›
›

Giáo trình Trắc địa quy hoạch và đô thị - Chương 3+4

pdf 139 trang huongle 2730
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Trắc địa quy hoạch và đô thị - Chương 3+4", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_trac_dia_quy_hoach_va_do_thi_chuong_34.pdf

Nội dung text: Giáo trình Trắc địa quy hoạch và đô thị - Chương 3+4

  1. Chương 3 KHẢO SÁT VÀ QUY HOẠCH ĐỘ CAO THEO TUYẾN 3.1. M ỤC Đ ÍC H VÀ NỘI DUNG Quy hoạch độ cao (còn gọi là quy hoạch đứng) là nội dung cơ bản trong quy hoạch khu đô thị. Nó được thực hiện sau khi đã thiết kế quy hoạch mặt bằng. Dựa trên cơ sở địa hình, địa chất, thủy văn và các điều kiện kinh tế xã hội khác để tiến hành thiết kế quy hoạch. Trong các bản vẽ thiết kế quy hoạch độ cao cần xác định các dạng công trình xây dựng, tính năng kĩ thuật, vị trí phân bố của chúng, trên cơ sở đó xác định: - Độ cao của các công trình thuộc hạ tầng cơ sở; - Độ cao của các công trình xây đựng; - Độ cao thiết kế bề mật các tiểu khu dân cư. Khi thiết kế quy hoạch độ cao phải đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật cơ bản: - Đảm bảo thoát nước mặt cho khu đô thị; - Đảm bảo giao thông cho các phương tiện chuyển động và người đi bộ; - Đảm bảo hài hòa giữa các công trình xây dựng mới và các công trình cũ đã có; - Đảm bảo hài hòa với địa hình và cảnh quan xung quanh, trong điều kiện kinh tế tối un. Khi thiết kế quy hoạch luôn thỏa mãn các điều kiện như khối lượng đào đắp ít nhất, khoảng cách vận chuyển nhỏ nhất, khối lượng đào bằng khối lượng đắp, bề mặt tự nhiên bị phá vỡ ít nhất. Thiết kế quy hoạch độ cao phân ra làm hai loại đó là quy hoạch theo tuyến và quy hoạch theo diện (quy hoạch bề mặt). Trong bản vẽ thiết kế quy hoạch dựa vào điều kiện địa hình, thể hiện qua các cao độ tự nhiên, gọi là độ cao đen, hoặc đường đồng mức đen, để quy hoạch độ cao, xác định độ cao thiết kế, hay còn gọi là độ cao đỏ, đường đồng mức đỏ. Trong thiết kế quy hoạch độ cao thường dùng các đưcmg đồng mức có khoảng cao đều cơ bản 5,00 ; 1,00 ; 0,50 ; 0,25 ; 0,20 và 0,10m. 135
  2. Chênh lệch giữa độ cao thiết kế và độ cao tự nhiên là chênh lệch độ cao cần đào hoặc cần đắp, gọi là độ cao công tác. Trong bản vẽ thiết kế, độ cao công tác thể hiện bằng các đường đồng mức với khoảng cao đều cơ bản 0,20; 0,10 và 0,05/7/. Thiết kế quy hoạch độ cao thực hiện theo trình tự ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Các bước thiết kê quy hoạch. Giai đoạn Quy hoạch mặt bằng Quy hoạch độ cao I Quy hoạch mặt bằng tổng thể Thiết kế sơ bộ II Quy hoạch mặt bằng chi tiết Thiết kế kĩ thuật III Quy hoạch chi tiết tiểu khu Thiết kế thi công 3.2. PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO CAO KHU QUY HOẠCH 3.2.1. Phương pháp đo cao địa hình Địa hình trong khu quy hoạch xây dựng là nền của các công trình kiến trúc. Phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và địa hình của mặt bằng khu vực để chọn phương pháp khảo sát như đo vẽ bề mặt, đo theo dải hoặc đo theo tuyến. Địa hình được biểu diễn trên các bình đồ, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang theo phương pháp đường đồng mức, phụ thuộc vào độ chính xác biểu diễn địa hình để xác định mật độ điểm mia và khoảng cao đều cơ bản h0. Mật độ điểm mia tính theo công thức: s = 4 0 . ^ Trong đó : s - khoảng cách giữa các điểmmia thực hiện trong khi đo cao địa hình; h0 - khoảng cao đều cơ bản của đường đồng mức. Trong đo cao bề mặt thường áp dụng dạng lưới hình vuông hoặc là hình chữ nhật và đo theo phương pháp đo cao lượng giác hoặc là đo cao hình học. Lưới đo cao bề mặt thường áp dụng có dạng dưới đây. 1. Dạng một - Lưới đo cao ô vuông (hình 3.1). Trong trường hợp này bề mặt khu vực đo vẽ có dạng hình vuông hoặc hình chữ nhật. Phụ thuộc vào độ phức tạp của địa hình để xác định các cạnh 136
  3. của ô vuông là 5, 10, 20 hay 50/?;. Độ cao các điểm địa hình được xác định tại tâm của các ô vuông. 2. Dụng hai (hình 3.2) Lưới đo cao cũng là hình vuông hoặc hình chữ nhật nhưng các điểm đo cao ở tại các đỉnh của lưới. 3. Dạng ba (hình 3.3) M ặt bằng khu vực đo cao không phải là hình chữ nhật. Trong trường hợp này xác định hướng chính của khu vực đo vẽ để xây dựng lưới ô vuông hoặc hình chữ nhật. Bề mặt đo vẽ gồm các ô hình vuông, chữ nhật, hình thang, hình tam giác. Độ cao các điểm được đo tại tâm của các hình. 4 ' ' 4 -V. v ' N. \ V' -5 |-\ 1 10| Ị 11ị '1%, \ s ' "\. " ‘t s p '16^_ 1 4 . 19)2' / 4 " 4 -".■4 . N 1 N 14 - \ $ 7 V\ N. \ \ _ ++ \ 4 ' % ■ 28» N 25^ 24^ 22^ N * 3 =. N \ ' 2-SA X N 1 \ 1* \ 4 \ - 1Y i ] 29| ^ 3 3ỊL \ s • 'V b \ *"* s. \ \ \- N. / / 43|J 42ị" ~3y ■m- 44Ặ- ✓ r k._ __ -. a. *•»* Hình 3.1. Sơ đồ lưới do cao mật bằng - dạng 1. Khi đo cao theo tuyến thường dùng mặt cắt dọc để biểu diễn (hình 3.4,a). Khi đo cao theo dải, ví dụ đường bộ, đường sắt, kênh mương thường dùng mặt cắt dọc và mặt cắt ngang để biểu diễn địa hình (hình 3.4,b). Kết quả thu được sau khảo sát là độ cao địa hình của các điểm đặc trưng trên lưới, trên dải hoặc trên tuyến. Địa hình trên tài liệu khảo sát thường biểu diễn theo phương pháp đường đồng mức. Phương pháp đường đồng mức cho độ chính xác cần thiết khi thiết kế quy hoạch độ cao. 137
  4. Hình 3.2. Sơ đổ lưới đo cao mặt bằng - dạng 2. ' 4Pn / Vs V . *" / 1V u ự - ‘TQịl-. / 12K/ 201 / A $ ị_ / 5 - - ' / -ẹ 'ỂiỊ.y / / / Hình 3.3. Sơ dồ lưới đo cao n - dạng 3. 3.2.2. Độ chính xác biểu diễn đường đồng Độ chính xác đường đồng mức biểu diễi lình tính theo công thức: (K| + Ki.l) (3.2.1) Trong đó : mĐM - sai số đường đồng mức;
  5. Hình 3.4,a . Mật cát dọc địa hình 2.5.1,5, CM c\jr-. ỌJ òí - 8,Om 8.0m ro t ■> T- Độ cao thiết kế Độ cao tự nhiên CẮTill-lil CẮT IV-IV Hình 3.4,b. Mật cắt nqanq địa hình. 139
  6. Kị - hệ số sai số trung phương vị trí hình chữ nhật xác định theo công thức (3.2.2); Ki - hệ số sai số biểu diễn đường đồng mức lên bản đồ, phụ thuộc theo độ dốc i của địa hình. K] = ylmì + mĩ + m ĩ , (3.2.2) Trong đó : mị - sai số trung phương xác định độ cao địa hình so với độ cao điểm mia; thường lấy bằng 0,01 - 0,03 m; m, - sai số trung phương xác định theo độ gồ ghề của bề mặt địa hình xung quanh điểm mia; thường lấy bằng 0,01 - 0,03 /?j; khi các điểm mia đặt trên các cọc gỗ đóng tại các điểm của lưới thì sai số này tính bằng không; m, - Sai số trung phương khái quát hóa địa hình, nó phụ thuộc vào mật độ, khoảng cách giữa các điêm mia và mức độ chia cắt của bề mặt địa hình; sai số này phụ thuộc nhiều vào khoảng cao đều cơ bản h0 và khoảng cách giữa các điểm mia s (bảng 3.2). Bảng 3.2. Sai sô khái quát hoá địa hình. Sai số trung Khoảng cao đểu h0 Khoảng cách mia s phương m, (m) {nì) (roi 1,00 40 0,11-0,12 0,50 28 0,05 - 006 0,25 20 0,02 - 0,03 0,20 18 0,02 - Hệ số Kị tính theo khoảng cao đều cơ bản h0 và các sai số do điều kiện địa hình thể hiện ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Hệ sô sai sô trung phương vị trí hình chữ nhật K,. ho m, im m, (m) (m) (m) (m) 1,00 0,03 0,02 0,11 0,12 0,50 0,03 0,02 0,05 0,06 0,25 0,01 0,00 0,03 0.03 0.20 0,01 0,00 0,02 0,025 140
  7. Khoảng cao đều cơ bản h0 = 0,25m hoặc 0,20171 áp dụng khi đo vẽ tỉ lệ 1: 250 hoặc 1: 200; khoảng cách giữa các điểm mia khi đo cao bề mặt là 10 - 20/77. Trong trường hợp này sai số m, = 0,01, sai số m2 = 0. Từ bảng 3.3 cho thấy K, » f(m3) « f(h0). Có thể lấy hệ sốKị gần bằng K,»CU2.h0. (3.2.3) Hệ số K, tính theo công thức: K.2 = ± V mỉ + ưi5 + mỉ + rri7 (3.2.4) Trong đó : m4 - sai số trung phương xác định vị trí điểm trên bản vẽ, thường lấy bằng 0,02 - 0,03mnr, m5 - sai số trung phương đổ giải, phụ thuộc vào độ chính xác tính đường đồng mức từ các độ cao điểm mia, thường lấy bằng0,2mm; m6 - sai số trung phương vẽ đường đồng mức, thường lấy bằng 0,2nmr, m7 - sai sô' trung phương nội suy đường đồng mức. Hệ số K, tính từ các sai số trên tương ứng với các tỉ lệ bản đồ cho ở bảng 3.4. Bảng 3.4. Hệ số sai sô biểu diễn đường đồng mức lên bản đồ. Tỉ lệ m4 m5 m7 m6 K: bản đồ (mm) (mm) (mm) (nim) 1 2 3 4 5 6 1 : 1000 0,03 0,20 0,20 0,10 0,301 1 : 500 0,03 0,10 0,10 0,05 0,153 1 : 250 0,01 0,05 0,05 0,13 0,076 1 : 200 0,01 0,04 0,04 0,02 0,061 Hệ số K , lấy gần đúng bằng : K2 * 0,0003.M Sai số vị trí đường đồng mức tính được gần đúng theo công thức : mĐM = ± (K ,+K 2) ss ± (0,12h0+0,0003M.i). ' (2.2.5) 141
  8. 3.2.3. Độ chính xác thể hiện đường đồng mức thiết kế Độ chính xác thể hiện đường đồng mức thiết kế phụ thuộc quá trình thiết kế và độ chính xác vẽ chúng lên bản vẽ. Sai số trung phương của nó tính theo công thức : rtioM = ^yỊĩũh + mi)i2 ’ (3.2.6) Trong đó : m ,- sai số trung phương đồ giải khi thiết kế đường đồng mức trên bản vẽ, lấy bằng 0,2mm; m2 - sai số trung phưomg vẽ đường đồng mức, lấy bằng 0,1 mm; i - độ dốc của địa hình. Đ ộ chính xác thể hiện đường đồng mức thiết kế phụ thuộc theo tỉ lệ bản đồ và độ dốc địa hình. Thực tế áp dụng công thức gần đúng để tính độ chính xác thể hiện đường đồng mức thiết kế : * ± 0,00023.M.i . (3.2.7) 3.2.4. Sai sô trung phương xác định đường đồng mức trên bản vẽ Sai số trung phương xác định độ cao điểm p trên bản vẽ phụ thuộc vào độ chính xác của hai đường đồng mức kể bên trên bản vẽ (hình 3.5). Độ cao Hp của điểm p tính theo công thức : s, , T T s7 Hp=HA + HAB (3.2.8) Si + S2 Si + S2 Sai số trung phương độ cao điểm p tính được 2 { 0 "N s, 2 í s, (Ha -H b)2 S2ms+S?.m m p = + 1 + + m \rA c m XA + ^ s j 1 (3.2.9) Trong đó: rnp - sai số trung phương xác định độ cao điểm p từ đường đồng mức; mXA = mXB = mx - sai số trung phương vị trí mặt bằng của điểm A và B; mSi = ms - sai số đo độ dài khoảng cách giữa điểm p và các đường đồng mức trên bản vẽ; công thức tính sai số độ cao điểm p sau khi biến đổi là: m p = ±yj l,5m2x + l,25mị;.i (3.2.10) 142
  9. 3.2.5. Khảo sát phản tích địa hình .N Khảo sát phân tích địa hình để xác định các thông số kĩ thuât dựa trên hai đặc điểm: - Đặc trưng bên ngoài: bể mặt của địa mạo; - Đặc trưng kích thước hình khối của địa hình. Bể mặt địa hình có các dạng đặc trưng, đó là mặt đất và mặt <3 nước. Trên mặt đất có các dạng N đổng bằng, đồi núi. Đồi núi đượcHình 3.5. Sơ đô vị trí điểm độ cao. đặc trưng bởi mức độ cao thấp, độ dốc và mức độ chia cắt của bề mặt. Phủ bể mặt là các dạng đất, đá, cát sỏi Thông số kĩ thuật đặc trưng để phân biệt khảo sát quy hoạch độ cao với quy hoạch mặt bằng là độ cao trung bình, độ dốc trung bình, hướng dốc nhỏ nhất và lớn nhất, tính chất đặc trưng của bề mặt địa mạo khu vực quy hoạch. 1. Độ cao trung bình khu vực quy hoạch Diện tích khu vực quy hoạch được xác đinh bởi các hình cơ bản có diện tích Pị. Đ ộ cao trung bình của các hình cơ bản là H™ hình 3.1 đến hình 3.3. Độ cao trung bình của khu vực quy hoạch tính theo công thức : I 1 H T[j (3.2.11) n p 1 Trong đó : n p = X Pj ■ diện tích khu vực quy hoạch; 1 H™ - độ cao trung bình các hình cơ bản. Thường các hình cơ bản là các hình vuông có diện tích bằng nhau, (3.2.12) 143
  10. Trong đó : n - sô' số hình cơ bản trong khu vực quy hoạch. Độ cao trung bình của khu vực quy hoạch có thể tính theo các đường đồng mức (hình 3.6). Trong phương pháp đường đồng mức thường lấy hình chữ nhật là hình cơ bản. Diện tích của các hình cơ bản tính theo công thức : p, = S ị.b ị (3.2.13) Trong đó : s, - chiều dài đường đồng mức; bị - khoảng cách giữa các đường đồng mức; nó phụ thuộc vào khoảng cao đều cơ bản h và độ đốc địa hình i, Khoảng cách giữa các đường đồng mức được theo công thức Đối với khu vực có độ dốc không đổi, tính khoảng cách trung bình giữa hai đường đồng mức theo công thức biTB=— (3.2.14) ^TB Khi đu diẹii tích irung bình tính theo công thức P, = Sib,TB (3.2.15) Độ cao trung bình của khu vực quy hoạch tính theo các đường đồng mức bằng công thức:
  11. Trong đó: HịTB - độ cao địa hình trung bình dải thứ i; Sị - chiều dài đường đồng mức. 2. Độ dốc trung bình khu vực quy hoạch Dựa vào độ cao trung bình của các dải, phân cách bởi các đường đồng mức, tính được ở phần 1, sẽ tính được dộ dốc trung bình của khu vực quy hoạch theo công thức : EPiii XPi i, Ítr = = - (3.2.17) i P i p Trong đó : diện tích các hình cơ bản theo công thức : p, = bi.si = -s , (3.2.18) ii Sau khi biến đổi công thức có dạng: h-Xs, ĨTR = — (3.2.19) Trong đó : iTB - độ dốc trung bình khu vực quy hoạch; Sj - độ dài đường đồng mức thứ i; p - diện tích khu vực quy hoạch; h - khoảng cao đều cơ bản. 3. Hướng dốc trung bình của khu vực quy hoạch Hướng dốc trung bình của khu vực quy hoạch được đặc trưng bằng góc a (hình 3.7). Dải thứ i có diện tích Pt với độ cao trung bình Hi được đặc trưng bằng hướng độ dốc là ctị. Độ dốc trung bình của khu vực quy hoạch tính theo nguyên tắc số trung bình cộng XPrii-a, 0Ctr = — - (3.2.20) IP r i, 145
  12. Hình 3.7. Xác định hướng dốc của địa hình. Trong đó : (Xi - hướng độ dốc địa hình dải i; P; - diện tích dải i; lP,i, = iTB-P (3.2.21) Từ công thức 3.2.18 viết được : b,.Si = —s. = p, (3.2.22) ii Khi đó, công thức tính độ dốc trưng bình nhận được : hZ sí-(X i a TB = —— (3.2.23) FM t b Sau khi biến đổi công thức có dạng : Z s i-c ti 0Ct b = ~ (3.2.24) * • Si 4. Tính chất địa hình khu vực quy hoạch Địa hình khu vực quy hoạch được đặc trưng bởi tính chất bề mặt địa mạo như độ chia cắt bề mặt,.độ dốc địa hình. Độ chia cắt bề mặt địa hình được đặc trưng bởi hệ số K. Hệ số K tính theo công thức: K = (3.2.25) I s'i 146
  13. Trong đó : Si - độ dài đường đồng mức tính theo đường nối thẳng; s’j - độ dài vi phân đường đồng mức, chia theo các đoạn thẳng hoặc đoạn cong. Độ dốc bề mặt địa hình tính theo dải của các đường đồng mức đặc trưng bằng hộ số I. Hệ số I tính theo công thức : I = ặ- (3.2.26) p Trong đó : - tổng chiều dài các đường đồng mức; p - diện tích khu vực quy hoạch. Bề mặt địa hình được đặc trimg bằng hệ số R. Hệ số này được xác định theo các bước nghiên cứu bề mặt sau: - Bước 1. Phụ thuộc vào độ lớn theo diện tích, độ phức tạp dự kiến của khu vực sẽ nghiên cứu địa hình để chọn tỉ lộ bản đồ cho phù hợp. Bản đồ thường được chọn có tỉ lệ 1: 10 000; 1: 5 000 và 1: 2 000 với các khoảng cao đều cơ bản 1m; 0,5m; 0,25m hoặc 0,2/77. Trên bản đồ xác định khu vực cần nghiên cứu, các đường ranh giới tự nhiên như sông, kênh mương, bờ đập, đường sá, ranh giới các loại thảm thực vật rồi đánh số các khu vực đó lên bản đồ . - Bước 2. Xác định các thông số đặc trưng của địa hình trên tất cả các khu vực đã đánh dấu. Trong quy hoạch đứng, độ cao của địa hình, khối lượng đào đắp, khối lượng vận chuyển là các thông số cần quan tâm. Các thông số trên phụ thuộc vào độ dốc i và mức độ chia cắt K của địa hình. Hệ số đặc trưng R của địa hình tính theo công thức R = f(i,K). (3.2.27) Có nhiều phương pháp để xác định hệ sô' này. Dưới đây là một trong các phương pháp đó. Dùng tờ giấy bóng mờ hay tờ phim nhựa có kẻ lưới ô vuông với kích thước 2x2cm (hình 3.8), đặt lên khu vực cần nghiên cứu địa hình đã xác định trên bản đồ. Xoay cho tờ giấy có đường kẻ của lưới song song với hướng của các đường đồng mức trên bản đồ. Sau đó đánh dấu các điểm cắt của đường đồng mức với các cạnh của lưới. 147
  14. V Hiỉìỉì 3.8. Xúc định tinh chất địa hình. Hệ dặc trưng R cho địa hình tính theo công thức: p Ẹ H + Ẹ V (3.2.28) Trong đó : X H -s ố điểm cắt của đường đồng mức với cạnh ngang của lưới; X V - số điểm cắt của đường đồng mức với'cạnh đứng của lưới; p - diện tích khu vực tính theo ha. Đ ịa hình được phân hạng theo hệ số đặc trưng R: hạng 1 - R = 4,00 - 2,50 trên ha; hạng 2- R = 2,50 - 1,50 trên ha; hạng 3 - R < 1,5 trên ha. Độ dốc địa hình tính theo công thức : L H + X Y s 1 = (3.2.29) 148
  15. Trong đó : s - khoảng cách thực địa tính theo tì lệ bản đồ của lưới ò vuông. Bước 3. Chọn khu vực đặc trưng trên diện tích sẽ quy hoạch độ cao để tính các thông số kinh tế - kĩ thuật như: khối lượng đào đắp, khoảng cách vận chuyển trung bình trên một hư. Bước 4. Tính định mức thi công như khối lượng đào đắp, máy móc, giá thành trên một hu. 5. Đường quy hoạch tối ưu của địa hình Khi quy hoạch đứng, tìm hiểu kĩ đặc trưmg của địa hình là một yếu tố quan trọng quyết định tính hiệu quả, giá thành của công trình sẽ được xây dựng. Dưới đây là phương pháp xác định các đặc trưng lối ưu của địa hình khu vực quy hoạch. Xác định hướng dốc tối ưu imin<><imax, (3.2.29) Trong đó : imìn, imax - hướng dốc nhỏ nhất và lớn nhất của địa hình. Hướng dốc tối ưu được chọn dựa trên cơ sở các thông số độ dốc của địa hình: h h • J = (3.2.30) Smax s h 1 max Srnin Trong đó : h - khoảng cao đều cơ bản, smin, sm„,s - các khoảng cách ngang tương ứng. Từ biể.u thức trên viết được : Từ đó suy ra : smin< s < s max. (3.2.32) Hay độ dốc của địa hình tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa các đường đồng mức. 149
  16. Khi xác định vị trí tối ưu giữa các đường đồng mức là s, cần xác định hướng đường thẳng cắt vuông góc hai đường đồng mức (hình 3.9,a). Để thuận tiện cho việc xác định khoảng cách tối ưu cần vẽ một thước mẫu trên giấy bóng mờ với các vòng tròn có đường kính là smax và smin(hình 3.9,b). Dùng thước mẫu (Planetka) trên áp lên bản vẽ xác định khu vực có độ dốc min (1), có độ dốc max (2) (hình3.10). Hình 3.9. Thước mẫu xác định địa hình tối ưu . Hình 3.10. Xấc đinh địa hình tối ưubằnạ thước mầu. 150
  17. Có thể dùng hình mẫu đã xác định độ dốc theo tỉ lệ bản đồ tương ứng đê xác định độ dốc của địa hình (hình 3.11). Hình 3.11. Xác dinh địa hình tối lũi kânạhình nuỉn. 6. Độ dốc tối ưu xác định theo mạng lưới đo ô vuông Để xác định độ dốc tối ưu của khu vực, cần xác định độ cao tại các đỉnh của lưới ô vuông (hình 3.12). Độ dốc của địa hình được tính theo độ dốc các cạnh và đường chéo của các ô vuông. Khi kiểm tra độ dốc các cạnh phải thỏa mãn biểu thức : h. (3.2.33) a a a Tro»ng đó : a - độ dài cạnh ô vuông; hmin , hmax và h - chênh cao tương ứng giữa các cạnh lưới ô vuông. Các chênh cao này thỏa mãn biểu thức: hmin < h < hmax (3.2.33) Đường chéo của hình vuông bằng V ĩ .a, từ đó tính được độ dốc tương ứng theo độ chéo hình vuông: h’n,in = hm ,n^.a h’ = h V 2 .a (3.2.34) h max - ^ m a x 151
  18. Tất cá các cạnh và dường chéo của hình vuông được tính độ dốc rồi ghi lên hình vẽ (hình3.12). Sau đó xác định ranh giới đường có độ dốc tối ưu, đó là các cạnh có độ dốc nhỏ nhất trên lưới ô vuông vừa tính. Dùng bút chì màu để đánh dấu đirờng ranh giới tối in i. Hình 3.12. Xúi lỉnili (lộ ílín lói mi trẽn lưới ô vuông. 7. Độ dốc của đường cong tối ưu Qua ba điểm A, B , c trên ba đường đổng mức kề nhau thể hiệp trên một đ ư ờ n g thắng nằm n g a n g với các khoảng cách SAB, SBC và độ cao ’!-:ơng ứng là H A H„ và Ht , xác định được đường cong tròn tối ưu có bá' kính cong R dặc trưng cho địa hình (hình 3.13). Thực tế để cho đon gịjù thể íiirse. cát., phương pháp gần đúng: 1 ính bán kính cong theo các đường đổng mức : R - s- ; Si; (3.2.35) I:~1| Trong đó : s0 = ( s! + S-) /2; s,, s2 - khoang cách giữa ba đường đổng mức gần nhau; i), i2 - độ dốc giữa các điểm. - Khi tính bán kính cong R theo mạng độ cao ô vuông (hình 3.14) theo công thức: R ~ — = 1 (3 2.36) Ì 2 - Ĩ I Ai 152
  19. Hình 3.13. Đườ/ìi’ con ạđịa hình tối ưu. Trong đó : a - cạnh ô vuông. Các công thức gần đúng trên tính được bán kính cong R với sai số khoảng 4%. 1 0,0360 2 0^0350 3 0,0325 4 0,0160 5 r ■*r_ — — — o tf}ÁI= + 0,001 0 ^ Ai=-0,0025 1 ^=-0,0016 o co £ ° in in i ìo o r 0 I ÒJ o i - 10 s 2 c\j C\J o 0 lo 'Ẫ § 1 § 'ề Ó ì ? io ° l.ii °Ị 1 + o Õ 1 í íl 11 0,0175 12 ! tối ưu xác định trên mạng ôvuônẹ. Đường cong quy hoạch địa hình tối ưu khi bán kính cong được chọn R > Rmin. Vì vậy khi tính bán kính cong Rmin phải thỏa mãn điều kiện Ai < — (3.2.37) R.min 153
  20. Trong quy hoạch đô thị, các trục đường giao thông chính phải thỏa mãn điều kiện Rmin = 5000/». Khi s bằng 20»/ hoặc 40w sẽ tính được Aimax tương ứng là 0,008 và 0,004. Để xác định vị trí đường cong tối ưu trên bản đồ còn cần phải thỏa mãn biểu thức Ai < < iLỈili (3.2.38) Rmin 2Rmin Trên hình 3.15 là ranh giới khu đào đắp xác định tối ưu. Đối với khu vực địa hình phức tạp cần thực việc xác định ranh giới tối ưu theo các phương pháp khác nhau rồi, tìm đường trung bình giữa các phương pháp. 3.2.6. Phương pháp thiết kế quy hoạch đứng Trong quy hoạch đứng áp dụng các phương pháp khác nhau để thực hiện bài toán quy hoạch. Việc chọn phương pháp thích hợp phụ thuộc vào mức độ quan trọng của công trình, độ phức tạp của địa hình, giai đoạn đang thực hiện quy hoạch và các đặc trưng của yêu cầu kinh tế kĩ thuật. Dựa theo phương pháp thực hiện thiết kế quy hoạch có các trường hợp sau : 1. Theo các phương pháp tính độ cao điểm thiết kế Phương pháp này gồm có phương pháp giải tích, phương pháp đồ giải và phương pháp giải tích kết hợp với đồ giải. 154
  21. (ỉ ) Phương pháp giải tích. Khi thiết kế quy hoạch, độ cao các điểm thiết kế được xác định thông qua tính toán độ cao các điểm chi tiết đặc trưng. Bề mặt địa hình khu vực quy hoạch được sử dụng như nền, để giúp cho việc xác định độ cao điểm thiết kế. Phương pháp giảitích cho kết quả chính xác độ cao điểm thiết kế. Nhung phương pháp này thực hiện rất lâu và mất nhiều công sức. V ì vậy nó thường dùng để kiểm tra so sánh với các phương pháp khác. (2) Phươv<ị pháp ổồ iỊÌải Phương pháp này được đặc trưng bởi nhãn quan quy hoạch, khả năng sáng tạo, kinh nghiệm thiết kế của người thực hiện. Khi thiết kế quy hoạch người thiết kế sử dụng các dụng cụ trợ giúp như các đồ thị, các hình mẫu, các thước chuyên dụng Hiệu quả nhất khi thực hiện thiết kế quy hoạch trên các bình đồ tỉ lệ lớn 1: 200, 1: 100 với đường đồng mức 0,25 - 0,20/7?. (3) Phương pháp giải tích kết hợp với đồ giải Phương pháp giải tích kết hợp với đồ giải là phương pháp hữu hiệu nhấí. Khi thiết kế tổng thể thực hiện theo phương pháp giải tích. Bằng phương pháp giải tích để tính độ cao thiết kế các điểm đặc trưng và để kiểm tra các điểm cần thiết khi thiết kế theo phương pháp đồ giải. 2. Theo các phương pháp thể hiện độ cao các điểm thiết kế Phương pháp này gồm có phương pháp dùng các mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, phương pháp dùng các đường đồng mức và phương pháp ghi độ cao ( ỉ ) Phương p h á p dừn<ị m ặt cắt Đây là phương pháp để thể hiện thiết kế quy hoạch thường áp dụng đối với các công trình hình tuyến như đường bộ, đường sắt, kênh mương, đường ống các loại (2) Phương pháp đường đồn ÍỊ mức. Phương pháp này thường áp dụng khi thiết kế quy hoạch mặt bằng như các khu dân cư, quảng trường, khu công nghiệp Trong thiết kế quy hoạch đứng, độ cao hiện trạng được thể hiện dưới dạng các đường đồng mức đen, độ cao quy hoạch được thể hiện dưới dạng các đường đồng mức đỏ, là đường đồng mức thiết kế. Phương pháp này thường thực hiện khi thiết kế quy hoạch theo phương pháp giải tích kết hợp với đồ giải. Đường đồng mức đỏ thể hiện như phương tiện thể hiện độ cao thiết kế. 155
  22. (3) Phương pháp ghi độ cao Phương pháp này là ghi độ cao các điểm thiết kế và cao độ công tác lên bản vẽ quy hoạch. Phương pháp ghi độ cao áp dụng bổ sung cho phương pháp đường đồng mức, dể tăng độ chính xác cho quá trình thiết kế, thi công. Nó thường được áp dụng khi thiết kế quy hoạch công trình đường sắt, khu công nghiệp và khu dân cư. Trong quá trình thiết luôn phải đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật. Yêu cầu trên được đáp ứng khi thỏa mãn các chỉ tiêu sau: - Khối lượng đào đắp tối thiểu; - Khối lượng đào bằng khối lượng dắp; - Khối lượng và quãng đường vận chuyển đất đào đắp nhỏ nhất; - Diện tích đất phải đào đắp nhỏ nhất; - Lớp phủ bề mặt khu vực quy hoạch bị phá vỡ ít nhất. Trong quá trình thiết kế quy hoạch có thể không đồng thời đáp ứng được tất cả các yêu cầu trên, khi đó người thiết kế phải tìm giải pháp tốt nhất có thể. 3.3. QUY HOẠCH ĐÚNG M ẠNG ĐƯỜNG PHỐ 3.3.1. Mặt cắt dọc đường phô Mặt cắt đường phố có đủ các thông số kinh tế - kĩ thuật đặc trưng của đường phố. Mặt cắt dọc là hình chiếu đứng dọc theo tim đường lên mặt phẳng thẳng đứng. Tùy theo loại đường mà cần một hay nhiều mặt cắt dọc. Các đường phố chính có nhiều làn xe thì dọc theo tim mỗi làn đường có một mặt cắt dọc. Đôi khi còn thể hiện cả mặt cắt dọc theo hai đường đỏ của đường phố, nơi phân cách khu dân cư với đường phố. Khi thành lập mặt cắt dọc đường phố cần thể hiện các nội dung: - Địa hình hiện trạng dọc theo tim đường từ các tài liệu khảo sát trắc địa đã có với khoảng cao đều nhỏ hơn hoặc bằng 0,5/», hay từ các số liệu đo vẽ trực tiếp. Trên bản đồ địa hình độ cao hiện trạng được xác định theo phương pháp nội suy. Khi đo vẽ trực tiếp thường áp dụng phương pháp đo cao dọc tuyến để xác định độ cao. Từ số liệu mặt cắt dọc thu được, tiến hành vẽ mặt cắt (hình 3.16) với tỉ lệ chiều cao thường lớn gấp 10 lần chiều dài, đối với địa hình có độ dốc lớn thì tỉ lệ đó là 5 lần. 156
  23. Tỉ lệ dọc 1: 1000 Tỉ lệ cao ỉ: Ị000 Địa vật. Hình 3.16. Mặt rắt dọc đường phố. - Độ cao hiện trạng được thể hiện trên mặt cắt dọc với độ chính xác tófi cm với mực mầu đen và gọi là độ cao đen. Độ cao thiết kế thường thể hiện bằng mực mầu đỏ và gọi là độ cao đỏ. - Chênh lệch giữa độ cao hiện trạng và độ cao thiết kế gọi là cao độ thi công. Cao độ thi công có dấu dương (+), đường đỏ thiết kế nằm trên đường đen, là nơi phải đắp thêm. Cao độ thi công có dấu âm (-), khi đường đỏ thiết kế nằm dưới đường đen, nơi phải đào. - Trên mặt cắt dọc xác định vị trí và độ cao thiết kế nơi rẽ vào các khu dân cư, các nhà cao tầng, đường sắt, độ cao hệ thống thoát nước, đó là những địa vật có liên quan chật chẽ tới công trình. Trên mặt cắt dọc còn thể hiện các đường cong đứng với dộ dài tiếp tuyến, bán kính cong R, điểm đầu, điểm cuối. Khi xác định mặt cắt dọc còn thể hiện các thông số kĩ thuật cần thiết trong thiết kế quy hoạch độ cao của khu vực. Mặt cắt dọc hiện trạng có thể nằm ngang (khi độ dốc bằng không) hoặc nghiêng. Nhưng khi thiết kế 157
  24. độ dốc nhỏ nhất được chọn là 0,2 - 0,5%. Đường phố nằm ngang tuyệt đối không bao giờ thiết kế. Tốt nhất độ dốc công trình được chọn sát với độ dốc hiện trạng của địa hình. Độ dốc đường phố có thể là các đoạn thẳng nghiêng, đường cong lồi hoặc đường cong lõm. Trong đoạn đường cong lõm chuyển động có tầm nhìn cũng như tạo cảnh quan kiến trúc tốt hơn so với đường cong lồi. Chỗ thấp nhất của đường cong lõm cẩn có hệ thống thoát nước. Hình 3.17. Các dạng đường cong đứng. - Đối với đường cong lồi, tầm nhìn của chuyển động và tạo cảnh quan kiến trúc không thuận lợi bằng đường cong lõm vì vậy khi thiết kế quy hoạch trên khu vực đỉnh của đường cong đứng thường đặt các đài kỉ niệm hoặc là trồng cây, hai bên dọc theo đường cong đứng là các công trình xây dựng, như vậy tạo cho tầm nhìn được tốt hơn và vận tốc của chuyển động cho phép lớn hơn. Khi thiết kế mặt cắt dọc cần lưu ý các thông số kĩ thuật như cấp hạng đường, vật liệu phủ bề mặt, vỉa hè, điều kiện thoát nước, phương tiện giao thông cũng như thiết kế quy hoạch kiến trúc xung quanh. Các yếu tố trên là cơ sở để xác định độ dốc, bán kính cong, độ sâu đào đắp cũng như phương pháp áp dụng ở những chỗ giao nhau của đường phố. 3.3.2. Xác định độ dốc thiết kê Căn cứ vào điều kiện địa hình, phương tiện chuyển động, hệ thống thoát nước, dạng công trình kiến trúc của khu dân cư để xác định độ dốc của đường phố. Nó thường có giá trị từ 0,5-12%. Đối với đường có độ dốc nhỏ hơn 0,5% sẽ gặp khó khăn trong việc thoát nước. Khi độ dốc đường lớn hơn 12% sẽ gây khó khăn cho phương tiện chuyển động. Khi đường phố có độ dốc lớn hơn 15% thì phải xây dựng các dốc có bậc. Đối với các trục chính và các đại lộ độ dốc phải nhỏ hơn 6%, đường trong khu dân cư phải nhỏ hơn 8%. Đối với các đường phố nội bộ độ dốc đến 12% . Trên cơ sở độ dốc người ta phân hạng đường phố như sau: 158
  25. - Đường phố hạng I độ dốc <3,5% ; - Đường phố hạng II độ dốc <4,5% ; - Đường phố hạng III độ dốc < 5,0%; - Đường phố hạng IV độ dốc < 6 ,0%; - Đường phố hạng V độ dốc < 8,0%. Đối với nông thôn, đường chính có độ dốc < 5%, đường nội bộ có độ dốc < 6%, đường phụ có độ dốc < 8%. Độ dốc lớn nhất của đường còn phụ thuộc vào vật liệu lớp thảm mặt đường : - Đường đá có độ dốc < 8%; - Đường bê tồng có độ dốc < 6%; - Bê tông nhựa có độ dốc < 5%; - Đường đá nhựa có độ dốc <3% . Khi quy hoạch đứng, cần dựa vào các tiêu chuẩn dưới đây để thực hiện. 1. Độ dốc đường tính theo tiêu chuẩn thoát nước Để thoát nước bề mặt được tốt, độ dốc mặt đường cần lớn hơn 0,5%. Trong trường hợp đặc biệt độ dốc có thổ lấy đến 0,3% . Độ dốc tối đa nhỏ hơn 6%. Khi độ dốc lớn hơn 6% phải có vật liệu phủ để chống xói mòn bề mặt. 2. Độ dốc đường tính theo tiêu chuẩn đảm bảo an toàn giao thông Đối với các phương tiện chuyên động, đường nằm ngang không có độ dốc là tốt nhất, đường có độ dốc càng lớn càng giảm hiệu suất của động cơ và nguy hiểm cho chuyển động. Đối với đường có độ dốc trên 3% sẽ làm giảm hiệu suất động cơ của các chuyển động. Khi độ dốc lớn trên 3% thì cứ tăng 1 % độ dốc hiệu suất động cơ của chuyển động giảm 20% khi đi lên và 10% khi đi xuống. Đối với những đoạn đường có độ dốc quá lớn để đảm bảo cho an toàn giao thông và thuận tiện cho các phương tiện chuyển động phải hạ thấp độ cao thiết kế. V í dụ: xe chạy trên mỗi đoạn đường phố dài 100/7Ỉ với độ dốc 4% chi phí cho chuyển động khi đi lên tương ứng với độ dài 120m, đi xuống tương ứng với độ dài 110/7/. Với đường phố có độ dốc 8% cứ mỗi đoạn độ dài 100/?; khi đi lên dốc tương ứng với độ dài 200/;;. Khi đi xuống tương ứng với độ dài 150/?/ 159
  26. Cụ thế: lên 100 + (8% -3%).20 = 200ni; Sxuông = 100 + (8% -3%). 10 =150 a?? . Vì vậy, đối vói các đường phố chính độ dốc thiết kế không lên vượt quá 3%. 3. Độ dốc đường tính theo điều kiện xây dưng công trình Điều kiện thuận lợi nhất để bố trí các công trình xây dựng là đường phố có độ dốc bằng không. Độ dốc tối đa cho phép phụ thuộc vào độ cao của tầng ngầm, trong điều kiện khác, đó là độ sâu của móng công trình. Độ dốc tối đa đường phố tính theo điều kiện xây dựng công trình : Smax = Hngx _ Hnýn x 1 0 0 (3.3.1) 1 max hay Hmax Hmin xioo (3.3.2) Trong đó : Smax - độ dài tối đa của công trình xây dựng; H min - độ cao tôi thiểu từ cốt 0,0 tới mặt đất; Hmax - độ cao tối đa từ cốt 0,0 tới mặt đất. Ví dụ : công trình có độ dài tốiđa s =Aồm, độ cao H mln = 0,5/?;, H mix = 1,5m thì độ dốc tối đa của đường phố là 2,5 % (hình 3.1S). Hình 3.18,a. Sơ đổ tinh độ dốc đuờn<ị phố. 160
  27. =ĩĩĩ I I I iĩr Hình 3.18,b. Sơ đồ tính độ (lốc đường phố. Khi s = 8 m, độ cao H min = 0,5/?;, H max = l,5m thì độ dốc tối đa của đường phố là 12,5%. Như vậy khi thiết kế quy hoạch độ dốc tối ưu của đường phố phải thỏa mãn tất cả các điều kiên trên nếu có thể. 3.3.3. Thiết kế độ cao mặt cát dọc đường phố Độ cao mặt cắt dọc đường phố được thiết kế theo phương pháp đồ giải, giải tích hoặc đồ giải kết hợp với giải tích. 1. Phương pháp đổ giải: Thiết kế kế độ cao mặt cắt dọc trên bản vẽ là một quá trình sáng tạo, sao cho độ cao mặt cắt dọc thiết kế phù hợp với địa hình xung quanh. Trong quá trình thiết kế phải đáp ứng bốn yêu cầu cơ bản sau: - Đảm bảo sự hài hoà, liên tục với không gian địa hình xung quanh; - Đảm bảo an toàn, thuận tiện cho các phương tiện giao thông và người đi bộ; - Thỏa mãn các yêu cầu kĩ thuật của các công trình xây dựng xung quanh; - Đạt hiệu quả kinh tế kĩ thuật; chiphí xây dựng quy hoạch nhỏ nhất. Độ cao mặt cắt dọc được thiết kế sao cho luôn bam sát mặt đất hiện trạng. Đó là điều kiện tốt nhất để thoát nước mặt. Đông thời đáp ứng việc đi
  28. vào các lối rẽ hai bên đường. Thông thường độ cao tim đường thấp hơn 0,05 - 0,10?; so với nền nhà các công trình haị bên đường. 2. Phương pháp giải tích : Khi thiết kế độ cao mặt cắt dọc của tim đường theo phương pháp giải tích, áp dụng nguyên tắc số bình phương nhỏ nhất để thực hiện. Trình tự thực hiện như sau. Trên mặt cắt dọc xác định hệ toạ độ cục bộ. Trụcox trùng với đường khoảng cách ngang. Trục O Y trùng với đường độ cao. Điểm đầu có toạ độ xđau= 0, toạ độ Y bằng cao độ hiện trạng H£n ,YđAu = H*„ (hình 3.1.9). 5 _ J___ 1 Khoáng cách 35.00 25.00 20.00 40.00 26.00 - x> * " Cộng dồn X4 — x5 — Xe Hình 3.19. Thiết kế mặt cắtdọc theo plì ươn ạpháp giải tích. Đường thẳng mặt cắt dọc thiết kế có dạng y = a + i.b (3.3.3) hoặc H L = a + bXj (3.3.4) Độ cao làm việc hi = Vị Trong đó : Vị gọi là số hiệu chỉnh và tính theo công thức : Vị = h, = Hf° = H?en (3.3.5) 162
  29. Phương trình số hiệu chỉnh có dạng : V, = a + b.x( - V, (3.3.6) Khi giải hệ phương trình trong điếu kiện tổng bình phương số hiệu chỉnh là nhỏ nhất lập được hệ phương trình chuẩn có dạng n.a + [xj b - [yl = 0 [x].a + [x.xỊb - Ịx.yl = 0 (3.3.7) Giải hệ phưcmg trình chuẩn 3.3.7 tìm được các hệ số của đường thẳng cần thiết kế „ _ [x.xJ[y]-[x]Ịxyl _ it3ỏ n w - w ! H? b = nl»y]-lxHy)=i n[xx]-[x]3 Để kiểm tra việc giải hệ phương trình chuẩn, tính : [v] = 0;[xy] = 0. (3.3.9) Từ hệ số a, b tính ờ trên, vẽ được đường đỏ trên mặt cắt dọc. Để có khối lượng đào đắp nhỏ nhất, vận chuyển ít nhất cần phải tính độ cao trung bình của các điểm hiện trạng theo công thức p _ Xi-i Xi+I _ X i _ Xi+1 _ Xi-1 ("3 3 1 0 ) Như vậy từ độ cao H;đen của các điểm trên mặt cắt dọc tính được các trị trọng số P|. Để tìm được phương trình đường đỏ có khối lượng đào đắp nhó nhất phải giải hệ phương trình chuẩn trong điều kiện [pvv| = min. Trong trường hợp này hệ phương trình chuẩn có dạng : [p]a+ [px]b - [py] = 0 [px]a + [pxxjb - [pxy] = 0 . (3.3.11) Giải hệ phương trình chuẩn 3.3.11 tìm được các hệ số của đường thẳng khi khối lượng dào đắp nhỏ nhất : a = ípxx][y]-fpx][pxyỊ = H „ó [p][xx]-[pxf b = [pllpxyl-lpxỊỊpyl = . (3312) [p][xx] - pỊx J- 163
  30. Để kiểm tra, tính : [pv] = 0; [pxv] = 0 (3.3.13) Độ lệch của đường độ cao thiết kế lệch so với đường độ cao hiện trạng tính theo công thức : m !vvl (3.3.14) " V n - t Trong đó : n - sô' điểm độ cao; t - số ẩn số. Khi địa hình phức tạp, đường cao độ đen của mặt cắt dọc là đường gãy khúc, độ dốc trên mặt cắt dọc thay đổi nhiều (hình 3.20), thì đường cao độ thiết kế cũng nên chọn là đường gãy khúc, để đường đỏ được bám sát địa hình hiện trạng. Theo hình 3.20 viết được các phương trình số hiệu chỉnh có dạng Vị = a, + Xịb, -y j Vj= a, + x5b| + (Xj - x5)b2 - yJ vk= a, + x5b, + (x9 - x5)b, (xk - x9)b, - yk (3.3.15) Trong đó : i, j, k là số điểm của các đoạn thẳng có độ b,, t>T và b3 tương ứng trên hình (3.20); i = 1 - 5; j = 6 - 9 ; k = 10 - 12. Hệ phưcmg trình trên có bốn ẩn số là a, b,, b2 và b3 . Để khối lượng đào đắp là tối thiểu, khi giải hệ phương trình phải thỏa mãn điều kiện [pw] =min (3.3.16) Sau khi biến đổi hệ phương trình số hiệu chỉnh nhận được hệ phương trình chuẩn có dạng [p]a + [px’1 b| + [px”]b2 + [px’”]b3 - [pyj =0 [px’]a +[px’x’]b, + [px”x’]b2 + [px’”x’lbj - [pyx’1 =0 [px” ]a + ln x V \]b , + [p x”x” lb2 + lvx,,,x,,)bĩ - [pyx” l = 0 fpx” ’]a +[px’x,” ]b 1 + Ịpx”x” ,]b2 + [px,” x,” ]b, - [py’” ] =0(3.3.17) 164
  31. Hình 3.20. Điíờnạ đỏ ạúy khúcthiết k ế theo phỉ/ơntỊ pháp IỊÌải tích. Trong đó : Pi, Pj và pk tính theo công thức (3.3.10); x ’r = X, x ’j = (X j-X 5) x\ =(xk-xs) X” , = 0 X ” = Xj x k = (x k ■ x <)) X’” ., = X,,,J = 0 x”\ =(xk-x9) y h Yj và yk là độ cao thiết kế của các điểm i, j và k tương ứng. Khối lượng đào đắp tính ở trên bằng không khi mặt đường có độ dốc theo mặt cắt ngang không đổi hoặc bằng không. 3. Thiết kê mặt cắt dọc theo phương pháp đồ giải - giả' tích: Trong phương pháp đồ giải kết hợp với giải tích việc thiết kế mặt cắt dọc dựa trên cơ sở : 165
  32. - Phương trình chuẩn đầu tiên của hệ phương trình có độ dốc cho bằng không, b ị = 0 (hình 3.21). Khi đó tính được: a=[py]:[p] (3.3.18) hay là độ cao thiết kế của điểm đầu : HdòđSu = [PiH^1 ] : [p,] (3.3.19) Trong đó : i = 1 - n Hình 3.21. Thiết kế đường đỏ của mặt cắt dọc theo phương pháp dồ qiải kết hợp với ýải tích. Điều đó thể hiện đường mặt cắt dọc thiết kế khi nằm ngang có khối lượng đào đắp bằng không. Nếu điểm giữa của mặt cắt dọc có cao độ thiết kế bằng độ cao tính theo (3.3.19) là H ^ u , thì tất cả các đường thẳng của mặt cắt dọc thiết kế đi qua điểm đó với mọi độ dốc khác nhau sẽ đều có khối lượng đào đắp bằng không. Mặt cắt dọc thiết kế tối ưu sẽ được chọn theo phương pháp đồ giải trên cơ sở xoay cho đường thẳng đi qua điểm giữa có cao độ thiết kế H j°u , rồi chọn đường thẳng có độ dốc i '\ khi đóđường thiết kế bám sát địa hình nhất. 166
  33. Theo số liệu trên hình 3.21 tính được : H d6điu=[p ìH iđen]: [ p i] = 6,10m. Đường thẳng được chọn có độ dốc i = 0,02. Cũng theo phương pháp trên, để thiết kế đối với mặt cắt dọc là đường gãy khúc (hình 1.20) sẽ chọn được các độ dốc tương ứng i|, i-, và i3. 3.4. THIẾT KẾ QUY HOẠCH ĐƯỜNG CONG ĐÚNG 3.4.1. Dạng đường cong đứng Tại những nơi thay đổi độ dốc, để cho chuyển động được tốt phải bố trí các đường cong đứng. Đường cong đứng có hai loại đó là đường cong lồi và đường cong lõm (hình 3.22) và (hình 3.23). Khi phương tiện chuyển động vào đoạn đường cong đứng thì ma sát bị giảm, tầm nhìn bị hạn chế. Các yếu tố trên phụ thuộc vào bán kính cong của đường cong. Khi thiết kế đường cong phải xác định bán kính cong thích hợp để đảm bảo an toàn và đủ tầm nhìn cho chuyển động. A 0 / \ Hình 3.22. Đườrnị cong lõm. 1. Bán kính đường cong lõm Khi xe đi vào đoạn đường cong lõm sẽ bị tác động của lực ly tâm (hình 3.24). Lực này phụ thuộc vào bán kính đường cong và vận tốc của chuyển động. Lực ly tâm được xác định sao cho nó không gây nguy hiểm cho các chuyên động. 167
  34. I \ //R \ \ / \ / >i 0 Vo Hình 3.23. ĐườnịỊ cong lồi. Lực ly tâm tính theo công thức V (3.4.1) R Trong đó : ô - lực ly tâm; V - vận tốc của xe; R - bán kính đường cong . Vận tốc của xe quy định theo cấp đường. Từ đó tính ra bán kính cho Hinh 3.24. Sơ dồ chuyển độnq phép của đường cong ở bảng 3.5. troníỊ đườìĩíị CO/1ÍỊ lõm. Bảng 3.5. Bán kính tối thiểu đường cong đứng. Bán kính tối thiểu đường cong đứng Loại đường Độ dốc Đường cong lồi Đường cong lõm (m) (m) Đường cao tốc > 0,5% 10 000 2 000 Đường phố chính > 0,7% 6 000 1 500 Đường khu vực > 1,0% 4 000 1 000 Đường vận tải > 0,7% 6 000 1 500 Đường nội bộ > 1,5% 2 000 500 168
  35. 2. Bán kính đường cong lồi: Khi đi vào đường cong lồi xe bị hạn chế tầm nhìn (hình 3.25). Từ khoảng cách tầm nhìn giới hạn D xác định bán kính cong: R2 = D2 +(R - h)2 (3.4.2) Bán kính cong tối thiểu của đường cong lồi tính theo công thức: D 2 + h2 R, (3.4.3) 2h Khi ngồi trong xe con, thường lái xe nhìn thấy đỉnh đường cong ở độ cao h = 1,2 m. Bán kính cong tối thiểu trong trường hợp này : D : +1,44 _ D : R, (3.4.4) 2,40 2,40 Tầm nhìn xác định theo công thức V v 2(p D = h ^ - + 5 (3.4.5) 3,6 254(ọ ± i2) Trong đó : V - vân tốc xe tính theo km/h; (p- hệ số ma sát, lấy bằng 0,20; i- độ dốc đường cong. Hình 3.25. Xác định tấm nhìn tron ạđườn<ị con ạ đứnq. 169
  36. Bảng 3.6. Tầm nhìn tôi thiểu theo tiêu chuẩn Việt Nam 20TCN -104-83 Tầm nhìn tối thiểu(m) Loại đường Đường một chiều Đường hai chiều Đưòng cao tốc 175 350 Đường phố chính cấp I 140 280 Đường phố chính cấp II 100 200 Đường khu vực 100 200 Đường vận tải 100 200 Đường khu nhà ở 75 150 Đường khu công nghiệp 75 150 Ngõ phố 40 80 Bán kính cong tối thiểu trong trường hợp tổng quát tính theo công thức : R™ = (3-4.6) 2h 3.4.2. Vị trí đường cong đứng và đường cong bằng Đường cong đứng đã được trình bày ở các phần trên. Trong mục này chúng ta sẽ xác định dạng đường cong và vị trí thích hợp trong khi thiết kế quy hoạch đường phố. Tùy theo điều kiện địa hình mà vị trí đường cong đứng nằm cùng vị trí với đường cong bằng hay không (đường cong nằm ngang). Khi thiết kế phải đảm bảo yêu cầu về an toàn giao thông cho các phương tiện chuyển động với vận tốc tối đa có thể. Trong tương quan vị trí với đường cong bằng có các dạng đường cong sau: 1. Kết hợp đối xứng Trong các dạng đường cong đứng bố trí đồng thời cùng vị trí với đường cong bằng có các dạng: - Đối xứng (hình 3.26,a); - Đ ối xứng nhưng đường cong đứng nằm trong đường cong bằng (hình 3.26,b); - Đối xứng nhưng đường cong bằng nằm trong đường cong đứng (hình 3.26,c). 170
  37. Đối với dạng đường cong đứng và đường cong bằng đối xứng có cùng điểm đầu và điểm cuối hoặc các điểm này cách nhau không đáng kế, khi lái xe vào đoạn đường này tài xế có cảm giác đường cong bị gấp khúc ít hơn và cảm thấy thoải mái hơn. Khi đi vào đoạn đường mà đường cong bằng và đường cong đứng nằm phủ nhau như trường hợp 3.26,b và 3.26,c tài xế cảm thấy đường cong gãy khúc hơn, có cảm giác không ổn định, kém thoải mái. -'U Đc CĐ a) - 1 Hình 3.26 a, b , c. B ố trí đối Đđ i K I xứnẹ đườnẹ conẹ đứng và I % CB đườìĩg cong bằng. "?— |Đ G cu - cong đứng Đđ b) 'C ữ CĐ CR - cong bẳng Đd - điểm đầu 1 ASđ r ; đ g AS, I I I Đr Q g Đc - điểm giữa i Đc - điổm cuối ĨĐc ÀS0 - lộch đầu AS| ASi ASC - lộch cuối c) CĐ AS - lệch cong đứng " 1 (í I _ I ■i ASđ r ASb - lệch cong bằng ị — ỉ> CB Đr i í t Đ,'Đ Đr 2. Kết hợp không đối xứng Khi đường cong đứng và đường cong bằng bố trí không đối xứng có các dạng sau: - Không đối xứng một phía của đường cong (hình 3.26,d) và (hình 3.26,e); - Không đối xứng và đường cong này phủ lên đường cong kia (hình 3.26,f) và (hình 3.26,i); Không đối xứng và đường cong này lệch khỏi đường cong kia (hình 3.26,k) và (hình 3.26,m). 171
  38. e) Đẹ CĐ “ 1 í ASn=0 iĐ G ■ì Sqpt ^-I CĐ Đ ca Đg ị—ASđ-^ i ASo=0 CĐ’ Đcồ Đg Hình 3.26 d, €. Dườn;^ conq đứny Ví' đườỉĩiỊ cong bằrìíị khônẹ dối .xứm> mịt phiu. k) CO CĐ Đđ ~ L _ ^ _ r r-ASíH Đg 1 -^ASịT I 1 rtSB>ASdl _ ị ^ASeH |Đo I — CB CB asb asở c 1 Đd Đc! — £ - ị = Đ I Đ g 0 * Đa m) i) Đo I Đe CĐ CĐ ĐrO Ị ị! ! CB & Đg ! rtiSEri °G r - t t S r ! CB õ õ t Đg ị a Sb p L- o- Hình 3.26{f,i. Đường COI 1ÌỊ đứng Hình 3.26,k, m. Đường cong đứng vù áườììiỊ COIÌÍỊ bằiìí> phủ nhau và đười ì ạ conq hẳiìiỊ khônq đôi nhưniị kliômỉ dối xứnq xứỉiíỊ và lệch khỏi nhan Đối với đường cong không đối xứng, khi đường cong đứng nằm ngoài đường cong nằm sẽ ngây cho lái xe bị mất tẩm nhìn, cảm giác bị bật ra khỏi mặt đường mặc dù thực tế không phải như vậy. Đối với đường cong không đối xứng và bố trí lệch nhau sẽ cho lái xe cảm giác cong ngược lại. Cảm giác này rất nguy hiểm vì thường bị đi lấn vào phần đường bên kia, vì vậy nên tránh bố trí đường cong dạng này. 172
  39. 3.4.3. Thiết kê quy hoạch đường cong đứng tôi ưu Đường cong đứng được thiết kế trên mặt cắt dọc của đường phố là tối ưu khi thỏa mãn các yêu cầu: - Bán kính đường cong lõm R > 3000/?/,• - Bán kính đường cong lồi R > 6000w; - Bán kính đường cong lõm R>3000m, bán kính đường cong bằng R >600/7?, - Bán kính đường cong lồi R>ó000m, bán kính đường cong bằng R>600/?J. Đường cong đứng khi được bố trí đồng thời với đường cong bằng được đặc trưng bằng các thông số sau: - Độ dài của các đường cong; - Đ ộ lớn của các bán kính cong; - Độ lệch của các điểm đầu, các điểm giữa và các điểm cuối các đường cong. Các thông sô' đặc trưng cho các đường cong khí bố trí đồng thời là (hình 3.27): - Độ lệch điểm đầu, điểm giữa và điểm cuối của đường cong đứng và đường cong bằng là ÔĐ, ÔG , và ôc ; - Hệ số độ phủ lệch giữahai đường cong Kp; - Tỉ số độ dài của hai đường cong Ks; - Tỉ số của hai bán kính cong KR. 173
  40. Hai đường cong được bố trí thuận lợi nhất chosử dụng khi các thông sô' trên thỏa mãn các yêu cầusau : - Ôđ = ôg = ôc và tiến tới không. (3.4.7) - Hệ số độ phủ lệch : K p=— -*0 (3.4.8) Sbáng - Tỉ số độd à i của hai đường cong : Ks = ^ Ễ . 0 (3.4.9) Sbản8 - Tỉ số của hai bán kính cong KR : KR=RđứnL>1 (3.4.10) ^bàng Khi thiết kế quy hoạch mặt cắt dọc của đường có các dạng đường ở bảng 3.7. Bảng 3.7. Dạng đường trên mật cắt dọc. No Mặt cất dọc Dạng đường Loại đường 1 2 3 4 1 Đường thẳng Đường thẳng bằng Đường thẳng Đường thẳng 2 nghiêng 3 r 1 Đường cong một Đường cong ĩ phương đứng lõm 4 1 Đưòng cong một Đường cong 1 phương đứng lồi 174
  41. Bảng 3.7 (tiếp theo) 1 2 3 4 I 5 t Đường cong một Không có đường phương cong đứng 6 Đường cong không gian Đường cong có độ dốc không đổi 7 Đường cong không gian Đường cong không gian lõm 8 1—- Đường cong Đường cong • không gian không gian lồi Trên cơ sở dạng của đường cong đã xác định để tính các yếu tô' chính của đường cong (hình 3.28). / \ ũf À \ / \ \ I1 V 1 n 3 \ 1 ir ĩ V * 1 i V' i / ì 1 Ị 1 £ ỉ 1 i N ° thảnh phần 1 3 4 2 6 7 8 ỡ Đô d ố c -^ -~ ~ r— ■ " J -io 7n- -i« J-i. iirr 0 C hiáudải Ư1 u 2 Ị u 3 1=4 Ds Độ cao thiết kế Độ cao tự nhiên Khioảng cách I I Khoảng cách D, D2 D, D4 I D, Ghi chú Cong bằng Cong đúng * 1 Hình 3.28. Các yếu tô'chính của đường cong đứng. 175
  42. 3.4.4. Thiết kê rãnh dọc đường phô Đối với đường nằm trên mặt bằng hay là có độ dốc không đáng kể i <0,005, trường hợp đặc biệt i<0,003, thì khi thiết kế mặt cắt dọc của rãnh dọc thoát nước phải đảm bảo cho việc thoát nước mặt đường phố theo đường răng cưa. Thông thường vỉa hè cao hơn đáy rãnh thoát nước dọc là 0,18 - 0,20/77 (hình 3.29). Khi thiết kế rãnh thoát nước dọc phải đảm bảo sao cho đường đồng mức của mặt cắt ngang đường phố giữ đúng hình dạng thiết kế cho đến cách bờ đường \m . Khi thiết kế đường thoát nước theo rãnh răng cưa thì chênh lệch độ cao bé nhất giữa bó vỉa và đáy rãnh là nơi có mặt cắt ngang bình thường, nơi có chênh cao lớn nhất là tại các hố ga thu nước. Khi thiết kế phải đảm bảo mặt cắt ngang ít bị thay đổi nhất để đảm bảo cho giao thông trên mặt đường ít bị ảnh hưởng. i 99.76 — J = 0,2% T99T 99,88 88 4ra2% t ' \ I ^ 9 9 ,5 6 - r — - J = 0 , 4 % i ^ - r v T T ^ H 99'72 ♦99.70 '99,87 J=0’4/o I i ! J = 0,2%, H B = 80m X = 20m I J = 0,2% Lòng_đườn^ị — — — 1 __ — — — — » u V ia h e °'Q?™ J a n y .0/ s rrr7rrrỳrrfrr^ Hình 3.29. Mặt cắt dọc rãnh thoát nước. Cần phải xác định khoảng cách giữa các hố ga và vị trí độ dốc đáy rãnh thay đổi hướng. Từ hình 3.30 viết được: m = n + (sx)iR - m(s - x)i0 m = n + xiR + xi0 (3.4.11) 176
  43. Trong đó : s - khoảng cách giữa hai hố ga; i0 - độ dốc mặt cắt dọc, tính theo độ dốc đường vỉa hè; iR - độ dốc đáy rãnh thoát nước; m - độ cao tối đa so với vỉa hè; n - độ cao tối thiểu so với vỉa hè; X - khoảng cách từ hố ga tới vị trí thav đối độ dốc đáy rãnh thoát nước Sau khi biến đổi viết được cống thức tính khoảng cách giữa hai hố ga là: s=^Iặì (3.4.12) khoảng cách tù hố ga tới đỉnh rãnh : x= (3.4., 3) >R Mặt khác khi xác định vị trí hố ga còn phải phù hợp với hệ thống thoát nước chung và các địa vật chính hai bên hè phố như các lối rẽ, các toà nhà Hình 3.30. Sơ đổ tinh tlìôniỊ số rãnh dọc thoát nước. 177
  44. 3.5. THIẾT KẾ ĐỘ CAO MẶT CẤT NGANG ĐƯỜNG PHỐ 3.5.1 Bô trí độ cao mặt cát ngang đường phố Mặt cắt ngang phố có các dạng hai mái dốc thẳng, hai má dốc hình parabôn, một mái dốc thẳng nghiêng, một mái dốc nghiêng parabôn (hình 3.31). Hình 3.31. Các dựnạ mái mậ: cát ngang phố. Khi bố trí chi tiết mặt cắt ngang (hình 3.32) có dạng đườne parabôn cần phải xác định chiều cao h, chiều rộng s của đường, sau đó xác định các tham số bố trí điểm chi tiết. Phương trình đường parabôn có dạng: X 2 = 2py (3.5.1) Trong đó : X- lấy bằng nửa chiểu rộng mặt đường, X = s : 2; y- chênh cao điểm giữa mặt đường y = h. Từ đó tính được tham số p: ■> s‘ 2p = (3.5.2) 4h Sau khi biến đối phương trình parabôn có dạng: 2 _ s- (3.5.3) x 4h 178
  45. hoặc y = —x 2h (3.5.4) s Trong đó : s - chiều rộng mặt đường; i - độ dốc ngang mặt đường; h- độ cao tính tlvo công thức. h = s.i : 2 (3.5.4) Hình 3.32. Sơ đồ tính thơm sô mặt cắt lìạaiìi’ ỊHtrn Thông thường các điểm chi tiết mặt cắt ngang chọn là 8 hoặc 10 điếm, các điểm này đối xứng nhau. Khi đó cao độ thi công của các điếm chi tiêì tính theo công thức : 4x y, (3.5 5) 3.5.2. Bố trí mặt cắt ngang đường phò dạng parabỏn chuvến tiếp Mặt cắt ngang ở những đoạn đường cong lồi, có độ dốc lớn, sẽ chuyến từ dạng đối xứng, có đỉnh mặt cắt nằm ở giữa, sang dạng không đối xứng, đính mặt cắt ngang (sống dường) chuyển dấn về một phía (hình 3.33). Trường hợp này gọi là mặt cắt clường có dạng dường parabôn chuyên tiếp. Trên hình 3.33 irục đường chuvến lừ 1-2 sang 1-3. Xét chi tiết mặt cắt ngang tại mặt cắt II - [I (hình 3.34). Giả sử biết: s - chiều rộng mặt đường; i - độ dốc mật cắl ngang đường; 179
  46. h - chênh lệch độ cao rãnh thu nước trái và phải. Kí hiệu /, = KP - RP tính được i = - (3.5.6) /ì Hình 3.33. Sơ dó dịch chuyển đỉnh mật cắt ngang. Hình 3.34. Sơ dồ tính tham sô'đỉnh mặt cắt lìíỊaníị. Điểm đỉnh mặt cắt ngang tính từ công thức: 2s-, = 2RP = s - (3.5.7) S-/, hoặc s2 = RP = (3.5.8) 180
  47. Điểm p cách mép đường bên kia một khoảng: s, =K P = S -P R = S^ 1 (3.5.9) ' 2 Điểm p cách trục o một khoảng : / = DP = KP - s : 2 = /, : 2 (3.5.10) 3.5.3. Thiết kê độ cao mặt đường theo dải Thiết kế độ cao mặt đường theo dải là phương pháp thiêt kế đồng thời độ cao chi tiết các điểm mặt đường theo mặt cắt dọc và mặt cắt ngang (hình 3.35). VE y Hình 3.35. Chi tiết mặt cát dọc. Bước đầu xác định vị trí tối ưu đường đỏ của mặt cắt dọc. Các điểm chi tiết mặt cắt ngang xác định theo các phương pháp trắc địa. Phương pháp thứ nhất là xác định vị trí mặt cắt ngang trên bản vẽ còn độ cao xác định theo phương pháp đồ giải. Phương pháp thứ hai ĩà xác định khoảng cách mặt cắt ngang trên bản vẽ, rồi đồng thời xác định chúng ngoài thực địa khi đo độ cao. Mặt cắt ngang được xác định trên khoảng cách 20 - 50w/. Nếu địa hình có độ dốc lớn, khoảng cách giữa các mặt cắt ngang có thể chọn là 10/71. Độ cao các điểm giữa của mặt cắt ngang lấy theo độ cao đường đỏ của mặt cắt dọc. Trên hình 3.35, từ điểm 1 đến điểm 5 xác định độ cao các điểm giữa của mặt cắt ngang. Sau đó thiết kế chi tiết mặt cắt ngang (hình 3.36). Khi thiết kế chi tiết mặt cắt ngang cần thỏa mãn yêu cầu của các địa vật cố định đã có. 181
  48. F = = | Dài 1:200 ị I TL ị i 1 Cao 1:100 í í 1 \ ? % 3% 2 % ^ Độ dốc i Khoảng cách s 3.0m \ ^^4.5m 4 . 5 r n \ . Độ cao thiết kế 50.07 50.00 49.86 50.01 50.07 50,01 49.86 Độ cao tự nhiên 49,99 49,60 50,02 50,00 49,70 50,05 Khoánq cách nganq 3,00 2,00 2,50 4,50 3,00 I cr o N° điếm &) H m h 3.36. Mụ! ( ủỉ II^CỈỈÌ^ dướn" pho Khi đui hình có độ dốc lớn mật cãi ngane. nên chọn dạnu I>hù hợp (h ìn h Ỉ.M ). r ■ ■ ỉ \ r 3%^.——^ 12 % ^ ^ 1 Hình 3.37 . Mật cắt ĩiìĩiỉỉìV pho có dộ (lô( '-hỉ 182
  49. Dạng 3.3'\" có khối lưọng đào đắp lớn. Dạng độ dốc một phía (hình 3.37,b) hoặc độ cao thiết kế tối ưu (hình 3.37,c) sẽ có khối lượng đào đắp tối thiểu. Phương pháp này đặc biệt thích hợp khi thiết kế cải tạo khu dân cư. T rn g qué trình thiết kế phải đảm bảo thỏa mãn quan hệ độ cao của nhiều hai ị! •i;ụo đã có ngoài hiện trường. 3.6 THIẾT KẾ ĐỘ CAO ĐƯỜNG PHỐ VEN BÒ Thiết kế auv hoạch độ cao đường ven bờ phải giải quyết một vấn đề quan trọng là thoát nước mặt. Ven bờ sông, hồ, bãi biển là nơi nước mặt khu của khu dân cư bên trong đổ ra, mặt khác mức nước mặt ở ven bờ cũng thay đổi rất lớn. Vì vậy, thoát nước của đường ven bờ là một vấn đề quan trọng phải được quan tâm giải quyết thỏa đáng khi thiết kế. Thiết kế quy hoạch đường ven bờ thực hiện theo dải, vì mặt cắt ngang địa hình của đường ven bờ thường rất hẹp, địa hình thay đổi nhiều (hình 3.38). Hình 3.38. Mặt cát dọc (ĩườn ạ ven hờ. 183
  50. Khi thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật sau: - Độ cao mặt cắt dọc thiết kế phải cao hơn mực nưóc mặt khi cao nhất là 0,5/?í. - Độ dốc theo mặt cắt dọc có thể được chọn nhỏ nhất i = 0,1 - 0,2%, thậm chí có thê độ dốc bằng không. Khi đó rãnh thoát nước thiết kế theo hình răng cưa. Tại các ga thu nước làm cống thoát thẳng ra sông, hồ. - Mặt cắt ngang nên chọn có độ dốc một phía với độ dốc 3%. Phía thấp là bờ sông, hồ, để tiện cho thoát nước mặt. Khi thiết kế cần xác định mực nước dòng chảy cao nhất, trên cơ sở khảo sát thiết diện dòng chảy, lưu vực và lưu lượng mưa hằng năm của nó. Lưu lượng nước của dòng chảy tính theo công thức: Q = (F.H.a.p)m3/s (3.6.1) Trong đó : F - lưu vực dòng chảy tính theo ha hoặc m 2 từ bản đồ tỉ lệ trung bình; H - lượng mưa trung bình trong nãm, tính theo l/s ; a - hệ số dòng chảy, lấy bằng 0,5; p - hệ số làm chậm của dòng chảy, phụ thuộc vào điều kiện địa hình. Trong điều kiện bình thường p = 1. Vận tốc dòng chảy V phụ thuộc vào địa hình mặt cắt dọc, mặt cắt ngang của nó. Đồng thời còn phụ thuộc thảm thực vật và các địa vật ở hai bên dòng chảy. Vận tốc dòng chảy tính theo công thức: V = m /s (3.6.2) Trong đó : s - thiết diện dòng chảy; bán kính R = s : P; p - thiết diện dòng chảy; i - độ dốc dòng chảy; Ỵ - hệ số địa hình, phụ thuộc vào tính chất địa hình của dòng chảy. Hệ số y tính như sau: 184
  51. - Địa hình bằng phẳng, mặt tường chắn, bètông : Y = 0,06 - Bề mặt đá, bụi cây nhỏ: Ỵ = 0,16 - Tường xây đá: Ỵ = 0,46 - Mặt địa hình có đá tảng: Y = 0,85 - Mặt có hang, hố, dòng chảy nằm ngang Y= 1,30 - Dòng chảy có đá và cây: y = 1,75. Diện tích mật cắt ngang dòng chảy tính theo công Ihức: (3.6.3) Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy đo ở vài nơi rồi lấy giá trị trung bình. Từ giá trị gần đúng của diện tích dòng chảy đi tính vận tốc V, sau đó đi tính bán R. Với giá trị Q và V đi tính mặt cắt ngang dòng chảy. Việc tính được lặp lại cho đến khí tính được giá trị ổn định diện tích thiết diộn dòng chảy. Sau đó tính mức nước mặt cao nhất: (3.6.4) Trong đó : d - chiều rộng dòng chảy sau khi cải tạo (hình 3.39). Độ cao thiết kế của trục đường tính theo công thức : (3.6.5) Trong đó : Hịdó - độ cao tim đường iliiết kế; H idáy- độ cao đáy dòng chảy; h ’mnx - mực nước mặt cao nhất. 3.7. THIẾT KẾ ĐỘ CAO MẶT ĐƯỜNG BANG p h ư ơ n g p h á p đ ư ờ n g ĐỔNG MỨC Thiết kế độ cao chi tiết mặt đường bằng đường đồng mức là việc làm phức tạp, mất nhiều thời gian, đặc biệt tại nơi giao nhau của các tuyến đường có các cầu vượt. Đâv là phương pháp cho chính xác, đầy đủ độ cao của các điểm chi tiết, đủ số liệu cần ihiết và cho khả năng kiểm tra trong quá trình thi còng. 185
  52. Hình 3.39. Thiết kế mặt cắt ỉíườntỊ ven hờ. 3.7.1. Thiết kẽ vói đường đồng mức gãy khúc Ví dụ. Thiết kế đường đồng mức với khoảng cao đều h() = 0,20«; cho đường phố rông 16»/, mặt đường rộng s = 10/;/, vỉ hè rộng d —m, 3 với độ dốc dọc i =2% . độ dốc ngang i’ = 4%, độ dốc vỉa hè i” 2= c/r. bó vỉa cao 0,15///(hình 3,40) Giải: Xác định độ cao thii/t kế điểm đầu tiên H| = lOO.LiS///. Đườns cK-r; . đầu tiên có cao độ đỏ là 11. = 100.20/7/, cách điểm đauliên một k!io:ing la d, = a i 2 = (-, „ . (3.7.1) i 0 - 2 Dọc theo lim đường xác định điểm A lừ ì vr'. Mioáng cách dị. Sau đó tưong tự công thức (3.7.1) tính được khoang cach d, = 10/7/. Từ điểm A với 186
  53. khoảng cách dị xác định các điểm B, c cho tới điểm II ở cuối đoạn đường cắn thiết kế. o Hình 3.40. Thiết ké (lộ cao (UỉờììỊị phố với clường clổiiịi ìiìức dỏ. Từ độ dốc mặt cất ngang i \ chiều rộng mặt đường s tính được chênh cao ở bờ đường iheo công thức: h = s.i : 2 = 5.0,04 = 0,20»;. (3.7.2) Khoảng cách dọc dT giữa điểm tim đường A và điểm 1 ở mép đường dT = h : i = 0,20: 0,02 = 10/7/. (3 .7 .3 ) Trong trường hợp này chênh cao của bờ đường h bẳng khoảng cao đều h0. Như vậy trên hình 3.40 điểm 1 trùng vói điếm A \ hay dT = clr Bó vía cao 0,15/?/, điểm A ” cách điếm A ’ một khoảng : cF =0.15 : i = 0,15 : 0,02 = 7,50m. Vỉa hè rộng d = 3III, độ dốc i” = 2% = 0,02, từ đó tính được : cT = h”: i” = 3.i”: i - 3.00///. Từ các khoản” cách vừa tính xác định được các diêm A , A', A ’ và A ”’. Nối các điểm trên được nửa đưòng đồn tí mức đỏ 100,20. Nửa còn lại lấy đối 187
  54. xứng. Từ đường đồng mức đỏ đầu tiên đã xác định và khoảng cách d vẽ các đường đồng mức còn lại qua các điểm B c, đến điểm cuối II. 3.7.2. Thiết kế vói đường đồng mức parabôn Ví dụ: Với nội dung thiết kế như ở 3.7.1 chỉ khác là mặt cắt ngang lòng đường có dạng đường parabôn (hình 3.41). Hình 3.41. Thiết k ế độ cao đườnư, phô với cíirờiìiỊ CÍỔIÌÍỊ mức dỏhình paruhôn. Giải: Giả sử lòng đường chia thành n = 10 phần bằng nhau. Trong hệ trục toạ độ cục bộ xác định X ị và y - . Trước tiên kẻ đường ngang N - N. Sau đó kẻ các đường song song với N - N. Tính chênh cao trục đường và mép đường h = s.i' : 2 = 5,00.0,04 = 0,20»/ (3.7.4) Tính toạ độ Yitheo công thức: 4 ỵ | yi= — (3.7.5) s Độ cao thiết kế các điểm chi tiết tính theo công thức: H,do = H0dò - y, (3.7.6) Khoảng cách điểm chi tiết đến đường ngang N - N tính theo công thức: dị = — (3.7.7) i 188
  55. Kết quả ở bảng 3.8. Bảng 3.8. Tham sô chi tiết bô trí đường cong. Điểm 0 1 2 3 4 5 Nội dung y , J \ 0,000 0,008 0,032 0,072 0,128 0,200 Hdó 100,200 100,192 100,168 100,128 100,072 100,000 dj m 0,000 0,400 1,600 3,600 6.400 10,000 Theo khoảng cách dị bố trí được các điểm i’ từ các điểm i. Nối các điểm i’ được nửa đường parabôn A A \ Các điểm A ” và A ’” xác định tương tự như mục 3.7.1. Nửa đường bên kia lấy đối xứng (hình 3.41). Các đường đồng mức tiếp theo làm tương tự. Phụ thuộc vào điều kiện địa hình đường đồng mức thiết kế có các dạng sau : - Hình 3.42,a là dạng đường đồng mức trên đoạn đường Ihẳng có độ dốc không đổi . - Hình 3.42,b là dạng đường dồng mức trên đoạn đường cong lõm đối xứng. - Hình 3.42,c là dạng đường đồng mức trên đoạn đường cong lồi đối xúng . - Hình 3.42,d là dạng đường đồng mức trên đoạn đường cong đứng có độ dốc bất kì. Hình 3.43 là dạng đường đồng mức của đoạn đường cong bằng có dộ dốc không đổi trên các đoạn đường thẳng, đường cong chuyến tiếp và đường cong tròn. 3.8. THIẾT KẾ QUY HOẠCH ĐỘ CAO NÚT GIAO THÔNG Các nút giao thông là những vị trí quan trọng của mạng đường phố. Chúng là nơi giao nhau của các tuyến đường có độ cao, độ dốc và chiều rộng khác nhau. Thiết kế quy hoạch độ cao nút giao thông là một việc phức tạp. Có hai trường hợp: - Các tuyến cắt nhau trên một mặt phẳng ở cùng mức độ cao. - Các tuyến giao nhau ở các mặt phẳng khác nhau, đồng thời xây dựng cầu vượt, đường hầm. 189
  56. o C Õ ___— * f — i o ? 11 W i - i t i n ___ 1 5 t r 2 c > o c ó Õị— ir > õ ___— ^ Ì n T r - M i ' * 5 r 'T í f \ C ữ S ) ■ ___ J > í 9 0 0 > y-rS > > » » > > > > > ĩ $ 8 s ► ^ o ___— ị t o l õ — •— 1 c ó ___ 1 n n i ^ ___ - 1 i * . r T ~ 1 n oiìi i/rrr- U. 0 0f : O Ã T T ‘ 0 0 ° n 1 1 0 0 ^ ^ ■ ' T D O 1 7 0/7 ^ * ^ 2 ( ) n — ỉ o D 5 5 £ > o 4 9 , 0 0 " 1 o 2 T 3 0 ! ! í / / í " T n T ; — ÍLQ V s i& ^ õ ữ Hình 3.42. Cúc (lạnạ đKỜng đồiHỊ mức dỏ. Có hai phương pháp thiết kế độ cao là phương pháp giải tích và phương pháp đường đồng mức thiết kế. Phương pháp giái tích thiết kế các nút giao thông nhanh hon nhưng không được chi uếi và chính xác. Nó chỉ áp dụng trong thiết kế quy hoạch (tộ cao kĩ thuật. Phương pháp đường đồng mức thiết kế áp dụng cho cắc nút giao thônẹ pluic tạp, khi lập các bản vẽ thi công. 190
  57. Hình 3.43. Đườm> đồntị mức dó của (Ịườní; coìiì > hảm>. 3.8.1. Thiết kê quy hoạch độ cao nút giao thông đồng mức theo phương pháp giải tích Một trong những nội dung quan Irọng của thiết kê quy hoạch độ cao đường đồng mức theo phương pháp giải tích là xác định độ cao của các góc phố xung quanh nút giao thông. Trình tự thực hiện như sau: - Đầu tiên xác định chênh cao trung bình, nhỏ nhất và lớn nhất của các đường đỏ (đường ranh giới xày dựng) dọc theo các tuyến phô xung quanh nút giao thông so với các trục đường của I1Ó. - Xác định độ cao gần dúng góc các khu phố, họp thành bởi các đường phố xung quanh nút giao thông; - Xác định cao dộ các gócphố xung quanh nút giao thông. 1. Xác định chênh can trung bình, nhỏ nhất và lớn nhất của các (lường đỏ dọc (heo các tuyến phô tại nút ẹiao thông so với các trục đường của nó. Chênh cao này rất khác nhau, CÌ1ÚI1C, phụ thuộc vào độ dốc ngang của mặt đường, độ can hó via, độ dốc ngang vía hè. Độ cao bc') via lấy trung bình là 0,15/;/. nhỏ nhất làO.QXni và lớn nhất là 0,20/;/. Chênh cao giữa diêm lim đường và đường đỏ tính theo công thức : h = (s.i’) + n + (cl.i" ) (3.8.1) 191
  58. Trong đó : s - chiều rộng mặt đường; i’ - độ dốc ngang mặt đường; i” - độ dốc ngang vỉa hè; d - chiều rộng vỉa hè; n - chiều cao bó vỉa. Chênh cao trung bình tính theo công thức h~ =-(s.ị\b) + ntb + (d.i;b) (3.8.2) Chênh cao tối đa tính theo công thức h,d = - (s.i\d) + n,d + (d. i;d) (3.8.3) Chênh cao tối thiểu tính theo công thức h„ = -(s.i,11) + nlt + (d.i;;) (3.8.4) Trên hình 3.44 là kết quả ba dạng chênh cao tính theo đường rộng s = m,6 vỉa hè rộng d = 3m 2. Xác định độ cao gần đúng góc các khu phô, hợp thành bỏỉ các tuyến đường. Cao độ gẩn đúng của các góc phố bằng độ cao vỉa hè tương ứng cộng với chênh cao vỉa hè và mặt bằng xây dựng (hình 3.45). Từ các mặt cắt I-II, II-III, III-IV và IV-I để xác định cao độ các điểm Hj theo các chênh cao đã xác định ở bước trên. Trong đó: Hình 3.44. Mặt Cắt nyanạ với c hênh cao i = 1 - 4; j = I - IV. trunq bình, tối đa và tối ílìiểu. Cao độ trung bình các góc phố tính theo chênh cao giữa hè phố và mặt bằng xây dựng hoặc là lấy theo cao độ điểm giữa các nút giao thông. 192
  59. & + 1— 12,00 — / © © I +3.0Ũ*. -3.00*ị-3,00~ * 3 .0 0 H„ = 100,57m H„ » 100,57m Hib= 100,44m Hu = 99,72m Ị ỵ ưsssszsssssỵ///A/%! H, I ^Mặtcătngangb z z YsSSS/S/SSSS^SS,&11 = 99,67m H„4 = 99,72m ộ H,„ = 99,67(Tì @ © Hình 3.45. Sơ đổ xác định độ cao (Ịần đúng các qóc phố. Trên hình 3.45 các góc I, III có cùng chiều độ dốc, các góc phố II, IV có độ dốc ngược chiều. Từ trên cho thấy cao độ gần đúng của các góc phố phụ thuộc vào độ dốc và hướng dốc ngang và độ rộng đường phố và các thành phần khác của nó. Chênh lệch độ cao lớn nhất là các góc phố có hướng dốc cùng chiều nhau. 3. Xác định cao độ các góc phô xung quanh nút giao thông Sau khi xác định độ cao gần đúng của góc các khu phố nhận được mỗi góc hai giá trị độ cao. Độ cao được xác định của mỗi góc phải thỏa mãn các yêu cầu kĩ thuật khác của quy hoạch độ cao khu vực như thoát nước mặt, đảm bảo giao thông bình thường cho các phương tiện cũng như cho người đi bộ, đồng thời đảm bảo tương quan giữa độ cao đường phố và các khu xây dựng xung quanh. Độ cao của các góc phố sẽ đồng nhất nếu thay đổi độ dốc dọc i hoặc độ dốc ngang i’ của các phố. Khi thay đổi các độ dốc trên phải thỏa mãn các yêu cầu sau: 193
  60. - Độc dốcngang hè phốbiến đổitừ 0,5 đến 5%; - Độ cao bó vỉa thay đổi từ 0,08 đến 0,20/?/; - Độ dốc ngang mặt phô' biếnđổi từ 1,0 đến 6,0%; - Thay đổi vị trí đỉnh mặt cắt ngang, chuyển từ mặt cắt ngang đối xứng sang mặt cắt ngang một phía sao cho độ dốc của mặt cắt ngang này thay đổi từ 1 đến 6,0%; - Độ dốc dọc biến đổi từ 0,5 đến 5%, sao cho tạo ra khu bằng phẳng giữa nút giao thông. Để độ cao các góc phố đồng nhất ta cần thay đổi độ dốc các thành phần theo trình tự trên, tít độ dốc vỉa hè, cuối cùng mới đến độ dốc dọc, thậm chí đến khi không còn khu bằng phẳng giữa nút giao thông nếu địa hình quá dốc. Trên hình 3.46 chênh lệch độ cao gần đúng của các điểm từ I đến IV là 0,85, 0,13, 0,77 và 0,65/?;. Hình 3.46. Sơ đồ mặt cắt ngang đườnẹ phô'với chênh cao trung hình, lớn n h ấ t và nhỏ nhất. Chênh cao trung bình, nhỏ nhất và lớn nhất của các góc phố tính được như sau: ha lb = +0,08w; ha min = - 0,20 m ; ha max = +0,35m; hb.tb = +0,12/??; hb mịn = -0,085m; hbmax = +0,32m. 194
  61. Để nhận đươc cao độ đồng nhất tại các góc phố I đến IV phải xác định cao độ trung bình của các góc phố theo công thức h(b - ( hbmin ■ hamax). (3.8.5) Kết quả nhận được cao độ trung bình các góc phố từ I đến IV tương ứng là -0,435, -0,435, -0,520 và -0,520/». Đem so sánh cao độ trung bình htb các góc phố và các cao độ hm„ và hm,n thấy góc II và IV có htb nằm trong khoảng cao độ tối đa và tối thiểu. Như vậy chỉ cần thay đổi độ dốc hè phố trong khoảng cho phép là được. Góc I và III có hTB nằm ngoài khoảng cao độ tối đa và tối thiểu, cần phải thay đổi các yếu tố tiếp theo. Từ các tính toán ở trên đi đến các kết luận sau: - Các góc phố có hướng dốc hợp nhau và nhỏ hơn3% thì chỉ cần thay đổi độ dốc vỉa hè và độ cao bó vỉa là đủ (hình 3.47, a, b); - Các góc phố có hướng dốc hợp nhau và có độ dốc từ 3 đến 7% thì chỉ cần thay đổi độ dốc vỉa hè, độ cao bó vỉa và độ dốc mặt cắt ngang là đủ (hình 3.47, c, d); - Các góc phố có hướng dốc hợp nhau và có độ dốc7% trên thì nên xây dựng dạng vỉa hè bậc thang (hình 3.47, e, f)- Những kết luận trên rất có ý nghĩa trong giai đoạn thiết kế kĩ thuật, nó sẽ cho ngay giải pháp thiết kế nút giao thông. 'À - 3 0 0 -1- 3,0 0->- a) b) c) H ình 3.47a, b, c. Góc phố có độ dốc hợp nhưu với đô dốc tử 3% đến trên 7%. 195
  62. í? I 8 ì- » iì5 ''fếđji 1 lếJ 1 s '* ỉý ìi’k 5 ỉ«! É *• M ít • H ìn h 3.47d, e ,f. Góc phô có độ dốc hợp nhau với độ dốc từ 3% đến trên 7%. 3.8.2. Thiết kế quy hoạch mặt chuyển tiếp tại nút giao thông Nút giao thông là nơi tập trung các dạng chuyển động, nơi liên kết các đường phố có độ dốc, chiều rộng khác nhau, thiết kế nút giao thông là phải đảm bảo thuận tiện cho các dạng chuyển động, thoát nước mặt. Khi thiết kế nút giao thông cần quan tâm các vấn đề sau: - Khi thiết kế nút giao thông của hai tuyến đường cùng cấp nên bám sát địa hình, đảm bảo thoát nước mặt (hình 3.48). Thoát nước mặt đường phố vẫn giữ theo hướng bình thường. Hình 3.48. Thiết kế độ cao nút qiao thông của hai tuyến đườnq cùruỊ cấp. 196
  63. - Đối với nút giao thông không cùng cấp, ví dụ giữa tuyến phố chính và tuyến nội khu, để đảm bảo không ảnh hưởng tới giao thông của tuyến phố chính cần phải giữ nguyên mặt cắt ngang của nó (hình 3.49). Hình 3.50. thiết kế độ cao nút H ình 3.49. Thiết kế độ cao nút íỊÌao thông cửa hai tuyến đường íỊÌao ỉhôriíỊ của hai tuyến khônq cùng cấp mặt cắt níỊcaiiỊ đườnq khônq CỈIMỊ cấp. tuyến dưới được ÍỊÌỮ nquyên. Nhưng trong điều kiện địa hình đặc biệt, đôi khi vẫn phải thay đổi mặt cắt ngang tuyến phố chính mà giữ nguyên tuyến phố hạng dưới (hình 3.50). Trường hợp này thường áp dụng khi đường phố chưa có hệ thống thoát nước mặt đầy đủ nhưng vẫn phải đảm bảo việc thoát nước của các tuyến phố. - Khi thiết kế nút giao thông có độ dốc lớn, mặt đường chuyển tiếp từ hai mái chuyển về mặt một mái dốc. Tính cúc thum số mặt chuyển tiếp. Tham số chính của mặt chuyển tiếp là độ đài mặt chuyển tiếp và độ dài của sống đường dịch chuyển. Khi thiết kế độ dài của mặt chuyển tiếp cần đảm bảo độ dốc cho phép và đồng nhất với độ dốc dọc của tuyến (hình 3.50). 1. Đ ộ dài mặt chuyên tiếp lỉ lệ nghịch với độ dốc dọc, quan hệ đó tính theo công thức: s = Hb~Ha (3.8.6) i 197
  64. Trong đó : s - độ dài mặt chuyển liếp; Ha, Hb - cao độ điểm đầu và điểm cuối mặt chuyển tiếp; i - độ dốcdọc của đường. Để không xảy ra mặt đường bị dốc ngược lại tại ngã lư, cần đảm bảo đô dốc tối thiểu cho đoạn 1 - 2 (hình 3.51). i, 2 = íkzlỉi = Mi^A -(h|-h2) > 0 5% (3.8.7) i s Trong đó : i,.2 - độ dốc dọc mặt ngã tư: Chênh cao hj của điểm 1 và 2 so với điểm A và B tính theo công thức: h, = s.i’ : 2 (3.8.8) 198
  65. s - chiều rộng mặt đường; i’ - độ dốc ngang; Hị, H2 - cao độ điểm 1 và 2, tính theo công thức : H ,= H A+h, (3.8.9) Độ dài mặt chuyển tiếp tính được theo công thức : hi + h2 _ s(i'i - i ' 2) s = (3.8.10) i-il-2 2. Độ dài sống đường mặt chuyển tiếp là đoạn thẳng nối điểm bắt đầu của mặt chuyên tiếp B đến điểm bắt đầu cua tròn của vỉa hè (hình 3.52). Độ dài sống đường chuyển tiếp tính theo công thức : Hình 3.52. Sơ đổ đường tiếp tuyến d = BT= V b K2- R : (3.8.11) Với : BK2 = S2 + (s :2 + I ì f (3.8.12) Ta có : d = ự s 2 + (s :2 )2 + Rs (3.8.13) Trong đó : d - độ dài sống đường chuyển tiếp; s - độ rộng mặt đường; s - độ dài mặt chuyến tiếp; R - bán kính cong cua vỉa hè. Hình 3.53 là ví dụ bản sơ đồ thiết kế độ cao nút giao thông phục vụ thi công tỉ lệ 1 : 250. 199
  66. - ‘300 © J = ĩ,33% 5 .5 0 % 100,26 D = ĩ 0,00m V ịM .IS p L g Ị ạ _ £ ■ S.ĨSX M a » ^ - 4 U ữ 7 , m , m *Ị\ H = f.w /. §ị ' T j = J O ơ r . /0Ơ.Ĩ8 ' 5 ĨƠƠ.A7 § 1 ^ 5 ,7 ^ ĩ *. ' ' ‘ «1ì*s ‘ ' ^L*l * ~ ỹ ~ ^ * 3 ỊS ữ % '*'j=3.ooZm ơí 93.65 ơ - ẬSO% ^7=3,27%/ữơ,ỈS ~33JÌÕ .7 = 3,$Ò V0 4 » ,* *Ĩ7.' '3t*7 7 .m j8 $9,93 u - 3.8 5 % , © © J)= ^Ị(ổ+/Ị)'+lí- t* 4 = ~\J 7rĩ z -k-Z0ỉ - J ỉ *2ự 5m 4 '\J~e1 + Jĩữi - J * =20,6Ệrfi H ình 3.53. Sơ đổ thiết kế chi tiết độ cao nút giao thóng. 3.8.3. Thiết ke quy hoạch độ cao nút giao thông theo phương phiáp đường đồng mức đỏ Thiết kế độ cao nút giao thông theo phương pháp đường đồng mí'c là việc làm sáng tạo, đòi hỏi kinh nghiệm và trí thông minh. Khi thiết kế đồ>ng thời phải giải quyết nhu cầu giao thông, thoátT)irờc mặt và xây dựng. ĨYìình tự thiết kế như sau: Ví dụ. Thiết kế nút giao thông với các thông số kĩ thuật ở hình 3.53 và hình 3.54. Chiều rộng tuyến 4-5-2 là S| = 9,00m \ tuyên 2-5-6 là S2 = 600)w; khoảng cao đều cơ bản thiết kế h(, = 0,10;;;. 200
  67. b - Tính khoảng cách giữa các đường, í long mức dọc then các tim đường, sống đường và mép đường theo công thức: d,= ^ (3.8.14) ij Trong đó : ij - độ dốc theo các hướng tương ứng. Kết quả tính ở bảng 3.9. Bảng 3.9. Khoảng cách giữa các đường đồng mức dọc. đ, d2 d4 d5 d6 3,33/77 2,86 2,52 2,04 4,00 3,00 5,00 - Từ điểm 5 dọc theo hướng điểm 4 xác định vị trí các đường đồng mức theo khoảng cách ở bảng 3.9. - Xác định vị trí các đường đồng mức theo sống đường dịch chuyểnồ các hướng 3-5 và 2-5. - Xác định vị trí các đường đồng mức theo mép đường A và B. 201
  68. - Nối các điểm cùng cao độ thiết kế đã xác định ở trên lại với nhau, đồng ời vẽ đường đồng mức các phần còn lại có dạng đường parabôn theo urơng pháp đã biết ở mục 3.7.2. Dưới đây là các dạng địa hình và đường đường đồng mức đỏ tương ứng ình 3.55) a. N út giao thôn (Ị b. N ứt giao thôiiíỊ nằm qiữa đỉnh dồi. nằm giữa (lườỉìíỊ phân thủy. c. N út giao thôm> nârìì ýữ a đèo d. N út giao rlìôní; nằm giữa điểm chia n ư ớ c c ó ÍỊU t h u n ư ớ c H ình .55a 02
  69. e. Nut giao thông núm giữa âìêm chia Ị. Nlít giao thôn {ị /lâm íỊÍữa điểm hợp nươc mặt tìiout tự do. thủy có s*a thu nước. g. Nút siao thông núm giữa điểm hợp h- Nút giao thông nằm giữa chô thấỊ thủy nước mặt chảy tự do nhất các tuyến có za tlỉU "ước- Hình 3.55b 203
  70. Chương 4 QUY HOẠCH CAO ĐỘ MẶT BANG k h u đ ô t h ị 4.1. THIẾT KẾ ĐỘ CAO MẶT PHANG 4.1.1. Tham sô mặt phẳng thiết kế Nội dung quy hoạch độ cao của các mặt bằng xây dựng là xác định cao độ tốt nhất của mặt bằng nhằm mục đích đạt khối lượng đào đắp nhỏ nhất, khối lượng đào bằng khối lượng đắp, khối lượng vận chuyển ít nhất, bề mặt địa hình bị phá vỡ nhỏ nhất Mục tiêu xác định mặt bằng tối ưu là tương đối, sao cho đáp ứng tốt nhất các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật, môi trường Phương trình mặt phẳng cần thiết kế có dạng: X y z - + ^ + - = 1 a b c Trong đó : X, y và z - tọa độ không gian của điểm nằm trên mặt phẳng thiết kế; z = Hlhií'kí - độ cao mặt phẳng thiết kế; a, b và c - trị số mặt phẳng thiết kế đi qua các trục tương ứng (hình 4.1). e Hình 4.1. Sơ đổ vả các tham sổ mặt phẳriíỊ thiết kế. 204
  71. Từ phương trình (4.1.1) nhận được: c c x - + y —+ z = c ( 4 . 1 . 2 ) a b Theo hình 4.1 viết được: c tgyx=.a = iX ( 4 . 1 . 3 ) c l ỖỴy , • iy b Trong đó : ix, iy - độ dốc của mặt phẳng theo các trục ox và oy. Từ phương trình (4.1.2) viết được: z = c - ix.x - iy.y (4.1.4) Đường CD có độ dốc lớn nhất tính theo công thức: • • _ c ^0 ^max Y m a x ~T (4.1.5) d Từ hình 4.1 viết được : a.b d = (4.1.6) Sau khi biến đổi nhận được : Cva2 + b2 [c . c2 f ĩ~ . yỊix + i (4.1.7) a.bu IIV b 2 + ^ a 2 ~ \/i* + iy Hướng của đường có độ dốc lớn nhất trên mặt phẳng ma: là atính theo cômg thức: d (4.1.8) V1 COSamax = a d = - i - nên cosamax = — — = -ii- (4.1.9) I m a x l m a x Tương tự: sinamax = — '— = (4.1.10) l m a x Im a x 205
  72. Từ các công thức trên ta có các công thức tính độ dốc của mặt phẳng: ly ^max'S n a m ax tga, 4.1.2. Thiết kế độ cao mặt phẳng theo phương pháp giải tích Độ cao thiết kế của các điểm nằm trên mặt phẳng quy hoạch tính theo công thức: HỈk = Zi = c — ix.Xi — iy-yi (4.1.12) Trong đó : i = 1 - n điểm nằm trên mặt phẳng thiết kế. Phương trình số hiệu chỉnh có dạng: V; = hị = Hjdó - H |đen (4.1.13) Trong đó : hi - cao độ thi công; Hidỏ - độ cao thiết kế; H,đen - độ cao hiện trạng. Từ công thức (4.1.13) nhận được phương trình số hiệu chỉnh V, = c - X,ix - y,iy - Hiđ“ (4.1.14) Trong hệ phương trình số hiệu chỉnh (4.1.14) có ba ẩn số là c, ix và iy. Để tìm mặt phẳng gần với bề mặt địa hình nhất cần giải hệ phương trình trong điều kiện [vv] = min. Theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất, lập được hệ phương trình chuẩn: n.c - [x].ix - [y].iv - [Hden] =0 -[x].c + [xx].ix + [xy].i + [xHđen] = 0 -[y].c + [yx].ix + [yy].iy - [yHđen] =0 (4.1.15) Ví dụ 1. Xác định mặt phẳng thiết kế tối ưu trên hình 4.2, theo số liệu đo cao địa hình theo sơ đồ 1 (hình 3.1). Trong sơ đồ này độ cao địa hình được đo ở tâm các ô vuông. Số liệu đo ở bảng 4.1. 206
  73. Bảng 4.1. Sô liệu khảo sát mặt bằng khu vực xây dựng Điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 X 10 10 10 10 - 10 - 10 - 10 - 10 y -30 - 10 10 30 30 10 - 10 -30 Ị_jđen 5,0 4,0 4,0 3,0 2,0 2,0 3,0 4,0 Sau khi giải hệ phương trình nhận được các ẩn số sau: c = 3,38 ỉn; ix = -0,0625; iy = +0,0325 Tính kiểm tra theo công thức: [V] = 0; [v.y] = 0. Đối với mạng đo cao theo sơ đồ 2 (hình 3.2), độ cao địa hình được đo tại cấc điểm đỉnh của lưới ô vuông. Trong trường hợp này hệ phương trình có dạng: [p].c - [px].ix - [py]-iy - [pHden] = 0 -ĩpx].c + [pxx].ix + [pxy].iy + ĩpxHđen] = 0 -[py].c + ipyx].ix + [pyy].iy+ [pyHđe"]=0 (4.1.16) Trong đó: Pì = 1- 4, là trọng số tính theo số ô vuông đỉnh tham dự. +x -X Đường đồng mức đen Đường đồng mức đỏ Hình 4.2. Thiết kể mặt plìẳiìiỊ rối1(11 theo sơ đồ 1. 207
  74. Ví dụ 2. Xác định mặt phẳng thiết kế tối ưu (hình 4.3), theo số liệu đo cao địa hình theo sơ đồ 2, độ cao địa hình đo ở đỉnh các ô vuông. Sô liệu đo cho ở hình 4.3. Tính được các ẩn số : c = 3,44/7;; ix = -0,0688; iy = +0,0375 Tính kiểm tra theo công thức: [pv] = 0; [pxvj = 0 và [pyvì = 0 (4.1.17) ,/ 0 ' 1 6^32 — . 2 5 í57 ' 3 4^82 4 14.07 5 &ÔCT '43 6,00 5,00 4,00 +32 3,00 vf ✓ . / s / // — / 7 2T69 6 A .94 +- ;6 5,00 Ar,ớo + ỷ ị i ị x y ' ;31 3 ,0 0 2,00 / / > / / / / / / / ✓ / / 11 ^,55 12 ' ế é i 1: 2 f e r 14 Í .3 Ỳ -S < J 5 M ế ’ 4,00 -19 3,00 +fi 2 ,0 0 +/31 1,00 -44 1,00 -X Hình 4.3. Thiết kế mặt phắnẹ tôi ưu sơ đổ 2. Trong hai ví dụ trên khi đi tìm các ẩn số c, ix và iy cần xác định tâm khu vực thiết kế để lập hộ tọa độ XOY. Khi đó nhận được: [xj = 0; [y] = 0; [xy] = 0 (4.1.18) hoặc [px] = 0; [py] = 0; [pxy] =0 (4.1.19) Trong trường hợp này các hệ phương trình (4.1.15), (4.1.16) trở lên đơn giản và dễ dàng nhận đitợc các ẩn số cần tìm theo công thức: đen IH IxiH?cn Zy,H?cn c = í lx “ “ ^ » ly — (4.1.20) n V “ ? L x ĩ Zy; hoặc theo công thức: đcn đcn i p . n r - IP ịY iH i Q — * l x — 4.1.21) *y= I P i iP i* ; 208
  75. Qua hai ví dụ trên đi đến các kết luận: - Thiết kế mặt phắng theo sơ đồ 2 chính xác hơn sơ đồ 1; - Để khối lượng đào đắp nhỏ nhất khi trọng số các điểm ở góc lấy bằng 1, ở cạnh lấy bằng 2 còn ở giữa lấy bằng 4; - Mặt phảng thiết kế có khối lượng đào đắp nhỏ nhất sẽ có khối lượng vận chuyên nhỏ nhất; - Tất cá các mật phàng đi qua điểm trọng tâm của khu vực luôn có khối lượng đào bằng khói lượng đắp. Điếm trọng tâm của khu vực tính theo công thức : X p,. Hỉk'n h ;T = (4.1.22) Sp, - Mặt thiết kế di theo hướng có đô dốc lớn nhát sè có khối lượng đào đắp nhỏ nhất. Hướng đốc nhất í inh theo còng ilúrc: 1,,, \ i' ■ i\ (4.1.23) ip.l 4.1.3. Thiết kc độ cao khu vực vói hai mãt pháng theo phương pháp giải tích Trên thực tê nhiều khi phái thiết kế hai mặt pháng trong khu vực xây dựng. Các mặt phẳrm ihiết kế độc lạp Ihco phương phấp đã trình bày ờ phần trên. Nội dung ó' đây là xác định đườnạ si ao tuyến cùa hai mặt phẳng đó. Trong khu vực xáy đựnc (hình 4.4), cán xác định đường phân thủy. Đường đó chính là giao tuyến A-A cua hai mặt phắng I và II. Để xác định hai mặt phẳng nghiẻmi nàv cần thiết kế theo sơ đồ 3, mục 3.2.1 (hình 3.3). Trình ĩự thiết kế như sau: - Xác định trọng tâm cúu hai mặt phẳng Hịlh và H|jth. - Tính độ dốc lliìình phần cùa các mạt phánạ i\, i\, i’\ và i'\ theo công thức (4.1.1 1). - Phương trình các mặi phãng ihicỉ kè có daim: x.i\ + v.i' + / - c' - n x.i'\ -h yi" + / -c" = () (4.1.24) 2()c)
  76. 4 - í ì c ) X c > T“ -1 0 7 ,0 0 1 1 'jr*—„ ,1 ? i - + - r ' + / r y > - y V y > / i -+/ + 4- /+ - + / ± } Ỵ ỵ '4 / í +/ -Qo -lõ >> + o \ \ j V y +\ \ \ - \ \ I \ 1 ^ A T:W- 4 V \ * V V V \+ ĨK V \+ Y - > - X \ 1 ì t 'Ì! •Ko 1 \ t \ V V ị \ Ati o co" o o Đường đồng mức đen H ìn h 4 ,4 . Sơ đồ thiết kế hai mặt phẳng. Các phương trình trên đồng thời là phương trình của mặt phẳng chứa đường giao tuyến A-A. Độ cao các điểm nằm trên đường giao :uyến đồng thời cũng nằm trên hai mặt phẳng kia: Z = c’-X.rx - y. i’y (4.1.25) và Z = c,,-X.i”x -y.i”y (4.1.26) Từ đó nhận được: X(i”x-i’x) + y(i”y-i’y) = c”-c’ (4.1.27) Khi cho các giá trị đã xác định của X sẽ tính được các giá tri y trong hệ tọa độ cục bộ: (c"-c')-x(i"x-i'x) (4.1.28) Bài toán trên có lời giải tốt khi đã có sự xác định sơ bộ đường giao tuyến trên bản vẽ để đưa ra’các giá trị tọa độX sát thực. Lời ỉiải trên sẽ chính xác nếu đường giao tuyến có hai điểm xác định độ cao :ừ các mốc trắc đia. 2 1 0
  77. 4.1.4. Thiết kê độ cao mặt phảng theo các điểm mốc Trong quy hoạch độ cao mặt bằng khu đô thị thường xuyên phải xác định các mặt phẳng đi qua các điểm có độ cao cố định cho trước như các công trình cũ cần giữ lại, hệ thống công trình ngầm đã được xây Như vậy, quy hoạch độ cao mặt bằng khu dô thị phụ thuộc vào số điểm cũ cho trước, và sau đây là các lời giải cụ thể. I. M ặt bằng thiết kế đi qua mộtđ iể m m ố c Phưomg trình của mặt phẳng thiết kế có dạng : z = c - X.ix - y. iy (4.1.29) Mặt phẳng thiết kế cần phải đi qua điểm M có tọa độ (xM, yM, ZM). Từ đó viết được ZM = c - xMix - yMiy (4.1.30) hay ' c = ZM + xMix + yMiy (4.1.31) Thay c vào phương trình (4.1.29) được: z = Zm + (XM - x)i, + (yM - y)iy (4.1.32) Độ cao công tác của các điểm tính theo phương trình số hiệu chỉnh V, = rZM + (xM - x)ix + (yM - y)iyl - Hjđen (4.1.33) Trong đó : V; = h; - độ cao công tác điểm chi tiết i, i =1 - n; H,đen - độ cao hiện trạng điểm chi tiết i. Đặt: (xM-x) = aj; (yM-y) = b;; (zM - Hjđen) =/, (4.1.34) Khi đó phương trình số hiệu chỉnh có dạng: a^ + tụ y + /j = v,. (4.1.35) Nếu xác định trọng số của các hình Pi tỉ lệ thuận với diện tích của chúng, khi giải hệ phương trình số hiệu chỉnh (4.1.35) trong điều kiện [pw] = min, sẽ nhận được các phương trình chuẩn: [paa].ix + |pab].iy + [pa/| = 0 |pab].ix + [pbb].iy + [pb/] = 0 (4.1.36) 211
  78. Giải hệ phương trình trên nhận được : • = ỉ paaì-ĩpblỊ — [pbb]. I pal i r paal-Ị pbb Ị — |pab].[pab] . _ [pabỊ.ịpalỊ - ỊpaaỊ.ỊpblỊ J 37 [paa ]. Ị pbb ] — ị pab Ị .Ị pab Ị Trường hợp khu vực xây dựng cần thiết kế hai mặt phắng đi qja hai điểm chotrước, theo phương pháp dã biết ớ phđntrước chúng ta xác đmh hai mặt plìáníĩ với các độ đốc tươnạ ứng cùa chúng. Sau đó di tìm giao tuyèn của hai mặt phắng vừa tliiếl kế. Hai mặt pliắng lliiết kế di qua hai điếm cho trước, đồng thời đi qja một điếm chuns M,. khi dó chúng có các phương trình iươnẹ ứng : 7 . = ZM, + (XM, - x)i\ + (yM, - y)i\ /. = ZM, + (XNI, - x)i’\ + (yM, - y)i"v (ị. 1.38) Phương trình đường giao luyến của hai mặt pháng : (XM, - x)i\ + (yM, - y)i’> = (xM, - x)i'\ + (yM1 - y)i' (ị.l .39) Trên hán vẽ cần xác định tọa độ X của một điếm trên đường giao tuyến, đicin thú hai là đicm đã biếl, khi đó tọa độ y của nó xác định theo còn; thức: y = yM, + I 7 —“ (XMJ - X) (ị. 1.40) i’> - i"v 2. M ặt phẵng thiết kế đi qua hai điểm móc Hai điếm cho Irước có các tọa độ urơns ứng là (xMI; yMI; :M|) và (XM2- >'m:' zm;)- phẳng thiết kế cấn di qua hai điểm đó, lừ đó viếtđược z = c-xMI.i,-yMIiy z = c - xM2.ix" yM2iy 4.1.41) Qua hai điếm trên sc có một tạp hợp các mặt phắng với các dộ dic khác nhau. Theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất để xác định độ (ốc của mặt phang sc cho kết quà khối lượnc dào dắp nhỏ nhất. Sau khi giái hệ phương Irình (4.1.4 1) sc cho kết qu;i: 4.1.42, X: - XI Thay giá trị ix vào phương trình (4.1.41), nhận được: 212
  79. , • ( Z 2 - Z | ) + - Í . (y,-y,) c = z, + y,iy :— —±-L- (4.1.43) X: - X| hoặc c = (z'x: (4.1.44) X; -X| \: - Xi Sau khi thay giá trị ix, ỏ' phươnst rình(4.1.42) và c ở (4.1.43) nhận được: z = c - ix.x - iv.y (4.1.45) Phương trình rnặt phẳng thiết kế, đi qua hai điểm mốc có dạng : X = c - o ú v - [3 ( 4 .1 .4 6 ) Trong đó : a = +( y i (4.1.47) X 2 - Xi X; - XI (uUl*1ZSĨ!) + !?ilMìt (4.1.48) X2 — XI X2 ~ Xl Trường họp mặt phẳng đi qua n điểm cho trước, phương trình số hiệu chỉnh, hay là phương trình độ cao công tác có dạng: v’i = a Iiy + p i -H i,hii,u (4.1.49) Nếu kí hiệu : p, - H,",IÍ|W = 1, khi giải hệ phương trình (4.1.49) trong điều kiện [pvvỊ = min, với 1< Pi < 1, sẽ nhận được còn" thức tính độ dốc của mặt phắng iv = - - ^ (4.1.50) Ip.al 3. M ặt phổng thiết kế đi qua bia điếm mốc Giả sử có ba điểm với tọa độ clno trước là M,(X|,y,,z,), M2(x2,y^z2), và M;Ị(x,,y,,z,)- Cần phải xác định mái pliẳng đi qua bađiếm đó. Phương trình mặt phẳng đó phải tliòa mãn : c = X, + iv.x, + iv.y, c = x: + ix.x: + iv.y; c = X, + ix.x, + iv.y, (4.1.50) 213
  80. Từ các phương trình trên nhận được : z2 - z, = (x, - X2).ix + (y, - y2).iy z3 - z, = (x, - X3).ix + (y, - y3).iy (4.1.51) Sau khi biến đổi, nhận được: • = (z2 - Zi)(y, - y3) - (z3 - Zi)(y, - y2) ^ 1 52) Cxi - x 2)(y, - y3) - (xi - x 3)(y, - y2) . _ (Z3- Zl)(xi - X 2 )_(Z2 _ Z |)(X1 - X 3 ) (A 1 c-x\ v à i y — — (xi - x2)(y, - y3) ~~ (xi - X3)(yi “ y2) Dạng khác của công thức tính độ dốc mặt phẳng : y, (Z - z3) + y 2 (Z3 - Z|) + y3(zi - Zí) 2 (4.1.54) y,(x3- x2) + y2(xi-x3) + y3(x2-xi) _ y |( z 3 - Z ) + X2(Z|-Z3) + X3(Z2~Z1) 2 (4.1.55) y y,(x3-x2) + y2(x|-x3) + y3(x2_ xi) Sau khi tính độ dốc của mặt phẳng thiết kế theo công thức (4.1.55), thay vào công thức (4.1.50) tính được hệ số c của mặt phẳng. 4.1.5. Thiết kê độ cao mật phảng theo phương pháp tọa độ cực Mặt phẳng thiết kế được đặc trimg bằng tọa độ điểm gốc O(x0,y0,Z0) và độ dốc lớn nhất imax, cùng với hướng của nó a max(hình 4.5,a). Tọa độ điểm gốc lấy theo trọng tâm của mặt phẳng thiết kế _ _ TTthiểtkế 1 Z° = [pH 1 (4.1.56) ípl Tất cả các mặt phẳng thiết kế đi qua điểm tâm trên đều có khối lượng đào bằng, khối lượng đắp. Mặt phẳng thiết kế sẽ có khối lượng đào đắp nhỏ nhất khi hướng dốc nhất thiết kế imnx được chọn theo hướng dốc nhất của điạ hình. Mặt phẳng thiết kế đi qua điểm trọng tâm có dạng ựxn - x) + iy(y0 - y) + (z0 - z) = 0 (4.1.57) Độ dốc thành phần tính theo độ dốc lớn nhất iy = ima*sinamax (4.1.58) 214
  81. H(xn, yn, Zn) Thay (4.1.58) vào (4.1.57) nhận được: imaxc o s a max (x0 - x) + imaxsinamax(y0 - y) + (z0 - z) = 0 ( 4 . 1 . 5 9 ) Phương trình 4.1.59 là phương trình của mặt phẳng thiết kế biểu diễn thông qua điểm tâm o và độ dốc lớn nhất imax cùng với hướng a max của nó. Điểm nằm trong mặt phẳng thiết kế phải thỏa mãn phương trình: z = z0 + imaxCOSa m a x (x0-x)+ imaxsina m a x (y0 - y) (4.1.60) Từ hình 4.5,b cho thấy độ cao Hj,hiỄ'kê của điểm i nằm trong mặt phẳng thiết kế tính theo công thức: (4.1.61) Trong đó : ij = imax.cosPi, (4.1.62) Các công thức (4.1.61) và (4.1.62) là cơ sở để thiết kế mặt phẳng theo các phương pháp giải tích, đồ giải và giải tích kết hợp với đồ giải. Phương pháp đồ giải cho kết quả nhanh nhất và đảm bảo đủ độ chính xác cần thiết. 1. Phươĩig pháp giải tích trong thiết kế độ cao mặt phẳng Thiết kế mặt phẳng theo phương pháp giải tích thực hiện theo trình tự sau: 215
  82. - Tính tọa độ điểm trọng tâm của khu vực xây dựng cần thiết kế quy hoạch theo công thức: Xp,x, IPiYi *0 = — —; y0 = —- (4.1.63) IP i Ip , Trong đó : Pi - trọng số tính theo diện tích của các hình có độ cao tương ứng (hình 4.6). H ình 4.6. Sơ dồ thiết kế mặt pìĩẩmị theo phươní> pháp íỊÌải rích. - Tính độ cao thiết kế của điểm tâm o nằm trong khu vực xây dựng: X p ,H ! 1un íhiỏ'1 kế (4.1.64) ZPi Trong đó H ic" - độ cao địa hình của điểm i; Trọng số tính theo diện tích hình i, sao cho 0 < p, < 1. 216
  83. - Xác định độ dốc ]ớn nhất imax. Độ dốc được chọn sao cho thỏa mãn các yêu cầu kinh tế kĩ thuật của công trình, nếu không thì chọn theo hướng có độ dốc lớn nhất của địa hình. Khi dó khối lượng dào đắp sẽ nhỏ nhất. - Tính góc định hướng của các điểm chi tiết Iheo công thức: tga-^^-0- (4.1.65) Xi - Xo - Tính khoảng cách từ các điểm chi tiết tới điểmtâm: dì= (y,- y0)/sincti = l ị ũ -\())2-(y,-y0)' ị (4.1.66) - Tính độ cao thiết kế của các điểm chi tiết: Zi = Hì,hií,tó = Zo + i,d, (4.1.67) - Tính độ cao công tác của các điểm chi tiết: hj = Hịđó - Hjden (4.1.68) hoặc tính số hiệu chỉnh: V, = z, - H *" Trong đó : i = 1 - n. Số liệu thiết kế trên rất phù hợp khi tính với sự trợ giúp của máy tính, kết quả thể hiện dưới dạng các bảng tính. 2. Phưong pháp tọa độ cực trong thiết kế độ cao mặt phẳng Trình tự thiết kế mặt phẳng theo phương pháp tọa độ cực giải như sau (hình 4.7): - Xác định vị trí điểm tâm o khu vực xây dựng cần thiết kế và độ cao thiết kế của nó Hnhia,kí. - Chọn độ dốc thiết kế lớn nhất imnx và hướng a của nó. Hướng dốc nhất cúa mặt phẳng thiết kế thường chọn theo hướng dốc nhất của địa hình. - Xác định khoảng cách cỉ giữa các đường dồng mức dỏ, dựa trên khoảng cao đều cơ bản h theo lliiết kế, lnrớn? dốc nhất imaN vừa chọn và các đường đồng mức đen trên bíin võ. Trong hình 4.7 cao độ thiết kê được chọn H 0lhlé' ké = 101,60/77, trên CO' sở (ló ké c;íc đường vuông góc với hướng dốc nhất đã chon. 217
  84. Hình 4.7. Sơ đồ thiết kê'mặt phắnq theo phương pháp toạ độ cực. - Tính cao độ công tác các điểm chi tiết: hj = Hjlhift kí - Hịđcn (4.1.70) Khi thiết kế mặt phẳng cần giữ lại một vài điểm cho trước, thì phương pháp đồ giải sẽ cho khả năng thiết kế nhanh nhất, đủ độ chính xác cần thiết và mặt phẳng thiết kế tìm được là tối ưu nhất. Dưới đây là trình tự thiết kế mặt phẳng qua hai điểm cho trước: - Cho hai điểm A và B (hình 4.8,a). - Tính độ dốc hướng A-B theo đường thẳng A-B. - Chuyển độ dốc iA_B lên bản vẽ theo tỉ ]ệ. - Tại đầu độ dốc vừa vẽ, kẻ đường thẳng vuông góc với đường thẳng A-B. - Dựa theo địa hình, xác định độ lớn và góc a của hướng dốc nhất. - Chọn độ cao thiết kế HA,hiftkí của điểm A. Các bước tiếp theo làm tương tự như phần trên, với điểm A làm tâm. Thiết kế mặt phẳng qua hai điểm cho trước với độ dốc i0 theo yêu cầu (hình 4.9): 218
  85. H ìn h 4.8. Sơ đổ thiết kế mặt phung qua hai điểm cho trước Hình 4.9. Sơ dồ thiết kế mặt phang qua hai điểm cho trước với độ dốc in. Các bước làm tương tự phần trên, cho đến khi xác định được độ dốc iA.B của đường thẳng A-B trên bảnvẽ và độ cao thiết kế của điểm A với HAlhiếl kế. Sau đó từ điểm A vẽ vị trí các đường đồng mức thiết kế đi qua đường thẳng A-B, với độ dốc iA.B đã biết, xác định được các điểm j =1- n. Cũng trên đường thẳng A-B xác định vị trí các đường đồng mức với độ dốc thiết kế i0 theo yêu cầu, ví dụ i0 = 0,04, xác định được các điểm j ’ = 1’ - n \ Lấy điểm A làm tâm quay các cung với bán kính RAj. . Tại các điểm j kẻ đường tiếp tuyến với các cung có bán kính RAj, xác định được các điểm r = l ”-n” . Các đường thẳng j - j” là đường đồng mức thiết kế có độ dốc theo yêu cầu. 219
  86. Ví dụ. ‘A-B = 0,02, i g = 0,04 (hình 4.9). Trường hợp thiết kế mặt phẳng qua ba điểm cho trước (hình 4.10): - Tính độ dốc của các đường Ihẳng nối các điểm cho trước iAB, iAC và iK . - Thể hiện các độ dốc trên theo tí lệ tại điểm A. Hình 4.10. Thiết kể mật phang Điểm K là giao điểm của qua ha điểm cho trước. các đường vuông góc đi qua đỉnh các độ dốc. Đoạn AK là véctơ độ dốc mặt phẳng thiết kế cần tìm. - Xác định độ cao thiết kế tại điếm A là HA'hií'kê- Mặt phẳng thiét kế được xác định. 3. Phương pháp giải tích - đồ thị trong thiết kế độ cao mặt pìẳng Trình tự thiết kế như sau: - Xác định điếm trọng tâm khu vực cần thiết kế theo phươn' pháp đồ giải. Trên hình 4.1 1 là sơ đồ xác định điếm trọng tâm khu vực thết kế dựa theo các hình cơ bản là tam giác, hình vuông, hình thang. Xác đhh tọa độ các điểm trọng tâm i(X|,yj) và các trọng số tương ứngPị. Tọa độ dểm trọng tâm của khu vực xây dựng là tọa độ trung bình của các điểm trọn; tâm của các hình vừa tính, như phương pháp giải tích: £ x i-Pi * o = (4.1.71) IP, £ y ,-p, Yo (4.1.72) ZP- - Chọn véctơ độ dốc imax và hướng a mnx, sau đó biểu diễn lên bin vẽ theo tí lệ. (Hình 4.12). Ví dụ dộ dốc 0,01 tương ứng5cfíì. - Xác định hai vòng tròn đối xứns nhau có tâmo với bán kínl imax, trên hướng có độ dốc lớn nhất. Nối điểm o với các điểm chi tiết, xác lịnh được các cung dị, giới hạn bởi các đường tròn. Đó chính là độ dốc củi các mặt 2 2 0
  87. phẳng từ tâm điểm o đi các hướng điểm i, xác định theo phương pháp đồ giải. Theo phương pháp giải tích cũng có thể tính được các độ dốc d Hình 4.11. Sơ đổxóc (tịnh âiểììì trọnqtâm. i, = ‘nrnCOsícXi - a mJ. (4.1.73) - Xác định các thông số dị, ij theo phương pháp đồ giải, sau đó tính cao độ công lác của các điểm chi tiết: z, = = z0 + i,d, (4.1.74) Bàn vẽ thiết kế mặt phắng Ihưừng thực hiện trên bán dồ tí lệ lớn 1: 250, 1: 200, với khoáng cao đều cơ bán li = 0,2 hoặc ().]/;;. 221
  88. Hình 4.12. Sơ đồ thiết kế mặt phẳng theo phương pháp giải tích đồ giải. 4.1.6. Thiết kế độ cao mặt bàng xây dựng với các mặt phẳng 1. Phương pháp tọa độ cực Thông thường phải thiết kế nhiều mặt phẳng khác nhau trên địa hình phức tạp theo phương pháp giải tích - đồ giải. Có nhiều phương pháp thiết kế như phương pháp tọa độ cực, phương pháp mặt phẳng nằm ngang, phương pháp số bình phương nhỏ nhất, phương pháp đưcmg đồng mức Trình tự thiết kế theo phương pháp tọa độ cực như sau: - Trên bản đồ quy hoạch xác định số mặt phẳng thiết kế và tọa độ điểm trọng tâm của chúng theo các phương pháp đã biết ờ phần trên (hình 4.13). - Xác định điểm trọng tâm của hai mặt phẳng thiết kế, nằm trên đường ranh giới A-B. Điểm trọng tâm o chính là giao điểm của đường nối hai điểm trọng tâm hai mặt phẳng và đường ranh giới. - Xác định vị trí điểm tâm o . - Tính độ cao thiết kế: H0lhiíl kế = H,lhiílkf +a.i, = H2thiíl kế + (i - a)i2 (4.1.75) 2 2 2
  89. Hình 4.13. Sơ đồ thiết kế hai mặt phổng. Trong đó : Khoảng cách giữa tâm hai mặt phẳng tính theo công thức : Ị _ y2 ~y. _ X2 -X 1 (4.1.76) sin CXI—2 C0S(XI_2 Góc hợp bởi hai hướng dốc của hai mặt phẳng tính theo công thức: y2-yi tgai-2 = (4.1.77) X2~X| Tính ẩn số a, là khoảng cách điểm o o , : thiết kế TTthiếikế I / / — H 02 +(/“ ajl2 ẵ — (4.1.78) il + 12 Tọa độ điểm tâm tính theo công thức: x0 = Xo, + a.cosa,^ = x02 + (/ - a)cosa2_, y0 = y0i + a.sina ,.2 = y02 + (/ - a)sina2 (4 .1 .7 9 ) 2 2 3
  90. - Tại tâm o vừa xác định chuyển các véctơ độ đốc của hai mặt phẳng i, và i2 theo tỉ lệ. Nối hai điểm đầu N, M của hai véctơ. Từ tâm o hạ đường vuông góc tới NM, nhận được véctơ độ dốc đường giao tuyến của hai mạt phẳng là in = OK. Việc thiết kế hai mặt phẳng trên có thể thực hiện iheo phương pháp thứ hai, nhanh hơn mà vẫn đảm bảo độ chính xác yêu cầu: - Sau khi xác định được hai véctơ độ dốc i, và ii của hai mặt phắng thiết kế, tiếp theo xác định khoảng cách và vị trí của các đường đồng mức thiết kế lên bản vẽ (hình 4.14). Kẻ các đường dồng mức thiết kế vuông góc với đường độ dốc của các mặt phằng thiết kế tươne ứng. Nối giao điểm của các dường đồng mức thiết kế tương ứng sẽ nhận được giao tuyến A-B của hai mặt phàng thiết kế. Hình 4.14. Sơ dổ thiết kế hai mặt phẳiiiỊ theo pìiưưnạ pháp đườnạ đồiiíị mức. 2. Phương pháp mặt phẳng nằm ngang Trong quy hoạch độ cao khu vực có điện tích lớn như quáng trường, bến bãi, kho, khu nhà xưởnỉỊ v.v. thường thiết kế mặt pliẳnẹ nằm ngang. Mặt phang nằm nganỉỊ thiết kế pliái có cao (lộ di qua diểm Irọng tâm của bề mặt địa hình với cao độ tính theo cóng thức: (4.1.80) [p,l 224
  91. Độ cao điểm trọng tâm của mặt phẳng thiết kế có thể tính theo các phương pháp sau: 1. Khi đo cao tại tâm các ô vuông (hình 3.1), tính theo công thức: Y u đcn = (4.1.81) n Trong đó: Hjđen - độ cao đÌ2 hình điểm i, i - 1 - n; n - số ô vuông của khu vực thiết kế. 2. Khi đo cao tại đỉnh các ô vuông (hình 3.2), tính theo công thức: y nJ ỊT^n Hffốlkẽ = '(4.1.82) PÍ Trong đó: PiJ - trọng số tính theo số ô vuông của đỉnh. Các điểm có số ô vuông j = 1- 4, sẽ có trọng số tương ứng là 0,25, 0,50, 0,75 và 1,00. Theo cách tính trọng số trên, tổng trọng số [p] = N, N là số hình vuông. 3. Khi đo độ cao tại tâm các hình có diện tích khác nhau (hình 3.3), tính theo công thức: I p , + N Trong đó: p, - trọng số lấy theo diện tích của hình tương ứng p' = s Sj - diện tích hình không phải là vuông thứ j ; s - diện tích hình vuông; H,vden - cao độ đen của hình vuông; Hịđen - cao độ đen của hình không phải là vuông. Khối lương đào đắp tính theo công thức: - Trường hợp thứ nhất: đỏ' v = ì[h ììịvj_s (4.1.84) 225
  92. Trường hợp thứ hai: V = 0,25.[h?°] + 0»50.[hfĩổ] + 0,75.[hml + l.oo.th#] s (4ỉ 85) 2 Trường hợp thứ ba: v = £ P .h f + S Ẹ h?; i P i + N Trong đó: s - diện tích hình vuông; hjđò - cao độ thi công của các hình không vuông; hIvđó - cao độ thi công các hình vuông; N - số hình vuông. 3. Thiết kế mặt bằng tối ưu theo phương pháp số bình phương nhỏ nỉất Thực tế thiết kế cho thấy, vì điều kiện địa hình phức tạp nên khi thiít kế quy hoạch độ cao theo mặt phẳng, các phương trình bậc một sẽ cho kết quả khối lượng đào đắp không bằng nhau. Trong trường hợp này muốn đạt cược mục tiêu khối lượng đào đắp bằng nhau cần phải thiết kế mặt quy hoạch bậc hai. Mặt quy hoạch bậc hai có phương trình tổng quát như sau: Zj = a.Xị2 + b.Ỵị2 + c.Xị.y; + d.Xị + e.Ỵ; + f (4.1.87) Trong đó : Xj, y, - tọa độ điểm i trên mặt phẳng thiết kế; Zj - độ cao thiết kế của điểm i; a, b, c, d, e, và f - ẩn số của mặt thiết kế bậc hai. Bề mặt thiết kế phải gần với bề mặt địa hình hiện trạng nhất, khi đ> nó phải thỏa mãn điều kiện: [pvv] = min. Phương trình số hiệu chỉnh có dạng: Vị = hiđỏ = a.Xị2 + b.Ỵi2 + c.Xị.yị + d.Xị + e.y; + f - Zị (4.188) Khi giải hệ phương trình số hiệu chỉnh (4.1.88) theo điều íiện [pw] = min, sẽ nhận được các ẩn số a, b, c, d, e, và f của mặt thiết kê bậc hai. Sau đó sẽ tính được cao độ thi cống : hiđò = V., (4.189) 226
  93. Để kiểm tra cần phải tính: [px2v] = 0; [py2v] = 0; [pxy] = 0; [pxv] =0; [pyv] = 0; [pv] = 0. (4.1.90) Khi thiết kế theo mặt cong bậc hai, bề mặt thiết kế áp sát theo bề mặt địa hình hiện trạng, nhưng thường không đảm bảo điều kiện: ^min^ ^ ^ ^max Và R > R min (4.1.91) Khi muốn thỏa mãn điều kiện (4.1.91), cần phải thiết kế mặt bậc ba. Phương trình mặt bậc ba có dạng: z, = a.Xịlyr + b.Xị2 + c.yf + d.Xi2.yi + e.Xị.yr + í.Xi-Yi + g.Xị + h.Ỵị + k. (4.1.92) Khi giải hệ phương trình (4.1.92) gồm 9 ẩn số trong điểu kiện [p.v.v] m= in, sẽ nhận được mặt thiết kế bậc ba thỏa mãn điều kiện (4.1.91). 4. Thiết kế mặt quy hoạch độ cao theo đường đồng mức Khi thiết kế quy hoạch độ cao gặp các địa hình ' phức tạp, mức độ chia cắt địa hình lớn, thì nên áp 18,00 A dụng phương pháp đường 17,50 đồng mức là hiệu quả / 2 \ / \ 3 _ \/ 19 \ nhất. Bản chất của phương 17,00 L r & m I ị Ị pháp như sau: í I ■ T>!— 16.50 Trên nền bản đồ địa 1 1 hình, cần nghiên cứu khảo sát mức độ chia cắt địa 16,00 l^ ,: ' ằ - hình, độ dốc bề mặt rồi 9 ^ 2 4 i ■ u * 25 ! dựa theo yên cầu thiết kế 15,50 10 ' ' \ 12 kế sơ bộ thực hiện bằng tay \ 13 í 28 với bút chì và kinh nghiệm 14,50 - 29 t \* 14 của người thiết kế. Khi 1 vạch các đường đồng mức l 15 ỉ 30 1 14,00 —__ „ 31 ! thiết kế sao cho chúng 16 tương đối đồng dạng, cách B 13,75 D13.70 đều nhau và bám sát theo các đường đường đồng H ìn h 4.15. Thiết kế quy hoạch độ cao mức đen (hình 4.15). hằnq điíờnẹ đổng mức. 227
  94. Khi vẽ cần lưu ý: các đường đồng mức thiết kế nằm bên đrới đường đồng mức đen, theo chiều dốc của địa hình, là phần phải đắpVi' ngược lại đường đồng mức thiết kế nằm bên trên đường đồng mức đen là phần phải đào. Muốn cho khối lượng đào đắp bằng nhau thì sơ bộ vẽ sao ch) diện tích phần đào và phần đắp nhìn trên bản vẽ gần bằng nhau. Để xác định ranh giới đào đắp cẩn nối giao điểm của các đrờng đồng mức đỏ và đen (hình 4.15). Để thấy rõ độ cao thi công và giúp cho việc tính khối lượig đào đắp chính xác hơn, cần vẽ mặt cắt dọc phần đào và phần đắp, nơi có íộ cao đào đắp lớn nhất (hình 4.16). H ìn h 4 .1 6 . Mặt cắt dọc để tính khối lượng đào. 5. Thiết kế mặt nghiêng Trên khu vực xây dựng cần thiết kế quy hoạch mặt nghiêng với độ dốc theo yêu cầu (hình 4.17). Trên bản đồ thiết kế quy hoạch cần kẻ lưới ô vuông với ách thước 20-50m . Sau đó xác định độ cao các điểm trên lưới. Mặt nghiêngthiết kế sẽ có độ dốc đều cho trước. Thường theo mặt cắt dọc của khu vựcsí có độ dốc lớn nhất, theo mặt cắt ngang độ dốc bằng không. 228
  95. b) Mặt cát ngang a) Sơ đồ 250m Hđen Hdỏ ^Đào Hoẳp dư 1 3,70 2 3,70 3 3,70 4 3,70 5 3,70 3,704 45 47 +2 -20=3,50 -15 3,55 -10 3,60 17 3,97 +30 4,00 3,70 - = 1 « ■St í? 3,17 3 3,17 4 3,17 5 3,17 -25 2,92 2 ^ 7 - 3,10 +25 3,42 +35 3,52 3,186 3,17 52 60 +8 -20 * X 21 1,90 22 1,90 26 1,90 24 1,90 25 1,90 -5 -38 1,50 -20 1,70 +1(5 “2*00-*tJ 5. 2,05 +20 2,10 1,890 1,90 50 45 •s s 500m 30 1,30 29 1,60 28 1,60 27 1,60 > 1,60 -15 -30 1,27 -25 1,35 -20 1,80 +20 1,80 +40 \ o o 1,570 1,60 75 60 \ 31 1,37 32 1.37 33 1,37 34 1,37 35 1,37^ 0 -22 1,15 18 1,19 -15 1,22 +20 1,17 +35 1,72 1,370 1,37 55 55 4 ff 1 Ã 0 39 1,20 38 1,20 37 1,20 36 1,20 -3 -25 0,95 ' ^ 5 1,05 +10 1,30 +12 1,32 +15 1,35 1,194 1,20 40 37 > \ \ 41 1,07 42 1,07 43 1,07 44 1.07 45 1,07 1,084 1,07 40 17 +7 -25 0,82 -15 0 ,92 \ +8 1,15 +14 1,21 +25 1,32 íV \ 50 1,01 49 1,01 4 , K.01 47 1,01 46 1,01 1,018 1,01 57 60 +3 -32 0,69 -19 0,81 0 $ 5 +21 +39 1,40 -8 \ 1,22 \ 19,998 20,00 5,22 5,21 -1 7100 4500 1450 — — 13050 Đào — — 1450 4475 7100 13025 Đắp c) +7103 +4500 — 4475 7100 -25 Dư Mặt cắt dọc Hình 4.17. Sơ đồ thiết kế mặt nqlỉiênẹ. 229
  96. Trình tự thiết kế như sau: - Tính độ cao trung bình của địa hình theo các mặt cắt ngang: TTíĩcn Htbj = —— (4.1.93) n Trong đó: Hịj - độ cao đen của các điểm trên đỉnh của lưới ô vuông theo hàng ngang thứ j; n - số đỉnh của một hàng ngang trên lưới. Độ cao trung bình Hlbj tính tới mm, kết quả ghi vào cột l(hình 4.17). - Xác định độ cao thiết kế của các mặt cắt ngang, kết quả ghi vào cột 2. Khi xác định độ cao thiết kế của các mặt cắt ngang nên chọn độ cao thiết kế gần bằng độ cao trung bình tính ở công thức(4.1.93). Nếu điầu kiện này được đảm bảo sẽ cho kết quả khối lượng vận chuyển nhỏ nhất. Nhưng khi xác định độ cao thiết kế của các mặt cắt ngang cũng cần lưu ý độ dốc của mặt cắt dọc, không để tình trạng độ dốc mật cắt dọc bị đổi ngược chiều. Trên thực tế, theo mặt cắt dọc nên xác định trước độ dốc thiết kế, sao oho giá trị của nó gần bằng độ dốc của địa hình. Để khối lượng đào đỹí' xằn2 không cần thỏa mãn điều kiện: 'T = irỉ„,6iw, (4.1.94) ha- tiin hảng tm-> tổng cột 1 = tổng cột 2 . - Tính cao (lộ thi công của ^ác liiem chi tiết theo coiig thức: Hìdà-H idcn = h| (4.1.95) Trên sơ đồ là hàng trên trừ hàng dưới. V í dụ : 1 3,70 -0,20 3,50 Kết quả ghi lên sơ đồ và đồng thời cộng theo hàng rồi ghi lên bảng thh b. Lưu ý: với dấu dương (+) là phần đắp, dấu âm (-) là phần đào. - Khối lượng đào dắp tính theo công thức: vđà0= f h;đhoỊS vdắp = [h|dắp]S (4.1.96) 230
  97. Trong đó : s - diện tích ô vuông. - Kiểm tra theo các công thức: [Htbđcn] - [Hthiếl kí] = [h,dSpJ - [hjđà0] = ± [Sh] (4.1.97) Trong đó : [ôh]- tổng chênh lệch cao độ đào đắp Khi tính kiểm tra cần tính theo mặt cắt dọc và mặt cắt ngang (hình 4.17, b và c) Trên hình 4.18 là thiết kế quy hoạch mặt nghiêng với độ dốc mặt cắt ngang chọn là 0,3%- 4.2. QUY HOẠCH ĐỘ CAO QUẢNG TRƯỜNG 4.2.1. Đặc điểm quy hoạch độ cao quảng trường Quy hoạch độ cao quảng trường có những đặc thù riêng, tuỳ theo mục đích sử dụng, điều kiện địa hình cũng như đặc thù kiến trúc của cảnh quan xung quanh. Phụ thuộc vào diện tích, địa hình, điều kiện thoát nước mặt và các công trình kiến trúc xung quanh để tiến hành quy hoạch độ cao quảng trường. Khi tiến hành quy hoạch độ cao quảng trường cần đáp ứng các yêu cầu chung. Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang cần phải thỏa mãn: - Đảm bảo chuyển động cho các phương tiện giao thông trên quảng trường và từ các tuyến phố xung quanh khi đi qua quảng trường; - Đảm bảo các yêu cầu khi quy hoạch độ cao của các công trình xây dựng xung quanh; - Đáp ứng hiệu quả kinh tế tối ưu khi thi công quy hoạch độ cao quảng trường. Độ dốc trong quy hoạch quảng trường phụ thuộc điều kiện địa hình và yêu cầu thoát nước mặt. Độ dốc được chọn phải thỏa mãn imin < i < imax. Độ dốc giới hạn được quy định imin = 0,005 (hay 0,5%) _ Hmux Hmin mnx — ^ Trong đó: Hmin , Hmax - độ cao tối thiểu và độ cao tối đa cao độ nền công trình tới mặt đất tự nhiên của các công trình xây dựng xung quanh quảng trường; s - chiều dài công trình xây dựng. 231