8 quy trình thiết kế áo đường mềm 22 tcn 211 06

Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;Quy trình thiết kế áo đường mềm;

Mục Lục CHơng Quy định chung 1.1 Phạm vi áp dụng 1.2 Các thuật ngữ 1.3 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm phần lề đờng có gia cố .7 1.4 Nội dung công tác thiết kế áo ®−êng mÒm 10 1.5 Nội dung yêu cầu công tác điều tra thu thËp sè liƯu thiÕt kÕ 11 CH−¬ng Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng 15 2.1 Nguyên tắc thiết kế 15 2.2 Cấu tạo tầng mặt yêu cÇu thiÕt kÕ .15 2.3 Thiết kế cấu tạo tầng móng 20 2.4 BỊ dµy cấu tạo lớp kết cấu áo đờng 23 2.5 Yêu cầu thiết kế ®èi víi khu vùc t¸c dơng cđa nỊn ®−êng: 24 2.6 ThiÕt kÕ tho¸t n−íc cho kÕt cấu áo đờng lề đờng 28 2.7 Kết cấu áo đờng phần lề gia cố, lớp phủ dải phân cách c¸c bé phËn kh¸c 31 CH−¬ng TÝnh toán cờng độ bề dày kết cấu áo đờng 34 3.1 Các yêu cầu nguyên tắc tÝnh to¸n: 34 3.2 Tải trọng trục tính toán cách quy đổi số trục xe khác số tải trọng trục tính to¸n .35 3.3 Sè trôc xe tính toán xe kết cấu ¸o lÒ cã gia cè 37 3.4 TÝnh to¸n cờng độ kết cấu áo đờng kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn độ võng ®µn håi cho phÐp .38 3.5 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất lớp vật liệu dính kết 45 3.6 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp vËt liƯu liỊn khèi 49 CHơng Thiết kế tăng cờng, cải tạo áo ®−êng cị 53 4.1 C¸c néi dung, yêu cầu nguyên tắc thiết kế .53 4.2 Yêu cầu việc thiết kế cấu tạo tăng cờng mở rộng kết cấu áo đờng cũ 54 4.3 §iỊu tra thu thËp sè liƯu phơc vơ thiÕt kÕ tăng cờng, cải tạo áo đờng cũ 56 4.4 Tính toán cờng độ (bề dày) kết cấu tăng cờng cải tạo 58 PHụ LụC A : Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác vỊ sè trơc xe tÝnh to¸n, tÝnh sè trơc xe tiêu chuẩn tích lũy cách tính tải trọng trục tơng đơng nặng xe nhiều trục 59 A.1 VÝ dơ tÝnh to¸n quy đổi số trục xe khác số trục xe tính toán 59 A.2 Tính số trục xe tiêu chn tÝch lịy thêi h¹n thiÕt kÕ 60 A.3 Cách xác định tải trọng trục tính toán xe nặng (hoặc rơ mooc) có nhiều trục theo môc 3.2.2: 60 PHụ LụC B : Xác định đặc trng tính toán đất phạm vi khu vùc T¸c dơng 62 B.1 Xác định độ ẩm tơng đối tính toán phạm vi khu vực tác dụng đất .62 B.2 Các trị số tham khảo đặc trng dùng tính toán đất 63 B.3 Xác định số sức chịu tải CBR sức chịu tải trung bình CBRtb đặc trng cho phạm vi khu vực tác dụng đất 64 B.4 Các tơng quan thực nghiệm mô đun đàn hồi Eo với số sức chịu tải CBR .64 B.5 Các phơng pháp xác định trị số mô đun đàn hồi EO đất cách thử nghiệm phßng (theo mơc 3.4.6) .65 B.6 Xác định đặc trng sức chống cắt cđa nỊn ®Êt (theo mơc 3.5.5) 66 PHơ LơC C : Xác định đặc trng tính toán vật liệu làm lớp kết cấu áo đờng 67 C.1 Các đặc trng tính toán bê tông nhựa hỗn hợp đá nhựa .67 C.2 Các đặc trng tính toán loại vật liệu khác .67 C.3 Thí nghiệm phòng để xác định đặc trng tính toán vật liệu cã sư dơng chÊt liªn kÕt .68 C.4 Thư nghiƯm phòng để xác định trị số mô đun đàn hồi vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên ) 70 PHụ LụC D : PHƯƠNG PHáP THử NGHIệM XáC ĐịNH MÔ ĐUN ĐàN HồI CủA ĐấT Và VậT LIệU áO Đờng trờng máng thí nghiệm 71 D.1 Xác định thí nghiệm đo ép trªn tÊm Ðp lín 71 D.2 Xác định phơng pháp dùng cần đo võng Benkelman 72 PHơ LơC E : C¸c vÝ dơ tÝnh to¸n 73 E.1 VÝ dô I: ThiÕt kÕ kÕt cÊu áo đờng có tầng mặt cấp cao A1 73 E.2 VÝ dô II: ThiÕt kÕ kÕt cÊu áo đờng mềm cho đờng cấp IV có hai xe, mặt đờng cấp cao A2 78 PHô LôC F : Biểu thức giải tích gần tính mô đun đàn hồi Ech ứng suất kéo uốn đơn vị σ ku cđa hƯ hai líp 82 F.1 Biểu thức giải tích gần tính mô đun đàn hồi Ech 82 F.2 Biểu thức giải tích gần để tính ứng suất kéo uốn đơn vị ku 82 cộng hòa x6 hội chủ nghĩa việt nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc áo đờng mềm - Các yêu cầu dẫn thiết kế Bộ giao thông vËn t¶i 22 TCN 211 - 06 Cã hiƯu lùc từ ngày ./ /2007 (Ban hành kèm theo định số 52 /2006/QĐ-BGTVT ngày 28 / 12 / 2006 Bộ trởng Bộ Giao thông vận tải) CHơng Quy định chung 1.1 Phạm vi áp dụng 1.1.1 Tiêu chuẩn quy định yêu cầu thiết kế cấu tạo tính toán cờng độ áo đờng mềm đờng ô tô cao tốc, đờng ô tô cấp hạng thiết kế khác nhau, đờng đô thị, đờng ô tô chuyên dụng trờng hợp áo đờng làm trờng hợp nâng cấp, cải tạo áo đờng cũ với định nghĩa áo đờng mềm nh mục1.2.1 (áp dụng cho loại kết cấu áo đờng làm loại vật liệu khác nhau, không áp dụng cho trờng hợp kết cấu áo đờng cứng có tầng mặt làm bê tông xi măng) Ngoài áo đờng phần xe chạy, tiêu chuẩn quy định yêu cầu thiết kế kết cấu áo đờng phần lề có gia cố kết cấu áo đờng đờng bên bố trí dọc đờng cao tốc dọc đờng ô tô cấp I, cấp II 1.1.2 Tiêu chuẩn đợc dùng làm sở tính toán đánh giá khả làm việc kết cấu áo đờng mềm tuyến đờng hữu nhằm phục vụ cho việc tổ chức khai thác, sửa chữa, bảo trì đờng 1.1.3 Cùng với tiêu chuẩn này, thiết kế áo đờng mềm áp dụng tiêu chuẩn quy trình khác đợc chấp thuận chủ đầu t quan có thẩm quyền định 1.1.4 Khi áp dụng quy trình đồng thời phải tuân thủ yêu cầu thiết kế đk nêu Điều TCVN 4054 : 2005 yêu cầu vật liệu tiêu chuẩn ngành công nghệ thi công nghiệm thu loại lớp kết cấu áo đờng vật liệu khác 1.2 Các thuật ngữ 1.2.1 Kết cấu ¸o ®−êng mỊm KÕt cÊu ¸o ®−êng mỊm (hay gäi áo đờng mềm) gồm có tầng mặt làm vật liệu hạt vật liệu hạt có trộn nhựa hay tới nhựa đờng tầng móng làm loại vật liệu khác đặt trực tiếp khu vực tác dụng đờng lớp đáy móng Tầng mặt áo đờng mềm cấp cao có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo phẳng lớp bảo vệ, lớp hao mòn (đây lớp không tính vào bề dày chịu lực kết cấu mà lớp có chức hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt trực tiếp tạo chất lợng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đờng) đến lớp mặt lớp mặt dới lớp chịu lực quan trọng tham gia vào việc hình thành cờng độ kết cấu áo đờng mềm Tầng móng thờng gồm lớp móng lớp móng dới (các lớp kiêm chức lớp thoát nớc) Tùy loại tầng mặt, tuỳ cấp hạng đờng lợng xe thiết kế, kết cấu áo đờng đủ tầng lớp nêu nhng gồm một, hai lớp đảm nhiệm nhiều chức Do kết cấu áo đờng mềm đối tợng tiêu chuẩn nên số điều mục viết kết cấu áo đờng (hoặc áo đờng) đợc hiểu là kết cấu áo đờng mềm (hoặc áo đờng mềm) 1.2.2 Khu vực tác dụng đờng Khu vực phần thân đờng phạm vi 80-100cm kể từ đáy kết cấu áo đờng trở xuống Đó phạm vi đờng với kết cấu áo đờng chịu tác dụng tải trọng bánh xe truyền xuống Đờng có nhiều xe nặng chạy nh đờng cao tốc, cấp I, cấp II đờng chuyên dụng dùng trị sè lín Trong TCVN 4054 : 2005 ë mơc 7.1.2.1 khu vực đợc xác định chung 80cm kể từ đáy áo đờng trở xuống Thuật ngữ tơng đơng với từ subgrade tiếng Anh chuyên ngành 1.2.3 Kết cấu áo đờng (Hình 1-1) Kết cấu áo đờng hay kết cấu tổng thể mặt đờng gồm kết cấu áo đờng phần khu vực tác dụng đờng dới Thiết kế tổng thể mặt đờng có nghĩa việc trọng giải pháp thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng phải trọng đến giải pháp nhằm tăng cờng cờng độ độ ổn định cờng độ khu vực tác dụng đờng Trong số trờng hợp (xem mục 8.3.7 TCVN 4054 : 2005) cần bố trí lớp đáy móng (hay lớp đáy áo đờng) thay cho 30cm phần đất khu vực tác dụng đờng (có nghĩa lớp đáy móng trở thành phần khu vực tác dụng) 1.2.4 Lớp đáy móng Lớp đáy móng có chức sau: - Tạo lòng đờng chịu lực đồng (đồng theo bề rộng), có sức chịu tải tốt; - Ngăn chặn ẩm thấm từ xuống đất từ dới lên tầng móng áo đờng; - Tạo hiệu ứng đe để bảo đảm chất lợng đầm nén lớp móng phía trên; - Tạo điều kiện cho xe máy lại trình thi công áo đờng không gây h hại đất phía dới (nhất thời tiết xấu) Thuật ngữ lớp đáy móng tơng đơng với từ capping layer improved subgrade tiÕng Anh (KÕt cÊu tỉng thĨ nỊn mỈt ®−êng) (Subgrade) Líp ®¸y mãng (Capping layer) KÕt cÊu nỊn áo đờng Lớp móng dới (Sub-base) (Pavement structure) Lớp mặt (Surfacing) áo đờng (hay kết cấu áo đờng) Tầng mặt Tầng móng Lớp móng (Base) Khu vực tác dụng 80-100 cm Lớp tạo nhám (nếu có) Hình 1-1: Sơ đồ tầng, lớp kết cấu áo đờng mềm kết cấu - áo đờng 1.2.5 Móng mềm Là lớp móng làm loại vật liệu hạt nh cấp phối đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải công nghiệp; đá dăm; đất lớp móng làm loại vật liệu hạt có gia cố loại nhựa đờng 1.2.6 Móng nửa cứng Là lớp móng làm vật liệu hạt có gia cố chất liên kết vô (xi măng, vôi, vôi tro bay) 1.2.7 Vật liệu hạt Vật liệu hạt tập hợp hạt rời có kích cỡ từ đến D (D kích cỡ hạt lớn nhất) cờng độ liên kết hạt nhỏ nhiều so với cờng độ thân hạt ®ã c−êng ®é chung cđa mét líp vËt liƯu hạt đợc đặc trng sức chống cắt trợt lớp Lớp kết cấu vật liệu hạt tính liền khối 1.2.8 Tầng mặt cấp cao A1 Là loại tầng mặt có lớp mặt bê tông nhựa chặt loại I trộn nóng (theo Quy trình công nghệ thi công nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa, 22 TCN 249) 1.2.9 Tầng mặt cấp cao thứ yếu A2 Là loại tầng mặt có lớp mặt bê tông nhựa chặt loại II trộn nóng (theo Quy trình công nghệ thi công nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa, 22 TCN 249) bê tông nhựa nguội có láng nhựa, đá dăm đen có láng nhựa lớp thấm nhập nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đờng đá dăm thấm nhập nhựa", 22 TCN 270) hay lớp láng nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đờng láng nhựa", 22 TCN 271) 1.2.10 Tầng mặt cấp thấp B1 Là loại tầng mặt có lớp mặt cấp phối đá dăm, đá dăm nớc, cấp phối tự nhiên với điều kiện phía chúng phải có lớp bảo vệ rời rạc đợc thờng xuyên tu bảo dỡng (thờng xuyên rải cát bù quét phủ kín bề mặt lớp) 1.2.11 Tầng mặt cấp thấp B2 Là loại tầng mặt có lớp mặt đất cải thiện hay đất, đá chỗ gia cố phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô với điều kiện phía chúng phải có lớp hao mòn lớp bảo vệ đợc tu bảo dỡng thờng xuyên 1.2.12 Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ xe suốt thời hạn thiết kế Là tổng số trục xe quy đổi trục xe tiêu chuẩn 100 kN chạy qua mặt cắt ngang xe đoạn đờng thiết kế suốt thời hạn thiết kế kết cấu áo đờng Cách xác định thông số đợc nêu Khoản A.2 Phụ lục A 1.2.13 Lợng giao thông gia tăng bình thờng Là lợng giao thông gia tăng hàng năm môi trờng kinh tÕ - xk héi ®k cã tõ tr−íc, ch−a thực dự án làm nâng cấp, cải tạo đờng kết cấu áo đờng 1.2.14 Lợng giao thông hấp dẫn Là lợng giao thông có từ trớc nhng vốn sử dụng phơng tiện vận tải khác (đờng sắt, đờng thuỷ) hay vốn tuyến đờng ô tô khác nhng sau làm đờng sau nâng cấp, cải tạo kết cấu áo đờng cũ trở nên tốt chuyển sang sử dụng đờng 1.2.15 Lợng giao thông phát sinh Là lợng giao thông phát sinh thêm nhờ thuận tiện tạo việc làm đờng (làm kết cấu áo đờng tốt hơn) đờng có tác dụng thúc đẩy thêm phát triển kinh tế - xk hội vùng 1.3 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm phần lề đờng có gia cố 1.3.1 Các yêu cầu Kết cấu áo đờng mềm xe chạy kết cấu phần lề gia cố phải đợc thiết kế đạt yêu cầu dới đây: Trong suốt thời hạn thiết kế quy định mục 1.3.2, áo đờng phải có đủ cờng độ trì đợc cờng độ để hạn chế đợc tối đa trờng hợp phá hoại xe cộ yếu tố môi trờng tự nhiên (sự thay đổi thời tiết, khí hậu; xâm nhập nguồn ẩm) Cụ thể hạn chế đợc tợng tích luỹ biến dạng dẫn đến tạo vệt hằn bánh xe mặt đờng, hạn chế phát sinh tợng nứt nẻ, hạn chế bào mòn bong tróc bề mặt, hạn chế đợc nguồn ẩm xâm nhập vào lớp kết cấu phần đờng phạm vi khu vực tác dụng, phải đảm bảo lợng nớc xâm nhập vào đợc thoát cách nhanh (định nghĩa khu vực tác dụng đờng xem mục 1.2.2) Bề mặt kết cấu áo đờng mềm phải đảm bảo phẳng, đủ nhám, dễ thoát nớc mặt gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an toàn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác dụng xấu đến môi trờng hai bên đờng Tuỳ theo quy mô giao thông tốc độ xe chạy cần thiết, tuỳ theo ý nghĩa cấp hạng kỹ thuật đờng, kết cấu áo đờng thiết kế cần thoả mkn hai yêu cầu nêu mức độ tơng ứng khác Về cờng độ, mức độ yêu cầu khác đợc thể thiết kế thông qua mức độ dự trữ cờng độ khác Mức độ dự trữ cờng độ cao khả bảo đảm kết cấu áo đờng mềm làm việc trạng thái đàn hồi khiến cho chất lợng sử dụng khai thác vận doanh cao, thời hạn sử dụng lâu bền chi phí cho tu, sửa chữa định kỳ giảm Về chất lợng bề mặt, mức độ yêu cầu khác đợc thể qua việc lựa chọn vật liệu làm tầng mặt nh Bảng 2-1 Riêng độ phẳng độ nhám mức độ yêu cầu khác đợc thể mục1.3.3 1.3.4 Chất lợng bề mặt áo đờng mềm tốt chi phí vận doanh giảm thời hạn định kỳ sửa chữa vừa trình khai thác đợc tăng lên 1.3.2 Thời hạn thiết kế áo đờng mềm Thời hạn đợc xác định tuỳ thuộc loại tầng mặt đợc lựa chọn cho kết cấu nh Bảng 2-1 1.3.3 Yêu cầu độ phẳng áo đờng phần xe chạy cho ô tô áo lề gia cố có cho xe thô sơ phải đảm bảo bề mặt đạt đợc độ phẳng yêu cầu thời điểm bắt đầu đa đờng vào khai thác đánh giá số ®o ®é gå ghÒ quèc tÕ IRI (®o theo chØ dÉn ë 22 TCN 277) nh− ë B¶ng 1-1 B¶ng 1-1: Yêu cầu độ phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km) Đờng xây dựng Đờng cải tạo, nâng cấp 120 100 ≤ 2,0 ≤ 2,5 80 ≤ 2,2 ≤ 2,8 60 2,5 3,0 Từ 40 đến 20 (mặt đờng nhựa) 4,0 5,0 Từ 40 đến 20 (mặt đờng cấp thấp) 6,0 8,0 Độ phẳng đợc đánh giá thớc dài 3m theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 16 - 79 Quy trình xác định độ phẳng mặt đờng Đối với mặt đờng cấp cao A1 (bê tông nhựa) 70% số khe hở phải dới 3mm 30% số khe hở lại phải dới 5mm Đối với mặt đờng cấp cao A1, tất khe hở phải dới 5mm mặt đờng cấp thấp ( B1, B2) tất khe hở phải dới 10mm áo phần lề gia cố cho xe máy / cho xe thô sơ phải đạt độ phẳng yêu cầu nh áo đờng phần xe chạy cho ôtô liền kề 1.3.4 Yêu cầu độ nhám Độ nhám bề mặt kết cấu áo đờng bê tông nhựa phải đạt đợc yêu cầu tối thiểu quy định thông qua tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu mức độ nguy hiểm đoạn đờng thiết kế nh Bảng 1-2 dới theo quy trình 22 TCN - 278: Bảng 1-2: Yêu cầu độ nhám mặt đờng Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Hoặc mức độ nguy hiểm 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 Đờng qua địa hình khó khăn nguy hiểm (đờng vòng quanh co, đờng cong bán kính dới 150m mà không hạn chế tốc độ, đoạn có dốc dọc >5%, chiỊu dµi dèc >100m Htb ≥ 0,80 Ghi Bảng 1-2: Đối với đờng cao tốc loại, cấp theo TCVN 5729 : 1997 đối víi ®−êng cÊp I, cÊp II theo TCVN 4054 : 2005 (là đờng chiều xe chạy có xe có giải phân cách giữa) trừ đoạn có cắm biển hạn chế tốc độ nên thiết kế lớp mặt tạo nhám đạt chiều sâu rắc cát trung bình Htb0,55mm Nếu biển báo hạn chế tốc độ tốc độ xe chạy yêu cầu lấy 1,25 lần tốc độ thiết kế tơng ứng với cấp hạng đờng thiết kế (với ®Þnh nghÜa vỊ tèc ®é thiÕt kÕ nh− ë mơc 3.5.1 TCVN 4054 : 2005) 1.3.5 VỊ ®é lón cho phép kết cấu áo đờng Trong trờng hợp kết cấu áo đờng đoạn đờng qua vùng đất yếu có khả phát sinh độ lún lớn kéo dài phải bảo đảm yêu cầu thiết kế sau độ lún cho phép : Sau thi công xong kết cấu áo đờng, độ lún cố kết cho phép lại thời hạn 15 năm tính từ đa kết cấu áo đờng vào khai thác sử dụng tim đờng đợc quy định Bảng 1-3 Bảng 1-3: Độ lún cho phép lại thời hạn 15 năm tim đờng sau thi công xong kết cấu áo đờng: Cấp hạng đờng loại tầng mặt kết cấu áo đờng Vị trí đoạn đắp đất yếu Gần mố cầu Chỗ có cống cống chui Các đoạn đắp thông thờng Đờng cao tốc loại, ®−êng cÊp I, ®−êng cÊp II hc ®−êng cÊp III vùng đồng đồi (tức cấp đờng có tốc độ thiết kế từ 80Km/h trở lên) có tầng mặt loại cấp cao A1 10cm 20cm 30cm Đờng cấp III cấp IV có tốc độ thiết kế từ 60Km/h trở lên có tầng mặt loại cấp cao A1 20cm 30cm 40cm Ghi Bảng 1-3: - Độ lún kết cấu áo đờng độ lún đờng đắp đất yếu; - Độ lún lại phần lún cha hết sau làm xong kết cấu áo đờng; độ lún lại độ lún tổng cộng dự báo đợc thời hạn nêu trừ độ lún đk xảy qua trình kề từ bắt đầu thi công đắp làm xong kết cấu áo đờng trên; - Chiều dài đoạn đờng gần mố cầu đợc xác định lần chiều dài móng mố cầu liền kề Chiều dài đoạn có cống thoát nớc cống chui qua đờng dới đợc xác định - lần bề rộng móng cống bề rộng cống chui qua đờng Đối với đoạn đờng có loại tầng mặt cấp cao A1 nêu Bảng 1-3, độ lún lại thời hạn 15 năm kể từ làm xong áo đờng vợt trị số quy định Bảng 1-3 cần phải có biện pháp xử lý đất yếu để giảm độ lún lại đạt yêu cầu Bảng 3-1 Đối với đờng có tốc độ thiết kế từ 40Km/h trở xuống nh đờng thiết kế kết cấu áo đờng mềm cấp cao A2 cấp thấp không cần đề cập đến yêu cầu độ lún cố kết lại thiết kế (Điều cho phép vận dụng để thiết kế kết cấu áo đờng theo nguyên tắc phân kỳ ®èi víi c¸c ®−êng cÊp III trë xng nh− ®Ị cËp ë mơc 2.1.5 nh»m gi¶m chi phÝ xư lý đất yếu) 1.4 Nội dung công tác thiết kế áo đờng mềm Công tác thiết kế áo đờng mềm gåm c¸c néi dung chđ u sau: ThiÕt kÕ cấu tạo kết cấu áo đờng: Nội dung chọn bố trí hợp lý lớp vật liệu phù hợp với chức yêu cầu tầng, lớp áo 10 Các mẫu phải đợc chế bị với thực tế thi công tỷ lệ thành phần, độ chặt, độ ẩm khoan lấy mẫu vật liệu vừa đợc rải lu lÌn nh− thùc tÕ hiƯn tr−êng Th−êng víi mÉu đất gia cố chất liên kết vô đợc chế bị độ chặt lớn độ ẩm tốt nhất, mẫu bê tông nhựa thuờng chế bị với áp lực khoảng 30 Mpa trì áp lực nµy MÉu vËt liƯu gia cè chÊt liên kết vô phải ủ mạt ca ẩm hàng ngày có tới nớc bảo dỡng truớc thí nghiệm (28 90 ngày), trớc ép phải bko hoà mẫu cách ngâm chìm mẫu nớc 1-2 ngày dùng máy hút chân không Có thể dùng tơng quan thực nghiệm tích luỹ đợc để suy từ trị số 28 ngày 90 ngày nhng phải lu mẫu kiểm tra lại Mẫu bê tông nhựa vật liệu gia cố chất liên kết hữu phải đợc bảo dỡng nhiệt độ phòng 16 trớc thí nghiệm ép phải giữ nhiệt độ tính toán (quy định mục 3.1.4) 2,5 để đảm bảo toàn khối đạt đến nhiệt độ (giữ tủ nhiệt ngâm nớc có nhiệt độ cao nhiệt độ tính toán vài độ) Mẫu đem ép với chế độ gia tải lần Giữ áp lực p mẫu biến dạng lún ổn định, cụ thể đợc xem ổn định tốc độ biến dạng 0,01mm/phút (trong phút) Sau dỡ tải đợi biến dạng phục hồi đạt đợc ổn định nh đọc thiên phân kế để xác định trị số biến dạng đàn hồi L Đối với vật liệu gia cố chất liên kết vô trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm tính đợc theo (B-1) phải giảm nhỏ vài lần (2-3 lần) thực tế vật liệu phát sinh khe nứt làm giảm hẳn khả phân bố tải trọng chúng chất lợng thi công đảm bảo nh lúc chế bị mẫu Do kinh nghiệm thử thách nhiều năm kết cấu áo đờng thực tế không dùng trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm đợc cao trị số Bảng C-2, trị số thí nghiệm nhỏ phải dùng trị số nhỏ Khi ép thử, vât liệu gia cố chất liên kết hữu nên dùng loại máy nén thủy lực có tốc độ gia tải nhanh (tạo tốc độ từ 50mm/phút trở lên để nhiệt độ mẫu không bị giảm gia tải) vật liệu gia cố chất liên kết vô dùng loại máy nén nào, kể máy nén kiểu đòn bẩy với tốc độ 3mm/phút Thử nghiệm phải làm với tổ mẫu từ 3-6 mẫu (gia cố nhựa bê tông nên làm mẫu) C.3.2 Xác định cờng độ chịu kéo - uốn vật liệu gia cố chất kết dính vô hữu (kể bê tông nhựa) đợc thực với mẫu kiểu dầm với kích thớc không nhỏ 4x4x16 cm (chẳng hạn nh dùng mẫu dài 25cm, rộng 30cm cao 35cm với khoảng cách đặt gối 20cm) Chế bị mẫu khuôn có bề dày 20mm Yêu cầu chế bị bảo dỡng với loại vật liệu khác giống nh mẫu để thí nghiệm mô đun đàn hồi nêu mục C.3.1 (khuôn để đúc mẫu bê tông nhựa phải sấy nóng đến nhiệt trộn hỗn hợp) Mẫu phải chế bị với độ xác kích thớc mm, không bảo đảm độ xác phải loại bỏ trớc thí nghiệm phải đo lại kích thớc mẫu thớc kẹp xác đến 0,1mm Thí nghiệm uốn mẫu cách đặt mẫu gối tựa 14 cm (1 gối cố định, gối di động) cự ly hai gối phải bảo đảm sai sè d−íi ±0,5mm PhÇn gèi tiÕp xóc víi mÉu cã dạng mặt trụ với bán kính 5mm Chất tải mẫu khắp bề ngang mẫu thông qua đệm thép có dạng mặt trụ bán kính 10 mm có dạng mặt phẳng dày mm Khi gia tải phải theo dõi độ võng đầm chuyển vị kế đặt ngợc dới lên đáy gối (để sau loại trừ đợc biÕn d¹ng cơc bé cđa vËt liƯu t¹i gèi) Tèc độ gia tải máy nén mm/phút với đất, đá gia cố chất liên kết vô 100200 mm/phút với bê tông nhựa phá hoại Riêng với bê tông nhựa vật liệu gia cố chất liên kết hữu toàn thêi gian kĨ tíi lóc lÊy mÉu khái tđ nhiệt (ở 10oC 15oC) để đem thí nghiệm đến thí nghiệm xong không đợc 45 giây Cờng độ chịu kéo uốn giới hạn Rku vật liệu đợc xác định theo công thức: Rku = 3.P.L 2b.h (C-2) đó: P tải trọng phá hoại mẫu; L khoảng cách hai gối tựa; b, h lµ chiỊu réng vµ chiỊu cao mÉu C−êng độ chịu kéo uốn đợc xác định gần phơng pháp ép chẻ theo 22 TCN 73 - 84 mẫu trụ tròn đờng kính d chiều cao h: - Với loại vật liệu gia cố vô đúc mẫu theo dẫn tiêu chuẩn ngành 22 TCN 246 - 98 22 TCN 245 - 98 cỡ vật liệu hạt lớn 5mm dùng mẫu d=5cm h=5cm; - Với bê tông nhựa hỗn hợp gia cố nhựa dïng mÉu Marshall tiªu chuÈn d=101,6 mm ± 0,25mm, h=63,5mm 1,3mm Mẫu đợc chế bị bảo dỡng với yêu cầu nh với mẫu 69 kéo uốn ép với tốc độ gia tải nh mẫu kéo uốn kiểu dầm Theo cách này, cờng độ kéo uốn giới hạn đợc tính theo biểu thức sau: Rku = Kn.Rc (C-3) ®ã: Kn hƯ sè quan hƯ thùc nghiệm loại cờng độ: số liệu kinh nghiệm tích lũy đợc tạm sử dụng Kn=1,6 ữ 2,0 vật liệu gia cố vô Kn = với vật liệu có liên kết hữu (cỡ hạt vật liệu lớn hệ số Kn nhỏ) Rc cờng độ ép chẻ đợc xác định theo công thức: P Rc = K.dh (MPa) (C-4) Với P tải trọng ép chẻ mẫu bị nứt tách; d, h- Đờng kính chiỊu cao mÉu; K – HƯ sè, lÊy b»ng 1,0 vật liệu có chất liên kết hữu cơ, 2/ vật liệu có chất liên kết vô C.3.3 Xác định lực dính c hệ số góc ma sát vật liệu đợc thí nghiệm phòng cách cắt phẳng theo mặt định trớc thí nghiệm nén trục Với vật liệu chứa cỡ hạt lớn nhỏ 40mm phải dùng khuôn đờng kính 30cm (nếu có cỡ hạt lớn 40mm cho phép thay cỡ hạt từ 10-40mm theo khối lợng có vật liệu) Thờng chế mẫu trực tiếp khuôn theo yêu cầu giống nh mẫu kéouốn nêu trªn Víi thÝ nghiƯm nÐn trơc th−êng dïng mÉu tròn chiều cao gấp đôi đờng kính tùy theo cỡ hạt lớn Dmax (Dmax = 5mm dùng đờng kính d=5cm, Dmax = 25mm dïng ®−êng kÝnh mÉu d=10cm, Dmax = 40mm dùng đờng kính mẫu d=15cm) Phải tiến hành thí nghiệm mẫu có trạng thái ẩm, nhiệt độ nhng chịu trị số tải trọng thẳng đứng khác (tải trọng lớn không vợt ứng suất xẩy áo đờng) Dùng máy nén lắp thêm phụ tùng để cắt với tốc độ biến dạng không đổi khoảng 0,1 cm/phút Khi cắt, theo dõi biến dạng trợt qua khoảng thời gian tốc độ biến dạng tăng vọt đọc áp lực kế để xác định trị số cờng độ chống cắt giới hạn Có trị số cờng độ chống cắt giới hạn tơng ứng với trị số tải trọng thẳng đứng khác nhau, xác định trị số lực dính c góc ma sát theo phơng trình Coulomb: = c + p.tg ; (MPa) (C-5) đó: sức chống cắt giới hạn; p: áp lực thẳng đứng thí nghiệm cắt, MPa C.4 Thử nghiệm phòng để xác định trị số mô đun đàn hồi vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên ) Để xác định áp dụng phơng pháp ép lún có hạn chế nở hông nh đất theo mục B.5.2 Phơ lơc B víi tÊm Ðp cøng cã ®−êng kÝnh cm khuôn tròn có đờng kính chiều cao 15 ữ 20cm (có thể lợi dụng dụng cụ làm thí nghiệm xác định CBR) Khi áp dụng phơng pháp để xác định mô đun đàn hồi vật liệu hạt cần ý điểm sau: - Có thể tham khảo quy trình Đầm nén đất, đá dăm phòng thí nghiệm 22 TCN 333 - 06 (kể vật liệu hạt có chiếm hạt cỡ) quy trình Xác định số CBR đất, đá dăm phòng thí nghiệm 22 TCN 332 - 06 để chế bị mẫu ép thử đạt độ ẩm, độ chặt nh thực tế thi công - Quá trình thử nghiệm thực gia tải cấp nh nêu II.5.2 nhng cấp lớn p=0,5-0,6 MPa - Tính toán kết theo biểu thức B-8 dùng trị số tính theo B-8 làm trị số mô đun đàn hồi tính toán vật liệu loại (không nhân hệ số Kn=1,30 biểu thøc B-7 nh− ®èi víi ®Êt nỊn) 70 PHơ LơC D : PHƯƠNG PHáP THử NGHIệM XáC ĐịNH MÔ ĐUN ĐàN HồI CủA ĐấT Và VậT LIệU áO Đờng trờng máng thí nghiệm D.1 Xác định thí nghiệm đo ép ép lớn Trong trờng hợp mô đun đàn hồi đất vật liệu đợc xác định theo công thức: E= π p.D(1 − µ ) ; (MPa ) l (D-1) đó: l biến dạng hồi phục đo đợc thực nghiệm tơng ứng với cấp tải träng p Khi thùc nghiƯm th−êng dïng p=0,5 ÷ 0,6 MPa trờng hợp đo ép mặt lớp vật liệu 0,20 ữ 0,25 MPa mặt ®Êt nỊn D lµ ®−êng kÝnh tÊm Ðp, ®iỊu kiƯn hiƯn cho phÐp dïng tÊm Ðp cøng ®−êng kính từ 3040cm đất vật liệu (nếu có điều kiện nên dùng ép đờng kính 76cm) hệ số Poisson, đợc lấy 0,35 ®èi víi ®Êt nỊn; 0,25 ®èi víi vËt liƯu vµ 0,30 kết cấu áo đờng Thời gian đo ép tiến hành thực nghiệm trờng phải lúc kết cấu mặt đờng vào trạng thái bất lợi ẩm nhiệt nh nêu mục 3.1.5 Kết đo ép thời điểm khác năm có giá trị tham khảo; trờng hợp muốn sử dụng đợc kết cần kết hợp với thí nghiệm phòng theo cách hớng dẫn Phụ lục B Phụ lục C mẫu chế bị với trạng thái ẩm nhiệt bất lợi áp dụng hệ số quy đổi mùa bất lợi theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 251-98 Trong trờng hợp sử dụng máng thí nghiệm tạo nên kết cấu thÝ nghiƯm gièng hƯt kÕt cÊu thùc tÕ vỊ vËt liệu bề dày tầng lớp công nghệ thi công nhng đồng thời lại tạo đợc đất lớp vật liệu có trạng thái ẩm nhiệt bất lợi Trong máng thí nghiệm cấu tạo kết cấu áo đờng hoàn chỉnh (gồm đất đủ lớp vật liệu) cấu tạo riêng đất, riêng vật liệu muốn thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi riêng chúng Yêu cầu phải bảo đảm đồng cấu tạo lớp Trong trờng hợp, máng thí nghiệm tối thiểu phải bảo đảm kích thớc mặt chiều sâu lần đờng kính D ép Trên kết cấu áo đờng cũ khai thác máng thí nghiệm có cấu tạo kết cấu áo đờng hoàn chỉnh trình tự đo ép thực nghiệm đợc tiến hành nh sau: -Đo ép mặt áo đờng để xác định biến dạng hồi phục kết cấu áo đờng, từ xác định mô đun đàn hồi chung kết cấu theo công thức D-1 -Tiếp tục đo mô đun đàn hồi tơng ứng mặt lớp vật liệu áo đờng khác cách đào bóc dần lớp để đo chiều dày lớp đo ép mặt lớp từ xuống dới Phải đào bóc mặt có kích thớc không đợc nhỏ lần đờng kính ép vị trí đặt ép lớn Cứ nh cuối ép mặt đất -Từ xuống dới, áp lực đo ép lớn p giảm dần từ 0,50 MPa ép mặt áo đờng 0,02- 0,025 MPa ép mặt đất -Biết chiều dày lớp, biết trị số mô đun đàn hồi tơng đơng mặt áo đờng mặt tầng lớp vật liệu áp dụng toán đồ 3.3.1 để tính ngợc trị số mô đun đàn hồi lớp vật liệu: mô đun đàn hồi đất đợc xác định trực công thức D-1 Các thao tác đo ép thực nghiệm mặt lớp đợc thực nh sau: Tại chỗ đặt ép phải tạo sửa bề mặt cho thật phẳng để ép tiếp xúc tốt với đất vật liệu (có thể xoa lớp cát mỏng 1-2 mm, loại cát cho lọt qua lỗ sàng đờng kính 0,5 mm) Sau bố trí kích thiết bị đo ép nh sơ đồ Hình D-1 71 Hình D-1: Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo ép trờng máng thí nghiệm Kích đợc đặt dới khung xe tải (hoặc dầm khung giá ép máng thí nghiệm) để truyền tải xuống ép Chuyển vị thẳng đứng đo cần đo độ võng Benkelman mà mũi đợc đặt bàn ép (trong trờng hợp kích phải đợc đặt giá truyền tải có trụ đứng, giá Tải trọng ép đợc đo áp lực kế Cũng đo chuyển vị thẳng đứng máy thủy bình xác Ni : 004 chuyển vị kế đặt bên gần mép ép (đặt đối xứng); trờng hợp chuyển vị kế phải đợc lắp dầm cøng cã gèi tùa xng nỊn c¸ch xa tÊm ép bánh xe khoảng cách không nhỏ 4D) Trớc thử nghiệm phải chèn chặt bánh trớc ô tô suốt thời gian thử nghiệm phải khóa chặt nhíp ô tô - Sau lắp đặt xong thiết bị nh trên, tiến hành gia tải đến tải trọng p lớn giữ tải trọng phút dỡ tải chờ đến biến dạng hồi phục hết (bớc bớc gia tải chuẩn bị) - Bớc vào thử nghiệm thức, việc gia tải đợc thực với 3-4 cấp tải trọng p cấp cuối cùng, gia tải cấp, đợi biến dạng ổn định (tốc độ biến dạng không 0,02 mm/phút) lại dỡ tải đợi biến dạng hồi phục ổn định (tốc độ biến dạng nh trên) ghi số dọc chuyển vị kế để tính trị số biến dạng hồi phục tơng ứng với tải trọng Sau tiếp tục gia tải dỡ tải cấp - Vẽ biểu đồ quan hệ biến dạng hồi phục tải trọng; đờng biểu diễn quan hệ phải đờng cong đều, điểm gẫy gần với đờng thẳng - Tính trị số mô đun đàn hồi theo công thức D-1 Thờng đo ép thử nghiệm lần phạm vi 10-15 m đờng có phạm vi 1-2 m máng thí nghiệm Sau tính trị số trung bình kết đo ép lần dùng làm trị số mô đun đàn hồi tính toán (Chênh lệch lần đo không đợc 20%) D.2 Xác định phơng pháp dùng cần đo võng Benkelman Có thể sử dụng phơng pháp để đo độ võng đàn hồi trực tiếp dới bánh xe mặt kết cấu áo đờng đất để từ tính trị số mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đờng mô đun đàn hồi đất theo chØ dÉn ë quy tr×nh 22 TCN 251 - 98 (kể phân đoạn đánh giá, cách đo, cách xử lý số liệu công thức tính mô đun đàn hồi) Phơng pháp không áp dụng đợc trờng hợp sau: -Lớp mặt loại vật liệu rời rạc, dính kết nh dá dăm nớc, cấp phối đá dăm, lớp mặt thấm nhập nhựa láng nhựa cha hình thành hoàn toàn (đá cha chìm hết vào nhựa); -Đất đờng cát cha có lớp phủ đất dính 72 PHụ LụC E : C¸c vÝ dơ tÝnh to¸n E.1 VÝ dơ I: Thiết kế kết cấu áo đờng có tầng mặt cấp cao A1 E.1.1 Số liệu ban đầu: thiết kế sơ kết cấu áo đờng mềm phần xe chạy cho tuyến đờng cấp II đồng xe, có dải phân cách có dải phân cách bên tách riêng dành cho xe đạp xe thô sơ Theo kết điều tra dự báo năm cuối thời hạn thiết kế 15 năm nh Bảng E-1 với quy luật tăng trởng xe trung bình năm q = 6% năm Bảng E-1: Dự báo thành phần xe năm cuối thời hạn thiết kế Loại xe Trọng lợng trục Pi (kN) Trục trớc 1/ Xe loại 2/Xe buýt loại - Loại nhỏ - Loại lớn 3/ Xe tải loại - Nhẹ - Vừa - Nặng - Nặng Trục sau Số trục sau Số bánh cụm bánh trục sau Khoảng cách trục sau (m) Lợng xe chiều ni (xe/ngày đêm) 1800 26,4 56,0 45,2 95,8 1 Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi - 500 50 18,0 25,8 48,2 45,2 56,0 69,6 100,0 94,2 1 Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi 1,40 1800 1250 600 200 E.1.2 Trình tự tính toán thiết kế: Tính số trục xe tính toán xe phần xe chạy sau quy đổi trục chuẩn 100 kN Theo cách quy đổi phần A.1.2 (Phụ lục A) xác định đợc số trục xe tiêu chuẩn 100 kN cho chiều ngày đêm năm cuối thời hạn thiết kế (năm cuối thời kỳ khai thác Ntk=1637 trục/ngày đêm chiều) Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn xe Ntt Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có xe có dải phân cách nên theo 3.3.2 fL= 0,35 Vậy Ntt = 1637 x 0,35 = 573 (trục/làn.ngày đêm) TÝnh sè trơc xe tiªu chn tÝch lịy thêi hạn tính toán 15 năm Theo biểu thức (A-3) Phụ lục A tính đợc: [(1 + 0,06)15 1] Ne = 365.573 = 2,16.10 (trôc) 14 0,06(1 + 0,06) Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đờng - Chọn móng đá dăm gia cố xi măng có cờng độ chịu nén theo 22 TCN 245 4Mpa móng dới cấp phối đá dăm loại I theo 22 TCN 334 - 06; - Tầng mặt lớp bê tông nhựa chặt loại I, tổng bề dày tối thiểu tầng mặt phải tuân thủ quy định mục 2.2.9: Nếu theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy 15 năm xe Ne=2,16.106 tổng bề dày tối thiểu lớp bê tông nhựa phải 10 cm (Bảng 2.2 mục 2.2.9) chúng đợc đặt lớp móng nửa cứng nên tối thiểu phải 12-18 cm nhng không nhỏ bề dày lớp móng nửa cứng; - Các đặc trng tính toán đất lớp vật liệu xác định theo dẫn mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 3.6.4 đợc tập hợp Bảng E-2 với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đợc quy định mục 2.4.2 bề dày tối thiểu lớp kết cấu 73 Bảng E-2: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trng tính toán lớp kết cÊu BỊ dµy líp (cm) Líp kÕt cÊu (tõ d−íi lên) - Đất sét độ ẩm tơng ®èi tÝnh to¸n 0,6 E (Mpa) TÝnh vỊ ®é TÝnh vỊ tr−ỵt Rku (Mpa) TÝnh vỊ kÐo n 42 - Cấp phối đá dăm loại II 18 250 250 250 - Cấp phối đá dăm loại I 17 300 300 300 - Đá dăm gia cố xi măng 14 600 600 600 0,8 - Bê tông nhựa chặt loại I (líp d−íi) 350 250 1600 2,0 - Bª tông nhựa chặt loại I (lớp trên) 420 300 1800 2,8 C (MPa) ϕ (®é) 0,032 24 TÝnh toán kiểm tra cờng độ chung kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a/ Việc đổi tầng lớp từ dới lên đợc thùc hiƯn theo biĨu thøc (3.5): 1 + k t 1/  Etb ' = E1    1+ k  h E Víi k=h2 vµ t = E2 ; Kết tính đổi tầng nh Bảng E-3 1 Bảng E-3: Kết tính đổi tầng lớp từ dới lên để tìm Etb Líp kÕt cÊu Ei (MPa) hi (cm) E t = E2 h k = h2 Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 1 - Cấp phối đá dăm loại II 250 18 - Cấp phối đá dăm loại I 300 300 250 =1,200 17 17 18 =0,944 35 274 - Đá gia cố xi măng 600 600 274 = 2,189 14 14 35 =0,400 49 350 - Bê tông nhựa líp d−íi 350 350 350 =1,000 8 49 =0,163 57 350 - Bê tông nhựa lớp 420 420 350 =1,200 6 57 =0,105 63 356,3 H H 63 b/ XÕt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β = ƒ(D ): Víi D = 33 = 1,909 Tra B¶ng 3.6 đợc =1,206 Vậy kết cấu nhiều lớp đợc đa kết cấu lớp với lớp dày 63 cm có mô đun đàn hồi trung bình Etbdc =β Etb’=356,3 x 1,206 = 429,6 (Mpa) c/ TÝnh Ech kết cấu: sử dụng toán đồ Hình 3.1 H 63 Eo 42 D = 33 = 1,909; E dc = 429.6 = 0,098 tb 74 E Tõ tỷ số tra toán đồ Hình 3-1 đợc Ech = 0,495; VËy Ech= 429,6 x 0,495 = 212,6 Mpa d/ Nghiệm lại điều kiện (3-4) theo mục 3.4.1; ph¶i cã: Ech≥ K dv cd E yc - - Vì số trục xe tính toán ngày đêm xe 574 trục/ làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 (nội suy Ntt= 500 Ntt= 1000) tìm đợc Eyc =180 Mpa (lớn Eyc tối thiểu với đờng cấp II theo Bảng 3-5 157 MPa) vËy lÊy Eyc = 180 MPa ®Ĩ kiĨm toán Đờng cấp II, xe nên theo Bảng 3-3, chọn độ tin cậy thiết kế 0,95, vậy, theo Bảng 3-2 xác định đợc K cddv =1,17 vµ K cddv Eyc=1,17 x 180 = 210,6 MPa KÕt nghiệm toán: Ech= 212,6 > K dv cd E yc = 210,6 MPa Cho thÊy víi cÊu t¹o kÕt cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép TÝnh kiĨm tra c−êng ®é kÕt cÊu dù kiÕn theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất a/ Tính Etb lớp kết cấu: - Việc đổi tầng hệ lớp đợc thực nh Bảng E-4 Bảng E-4: Kết tính đổi tầng lớp từ dới lên để tìm Etb Lớp kết cấu - Cấp phối đá dăm loại II - Cấp phối đá dăm loại I - Đá gia cố xi măng - Bê tông nhựa lớp - Bê tông nhùa líp d−íi Ei (MPa) E t = E2 hi (cm) 250 h k = h2 Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 17 18 =0,944 35 274 18 300 300 250 =1,200 600 600 274 =2,189 14 14 35 =0,400 49 350 250 250 350 =0,714 8 49 =0,163 57 334,6 300 =0,897 334,6 6 57 =0,105 63 331,2 300 17 Ghi chó B¶ng E-4: trõ sè cã thĨ hiƯn phÐp tÝnh, c¸c sè kh¸c ®Ịu gièng nh− ë B¶ng E-3 H 63 - XÐt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β=ƒ(D =33 ) t−¬ng tù nh tính điểm nêu Do : Etb= 1,206 x 331,2 = 399,4 MPa b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây đất Tax: H 63 E1 Etb 399.4 D = 33 =1,909; E2 = Eo = 42 = 9,51; Theo biểu đồ Hình 3-3, với góc nội ma sát đất =24o ta tra đợc Tax = 0,0113 Vì áp lực p mặt đờng bánh xe tiêu chuẩn tính to¸n p = daN/cm2 = 0,6 MPa Tax= 0,0113 x 0,6 = 0,0068 MPa c/ Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân lớp kết cấu áo đờng gây đất Tav: Tra toán đồ Hình 3-4 ta đợc av= -0,002 MPa d/ Xác định trị số Ctt theo (3-8): 75 Ctt= C k1.k2.k3 - Theo B¶ng E-2: C = 0,032 MPa Theo môc 3.5.4 cã k1 = 0,6; k2 = 0,8 số trục xe tính toán 574 trục/làn.ngày đêm < 1000 trục, k3 = 1,5 (đất sét) Vậy Ctt = 0,032 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,023 MPa e/ KiĨm to¸n lại điều kiện tính toán cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất (biểu thức 3.7): tr Với đờng cấp II, độ tin cậy yêu cầu B¶ng 3-3 b»ng 0,95 vËy theo B¶ng 3-7 kcd =1,0 với trị số ax av tính đợc ta có: ax + av =0,0068 0,002 = 0,0048 MPa Ctt 0.023 = =0,023 MPa k tr cd Kết kiểm toán cho thấy 0,0048 < 0,023 nên điều kiện (3.7) đợc bảo đảm TÝnh kiĨm tra c−êng ®é kÕt cÊu dù kiÕn theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp bê tông nhựa đá gia cố xi măng a/ Tính ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-10): - Đối với bê t«ng nhùa líp d−íi: 1600x8+1800x6 12800+10800 = =1686 MPa h1=14 cm; E1 = 8+6 14 TrÞ sè Etb’ cđa lớp móng cấp phối đá dăm II, cấp phối đá dăm I đá gia cố xi măng Etb = 350 MPa (theo kết đk tính Bảng V -3) víi bỊ dµy líp nµy lµ H’= 18+17+14 = 49 cm trị số phải xét ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β theo (3-7): H' 49 với D =33 =1,485 tra Bảng 3- đợc =1,17; VËy theo (3.7), Etbdc =1,1755 350 = 411,4 MPa E 42 E Với nềndcđất =411.4 =0,102, tra toán đồ Hình 3-1 đợc ch.m =0,43 Vậy đợc: E E dc tb tb Ech.m = 411,4 x 0,43 = 176,9 MPa Tìm ku đáy lớp bê tông nhựa lớp dới cách tra toán đồ Hình 3.5 với: H1 14 E1 1686 D =33 =0,424 ; Ech.m =176.9 =9,53 Kết tra toán đồ đợc ku =1,50 víi p = 0,6 MPa theo (3.11) ta cã: σ ku =1,50 x 0,6 x 0,85 = 0,765 MPa - Đối với bê tông nhựa lớp trên: h1= 6cm; E1 = 1800 MPa trÞ sè Etb’ cđa líp phÝa dới đợc xác định nh Bảng E-5: Bảng E-5: Tính đổi tầng lớp từ dới lên ®Ĩ tÝnh Etb’ Líp kÕt cÊu Ei (MPa) - CÊp phối đá dăm loại II 250 - Cấp phối đá dăm loại I 300 - - Đá gia cố xi măng Bê tông nhựa hạt trung 600 1600 E t = E2 hi (cm) h k=h2 Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 1 18 300 250 =1,200 17 17 18 =0,944 35 274 600 274 =2,189 14 14 35 =0,400 49 350 1600 350 =4,571 8 49 =0,163 57 456,3 76 H 57 XÐt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β = ƒ (D =33 = 1,727) ta cã Etbdc = 456,3 x 1,146 = 545,8 MPa ¸p dơng toán đồ Hình 3-1 để tìm Echm đáy lớp bê tông nhựa hạt nhỏ: Với H' 57 Enền đất 42 D = 33 = 1,727 vµ E dc = 545.8 = 0,077 tb Tra toán đồ Hình 3-1 ta ®−ỵc Ech.m dc tb E = 0,41 VËy cã Echm =0,41 x 545,8 = 223,8 MPa T×m σ ku ë đáy lớp bê tông nhựa lớp bẳng cách tra toán đồ Hình 3.5 với E1 1800 H1 D =33 = 0,182; Ech.m = 223.8 = 8,043 KÕt qu¶ tra toán đồ đợc ku =1,81 với p = 0,6 MPa Ta cã: σ ku =1,81 x 0,6 x 0,85 = 0,923 MPa b/ Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đáy lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3.9): - Xác định cờng độ chịu kéo uốn tính toán lớp bê tông nhùa theo (3-12) K1 = 11,11 11,11 = = 0,449 0,22 0,22 Ne 2,16.10 [ ] Theo môc 3.6.3 trờng hợp lấy k2=1,0; Vậy cờng độ chịu kéo uốn tính toán lớp bê tông nhựa lớp d−íi lµ: Rttku = k1.k Rku = 0,449 x 1,0 x 2,0 = 0,898 MPa Vµ cđa líp BTN lớp là: Rttku = k1.k Rku = 0,449 x 1,0 x 2,8 = 1,251 MPa - KiĨm to¸n ®iỊu kiƯn theo biĨu thøc (3.9) víi hƯ sè K dcku =1,0 lấy theo Bảng 3-7 cho trờng hợp đờng cÊp II øng víi ®é tin cËy 0,95 Víi líp bê tông nhựa lớp dới ku = 0,765 MPa < - 0,898 =0,898 MPa Với lớp bê tông nhùa h¹t nhá σ ku = 0,923 MPa < 1,251 =1,251 MPa VËy kÕt cÊu thiÕt kÕ dù kiÕn đạt đợc điều kiện (3.9) hai lớp bê tông nhựa c/ Kiểm toán theo điều kiện chịu kéo uốn đáy lớp móng đá gia cố xi măng - Đổi lớp phía (kể từ mặt lớp đá gia cố xi măng trở lên) líp ta cã: h1 = 6+8 = 14 cm 1600x8+1800x6 12800+10800 E1= = =1686 MPa 14 8+6 - TÝnh Echm lớp phía dới lớp đá gia cố xi măng: theo kết Bảng E-5 có Etb = 274 vµ Htb = 35 cm (cđa líp cấp phối đá dăm) Xét thêm hệ số điều H 35 chØnh β=ƒ(D =33 =1,061) ta cã Etbdc =274 x 1,114 = 305,25 MPa 77 Tra toán đồ 3-1 để tìm Echm với Enền đất 42 H 35 D = 33 = 1,061 vµ E dc = 305.25 = 0,138 tb Tra toán đồ Hình 3-1 ta đợc Ech.m Etbdc =0,38 VËy cã Echm =0,38 x 305,25 = 116 MPa Tìm ku đáy lớp gia cố xi măng cách tra toán đồ Hình 3.6 với E1 E 600 1686 H1 28 D =33 =0,848 ; E = = 600 =2,81 vµ E = 116 = 5,17 Kết tra toán đồ đợc ku =0,38 - Víi p = 0,6 MPa, tÝnh øng suÊt kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp đá gia cố xi măng theo biểu thức (3.11): ku = 0,38.0,6.0,85 = 0,1938 MPa - Kiểm toán theo điều kiện (3-9) với Rttku xác định theo (3-11_ hệ số cờng độ K cdku =1,0 (điều 3.6.1) (3-11) theo mục 3.6.3 xác định đợc k1 = 2,86 = 0,575 (công thức 3.13) k2 = (2,16.106 ) 0,11 1; tõ ®ã: Rttku = k1.k Rku = 0,575 x 1,0 x 0,8 = 0,46 MPa Nh− vËy σ ku =0,1938 < Rttku 0,46 = = 0,46, kết cấu dự kiến thiết kế bảo đảm đủ cờng độ theo tiêu K cdku 1,0 chuẩn chịu kéo uốn lớp đá gia cố xi măng Kết luận Các kết kiểm toán theo trình tự tính toán nh cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đợc tất điều kiện cờng ®é, ®ã cã thĨ chÊp nhËn nã lµm kÕt cÊu thiÕt kÕ E.2 VÝ dô II: ThiÕt kÕ kÕt cấu áo đờng mềm cho đờng cấp IV có hai xe, mặt đờng cấp cao A2 E.2.1 Số liệu ban đầu Số liệu điều tra dự báo xe cộ Từ số liệu điều tra dự báo, theo cách quy ®ỉi ®k chØ dÉn ë Phơ lơc A ®k tính đợc số trục xe tính quy đổi trục 100 kN năm cuối thời kỳ khai thác (năm cuối thời hạn thiết kế) 226 trục/ngày đêm/ 2chiều Đất loại cát, có độ chặt đạt độ đầm nén K=0,95 độ ẩm tơng đối 0,65 (loại II chịu tác động nguồn ẩm) E.2.2 Trình tự tính toán thiết kế Tính số trục xe tiêu chuẩn tính toán xe phần xe chạy Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có xe nên theo 3.3.2 trÞ sè fL = 0,55 Do vËy: Ntt = 226 x 0,55=124 trục/ngày đêm.làn Chọn loại tầng mặt dự kiến cấu tạo kết cấu gồm lớp mặt loại láng nhựa lớp dày 2cm (theo 22 TCN 271), lớp móng cấp phối đá dăm loại I dày 16cm tầng móng dới cấp phối thiên nhiên loại A theo quy trình 22 TCN 304 - 03 dày 34cm Các đặc trng tính toán đất lớp vật liệu xác định theo dẫn mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 3.6.4 đợc tập hợp Bảng E-6 dới đây: 78 Bảng E-6: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trng tính toán lớp kÕt cÊu Líp kÕt cÊu (tõ d−íi lªn) - BỊ dày lớp (cm) Mô đun đàn hồi E (Mpa) Cấp phối đá dăm loại I (22 TCN 334) C (MPa) Tính độ võng Tính trợt 42 42 0,018 26 34 200 200 0,050 40 16 300 300 §Êt cát, a=0,66, k=0,95 Cấp phối thiên nhiên loại A (22 TCN 304) ϕ (®é) KiĨm tra c−êng ®é cđa kÕt cÊu dù kiÕn theo tiªu chn vỊ độ võng đàn hồi a/ Đổi tầng lớp tõ d−íi lªn theo biĨu thøc (3.5) 1 + kt /  Etb ' = E1  đợc liệt kê Bảng E-7 1+ k Bảng E-7: Tính đổi tầng lớp từ dới lên để tính Etb Lớp kết cấu Ei (MPa) - CÊp phèi thiªn nhiªn 200 - CÊp phèi đá dăm loại I 300 - Láng nhựa lớp E t = E2 hi (cm) h k = h2 Htb (cm) 34 300 =1,500 200 Kh«ng tÝnh 16 16 34 = 0,471 Etb’ (Mpa) 34 200 50 229 52 H 50 b/ XÐt ®Õn hƯ sè ®iÒu chØnh β = ƒ(D =33 )=1,17) ta cã Etbdc = 229 x 1,17 = 268,2 MPa c/ TÝnh m« đun đàn hồi chung Ech kết cấu cách sử dụng toán đồ Hình 3-1: H 50 Eo 42 D =33 = 1,515 vµ E dc = 268,2 = 0,157 tb Tra toán đồ Hình 3-1 đợc Ech = 0,53 VËy Ech=0,53 x 268,2 =142,2 MPa E1 d/ Theo mục 3.4.1, nghiệm lại điều kiện (3.4): Ech K dv cd E yc - V× sè trơc xe tính toán 124 trục /làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 đợc Eyc=125 MPa (nội suy Ntt = 100 Ntt = 200 tơng ứng với tầng mặt cấp cao A2) Trị số lớn Eyc tối thiểu ë B¶ng toihieu 3-5 ( E yc = 100 MPa) Vậy lấy Eyc=125 MPa để kiểm toán - Với đờng cÊp IV, chän ®é tin cËy thiÕt kÕ b»ng 0,90 (theo Bảng 3-3), tra Bảng 3-2 tìm đợc hệ số cờng độ tơng ứng Kcd=1,1 Vậy kết kiểm toán là: Ech = 142,2 > 1,1 x 125 =137,5 79 Điều cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép (không giảm đợc 1-2 cm móng dới; nhiên cần phải đợi kết kiểm toán với tiêu chuẩn chịu cắt trợt điều chỉnh bề dày thể) Kiểm tra cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất: Theo kết tính Bảng E-7, sơ đồ tính đk đợc đa toán lớp với lớp có Etbdc =285 MPa dày 50 cm đất có Eo=42 MPa, c=0,018 MPa =26o Việc tính toán đợc tiếp tục nh dới đây: a/ Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán có p=0,6 MPa D=33 cm gây đất theo toán đồ Hình 3-3 có: E1 E dc 268,2 H 50 tb = = 1,515 vµ = = = 6,39 D 33 E2 Eo 42 ; VËy tra to¸n đồ Hình 3-3 đợc: Tax = 0,021 p Vậy tìm đợc ax= 0,021 x 0,6 = 0,0126 MPa b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân lớp kết cấu áo đờng gây đất Tra toán đồ Hình 3-4 với = 26o H=50 cm, ta đợc: av = - 0,0012 MPa c/ Xác định trị số ctt theo (3.8) Ctt = c.k1.k2.k3 - Theo Bảng E-6 đất có c=0,018 MPa - Theo môc 3.5.4 cã k1=0,6, k2 = 0,8 (Bảng 3-8) k3=1,5 Vậy ctt = 0,018 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,01296 MPa d/ KiĨm to¸n lại theo (3.7) điều kiện cờng độ chịu cắt trợt - Với đờng cấp IV, yêu cầu độ tin cậy thiết kế theo Bảng 3-3 0,90; từ theo Bảng 3-7 tìm đợc tr =0,94 kết kiểm toán theo (3.7) nh sau: hệ số cờng độ cắt trợt tơng ứng k cd ax +Τav = 0,0126 – 0,0012 = 0,0114 MPa nhá h¬n ctt 0,01296 = = 0,01378MPa tt K cd 0,94 Nh− theo điều kiện đất có đủ khả chống cắt trợt Kiểm toán cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt lớp cấp phối thiên nhiên: a/ Xác định mô đun đàn hồi chung Ech.m trªn líp cÊp phèi thiªn nhiªn h 34 E 42 - Víi D1 = 33 = 1,03 vµ Eo = 200 = 0,21 E ' Tra toán đồ Hình 3-1 đợc Ech = 0,52 Vậy Ech = 0,52 x 200 = 104 MPa H 34 - XÐt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β=ƒ(D =33 =1,03) ®ã β=1,11 VËy Echm =β.Εch’= 1,11 x 104 = 115,5 MPa b/ Tính ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán có p=0,6 MPa D=33 cm gây lớp móng cấp phối thiên nhiên Theo kết tính trên, sơ đồ tính đợc ®−a vỊ hƯ hai líp ®Ĩ ¸p dơng to¸n ®å Hình 3.2 gồm lớp lớp cấp phối đá dăm có E1=350 MPa dày 16 cm, phía dới lớp bán không gian có E2=115,5 MPa, H 16 E 300 c=0,05 MPa vµ ϕ = 40o Do vËy víi ϕ = 40o, D =33 =0,485 vµ E1 = =2,60 tra toán đồ Hình 3-2 115,5 80 đợc Tax à =0,065; từ tìm đợc Tax =0,065 x 0,6 = 0,0390 MPa p c/ TÝnh øng suÊt c¾t hoạt động trọng lợng thân lớp cấp phối đá dăm dày 16cm lớp móng dới cấp phối thiên nhiên tra toán đồ Hình 3-4 đợc av = -0,0013 MPa d/ Xác định trị số ctt lớp móng cấp phối thiên nhiên: Tơng tự nh đất có k1= 0,6, k2=0,8 k3=1,5 VËy: ctt= 0,05 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,036 MPa tr e/ Kiểm toán theo điều kiện (3-7) với hệ số cờng độ cắt trợt k cd =0,94 tơng ứng với độ tin cậy yêu cầu b»ng 0,9 ta cã: Τax +Τav =0,0390 – 0,0013 = 0,0377 MPa nhá h¬n ctt 0,036 = = 0,0383MPa Nh theo điều tt K cd 0,94 kiện lớp móng cấp phối thiên nhiên gần nh vừa đủ khả chống cắt trợt Kết luận chung Các kết kiểm toán theo trình tự nh cho thấy kết cấu áo đờng dự kiến bảo đảm đợc điều kiện yêu cầu cờng độ, có điều kiƯn thõa c−êng ®é nh−ng cã ®iỊu kiƯn chØ võa ®đ c−êng ®é VËy chÊp nhËn kÕt cÊu nµy lµm kết cấu áo đờng thiết kế 81 PHụ LụC F : Biểu thức giải tích gần tính mô đun đàn hồi Ech ứng suất kéo uốn đơn vị σ ku cđa hƯ hai líp F.1 BiĨu thøc gi¶i tích gần tính mô đun đàn hồi Ech F.1.1 Công thức gần Toán đồ Hình 3-1 đợc thể gần công thức Bacberơ tính mô đun đàn hồi chung Ech hệ bán không gian đàn hồi lớp nh dới đây: Ech 1,05.E E 1+ E1 = H + 4.  D E   o   E1  ; + − 0,67 (F-1) Eo E1 C¸c ký hiệu công thức ký hiệu sơ đồ tính toán đồ Hình 3-1 đó: Ech - mô đun đàn hồi chung hệ hai lớp; Eo - mô đun đàn hồi đất bán không gian vô hạn; E1 - mô đun đàn hồi lớp kết cấu áo đờng có bề dày H; D - đờng kính vệt bánh xe tính toán F.1.2 Sai số phạm vi sử dụng công thức F-1 Theo kết tính thử công thức F-1 cho kết tính Ech hệ hai lớp sai khác với kết tra toán đồ Hình 3-1 khoảng 5-10% Do việc tính toán cờng độ kết cấu áo đờng mềm tiêu chuẩn dựa vào cách tra toán đồ Hình 3-1 Chỉ trờng hợp kết cấu áo đờng có chiều dày lớn (H/D >2) đợc dùng công thức F-1 Muèn biÕt Ech tÝnh theo c«ng thøc F-1 cã xu hớng nhỏ hay lớn trị số Ech tra theo toán đồ ta vừa tính thử theo F-1 vừa tra toán đồ Hình 3-1 với cặp biến số H/D = 2.0 Eo/E=a dự kiến thiết kế, từ tự phán đoán đánh giá suy cho tr−êng hỵp H/D>2.0 VÝ dơ víi H/D=1,909, Eo/E1=0,098 kết tra toán đồ đợc Ech/E1=0,49 tính theo F-1 đợc Ech/E1 =0,450, tức Ech tính theo công thức cho kết nhỏ theo toán đồ gần 8% F.2 Biểu thức giải tích gần để tính ứng suất kéo uốn đơn vị ku Để tiện cho việc tính toán máy tính, Liên Xô (cũ) đk có sử dụng biểu thức giải tích dới để mô tả gần toán đồ Hình 3-5 Hình 3-6 F.2.1 Tính ứng suất kéo uốn đơn vị cho lớp tầng mặt (mô tả gần toán đồ Hình 3-5) h1 E1 h D (1 − acrtg td ).acrtg2 ; π D E ch.m π D h td σ ku = (F-2) C¸c ký hiƯu (F-2) cã ý nghÜa nh− ë mơc 3.6.2 vµ nh− ë sơ đồ tính toán toán đồ 3-5 Riêng ký hiệu htđ đợc tính theo công thức (F-3): htđ = 1,1.h E1 E ch.m ; (F-3) F.2.2 TÝnh ứng suất kéo uốn đơn vị ku lớp móng vật liệu liền khối (mô tả gần toán đồ Hình3-6) 82 ku 0,185  E1  D E 1,29.   − 0,203 − 0,283 h E1   E2   ; =  E3 9,3 + 0,83 E2 (F-4) Các ký hiệu (F-4) có ý nghĩa nh đk nêu sơ đồ tính toán toán đồ Hình 3-6 Khi sử dụng biểu thức (F-2) (F-4) nên đối chiếu lại với kết tra toán đồ để đánh giá mức độ sai số mắc phải, từ ®ã tù tỉng kÕt ®−a c¸c hƯ sè ®iỊu chØnh cÈn thiÕt 83 ... tác thiết kế áo đờng mềm Công tác thiết kế áo đờng mềm gồm nội dung chủ yếu sau: Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng: Nội dung chọn bố trí hợp lý lớp vật liệu phù hợp với chức yêu cầu tầng, lớp áo. .. số thông số thiết kế đợc đa vào tính toán cờng độ kết cấu áo đờng 14 CHơng Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng 2.1 Nguyên tắc thiết kế 2.1.1 Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể áo đờng, tức... Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm phần lề đờng có gia cố 1.3.1 Các yêu cầu Kết cấu áo đờng mềm xe chạy kết cấu phần lề gia cố phải đợc thiết kế đạt yêu cầu dới đây: Trong suốt thời hạn thiết kế quy định