu cầu tối thiểu cũng đã là 3,50m (khi tính toán bề rộng làn xe thì bề rộng xe thiết kế là 2,50m). Nếu xét đến các điều kiện về an toàn khác nữa như tĩnh không bên, tâm lý của lái xe trên các làn xe chạy v.v… thì trên đường cao tốc không nên chọn bề rộng làn xe chạy nhỏ hơn 3,70m.

 

Phần II:

 

2. Tầm nhìn. 2.1. Khái quát chung Tầm nhìn tốt sẽ đảm bảo sự khai thác tối đa con đường và an toàn cho người lái xe. Người thiết kế phải tính chiều dài tầm nhìn đủ cho người lái để họ có thể dừng xe trước một chướng ngại vật bất ngờ. Đặc biệt, trên đường hai làn xe, chiều dài tầm nhìn đủ để vượt xe an toàn phải thường xuyên được đáp ứng mới đảm bảo được một mức độ phục vụ tốt và độ an toàn cao. 2.2. Chiều dài tầm nhìn hãm xe Điều này chính là khoảng cách một người lái xe có thể nhìn thấy trước, đủ xa để hãm hoặc tránh thí dụ như một vật trên đường, một chỗ cống hỏng, một chỗ mặt đường bị bong tróc v.v… Trên suốt tuyến đường phải đảm bảo một chiều dài thích hợp cho tầm nhìn hãm xe. Không có một ngoại lệ nào được phép trừ phi việc dẫn tới tốn kém thật quá đáng. Chiều dài tối thiểu của tầm nhìn hãm xe là tổng của hai chiều dài sau đây: Chiều dài nhận biết-phản ứng khi hãm xe Là chiều dài xe chạy được trong thời gian nhận biết-phản ứng để hãm xe, tức là thời gian tính từ lúc người lai xe nhìn thấy chướng ngại vật mà họ phải hãm cho tới lúc hành động đựơc (bàn chân chạm tới bàn đạp phanh). Chiều dài hãm phanh Là chiều dài xe chạy được tính từ lúc phanh bắt đầu có tác dụng tới lúc xe dừng lại hoàn toàn. Khi tính chiều dài tầm nhìn hãm xe người ta giả thiết là mặt đường ẩm ướt vì khi đó hệ số ma sát rất nhỏ so với khi mặt đường khô và để tính chiều dài tối thiểu của tầm nhìn, thời gian nhận biết-phản ứng khi hãm xe quy định là 2,5 giây. Trị số này được dùng để tính cho tất cả các tốc độ tính toán. Các trị số của hệ số ma sát để tính chiều dài tối thiểu của tầm nhìn hãm xe được giả thiết trong những điều kiện bất lợi nhất: chiếc xe có lốp mòn chạy trên mặt đường ẩm ướt, chất lượng kém. Việc tính toán chiều dài tối thiểu của tầm nhìn thực hiện theo các luật cơ học. Có giả thiết rằng trong suốt quá trình hãm xe, trị số hệ số ma sát dọc không thay đổi. Khi người ta hãm  xe  trên dốc đi xuống, dốc sẽ làm tăng chiều dài hãm xe, khi lên dốc thì lại ngược lại. Nhìn vào bảng 2 ta thấy Việt Nam sử dụng các trị số tương đương các nước trong khu vực châu Á và châu Đại dương có khí hậu nhiệt đới, ít hoặc không chịu ảnh hưởng  của băng giá. Kiến nghị sử dụng như tiêu chuẩn hiện hành. Trong đường cong nằm thì không phải tất cả lực ma sát được dùng cho việc hãm xe vì phải có một bộ phận chống lại gia tốc hướng tâm. Do vậy nên trong đường cong bằng ta phải tăng thêm chiều dài của tầm nhìn hãm xe. Đa phần khi thiết kế các đường cong  với cấp tốc độ thiết kế đã chọn thì các Kỹ sư thiết kế nên lựa chọn bán kính cong sao cho  không cần đến sự chỉnh lý này. Người ta khuyên nên tăng thêm trong các đương cong có tốc độ tính toán từ 60 km/h trở lên mà bán kính cong không lớn hơn 110% bán kính tối thiểu đề nghị thì tăng chiều dài tối thiểu của tầm nhìn hãm xe lên 5%. Khi các nút giao thông bố trí đằng sau một đường cong đứng lồi thì dự tính cho một chiều dài tầm nhìn hãm xe thích hợp là rất quan trọng. Với tốc độ xe chạy cao thì cần tăng thời gian nhận biết-phản ứng khi hãm xe lên thêm 1giây, đặc biệt là trong các đường cong đứng lồi. Cũng do lý do này mà người ta khuyên khi thiết kế các đường cong đứng lồi, nên dùng các chiều dài dài hơn và tránh dùng các trị tối thiểu. 3. Bình đồ 3.1. Đường cong tròn 3.1.1. Quan hệ tốc độ-bán kính Khi xe chạy trên đường cong tròn với tốc độ không đổi  sẽ chịu một gia tốc hướng vào tâm đường cong. Gia tốc này sẽ gây nên một lực hướng tâm, lực này là lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Nếu con đưòng xe đang chạy có siêu cao lúc đó lại phải thêm vào lực ma sát một thành phần của trọng lực của xe. Về mặt toán học có thể thể hiện quan hệ ấy như sau: e  +  f   =  V2 /127 R trong đó   e = siêu cao của mặt đường, trị này là dương khi có siêu cao                              hướng về tâm của đương cong f =  hệ số ma sát ngang giữa bánh xe và mặt đường v =  tốc độ của xe, tính bằng km/h R = bán kính đường cong, tính bằng mét. Khi f = 0, tất cả lực hướng tâm này đều là do siêu cao gây ra, chuyện này xẩy ra trên các đường cong bán kính lớn và xe chạy chậm. Nếu  e, v và R tạo cho  f  lớn hơn giá trị ma sát giữa bánh xe và mặt đường thì xe sẽ bị mất ổn định ngang và trượt xa khỏi tâm đường cong. 3.1.2. Siêu cao tối đa Trị số tối đa của siêu cao mà ta có thể áp dụng được phụ thuộc vào nhiều nhân tố : * Các điều kiện về khí hậu * Các điều kiện địa hình * Môi trưòng (trong hay ngoài thành phố) * Thành phần và tần suất của các xe chạy chậm * Quá trình duy tu, bảo dưỡng Trong những vùng mà khí hậu thuận lợi hơn, người ta có thể dùng các trị lớn của siêu cao tối đa, còn trên các vùng mà đường có phủ  băng giá, phải dùng các trị thấp nhất. Các trị tối đa được dùng thông thường là 0,06 m/m đến 0,10 m/m tuỳ theo địa hình và tuỳ theo mức độ hình thành băng giá dự kiến. Trong đô thị thường dùng  các trị thấp hơn vì các xe chạy với tốc độ thấp hơn và tránh cho xe khi vận hành trên đường có siêu cao lớn có thể bị trượt ngang. Trong đô thị, có thể thiết kế với các trị lớn  trên các đường nhánh rẽ trên đường cao tốc để đảm bảo an toàn hơn vì tại đây các kái xe thường có xu hưóng tăng nhanh tốc độ, đăc biệt là trên các nhánh rẽ ra. Các vị trí này thường được duy tu cẩn thận nên không lo xe bị trượt. Trong một vùng có đường mà do nhiều cơ quan quản lý thì nên có thống nhất chung về siêu cao tối đa.  Khi chọn siêu cao tối đa, nên tham khảo các trị đã được các cơ quan quản lý đường trong khu vực sử dụng. Nhìn vào bảng 1 trên đây ta thấy siêu cao tối đa ở các nước trong khu vực sử dụng cho đường cao tốc thường là 7% đến 10%. Tuy nhiên trên đường cao tốc sẽ xuất hiện rất nhiều cầu cạn ở mọi điều kiện địa hình cũng như mọi vị trí tuyến đường. Để bảo đảm hài hoà giữa cầu và đường và xét đến điều kiện nền kinh tế nước ta cũng như thành phần các loại xe hiện tại còn nhiều xe chạy chậm, Kiến nghị sử dụng siêu cao tối đa cho đường cao tốc ở nước ta  là 8%. 3.1.3. Ma sát ngang Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến ma sát ngang để giữ cho một chiếc xe chạy ổn định trên đường cong. Trong các nhân tố này phải kể tới chất lượng của  mặt lốp và chất lượng của mặt đường. Mặt đường ẩm hay phủ băng có ma sát kém hơn mặt đường khô; các vết dầu, vết bùn, các vết xước ở lốp, có sỏi sạn sẽ làm giảm lực ma sát. Trên một đường cong đã biết, có nhiều xe sẽ chạy với tốc độ cao hơn tốc độ tính toán. Những xe chuyển làn, những xe chạy vượt quỹ đạo của chúng sẽ có bán kính nhỏ hơn so với bán kính của tuyến thiết kế. Vậy thì nên có một hệ số an toàn  trong ma sát ngang. Phải tính tới tiện nghi của người lái xe trong các trị của lực ma sát ngang. Khi xe chạy với tốc độ cao, nếu lực hướng tâm giữ xe lại có xu hướng lớn hơn siêu cao thì người lái sẽ cảm thấy khó chịu. Họ sẽ cảm thấy mất an toàn và có xu hướng chạy chậm lại. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ số ma sát ngang tối đa trên mặt đường bê tông trong trạng thái ẩm ướt và lốp mới có giá trị là 0,5 với tốc độ 30 km/h và 0,35 với tốc độ 100km/h. Trên mặt đường ẩm ướt và rất nhẵn, hệ số ma sát ngang có thể lấy xuống tới 0,2 với các xe có tốc độ cao. Tuy nhiên, trong thiết kế chúng ta chỉ được phép lấy trị số này vào khoảng 1/3 vì khi đó sự trượt ngang đã sắp sảy ra. Để có một dải rộng các trị về lực ma sát ngang và đáp ứng với các yêu cầu vừa nói ở trên , người ta thường chấp thuận các trị thấp nhất về hệ số ma sát. Nhìn vào bảng 3 ta thấy đa số các nước chọn hệ số ma sát ngang cho cấp tốc độ cao (từ 100km/h trở lên) là tương đối giống nhau. Điều này dễ hiểu bởi đây là một thông số quan trọng quyết định đến vấn đề an toàn và lựa chọn bán kính tối thiểu cho các cấp tốc độ khác nhau. 3.1.4. Bán kính tối thiểu Bán kính tối thiểu của bất kỳ tốc độ tính toán nào phụ thuộc vào siêu cao tối đa áp dụng và hệ số ma sát ngang giữa lốp xe và mặt đường. Chúng ta tính được các trị của bán kính cong tối thiểu theo công thứ sau: Rmin  =  V2/127(emax + f ) Bảng 1 trên đây cho ta các bán kính tối thiểu phải dùng trên các đường cao tốc, dải tốc độ thay đổi từ 60 đến 130 km/h và các trị của siêu cao tối đa là, 0,07 m/m đến 0,12 m/m. Một tuyến đường muốn tốt phải tôn trọng các trị số của bán kính tối thiểu cho trong bảng trên đây. Trên thực tế, người ta thường phải thiết kế các đường cong lớn hơn một khi có thể. Trị số bán kính tối thiểu cho đường cao tốc với cấp tốc độ thiết kế khác nhau trong bảng 4 của TCVN 5729 – 97 là phù hợp với siêu cao tối đa đã chọn. Tuy nhiên trong thiết kế đường cao tốc thì: với đường cao tốc ngoài đô thị thì bán kính tối thiểu nên dùng là 1500m, còn đường cao tốc trong đô thị là khoảng 900m. 3.2. Đường cong chuyển tiếp 3.2.1. Chức năng Chức năng của đường cong chuyển tiếp (đường cong xoắn ốc) là để chuyển tiếp giữa tuyến thẳng và đường cong tròn. Khi chuyển hướng xe (vòng xe) phải tiến hành từ từ và người lái tự nhiên chấp nhận hành trình theo đường xoắn ốc. Trên chiều dài đường cong xoắn ốc người ta thực hiện chuyển tiếp siêu cao từ mặt cắt ngang hai mái thông thường trên đường thẳng tới mặt cắt ngang một mái đủ siêu cao trong đường cong tròn; về cảm nhận thị giác nó thuận mắt đối với lái xe và với hành khách nó tạo cho người ta cảm giác thoải mái và an toàn hơn. 3.2.2. Hình dáng và tính chất Đường cong xoắn ốc thường dùng nhất trong đưòng là đường cong clothoide. Về mặt toán học nó được thể hiện như sau: bán kính cong R phải thay đổi sao cho trên tất cả các điểm của đường cong, bán kính tỷ lệ ngược với chiều dài L, tính từ gốc đường cong tới điểm đó. Bán kính R tỷ lệ 1/L; RL = A2, trong đó A là một hằng số. Trong biểu thức nói trên, A được gọi là thông số của đường xoắn ốc, có thứ nguyên là mét dài. Tất cả các đường cong clothoide đều cùng dạng chỉ khác nhau về độ thoải. Thông số của đường cong xoắn ốc chính là thước đo độ thoải của đường cong xoắn ốc, thông số càng lớn thì đường cong xoắn ốc càng thoải. Đường xoắn ốc có một đầu có bán kính vô cùng được gọi là đường xoắn ốc đơn giản, đường xoắn ốc có bán kính ở hai đàu nhỏ hơn vô cùng được gọi là đoạn xoắn ốc. Đường xoắn ốc đơn giản được xác định bằng thông số của nó và bán kính ở một đầu. Đoạn xoắn ốc được xác định bằng thông số của nó và hai bán kính ở hai đầu. 3.2.3. Các giá trị cơ bản của các thông số đường cong xoắn ốc Các giá trị cơ bản của các thông số đường cong xoắn ốc trong tiêu chuẩn thiết kế được dùng là hàm của một dẫy các tốc độ tính toán. Khi xác dịnh các giá trị của đường xoắn ốc người ta phải xét 3 chỉ tiêu sau đây: suất thay đổi lực hướng tâm lớn nhất chấp nhận được, sự chuyển tiếp từ mui luyện sang siêu cao thể hiện bằng một độ dốc tương đối, và chỉ tiêu về mỹ học thể hiện bằng thời gian xe chạy trong đường cong xoắn ốc. Mỗi một trong 3 chỉ tiêu trên đều khống chế bán kính ở dọc đường cong xoắn ốc. Các giá trị cơ bản đều là tối thiểu và các trị lớn hơn nên được sử dụng ở các nơi một khi có thể, để tôn trọng các chỉ tiêu về an toàn, về tiện nghi và về mỹ học. Trong khi thiết kế, bán kính cong và thông số đường xoắn ốc phải chọn sao cho bán kính phải là một lượng tiêu chuẩn, và  thông số phải sao cho tỷ lệ A/R là một số hữu tỷ. Tuy nhiên khi lựa chọn giá trị sử dụng phải hết sức thận trọng vì nó có ảnh hưởng rất lớn đến việc thoát nước mặt nhất là ở đoạn đường có đường cong chuyển tiếp có siêu cao mà độ dốc ngang mặt đường chuyển từ trị số -0,5% sang +0,5%. Các nước tiên tiến ở Mỹ và Tây Âu đều có khuyến cáo rằng khi bán kính thiết kế trên bình đồ đạt trị số trên 3000m mà ở đó có sự tổng hợp của việc chuyển siêu cao và độ dốc dọc nhỏ sẽ tạo nên điều kiện thoát nước mặt khó khăn thì có thể không cần thiết kế siêu cao. Đây là điều mà chúng ta rất cần quan tâm trong các tuyến đường cao tốc ở vùng đồng bằng có chiều cao nền đường đắp lớn. Các vấn đề liên quan đến thông số của đường cong chuyển tiếp kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu kỹ thuật trong TCVN 5729 – 1993 thay cho TCVN 5729 – 1997 và khi bán kính các đường cong vượt quá trị số bán kính không cần bố trí siêu cao thì cũng không cần thiết phải có đường cong chuyển tiếp. Khi bán kính cong tròn R ≥ 6000m người ta có thể còn dùng đường cong Parabol. 3.3. Các yếu tố thiết kế 3.3.1. Các yếu tố chính Ngoài các tiêu chuẩn đã thảo luận trong các mục 3.1 và 3.2 có quan hệ đến đường cong tròn và đường cong xoắn ốc, còn nhiều các yếu tố khác và các vấn đề khác được xét trong khi thiết kế bình đồ. Ở đây chỉ thảo luận các yếu tố chính còn các yếu tố riêng biệt khác sẽ thảo luận trong các đoạn sau. Phải hết sức tránh bán kính tối thiểu, khi các góc chuyển hướng nhỏ thì chiều dài đường cong phải đủ dài để tuyến nhìn tránh gẫy góc, dễ nhìn. Những đường cong đột ngột ở đầu một đoạn tuyến thẳng và dài và sự chuyển đột ngột một bán kinh lớn sang một bán kính nhỏ cần phải tránh. Người ta phải chêm một đoạn nối tiếp có bán kính giảm dần là để cho người lái kịp thời điều chỉnh tốc độ cho phù hợp với các điều kiện mới. Do đó giảm được các thao tác và nâng cao độ an toàn vì người lái không nên giảm tốc độ đột ngột. Sử dụng đường cong xoắn ốc dài tạo thuận lợi cho việc phối hợp các đường cong tròn. Đường xoắn ốc còn dùng để nối hai đường cong tròn có bán kính khác nhau. Ngược lại, khi tỷ lệ giữa  hai bán kính của hai đường cong tròn không lơn hơn 1,5 thì có thể nối trực tiếp không cần đường cong xoắn ốc. Phải tránh mọi chuyển biến đột ngột trên tuyến. Khi hai đường cong ngược chiều quá gần nhau thì rất khó tìm một siêu cao thích hợp, siêu cao này dễ làm người lái thực hiện các thao tác đột ngột và nguy hiểm - thích hợp nhất là  giữa các đường cong có các đường xoắn ốc đủ dài để bố trí đảo ngược siêu cao. Cũng phải tránh kiểu lưng lừa (một đoạn thẳng ngắn nằm chêm giữa hai đường cong cùng chiều). Nên sử dụng các đường cong nối hay các đường cong kép để trong chừng mực nào đó tạo ra một đường cong liên tục. Khi cần phải thay đổi chiều rộng của dải phân cách hay chiều rộng của lề đường, các dải hình nêm (mũi tiếp xúc) phải có tỷ lệ thích hợp  tạo cảm giác nhìn liên tục cho người lái xe . 3.2.2. An toàn. Khi giảm bán kính đường cong thì suất tai nạn tăng lên nhưng suất này sẽ tăng nhanh khi bán kính nhỏ hơn 500m. Phải xét đến các tiêu chuẩn về an toàn cho một con đường có chất lượng khi phải chọn bán kính tối thiểu. Trong đường cong, người ta làm siêu cao với mục đích tạo một lực hướng tâm đẩy xe vào tâm đường cong. Tốc độ tính toán và lực ma sát là các yếu tố ảnh hưởng đến mức siêu cao cần thiết cho an toàn. Mục 3.1.1 đã giải thích chi tiết tác động như lẫn nhau giữa các yếu tố này. 3.3.3 Chiều dài tầm nhìn trong đường cong bằng Các trị số cho trong bảng 2 trên đây về chiều dài tầm nhìn hãm xe là rất quan trọng. Khi đo chiều dài tầm nhìn trong đường cong nằm, mắt của người lái và chướng ngại vật được đặt ở tim của làn xe chính. Có thể tính chiều rộng cần rỡ bỏ ứng với điểm giữa của tia nhìn. Với các tốc độ tính toán từ 60 km/h trở nên, và các bán kính nhỏ hơn 110% bán kính tối thiểu được khuyên nên tăng chiều dài tầm nhìn hãm xe lên 5% để xét tới lực ma sát ngang. Cần phải bảo đảm chiều dài tối thiểu của tầm nhìn hãm xe trên suốt chiều dài tuyến đường. Chỉ có ngoại lệ  trong các trường hợp cá biệt (khi nó có thể dẫn tới các chi phí quá đáng) và khi sự giảm bớt mức độ phục vụ này là có thể chấp nhận được. 3.3.4. Chiều dài tối thiểu của một đường cong Trên các chỗ góc chuyển hướng tuyến dưới  30 phút  không cần thiết phải bố trí đường cong vì tại đó người lái xe chuyển hướng không có gì là khó khăn và không cần phải có đường cong để cải thiện diện mạo của tuyến đường. Tuy nhiên nếu có bố trí các đường cong tại các vị trí này thì nên dùng các bán kính rất lớn (lớn hơn trị số bán kính cong không cần có siêu cao) và không cần thiết phải có đường cong chuyển tiếp. Tuy nhiên cần phải bảo đảm chiều dài đường cong không nhỏ hơn giá trị tối thiểu. Khi góc lớn hơn 0030', để đảm bảo có bình diện hài hoà, tránh hiện tượng thắt nút (kink) tham khảo như sau : - Các đường cong khi góc chuyển hướng ỏ từ 0030' tới 30 có chiều d

TÌM KIẾM THÔNG TIN

Loading

THÔNG TIN LIÊN HỆ

  • ĐT: (08) 37360512; Gặp C. Vân hoặc C. Phương
  • Fax: (08) 37360676;
  • Email: daotaothuchanh@utc2.edu.vn