ĐỒ án THIẾT kế nền mặt ĐƯỜNG 2

ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG SINH VIÊN: BÙI QUỐC BẢO MÃ SINH VIÊN: 13263 LỚP: 63CDE STT: 02 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN VĂN BÍCH Hà Nội, 04/05/2022 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KIỂM TOÁN NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 2.1.1 Yêu cầu kết cấu áo đường mềm 2.1.1.1 Yêu cầu độ phẳng 2.1.1.2 Yêu cầu độ nhám 2.1.1.3 Yêu cầu độ lún 2.1.2 Số liệu thiết kế 2.1.2.1 Số liệu đất 2.1.2.2 Số liệu hình học tải trọng xe 2.1.2.3 Phương án thiết kế kết cấu áo đường 2.2 THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.2.1 Phương án đầu tư tập trung 2.2.1.1 Dự kiến kết cấu áo đường 2.2.1.2 Xác định bề dày lớp tầng móng theo phương án sơ 2.2.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế kết cấu áo đường 11 2.2.1.4 Yêu cầu vật liệu 13 2.3 KIỂM TOÁN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ĐỀ XUẤT 13 2.3.1 Kiểm tra cường độ chung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi 13 2.3.1.1 Xác định Ech 14 2.3.1.2 Kết luận 14 2.3.2 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất 15 2.3.2.1 Xác định đại lượng 15 2.3.2.2 Kết luận 17 2.3.3 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp bê tông nhựa 18 2.3.3.1 Xác định giá trị đại lượng cần kiểm toán 18 2.3.3.2 Kết luận 21 2.4 PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ PHÂN KỲ 22 i ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 2.4.1 Các yêu cầu chung lựa chọn phương án đầu tư phân kì 22 2.4.2 Đề xuất giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ tầng mặt 22 2.4.3 Tính tốn kết cấu áo đường giai đoạn I 23 2.4.3.1 Số liệu thành phần dòng xe, lưu lượng xe năm thứ giai đoạn I 23 2.4.3.2 Tính số trục xe tính tốn quy đổi trục tiêu chuẩn 23 2.4.3.3 Số trục xe tính tốn tiêu chuẩn xe Ntt 25 2.4.3.4 Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn tính tốn 15 năm 25 2.4.3.5 Lựa chọn tầng mặt cho giai đoạn 26 2.4.4 Kiểm toán phương án kết cấu áo đường cho giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ năm đầu 26 2.4.4.1 Kiểm tra cường độ chung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 26 2.4.4.2 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất lớp vật liệu dính kết 29 2.5 TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG GIAI ĐOẠN II 31 2.5.1 Lựa chọn kết cấu áo đường giai đoạn II 31 2.5.2 Kiểm toán phương án kết cấu áo đường cho giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ 10 năm lại 31 2.5.2.1 Kiểm tra cường độ chung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 31 2.5.2.2 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp vật liệu liền khối lớp betong nhựa 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 ii ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 2-1 Sơ đồ tính tốn chiều dày lớp kết cấu áo đường Hình 2-2 Toán đồ xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe lớp hệ hai lớp 16 Hình 2-3 Tốn đồ tìm ứng suất cắt hoạt động Tav(Mpa) trọng lượng thân mặt đường 17 iii ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Yêu cầu độ phẳng tùy thuộc vào tốc độ xe yêu cầu Bảng 2-2 Yêu cầu độ nhám mặt đường phụ thuộc vào tốc độ chạy xe Bảng 2-3 Các đặc trưng tính tốn đất Bảng 2-4 Phân bố tải trọng trục xe dự báo lưu lượng xe năm thiết kế thứ 15 Bảng 2-5 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100 kN Bảng 2-6 Lựa chọn mô đun đàn hồi yêu cầu Bảng 2-7 Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trưng tính tốn lớp kết cấu theo Phương án Bảng 2-8 Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trưng tính tốn lớp kết cấu theo Phương án Bảng 2-9 Tính tốn lựa chọn bề dày lớp tầng móng phương án 10 Bảng 2-10 Tính tốn lựa chọn bề dày lớp tầng móng phương án 11 Bảng 2-11 Đơn giá vật liệu xây dựng tỉnh Nghệ An quý II năm 2018 [9], [10] 11 Bảng 2-12 Giá thành tính tốn cho phương án 12 Bảng 2-13 Giá thành tính tốn cho phương án 12 Bảng 2-14 Phương án chọn 12 Bảng 2-15 Kết cấu áo đường lựa chọn thiết kế 12 Bảng 2-16 Yêu cầu vật liệu kết cấu áo đường 13 Bảng 2-17 Kết quy đổi tầng lớp từ lên để tim E’tb 14 Bảng 2-18 Kết tính đổi tầng lớp từ lên 15 Bảng 2-19 Lớp kết cấu bê tông nhựa kiểm tra kéo uốn 19 Bảng 2-20 Kết quy đổi tầng lớp lớp từ lên 19 Bảng 2-21 Kết tính đổi tầng lớp móng lớp 20 Bảng 2-22 Cường độ kéo uốn tính tốn vật liệu liền khối 21 Bảng 2-23 Phân bố tải trọng trục xe dự báo lưu lượng xe năm thiết kế thứ giai đoạn I đầu tư xây dựng phân kỳ 23 Bảng 2-24 Các đặc trưng tải trọng trục tính tốn tiêu chuẩn 24 Bảng 2-25 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100 kN 25 iv ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Bảng 2-26 Các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ năm đầu 26 Bảng 2-27 Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp từ lên để tìm 28 Bảng 2-28 Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp từ lên để tìm 29 Bảng 2-29 Các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ 10 năm lại 31 Bảng 2-30 Lựa chọn module đàn hồi yêu cầu 32 Bảng 2-31 Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp từ lên để tìm 33 Bảng 2-32 Kết quy đổi tầng lớp từ lên để tìm E tb' 35 Bảng 2-33 Kết quy đổi tầng lớp từ lên để tìm E tb' 36 Bảng 2-34 Kết quy đổi tầng lớp từ lên để tìm E tb' 37 v ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KIỂM TOÁN NỀN ĐƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1 2.1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ Yêu cầu kết cấu áo đường mềm Kết cấu áo đường mềm xe chạy kết cấu phần lề gia cố cần thiết kế đạt yêu cầu mục 1.3.1 [5]: + Áo đường phải có đủ cường độ trì cường độ để hạn chế tối đa trường hợp phá hoại xe cộ yếu tố tự nhiên + Bề mặt kết cấu áo đường phải đảm bảo phẳng, đủ nhám, dễ nước mặt gây bụi để đáp ứng u cầu giao thơng an tồn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường xung quanh 2.1.1.1 Yêu cầu độ phẳng Áo đường phần xe chạy cho ô tô lề gia cố có xe thơ sơ phải đảm bảo bề mặt đạt độ phảng yêu cầu thời điểm bắt đầu đưa đường vào khai thác, đánh giá số IRI: Bảng 2-1 Yêu cầu độ phẳng tùy thuộc vào tốc độ xe yêu cầu Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Chỉ số IRI yêu cầu (m/km) - đường xây dựng 120 100 ≤ 2.0 80 ≤ 2.2 60 ≤ 2.5 Độ phảng đánh giá thước dài 3m (22TCN16-79) “Quy trình xác định độ phẳng mặt đường” Theo đó: mặt đường cấp cao A1 – 70% số khe hở phải 3mm, 30% khe hở lại phải 5mm; mặt đường cấp cao A2, tất khe hở phải 5mm; mặt đường cấp thấp B1,B2 tất khe hở 10mm Áo phần lề gia cố cho xe máy, xe thô sở phải đạt yêu cầu độ phẳng phần xe chạy cho ô tô liền kề 2.1.1.2 Yêu cầu độ nhám Bê tông nhựa phải đạt yêu cầu tối thiểu quy định thông qua tiêu chiều sâu rắc cát trung bình phụ thuộc vào tốc độ chạy xe yêu cầu bảng dưới: ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Bảng 2-2 Yêu cầu độ nhám mặt đường phụ thuộc vào tốc độ chạy xe Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Chiều sâu rắc cát trung bình Htb (mm) V < 60 Htb ≥ 0.25 60 ≤ V < 80 Htb ≥ 0.35 80 ≤ V ≤ 120 Htb ≥ 0.45 + Các loại đường cao tốc, đường cấp I, II trừ đoạn có cắm biển hạn chế tốc độ, nên thiết kế lớp mặt tạo nhám đạt chiều sâu rắc cát trung bình Htb ≥ 0.55m + Nếu khơng cắm biển hạn chế tốc độ tốc độ chạy xe yêu cầu lấy 1.25 lần tốc độ thiết kế tương ứng với cấp hạng đường thiết kế 2.1.1.3 Yêu cầu độ lún Trường hợp kết cấu áo đường đoạn đường qua vùng đất yếu có khả phát sinh độ lún lớn kéo dài phải đảm bảo yêu cầu thiết kế độ lún cho phép Chỉ xác định độ lún cho phép kết cấu áo đường cấp cao A1, đường có vận tốc thiết kế ≤ 40 Km/h đường thiết kế áo đường mềm cấp A2 trở xuống khơng đề cập tới độ lún cố kết lại thiết kế (Các loại mặt đường thường thiết kế theo nguyên tắc phân kỳ nên xử lý lún giai đoạn đầu tư sau làm giảm chi phí xử lý nền) 2.1.2 Số liệu thiết kế 2.1.2.1 Số liệu đất Đất khu vực tuyến qua thuộc loại đất sét có chế độ thủy nhiệt thuộc loại II (ẩm vừa) (B.1.2 [5]) Đất khu vực ẩm ướt theo mùa có nước đọng hai bên đường nhỏ tháng nhiên khoảng cách từ mép phần xe chạy đến mặt taluy ngang mức nước ngập lớn = 2.0m, mực nước ngầm cách 0.5m Đối với loại đất ta tham khảo xác định mô đun đàn hồi trị số đặc trưng lực dính góc ma sát tùy thuộc vào độ ẩm tương đối Bảng B-3 [5] Bảng 2-3 Các đặc trưng tính tốn đất Loại đất Độ chặt Độ ẩm Mô đun đàn hồi E0 (MPa) Lực dính C (MPa) Góc ma sát Sét Loại II 0.95 (K95) 0.6 42 0,032 24 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 2.1.2.2 Số liệu hình học tải trọng xe Thiết kế sơ kết cấu áo đường cho tuyến đường cấp III địa hình miền núi có xe Theo kết điều tra dự báo năm cuối thời hạn thiết kế 15 năm tải trọng trục xe bảng dưới, hệ số tăng xe 7% Bảng 2-4 Phân bố tải trọng trục xe dự báo lưu lượng xe năm thiết kế thứ 15 Trọng lượng trục (kN) Trục Trục sau trước Loại xe Số trục sau Số bánh xe cụm sau Khoảng cách trục Lượng xe chiều ni (xe/ngđ) 560 Xe Xe tải nhẹ 18 56 Bánh đôi < 3.0 400 Xe tải trung 25.8 69.6 Bánh đôi < 3.0 240 Xe tải nặng 48.2 100 Bánh đôi < 3.0 400 Tính số trục xe tính tốn quy đổi trục tiêu chuẩn 100 kN  P  N   C1C2 ni  i   100  i 1 k 4.4 (2-1) Trong đó: 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/ngđ) ni – số lần tác dụng loại tải trọng trục I có trọng lượng trục Pi cần quy đổi tải trọng trục tính tốn 100 kN C1 – hệ số số trục, C1 = 1+1.2(m-1), m – số trục cụm trục i C2 – hệ số xét đến tác dụng số bánh xe cụm trục: Cụm bánh có bánh C2 = 6.4 Cụm bánh đôi C2 = 1.0 Cụm bánh có bánh C2 = 0.38 Kết tính thể bảng ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ  ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Cụm bánh có bánh lấy C2=0.38 Kết tính thể Bảng 2-25: Bảng 2-25 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100 kN Pi (kN) C1 C2 ni Trục trước Trục sau 18 56 1 6.4 203 203 0.69 15.83 Trục trước Trục sau Trục trước 25.8 69.6 48.2 1 6.4 6.4 122 122 203 2.01 24.77 52.37 Trục sau 100 1 203 203.00 Loại xe Tải nhẹ Tải trung Tải nặng N  P  C1  C2  ni   i   100  4.4 299 (trục/ngđ) 2.4.3.3 Số trục xe tính tốn tiêu chuẩn xe Ntt 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 tuỳ thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu áo đường Xác định Ntt theo biểu thức: Ntt  N  f i (trục/ng.đ/làn) (2-29) Trong :  Ntk: tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính tốn ngày đêm chiều xe chạy năm cuối thời hạn thiết kế Trị số Ntk xác định theo biểu thức ni loại tải trọng trục i lấy số liệu năm cuối thời hạn thiết kế lấy số trục i trung bình ngày đêm khoảng thời gian mùa mưa trung bình ngày đêm năm (nếu ni trung bình năm lớn ni trung bình mùa mưa);  fi: hệ số phân phối số trục xe tính tốn xe, mặt đường có xe chạy, fi = 0.55  N tt  299  0.55  164 (trục/ng.đ/làn) 2.4.3.4 Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn tính tốn 15 năm 1  q t  1   365  N Ne   tt t 1 q  1  q  25 (2-30) ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Trong :  q : hệ số tăng trưởng xe năm, q=8% ;  Ntt : Số trục xe tính tốn tiêu chuẩn xe; 1  0.07 5  1   365  164  2.63 105 (trục)  Ne   51 0.07  1  0.07  2.4.3.5 Lựa chọn tầng mặt cho giai đoạn Giai đoạn tầng móng lấy số liệu từ phương án đầu tư tập trung và tầng mặt tầng mặt cấp cao A2 cách láng nhựa lớp với chiều dày 2.5 (cm) lựa chọn theo TCVN 8863:2011- mặt đường láng nhựa nóng – thi cơng nghiệm thu Bảng lựa chọn lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ năm đầu: Bảng 2-26 Các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ năm đầu Lớp kết cấu (từ lên) Đất loại sét Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% Láng nhựa lớp Module đàn hồi theo Bề dầy Góc điều kiện (MPa) Lực ma sát Rku dính C lớp Tính Tính Tính (MPa) (MPa) độ trượt kéo 𝜑(độ) (cm) võng uốn 42 0.032 24 ∞ 30 250 250 250 - - - 12 600 600 600 - - - 2.5 0 0 0 2.4.4 Kiểm toán phương án kết cấu áo đường cho giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ năm đầu 2.4.4.1 Kiểm tra cường độ chung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép Xác định module đàn hồi yêu cầu: Cấp đường Loại tầng mặt Số trục xe tính tốn Ntt Mơ đun đàn hồi yêu cầu Eyc III Cấp cao A2 164 130.32 26 Mô đun đàn Mô đun đàn hồi yêu cầu hồi yêu cầu tối thiểu lựa chọn Eycmin Eyclc 120 130.32 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Theo tiêu chuẩn kết cấu xem đủ cường độ trị số mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đường (hoặc kết cấu áo lề có gia cố) Ech lớn trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với hệ số dự trữ cường độ độ võng Kcddv xác định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn (2-31) Ech  K cddv  E yc Trong :  Kcddv : phụ thuộc vào hệ số độ tin cậy theo Bảng 3-2 - 22TCN-211-06, Kcddv =1.10 (hệ số độ tin cậy 0.85);  Eyc = 130.32 (MPa),  Ech  K cddv  E yc  1.10 130.32  143.35( Mpa ) a Xác định Ech Quy đổi hệ nhiều lớp hệ lớp với trị số module đàn hồi trung bình E’tb với biểu thức:    k  t '   Etb  E1   1 k    (2-32) Trong đó:  k=h2/h1, t=E1/E2, với h1 h2 chiều dày lớp lớp áo đường, E1 E2 modun đàn hồi vật liệu lớp lớp Việc đổi hệ nhiều lớp hệ lớp tiến hành từ lên, có hai lớp vật liệu quy đổi lớp bề dày H’ = h1 + h2 có trị số mơ đun đàn hồi E tb' tính theo - (2-32) - Sau lại xem lớp H’ (với E tb' ) lớp tiếp tục quy đổi với lớp thành lớp có bề dày H = H’+ h3 E tb' tính theo (2-32) với E tb' lớp đóng vai trị E1 K = h3/H’, t=E3/ E tb' - Sau quy đổi nhiều lớp áo đường lớp cần nhân thêm với E tb' hệ số điều chỉnh β xác định theo Bảng 3-6-22TCN-211-06 để trị số Etbdc : (2-33) Etbdc    Etb' Trong đó: 27 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG  Hệ số điều chỉnh:   1.114   H / D  , tra theo bảng 3-6 22TCN211-06;  H: bề dày toàn kết cấu áo đường;  D: đường kính vệt bánh xe tính tốn;  Tỷ số H/D tra  theo theo Bảng 3-6-22TCN-211-06 0.12 - Xác định module đàn hồi chung hệ kết cấu theo quan hệ toán đồ Kogan: E H  Ech  f o,  E1  E1 D  (2-34) Trong đó:  E1: mondule đàn hồi trung bình điều chỉnh E1  Etbdc Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp thể bảng đây: Bảng 2-27 Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp từ lên để tìm E2 E1 Loại kết cấu Ei (Mpa) Cấp phối đá dăm loại II 250 30 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 600 2.4 Láng nhựa lớp 0 - t hi (cm) h2 h1 (Mpa) 30 250 12 0.400 42 329.87 2.5 0.060 44.5 276.97 Xét hệ số điều chỉnh: H 44.5   1.35    1.15 D 33 - Module đàn hồi trung có điều chỉnh: Etbdc    Etb'  1.15  276.97  318.52( Mpa ) - Module đàn hồi trung kết cấu:  E H Ech 44.5   42  f  dco ,   f  ,   f  0.132,1.348   0.461 dc Etb  318.52 33   Etb D   Ech  0.479  Etbdc  0.461  318.52  146.84( Mpa ) b Kết luận nhận xét Kết kiểm toán: Ech  146.84  Kcddv  E yc  143.35( Mpa) 28 E tb' Htb (cm) k ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Kết luận: Vậy thấy cấu tạo kết cấu áo đường dự kiến đảm bảo đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 2.4.4.2 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất lớp vật liệu dính kết Kết cấu áo đường có tầng mặt cấp cao loại A1 xem đủ cường độ thỏa mãn điều kiện sau: Tax  Tav  Ctt K cdtr (2-35) Trong đó:  Tax: ứng suất cắt hoạt động lớn tải trọng bánh xe tính tốn gây đất lớp vật liệu dính (MPa);  Tav: ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp vật liệu nằm gây điểm xét (MPa);  K cdtr : hệ số cường độ chịu cắt trượt (tra theo bảng 3-7 22TCN-21106) a Xác định đại lượng - Module đàn hồi trung bình lớp kết cấu: + Việc quy đổi hệ nhiều lớp hệ lớp thực bảng sau: Bảng 2-28 Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp từ lên để tìm E2 E1 Loại kết cấu Ei (Mpa) Cấp phối đá dăm loại II 250 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% 600 2.4 12 Láng nhựa lớp 0 2.5 t hi (cm) h2 h1 (Mpa) 30 250 0.400 42 329.87 0.060 44.5 276.97 30 + Xét hệ số điều chỉnh: H 44.5   1.35    1.15 D 33 + Module đàn hồi trung có điều chỉnh: Etbdc    Etb'  1.15  276.97  318.52( Mpa ) 29 E tb' Htb (cm) k ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây đất Tax: - + Ta có: E E 318.52 H 44.5  7.58   1.35  tb  D 33 E2 E0 42 + Từ hệ số ta tra toán đồ để xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe lớp hệ lớp, với góc ma sát đất   240 ta tra giá trị: Tax  0.0225 Vì áp lực mặt đường bánh xe tiêu chuẩn tính tốn p = p (daN/cm2) = 0.6 (Mpa)  Tax  0.0225  0.6  0.0135( Mpa ) Ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu áo đường gây đất Tav: - + Dựa vào bề dày tổng cộng lớp nằm lớp tính tốn H = 44.5 (cm) giá trị góc ma sát đất   240 Tra biểu đồ để xác định Tav:  Tav  0.0009( Mpa) - Xác định Ctt, K cdtr : + Trị số Ctt xác định theo biểu thức: Ctt  c  K1  K  K (2-36) Trong đó:  C = 0.032 (Mpa): Lực dính đất nền;  K1 = 0.6: hệ số xét đến suy giảm sức chống cắt trượt đất chịu tải trọng động gây dao động;  K2 = 0.8: hệ số xét đến yếu tố tạo làm việc không đồng kết cấu Lấy theo Bảng 3-8 22TCN-211-06;  K3 = 1.5: hệ số xét đến gia tăng sức chống cắt trượt đất vật liệu dính điều kiện chúng làm việc kết cấu khác với mẫu thử Lấy đất sét  Ctt  c  K1  K  K  0.032  0.6  0.8  1.5  0.023 Hệ số cường độ chịu cắt tra theo bảng 3-7 22TCN-211-06, với cấp đường IV độ tin cậy lấy 0.9: Kcdtr=0.94 - 30 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG b Kết luận nhận xét Với giá trị xác định mục trên, thay vào biểu thức (2-35) ta thấy: Tax  Tav  0.0135  0.0009  0.0126  Mpa   Ctt 0.023   0.024  Mpa  K cdtr 0.94 Kết luận: Như ta kết luận kết cấu áo đường đảm bảo khả chịu cắt trượt đất lớp vật liệu dính kết 2.5 TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG GIAI ĐOẠN II 2.5.1 Lựa chọn kết cấu áo đường giai đoạn II Sau năm cường độ kết cấu áo đường Ech giảm 10%: Ech5  0.9  329.87  296.88  MPa  Vẫn giữ kết cấu móng phương án đầu tư tập trung, nhiên tăng bề dầy tầng mặt cũ phươn án kết cấu áo đường mềm lên, kết cấu áo đường thể bảng sau: Bảng 2-29 Các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ 10 năm lại Lớp kết cấu (từ lên) Lớp móng cũ Bê tông nhựa chặt loại I 12.5 mm (đá dăm ≥ 50%) Bê tông nhựa chặt loại I 9.5 mm (đá dăm ≥ 50%) Module đàn hồi theo Bề dầy Góc điều kiện (MPa) Lực ma sát Rku dính C lớp Tính Tính Tính (MPa) (MPa) độ trượt kéo 𝜑(độ) (cm) võng uốn 296.88 420 300 2200 2.8 - - 350 250 1600 - - 2.5.2 Kiểm toán phương án kết cấu áo đường cho giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ 10 năm lại 2.5.2.1 Kiểm tra cường độ chung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép - Xác định module đàn hồi yêu cầu: 31 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Bảng 2-30 Lựa chọn module đàn hồi yêu cầu Cấp đường Loại tầng mặt Số trục xe tính tốn Ntt Module đàn hồi yêu cầu Eyc III Cấp cao A1 323 167.38 Module đàn Module đàn hồi yêu cầu hồi yêu cầu tối thiểu lựa chọn Eycmin Eyclc 140 167.38 Theo tiêu chuẩn kết cấu xem đủ cường độ trị số mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đường (hoặc kết cấu áo lề có gia cố) Ech lớn trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với hệ số dự trữ cường độ độ võng K cddv xác định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn - (2-37) Ech  K cddv  E yc Trong :  Kcddv : phụ thuộc vào hệ số độ tin cậy theo Bảng 3-2 - 22TCN-211-06, K cddv  1.10 (hệ số độ tin cậy 0.9);  E yc  167.38( Mpa ) ,  Ech  Kcddv  Eyc  1.10 167.38  184.1( Mpa) a Xác định Ech - Quy đổi hệ nhiều lớp hệ lớp với trị số module đàn hồi trung bình E tb' với biểu thức:    k  t '   Etb  E1   1 k    (2-38) Trong đó:  k=h2/h1, t=E1/E2, với h1 h2 chiều dày lớp lớp áo đường, E1 E2 modun đàn hồi vật liệu lớp lớp Việc đổi hệ nhiều lớp hệ lớp tiến hành từ lên, có hai lớp vật liệu quy đổi lớp bề dày H’ = h1 + h2 có trị số mơ đun đàn hồi E tb' tính theo - (2-38) - Sau lại xem lớp H’ (với E tb' ) lớp tiếp tục quy đổi với lớp thành lớp có bề dày H = H’+ h3 E tb' tính theo (2-38) với E tb' lớp đóng vai trị E1 K = h3/H’, t=E3/ E tb' 32 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Sau quy đổi nhiều lớp áo đường lớp cần nhân thêm với E tb' - hệ số điều chỉnh β xác định theo Bảng 3-6-22TCN-211-06 để trị số Etbdc : (2-39) Etbdc    Etb' Trong đó:  H: bề dày tồn kết cấu áo đường;  D: đường kính vệt bánh xe tính tốn;  Tỷ số H/D tra  theo theo Bảng 3-6-22TCN-211-06 Xác định module đàn hồi chung hệ kết cấu theo quan hệ toán đồ - Kogan: E H Ech  f o,  E1  E1 D  (2-40) Trong đó:  E1: mondule đàn hồi trung bình điều chỉnh E1  Etbdc Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp thể bảng đây: Bảng 2-31 Kết quy đổi hệ nhiều lớp lớp từ lên để tìm E2 E1 Loại kết cấu Ei (Mpa) Lớp móng cũ 296.88 - 42 Bê tông nhựa chặt loại I 12.5 mm (đá dăm ≥ 50%) 420 1.415 Bê tông nhựa chặt loại I 9.5 mm (đá dăm ≥ 50%) 420 1.335 t hi (cm) h2 h1 E tb' Htb (cm) (Mpa) - 42 296.88 0.190 50 314.69 0.120 56 325.02 k Xét hệ số điều chỉnh: H 56   1.697    1.187 D 33 Module đàn hồi trung có điều chỉnh: Etbdc    Etb'  1.187  325.02  385.8( Mpa ) Module đàn hồi trung kết cấu:  E H Ech  42 56   f  dco ,   f  ,   f  0.109,1.697   0.484 (tra toán đồ Kogan) dc Etb  385.8 33   Etb D  33 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG  Ech  0.484  Etbdc  0.484  385.8  186.7( Mpa ) b Kết luận nhận xét Kết kiểm toán: Ech  186.7  K cddv  E yc  184.1( Mpa) Kết luận: Vậy thấy cấu tạo kết cấu áo đường dự kiến đảm bảo đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 2.5.2.2 Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp vật liệu liền khối lớp betong nhựa Kết cấu coi đảm bảo đủ cường độ theo tiêu chuẩn keeo uốn lớp vật liệu liền khối lớp betong nhựa thỏa mãn điều kiện sau:  ku  Ruku K cdku (2-41) Trong đó:   ku : ứng suất chịu kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối tác dụng tải bánh xe;  Ruku : cường độ chịu kéo uốn tính toán lớp vật liệu liền khối;  K cdku : hệ số cường độ chịu kéo uốn tùy thuộc vào độ tin cậy (tra theo bảng 3-7 22TCN-211-06), K cdku  0.94 (hệ số độ tin cậy 0.9) a Xác định giá trị đại lượng - Xác định ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp betong nhựa + Ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối  ku xác định theo biểu thức đây:  ku   ku  p  kb (2-42) Trong đó:  p: áp lực bánh trọng trục tính tốn p = 0.6 Mpa;  kp: hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất kết cấu áo đường tác dụng tải trọng tính tốn bánh đơi bánh đơn: kb = 0.85: cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn); kb = 1.0: cụm bánh đơn (tải trọng trục đặc biệt nặng nhất);   ku : ứng suất kéo uốn đơn vị, xác định theo tốn đồ Hình 3-5 theo 22TCN-211-06; 34 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG  h1 E1 E2  , ,   D E E3  (2-43)  ku  f  Trong đó:  h1: tổng bề dày lớp kết cấu kể từ đáy lớp kiểm tra kéo uốn trở lên đến bề mặt áo đường;  E1: module dàn hồi trung bình lớp nằm phạm vi h1, E1  E h i hi i (Ei,hi : trị số module dàn hồi bề dày lớp i phạm vi h1);  D: đường kính vệt bánh xe tính tốn;  Ech.m: module dàn hồi chung đất lớp nằm phía đáy lớp vật liệu liền khối kiểm tra + Việc quy đổi tầng lớp betong nhựa lớp thực bảng sau: Bảng 2-32 Kết quy đổi tầng lớp từ lên để tìm E tb' Loại kết cấu Ei (Mpa) Lớp móng cũ 296.88 Bê tơng nhựa chặt loại I2200 12.5mm (đá dăm  50%) + Xét hệ số điều chỉnh: t E2 E1 hi (cm) k h2 h1 Htb (cm) E tb' - 42 - 42 (Mpa) 296.88 7.410 0.19 50 453.8 H 50   1.512    1.171 D 33 + Module đàn hồi trung bình hệ: Etb    Etb'  1.171  453.8  531.4( Mpa ) + Xác định ứng suất kéo uốn đơn vị  ku :  H ' 50   1.512  Ech.m D 33  Với  0.39  Eo 42 Etb    0.079  Etb 531.4 (tra tốn đồ Kogan hình 3-1 22TCN-211-06)  Ech.m  0.39  Etb  0.39  531.4  207.25( Mpa ) 35 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG  Tra tốn đồ Kogan hình 3-5 22TCN-211-06 với số sau để tính  ku đáy lớp betong nhựa lớp trên: H1    0.182  D 33 Với    ku  2.453 E1 2200   10.615 Ech.m 207.25  + Như ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối σku là:  ku   ku  p  kb  2.453  0.6  0.85  1.25( Mpa) Việc quy đổi tầng lớp betong nhựa lớp thực bảng sau: - Bảng 2-33 Kết quy đổi tầng lớp từ lên để tìm E tb' Loại kết cấu Ei (Mpa) Lớp móng cũ 296.88 + Xét hệ số điều chỉnh: t E2 E1 hi (cm) - 42 k h2 h1 - E tb' Htb (cm) (Mpa) 42 296.88 H 42   1.273    1.147 D 33 + Module đàn hồi trung bình hệ: Etb    Etb'  1.147  296.88  340.52  Mpa  + Xác định ứng suất kéo uốn đơn vị  ku :  H ' 42   1.273  Ech.m D 33  Với  0.477  Eo 42 Etb    0.153  Etb 340.52  Ech.m  0.477  Etb  0.477  340.52  162.43( Mpa)  Tra toán đồ Kogan hình 3-5 22TCN-211-06 với số sau để tính  ku đáy lớp betong nhựa lớp trên: H 14    0.424  D 33 Với    ku  1.845 E1 2200   13.544  Ech.m 162.43  36 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG + Như ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối σku là:  ku   ku  p  kb  1.845  0.6  0.85  0.941 Mpa  - Xác định cường độ kéo uốn vật liệu + Cường độ kéo uốn tính tốn vật liệu liền khối xác định theo công thức: (2-44) Rttku  k1  k  Rku Trong đó:  Rku: cường độ chịu kéo uốn tính tốn kéo uốn giới hạn nhiệt độ tính tốn tuổi mẫu tính tốn;  k2: hệ số xét đến suy giảm cường độ theo thời gian so với tác nhân hậu thời tiết;  k1: hệ số xét đến suy giảm cường độ vật liệu bị mỏi tác dụng tải trọng trùng phục Lấy bê tông nhựa: k1  11.11 , Ne: số N e0.22 trục xe tính tốn tích lũy suối thời hạn thiết kế thơng qua xe, thời hạn thiết kế lấy 15 năm lớp bê tông nhựa chặt loại I,( N e  1.1  106 ) Bảng 2-34 Kết quy đổi tầng lớp từ lên để tìm E tb' Loại kết cấu k1  11.11 N e0.22 Bê tông nhựa chặt loại I-12.5mm (đá dăm  0.521 50%) Bê tông nhựa chặt loại I-9.5mm (đá dăm  0.521 35%) b Kết luận nhận xét - k2 Rku Rttku  k1  k  Rku 2.8 1.459 2.8 1.459 Đối với betong nhựa lớp trên:  ku  1.25  Mpa   Rttku 1.459   1.55  Mpa  K cdku 0.94 => Thỏa mãn điều kiện biểu thức (2-41) - Đối với betong nhựa lớp dưới: 37 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ  ku  0.941 Mpa   ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG Rttku 1.459   1.55  Mpa  K cdku 0.94 => Thỏa mãn điều kiện biểu thức (2-41) Kết luận: Như kết cấu áo đạt điều kiện cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn kéo uốn hai lớp bê tông nhựa 38 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Ngọc Hải, Nguyễn Xuân Trục Thiết kế đường ô tô tập Nhà xuất giáo dục, 2007 [2] TCCS 2013, Tiêu chuẩn khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu (Dự thảo), 2013 [3] TCVN 4054-2005, Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế, 2005 [4] Q Cao Mừng, “Đồ án thiết kế cơng trình Nền - Mặt đường,” Đại học xây dựng, 2016 [5] 22 TCN 211-06, Áo đường mềm - Các yêu cầu dẫn thiết kế, 2006 [6] TCVN 8819:2011, Mặt đường bê tơng nhựa nóng - u cầu thi cơng nghiệm thu, 2011 [7] TCVN 8858:2011, Móng cấp phối đá dăm cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng kết cấu áo đường ô tô -Thi công nghiệm thu, 2011 [8] TCVN 8859:2011, Lớp móng cấp phối đá dăm kết cấu áo đường ô tô - Vật liệu, thi công nghiệm thu 2011 [9] 39 ... KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG MỤC LỤC CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KIỂM TOÁN NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2. 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ ... 2. 1 .2. 2 Số liệu hình học tải trọng xe 2. 1 .2. 3 Phương án thiết kế kết cấu áo đường 2. 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2. 2.1 Phương án đầu tư tập trung 2. 2.1.1... CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KIỂM TOÁN NỀN ĐƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ ĐỒ ÁN THIẾT