ĐỒ án môn học THIẾT kế nền mặt ĐƯỜNG các GIẢI PHÁP THIẾT kế ổn ĐỊNH nền ĐƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ-ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG STT: SINH VIÊN THỰC HIỆN: MSSV: LỚP: 22 PHẠM XUÂN HUY 101263 63CDE GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VĂN BÍCH Hà Nội, 04/05/2022 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ VỚI ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1.1 Định nghĩa 2.1.2 Yêu cầu 2.2 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 2.2.1 Số liệu đất 2.2.2 Yêu cầu độ nhám độ phẳng kết cấu áo đường 2.2.3 Số liệu tải trọng trục xe 2.2.3.1 Tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn 2.2.3.2 Quy đổi số tải trọng trục xe khác số tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn 2.2.3.3 Số trục xe tính tốn xe 2.2.3.4 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế (15 năm) (trục xe tiêu chuẩn/làn) 2.3 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 2.3.1 Chọn loại tầng mặt 2.3.2 Các đặc trưng củavật liệu kết cấu áo đường 10 2.3.3 Xác định modun đàn hổi yêu cầu Eyc 10 2.3.4 Xác định hệ số cường độ độ võng 10 2.4 PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ TẬP TRUNG 10 2.4.1 Dự kiến kết cấu áo đường 10 2.4.1.1 Chọn kết cấu tầng mặt 11 2.4.1.2 Chọn kết cấu tầng móng 11 2.4.2 Chọn phương án móng 12 2.4.2.1 Phương án 13 2.4.2.2 Phương án 14 2.4.2.3 Kết luận : so sánh hai phương án 15 2.5 KIỂM TOÁN ÁO ĐƯỜNG 15 2.5.1 Kiểm toán theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 15 2.5.2 Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất lớp vật liệu dính kết 16 2.5.2.1 Kiểm tra đất 17 2.5.2.2 Kiểm tra lớp : cấp phối thiên nhiên loại A 18 2.5.3 Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn vật liệu liền khối 19 2.5.3.1 Kiểm tra lớp : BTNC 12,5 20 i ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 2.5.3.2 2.5.4 2.6 2.6.1 2.6.1.1 2.6.1.2 2.6.2 2.6.2.1 2.6.2.2 2.6.3 2.6.3.1 Kiểm tra lớp : BTNC 19 21 Kết luận 22 PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ PHÂN KÌ 23 Phương án đầu tư phân kỳ: 25 Kết cấu năm đầu (với 𝑬𝒚𝒄 = 𝟏𝟑𝟏 𝑴𝒑𝒂 ) 26 Kết cấu 10 năm sau (với 𝑬𝒚𝒄 = 𝟏𝟔𝟐 𝑴𝒑𝒂 ) 26 Kiểm toán phương án đầu tư phân kỳ năm đầu 26 Kiểm tra cường độ trung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 26 Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trượt đất lớp vật liệu đính kèm dính kết 27 Kiểm tốn phương án đầu tư phân kỳ 10 năm (với Eyc=162 Mpa) 30 Kiểm toán theo độ võng đàn hồi cho phép 30 ii ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 2-1 Mặt cắt kết cấu áo đường phương án 12 Hình 2-2 Mặt cắt kết cấu áo đường phương án 12 Hình 2-3 Sơ đồ chuyển từ hệ lớp hệ lớp 15 iii ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Đặc trưng tính tốn đất Bảng 2-2 Yêu cầu độ nhám mặt đường (theo 22TCN 278) Bảng 2-3 Yêu cầu độ phẳng mặt đường theo số IRI (theo 22TCN 277) Bảng 2-4 Các đặc trưng tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Bảng 2-5 Thành phần dòng xe Bảng 2-6 Dự báo thành phần giao thông năm đầu sau đưa đường vào khai thác sử dụng Bảng 2-7 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100kN Bảng 2-8 Các đặc trưng vật liệu kết cấu áo đường 10 Bảng 2-9 Các thông số vật liệu phương án 13 Bảng 2-10 Tính tốn chiều dày lớp vật liệu phương án 13 Bảng 2-11 Giá thành vật liệu phương án 14 Bảng 2-12 Các thông số vật liệu phương án 14 Bảng 2-13 Tính tốn chiều dày lớp vật liệu phương án 14 Bảng 2-14 Giá thành vật liệu phương án 14 Bảng 2-15 Bảng thơng số tính tốn Etb (kiểm toán võng) 16 Bảng 2-16 Bảng thơng số tính tốn Etb (kiểm tốn cắt trượt cho đất nền) 17 Bảng 2-17 Bảng thơng số tính tốn Etb (kiểm tốn cắt trượt cho đất nền) 18 Bảng 2-18 Thành phần dòng xe 23 Bảng 2-19 Dự báo thành phần giao thông năm đầu sau đưa đường vào khai thác sử dụng 23 Bảng 2-20 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100kN 24 Bảng 2-21 Lớp áo đường mặt đường cấp cao A2 cho đầu tư phân kỳ giai đoạn (5 năm đầu) 26 Bảng 2-22 Quy đổi lớp KCAD cấp cao A2 lớp 27 Bảng 2-23 Các đặc trưng vật liệu kết cấu áo đường 30 iv ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ VỚI ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1       2.1.1    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] Áo đường mềm-các yêu cầu dẫn thiết kế: 22TCN 211-06 [3] Mặt đường bê tông nhựa nóng-u cầu thi cơng nghiệm thu:TCVN 8819-2011 [4] Lớp kếu cấu áo đường ô tô cấp phối thiên nhiên-vật liệu, thi công nghiêm thu: TCVN 8857:2011 [5] Lớp móng cấp phối đá dăm kết cấu áo đường ô tô-vật liệu thi công nghiệm thu: TCVN 8859:2011 [6] Định nghĩa Áo đường cơng trình đường gồm nhiều tầng lớp vật liệu có cường độ độ cứng lớn so với đường để phục vụ cho xe chạy, chịu tác dụng trực tiếp tải trọng bánh xe chạy phá hoại thường xuyên yếu tố thiên nhiên (mưa, gió, biến đổi nhiệt độ ) Là phận định hiệu xe chạy (an toàn, êm thuận, kinh tế, vận doanh khai thác ) Tác nhân gây phá hoại: - Tải trọng động, trùng phục - 2.1.2    Tác động môi trường (tác động nhiệt, nguồn ẩm ) Yêu cầu Áo đường phải có đủ cường độ tối thiểu ổn định cường độ: - Chống biến dạng thẳng đứng - Chống biến dạng trượt (không sinh biến dạng dẻo) - Chống biến dạng co, dãn chịu kéo uốn nhiệt độ - Chịu bào mòn Áo đường phải đảm bảo đạt độ phẳng định: để giảm sức cản lăn, giảm xóc xe chạy, nâng cao tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiên liệu hạ giá thành vận tải Bề mặt áo đường phải có đủ độ nhám cần thiết để nâng cao hệ số bám bánh xe mặt đường để tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn, êm thuận với tốc độ cao ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Độ nhám thể qua lực ma sát bánh xe mặt đường xác định phương pháp: - Đo độ nhám chiều dài hãm phanh Chiều dài hãm nhỏ độ nhám tốt  - Đo phương pháp lắc Anh - Đo phương pháp rắc cát Yêu cầu vệ sinh: bụi tốt, khơng độc hại 2.2 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 2.2.1 Số liệu đất Giả thiết đất loại sét có lẫn sỏi sạn, có loại hình chế độ thủy nhiệt điều kiện gây ẩm loại Ⅱ (ẩm theo mùa, không đảm bảo thoát nước mặt đất mực nước ngầm sâu) Các tính chất lý chế độ thủy nhiệt loại đất sau đầm lèn với độ ẩm tốt đạt độ chăt yêu cầu với đường Modun đàn hồi loại đất phụ thuộc vào thay đổi vào thay đổi độ ẩm tương đối, đặc trưng đất chọn Bảng B-3 [3]: Bảng 2-1 Đặc trưng tính tốn đất Loại đất Độ chặt Độ ẩm tương 𝑊 đối 𝑎 = E (Mpa) Lực dính c (Mpa) Góc nội ma sát 𝜑 (độ) 0,6 42 0,032 24 𝑊𝑛ℎ Á sét 2.2.2  0,98 Yêu cầu độ nhám độ phẳng kết cấu áo đường Với đường cấp Ⅳ miền núi, vận tốc thiết kế 𝑉 = 40 𝑘𝑚/ℎ : Độ nhám: Lớp phải có lớp tạo nhám có cấu trúc vĩ mơ thích hợp để đảm bào chiều sâu rắc cát trung bình Htb (mm) đạt tiêu chuẩn quy định tùy theo tốc độ tính tốn thiết kế mức độ nguy hiểm đoạn đường thiết kế quy định Bảng 28[1] Bảng 2-2 Yêu cầu 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 < 60 0,25  Htb  0,35 Nhẵn  Độ phẳng: Phải đảm bảo đủ thông qua trị số gồ ghề quốc tế IRI (m/km) theo quy định Bảng 29[1]: Bảng 2-3 Yêu cầu độ phẳng mặt đường theo số IRI (theo 22TCN 277) 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 phẳng đánh giá 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 3mm ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 30% số khe hở lại phải 5mm Đói với mặt đường cấp cao A2 (xem Bảng 26[1]) tất khe hở phải 5mm mặt đường cấp thấp B1, B2 tất khe hở phải 10mm 2.2.3 Số liệu tải trọng trục xe 2.2.3.1 Tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn Khi tính tốn cường độ kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn (Kiểm toán ứng suất cắt đất ; kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh đáy lớp vật liệu ; kiểm tốn độ võng đàn hồi), tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn quy định trục đơn ô tô có trọng lượng 100 kN tất loại áo đường mềm đường cao tốc, đường ô tô cấp thuộc mạng lưới chung đường đô thị từ cấp khu vực trở xuống Các tải trọng tính tốn tiêu chuẩn hóa Bảng 3.1[3] Bảng 2-4 Các đặc trưng tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn Tải trọng trục tính tốn tiêu chuần, P (kN) Áp lực tính tốn lên mặt đường, p (Mpa) Đường kính vệt bánh xe, D (cm) 100 0,6 33 2.2.3.2 Quy đổi số tải trọng trục xe khác số tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn Mục tiêu quy đổi quy đổi số lần thông qua loại tải trọng trục i số lần thông qua tải trọng trục tính tốn sở tương đương tác dụng phá hoại với kết cấu áo đường Các số liệu tính tốn : Bảng 2-5 Thành phần dòng xe Thành phần dòng xe % Xe 30 Xe tải nhẹ 20 Xe tải trung 35 Xe tải nặng 15 Hệ số tăng xe q (%) Lưu lượng xe năm thứ 15 xe/ngđ Lưu lượng xe năm thứ xe/ngđ 1460 609 Dựa vào kết điều tra giao thông dự báo thành phần xe năm thứ sau đưa khai thác sử dụng Để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu áo đường cần quy đổi số trục khai thác trục xe tính tốn tiêu chuẩn loại 100 kN (10 tấn) Bảng 2-6 Dự báo thành phần giao thông năm đầu sau đưa đường vào khai thác sử dụng Trọng lượng Pi (kN) Loại xe Tải nhẹ Trục trước Trục sau 18,0 56,0 Số trục sau Số bánh cụm bánh trục sau Khoảng cách trục sau (m) Lượng xe ni xe/ngày đêm Cụm bánh đôi - 292 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Tải trung 25,8 69,6 Cụm bánh đôi - 511 Tải nặng 48,2 100,0 Cụm bánh đôi - 219 Tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn 100 kN : Việc tính tốn quy đổi thực theo công thức 3.1[3] : 𝑘 𝑁 = ∑ 𝐶1 𝐶2 𝑛𝑖 ( 𝑖=1 𝑃𝑖 4,4 ) 𝑃𝑡𝑡 (2-1) Trong : - N tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính tốn thơng qua đoạn đường thiết kế ngày đêm chiều (trục/ ngày đêm) ; - ni số lần tác dụng loại tải trọng trục i có trọng lượng trục pi cần quy đổi tải trọng trục tính tốn Ptt (trục tiêu chuẩn trục nặng nhất) Trong tính tốn quy đổi thường lấy ni số lần loại xe i thông qua mặt cắt ngang điển hình đoạn đường thiết kế ngày đêm cho chiều xe chạy ; - C1 hệ số số trục xác định theo biểu thức 3-2[3] 𝐶1 = + 1,2(𝑚 − 1) (2-2) Với m số trục cụm trục i (cụm trục gồm m trục có trọng lượng trục với cụm bánh đơn cụm bánh đôi m=1,2,3) - C2 hệ số xét đến tác dụng số bánh xe cụm bánh : với cụm bánh có bánh C2=6,4 ; với cụm bánh đơi (1 cụm bánh gồm bánh) C2=1 ; với cụm bánh có bánh lấy C2=0,38 - C2=6,4 cho trục trước trục sau cho cụm bánh có bánh C2=1 cho trục sau loại cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đơi) Các xe tính tốn có trục trước có bánh, trục sau cụm bánh đôi Bảng 2-7 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100kN Pi (kN) Loại xe k C1 C2 ni N = ∑ C1 C2 ni ( i=1 Tải nhẹ Tải trung Tải nặng Trục trước 18 6,4 292 * Trục sau 56 1 292 22,772 Trục trước 25,8 6,4 511 8,428 Trục sau 69,6 1 511 103,729 Trục trước 48,2 6,4 219 56,498 Trục sau 100 1 219 219 Pi 4.4 ) Ptt ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Kết tính N=410 (trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm) Ghi : * Vì tải trọng trục 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến quy đổi (xem mục 3.2.3 [3]) 2.2.3.3 Số trục xe tính tốn xe Số trục xe tính tốn Ntt tổng số trục xe quy đổi trục xe tính tốn tiêu chuẩn thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế ngày đêm xe chịu đựng lớn vào thời kỳ bất lợi cuối thời hạn thiết kế quy định mục 1.2.3 [3] tùy thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu áo đường Xác định Ntt theo biểu thức (3-3)[3] : 𝑁𝑡𝑡 = 𝑁𝑡𝑘 𝑓1 (trục/làn.ngày đêm) (2-3) Trong : Ntk : tổng số trục xe quy đổi từ loại xe trục khác trục xe tính tốn ngày đêm chiều xe chạy cuối năm cuối thời hạn thiết kế fl : hệ số phân phối trục xe tính tốn xe Với đường cấp Ⅳ, phần xe chạy có làn, khơng có dải phân cách lấy fl=0,55 𝑁𝑡𝑘 = 𝑁15 = 410 (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm) Vậy 𝑵𝒕𝒕 = 𝟒𝟏𝟎 𝟎, 𝟓𝟓 = 𝟐𝟐𝟔 (trục/làn/ngày đêm) 2.2.3.4 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế (15 năm) (trục xe tiêu chuẩn/làn) Tỷ lệ tăng xe hàng năm q=6% ta tính Ne theo biểu thức (A-3)[3] : (1 + 𝑞)𝑡 − 𝑁𝑒 = 365 𝑁𝑡 𝑞 (1 + 𝑞)𝑡−1 (2-4) (1+0,06)15 −1 𝑁𝑒 = 0,06.(1+0,06)15−1 365.226 = 0,85 106 (trục xe tiêu chuẩn/làn) 2.3 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 2.3.1 Chọn loại tầng mặt Khi thiết kế cấu tạo áo đường mềm, trước hết phải vào cấp hạng đường, thời hạn thiết kế tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích lũy xe suốt thời hạn thiết kế để chọn loại tầng mặt thiết kế  Cấp thiết kế đường cấp Ⅳ miền núi, Vtk=40 km/h  Thời hạn thiết kế 15 năm  Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế 0,85.106 (trục xe tiêu chuẩn/làn/ngđ) Dựa vào Bảng 2-1[3] ý nghĩa quan trọng tuyến đường ta kiến nghị chọn mặt đường cấp cao loại A1 - BTNC 12,5 làm lớp mặt - BTNC 19 làm lớp mặt Do tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy 15 năm xe Ne=0,85.106 ≥ 0,5.106 nên bề dày tối thiểu tầng mặt cấp cao A1 8cm (lấy theo Bảng 2-2[3]) ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG - 𝑡𝑟 𝐾𝑐𝑑 hệ số cường độ chịu cắt trượt chọn tùy thuộc vào độ tin cậy 𝑡𝑟 thiết kế Với đường cấp IV, hai xe chọn độ tin cậy 0,85 có 𝐾𝑐𝑑 = 0,9 - Ctt lực dính tính tốn đất vật liệu dính (MPa) trạng th0ái độ ẩm, độ chặt tính tốn 2.5.2.1 Kiểm tra đất Thực tương tự phần trên, ta thống kê kết bảng sau: Bảng 2-16 Bảng thơng số tính toán Etb (kiểm toán cắt trượt cho đất nền) Lớp KC E1 (MPa) Cấp phối thiên nhiên loại A 200 CPĐDL Ⅰ 300 1,5 15 BTNC 19 300 1,338 BTNC 12,5 250 1,088 t=E2/E1 H (cm) k=H2/h1 Htb (cm) Etb (MPa) 41 200 0,366 56 224,18 0,089 61 229,83 0,066 65 231,05 41 𝑡𝑡 Với H/D = 65/33 = 1,970 nên trị số 𝐸𝑡𝑏 kết cấu nhân thêm hệ số điều 𝐻 chỉnh β = f (𝐷 ) Tra bảng 3-6 [1] β = 1,209 Vậy: 𝑑𝑐 𝐸𝑡𝑏 = 𝛽 𝐸𝑡𝑏 = 1,209.231,05 = 279,33 𝑀𝑝𝑎 Điều kiện kiểm tra: 𝑇ax + 𝑇av ≤  𝐶tt tr 𝐾cd (2-9) Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn Tax 𝐻 𝐷 = 1,970 𝑡𝑏 𝐸𝑑𝑐 𝐸0 = 279,33 42 = 6,651 ; φ = 24˚  Tra toán đồ 3-2 [1]: Ta Tax/p = 0,0123 với tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn P = 100 kN nên theo bảng 3-1 [1] ta có áp lực tính tốn mặt đường p = 0,6 MPa  Tax = 0,0123.0,6 = 0,0074 MPa   Xác định ứng suất cắt trọng lượng thân Tav H = 65 cm, φ = 24˚ tra toán đồ 3-4 [5]: Ta Tav = -0,0014 MPa 𝜏 = Tax + Tav = 0,0074 + (-0,0014) = 0,0060 MPa Xác định lực dính tính tốn : 17 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Ctt = C.K1.K2.K3 (2-10) Trong đó: - C: lực dính đất vật liệu dính C = 0,032 (MPa) - K1 : Hệ số xét đến giảm khả chống cắt tác dụng tải trọng trùng phục (K1= 0,6,) - Hệ số xét đến làm việc không đồng kết cấu, với lưu lượng tính tốn làn(Ntt=226 trục/làn.ngày đêm) >100 xe K2= 0,8 (tra bảng 3-8[3]), - Hệ số xét đến gia tăng sức chống cắt trượt đất , K3=1,5 đất cát  Ctt = 0,032.0,6.0,8.1,5 = 0,023 - Độ tin cậy thiết kế =0,85; tra bảng 3-7[3], ta hệ số cường độ cắt trượt: 𝑡𝑟 𝐾𝑐𝑑 = 0,90 𝐶 Như vậy: Tax + Tav = 0,0060 (MPa) < 𝐾𝑡𝑡 𝑡𝑟 = 𝑐𝑑 0,023 0,90 = 0,026 (MPa) Vậy đất đảm bảo điền kiện cân trượt 2.5.2.2 Kiểm tra lớp : cấp phối thiên nhiên loại A Tính đổi lớp bên lớp thề bảng sau : Bảng 2-17 Bảng thơng số tính toán Etb (kiểm toán cắt trượt cho đất nền) Lớp KC E1 (MPa) t=E2/E1 H (cm) k=H2/h1 Htb (cm) Etb (MPa) CPĐDL Ⅰ 300 0,000 15 0,000 15 300,00 BTNC 19 300 1,000 0,333 20 300,00 BTNC 12,5 250 0,833 0,200 24 291,22 𝑡𝑡 Với H/D = 24/33 = 0,727 nên trị số 𝐸𝑡𝑏 kết cấu nhân thêm hệ số điều 𝐻 chỉnh β = f ( ) Tra bảng 3-6 [1] β = 1,066 𝐷 Vậy modun đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính tốn: 𝑑𝑐 𝐸𝑡𝑏 = 𝛽 𝐸𝑡𝑏 = 1,066 × 291,22 = 310,44 𝑀𝑝𝑎 Ta có: 𝐸1 = 𝐸𝑡𝑟 𝑣𝑙 = 291,22 𝑀𝑝𝑎 𝐸0 42 = = 0,21 𝐸1 291,22 𝐻 41 = = 1,242 𝐷 33 𝐸 Tra tốn đồ Hình 3-1, với tỷ số ta xác định được: 𝐸𝑐ℎ = 0,550 Modun đàn hồi chung kết cấu: 𝐸𝑐ℎ = 0,550 × 200 = 110 𝑀𝑝𝑎 Sử dụng toán đồ 3-2, với tỷ số sau: 18 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 𝐻 24 = = 0,727 𝐷 33 𝐸1 291,22 = = 2,647 𝐸2 110 𝜑 = 400 Tra được: 𝑇𝑎𝑥 𝑝 = 0,0547 với p=0,6 Mpa Ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tính tốn gây ra: 𝑇𝑎𝑥 = 0,6 × 0,0547 = 0,0328 𝑀𝑝𝑎 Sử dụng tốn đồ hình 3-4, với thông số sau: 𝐻 = 24 𝑐𝑚 𝜑 = 400 Tra ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu gây ra: Tav= -0.0017 (MPa) Lực dính tính tốn: Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó: - C = 0.05 (MPa) - K1 = 0.6 Kết cấu áo đường - Ntt = 226 (trục/làn.ngày đêm) - K2 = 0.8 (tra bảng 3-8) Đất là: Á sét Do đó: K3 = 1.5 Vậy: Ctt = 0.050.60.81.5 = 0.036 (MPa) Độ tin cậy thiết kế = 0.85 Tra bảng 3-7, ta hệ số cường độ cắt trượt: Kcđtr = 0.90 Kiểm tra điều kiện cắt trượt: Tax + Tav = 0.0328 + (-0.0017) = 0.0311 (MPa) Ctt/Kcđtr = 0.036 / 0.90 = 0.0400 (MPa) Tax + Tav = 0.0311 < Ctt/Kcđtr = 0.0400 Vậy lớp cấp phối thiên nhiên loại A đảm bảo điều kiện cân trượt 2.5.3 Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn vật liệu liền khối Điều kiện kiểm tra: 𝜎𝑘𝑢 ≤ 𝑡𝑡 𝑅𝑘𝑢 𝑘𝑢 𝐾𝑐𝑑 (2-11) Trong đó: - 𝜎𝑘𝑢 : ứng suất chịu kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối tác dụng tải trọng bánh xe - 𝑘𝑢 𝑅𝑡𝑡 : cường độ chịu kéo uốn tính tốn vật liệu liền khối 19 ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG - 𝑘𝑢 𝐾𝑐𝑑 : hệ số cường độ chịu kéo uốn chọn tùy thuộc độ tin cậy thiết kế 𝑡𝑟 giống với trị số 𝐾𝑐𝑑 Tính tốn ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp bê tông nhựa: 2.5.3.1 Kiểm tra lớp : BTNC 12,5 Xác định 𝐸𝑐ℎ.𝑚 mặt lớp BTNC 19 Tính đổi lớp lớp thể bảng sau : S T T Lớp vật liệu (từ xuống) Eku (MPa) t=E2/E1 hi cm k=h2/h1 Htb cm E'tb (MPa) BTN chặt 19 1800 8,030 0,089 61 284,10 Cấp phối đá dăm loại I 300 1,500 15 0,366 56 224,17 200 0.000 41 0,000 41 200.00 Cấp phối thiên nhiên loại A Ta có H/D=61/33=1,848 Tra bảng 3-6[3], ta hệ số điều chỉnh 𝛽 = 1,203 Từ bảng kết tính quy đổi trên, ta có : ′ 𝐸𝑡𝑏 = 284,10 (𝑀𝑝𝑎)  Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính tốn : 𝑑𝑐 ′ 𝐸𝑡𝑏 = 𝛽 𝐸𝑡𝑏 = 1,203 × 284,10 = 341,77 𝑀𝑝𝑎 𝑑𝑐 𝐸1 = 𝐸𝑡𝑏 𝐸0 42 = = 0,123 𝐸1 341,77 𝐻 61 = = 1,848 𝐷 33 Tra tốn đồ Hình 3-1[3], với hai tỷ số ta xác định : 𝐸𝑐ℎ = 0,537 𝐸1  Module đàn hồi chung kết cấu : 𝐸𝑐ℎ = 0,537 𝐸1 = 0,537 × 341,77 = 183,53 𝑀𝑝𝑎 Tra tốn đồ Hình 3-5[3] với thơng số sau : 𝐸1 = 𝐸𝑘𝑢 = 1600(𝑀𝑝𝑎) 𝐸1 1600 = = 8,718 𝐸𝑐ℎ.𝑚 183,53 ℎ = = 0,121 𝐷 33 Tra ứng suất kéo uốn đơn vị : [𝜎𝑘𝑢 ] = 2,174 Tải trọng tác dụng : Cụm bánh đơi (tải trọng trục tiêu chuẩn) Do : 𝑘𝑏 = 0,85  Ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp BTNC loại I (đá dăm≥35%) 20 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG      𝜎𝑘𝑢 = [𝜎𝑘𝑢 ] 𝑝 𝑘𝑏 = 2,174 × 0,6 × 0,85 = 1,109 𝑀𝑝𝑎 Theo ta có số trục xe tiêu chuẩn tích lũy suốt thời gian thiết kế (15 năm) : 𝑁𝑒 = 0,85 106 (𝑡𝑟ụ𝑐) Với vật liệu kiểm tra BTNC 12,5, hệ số xét đến suy giảm cường độ vật liệu bị mỏi tác dụng tải trọng trùng phục 𝑘1 : 11,11 𝑘1 = 0,22 = 0,551 𝑁𝑒 Hệ số xét đến suy giảm cường độ theo thời gian so với tác nhân khí hậu thời tiết Với vật liệu BTNC loại I, ta có 𝑘2 = Cường độ chịu kéo uốn tính tốn lớp BTNC 12,5 : 𝑘𝑢 𝑅𝑡𝑡 = 𝑘1 𝑘2 𝑅𝑘𝑢 = 0,551 × × = 1,102 𝑀𝑝𝑎 Độ tin cậy thiết kế 0,85, tra bảng 3-7[3] hệ số cường độ chịu kéo uốn : 𝑘𝑢 𝐾𝑐𝑑 = 0,9 Do : 𝑘𝑢 𝑅𝑡𝑡 1,102 𝑘𝑢 = 0,9 = 1,225 𝑀𝑝𝑎 𝐾𝑐𝑑 So sánh : 𝑘𝑢 𝑅𝑡𝑡 𝜎𝑘𝑢 = 1,109 < 𝑘𝑢 = 1,225 𝑀𝑝𝑎 𝐾𝑐𝑑 Vậy kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn 2.5.3.2 Kiểm tra lớp : BTNC 19 Xác định 𝐸𝑐ℎ.𝑚 mặt lớp Cấp phối đá dăm loại I : Tính đổi lớp lớp thể bảng sau : S T T Lớp vật liệu (từ xuống) Eku (MPa) t=E2/E1 hi cm k= h2/h1 Htb cm E'tb (MPa) Cấp phối đá dăm loại I 300 1,500 15 0,366 56 224,17 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 41 0.000 41 200.00  Ta có H/D=56/33=1,697 Tra bảng 3-6[3], ta hệ số điều chỉnh 𝛽 = 1,194 Từ bảng kết tính quy đổi trên, ta có : ′ 𝐸𝑡𝑏 = 224,17 (𝑀𝑝𝑎) Module đàn hồi trung bình điều chỉnh dùng để tính tốn : 𝑑𝑐 ′ 𝐸𝑡𝑏 = 𝛽 𝐸𝑡𝑏 = 1,194 × 224,17 = 267,66 𝑀𝑝𝑎 𝑑𝑐 𝐸1 = 𝐸𝑡𝑏 𝐸0 42 = = 0,157 𝐸1 267,66 21 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG        2.5.4 𝐻 56 = = 1,697 𝐷 33 Tra tốn đồ Hình 3-1[3], với hai tỷ số ta xác định : 𝐸𝑐ℎ = 0,577 𝐸1 Module đàn hồi chung kết cấu : 𝐸𝑐ℎ = 0,577 𝐸1 = 0,577 × 267,66 = 154,44 𝑀𝑝𝑎 Tra tốn đồ Hình 3-5[3] với thơng số sau : 𝐸1 = 𝐸𝑘𝑢 = 1600 (𝑀𝑝𝑎) 𝐸1 1600 = = 10,360 𝐸𝑐ℎ.𝑚 154,44 ℎ = = 0,273 𝐷 33 Tra ứng suất kéo uốn đơn vị : [𝜎𝑘𝑢 ] = 2,154 Tải trọng tác dụng : Cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn) Do : 𝑘𝑏 = 0,85 Ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp BTNC loại I (đá dăm≥35%) 𝜎𝑘𝑢 = [𝜎𝑘𝑢 ] 𝑝 𝑘𝑏 = 2,154 × 0,6 × 0,85 = 1,099 𝑀𝑝𝑎 Theo ta có số trục xe tiêu chuẩn tích lũy suốt thời gian thiết kế (15 năm) : 𝑁𝑒 = 0,85 106 (𝑡𝑟ụ𝑐) Với vật liệu kiểm tra BTNC 12,5, hệ số xét đến suy giảm cường độ vật liệu bị mỏi tác dụng tải trọng trùng phục 𝑘1 : 11,11 𝑘1 = 0,22 = 0,551 𝑁𝑒 Hệ số xét đến suy giảm cường độ theo thời gian so với tác nhân khí hậu thời tiết Với vật liệu BTNC loại I, ta có 𝑘2 = Cường độ chịu kéo uốn tính tốn lớp BTNC 12,5 : 𝑘𝑢 𝑅𝑡𝑡 = 𝑘1 𝑘2 𝑅𝑘𝑢 = 0,551 × × 2,8 = 1,543 𝑀𝑝𝑎 Độ tin cậy thiết kế 0,85, tra bảng 3-7[3] hệ số cường độ chịu kéo uốn : 𝑘𝑢 𝐾𝑐𝑑 = 0,9 Do : 𝑘𝑢 𝑅𝑡𝑡 1,543 𝑘𝑢 = 0,9 = 1,714 𝑀𝑝𝑎 𝐾𝑐𝑑 So sánh : 𝑘𝑢 𝑅𝑡𝑡 𝜎𝑘𝑢 = 1,099 < 𝑘𝑢 = 1,714 𝑀𝑝𝑎 𝐾𝑐𝑑 Vậy kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn Kết luận Vậy kết cấu áo đường thoản mãn điều kiện kiểm tốn cường độ 22 ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ PHÂN KÌ 2.6 Hiện nguồn vốn đầu tư cho ngành xây dựng hạn hẹp nên việc tập trung vốn lúc khó khăn Để tận dụng hết khả làm việc vật liệu khắc phục hạn chế trên, ta xét phân kỳ đầu tư cơng trình theo giai đọan Việc đầu tư xây dựng phân kỳ theo giai đoạn đáp ứng cường độ xe chạy tuyến tăng dần theo thời gian khả thông xe Eyc kết cấu áo đường thời kỳ sử dụng Dựa vào lưu lượng xe chạy vào năm tương lai thời gian trung tu, đại tu loại tầng mặt áo đường, ta đề xuất phân kỳ sau : năm đầu mặt đương cấp cao A2 (giai đoạn 1) 10 năm sau tăng cường lên mặt đường cấp cao A1 (giai đoạn 2)  Xác định lưu lượng xe tính tốn năm đầu: 𝑁𝑡 = 𝑁0 × (1 + 𝑞)𝑡 = 609 × (1 + 0,06)5 = 815 (𝑥𝑒/𝑛𝑔đ)  (2-12) Với thành phần dòng xe Bảng 2-18 Thành phần dòng xe Thành phần dòng xe % Xe 30 Xe tải nhẹ 20 Xe tải trung 35 Xe tải nặng 15 Hệ số tăng xe q (%) Lưu lượng xe năm thứ xe/ngđ Lưu lượng xe năm thứ xe/ngđ 815 609 Bảng 2-19 Dự báo thành phần giao thông năm đầu sau đưa đường vào khai thác sử dụng Trọng lượng Pi (kN) Loại xe Số trục sau Số bánh cụm bánh trục sau Khoảng cách trục sau (m) Lượng xe ni xe/ngày đêm Trục trước Trục sau Tải nhẹ 18,0 56,0 Cụm bánh đôi - 163 Tải trung 25,8 69,6 Cụm bánh đôi - 285 Tải nặng 48,2 100,0 Cụm bánh đơi - 122  Tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn 100 kN : Việc tính tốn quy đổi thực theo cơng thức 3.1[3] : 𝑘 𝑁 = ∑ 𝐶1 𝐶2 𝑛𝑖 ( 𝑖=1 𝑃𝑖 4,4 ) 𝑃𝑡𝑡 Trong : 23 (2-13) ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG - N tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính tốn thơng qua đoạn đường thiết kế ngày đêm chiều (trục/ ngày đêm) ; - ni số lần tác dụng loại tải trọng trục i có trọng lượng trục pi cần quy đổi tải trọng trục tính tốn Ptt (trục tiêu chuẩn trục nặng nhất) Trong tính tốn quy đổi thường lấy ni số lần loại xe i thơng qua mặt cắt ngang điển hình đoạn đường thiết kế ngày đêm cho chiều xe chạy ; - C1 hệ số số trục xác định theo biểu thức 3-2[3] 𝐶1 = + 1,2(𝑚 − 1) (2-14) Với m số trục cụm trục i (cụm trục gồm m trục có trọng lượng trục với cụm bánh đơn cụm bánh đôi m=1,2,3) - C2 hệ số xét đến tác dụng số bánh xe cụm bánh : với cụm bánh có bánh C2=6,4 ; với cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm bánh) C2=1 ; với cụm bánh có bánh lấy C2=0,38 - C2=6,4 cho trục trước trục sau cho cụm bánh có bánh C2=1 cho trục sau loại cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đơi) Các xe tính tốn có trục trước có bánh, trục sau cụm bánh đơi Bảng 2-20 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100kN Pi (kN) Loại xe k C1 C2 ni N = ∑ C1 C2 ni ( i=1 Tải nhẹ Tải trung Tải nặng Trục trước 18 6,4 163 * Trục sau 56 1 163 12,712 Trục trước 25,8 6,4 285 4,705 Trục sau 69,6 1 285 57,904 Trục trước 48,2 6,4 122 31,538 Trục sau 100 1 122 122,250 Pi 4.4 ) Ptt Kết tính N=229 (trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm) Ghi : * Vì tải trọng trục 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến quy đổi (xem mục 3.2.3 [3]) Số trục xe tính tốn xe : Số trục xe tính tốn Ntt tổng số trục xe quy đổi trục xe tính tốn tiêu chuẩn thơng qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế ngày đêm xe chịu đựng lớn vào thời kỳ bất lợi cuối thời hạn thiết kế quy định mục 1.2.3 [3] tùy thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu áo đường Xác định Ntt theo biểu thức (3-3)[3] : 24 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 𝑁𝑡𝑡 = 𝑁𝑡𝑘 𝑓1 (trục/làn.ngày đêm) (2-15) Trong : Ntk : tổng số trục xe quy đổi từ loại xe trục khác trục xe tính tốn ngày đêm chiều xe chạy cuối năm cuối thời hạn thiết kế fl : hệ số phân phối trục xe tính tốn xe Với đường cấp Ⅳ, phần xe chạy có làn, khơng có dải phân cách lấy fl=0,55 𝑁𝑡𝑘 = 𝑁5 = 229 (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm) Vậy 𝑵𝒕𝒕 = 𝟐𝟐𝟗 𝟎, 𝟓𝟓 = 𝟏𝟐𝟔 (trục/làn/ngày đêm) Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế (5 năm đầu): Tỷ lệ tăng xe hàng năm q=6% ta tính Ne theo biểu thức (A-3)[3] : 𝑁𝑒 = (1 + 𝑞)𝑡 − 365 𝑁𝑡 𝑞 (1 + 𝑞)𝑡−1 (2-16) (1+0,06)5 −1 𝑁𝑒 = 0,06.(1+0,06)5−1 365.126 = 0,2 106 (trục xe tiêu chuẩn/làn) Tìm Eyc: Trị số modun đàn hồi yêu cầu xác định theo Bảng 3-4[3] Bảng 3-5[3], tùy thuộc vào Ntt phụ thuộc vào loại tầng mặt kết cấu áo đường 𝑚𝑖𝑛 𝑙𝑙𝑥 𝐸𝑦𝑐 = max{𝐸𝑦𝑐 , 𝐸𝑦𝑐 } (Mpa) (2-17) Trong đó: 𝑚𝑖𝑛 - 𝐸𝑦𝑐 : mô đun đàn hồi tối thiểu (theo Bảng 3-5[3]) - 𝑙𝑙𝑥 𝐸𝑦𝑐 : mô đun đàn hồi yêu cầu theo lưu lượng xe tính tốn (theo Bảng 3-4[3]) Với lưu lượng tính tốn 𝑁𝑡𝑡5 = 126 (trục/ngày đêm/làn) Theo yêu cầu trên, ta nội suy 𝐸𝑦𝑐 = 125,25 (Mpa) 𝑐𝑑 Với hệ số tin cậy thiết kế=0,85, ta có 𝐾𝑑𝑣 = 1,06 𝑐𝑑 Do đó, 𝐾𝑑𝑣 × 𝐸𝑦𝑐 = 1,06 × 125,25 = 138,86 𝑀𝑝𝑎 Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư thiết kế cấu tạo áo đường, dự tính biện pháp tăng cường bề dày, thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường để phù hợp với lưu lượng xe chạy tăng dần theo thời gian 2.6.1 Phương án đầu tư phân kỳ: Ở phương án đầu tư phân kỳ , ta chấp nhận tăng kết cấu áo đường năm ( A2 ) lên lí sau :  Sự chênh lệch trị số mô đun đàn hồi phương án đầu tư lần phương án đầu tư phân kì tương đối lớn  Nếu giai đoạn năm đầu tiên, sử dụng kết cấu áo đường có trị số mơ đun đàn hồi Ech đạt yêu cầu lớn trị số (Kdv.Eyc) khoảng 2-3% giai đoạn 10 năm sau, chiều dày lớp mặt bê tông nhựa lớn Điều dẫn đến khó 25 ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG thi công giá thành tăng lên cao ( vật liệu bê tông nhựa loại vật liệu đắt tiền ) Với phương án đầu tư phân kỳ, ta giữ nguyên lớp móng phương án đầu tư tập trung 2.6.1.1 Kết cấu năm đầu (với 𝑬𝒚𝒄 = 𝟏𝟑𝟏 𝑴𝒑𝒂 )     Lớp láng nhựa nóng hai lớp , ℎ1 = 2𝑐𝑚 Lớp cấp phối đá dăm loại I , ℎ2 = 15𝑐𝑚 Lớp cấp phối thiên nhiên loại A , ℎ3 = 41𝑐𝑚 Đất Á sét Bảng 2-21 Lớp áo đường mặt đường cấp cao A2 cho đầu tư phân kỳ giai đoạn (5 năm đầu) E(MPa) hi Tên vật liệu Tính độ võng t=300C Tính trượt t=600C Tính kéo uốn nhiệt độ thấp Rku (Mpa) Láng nhựa nóng lớp 0 0 15 Cấp phối đá dăm loại I 300 300 300 41 Cấp phối thiên nhiên lọa A 200 200 200 ∞ Nền đất sét 42 C (Mpa)  (độ) 0,05 40 0,032 24 2.6.1.2 Kết cấu 10 năm sau (với 𝑬𝒚𝒄 = 𝟏𝟔𝟐 𝑴𝒑𝒂 ) Kết cấu cho 10 năm sau nâng cấp từ mặt đường cấp cao thứ yếu A2 lên mặt đường cấp cao chủ yếu A1, ta chọn vật liệu bê tông nhựa làm lớp mặt cho kết cấu 10 năm sau.Cịn lớp móng kết cấu áo đường cũ Kết cấu 10 năm sau sau :  Lớp : h1 = (cm) : BTNC 12,5  Lớp : h2 = (cm) : BTNC 19  Kết cấu áo đường cũ 2.6.2 Kiểm toán phương án đầu tư phân kỳ năm đầu 2.6.2.1 Kiểm tra cường độ trung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép Theo kết tính tốn trên, ta có modun đàn hồi yêu cầu : 𝐸𝑦𝑐 = 125,25 (Mpa) Để kiểm tra tính ổn định kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi giới hạn, điều kiện kiểm tra là: 𝑑𝑐 𝐸𝑐ℎ ≥ 𝐾𝑐𝑑 𝐸𝑦𝑐 26 (2-18) ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Chuyển hệ nhiều lớp hệ lớp cách đổi nhiều lớp kết cấu áo đường hai lớp từ lên theo công thức: 𝐸𝑡𝑏 ℎ + 𝑘 𝑡1/3 = 𝐸1 [ ] 1+𝑘 (2-19) 𝐸 Trong đó: k = ℎ2 ; t = 𝐸2 ; Htb = h1+h2 1 Kết tính thể bảng sau: Bảng 2-22 Quy đổi lớp KCAD cấp cao A2 lớp Lớp KC Ei (MPa) Cấp phối thiên nhiên loại A 200 CPĐDL Ⅰ 300 1,5 15 Láng nhựa lớp - - t=E2/E1 H (cm) k=H2/h1 Htb (cm) Etb (MPa) 41 200 0,366 56 224,18 - - 41 𝑡𝑡 Với H/D = 56/33 = 1,697 nên trị số 𝐸𝑡𝑏 kết cấu nhân thêm hệ số điều 𝐻 chỉnh β = f ( ) Tra bảng 3-6 [1] β = 1,194 𝐷 Vậy: 𝑑𝑐 𝐸𝑡𝑏 = 𝛽 𝐸𝑡𝑏 = 1,194.224,18 = 267,67 𝑀𝑝𝑎 Dùng tốn đồ Kogan xác định mơ đun đàn hồi chung đường với : H { 𝐸0 𝐷 𝐸tb 56 = 33 = 1,697 𝐸 } 𝐸𝑐ℎ =0,577 (Tra toán đồ Kogan) 𝑡𝑏 = 267,67 = 0,157 42  Ech = 0,577.267,67=154,44(MPa) 𝑐𝑑 Với hệ số tin cậy thiết kế=0,85, ta có 𝐾𝑑𝑣 = 1,06 𝑑𝑣 𝐾𝑐𝑑 Eyc = 1,06.125,25 = 133 (MPa) So sánh: 𝑑𝑣 𝐸𝑐ℎ = 154,44 > 𝐾𝑐𝑑 𝐸𝑦𝑐 = 133 (𝑀𝑝𝑎) Vậy KCAD đảm bảo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi 2.6.2.2 Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trượt đất lớp vật liệu đính kèm dính kết Kiểm tra đất : Quy đổi lớp vật liệu bên lớp, thể bảng sau : Etr (MPa) t= E2/E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) E'tb (MPa) Cấp phối đá dăm loại I 300 1.500 15 0.366 56 224.18 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 41 0.000 41 200.00 STT Lớp vật liệu (từ xuống) 27 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 𝑡𝑡 Với H/D = 56/33 = 1,697 nên trị số 𝐸𝑡𝑏 kết cấu nhân thêm hệ số điều 𝐻 chỉnh β = f (𝐷 ) Tra bảng 3-6 [1] β = 1,194 Vậy: 𝑑𝑐 𝐸𝑡𝑏 = 𝛽 𝐸𝑡𝑏 = 1,194.224,18 = 267,67 𝑀𝑝𝑎 Điều kiện kiểm tra: 𝑇ax + 𝑇av ≤  𝐶tt tr 𝐾cd (2-20) Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn Tax 𝐻 𝐷 = 1,697 𝑡𝑏 𝐸𝑑𝑐 𝐸0 = 267,67 = 6,373 ; φ = 24˚ 42  Tra toán đồ 3-2 [1]: Ta Tax/p = 0,0167 với tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn P = 100 kN nên theo bảng 3-1 [1] ta có áp lực tính tốn mặt đường p = 0,6 MPa  Tax = 0,0167.0,6 = 0,0100 MPa   Xác định ứng suất cắt trọng lượng thân Tav H = 56 cm, φ = 24˚ tra toán đồ 3-4 [5]: Ta Tav = -0,0012 MPa 𝜏 = Tax + Tav = 0,0100 + (-0,0012) = 0,0088 MPa Xác định lực dính tính tốn : Ctt = C.K1.K2.K3 (2-21) Trong đó: - C: lực dính đất vật liệu dính C = 0,032 (MPa) - K1 : Hệ số xét đến giảm khả chống cắt tác dụng tải trọng trùng phục (K1= 0,6,) - Hệ số xét đến làm việc không đồng kết cấu, với lưu lượng tính tốn làn(Ntt=126 trục/làn.ngày đêm) >100 xe K2= 0,8 (tra bảng 3-8[3]), - Hệ số xét đến gia tăng sức chống cắt trượt đất , K3=1,5 đất cát  Ctt = 0,032.0,6.0,8.1,5 = 0,023 - Độ tin cậy thiết kế =0,85; tra bảng 3-7[3], ta hệ số cường độ cắt trượt: 𝑡𝑟 𝐾𝑐𝑑 = 0,90 𝐶 Như vậy: Tax + Tav = 0,0088 (MPa) < 𝐾𝑡𝑡 𝑡𝑟 = 𝑐𝑑 0,023 0,90 = 0,026 (MPa) Vậy đất đảm bảo điền kiện cân trượt Kiểm tra lớp : cấp phối thiên nhiên loại A : Lớp : 28 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG STT Vật liệu hi (cm) Etr (MPa) Cấp phối đá dăm loại I 15 300       Xác định Ech mặt lớp Cấp phối thiên nhiên loại A E1 = Etr vl = 200 (MPa) E0/E1 = 42 / 200 = 0.210 H/D = 41 / 33 = 1.242 Tra toán đồ Hình 3-1, với tỷ số ta xác định được: Ech/E1 = 0.550 Module đàn hồi chung kết cấu: Ech = 0.550 × 200 = 110.00 (MPa) Sử dụng toán đồ 3-2, với tỷ số sau: H/D = 15 / 33 = 0.455 E1/E2 = 300 / 110.00 = 2.727 𝜑 = 400 Tra được: Tax/p = 0.0683 p= 0.6 (MPa) Ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tính tốn gây ra: Tax= 0.0683×0.6 = 0.0410 (MPa) Sử dụng tốn đồ hình 3-4, với thông số sau: H = 15 (cm) 𝜑 = 400 Tra ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu gây ra: Tav= -0.0011 (MPa) Lực dính tính tốn: Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó: C = 0.05 (MPa) K1 = 0.6 Kết cấu áo đường Ntt = 126 (trục/làn.ngày đêm K2 = 0.8 (tra bảng 3-8) Đất là: Á sét Do đó: K3 = 1.5 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 hệ số cường độ cắt trượt: Kcđtr = 0.90 Kiểm tra điều kiện cắt trượt: Tax + Tav = 0.0410 + (-0.0011) = 0.0399 (MPa) Ctt/Kcđtr = 0.036 / 0.90 = 0.0400 (MPa) Tax + Tav = 0.0399 < Ctt/Kcđtr = 0.0400 Vậy lớp cấp phối thiên nhiên loại A đảm bảo điều kiện cân trượt 29 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 2.6.3 Kiểm toán phương án đầu tư phân kỳ 10 năm (với Eyc=162 Mpa) 2.6.3.1 Kiểm toán theo độ võng đàn hồi cho phép Giả thiết mô đun đàn hồi mặt đường cũ sau năm đưa vào khai thác 95% trị số mô đun đàn hồi ban đầu Esau = 95%.Ech = 0,95.154,44 = 147 Mpa Để nâng cấp mặt đường A2, thành mặt đường cấp cao A1 thiết kế năm 15, ta rải lớp BTNC 12,5 BTNC 19 lên kết cấu cũ Tăng 1cm cho lớp mặt BTNC 19 10 năm sau, nâng cấp kết cấu áo đường thành cấp cao A1 cách thêm lên mặt đường cũ lớp mặt sau ( tính từ xuống ) Bảng 2-23 Các đặc trưng vật liệu kết cấu áo đường E(MPa) hi Tên vật liệu Tính độ võng t=300C Tính trượt t=600C Tính kéo uốn nhiệt độ thấp Rku (Mpa) BTNC 12,5 350 250 1600 BTNC 19 420 300 1800 2,8 Lớp móng cũ 147 - - - C (Mpa)  (độ) - - Tương tự phần quy đổi hệ nhiều lớp thành lớp cho kiểm toán độ võng đàn hồi, quy đổi hai lớp thành lớp : Lớp KC Ei (MPa) BTNC 19 420 BTNC 12,5 350 t=E2/E1 H (cm) k=H2/h1 0,833 0,667 Htb (cm) Etb (MPa) 420 10 391 𝑡𝑡 Với H/D = 10/33 = 0,303 nên trị số 𝐸𝑡𝑏 kết cấu nhân thêm hệ số điều 𝐻 chỉnh β = f ( ) Tra bảng 3-6 [1] β = 0,965 𝐷 Vậy: 𝑑𝑐 𝐸𝑡𝑏 = 𝛽 𝐸𝑡𝑏 = 0,965.391 = 377 𝑀𝑝𝑎 Dùng tốn đồ Kogan xác định mơ đun đàn hồi chung đường với : H 10 = 33 = 0,303 𝐷 { 𝐸0 𝐸tb 147 = 377 = 0,389 𝐸 } 𝐸𝑐ℎ =0,473 (Tra toán đồ Kogan) 𝑡𝑏  Ech = 0,473.377=178,3(MPa) 𝑐𝑑 Với hệ số tin cậy thiết kế=0,85, ta có 𝐾𝑑𝑣 = 1,06 𝑑𝑣 𝐾𝑐𝑑 Eyc = 1,06.162= 172 (MPa) So sánh: 30 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 𝑑𝑣 𝐸𝑐ℎ = 178,3 > 𝐾𝑐𝑑 𝐸𝑦𝑐 = 172 (𝑀𝑝𝑎) Vậy KCAD đảm bảo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi 31 ... iv ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ VỚI ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1       2.1.1    Các. ..ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ VỚI ÁO ĐƯỜNG MỀM... ban đầu giải pháp Từ chọn giải pháp hợp lý kinh tế để tiến hành kiểm toán theo trạng thái cường độ quy định Chương 3[3] 11 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Hình 2-1 Mặt cắt kết cấu áo đường