Giáo trình thiết kế đường ô tô 2018

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................1
Chương 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ................................................5
1.1. TỔNG QUAN VỀ XE TRÊN ĐƯỜNG VÀ ĐƯỜNG Ô TÔ.........................................5
1.1.1. Vận tải, các hình thức vận tải.......................................................................................5
1.1.2. Xe trên đường ô tô........................................................................................................6
1.1.3. Đường ô tô - phân cấp đường ô tô................................................................................7
1.2. CÔNG TÁC KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ.................................................11
1.2.1. Khái niêm chung.........................................................................................................11
1.2.2. Các giai đoạn khảo sát thiết kế công trình..................................................................13
1.2.3. Các công việc cơ bản trong công tác khảo sát đường (học phần khảo sát thiết kế)........14
Chương 2. THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ..........................17
2.1. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG.........................................................17
2.1.1. Lực cản của xe trên đường.........................................................................................17
2.1.2. Lực kéo của xe - nhân tố động lực của xe..................................................................20
2.1.3. Sự hãm xe...................................................................................................................24
2.1.4. Đặc điểm sự chuyển động của ô tô trong đường cong nằm.......................................25
2.2. THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC TRÊN BÌNH ĐỒ...........................................26
2.2.1. Khái niệm chung........................................................................................................26
2.2.2. Bán kính đường cong nằm.........................................................................................27
2.2.3. Mở rộng và đoạn nối mở rộng mặt đường trong đường cong....................................30
2.2.4. Siêu cao và đoạn nối siêu cao.....................................................................................34
2.2.5. Đường cong chuyển tiếp.............................................................................................38
2.2.6. Tầm nhìn xe chạy- Đảm bảo tầm nhìn trong đường cong có bán kính nhỏ...............44
2.2.7. Phối hợp đoạn thẳng và đoạn cong trên bình đồ........................................................50
2.2.8. Trình tự công tác thiết kế trên bình đồ.......................................................................52
2.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC.........................................................................................53
2.3.1. Chọn độ dốc dọc của đường.......................................................................................53
2.3.2. Chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ...............................56
2.3.3. Đường cong nối dốc dọc............................................................................................56

2.3.4. Nguyên tắc và trình tự thiết kế trắc dọc.....................................................................60
2.4. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG...................................................................................65
2.4.1. Khái niệm chung........................................................................................................65
2.4.2. Bề rộng phần xe chạy - lề đường................................................................................66
2.4.3. Tĩnh không của đường - Dải đất dành cho đường......................................................68
2.4.4. Trình tự các bước thiết kế trắc ngang.........................................................................70
2.5. NÚT GIAO THÔNG.....................................................................................................71
1


2.5.1. Khái niệm...................................................................................................................71
2.5.2. Đường ô tô giao nhau cùng mức................................................................................72
2.5.3. Đường ô tô giao khác mức (Quy định trong TCVN 4054 - 05).................................74
2.5.4. Đường ô tô giao với các công trình khác...................................................................75
Chương 3. THIẾT KẾ NỀN, MẶT ĐƯỜNG VÀ THOÁT NƯỚC.....................................78
3.1. THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ..................................................................................78
3.1.1. Các yêu cầu chung đối với nền đường.......................................................................78
3.1.2. Cấu tạo nền đường......................................................................................................79
3.1.3. Tính toán ổn định nền đường.....................................................................................85
3.1.4. Cấu tạo gia cố taluy nền đường..................................................................................89
3.2.THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG.............................................................................................90
3.2.1. Yêu cầu chung, cấu tạo mặt đường............................................................................90
3.2.2. Tính toán cường độ mặt đường mềm.........................................................................95
3.2.3. Thiết kế cấu tạo mặt đường mềm theo tiêu chuẩn AASHTO...................................110
3.2.4. Tính toán kết cấu mặt đường cứng...........................................................................119
3.3. THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC NGẦM..............................................131
3.3.1. Hệ thống thoát nước mặt..........................................................................................131
3.3.2. Hệ thống thoát nước ngầm.......................................................................................137
Chương 4. THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐƯỜNG...........................................141
4.1. TRANG THIẾT BỊ AN TOÀN GIAO THÔNG TRÊN ĐƯỜNG..............................141

4.1.1. Biển báo hiệu............................................................................................................141
4.1.2. Vạch tín hiệu giao thông trên mặt đường.................................................................144
4.1.3. Cọc tiêu, lan can phòng............................................................................................147
4.1.4. Chiếu sáng................................................................................................................148
4.2. CÁC CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ.................................................................................150
4.2.1. Cây trồng..................................................................................................................150
4.2.2. Chỗ dừng xe buýt.....................................................................................................150
4.2.3. Bãi nghỉ và các bãi dịch vụ khác..............................................................................152
4.2.4. Trạm thu phí.............................................................................................................142
4.3. AN TOÀN PHÒNG HỘ, BẢO ĐẢM TIỆN NGHI VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG
TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC.....................................................................................155
4.3.1. Bố trí phòng hộ, bảo đảm an toàn giao thông phải theo các quy định sau:..............155
4.3.2. Thiết kế dẫn hướng...................................................................................................156
4.3.3. Báo hiệu giao thông trên đường cao tốc...................................................................157
4.3.4. Chống lóa mắt do pha đèn của xe chạy ngược chiều về ban đêm............................158
4.3.5. Chiếu sáng đường cao tốc........................................................................................158
4.3.6. Các cơ sở phục vụ trên đường cao tốc.....................................................................159
4.3.7. Các nội dung thiết kế cần phải đề cập khác.............................................................160
4.4. GIAO THÔNG THÔNG MINH.................................................................................161
4.4.1. Khái niệm.................................................................................................................161
2


4.4.2. Các lĩnh vực phát triển hướng đến...........................................................................162
4.4.3. Khái niệm ETC.........................................................................................................163
4.4.4. Hiệu quả của ETC....................................................................................................163
4.4.5. Kiểm soát giao thông với ITS..................................................................................164
4.4.6. An toàn giao thông với ITS......................................................................................165
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................167

3


Chương 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ
1.1. TỔNG QUAN VỀ XE TRÊN ĐƯỜNG VÀ ĐƯỜNG Ô TÔ
1.1.1. Vận tải, các hình thức vận tải
Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là động lực của sự phát
triển kinh tế, nó có vai trò quan trọng hàng đầu trong kết cấu hạ tầng và là mạch máu lưu thông
của đất nước.
Trong GTVT có nhiều ngành và mỗi ngành có một đặc trưng khác nhau:
Vận tải thủy: vận tải đường sông và vận tải đường biển. Ưu điểm là tiết kiệm được năng lượng
vận chuyển do đó chi phí vận chuyển rất rẻ, thuận lợi trong việc vận chuyển các loại hàng hóa cồng
kềnh từ khắp mọi nơi trên thế giới. Nhược điểm là tốc độ vận chuyển chậm, phụ thuộc vào đường
biển, các điều kiện sông ngòi, điều kiện thời tiết khí hậu.
Vận tải hàng không: ưu điểm là tốc độ cao, tiết kiệm thời gian vận chuyển. Nhược điểm là giá
thành cao. Hiện đang phát triển rất mạnh mẽ.
Vận tải đường sắt: ưu điểm là tốc độ vận chuyển khá cao, vận chuyển được hàng hóa khối
lượng lớn, và giá thành tương đối rẻ. Nhược điểm là không vượt được độ dốc lớn, đường vận
chuyển là cố định nên không cơ động.
Vận tải đường bộ: chủ yếu là đường ô tô, là một bộ phận rất quan trọng của ngành vận tải.
Đặc điểm:
- Có tính cơ động cao, vận chuyển trực tiếp không cần qua các phương tiện chuyển tải trung
gian, giao thông đường bộ có khả năng luồn lách đến tất cả mọi nơi mọi miền của đất nước, từ
vùng đồng bằng đến vùng miền núi xa xôi mà các hình thức giao thông khác không thể đến được
hoặc rất khó khăn tốn kém;
- Kinh phí xây dựng không quá cao so với các hình thức giao thông khác;
- Tốc độ vận tải khá lớn, nhanh hơn đường thủy, tương đương đường sắt, trên đường cao tốc
có thể chạy trên 100km/h nên trên các cự ly ngắn nó có thể cạnh tranh với đường hàng không;

- Cước phí vận chuyển trên đường bộ rẻ hơn rất nhiều so với đường hàng không nên lượng
hành khách và hàng hóa thường chiếm 80 - 98% về khối lượng hàng và 59 - 70% về khối lượng
vận chuyển;
- Nhược điểm chủ yếu của vận tải ô tô là tai nạn giao thông cao. Hiện tại nước ta là một trong
số những nước có số vụ tai nạn giao thông lớn thế giới, chính phủ đã và đang có những biện pháp
nhằm hạn chế tai nạn;
Vì ý nghĩa đó nên chúng ta cần nhanh chóng phát triển giao thông đường bộ nhằm thỏa mãn mọi
nhu cầu vận chuyển hàng hóa, nhu cầu đi lại của nhân dân, nhu cầu giao lưu kinh tế, văn hóa trong
mọi miền đất nước.
1.1.2. Xe trên đường ô tô
1.1.2.1. Các kích thước của xe thiết kế
Trên đường cao tốc chỉ cho phép xe ô tô lưu hành, còn trên đường ô tô theo tiêu chuẩn TCVN
4054: 2005 tất cả các loại xe, trừ xe bánh xích, được phép lưu hành do đó ngoài xe ô tô còn có các
4


loại xe như xe máy, xe đạp, bộ hành. Kích thước xe thiết được quy định như sau:
Bảng 1.1. Các kích thước của xe thiết kế (Kích thước tính bằng mét)
Loại xe
Xe con
Xe tải
Xe moóc tỳ

Chiều dài
toàn xe
6,00
12,00
16,50

Chiều rộng

phủ bì
1,80
2,50
2,50

Chiều
cao
2,00
4,00
4,00

Nhô về phía Nhô về phía Khoảng cách giữa
trước
sau
các trục xe
0,80
1,40
3,80
1,50
4,00
6,50
1,20
2,00
4,00 - 8,80

1.1.2.2. Lưu lượng xe thiết kế (xcqđ/nđ)
Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặt cắt
trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai. Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi đưa
đường vào sử dụng đối với các cấp I và II; năm thứ 15 đối với các cấp III và IV; năm thứ 10 đối
với các cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo. Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe

con lấy theo Bảng 1.2 (Bảng 2 TCVN 4054 - 2005)
Bảng 1.2. Hệ số quy đổi từ xe các loại ra xe con
Loại xe
Xe tải có
Xe tải có
Địa hình
Xe kéo moóc, xe
Xe đạp Xe máy Xe con 2 trục và xe buýt 3 trục trở lên
buýt kéo moóc
dưới 25 chỗ
và xe buýt lớn
Đồng bằng và đồi
0,2
0,3
1,0
2,0
2,5
4,0
Núi
0,2
0,3
1,0
2,5
3,0
5,0
Chú thích: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn
núi như sau: Đồng bằng và đồi  30 %; núi > 30 %.
Đường tách riêng xe thô sơ thì không quy đổi xe đạp.

Các loại lưu lượng xe thiết kế

Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (viết tắt là N tbnđ) có thứ nguyên
xcqđ/nđ (xe con quy đổi/ngày đêm).
Lưu lượng này được tham khảo khi chọn cấp thiết kế của đường và tính toán nhiều yếu tố
khác.
Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai viết tắt là N gcđ có thứ nguyên xcqđ/h
(xe con quy đổi/giờ).
Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượng dòng xe, tổ chức giao thông…
Ngcđ có thể tính bằng cách: khi có thống kê, suy từ N tbnđ bằng các hệ số không đều theo thời
gian; khi có đủ thống kê lượng xe giờ trong 1 năm, lấy lưu lượng giờ cao điểm thứ 30 của năm
thống kê; khi không có nghiên cứu đặc biệt dùng Ngcđ = (0,10  0,12) Ntbnđ.
Khi lựa chọn cấp hạng đường điều trước tiên mà ta nên quan tâm là chức năng hay tầm
quan trọng của con đường đồng thời có xét tới yếu tố địa hình, mỗi cấp có các tiêu chuẩn theo
địa hình để có giá thành xây dựng hợp lý. Chỉ tiêu về lưu lượng xe thiết kế chỉ để tham khảo
(chỉ tiêu này được mở rộng, không có cận trên) vì có nhiều trường hợp những tuyến đường có
chức năng quan trọng nhưng lượng xe không nhiều hoặc tạm thời không nhiều.
1.1.3. Đường ô tô - phân cấp đường ô tô
1.1.3.1. Đường ô tô
Đường ô tô là tổng hợp các công trình, các trang thiết bị nhằm phục vụ cho giao thông trên
5


đường và thường được thể hiện bằng 3 bản vẽ cơ bản:
a) Bình đồ: là hình chiếu bằng của tuyến đường trên địa hình, ngoài các yếu tố địa hình,
biễu diễn bằng đường đồng mức, tuyến đường trên bình đồ còn thể hiện các yếu tố sau:
- Điểm đầu, điểm cuối các điểm chuyển hướng của tuyến đường.
- Các góc chuyển hướng, giá trị góc chuyển hướng α...
- Các yếu tố đường cong tại điểm chuyển hướng.
- Các cọc lý trình, các vị trí công trình trên tuyến.
b) Trắc dọc: là hình chiếu mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đã duỗi thẳng. Trên mặt
cắt dọc thể hiện các yếu tố chủ yếu sau:

- Cao độ thiên nhiên theo tim tuyến, đường nối các cao độ này được gọi là đường đen,
- Cao độ thiết kế đường nối các cao độ này được gọi là đường thiết kế (đường đỏ). Đường đỏ
xác định bằng:
Độ dốc dọc thiết kế (tính phần trăm hay phần nghìn),
Chiều dài các đoạn dốc.
Đường cong nối dốc tại các vị trí đổi dốc và các yếu tố của đường cong đó.
Để xác định chiều cao thi công, dựa vào cao độ thiên nhiên và cao độ thiết kế tại một vị trí.
- Các công trình trên đường: vị trí cầu, cống, đường giao cắt…
c) Trắc ngang: hình chiếu các yếu tố của đường trên mặt chiếu thẳng góc với tim đường. Trên
mặt cắt ngang mặt đất tự nhiên thể hiện bằng đường đen, các yếu tố thiết kế mặt cắt ngang chủ yếu
là:
- Tim đường: là trục đối xứng của nền đường và mặt đường (trừ trường hợp trong đường cong
và có mở rộng một phía).
- Phần xe chạy (mặt đường): Là phần kết cấu gồm nhiều tang lớp vật liệu trực tiếp chịu tác
dụng của tải trọng xe cộ và các yếu tố thời tiết, là phần quan trọng nhất của đường. Phần xe chạy
có thể có 1 hoặc nhiều làn xe và mỗi làn có bề rộng được xác định tùy theo cấp đường.
- Nền đường: là nền tảng của phần xe chạy, lớp phía trên của nền đường cùng với áo đường
chịu tác dụng của tải trọng xe. Nền đường bao gồm chiều rộng phần mặt đường và lề đường (hay
bề rộng giữa hai vai đường).
- Lề đường: là phần nằm 2 bên của mặt đường có chức năng: giao thông bộ hành, nơi để vật
liệu khi duy tu và sửa chữa đường, nơi đỗ xe tạm thời, làn xe thô sơ, đi bộ… Lề đường có thể bao
gồm lề đất và có thể có cả lề gia cố.
- Mép mặt đường: là phần tiếp giáp giữa lề đường và mặt đường.
- Mái đường dốc nền đường: có 2 dạng mái đường dốc nền đường đắp và mái đường dốc nền
đường đào.

6


Hình 1.1. Các bộ phận cơ bản của đường

1- Phần xe chạy, 2- Lề đường, 3- Mái đường, 4- Hành lang an
toàn đường bộ, 5- Nền đường, 6- Tim đường, 7- Vai đường, 8Mép phần xe chạy, 9- Đỉnh mui luyện, 10- Dải phân cách, 11- Dải
đất hai bên đường bộ, dành cho quản lý, bảo vệ công trình đường
bộ, 12- Dấu hiệu phân làn, 13- Lề gia cố, 14- Rãnh dọc.
d) Các công trình trên đường:
- Các công trình thoát nước trên đường.
- Công trình vượt qua dòng nước.
- Các công trình khác trên đường: Hệ thống an toàn và tổ chức giao thông, cây xanh, chiếu
sáng, trạm nghỉ, trạm thu phí, nhà phục vụ bảo trì đường bộ...
1.1.3.2. Phân cấp đường ô tô
a. Phân cấp theo cơ quan quản lý đường: Mạng lưới đường ô tô quốc gia được phân thành:
+ Hệ thống đường Quốc lộ, nối các trung tâm kinh tế chính trị giao thông có ý nghĩa toàn
quốc
+ Hệ thống đường địa phương: đường tỉnh, đường huyện - đường xã, nối liền các trung tâm
kinh tế có tính chất địa phương như tỉnh, huyện, xã…
b. Phân loại đường theo TCVN: Theo tiêu chuẩn Việt Nam, đường ô tô được phân ra 2 loại:
+ Đường cao tốc: đường chuyên cho ô tô chạy, có 2 phần xe chạy riêng biệt (mỗi chiều có ít
nhất 2 làn xe), trong đó lại chia ra :
- Đường cao tốc loại A: tất cả các nút giao thông trên đường đều là khác mức;
- Đường cao tốc loại B: một số nút giao thông trên tuyến được phép giao bằng.
+ Đường ô tô: được dùng chung cho các loại phương tiện giao thông, trừ xe xích.
c. Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng và lưu lượng xe thiết kế:
Đường ô tô và đường cao tốc được phân ra các cấp tùy theo chức năng của con đường, theo
địa hình như chỉ dẫn trong bảng 1.3:
Bảng 1.3. Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng và lưu lượng xe thiết kế

Cấp thiết
kế của
đường
Cao tốc

Cấp I
Cấp II
Cấp III
Cấp IV
Cấp V

Lưu lượng xe
thiết kế*)
Chức năng của đường
(xcqđ/nđ)
> 25 000
Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá
> 15 000
lớn của đất nước. Quốc lộ.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá
> 6 000
lớn của đất nước. Quốc lộ.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn
> 3 000
của đất nước, của địa phương.Quốc lộ hay đường tỉnh.
Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng,
> 500
các khu dân cư. Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.
> 200
Đường phục vụ giao thông địa phương. Đường tỉnh, đường

7

huyện, đường xã.
Cấp VI
< 200
Đường huyện, đường xã.
*)
Trị số lưu lượng này chỉ để tham khảo. Chọn cấp hạng đường nên căn cứ vào chức năng của
đường và theo địa hình.

d. Các chỉ tiêu chủ yếu của từng cấp đường
- Vận tốc thiết kế (Vtk): Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ
yếu của đường trong trường hợp khó khăn. Tốc độ này khác với tốc độ cho phép lưu hành trên đường
của cơ quan quản lý đường. Tốc độ lưu hành cho phép, phụ thuộc tình trạng thực tế của đường (khí
hậu, thời tiết, tình trạng đường, điều kiện giao thông,...).
Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo điều kiện địa hình, xem Bảng 1.4 (Bảng 4 của TCVN
4054 - 2005).
Bảng 1.4. Tốc độ thiết kế của đường
Cấp thiết kế
Địa hình

I
Đồng
bằng

II
Đồng
bằng

III
Đồng
bằng

IV
Đồng
Núi
bằng

Núi

V
Đồng
bằng

VI
Đồng
bằng

Núi

Núi

Tốc độ thiết kế,
120
100
80
60
60
40
40
30
30

20
Vtk, km/h
CHÚ THÍCH: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi,
sườn núi như sau: Đồng bằng và đồi  30 %; núi > 30 %.

- Chiều dài tối thiểu của tuyến đường ứng với cấp đường: Các đoạn tuyến phải có một chiều
dài tối thiểu thống nhất theo một cấp. Chiều dài tối thiểu này đối với đường từ cấp IV trở xuống là
5 km, với các cấp khác là 10 km.
- Mặt cắt ngang: Chiều rộng tối thiểu của các yếu tố trên mặt cắt ngang đường được quy định
tuỳ thuộc cấp thiết kế của đường như quy định ở Bảng 1.5 (Bảng 6 TCVN4054-2005) áp dụng cho
địa hình đồng bằng và đồi, Bảng 1.6 (Bảng 7 TCVN4054-2005) áp dụng cho địa hình vùng núi.
Bảng 1.5. Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang
cho địa hình đồng bằng và đồi
Cấp thiết kế của đường
Tốc độ thiết kế, km/h
Số làn xe tối thiểu dành cho xe cơ
giới (làn)
Chiều rộng 1 làn xe, m
Chiều rộng phần xe chạy dành
cho cơ giới, m
Chiều rộng dải phân cách giữa1),
m

I
120

II
100

III

80

IV
60

V
40

VI
30

6

4

2

2

2

1

3,75
2x
11,25

3,75

3,50

3,50

2,75

3,50

2 x 7,50

7,00

7,00

5,50

3,5

1,50

0

0

0

0

3,00

3,50

3,00
2,50
1,00
1,00
1,50
(3,00)
(2,50)
(2,00)
(0,50)
(0,50)
Chiều rộng nền đường, m
32,5
22,5
12,00
9,00
7,50
6,50
1)
Chiều rộng dải phân cách giữa có cấu tạo nói ở điều 4.4 và Hình 1. áp dụng trị số tối thiểu khi
dải phân cách được cấu tạo bằng dải phân cách bê tông đúc sẵn hoặc xây đá vỉa, có lớp phủ và
không bố trí trụ (cột) công trình. Các trường hợp khác phải bảo đảm chiều rộng dải phân cách theo
quy định ở điều 4.4.
2)
Số trong ngoặc ở hàng này là chiều rộng phần lề có gia cố tối thiểu. Khi có thể, nên gia cố toàn
bộ chiều rộng lề đường, đặc biệt là khi đường không có đường bên dành cho xe thô sơ.
Chiều rộng lề và lề gia cố2), m

8

Bảng 1.6. Chiều rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang cho địa hình vùng núi
Cấp thiết kế của đường
Tốc độ thiết kế, km/h
Số làn xe dành cho xe cơ giới, làn
Chiều rộng 1 làn xe, m
Chiều rộng phần xe chạy dành cho xe
cơ giới, m

III
60
2
3,00

IV
40
2
2,75

V
30
1
3,50

VI
20
1
3,50

6,00

5,50

3,50

3,50

1,5
1,0
1,5
1,25
(1,0m)
(0,5m)
(1,0m)
Chiều rộng của nền đường, m
9,00
7,50
6,50
6,00
*)
Số trong ngoặc ở hàng này là chiều rộng phần lề có gia cố tối thiểu. Khi có thể, nên gia cố toàn
bộ chiều rộng lề đường, đặc biệt là khi đường không có đường bên dành cho xe thô sơ.

Chiều rộng tối thiểu của lề đường và
lề gia cố *), m

1.2. CÔNG TÁC KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ
1.2.1. Khái niệm chung
1.2.1.1. Công tác KSTK đường ô tô có những đặc điểm chính như sau:
- Công việc khảo sát và công việc thiết kế đường ô tô luôn luôn liên quan chặt chẽ với nhau,
khảo sát để phục vụ thiết kế, nhưng có nhiều phần việc phải có quyết định của thiết kế mới tiến

hành khảo sát được. Đặc biệt quá trình thiết kế tuyến hầu như phần lớn phải giải quyết trên thực
địa và có cắm tuyến thì mới giải quyết được các công việc tiếp theo như khảo sát địa hình, địa
chất, thủy văn… Trong khi đó muốn quyết định được tuyến về bình đồ, trắc dọc thì phải có
phương án về các công trình trên tuyến. Do vậy có thể thấy: đối với công trình đường ô tô công
tác khảo sát thiết kế trên thực địa là quan trọng. Đây là đặc điểm cho they công tác khảo sát thiết
kế đường ô tô khác với việc khảo sát thiết kế của các công trình xây dựng cơ bản khác. Nên
đơn vị khảo sát làm luôn nhiệmvụ thiết kế và đòi hỏi người làm công tác khảo sát phải có
nghiệp vụ giỏi mà còn phải có kiến thức chuyên môn tổng hợp, nắm được yêu cầu toàn diện về
tuyến đường thiết kế và còn nắm được thành tựu mới và khoa học công nghệ trong thiết kế xây
dựng và khai thác đường ô tô.
- Trong khảo sát thiết kế đường quá trình khảo sát đánh giá kinh tế và kỹ thuật luôn gắn liền
với nhau. Các giải pháp kỹ thuật thường được quyết định trên cơ sở cân nhắc về kinh tế, về hiệu
quả bỏ vốn ra trước mắt cũng như hiệu quả lâu dài khi khai thác sử dụng con đường. Đặc điểm
này yêu cầu người làm công tác KSTK đường phải thường xuyên quán triệt quan điểm kinh tế kỹ
thuật và các phương pháp so sánh phương án, phân tích hiệu quả kinh tế.
1.2.1.2. Công tác KSTK đường ô tô có những yêu cầu như sau:
+ Cần hiểu sâu sắc mối quan hệ giữa “người sử dụng đường - ô tô - môi trường bên ngoài đường”; trong quá trình KSTK cần biết rõ:
- Mối quan hệ giữa ”ô tô - đường”: mối quan hệ này quyết định các yêu cầu của xe chạy đối
với các yếu tố của đường nà ta cần thiết kế (thể hiện ở các tiêu chuẩn kỹ thuật đối các yếu tố của
tuyến đường);
- Mối quan hệ giữa ”môi trường bên ngoài- đường”; quan hệ này cho thấy ảnh hưởng của các
điều kiện thiên nhiên đến việc xác định vị trí tuyến trên thực địa, ảnh hưởng của điều kiện thiên
nhiên đến tính bền vững của công trình đường;
- Mối quan hệ giữa ”môi trường bên ngoài- người lái xe” quan hệ này nói lên ảnh hưởng của
môi trường xung quanh (gồm cả con đường) đến tâm lý người lái xe, do đó ảnh hưởng đến việc an
toàn chạy xe và tốc độ xe trên đường.
9


+ Cần nắm được các quy luật chạy xe trên thực tế khi trên đường có nhiều loại xe khả năng

chạy với nhiều tốc độ khác nhau, phải nắm được chuyển động của dòng xe, ảnh hưởng của điều
kiện đường đến chế độ chuyển động của dòng xe. Từ đó vận dụng để thiết kế các yếu tố của
đường, cũng như các cơ sở để đưa ra các biện pháp tổ chức giao thông kèm theo.
+ Cần nắm được phương pháp điều tra, dự báo nhịp độ phát triển về khối lượng vận chuyển;
hiểu biết sâu sắc các khái niệm và phương pháp luận về kinh tế xây dựng, quản lý khai thác
đường; nắm được các phương pháp so sánh, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các phương
án tuyến.
+ Về nghiệp vụ cần có kiến thức chuyên môn về công tác khảo sát thiết kế, nắm được các
phương pháp khảo sát vận dụng cho các loại địa hình, cho các cấp hạng kỹ thuật của đường.
1.2.1.4. Tầm quan trọng của khảo sát thiết kế
Khảo sát thiết kế là bước đầu xây dựng con đường. Nó quyết định hướng đi, chất lượng và khả
năng phục vụ của con đường sau này. Mục đích là tìm được một vị trí tuyến đường hợp lý, phù
hợp với các yêu cầu của nhiệm vụ đề ra đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Kinh tế: khối lượng ít, giá thành hạ
Tốt: xe chạy an toàn, êm thuận
Bền: phải phục vụ được lâu dài
Khi thực hiện dự án công trình đường ô tô chủ đầu tư phải bỏ ra một số vốn rất lớn, nếu khảo
sát thiết kế không tốt thì không những khả năng phục vụ tuyến đường giảm sút mà còn gây lãng
phí thi công và là một gánh nặng cho công tác bảo trì sau này.
Để công tác khảo sát thiết kế được tốt, điều chủ yếu trước tiên phải là quán triệt đầy đủ ý
nghĩa, mục đích, yêu cầu của tuyến đường. Phải so sánh, cân nhắc các phương án về kinh tế,
chính trị, quốc phòng và điều kiện thi công, khả năng sử dụng, điều kiện bảo dưỡng sau này.
Ngoài ra, khi khảo sát thiết kế phải chiếu cố thích đáng tới việc phát triển tương lai, tránh tình
trạng dùng tiêu chuẩn quá thấp để thỏa mãn yêu cầu trước mắt, nhưng cũng tránh tình trạng chỉ
chú ý tới tướng lai mà dùng tiêu chuẩn quá cao làm cho khối lượng lớn và giá thành cao.
1.2.2. Các giai đoạn khảo sát thiết kế công trình
1.2.2.1. Các giai đoạn khảo sát thiết kế công trình
a) Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát lập Báo cáo đầu tư xây dựng công trình và Dự
án đầu tư xây dựng công trình
Thu thập số liệu để lập báo cáo đầu tư xây dựng công trình (BCĐT) là thu thập những tài liệu

cần thiết để sơ bộ đánh giá về sự cần thiết phải đầu tư công trình, các thuận lợi và khó khăn, sơ bộ
xác định vị trí, quy mô công trình và ước toán tổng mức đầu tư, chọn hình thức đầu tư cũng như sơ
bộ đánh giá hiệu quả đầu tư về mặt kinh tế, xã hội của dự án.
Khảo sát để lập Dự án đầu tư xây dựng công trình (DAĐTXD CT) là khảo sát xác định các số
liệu tài hiện trường, thu thập các tài liệu, văn bản để xác định sự cần thiết phải đầu tư công trình,
lựa chọn hình thức đầu tư, xác định vị trí cụ thể, quy mô công trình, lựa chọn phương án công
trình tối ưu, đề xuất các giải pháp thiết kế hợp lý, tính tổng mức đầu tư và đánh giá hiệu quả đầu
tư về mặt kinh tế và xã hội của dự án.
Khảo sát đường ôtô nhằm phục vụ cho bước lập BCĐT và lập DAĐTXD CT, nếu dự án đầu tư
có quy mô thuộc nhóm đòi hỏi phải qua cả hai bước BCĐT và DAĐTXD CT thì công việc khảo
sát cũng phải tiến hành hai bước, nếu chỉ đòi hỏi một bước thì việc khảo sát chỉ tiến hành bước
10


DAĐTXD CT. Thực hiện lập BCĐT hay DAĐTXD CT do Chủ đầu tư quyết định theo "Quy chế
Quản lý đầu tư và Xây dựng" hiện hành.
b) Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật và khảo sát thiết kế bản vẽ thi
công
- Giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật (KSTKKT);
- Giai đoạn khảo sát thiết kế bản vẽ thi công (KSTKBVTC).
Trường hợp bước TKKT gắn liền với việc lập hồ sơ đấu thầu và bước TKBVTC lại do Nhà
thầu thực hiện thì việc khảo sát đường ôtô phải do cấp quyết định đầu tư phê duyệt.
+ Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật
Đo đạc, thăm dò, điều tra nghiên cứu kỹ các điều kiện tự nhiên: địa hình, địa chất, thủy văn,
vật liệu xây dựng... trong phạm vi dải đất bố trí phương án tuyến đã được phê duyệt ở giai đoạn
trước để tiến hành thiết kế kỹ thuật; cụ thể là thiết kế và cắm tuyến tại thực địa và quyết định vị trí
cũng như các giải pháp kỹ thuật chủ yếu đối các hạng mục công trình trên tuyến. Xác định đủ khối
lượng công tác và tiêu chuẩn sản phẩm của từng hạng mục công trình để lập hồ sơ đấu thầu, lập
tổng dự toán công trình, xác định rõ nhu cầu thiết bị, nhân lực, vật liệu, cơ sở thí nghiệm cho dự
án và lập tiến độ thi công tổng thể công trình.

+Mục đích nhiệm vụ của giai đoạn khảo sát thiết kế bản vẽ thi công
Đo đạc, thăm dò, điều tra nghiên cứu điều tra bổ sung một cách chi tiết các điều kiện tự nhiên:
địa hình, địa chất, thủy văn, vật liệu xây dựng..tại chỗ với từng đoạn tuyến, từng công trình cụ thể
để điều chỉnh các giải pháp kỹ thuật cho phù hợp và tính toán thiết kế chi tiết các hạng mục công
trình phục vụ cho thi công trên thực địa trên cơ sở tiêu chuẩn đã được phê duyệt ở giai đoạn trước.
1.2.2.2. Các bước thiết kế xây dựng công trình
Dự án đầu tư xây dựng công trình có thể gồm một hoặc nhiều loại công trình với một hoặc
nhiều cấp công trình khác nhau. Tùy theo quy mô, tính chất của công trình cụ thể, việc thiết kế
xây dựng công trình được thực hiện một bước, hai bước hoặc ba bước như sau:
a) Thiết kế một bước là thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình chỉ lập Báo
cáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình. Trường hợp này, bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹ
thuật và bước thiết kế bản vẽ thi công được gộp thành một bước và gọi là thiết kế bản vẽ thi công.
Đối với trường hợp thiết kế một bước, có thể sử dụng thiết kế mẫu, thiết kế điển hình do cơ
quan nhà nước có thẩm quyền ban hành để triển khai thiết kế bản vẽ thi công;
b) Thiết kế hai bước bao gồm bước thiết kế cơ sở và bước thiết kế bản vẽ thi công được áp
dụng đối với công trình quy định phải lập dự án. Trường hợp này, bước thiết kế kỹ thuật và bước
thiết kế bản vẽ thi công được gộp thành một bước và gọi là bước thiết kế bản vẽ thi công;
c) Thiết kế ba bước bao gồm bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản
vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án. Tuỳ theo mức độ phức tạp
của công trình, việc thực hiện thiết kế ba bước do người quyết định đầu tư quyết định.
Trường hợp thực hiện thiết kế hai bước hoặc ba bước thì thiết kế bước tiếp theo phải phù hợp
với thiết kế bước trước đã được phê duyệt.
1.2.3. Các công việc cơ bản trong công tác khảo sát đường (học phần khảo sát thiết kế)
1. Khảo sát tuyến. Những công việc tiến hành trong bước này gồm:
a. Công tác chuẩn bị.
11


b. Công tác khảo sát tuyến.
c. Khảo sát tuyến qua các khu vực đặc biệt.

d. Khảo sát các công trình liên quan đến tuyến.
e. Khảo sát các công trình thoát nước nhỏ.
g. Thu thập các số liệu để lập thiết kế tổ chức thi công và dự toán.
h. Lập các văn bản thoả thuận cần thiết.
i. Lập hồ sơ, tài liệu khảo sát.
2. Khảo sát thuỷ văn.
a. Đối với tuyến đường
b. Đối với công trình thoát nước
3. Khảo sát địa chất công trình
a. Khảo sát ĐCCT cho các loại nền đường
b. Khảo sát địa chất công trình cho cống
c. Khảo sát ĐCCT cho cầu nhỏ.
d. Khảo sát ĐCCT cho cầu trung và cầu lớn.
e. Khảo sát ĐCCT các mỏ VLXD
4. Hồ sơ khảo sát
(1) Thuyết minh chung về công tác khảo sát tuyến (trong đó chú ý đến những đoạn khó khăn,
những cục bộ phức tạp).
(2) Thuyết minh về khảo sát ĐCCT.
(3) Thuyết minh về khảo sát thuỷ văn.
(4) Thuyết minh về các mỏ VLXD.
(5) Bình đồ cao độ tuyến tỷ lệ 1/1000 - 1/2000 (có đầy đủ địa hình, địa vật, vị trí các mốc cao
độ, toạ độ...) vẽ theo hướng tuyến có gốc bên phía trái.
(6) Bình đồ cao độ các công trình trên tuyến, những đoạn khó khăn phức tạp, những vị trí giao
cắt giữa tuyến thiết kế với các đường khác v.v... (theo hướng tuyến chung)
(7) Hình cắt dọc tuyến tỷ lệ (1/1000 - 1/100 hoặc 1/2000 - 1/200 ) có mặt mặt cắt địa chất, có
các mức nước điều tra và mực nước tính toán theo tần suất quy định cho cấp đường.
(8) Hình cắt ngang tỷ lệ 1/200.
(9) Bản đồ tổng hợp các khu tụ nước.
(10) Bản tính lưu lượng, khẩu độ các công trình thoát nước nhỏ.
(11) Thống kê hệ cọc dấu, bảng thống kê toạ độ các cọc - nếu khảo sát theo toạ độ (để khôi

phục lại các cọc chủ yếu khi bị mất).
(12) Bình đồ duỗi thẳng vị trí các mỏ VLXD và dự kiến phân phối.
(13) Thống kê ruộng, đất bị chiếm.
(14) Thống kê nhà cửa và các loại công trình phải di chuyển.
(15) Thống kê khối lượng chặt cây,dẫy cỏ.
(16) Thống kê mốc cao độ, toạ độ và độ cao của lưới khống chế mặt bằng hạng IV và đường
12


chuyn cp 2.
(17) Thng kờ cỏc ng giao.
(18) Thng kờ cỏc loi cụng trỡnh thoỏt nc.
(19) Thng kờ cỏc v trớ (d kin) lm nh phc v khai thỏc.
(20) Thng kờ cỏc loi cc mc, cc tiờu, bin bỏo ó cú, cn thay th, b sung.
(21) To ng sn v cỏc im c bn ca ng cong N, T, TC, NC (nu cú).
CU HI ễN TP CHNG 1
Câu 1: Các cơ sở để phân cấp đờng ô tô? Đờng ô tô có những cấp nào?
Câu 2: Yờu cu i vi xe trờn ng ụ tụ?
Câu 3: Lu lng xe thit k l gỡ, cỏc loi lu lng xe, cỏch xỏc nh lu lng xe?
Câu 4: Trỡnh ni dung cỏc bn v c bn ca tuyn ng?
Câu 5: N ờu cỏc b phn ch yu trờn mt ct ngang ca ng?
Câu 6: Trỡnh by cỏc cn c phõn cp ng ụ tụ?
Câu 7: N ờu cỏc ch tiờu ch yu ca tng cp ng?
Câu 8: Nờu c im, yờu cu ca cụng tỏc kho sỏt thit k ng ụ tụ?
Câu 9: Nờu mc ớch nhim v ca giai on kho sỏt lp Bỏo cỏo u t xõy dng cụng
trỡnh v D ỏn u t xõy dng cụng trỡnh?
Câu 10: Nờu mc ớch nhim v ca giai on kho sỏt thit k k thut v giai on kho
sỏt thit k bn v thi cụng?
Câu 11: Cỏc bc thit k cụng trỡnh, iu kin ỏp dng cỏc bc thit k?

13


Chương 2

THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ
2.1. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG
2.1.1. Lực cản của xe trên đường
Chuyển động của ô tô trên đường là một chuyển động phức tạp: tịnh tiến trên đường thẳng,
quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao động khi chuyển động trên mặt
đường không bằng phẳng. Tất cả những đặc điểm chuyển động đó hiện nay chưa vận dụng hết vào
việc xác định các yếu tố tuyến đường. Ngoài ra, trình độ nghề nghiệp, tâm sinh lí của lái xe chưa
xét ở đây. Chúng ta chỉ xét một hệ đơn giản: Xe - Đường. Trong đó, xe được coi là một chất điểm,
có lực kéo của động cơ để thắng các lực cản trên đường, còn mặt đường được giả thiết bằng
phẳng, cứng và không biến dạng.
Khi xe chạy trên đường, động cơ phải tiêu hao năng lượng để khắc phục các lực cản trên
đường. Các lực cản khi xe chạy bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lực
cản leo dốc.

Hình 2.1. Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động
Pk - Lực kéo; Pf - Lực cản lăn; Pw - Lực cản không khí;
Pj - Lực cản quán tính; Pi - Lực cản leo dốc.
2.1.1.1. Lực cản lăn Pf
Khi xe chạy, tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực cản lăn. Lực này
ngược chiều chuyển động của xe, cản trở sự chuyển động của ô tô. Lực cản lăn sinh ra là do ma
sát giữa bánh xe với mặt đường, sinh ra do biến dạng của lốp xe và biến dạng của mặt đường, do
xe bị xung kích và chấn động trên mặt đường không bằng phẳng và do ma sát trong các ổ trục của
xe khi xe chạy.
Thực nghiệm cho thấy tổng lực cản lăn trên tất cả các bánh xe Pf tỉ lệ thuận với trọng lượng G
(kG) của ô tô:

Pf = f.G (kN)
Trong đó: G - tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô (kN);

(2.1)

f - hệ số cản lăn không thứ nguyên;
14


Pf - lực cản lăn (kN).
Hệ số sức cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tốc độ xe chạy và chủ yếu phụ thuộc
vào loại mặt đường (Bảng 1). Thường lấy f = 0,02 khi tính toán thiết kế các yếu tố hình học
đường.
Bảng 2.1. Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đường
Loại mặt đường
+ Bê tông xi măng

Hệ số f
0,01 - 0,02

và bê tông nhựa

Loại mặt đường

Hệ số f

+ Lát đá

0,04 - 0,05

+ Đất khô và bằngphẳng

0,04 - 0,05

+ Đá dăm đen

0,02 - 0,025

+ Đất ẩm và không bằng phẳng

0,07 - 0,15

+ Đá dăm

0,03 - 0,05

+ Đất cát rời rạc

0,15 - 0,30

2.1.1.2. Lực cản không khí Pw
Khi xe chạy, lực cản không khí gây ra do phản lực của khối không khí phía trước, do ma sát
của thành xe với không khí hai bên và do khoảng chân không phía sau ô tô hút lại.
Lực cản không khí khi được xác định theo công thức:
Pw = k.F.v2 = k.F.V2/13 ̣ (kN)

(2.2)

Trong đó:

Pw - Lực cản không khí (kN);
k - hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào mật độ không khí và hình dạng xe
(ô tô tải k = 0,06-0,07; ô tô bus k = 0,04 - 0,06; xe con k = 0,025 - 0,035);
F - diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô) (m2);
F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô m).
v - vận tốc tương đối của xe kể cả tốc độ gió, (m/s);
V - vận tốc xe chạy, (km/h).
2.1.1.3. Lực cản leo dốc Pi
Lực cản leo dốc sinh ra khi xe phải khắc phục một đoạn dốc (h 2.1). Giả thiết xe phải leo một
độ cao h trên một đoạn có chiều dài l (m), với trọng lượng của xe G (kN), xe phải sinh ra một công
phụ leo dốc là G.h. Vậy lực cản leo dốc được tính theo công thức:
Pi = h.G/l = ± G.i (kN)
(2.3)
Trong đó:
G - là tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô (kN);
Pi - Lực cản leo dốc (kN)
i - là độ dốc dọc của đường (%), có dấu dương khi xe lên dốc, âm khi xe xuống dốc.
2.1.1.4. Lực cản quán tính Pj
Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc. Bao gồm sức cản quán tính do chuyển động tịnh tiến của
ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô. Khi xe tăng tốc thì lực
quán tính ngược chuyển động của ô tô, cản trở chuyển động; khi xe giảm tốc, lực quán tính cùng
chiều chuyển động. Do đó ta có:
Pj = ± m.j (kG)
(2.4)
Trong đó:
m - khối lượng của ô tô (G/g);
15


g - là gia tốc trọng trường (9,81 m/s2);

j - là gia tốc của ô tô (dv/dt).
Vì ngoài chuyển động tịnh tiến xe còn có các chuyển động quay của các bánh xe, trục xe nên
phải nhân thêm hệ số kể đến quán tính quay δ = 1,03-1,07.
G dv
Pj  
(2.5)
g dt
Dấu dương ứng với trường hợp tăng tốc và dấu âm ứng với trường hợp giảm tốc.
2.1.1.5. Lực cản trên đường
Lực cản leo dốc và lực cản quán tính không phải luôn luôn có (trừ khi leo dốc hoặc trừ khi
thay đổi tốc độ). Còn lực cản lăn và lực cản không khí luôn có khi xe chạy. Do đó tổng hai lực cản
này còn có tên gọi là lực cản trên đường. Lực cản này có thể tính theo:
Đối với xe con và xe buýt : Pđ = 0,00453 G + 0, 000073 GV + 0, 000625 CFV²
Đối với xe tải: Pđ = 0,00345 G + 0, 0000653 GV + 0, 0004656 CFV²
Công thức trên theo giáo trình TKĐ tập 1/2006 của GS Đỗ Bá Chương với:
Pđ - lực cản trên đường là tổng của lực cản không khí và lực cản lăn, (kN);
G - tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô, (kN);
V- tốc độ xe chạy, km/h;
F - diện tích cản trở, có thể tính F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô m);
C- thông số lực cản không khí, xe con 0,40 - 0,50, xe tải 0,65- 0,70, xe buýt 0,60 - 0,70.
2.1.2. Lực kéo của xe - nhân tố động lực của xe
2.1.2.1. Lực kéo của xe
Nhiên liệu trong động cơ được chuyển hóa thành công năng có công suất hiệu dụng N, công
suất này tạo nên một mômen M tại trục khuỷu của động cơ. Giữa N và M có quan hệ như sau:
N=

M.w
(mã lực)
75

(2.6)

Trong đó: w - Tốc độ góc của trục khuỷu, có liên hệ với vòng số quay của động cơ n
(vòng/phút)
w =2πn / 60

Do đó, ta thiết lập được quan hệ như sau:
M =716,2

N
(kNm)
n

(2.7)

Trong đó: N- Công suất (mã lực);
w- Tốc độ góc của trục khuỷu;
n- Số vòng quay của trục khuỷu trong một phút.
Mô men tại trục khuỷu còn nhỏ và tốc độ quay còn lớn, muốn sử dụng cần phải qua hộp số để
tạo một mômen kéo đủ lớn Mk ở trục chủ động, mômen này sẽ sinh một ngoại lực (lực kéo P k ở
điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường) bằng về trị số và trái chiều với phản lực của đường T.

16


Hình 2.6. Quá trình sinh ra sức kéo của ô tô
1: Động cơ.
2: Ly hợp.
3: Hộp số.
4: Trục các đăng. 5: Cầu xe.

6: Bánh xe.
Lực kéo:
Pk =

M.i o .i k
Mk
� Pk =
.η
rk
rk

(2.8)

Trong đó:
M- Mômen quay của động cơ (kNm);
Mk- Mômen quay ở bánh xe chủ động (kNm);
ik - Tỉ số truyền của hộp số, thay đổi theo số cài của xe;
io - Tỉ số truyền của cầu số, phụ thuộc loại xe;
rk - Bán kính bánh xe phụ thuộc vào áp lực hơi trong lốp xe, loại lốp, tải trọng tác dụng lên
lốp, thưởng rk = (0,93÷0,96) r bánh xe khi chưa biến dạng.
η - Hiệu suất truyền động

 Ô tô bus:

η = 0,80 ÷ 0,85;
η = 0,80 ÷ 0,85;

 Xe con:

η = 0,85 ÷ 0,90.

 Ô tô tải:

2.1.2.2. Nhân tố động lực và biểu đồ nhân tố động lực
Sức kéo sinh ra là để khắc phục các sức cản như đã phân tích ở phần 2.1.1.
Ta sẽ có :
Pk = Pf + Pw + Pi + Pj
=> Pk - Pw = Pf + Pi + Pj
=> Pk - Pw = G.f ± G.i ±

δG dv
.
g dt

=> Pk - Pw = G.f ± G.i ±

δG dv
.
g dt

=>
Đặt D=

Pk -Pw
δ dv
�f±i± .
G
g dt

(2.9)

Pk -Pw
gọi là nhân tố động lực của ô tô, chính là tỷ số của hiệu số giữa lực kéo và lực
G

cản không khí với trọng lượng của ô tô:
17


δ dv
g dt

D �f±i± .

(2.10)

Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và vế phải biểu
diễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường.
Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác nhau của một loại ô
tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình 2.3).

Hình 2.3. Biểu đồ nhân tố động lực của xe TOYOTA Camry 2.4
Các vận dụng từ biểu đồ nhân tố động lực
- Xác định được vận tốc xe chạy đều thực tế lớn nhất khi biết tình trạng của đường. Khi xe
chuyển động đều, ta có dv/dt = 0 biểu thức (2.10) sẽ là D = f  i.
Khi từ D gióng sang ngang cắt biểu đồ tại hai điểm thì chỉ có điểm ở bên phải có giá trị ổn
định và dùng được để xác định V max thực tế. Trường hợp này thường được áp dụng cho các đường
cải tạo nâng cấp và khi tính toán khai thác đường.
- Xác định các điều kiện cần thiết của đường để đảm bảo một tốc độ xe chạy cân bằng yêu
cầu.

Khi xe chuyển động đều có D = f  i. Chọn một loại xe đặc trưng cho đoạn đường đang xét
(chiếm % lưu lượng lớn nhất) để có biểu đồ nhân tố động lực của loại xe đó. Có V dựa vào biểu đồ
nhân tố động lực suy ra D, căn cứ vào loại mặt đường có f  imax= D-f. Trường hợp này thường
được áp dụng cho việc thiết kế đường mới.
Trong quy phạm thiết kế đường, tương ứng với vận tốc thiết kế độ đốc dọc lớn nhất được quy
định tương ứng với từng cấp hạng kỹ thuật của đường.
Cũng theo phương pháp này có thể xác định khả năng khởi động ở chân dốc. Muốn khởi động
xe phải bắt đầu ở chuyển số I, lúc đó có Dmax và tính được gia tốc:

g
dv �
 D
 ( f �i ) �.
�
dt � max

(2.11)

Gia tốc đủ để khởi động được không nhỏ hơn 1,5m/s2.
18


- Xác định chiều dài cần thiết của đoạn tăng tốc, giảm tốc: Xe đang chạy với tốc độ cân
bằng v1 ứng với điều kiện đường D1= f1  i1 chuyển sang một tốc độ cân bằng mới v 2 có gia tốc
dv/dt khi có điều kiện mới D2=f2  i2 , vận dụng (2.10) ta có:

g
g
dv
  D  ( f �i) .  ( D  D ).

1
2 
dt

 v.dv
� ds  v.dt 
(D  D ) g
1
2
v
v
V 2 V 2
2
 2 v.dv
i 1 i
�S
 �ds  �
�
t, g
g v (D  D )
254( D  D
)
v
2
i
i 1
1
1 1

(2.12)

Viết theo biểu thức cuối có nghĩa là ta phân sự chênh lệch tốc độ ra nhiều phân tố rồi tổng hợp
dần lại. Từ đó có thể vẽ được biểu đồ vận tốc trên trắc dọc.
2.1.1.3. Lực bám của bánh xe với mặt đường
Tại bánh xe chủ động mô men M k tác dụng lên mặt đường lực kéo P k và theo định luật III
Newton mặt đường tác dụng trở lại bánh xe một lực T theo phương ngang cùng phương, ngược
chiều và cùng độ lớn với P k. Nhờ có T mà điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường trở thành tâm
quay tức thời của bánh xe, giúp cho xe chuyển động được, ta gọi T là lực bám của bánh xe và mặt
đường. Trong quá trình vận chuyển nếu gặp phải chỗ mặt đường ẩm ướt; trơn trượt thì bánh xe có
thể bị trượt hay quay tại chỗ vì lực bám giữa bánh xe với mặt đường không đủ.
Khi ô tô đang chuyển động thì có các lực tác dụng lên bánh xe chủ động và bị động.
Về bản chất: T là lực ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường, nó phụ thuộc vào:
+ Áp suất hơi của bánh xe, tính chất bề mặt tiếp xúc của bánh xe;
+ Tính chất bề mặt tiếp xúc của mặt đường (ráp hay nhẵn, trơn);
+ Tình trạng mặt đường (khô, sạch hay ẩm, bẩn).
Điều kiện chuyển động của xe trên đường là lực kéo của xe phải thắng được lực cản và lực
bám giữa bánh xe và mặt đường phải đủ.
Thực nghiệm ta có công thức tính lực bám là:

Tmax = φ.Gk

(2.13)

Gk là thành phần trọng lực tác dụng lên trục chủ động
Xe con: Gk = (0.5 - 0.55)G
Xe tải: Gk = (0.65 - 0.7)G
φ: là hệ số bám của bánh xe với mặt đường.

Bảng 2.2. Các giá trị hệ số bám dọc φ
Tình trạng mặt đường

Khô sạch
Khô sạch
ẩm và bẩn

Điều kiện xe chạy
Rất thuận lợi
Bình thường
Không thuận lợi

Hệ số bám
0,7
0,5
0,3

2.1.1.4. Điều kiện chuyển động của xe
19


Điều kiện để xe chuyển động là:

Pk ≥ ΣPcản

Và xe lăn không trượt thì:

Pa < Tmax = φ.Gk

Ta sẽ có :

Pk ≥ Pf + Pω + Pi + Pj

=> Pk - Pω ≥ Pf + Pi + Pj
G dv
=> Pk - Pω ≥ G.f ± G.i  
g dt
G dv
=> Pk - Pω ≥ G.f ± G.i  
g dt
Pk  P
 dv
 f i 
=>
D
g dt
Vậy điều kiện xe chạy:
T  Rk Gk   Rk
 dV
Db 

 f i  
G
G
g dt

(2.14)

(2.15)

2.1.3. Sự hãm xe
Khi hãm xe người lái ấn chân lên bàn đạp phanh, qua truyền chuyển động áp lực làm mở các
vành hãm tác dụng vào bánh xe. Bánh xe lúc đó bị gắn chặt vào trục, không quay được và trượt ở

trên mặt đường. Lực hãm lớn nhất cũng phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đường có
trị số:

Ph = Tmax = G. φ
Trong đó: φ - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, thường lấy φ = 0,3;
G- trọng lượng toàn bộ xe.
Lúc này tất cả các lực cản đều tham gia vào quá trình hãm xe. Lực cản không khí nhỏ không
đáng kể xe chạy chậm, lực cản lăn nhỏ so với lực hãm về bản chất cũng là lực ma sát, đãng kể là
độ dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4%, chiều dài hãm phanh cũng tăng lên đáng kể.
Ta có:
Ph = Tmax + Pi = G. φ + G.i = G.(φ ± i),
Dấu cộng khi xe lên dốc, dấu trừ khi xe xuống dốc.
Khi xe chuyển động với vận tốc v1 (m/s) sau hãm chạy với vận tốc v2 (m/s), theo nguyên lý
bảo toàn động năng trên đoạn chiều dài hãm xe Sh ta có:
Sh. (Tmax + Pi) = (v1² + v2² ) m/2
G.(φ + i).Sh = (v1² + v2² ) G/2.g
- Chiều dài hãm phanh được xác định theo nguyên lý động năng:
Sh 

K (v12  v22 )
254( �i )

(2.16)

Nếu vận tốc tính bằng km/h ta có:
Sh 

K (V12  V22 )
(m)
254( i )

(2.17)

Trong đó:
K - hệ số hãm phanh, xác định tùy vào loại xe; (xe con: K = 1,2; xe tải: K = 1,3 ÷ 1,4)
V1 - vận tốc xe chạy trước khi hãm (km/h).
V2 - vận tốc xe chạy sau khi hãm (km/h).
φ - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, thường lấy φ = 0,3.
i - độ dốc dọc của đường (%), lấy dấu cộng khi xe lên dốc, dấu trừ khi xe xuống dốc.
Trong trường hợp hãm xe dừng hẳn V1 = V, V2 = 0, khi đó ta có:
20


Sh =

KV 2
(m)
254( ±i)

(2.18)

2.1.4. Đặc điểm sự chuyển động của ô tô trong đường cong nằm
Khi chuyển động trong đường cong ngoài việc khắc phục các điều kiện như trên đường thẳng,
xe còn phải chịu thêm những điều kiện bất lợi:
- Xe phải chịu thêm lực ly tâm, đặt ở trọng tâm của xe, theo phương bán kính, chiều hướng ra
ngoài đường cong. Lực có xu hướng đẩy xe về phía lưng đường cong và được xác định theo công
thức:
mv 2 Gv 2

F=

;
R
gR

(2.19)

Trong đó:
G - Trọng lực của xe ô tô, kN;
V - Tốc độ xe chạy, m/s;
R- Bán kính đường cong trên bình đồ, m;
g - Gia tốc trọng trường được lấy bằng 9,81m/s2.
Lực ly tâm có thể gây lật đổ xe, trượt ngang, làm cho việc điều khiển xe khó khăn, gây khó
chịu cho hành khách, làm hư hỏng hàng hóa. Làm tiêu hao nhiên liệu, mòn săm lốp.
- Khi xe chạy trong đường cong, chiếm đường nhiều hơn ở ngoài đường thẳng. Vì vậy, để cho
xe chạy đảm bảo các điều kiện về khổ động học bề rộng mặt đường trong đường cong phải lớn
hơn bề rộng mặt đường ngoài đường thẳng.
- Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhìn, nhất là khi bán kính đường cong nhỏ, ở
đoạn đường đào. Tầm nhìn ban đêm của xe trong đường cong bị hạn chế vì đèn pha chiếu thẳng
trên 1 đoạn ngắn hơn.
2.2. THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC TRÊN BÌNH ĐỒ
2.2.1. Khái niệm chung
Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường lên địa hình. Trên bình đồ thể hiện tuyến đường
là đường nối giữa các điểm tim đường (các điểm nằm giữa nền đường hoặc giữa phần xe chạy). Vì
phải tránh các chướng ngại vật, tuyến đường gồm nhiều đoạn thẳng, chuyển hướng ở các đỉnh. Ở
các chỗ chuyển hướng, để đảm bảo xe chạy êm thuận, người ta phải nối tiếp bằng các đường cong.
Trên bình đồ cao độ mặt đất thiên nhiên được biểu diễn bằng các đường đồng mức, vị trí tuyến
đường thì được xác định trên bình đồ nhờ các yếu tố sau:
Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên αo;
Các điểm chuyển hướng Đ1, Đ2, Đ3… gọi là các đỉnh đường cong;
Các góc chuyển hướng α1, α2, α3 … tại các đỉnh;

Chiều dài các đoạn thẳng;
Các yếu tố của đường cong (đường cong tròn và đường cong có bán kính thay đổi).
Khi cắm tuyến trên thực địa tất cả các yếu tố trên được đánh dấu bằng các cọc cùng với các
cọc đánh dấu lý trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc H), các cọc đặt ở những chỗ địa hình thay
đổi gọi là cọc địa hình, ngoài ra còn các cọc tại vị trí bố trí công trình và các cọc chi tiết.
Từ những đặc điểm bất lợi ở trên, công tác thiết kế bình đồ ngoài việc lựa chọn vị trí tuyến
trên địa hình. Công việc tiếp theo là bố trí đường cong chuyển tiếp giữa hai đoạn tuyến qua điểm
chuyển hướng của đường thẳng. Trên đường ô tô tại các vị trí chuyển hướng đường cong thường
21


có các dạng sau:
- Đường cong tròn;
- Đường cong tổng hợp gồm: đường cong chuyển tiếp và đường cong tròn;
- Đường cong quay đầu.
Nội dung thiết kế yếu tố hình học trên đường cong nằm
Tính toán lựa chọn bán kính đường cong tròn;
Tính toán và bố trí mở rộng mặt đường trên đường cong;
Tính toán và bố trí siêu cao của mặt đường trên đường cong;
Tầm nhìn và kiểm tra tầm nhìn;
Phối hợp giữa đường thẳng và đường cong trên bình đồ.
2.2.2. Bán kính đường cong nằm
2.2.2.1. Bán kính tối thiểu
Khái niệm: Bình đồ tuyến đường nếu điều kiện địa hình cho phép, người thiết kế luôn tìm
cách phóng tuyến thẳng để cho xe chạy được an toàn êm thuận, trường hợp địa hình hạn chế (đồi,
núi hoặc gặp vật chướng ngại) thì tuyến phải được chuyển hướng bám địa hình theo các đỉnh, nối
giữa các cánh tuyến của đỉnh đó là đường cong có bán kính R:
+ Nếu đường cong có R lớn thì đảm bảo cho xe chạy an toàn, êm thuận về kỹ thuật;
+ Nếu đường cong có R nhỏ đường bám sát địa hình, điều kiện an toàn xe chạy bị hạn chế
nhiều.

Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất đảm bảo cho xe chạy an toàn tối thiểu cho phép theo vận
tốc thiết kế yêu cầu (theo cấp đường) gọi là bán kính tối thiểu (ký hiệu Rmin).
Xác định bán kính tối thiểu:Xét trường hợp xe có trọng lực G, vận tốc v chạy vào đường cong
có bán kính R, mặt đường nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α, (độ dốc ngang mặt
đường in); theo hình vẽ (hình vẽ 2.4) ta có:
+ Trọng lực bản thân của xe G có phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống;
+ Lực ly tâm F có phương nằm ngang, chiều có xu hướng kéo xe về phía lưng đường cong.
Để xét ảnh hưởng của các lực đến điều kiện xe chạy, ta tiến hành tổng hợp các lực tác dụng tại
trọng tâm của xe theo phương song song với mặt đường.

y'
Gsin α

Fsinα

G

y

R

Fcos α

F

Gcos α

i
α
Hình 2.4. Xe chạy trong đường cong có bán kính R

Hợp lực theo phương song song với mặt đường (Lực ngang Y):
22


Y  F cos  mG sin 
Gv 2
Y
cos  mG sin 
gR

(2.20)

Trong đó:
Y- là lực ngang;
F- lực ly tâm;
G- trọng lực;
α - góc nghiêng mặt đường với đường nằm ngang.
Dấu của công thức (2.20): dấu cộng ”+” trường hợp cấu tạo mặt đường hai mái xe trên làn
phía lưng đường cong; dấu trừ ”-” cấu tạo toàn bộ phần xe chạy của mặt đường nghiêng một mái
hướng tâm đường cong cấu tạo mặt đường có siêu cao.
Vì α nhỏ nên: cosα  1, sinα  tgα = in độ dốc ngang mặt đường. Thay vào (2.20) ta có:
Y 

Gv 2
mG �
in
gR

Chia cả hai vế của biểu thức trên cho G ta có:

Đặt

(2.21)
Y v2

misc
G gR

Y
μ : Hệ số lực ngang. Ta có công thức tính bán kính đường cong nằm:
G
v2
R
g (  �isc )

(2.22)

Chuyển v có thứ nguyên (m/s) sang V có thứ nguyên (km/h) và g = 9,81m/s 2, công thức (2.22)
có dạng:
R

V2
, (m)
127(  �i sc )

(2.23)

Trong đó:
V- Tốc độ xe chạy tính toán (km/h) được xác định đối với từng cấp đường;
in- Độ dốc ngang của mặt đường (%);

μ - Hệ số lực ngang.
Xác định hệ số lực ngang: được xác định theo điều kiện: ổn định chống lật; chống trượt ngang
của xe chạy trong đường cong; đảm bảo thoải mái, êm thuận cho hành khách trên xe khi xe chạy
vào đường cong và điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp xe.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi hành khách trên xe ô tô vào đường cong có hệ số μ khác
nhau nhận thấy:
- Nếu μ ≤ 0,10: không cảm thấy có đường cong;
- Nếu μ = 0,15: hơi cảm thấy có đường cong;
- Nếu μ = 0,20: cảm thấy đang đi vào đường cong và hơi khó chịu;
- Nếu μ = 0,30: cảm thấy người như dạt về một bên và xe như sắp bị lật đổ.
23


Kết luận: tiêu chuẩn Việt Nam chọn μ khi tính toán Rmin : μ = 0,15.
Vận tốc xe chạy: đối với từng cấp đường là vận tốc thiết kế của cấp đường đó.
Theo TCVN 4054 2005 bán kính đường cong nằm được phân ra các loại như sau:
gh
+ Bán kính tối thiểu giới hạn Rmin : Là bán kính nhỏ nhất, không có trường hợp nào nhỏ hơn,

áp dụng trong trường hợp khó khăn, khi đó mặt đường phải bố trí nghiêng thấp về phía bụng
đường cong có trị số lớn nhất iscmax (E siêu cao).
Từ công thức (2.23) xảy ra dấu cộng (+), ta có:
gh
min

R

V2

,m

127(   iscmax )

(2.24)

Trong đó:
V- Tốc độ tính toán, km/h;
iscmax- Độ dốc siêu cao lớn nhất của mặt đường,%;
μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,15.
tt
+ Bán kính tối thiểu thông thường Rmin Là trị số bán kính nhỏ nhất khuyên dùng trở lên, khi đó

mặt đường được bố trí siêu cao, ta có:
tt
min

R

V2

,m
127(   isc tt )

(2.25)

Trong đó:
V- Tốc độ tính toán cộng thêm 20, km/h;
isctt - Độ dốc siêu cao thông thường của mặt đường : isctt = iscmax - 2%;
μ - Hệ số lực ngang.
tt
+ Bán kính tối thiểu không làm siêu cao Rmin Là bán kính nhỏ nhất không làm siêu cao, mặt

đường 2 mái.
osc
min

R

V2

,m
127(   in )

(2.26)

Trong đó:
V- Tốc độ tính toán, km/h;
in - Độ dốc ngang của mặt đường ,
μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,08.
2.2.2.2. Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô Việt Nam 4054 : 05 quy định Rmin
Bảng 2.3. Bán kính đường cong nằm tối thiểu
Cấp đường

I

II

VTK(km/h)

120

100

III
80

IV
60

60

V

VI

40

40

30

30

20

60
125

60
125

30
60

30
60

15
50

Bán kính đường cong nằm (m)
- Tối thiểu giới hạn
- Tối thiểu thông thường

650
1000

400
700

250
400

125
250

125
250

24

- Tối thiểu không siêu cao

5500 4000 2500 1500 1500

600

600

350

350

250

Khi thiết kế bình đồ chọn bán kính cho phù hợp với địa hình và cố gắng cải thiện điều kiện xe
chạy trên đường:

Nếu điều kiện địa hình thuận lợi chọn R càng lớn càng tốt;
Nếu điều kiện địa hình tương đối thuận lợi chọn R từ tối thiểu thông thường trở lên;
Nếu điều kiện địa hình đặc biệt khó khăn chọn R từ tối thiểu giới hạn trở lên.
2.2.3. Mở rộng và đoạn nối mở rộng mặt đường trong đường cong
2.2.3.1. Khái niệm: Khi xe chạy trên đường thẳng, quỹ đạo chuyển động của bánh xe ở 2 trục
trước và sau của xe là như nhau, nhưng khi xe chạy vào đường cong thì quỹ đạo chuyển động của
các bánh xe là các đường cong khác nhau, bánh ngoài của trục trước chuyển động với quỹ đạo có
bán kính lớn nhất, bánh xe trong của trục sau chuyển động với quỹ đạo có bán kính nhỏ nhất, vì
vậy xe chạy trong đường cong sẽ chiếm một phần mặt đường nhiều hơn so với khi xe chạy trong
đường thẳng.
Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong cũng như trên đường thẳng và để đảm bảo an
toàn khi xe tránh nhau, ở những đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy.

2.2.3.2. Công thức tính
Để xác định độ mở rộng ta đặt xe trong điều kiện bất lợi như hình vẽ.

A'

e1

D'
C'

e2

A
D
C

O
Hình 2.5. Sơ đồ xác định độ mở rộng mặt đường trong đường cong nằm
- Tính e2 :

e 2 R 

R 2  L2

Trong đó:
DC = L là chiều dài từ trục sau xe tới đầu xe (m);
AD = e2 là chiều rộng cần mở rộng thêm của 1 làn xe (m);
OA = OC = R bán kính đường cong nằm.
B


- Tính e1: e1  R   
2


2

B

2
R    L
2


Trong đó:
25