ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG

THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM

CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ VỚI ÁO ĐƯỜNG MỀM

Các tài liệu, tiêu chuẩn thiết kế:

 Đường ô tô-yêu cầu thiết kế: TCVN 4054-05 [1]

 Thiết kế đường ô tô tập 2 [2]

 Áo đường mềm-các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế: 22TCN 211-06 [3]

 Mặt đường bê tông nhựa nóng-yêu cầu thi công và nghiệm thu:TCVN 8819-2011 [4]

 Lớp kếu cấu áo đường ô tô bằng cấp phối thiên nhiên-vật liệu, thi công và nghiêm thu: TCVN 8857:2011 [5]

 Lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô-vật liệu thi công và nghiệm thu: TCVN 8859:2011 [6]

Áo đường là cấu trúc xây dựng trên nền đường, bao gồm nhiều lớp vật liệu có độ cứng và cường độ cao hơn nền đường Nó được thiết kế để phục vụ cho việc di chuyển của xe cộ, đồng thời chịu đựng tác động trực tiếp từ tải trọng bánh xe và sự phá hoại thường xuyên do các yếu tố thiên nhiên như mưa, gió và biến đổi nhiệt độ.

 Là bộ phận quyết định hiệu quả xe chạy (an toàn, êm thuận, kinh tế, vận doanh khai thác )

 Tác nhân gây phá hoại:

- Tải trọng động, trùng phục

- Tác động của môi trường (tác động nhiệt, nguồn ẩm )

 Áo đường phải có đủ cường độ tối thiểu và ổn định cường độ:

- Chống biến dạng thẳng đứng

- Chống biến dạng trượt (không sinh biến dạng dẻo)

- Chống biến dạng co, dãn do chịu kéo uốn hoặc do nhiệt độ

Áo đường cần đạt độ bằng phẳng tối ưu để giảm sức cản lăn và giảm xóc khi xe di chuyển Điều này không chỉ nâng cao tốc độ xe chạy mà còn giúp giảm tiêu hao nhiên liệu và hạ giá thành vận tải.

Bề mặt áo đường cần đảm bảo độ nhám phù hợp nhằm tăng cường hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho xe di chuyển an toàn và êm ái ở tốc độ cao.

Độ nhám của mặt đường được xác định qua lực ma sát giữa bánh xe và bề mặt đường, có thể đo lường bằng nhiều phương pháp khác nhau.

- Đo độ nhám bằng chiều dài hãm phanh Chiều dài hãm nhỏ thì độ nhám càng tốt

- Đo bằng phương pháp quả lắc của Anh

- Đo bằng phương pháp rắc cát

 Yêu c ầ u v ề v ệ sinh : càng ít bụi càng tốt, không độc hại

SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Đất nền được giả thiết là loại á sét có chứa sỏi, với chế độ thủy nhiệt và điều kiện ẩm loại II, tức là ẩm theo mùa và không đảm bảo thoát nước trên bề mặt, nhưng mực nước ngầm lại sâu Các tính chất cơ lý và chế độ thủy nhiệt của loại đất này, khi được đầm lèn với độ ẩm tối ưu, sẽ đạt được độ chặt cần thiết cho nền đường Modun đàn hồi của đất nền này phụ thuộc vào sự thay đổi độ ẩm tương đối và các đặc trưng của nền đất được lựa chọn theo Bảng B-3.

Bảng 2-1 Đặc trưng tính toán của đất nền

Loại đất Độ chặt Độ ẩm tương E (Mpa) Lực dính c Góc nội ma

(Mpa) sát (độ) đối = ℎ Á sét 0,98 0,6 42 0,032 24

2.2.2 Yêu cầu độ nhám và độ bằng phẳng của kết cấu áo đường

Với đường cấp Ⅳ miền núi, vận tốc thiết kế= 40 /ℎ :

Lớp trên cùng của mặt đường cần có độ nhám phù hợp với cấu trúc vĩ mô để đảm bảo chiều sâu rắc cát trung bình Htb (mm) đạt tiêu chuẩn quy định Tiêu chuẩn này phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và mức độ nguy hiểm của đoạn đường, như được chỉ ra trong Bảng 28.

Bảng 2-2 Yêu cầu về độ nhám mặt đường (theo 22TCN 278)

Tốc độ thiết kế Vtk (km/h) Chiều sâu rắc cát trung bình Htb mm Đặc trưng độ nhám bề mặt

 Độ bằng phẳng: Phải đảm bảo đủ thông qua trị số gồ ghề quốc tế IRI (m/km) theo quy định ở Bảng 29[1]:

Bảng 2-3 Yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường theo chỉ số IRI

Tốc độ thiết kế Vtk (km/h) Chỉ số IRI yêu cầu m/km (Đường xây dựng mới)

Từ 40 đến 20 (mặt đường nhựa)  4,0 Độ bằng phẳng cũng được đánh giá bằng thước dài 3,0 Theo 22 TCN

16 Đối với mặt đường cấp cao A1 (bê tông nhựa, bê tông xi măng) 70% số khe hở phải dưới 3mm và

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

30% số khe hở còn lại cần phải nhỏ hơn 5mm Đối với mặt đường cấp cao A2, tất cả các khe hở phải dưới 5mm, trong khi đó, đối với mặt đường cấp thấp B1 và B2, tất cả các khe hở phải nhỏ hơn 10mm.

2.2.3 Số liệu tải trọng trục xe

2.2.3.1 Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

Khi tính toán cường độ kết cấu nền áo đường theo ba tiêu chuẩn, bao gồm kiểm toán ứng suất cắt, kiểm toán ứng suất kéo uốn và kiểm toán độ võng đàn hồi, tải trọng trục tiêu chuẩn được sử dụng là 100 kN cho trục đơn của ô tô Tiêu chuẩn này áp dụng cho tất cả các loại áo đường mềm trên đường cao tốc, các đường ô tô thuộc mạng lưới chung và cả trên các đường đô thị từ cấp khu vực trở xuống.

Các tải trọng tính toán này được tiêu chuẩn hóa ở Bảng 3.1[3].

Bảng 2-4 Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

Tải trọng trục tính toán tiêu Áp lực tính toán lên mặt Đường kính vệt bánh xe, D chuần, P (kN) đường, p (Mpa) (cm)

2.2.3.2 Quy đổi số tải trọng trục xe khác về số tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

Mục tiêu quy đổi là chuyển đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục i thành số lần thông qua của tải trọng trục tính toán, dựa trên sự tương đương về tác động phá hoại đối với kết cấu áo đường.

Các số liệu tính toán :

Bảng 2-5 Thành phần dòng xe

Thành phần % Hệ số tăng xe q Lưu lượng xe Lưu lượng xe dòng xe (%) năm thứ 15 năm thứ nhất xe/ngđ xe/ngđ

Dựa trên kết quả điều tra giao thông, có thể dự đoán thành phần xe trong năm đầu tiên sau khi đưa vào khai thác Để phục vụ cho việc thiết kế kết cấu áo đường, cần quy đổi số trục khai thác về trục xe tính toán tiêu chuẩn 100 kN (10 tấn).

Bảng 2-6 Dự báo thành phần giao thông ở năm đầu sau khi đưa đường vào khai thác sử dụng

Trọng lượng Pi (kN) Số Số bánh của Khoảng Lượng xe

Loại xe trục mỗi cụm bánh cách giữa ni xe/ngày sau ở trục sau các trục sau đêm Trục trước Trục sau

Tải nhẹ 18,0 56,0 1 Cụm bánh đôi - 292

Tải trung 25,8 69,6 1 Cụm bánh đôi - 511

Tải nặng 48,2 100,0 1 Cụm bánh đôi - 219

Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 kN :

Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo công thức 3.1[3] :

N là tổng số trục xe được quy đổi từ k loại trục xe khác nhau, tính toán thông qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm, bao gồm cả hai chiều di chuyển.

Trong tính toán tải trọng trục, n i đại diện cho số lần tác dụng của tải trọng trục i với trọng lượng pi, được quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt (trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng nhất) Thông thường, n i được xác định dựa trên số lần mỗi loại xe i đi qua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm cho cả hai chiều xe chạy.

- C 1 là hệ số số trục được xác định theo biểu thức 3-2[3]

Với m là số trục của cụm trục i (cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi m=1,2,3)

Hệ số C2 phản ánh tác động của số lượng bánh xe trong một cụm bánh Cụ thể, đối với cụm bánh chỉ có một bánh, C2 được xác định là 6,4 Trong trường hợp cụm bánh đôi, tức là một cụm bánh gồm hai bánh, C2 có giá trị là 1 Đối với cụm bánh có bốn bánh, hệ số C2 được lấy là 0,38.

- C2=6,4 cho các trục trước và trục sau cho mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C2=1 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi)

Các xe tính toán có trục trước có 1 bánh, trục sau là cụm bánh đôi.

Bảng 2-7 Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100kN

Kết quả tính được NA0 (trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm)

Ghi chú : * Vì tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến khi quy đổi

(xem mục 3.2.3 [3]) 2.2.3.3 Số trục xe tính toán trên một làn xe

Số trục xe tính toán Ntt đại diện cho tổng số trục xe đã được quy đổi về trục xe tính toán tiêu chuẩn, được xác định thông qua mặt cắt ngang của đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm Điều này được thực hiện trên làn xe chịu đựng lớn nhất trong điều kiện bất lợi nhất, ở cuối thời hạn thiết kế theo quy định tại mục 1.2.3 [3], tùy thuộc vào loại tầng mặt dự kiến cho kết cấu áo đường.

Xác định Ntt theo biểu thức (3-3)[3] :

Ntk là tổng số trục xe quy đổi từ các loại xe khác nhau trong một ngày đêm, tính toán cho cả hai chiều xe chạy vào cuối năm của thời hạn thiết kế Hệ số phân phối trục xe tính toán trên mỗi làn xe, ký hiệu là f l, được xác định là 0,55 đối với đường cấp Ⅳ có 2 làn xe chạy mà không có dải phân cách.

= 15 = 410 (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm)

Vậy = , = (trục/làn/ngày đêm)

2.2.3.4 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế (15 năm) (trục xe tiêu chuẩn/làn)

Tỷ lệ tăng xe hàng năm là q=6% ta tính Ne theo biểu thức (A-3)[3] :

365.226 = 0,85 10 6 (trục xe tiêu chuẩn/làn)

Khi thiết kế áo đường mềm, cần căn cứ vào cấp hạng đường, thời hạn thiết kế và tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên một làn xe trong suốt thời gian thiết kế để lựa chọn loại tầng mặt phù hợp.

 Cấp thiết kế của đường là cấp Ⅳ miền núi, Vtk@ km/h

 Thời hạn thiết kế là 15 năm

 Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế là 0,85.10 6 (trục xe tiêu chuẩn/làn/ngđ)

Dựa vào Bảng 2-1[3] và ý nghĩa quan trọng của tuyến đường ta kiến nghị chọn mặt đường cấp cao loại A1.

- BTNC 12,5 làm lớp mặt trên

- BTNC 19 làm lớp mặt dưới

Do tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên 1 làn xe Ne=0,85.10 6 ≥ 0,5.10 6 nên bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 là 8cm

2.3.2 Các đặc trưng củavật liệu kết cấu áo đường Để phù hợp với cấp đường đã chọn và nguồn nguyên liệu của địa phương cũng như trình độ thi công của nhà thầu, có thể dùng một số vật liệu làm kết cấu áo đường có các đặc trưng tính toán sau dựa vào phụ lục C, Bảng C-2[3].

Bảng 2-8 Các đặc trưng của vật liệu kết cấu áo đường

STT Tên vật liệu Tính độ Tính Tính kéo R ku C  võng trượt uốn ở

(Mpa) (Mpa) (độ) t0 0 C t` 0 C nhiệt độ thấp

4 Cấp phối đá dăm loại I 300 300 300

5 Cấp phối đá dăm loại II 250 250 250

2.3.3 Xác định modun đàn hổi yêu cầu Eyc

Trị số modun đàn hồi được xác định dựa trên Bảng 3-4 và Bảng 3-5, phụ thuộc vào Ntt và loại tầng mặt của kết cấu áo đường.

- : mô đun đàn hồi tối thiểu (theo Bảng 3-5[3])

- : mô đun đàn hồi yêu cầu theo lưu lượng xe tính toán (theo Bảng 3- 4[3])

Với lưu lượng tính toán 15 = 226 (trục/ngày đêm/làn) Theo yêu cầu trên, ta nội suy ra được = 162 (Mpa)

2.3.4 Xác định hệ số cường độ về độ võng

Hệ số ổn định cường độ về độ võng được xác định dựa trên độ tin cậy thiết kế, tùy thuộc vào loại và cấp hạng đường Đối với đường cấp Ⅳ, độ tin cậy thiết kế được chọn là 0,85 theo Bảng 3-3.

Từ độ tin cậy trên, theo Bảng 3-2[3], ta xác định được Hệ số cường độ về võng là:

PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ TẬP TRUNG

2.4.1 Dự kiến kết cấu áo đường

2.4.1.1 Chọn kết cấu tầng mặt

 Ta có, bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 là 8(cm) Dựa vào Bảng 2-4[3] lựa chọn bề dày tầng mặt tầng mặt gồm:

- Lớp mặt trên: BTNC 12,5 dày 4cm

- Lớp mặt dưới: BTNC 19 dày 5cm

Chọn lớp mặt trên là loại BTNC 12,5 do có kích cỡ hạt lớn hơn BTNC 9,5, nên khả năng chống vệt hằn bánh xe tốt hơn.

Chiều dày phải thỏa mãn bề dày đầm nén có hiệu quả lớn nhất: Đối với bê tông nhựa không quá 8cm

2.4.1.2 Chọn kết cấu tầng móng

Nguyên tắc bố trí cấu tạo tầng móng (xem mục 2.3[3]):

Để tối ưu hóa chi phí xây dựng, cấu trúc nên được thiết kế với nhiều lớp, trong đó lớp trên sử dụng vật liệu có cường độ và khả năng chống biến dạng cao hơn các lớp dưới Điều này giúp phù hợp với trạng thái phân bố ứng suất, đảm bảo tính bền vững cho công trình.

- Cỡ hạt lớn nhất của vật liệu làm các lớp móng phía trên nên chọn loại nhỏ hơn so với cỡ hạt lớn nhất của lớp dưới

- Trong mọi trường hợp đều nên tận dụng vật liệu tại chỗ (gồm cả các phế thải công nghiệp) để làm lớp móng dưới

Do đó, đề xuất 2 phương án như sau:

 Phương án 1: Chọn móng trên là vật liệu cấp phối đá dăm loại Ⅰ và lớp móng dưới là vật liệu cấp phối đá dăm loại II.

Phương án 2 đề xuất sử dụng móng trên làm từ vật liệu cấp phối đá dăm loại I và móng dưới bằng cấp phối thiên nhiên loại A Đối với bê tông nhựa, độ dày không vượt quá 8cm; đối với các loại vật liệu có gia cố chất liên kết, độ dày tối đa là 15cm; còn đối với vật liệu hạt không gia cố chất liên kết, độ dày không quá 18cm.

Đề xuất giải pháp thiết kế kết cấu áo đường và so sánh mô đun đàn hồi tổng thể với yêu cầu, đồng thời phân tích chi phí xây dựng ban đầu giữa các phương án Từ đó, lựa chọn giải pháp kinh tế hợp lý nhất để thực hiện kiểm toán theo ba trạng thái cường độ đã quy định trong Chương 3.

Hình 2-1 Mặt cắt kết cấu áo đường phương án 1

Hình 2-2 Mặt cắt kết cấu áo đường phương án

Hai phương án móng được đề xuất đã được khảo sát giá thành các loại vật liệu tại Công ty TNHH Quỳnh Trang, nằm ở Mỏ đá Tẳng Đán, bản Mường, xã Thân Thuộc, huyện Tân Uyên, Lai Châu, nơi có tuyến đường đi qua.

- Cấp phối đá dăm loại Ⅰ: 320.000 (đ/m 3 )

- Cấp phối đá dăm loại Ⅱ: 228.181 (đ/m 3 )

- Cấp phối thiên nhiên loại A: 83.000 (đ/m3)

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG

Bảng 2-9 Các thông số vật liệu của phương án 1

Lớp Loại vật liệu Ei (MPa) hi (cm)

3 Cấp phối đá dăm loại Ⅰ 300 h3

4 Cấp phối đá dăm loại ⅠI 250 h4

Nền đất (Á Sét) 42 Đối với các vật liệu hạt không gia cố chất liên kết thì chiều dày đầm nén có hiệu quả nhất là không quá 18cm mục 2.4.3[3].

Từ các số liệu trên ta tính được mô đun chung của tầng móng và đất nền Ech3 theo sơ đồ tính dưới đây :

Kết luận: Tầng móng cần đạt được E ch2 = 149,1 (MPa)

Tính toán bề dày tầng móng (h3,h4) , kết quả chọn chiều dày lớp móng dưới

(đã làm tròn) thống kê ở bảng sau:

Bảng 2-10 Tính toán chiều dày các lớp vật liệu của phương án 1 h3 h3/D Ech2/E3

Bảng 2-11 Giá thành vật liệu của phương án 1 h3 Đơn giá

Đề xuất lựa chọn giải pháp giá thành thấp nhất cho 1km móng đường rộng 1m là h3(cm) và h48(cm), với chi phí thi công tiết kiệm Phương án thi công thuận tiện cho phép thực hiện 2 lớp móng dưới, mỗi lớp dày 14cm, tối ưu hóa hiệu quả của máy đầm nén.

Bảng 2-12 Các thông số vật liệu của phương án 2

Lớp Loại vật liệu Ei (MPa) hi (cm)

3 Cấp phối đá dăm loại I 300 h3

4 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 h4

Thực hiện tương tự như phương án 1 :

Ta có kết quả được thống kê dưới các bảng sau :

Bảng 2-13 Tính toán chiều dày các lớp vật liệu của phương án 2 h 3 h 3 /D E ch2 /E 3

Bảng 2-14 Giá thành vật liệu của phương án 2 h3 Đơn giá

Đề xuất giải pháp thi công hiệu quả và tiết kiệm nhất là sử dụng h3cm và h4Acm Lớp móng dưới có thể được thi công thành 3 lớp, mỗi lớp có độ dày lần lượt là 14cm, 14cm và 14cm.

13cm Với chiều dày thi công như vậy, máy đầm nén sẽ đạt hiệu quả lớn nhất.

2.4.2.3 Kết luận : so sánh hai phương án

Phương án 1 đề xuất sử dụng lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm loại I với chiều dày 3 cm, trong khi lớp móng dưới được làm từ cấp phối đá dăm loại II có chiều dày 48 cm Tổng chi phí cho phương án này là 121,490,680 đồng.

Phương án 2 đề xuất lớp móng trên sử dụng cấp phối đá dăm loại I với chiều dày 3 cm, trong khi lớp móng dưới áp dụng cấp phối thiên nhiên loại A có chiều dày 4 cm Tổng chi phí cho 1 km móng đường rộng 1 m là 85,820,000 đồng.

Do đó chọn phương án 2 là phương án kết cấu áo đường tập trung để tiến hành kiểm toán theo 3 TTGH.

KIỂM TOÁN ÁO ĐƯỜNG

2.5.1 Kiểm toán theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép Để kiểm tra tính ổn định của kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi giới hạn, điều kiện kiểm tra là:

Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách đổi nhiều lớp kết cấu áo đường lần lượt hai lớp một từ dưới lên theo công thức:

Hình 2-3 Sơ đồ chuyển từ hệ 4 lớp về hệ 1 lớp

Kết quả tính được thể hiện ở bảng sau: ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Bảng 2-15 Bảng thông số tính toán Etb (kiểm toán võng)

Lớp KC E1 (MPa) tE1 H (cm) k=H2/h1 Htb (cm) Etb (MPa)

Cấp phối thiên nhiên 200 41 41 200 loại A

Với H/D = 65/33 = 1,970 nên trị số của kết cấu được nhân thêm một hệ số điều chỉnh β = f ( ) Tra bảng 3-6 [1] được β = 1,209.

Dùng toán đồ Kogan xác định mô đun đàn hồi chung của đường với :

Mà theo trên ta có :

Vậy KCAD đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi

2.5.2 Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết Để kiểm tra ta tính ổn định của kết cấu áo đường theo điều kiện cân bằng giới hạn về trượt trong nền đất, điều kiện là:

+ ≤ tt ax av tr cd

- T ax là ứng suất cắt hoạt động lớn do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa)

- T av là ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bản thân các lớp vật liệu nằm trên gây ra tại điểm đang xét (MPa) ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hệ số cường độ chịu cắt trượt được xác định dựa trên độ tin cậy thiết kế Đối với đường cấp IV có hai làn xe, độ tin cậy được chọn là 0,85, trong khi giá trị tương ứng là 0,9.

- C tt là lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng th0ái độ ẩm, độ chặt tính toán.

Thực hiện tương tự phần trên, ta thống kê kết quả ở bảng sau:

Bảng 2-16 Bảng thông số tính toán Etb (kiểm toán cắt trượt cho đất nền)

 Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất T ax

Ta được T ax /p = 0,0123 với tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P = 100 kN nên theo bảng 3-1 [1] ta có áp lực tính toán trên mặt đường p = 0,6 MPa

 Xác định ứng suất cắt do trọng lượng bản thân T av H = 65 cm, φ = 24˚ tra toán đồ 3-4 [5]:

 Xác định lực dính tính toán : ĐỒ ÁN MÔN HỌC

- C: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính C = 0,032 (MPa)

- K 1 : Hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục (K1= 0,6,)

- Hệ số xét đến sự làm việc không đồng nhất của kết cấu, với lưu lượng tính toán trên một làn(Ntt"6 trục/làn.ngày đêm) >100 xe K 2 = 0,8 (tra bảng 3-8[3]),

- Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất , K 3 =1,5 do đất là á cát.

- Độ tin cậy thiết kế =0,85; tra bảng 3-7[3], ta được hệ số cường độ về cắt trượt:

Như vậy: T ax + Tav = 0,0060 (MPa) < = 0,023 0,90 = 0,026 (MPa)

Vậy đất nền đảm bảo điền kiện cân bằng trượt 2.5.2.2 Kiểm tra lớp 4 : cấp phối thiên nhiên loại

Tính đổi các lớp bên trên về một lớp được thề hiện ở bảng sau :

Bảng 2-17 Bảng thông số tính toán Etb (kiểm toán cắt trượt cho đất nền)

Vậy modun đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán:

Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được: ℎ = 0,550

Modun đàn hồi chung của kết cấu: ℎ = 0,550 × 200 = 110

Sử dụng toán đồ 3-2, với các tỷ số sau:

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

Sử dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số sau:

Tra được ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

Tav= -0.0017 (MPa) Lực dính tính toán: Ctt = C.K1.K2.K3

- Ntt = 226 (trục/làn.ngày đêm)

- K2 = 0.8 (tra bảng 3-8) Đất nền là: Á sét

Vậy: C tt = 0.050.60.81.5 = 0.036 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.85

Tra bảng 3-7, ta được hệ số cường độ về cắt trượt:

K cđ tr = 0.90 Kiểm tra điều kiện về cắt trượt:

T ax + T av = 0.0328 + (-0.0017) Ctt/Kcđtr = 0.036 / 0.90 = 0.0400 (MPa)

Lớp cấp phối thiên nhiên loại A đảm bảo đạt tiêu chuẩn cân bằng trượt 2.5.3 và được kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các vật liệu liền khối Các điều kiện kiểm tra cần được thực hiện nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng và độ bền của vật liệu.

- : ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của tải trọng bánh xe

- : cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối

Hệ số cường độ chịu kéo uốn được lựa chọn dựa trên độ tin cậy thiết kế, tương tự như các trị số khác Để tính toán ứng suất kéo uốn lớn nhất tại đáy lớp bê tông nhựa, cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến tính toán này.

Xác định ℎ ở trên mặt lớp BTNC 19

Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau :

T Lớp vật liệu (từ trên xuống) t=E2/E1 k=h2/h1

2 Cấp phối đá dăm loại I

3 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 41 0,000 41 200.00

Tra bảng 3-6[3], ta được hệ số điều chỉnh = 1,203

Từ bảng kết quả tính quy đổi trên, ta có : ′

 Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán :

Tra toán đồ Hình 3-1[3], với hai tỷ số trên ta xác định được :

 Module đàn hồi chung của kết cấu :

Tra toán đồ Hình 3-5[3] với các thông số sau :

Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị : [ ] = 2,174

Tải trọng tác dụng là : Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn)

 Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTNC loại I (đá dăm≥35%)

Với vật liệu kiểm tra là BTNC 12,5, hệ số xem xét sự suy giảm cường độ do tác động của tải trọng trùng phục là 1.

 Hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết Với vật liệu BTNC loại I, ta có 2 = 1

 Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTNC 12,5 :

 Độ tin cậy thiết kế 0,85, tra bảng 3-7[3] hệ số cường độ về chịu kéo uốn :

= 1,109 < = 1,225 Vậy kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

Xác định ℎ ở trên mặt lớp Cấp phối đá dăm loại I :

Tính đổi các lớp về một lớp thể hiện ở bảng sau :

T Lớp vật liệu (từ trên xuống) t=E2/E1 k= h2/h1

2 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 41 0.000 41 200.00

Tra bảng 3-6[3], ta được hệ số điều chỉnh = 1,194

Từ bảng kết quả tính quy đổi trên, ta có :′

 Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính toán :

Tra toán đồ Hình 3-1[3], với hai tỷ số trên ta xác định được :

 Module đàn hồi chung của kết cấu :

Tra toán đồ Hình 3-5[3] với các thông số sau :

Tra được ứng suất kéo uốn đơn vị : [ ] = 2,154

Tải trọng tác dụng là : Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn)

 Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTNC loại I (đá dăm≥35%)

 Theo trên ta có số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong suốt thời gian thiết kế (15 năm) :

Với vật liệu kiểm tra là BTNC 12,5, hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do ảnh hưởng của tải trọng trùng phục là 1.

 Hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết Với vật liệu BTNC loại I, ta có 2 = 1

 Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTNC 12,5 :

 Độ tin cậy thiết kế 0,85, tra bảng 3-7[3] hệ số cường độ về chịu kéo uốn :

= 1,099 < = 1,714 Vậy kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn

Vậy kết cấu áo đường thoản mãn 3 điều kiện kiểm toán về cường độ

PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ PHÂN KÌ

Hiện nay, do nguồn vốn đầu tư cho các ngành xây dựng cơ bản còn hạn hẹp, việc tập trung vốn một lúc trở nên khó khăn Để tối ưu hóa khả năng làm việc của vật liệu và khắc phục những hạn chế này, cần xem xét phân kỳ đầu tư công trình theo từng giai đoạn Phân kỳ đầu tư xây dựng sẽ giúp đáp ứng cường độ xe chạy tăng dần theo thời gian, đồng thời cải thiện khả năng thông xe và tuổi thọ của kết cấu áo đường Dựa vào lưu lượng xe dự kiến trong tương lai và thời gian bảo trì các loại tầng mặt áo đường, chúng tôi đề xuất phân kỳ đầu tư trong 5 năm đầu với mặt đường cấp cao A2.

(giai đoạn 1) và 10 năm sau tăng cường lên mặt đường cấp cao A1 (giai đoạn 2).

 Xác định lưu lượng xe tính toán trong 5 năm đầu:

 Với thành phần dòng xe

Bảng 2-18 Thành phần dòng xe

Thành phần % Hệ số tăng xe q Lưu lượng xe Lưu lượng xe dòng xe (%) năm thứ 5 năm thứ nhất xe/ngđ xe/ngđ

Bảng 2-19 Dự báo thành phần giao thông ở năm đầu sau khi đưa đường vào khai thác sử dụng

Trọng lượng Pi (kN) Số Số bánh của Khoảng Lượng xe

Loại xe trục mỗi cụm bánh cách giữa n i xe/ngày sau ở trục sau các trục sau đêm Trục trước Trục sau

Tải nhẹ 18,0 56,0 1 Cụm bánh đôi - 163

Tải trung 25,8 69,6 1 Cụm bánh đôi - 285

Tải nặng 48,2 100,0 1 Cụm bánh đôi - 122

Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 kN :

 Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo công thức 3.1[3] :

N là tổng số trục xe được quy đổi từ k loại trục xe khác nhau, tính toán dựa trên đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm và trên cả hai chiều lưu thông (trục/ngày đêm).

Số lần tác dụng của tải trọng trục i, với trọng lượng trục pi, cần được quy đổi về tải trọng trục tính toán P tt (trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng nhất) Trong quá trình quy đổi, thường lấy n i là số lần mỗi loại xe i sẽ đi qua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm cho cả hai chiều xe chạy.

- C 1 là hệ số số trục được xác định theo biểu thức 3-2[3]

Với m là số trục của cụm trục i (cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi m=1,2,3)

Hệ số C2 phản ánh tác động của số lượng bánh xe trong một cụm bánh Cụ thể, với cụm bánh chỉ có một bánh, hệ số C2 được xác định là 6,4 Đối với cụm bánh đôi, tức là một cụm gồm hai bánh, hệ số này là 1 Trong trường hợp cụm bánh có bốn bánh, giá trị của C2 sẽ là 0,38.

- C2=6,4 cho các trục trước và trục sau cho mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C2=1 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi)

Các xe tính toán có trục trước có 1 bánh, trục sau là cụm bánh đôi.

Bảng 2-20 Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100kN

Kết quả tính được N"9 (trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm)

Ghi chú : * Vì tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến khi quy đổi

Số trục xe tính toán trên một làn xe :

Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe quy đổi về trục xe tính toán tiêu chuẩn, được xác định thông qua mặt cắt ngang của đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm Điều này áp dụng cho làn xe chịu đựng lớn nhất trong thời kỳ bất lợi nhất, vào cuối thời hạn thiết kế quy định, tùy thuộc vào loại tầng mặt dự kiến cho kết cấu áo đường.

Xác định Ntt theo biểu thức (3-3)[3] :

Ntk là tổng số trục xe quy đổi từ các loại xe khác nhau, được tính toán trong một ngày đêm cho cả hai chiều xe chạy vào cuối năm của thời hạn thiết kế Hệ số phân phối trục xe tính toán trên mỗi làn xe, ký hiệu là f l, đối với đường cấp Ⅳ có 2 làn xe và không có dải phân cách, được xác định là f l = 0,55.

= 5 = 229 (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm)

Vậy = , = (trục/làn/ngày đêm)

Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế (5 năm đầu):

Tỷ lệ tăng xe hàng năm là q=6% ta tính Ne theo biểu thức (A-3)[3] :

365.126 = 0,2 10 6 (trục xe tiêu chuẩn/làn)

Trị số modun đàn hồi yêu cầu được xác định theo Bảng 3-4[3] và Bảng

3-5[3], tùy thuộc vào Ntt và phụ thuộc vào loại tầng mặt của kết cấu áo đường.

- : mô đun đàn hồi tối thiểu (theo Bảng 3-5[3])

- : mô đun đàn hồi yêu cầu theo lưu lượng xe tính toán (theo Bảng 3-

Với lưu lượng tính toán 5 = 126 (trục/ngày đêm/làn) Theo yêu cầu trên, ta nội suy ra được = 125,25 (Mpa)

Với hệ số tin cậy thiết kế là 0,85, giá trị tính toán đạt 1,06, dẫn đến việc tính toán bề dày áo đường là 138,86 Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư trong thiết kế cấu tạo áo đường, cần dự tính biện pháp tăng cường bề dày và thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường, nhằm đáp ứng lưu lượng xe chạy ngày càng tăng theo thời gian.

2.6.1 Phương án đầu tư phân kỳ: Ở các phương án đầu tư phân kỳ , ta chấp nhận tăng kết cấu áo đường của 5 năm đầu tiên ( A2 ) lên vì các lí do sau :

 Sự chênh lệch giữa trị số mô đun đàn hồi của phương án đầu tư 1 lần và phương án đầu tư phân kì là tương đối lớn

Trong giai đoạn 5 năm đầu, nếu kết cấu áo đường có trị số mô đun đàn hồi E ch đạt yêu cầu nhưng chỉ lớn hơn trị số (K dv E yc) khoảng 2-3%, thì sau 10 năm, chiều dày của các lớp mặt bê tông nhựa sẽ tăng lên đáng kể Điều này sẽ gây khó khăn trong việc duy trì và sửa chữa kết cấu đường.

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat@gmail.com Chi phí thi công sẽ tăng cao do vật liệu bê tông nhựa có giá thành rất đắt.

Với phương án đầu tư phân kỳ, ta giữ nguyên 2 lớp móng của phương án đầu tư tập trung.

2.6.1.1 Kết cấu 5 năm đầu (với = )

 Lớp láng nhựa nóng hai lớp , ℎ 1 = 2

 Lớp cấp phối đá dăm loại I , ℎ 2 = 15

 Lớp cấp phối thiên nhiên loại A , ℎ 3 = 41

Bảng 2-21 Lớp áo đường mặt đường cấp cao A2 cho đầu tư phân kỳ giai đoạn 1

E(MPa) h i Tên vật liệu Tính độ Tính Tính kéo R ku C  võng trượt uốn ở

15 Cấp phối đá dăm loại I 300 300 300

2.6.1.2 Kết cấu 10 năm sau (với = )

Kết cấu cho 10 năm sau sẽ được nâng cấp từ mặt đường cấp cao thứ yếu A2 lên mặt đường cấp cao chủ yếu A1 Do đó, vật liệu được chọn cho lớp mặt là bê tông nhựa, trong khi lớp móng sẽ sử dụng kết cấu áo đường cũ.

Kết cấu của 10 năm sau như sau :

 Kết cấu áo đường cũ.

2.6.2 Kiểm toán phương án đầu tư phân kỳ 5 năm đầu

2.6.2.1 Kiểm tra cường độ trung của kết cấu theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép

Theo kết quả tính toán được ở trên, ta có modun đàn hồi yêu cầu là : = 125,25

(Mpa) Để kiểm tra tính ổn định của kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi giới hạn, điều kiện kiểm tra là:

Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách đổi nhiều lớp kết cấu áo đường lần lượt hai lớp một từ dưới lên theo công thức:

Kết quả tính được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 2-22 Quy đổi 2 lớp KCAD cấp cao A2 về 1 lớp

Lớp KC Ei (MPa) tE1 H (cm) k=H2/h1 Htb (cm) Etb (MPa)

 E ch = 0,577.267,674,44(MPa) Với hệ số tin cậy thiết kế=0,85, ta có = 1,06

Vậy KCAD đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi

2.6.2.2 Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu đính kèm dính kết

Quy đổi các lớp vật liệu bên trên về 1 lớp, thể hiện ở bảng sau :

STT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E tr t = h i k = H tb E' tb

 Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất T ax

Ta được Tax/p = 0,0167 với tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P = 100 kN nên theo bảng 3-1 [1] ta có áp lực tính toán trên mặt đường p = 0,6 MPa

 Xác định ứng suất cắt do trọng lượng bản thân T av H = 56 cm, φ = 24˚ tra toán đồ 3-4 [5]:

 Xác định lực dính tính toán :

- C: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính C = 0,032 (MPa)

- K 1 : Hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục (K 1 = 0,6,)

- Hệ số xét đến sự làm việc không đồng nhất của kết cấu, với lưu lượng tính toán trên một làn(Ntt6 trục/làn.ngày đêm) >100 xe K2= 0,8 (tra bảng 3-8[3]),

- Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất , K 3 =1,5 do đất là á cát.

- Độ tin cậy thiết kế =0,85; tra bảng 3-7[3], ta được hệ số cường độ về cắt trượt:

Như vậy: Tax + Tav = 0,0088 (MPa) < = 0,023 0,90 = 0,026 (MPa)

Vậy đất nền đảm bảo điền kiện cân bằng trượt

Kiểm tra lớp 2 : cấp phối thiên nhiên loại A :

STT Vật liệu hi (cm) Etr (MPa)

1 Cấp phối đá dăm loại I 15 300

 Xác định Ech ở trên mặt lớp Cấp phối thiên nhiên loại A E 1 = E tr vl = 200 (MPa)

E0/E1 = 42 / 200 = 0.210 H/D = 41 / 33 = 1.242 Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được:

Ech/E1 = 0.550 Module đàn hồi chung của kết cấu:

 Sử dụng toán đồ 3-2, với các tỷ số sau: H/D = 15 / 33 = 0.455

Tra được: T ax /p = 0.0683 p= 0.6 (MPa) Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

 Sử dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số sau:

H = 15 (cm) và = 40 0 Tra được ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

 Lực dính tính toán: C tt = C.K 1 K 2 K 3

Ntt = 126 (trục/làn.ngày đêm

Vậy: Ctt = 0.05×0.6×0.8×1.5 = 0.036 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.85

Tra bảng 3-7, ta được hệ số cường độ về cắt trượt:

 Kiểm tra điều kiện về cắt trượt:

Vậy lớp cấp phối thiên nhiên loại A đảm bảo điều kiện cân bằng trượt

2.6.3 Kiểm toán phương án đầu tư phân kỳ 10 năm tiếp theo (với E yc 2 Mpa)

2.6.3.1 Kiểm toán theo độ võng đàn hồi cho phép

Giả thiết mô đun đàn hồi của mặt đường cũ sau 5 năm đưa vào khai thác bằng 95% trị số mô đun đàn hồi ban đầu

Để nâng cấp mặt đường A2 lên mặt đường cấp cao A1 theo thiết kế năm 15, cần rải lớp BTNC 12,5 và BTNC 19 trên kết cấu cũ, đồng thời tăng thêm 1cm cho lớp mặt dưới BTNC 19 Esau đạt 95%, trong khi Ech là 0,95, với kết quả 154,44 tương đương 147 Mpa.

10 năm sau, nâng cấp kết cấu áo đường thành cấp cao A1 bằng cách thêm lên trên mặt đường cũ các lớp mặt sau ( tính từ trên xuống ).

Bảng 2-23 Các đặc trưng của vật liệu kết cấu áo đường

E(MPa) hi Tên vật liệu Tính độ Tính Tính kéo R ku C  võng trượt uốn ở

Tương tự các phần quy đổi hệ nhiều lớp thành một lớp cho kiểm toán độ võng đàn hồi, quy đổi hai lớp thành 1 lớp :

Lớp KC Ei (MPa) tE1 H (cm) k=H2/h1 Htb (cm) Etb (MPa)

 E ch = 0,473.3778,3(MPa) Với hệ số tin cậy thiết kế=0,85, ta có = 1,06

Tiêu đề	Đồ Án Môn Học Thiết Kế Nền Mặt Đường
Tác giả	Phạm Xuân Huy
Người hướng dẫn	Nguyễn Văn Bích
Trường học	Trường Đại Học Xây Dựng
Chuyên ngành	Thiết Kế Nền Mặt Đường
Thể loại	đồ án
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	574,36 KB