ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ

Phần I:
THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO THÔNG LẬP THỂ
NÚT GIAO PHÚ THƯỢNGSV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
1
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
CHƯƠNG I : THIẾT KẾ TỔ CHỨC NÚT GIAO THÔNG
PHÚ THƯỢNG
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:
- Thiết kế sơ bộ một nút giao lập thể.
- Thiết kế tổ chức giao thông trong nút.
- Tính toán sơ bộ cho kết cấu cầu trong nút giao.
- Giải pháp bố trí kết cấu phụ trợ trên cầu.
1.1. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO
Dự án xây dựng cầu Nhật Tân trên đường vành đai II thành phố Hà Nội có chiều dài
8.45km. Dự án bắt đầu tại khu vực phường Phú Thượng-Quận Tây Hồ, vượt qua sông
Hồng, giao với đường quốc lộ 5 kéo dài tại xã Vĩnh Ngọc và đi tiếp tới điểm cuối nối vào
đường QL 3.
Nút giao Phú Thượng là giao cắt giữa đường dự án cầu Nhật Tân với đường đê Hữu
Hồng hiện tại. Ngoài ra nút giao còn có mối liên hệ với đường nội bộ khác gồm đường Tổ
45 cụm 7 phường Tây Hồ, đường nội bộ của khu đô thị Nam Thăng Long( Caputa) và
đường dọc theo đê Hữu Hồng.
1.2. SỰ CẦN THIẾT PHẢI THIẾT KẾ LẠI NÚT GIAO
1.2.1. Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức
- Đảm bảo an toàn cho xe chạy trong nút do đã triệt tiêu hoàn toàn các xung đột nguy
hiểm ( giao cắt) của các luồng xe ra vào nút.
- Tăng khả năng thông xe của nút giao thông do không có giao cắt của các luồng xe.

1.3.3. Xác định quy mô đường giao nhau.
1.3.3.1. Xác định cấp hạng đường giao nhau ( vận tốc thiết kế).
Xác định cấp hạng đường căn cứ vào lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai,
lưu lượng trung bình ngày đêm tính cho năm tương lai tính thông qua lưu lượng năm hiện tại thông
qua điều tra.
Ngoài ra đối với đường trong đô thị thì cấp hạng đường chủ yếu được xác định ngay tại
bước quy hoạch, chủ yếu phụ thuộc vào vai trò của đường đô thị. Theo tiêu chuẩn TCXD 104 –
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
3
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
2007 lựa chọn cấp hạng kĩ thuật đường dựa vào loại đô thị, điều kiện địa hình và điều kiện xây
dựng.
Ta chọn đường Giải Phóng cấp kĩ thuật là 60 km/h và đường Đại La và đường Trường
Chinh cấp kĩ thuật là 40 km /h.
I.3.3.2. Xác định vận tốc thiết kế đường nhánh trong phạm vi nút giao.
Nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng hơn nút giao cùng mức do đó cho phép
giảm tốc độ của đường nhánh khi vào trong nút giao. Do đó việc lựa chọn tốc độ thiết kế trên đường
nhánh không thể bằng tốc độ thiết kế trên đường thẳng do các lý do sau:
- Nếu tốc độ thiết kế đường nhánh lớn dẫn đến đòi hỏi chiều dài đường nhánh lớn do đó chi
phí xây dựng và chiếm dụng mặt bằng cũng lớn theo
- Đường nhánh rẽ thông thường bố trí cho các phương tiện giao thông đi hỗn hợp đi cùng
nhau do đó khó có thể đạt được vận tốc thiết kế.
Theo nghiên cứu của M.P.Poliacov ( Nga) thì tốc độ tối ưu của đường nhánh rẽ chọn trong
khoảng 40 – 50 km / h.
Theo TCXD 104 – 2007 thì quy định như sau: ( Điều 12.8.3 TCXD 104 -2007)
Lựa chọn tốc độ thiết kế trên nhánh nối
V
TK
trên đường giao
(km/h)

hoa thi để giải quyết giao cắt với hai phương án sau dây.
1.3.4.1. Phương án 1: Nút giao dạng hoa thị có hướng cầu Nhật Tân được nâng thành
cầu vượt lên trên hướng còn lại.
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
4
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ

- Với phương án này đã giải quyết triệt để hoàn toàn các giao cắt đảm bảo việc thông hành
qua nút được êm thuận.
Tổ chức giao thông
* Khi đi từ 1
Từ 1 muốn đi đến 2 đi thẳng qua cầu Nhật Tân.
Từ 1 muốn đi dến 3: Đi thẳng lên cầu rẽ vào đường nhánh C rồi về 3.
Từ 1 muốn đi dến 4: Từ A rẽ vào đường nhánh G rồi về 4.
* Khi đi từ 2
Từ B muốn đi về 1 đi thẳng lên cầu rồi về 1. Nếu muốn về 3 thì rẽ vào đường nhánh E, nếu muốn
đi về 4 thì đi thẳng lên cầu sau đó rẽ vào đường nhánh A rồi về 4.
* Khi đi từ 3
Từ 3 đi về 4 thì ta đi thẳng, nếu muốn đi về 1 thì rẽ vào đường nhánh H, nếu muốn đi về 2 thì đi
vào đường nhánh B rồi về 2.
* Khi đi từ 4: tương tự như cách đi từ 3.
Ưu điểm:
Giải quyết triệt để các giao cắt trong nút.
Năng lực thông hành của nút lớn. Giao thông qua nút êm thuận
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
5
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
Tính toán thiết kế nút không phức tạp.
Tổ chức giao thông cho nút đơn giản.
Nhược điểm

+ Tốc độ tính toán trong cầu chính : v
d
= 60km/h.
+ Độ dốc dọc trên cầu chính: i
d
= 2 %.
+ Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17.
+ Độ dốc ngang : 2%
+ Góc giao giữa cầu chính với đường: α = 90
0
.
2.1.2. Các thông số kỹ thuật thiết kế cầu nhánh:
+ Tốc độ tính toán trong cầu nhánh: v
d
= 40km/h = 11.11m/s đối với các nhánh rẽ trái gián tiếp
V= 50 km/h đối với các cầu nhánh rẽ phải.
+ Độ dốc dọc lớn nhất trên các cầu nhánh: i
d
= 4%.
+ Độ nghiêng siêu cao lớn nhất trên các cầu nhánh: i
sc
= 4%.
+ Hệ số lực ngang lựa chọn: 0,17
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
7
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
2.2. LỰA CHỌN TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN TRÊN CÁC CẦU NHÀNH
Vì nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng lớn, do đó để giảm kích thước của nút
người ta thường giảm tốc độ ở các cầu nhánh. Vì vậy lựa chọn tốc độ tính toán của các cầu nhánh
cần được luận chứng kỹ lưỡng. Không thể chọn tốc độ thiết kế của cầu nhánh bằng tốc độ xe chạy

Và được tính theo công thức:
S = l
1
+l
2
+l
0

Trong đó:

1
l
- chiều dài đoạn đường ứng với thời gian phản ứng tâm lý của người lái xe

1
l
= v.t
f
v - tốc độ chạy xe trên cầu nhánh, m/s
t
f
- thời gian phản ứng tâm lý của lái xe, t
f
=
s2.14.0 ÷
. Chọn t
f
= 1,0s

2

- cự ly an toàn dừng xe trước chướng ngại vật. Thường chọn
0
l
= 5m
Từ đây, công thức được viết lại:

0
2
)(2
.
)( l
ifg
vK
ttvS
f
+
±+
++=
ϕ

2
2.11.11
11.11(1,0 0,2) 5
2.9,81(0,48 0,02 0,04)
43.8( )m
= + + +
+ −
=
Theo điều 11.3 tiêu chuẩn TCXDVN104-2007 với vận tốc thiết kế 40km/h thi tầm nhìn tối thiểu
trên bình đồ là 35 m. Vậy

+
++=
+
+
++=
ϕ
Vậy
)(43 mS =
2.3.3. Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh.
A.Với đường nhánh rẽ trái gián tiếp có vận tốc thiết kế là 50 km/h
Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức

h
S
R
loi
.2
2
=
Trong đó:
S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh.
h
= 1,2 m chiều cao mắt người lái xe.
Vậy bán kính đường cong đứng lồi là:

mR
loi
770
2,1.2
43

180 180
R R
l
π α
× × × ×
= = =
m

876,14R m⇒ =
Kiến nghị chọn bán kính đường cong đứng lồi là: R = 900 m.
Đối với đường cong đứng lõm thì bán kính đường cong được tính với hai điều kiện:
- Bảo đảm tầm nhìn ban đêm
- Bảo đảm an toàn cho xe chạy khi đi vào đường cong lõm
Bán kính đường cong lõm được xác định theo công thức

)
2
sin.(2
2
α
Sh
S
R
f
lom
+
=
Trong đó:
S - khoảng cách tầm nhìn trên trắc dọc
f

Tuy nhiên để đảm bảo xe chạy êm thuận ta chọn
1500
loi
R m=
và
1000
lom
R m=
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
11
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
B.Với đường nhánh rẽ phải có vận tốc thiết kế là 50 km/h
0
2
)(2
.
)( l
ifg
vK
ttvS
f
+
±+
++=
ϕ
=
2
2.13.9
13.9(1,0 0,2) 5
2.9,81(0,48 0,02 0,05)

+
= + + +
+
=
*Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh.
Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức

h
S
R
loi
.2
2
=
Trong đó:
S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh.
h
= 1,2 m chiều cao mắt người lái xe.
Vậy bán kính đường cong đứng lồi là:

2
59,56
1478
2.1,2
loi
R m= =

Theo TCXDVN 104 : 2007 với tốc độ tính toán là 50km/h thì bán kính đường cong đứng tối thiểu
mong muốn là 1200m (bảng 29). Đồng thời chiều dài tối thiểu tiêu chuẩn của đường cong đứng là
40m.

m

1001,31R m⇒ =
Kiến nghị chọn bán kính đường cong đứng lồi là: R = 1500 m.
Đối với đường cong đứng lõm thì bán kính đường cong được tính với hai điều kiện:
- Bảo đảm tầm nhìn ban đêm
- Bảo đảm an toàn cho xe chạy khi đi vào đường cong lõm
Bán kính đường cong lõm được xác định theo công thức

)
2
sin.(2
2
α
Sh
S
R
f
lom
+
=
Trong đó:
S - khoảng cách tầm nhìn trên trắc dọc
f
h
- chiều cao của đèn pha so với mặt đường. Chiều cao này phụ thuộc vào cấu tạo từng loại
ô tô sẽ có giá trị khác nhau. Khi tính toán láy
f
h
= 0,7m

13
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
2.4. Xác định đặc trưng hình học của các cầu nhánh:
Do trong nút giao góc giao của hai hướng chính bằng 90 độ nên các nhánh rẽ giông nhau nên ta chỉ
cần tính cho một nhánh rẽ trái gián tiếp và một nhánh rẽ phải
2.4.1. Tính toán và thiết kế đường nhánh rẽ trái gián tiếp
- Góc chuyển hướng
0
90
α
=
- Xác định bán kính đường cong nằm R theo công thức sau :
2
sc
( i )
v
R
g
µ
=
+
Trong đó:
v: Vận tốc thiết kế trên đường nhánh v=40km/h = 11.11m/s.
g: gia tốc trọng trường g=9.81m/s2.
:
µ
Hệ số lực ngang =0.17.
:
sc
i

= = =
×
Ta chọn L = 70m.
Từ đó tính thông số của đường cong Clothoid:
C=RxL=70*60 = 4200 m2.
- Chiều dài đoạn nối vào đường chính của nhánh rẽ phải được tính theo công thức (hoặc tra bảng để
có) :
3
1
6
k
l C y= × ×
Trong đó:
1
3.5
k
y m=
3
3
1
6 6*4200*3.5 45
k
l C y m= × × = =
- Chiều dài đoạn nâng siêu cao với bề rộng phần xe chạy b1=3.5m
( )
1 sc n
1
nsc
3.5* 0.04 0.02
(i -i )

X L m= − = − =
×
3 7 3 7
3 3
70 70
13,28m
6 336 C 6*4200 336*4200
K
L L
y
c
= − = − =
× ×
- Xác định góc ở tâm β
β= 180+α – 2x φ =180+90-2*33,425= 203,15
0
- Tính chiều dài đương cung tròn của nhánh rẽ phải 1 theo công thức :
3.14*60
*203,15 212,63m
180 180
c
R
L
π
β
×
= × = =
Chiều dài toàn bộ đường cong trên bình đồ của nhánh rẽ phải được tính theo công thức
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
15

45 44.73848 3.601061
50 49.55711 4.928934
55 54.28673 6.541025
60 58.89796 8.458975
2.4.2 TÝnh c¸c th«ng sè cña ®êng nh¸nh rÏ ph¶i trùc tiÕp

Các số liệu: Góc α = 90
0
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
16
I HC GTVT H NI THIT K TNG TH NT GT LP TH
Bỏn kớnh ng nhỏnh r trỏi: R=60m
Khong cỏch y
k
= 13,28 m
Gúc ngot = 33,425
0
T s tớnh toỏn ng nhỏnh r trỏi ta cú:

cos 63,35
k
CO R y m

= + =89,58
sin
2
CO

3
.
- Chiều dài đoạn nâng siêu cao:
-
sc n
1
nsc
(i -i )
3.5 (0.04 0.02)
14
i 0.005
b
x
l m
ì

= = =
- Chiều dài đoạn nối từ đờng nhánh vào đầu đờng cong chuyển tiếp:
-
3
3
1
6 6.7000.3,5
k
l C y= ì ì = =
54 m
iu kin:
L = 70 m > (l+l1)= 54 + 14 = 68 m thoả mãn
Xỏc nh gúc ngot ca ng cong chuyn tip theo cụng thc :


= = =
ì ì
8,095 m
Xỏc nh gúc tõm :
Góc ở tâm:
0
90 2 4,89
2
o


= =
Tớnh chiu di ng cong trũn cơ bản:
0
0
3.14 100
4,89
180 180
R x
K x


ì
= ì = =
8,53 m.
la chn cỏc kớch thc nn p ca 2 ng nhỏnh :
b1=7 m b2=7m h1=3m br=1m
a1=2m a2=2m h2=1m m=1.5
SV: NGễ MINH THNH CTGTTP-K45
17

AE
EN
tg
tg
α
= = =
−
−
164,379 m
Kiểm tra điều kiện T
H
< EN : thoả mãn
AN =
os
2
AE
c
α
=
232,19 m
AM=AN+T
H
= 308,455 m
Chiều dài 1 nửa đường nhánh EM=EN-T
H
+2L+K
0
=236,645 m
Tạo độ các điểm trên đường cong chuyển tiếp:
Ta cắm cọc trên đường cong chuyển tiếp cứ 5m cắm một cọc ta có tọa độ như sau

kiện địa hình, tốc độ tính toán, thành phần xe chạy trong nút….
Do chức năng sử dụng nên cấu tạo các loại xe khác nhau. Với các loại xe như xe con, xe du
lịch thì có thể khắc phục được độ dốc dọc lớn (tới 10%) mà không cần giảm tốc độ. Nhưng với các
loại xe khác như xe buýt thì độ dốc dọc lớn xe càng phải giảm tốc độ để tăng sức kéo khi leo dốc.
Vì vậy, độ dốc dọc lớn nhất được lựa chọn trên đường nhánh phải đảm bảo khả năng chạy xe
của các loại phương tiện có trong thành phần dòng xe.
Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007 qui định độ dốc dọc tối đa (bảng 24) đối với vận tốc
thiết kế 40km/h là 7%.
Như vậy kiến nghị chọn độ dốc dọc của các cầu nhánh trong nút là 2% và 4%.
2.5.4. Kết quả thiết kế trắc dọc:
Trắc dọc cầu

STT Tên cầu Độ dốc dọc(%)
1 Cầu nhánh 1 2
2 Cầu nhánh 2 2
3 Cầu nhánh 3 4
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
19
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
4 Cầu nhánh 4 4
5 Cầu nhánh 4
6 Cầu nhánh 6 4
Trắc dọc thiết kế đảm bảo tĩnh không đường bộ H = 4.75m.
2.6. Thiết kế trác ngang:
2.6.1. Nguyên tắc thiết kế mặt cắt ngang.
Bề rộng mặt cắt ngang đảm bảo bố trí đủ số làn xe theo yêu cầu theo đúng quy định
của quy trình.
Mặt cắt ngang cần thoả mãn quy mô và yêu cầu kỹ thuật đối với cấp đường thiết kế.
Các yếu tố trên mặt cắt ngang được bố trí hài hoà, đảm bảo phù hợp với các công trình
hai bên tuyến, thuận tiện cho việc bố trí các công trình phục vụ trên tuyến và các khu đô thị.

+ Đường kính các lỗ rỗng 475mm
+ Khoảng cách tim các lỗ rỗng 1500mm
+ Bề rộng măt cầu có sự thay
đổi
+ Độ dốc dọc của cầu 2%
+ Độ dốc ngang của cầu : 2% -Các mặt cắt ngang cầu chính:

SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
21
ĐẠI HỌC GTVT – HÀ NỘI THIẾT KẾ TỔNG THỂ NÚT GT LẬP THỂ
2.7.1.2. Cầu Nhánh:
+ Sơ đồ cầu:
Nhánh A: 2 x 30 m
Nhánh B: 2 x 30 m
Nhánh C: 3 x 30 m
Nhánh D: 3 x 30 m
Nhánh E: 7 x 30 m
Nhánh F 7 x 30 m
+ Mặt cắt ngang dầm bản rỗng
+ Chiều cao dầm 1.45m
+ Đường kính các lỗ rỗng 475 mm
+ Khoảng cách tim các lỗ rỗng 1500mm
+ Bề rộng măt cầu 8 m
+ Độ dốc dọc của cầu với cầu
nhánh A, B là 2%
Với cầu nhánh C, D, E, F là
4%

bị hao mòn và không gây xung kích lớn, đảm bảo cho xe chạy êm thuận. Kết cấu mặt cầu vừa đảm
bảo thoát nước nhanh và trọng lượng bản thân nhẹ.
Thiết kế lớp phủ mặt cầu dầy 74mm gồm các lớp sau:
- Lớp atphan hạt mịn: t = 30mm.
- Lớp atphan hạt trung: t = 40mm.
- Lớp phòng nước bằng vật liệu chuyên dụng: t =
4mm.
2.7.3.2. Lan can
SV: NGÔ MINH THÀNH CTGTTP-K45
25