Một số vấn đề tính toán mặt đường bê tông xi măng theo qđ 3230 bgtvt và ứng dụng tính toán mặt đường bê tông xi măng cho tuyến đường ven biển tỉnh ninh thuận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN VĂN CƯƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TỐN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG THEO QĐ 3230/BGTVT VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TỐN MẶT ĐƯỜNG BÊ TƠNG XI MĂNG CHO TUYẾN ĐƯỜNG VEN BIỂN TỈNH NINH THUẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thành Phố Hồ Chí Minh – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Nguyễn Văn Cương MỤC LỤC Trang Phụ Bìa Lời cam đoan MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẤU PHẦN MỞ ĐẦU: ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU………………………… 1 Tính cấp thiết đề tài……………………………………………… Mục tiêu nghiên cứu đề tài………………………………………… 3 Đối tượng nghiên cứu………………………………………………… Phạm vi nghiên cứu…………………………………………………… Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… Kết cấu luận văn…………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM THƠNG THƯỜNG……………………………… Các phương pháp tính tốn mặt đường BTXM……………………… 1.1 1.1.1 Phương pháp tính dựa theo lý thuyết “tấm đàn hồi”………… 1.1.1.1 Tính tốn mặt đường BTXM thông thường theo phương pháp Westergard………………………………………………………… 1.1.1.2 Tính tốn mặt đường BTXM thơng thường theo phương pháp Shekter…………………………………………………………… 1.1.1.3 Tính tốn mặt đường BTXM thông thường theo phương pháp I.A.Mednicov……………………………………………………… 12 1.1.2 Phương pháp tính dựa theo thực nghiệm (phương pháp AASHTO) 15 Tính tốn mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn số nước……… 16 1.2 1.2.1 Tính tốn mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn TCN 223-95 Việt Nam…………………………………………………………………… 16 1.2.2 Tính tốn theo phương pháp quy phạm thiết kế mặt đường BTXM Trung Quốc……………………………………………………… 18 1.2.2.1 Tính tốn ứng suất kéo – uốn hoạt tải gây ra…………………… 18 1.2.2.2 Tính tốn ứng suất uốn vồng gradient nhiệt độ………………… 21 1.2.2.3 Kiểm toán cường độ kéo – uốn………………………………… 23 1.2.3 Tính tốn mặt đường BTXM theo phương pháp AASHTO……… 25 1.2.3.1 Phương trình dùng để tính tốn bề dày mặt đường BTXM… 25 1.2.3.2 Xác định tổng trục xe tiêu chuẩn tương đương 80kN dự báo thời kỳ phục vụ tương ứng với độ tin cậy R, W80R cho xe 1.2.3.3 thiết kế……………………………………………………………… 30 Xác định độ tổn thất khả phục vụ thiết kế ∆PSI…………… 31 1.2.4 Tính tốn mặt đường BTXM theo phương pháp Anh ( theo Road Note 29)……………………………………………………………… 32 1.2.5 Tính toán mặt đường BTXM Pháp……………………………… 36 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN MẶT ĐƯỜNG BTXM THEO QĐ 3230/BGTVT………………………………………………………………… 40 2.1 Tải trọng xe chạy……………………………………………………… 40 2.2 Lớp móng mặt đường………………………………………………… 47 2.3 Cấu tạo lề gia cố, bố trí cốt thép tăng cường BTXM……… 51 2.3.1 Cấu tạo lề gia cố ……………………………………………………… 51 2.3.2 Bố trí cốt thép tăng cường BTXM………………………… 52 Hệ thống thoát nước kết cấu mặt đường………………………… 54 2.4.1 Các yêu cầu chung……………………………………………………… 55 2.4.2 Hệ thống thoát nước lớp loại khơng thấm nước……… 56 2.4.3 Hệ thống nước có sử dụng lớp móng nước………………… 57 2.4 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN MẶT ĐƯỜNG BTXM CHO TUYẾN ĐƯỜNG VEN BIỂN TỈNH NINH THUẬN…………………… 3.1 60 Các lựa chọn thiết kế kết cấu mặt đường BTXM địa bàn tỉnh Ninh Thuận……………………………………………………………… 61 3.1.1 Kết khảo sát giao thông…………………………………………… 62 3.1.2 Hệ số độ tin cậy……………………………………………………… 67 3.1.3 Mô đun đàn hồi mặt đường hữu……………………… 67 3.1.4 Loại đất đặc trưng lý đất nền……………………… 68 3.1.5 Vật liệu làm kết cấu mặt đường BTXM…………………………… 69 3.1.6 Nguồn cung cấp vật liệu xây dựng…………………………………… 71 3.1.6.1 Đá xây dựng………………………………………………………… 71 Mỏ đá Giác Lan………………………………………………… 71 Mỏ đá Cô Lô………………………………………………………… 72 Mỏ đá Đông Nam núi Chà Bang…………………………………… 72 Mỏ đá Núi Đất……………………………………………………… 73 Mỏ đá Núi Đá Giăng………………………………………………… 73 Mỏ đá Dốc Sạn……………………………………………………… 74 3.1.6.2 Mỏ đất đắp………………………………………………………… 74 Mỏ đất Dốc Sạn………………………………………………… 74 Mỏ đất Cô Lô……………………………………………………… 75 Mỏ đất Núi Ông Ngài……………………………………………… 75 Mỏ đất Núi Đá Chim……………………………………………… 76 Mỏ đất Suối Lớn…………………………………………………… 76 3.1.6.3 Mỏ cát……………………………………………………………… 77 Mỏ cát Sông Dinh…………………………………………………… 77 Mỏ cát Phước Thiện………………………………………………… 77 Mỏ cát Sơng Lu………………………………………………… 78 Mỏ cát Suối Gió Tá………………………………………………… 78 Mỏ cát Suối Giếng Mui …………………………………………… 79 Mỏ Cát suối KM8+200 (đoạn Vĩnh Hy – cầu Ninh Chữ)………… 79 Mỏ Cát suối KM9+800 (đoạn Vĩnh Hy – cầu Ninh Chữ)………… 79 Một số dạng kết cấu mặt đường BTXM áp dụng cho tỉnh Ninh Thuận 80 3.2.1 Tuyến đường ven biển tỉnh Ninh Thuận……………………………… 80 3.2 3.2.2 Tuyến đường cấp III đồng bằng, quy mô giao thông cấp nặng……… 85 3.2.3 Tuyến đường cấp IV đồng bằng, quy mô giao thơng cấp trung bình… 91 3.2.4 Tuyến đường cấp III miền núi, quy mơ giao thơng cấp trung bình…… 95 3.2.5 Đường thứ yếu đô thị, quy mô giao thông cấp nặng………………… 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………… 106 Kết luận……………………………………………………………………… 106 Kiến nghị…………………………………………………………………… 108 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN…………………………………………………… 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 144 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.Giá trị hệ số A, B, C……………………………………… 10 Bảng 1.2 Giá trị hệ số α1 , α α …………………………………… 13 Bảng 1.3 Các tiêu kỹ thuật chủ yếu máy kéo nhiều bánh…………… 16 Bảng 1.4 Các tiêu kỹ thuật chủ yếu xe xích T60…………………… 17 Bảng 1.5 Các tiêu cường độ mô đun đàn hồi bê tông làm mặt đường ………………………………………………………………………… 17 Bảng 1.6 Các hệ số số mũ hồi quy (1-20)……………………… 19 Bảng 1.7 Các hệ số hồi quy tùy thuộc vào vùng khí hậu đường sá Trung Quốc……………………………………………………………………… 23 Bảng 1.8 Chọn hệ số độ tin cậy γr …………………………………………… 24 Bảng 1.9 Phạm vi thay đổi hệ số biến sai Cv tham số thiết kế……… 24 Bảng 1.10 Chọn độ tin cậy thiết kế…………………………………………… 25 Bảng 1.11 Mô đun đàn hồi hệ số ma sát loại móng khác 28 Bảng 1.12 Quan hệ Z R……………………………………………… 30 Bảng 1.13 Chọn độ tin cậy R………………………………………………… 30 Bảng 1.14 Phân loại lực chịu tải kết cấu mặt đường cứng…… 34 Bảng 1.15 Chiều dày lớp móng………………………………………… 35 Bảng 1.16 Độ rủi ro………………………………………………………… 37 Bảng 1.17 Giá trị u……………………………………………………… 37 Bảng 2.1 Trọng tải tính tốn tiêu chuẩn……………………………………… 41 Bảng 2.2 Các tiêu kỹ thuật chủ yếu máy kéo nhiều bánh…………… 41 Bảng 2.3 Các tiêu chủ yếu xe xích T – 60…………………………… 41 Bảng 2.4 Hệ số phân phối lượng giao thông áp dụng cho xe thiết kế…… 43 Bảng 2.5 Hệ số phân bố ngang vệt bánh xe η …………………………… 45 Bảng 2.6 Phân cấp quy mô giao thông……………………………………… 45 Bảng 2.7 Bề dày BTXM thông thường tùy theo cấp hạng đường quy mô giao thông………………………………………………………………… 46 Bảng 2.8 Giá trị hệ số k1………………………………………………… 48 Bảng 2.9 Giá trị hệ số k’………………………………………………… 48 Bảng 2.10 Chọn loại lớp móng tùy thuộc quy mô giao thông………… 49 Bảng 3.1 Số liệu Khu QLĐB VII; Bảng tổng hợp kết đếm xe _ Trạm 1551+300 QL1 65 Bảng 3.2 Số liệu Khu QLĐB VII; Bảng tổng hợp xe quy đổi _ Trạm 1551+300 QL1 65 Bảng 3.3 Số liệu Tư vấp lập dự án; Tổng hợp kết đếm tháng 7/2012…… 66 Bảng 3.4 Số liệu Tư vấp lập dự án ; Tổng hợp kết xe quy đổi 7/2012… 66 Bảng 3.5 Chọn độ tin cậy hệ số độ tin cậy thiết kế……………………… 67 Bảng 3.6 Trị số mơ đun đàn hồi tính tốn loại BTXM……………… 71 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các trường hợp tác dụng tải trọng điển hình BTXM ( D = 2δ )……………………………………………………………………… Hình 1.2 Sơ đồ tính tốn mơmen uốn tải trọng tập trung tác dụng cách tiết diện tính tốn khoảng cách r gây ra……………………………………… Hình 1.3 Sơ đồ tính tốn mơ men uốn có xét đến ảnh hưởng bánh xe bên cạnh……………………………………………………………………… 11 Hình 1.4 Sơ đồ tính tốn mơ men tải trọng xe xích gây ra…………… 11 Hình 1.5 tốn đồ xác định hệ số Bx…………………………………………… 22 Hình 2.1 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường (đơn vị mm)………………… 52 Hình 2.2 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường góc tấm(mm)……………… 52 Hình 2.3 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường vị trí cống hộp (cống chui) 53 Hình 2.4 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường vị trí cống trịn………… 54 Hình 2.5 Cấu tạo bố trí hệ thống thoát nước biên cho kết cấu áo đường… 56 Hình 2.6 Cấu tạo bố trí hệ thống nước có lớp móng thấm nước 58 Hình 3.1 Bản đồ hành tỉnh Ninh Thuận……………………………… 60 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BGTVT: Bộ Giao thông Vận tải BTXM: Bê tông xi măng BTN: Bê tông nhựa CBR: Chỉ số sức chịu tải ĐB: Đồng MN: Miền núi QL: Quốc lộ QL1A: Quốc lộ 1A TCN: Tiêu chuẩn ngành T.p: Thành phố Tp HCM: Thành phố Hồ Chí Minh 130 + Mơ đun đàn hồi tương đương lớp vật liệu hạt Ex: n Ex = ∑ (h i × Ei ) n ( 0.22 = × 300 ) 0.222 ∑h i = 300 MPa + Tổng chiều dày lớp vật liệu hạt hx: n hx = ∑ hi = h1 = 0.22m + Hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày lớp vật liệu hạt α : α = 0.86 + 0.26 × ln(hx ) = 0.86 + 0.26 × ln(0.22)= 0.47 + Mô đun đàn hồi chung Et: Et = ( Ex / E0 ) × E0 = ( 300 / 51) α 0.47 × 51 = 117.29 MPa A.7.2.2 Tính ứng suất tải trọng trục gây ra: + Độ cứng uốn cong tiết diện BTXM Dc: Dc = Ec hc3 / 12 ì (1 àc2 )  = 29000.0.233 / 12 × (1 − 0.152 )  = 30.08 Mn.m + Độ cứng tương đối chung BTXM : rg = 1, 21.[ Dc / Et ] 1/3 = 1, 21.[30, 08 /117, 29] 1/3 = 0.77m A.7.2.3 Tính ứng suất tải trọng trục gây + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps=100kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.77 0.7 × 0.23−2 × 1000.94 = 1.76MPa + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps= Pmax = 150kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.77 0.7 × 0.23−2 × 1500.94 = 2.57MPa + Ứng suất kéo uốn gây mỏi tải trọng xe chạy vị trí cạnh dọc σ pr : σ pr = kr × k f × kc × σ ps = 1× 1.79 × 1× 1.76 =3.15 Mpa σ pmax = kr × kc × σ pm = 1× 1× 2.57 =2.57 Mpa Với kr = 1, kc = 1, k f = N e0.057 = (2.8 E + 4)0.057 =1.79 A.7.2.4 Tính ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây ra: + Hệ số ứng suất uốn vồng CL: CL = − Sht.cos t + Cht.sin t Sh1.95.cos1.95 + Ch1.95.sin1.95 = 1− = 0.83 cos t.sin t + Sht.Cht cos1.95.sin1.95 + Sh1.95.Ch1.95 Với: t = L / (3.rg ) = 4.5 / (3 × 0.77) =1.95 131 + Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp BL: BL = 1, 77.e −4,48.hc CL − 0.131.(1 − CL ) = 1, 77.e −4,48×0.23 × 0.83 − 0.131.(1 − 0.83) =0.50 + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây cạnh dọc σ t max : σ t max = α c hc Ec Tg BL / = 10 × 10 −6 × 0.23 × 29000 × 92 × 0.50 / = 1.53 MPa + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.53 1.323 ) − ct  = ) − 0.058 = 0.423MPa  at (  0.841( 4.5 σ t max  fr  1.53   Với: at=0.841 , bt=1.323 , ct=0.058 + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.53 1.287 ) − ct  = ) − 0.071 = 0.430MPa  at (  0.871( σ t max  fr 4.5  1.53   Với: at=0.871 , bt=1.287 , ct=0.071 at, bt, ct hệ số quy hồi + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt gây mỏi cạnh dọc σ tr : σ tr = ktmax σ t max = 0.430 × 1.53 = 0.66MPa A.7.2.5 Kiểm toán điều kiện giới hạn: + Với đường cấp IV ta có hệ số độ tin cậy thiết kế γ r =1.04 γ r (σ pr + σ tr ) = 1.04(3.15 + 0.66) =3.96 MPa < f r = 4.5MPa γ r (σ pmax + σ tmax ) = 1.04(2.57 + 1.53) =4.26 MPa < f r = 4.5MPa Kết luận: Kết cấu chọn đảm bảo yêu cầu Kết cấu mặt đường BTXM thiết kế là: STT Các thông số Đơn vị Giá trị Tấm BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cấu tạo lớp móng Lớp cấp phối đá dăm loại I m m cm 4.00 4.50 23.60 cm 22.00 132 A.8 Kết cấu mặt đường loại A8 cho tuyến đường ven biển tỉnh Ninh Thuận A.8.1 Các thông số chung - Quy mô : đường cấp IV - Bề rộng đường : 8.00m - Số xe : 02 - Thời hạn phục vụ thiết kế : 20 năm - Tải trọng trục tiêu chuẩn : 100kN - Quy mô giao thông : cấp nhẹ - Thông số lớp mặt BTXM: STT Các thơng số Ký hiệu Kích thước BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cường độ chịu nén bêtông (C30) Cường độ chịu kéo uốn bêtông Mô đun đàn hồi bêtông Bê tông dùng cốt liệu Hệ số poison bêtông Hệ số giãn nở nhiệt Đơn vị Giá trị B L m 4.00 m 4.50 HBTXM m 0.23 R daN/cm 350 fr daN/cm 45 Ec daN/cm 290000 Đá granit µc 0.15 αc /0C 10.106 ( 1daN/cm2 = 0.1 Mpa) - Các thơng số lớp móng mặt đường BTXM: STT Tên lớp Lớp cấp phối đá dăm loại I H Ei Ghi (cm) (daN/cm ) 24 3000 - Các thông số đất nền: Đất đầm chặt K98 Mơđun đàn hồi E0 Lực dính đơn vị c Góc nội ma sát w A.8.2 Tính tốn mặt đường BTXM 500.00 daN/cm2 0.032 daN/cm2 24.00 độ A.8.2.1 Tính mô đun đàn hồi chung Ex đất móng 133 + Mơ đun đàn hồi tương đương lớp vật liệu hạt Ex: n Ex = ∑ (h i × Ei ) n ( 0.24 = × 300 ) 0.242 ∑h i = 300 MPa + Tổng chiều dày lớp vật liệu hạt hx: n hx = ∑ hi = h1 = 0.24m + Hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày lớp vật liệu hạt α : α = 0.86 + 0.26 × ln(hx ) = 0.86 + 0.26 × ln(0.24)= 0.49 + Mơ đun đàn hồi chung Et: Et = ( Ex / E0 ) × E0 = ( 300 / 50 ) α 0.49 × 50 = 120.30 MPa A.8.2.2 Tính ứng suất tải trọng trục gây ra: + Độ cứng uốn cong tiết diện BTXM Dc: Dc = Ec hc3 / 12 ì (1 àc2 ) = 29000.0.233 / 12 × (1 − 0.152 )  = 30.08 Mn.m + Độ cứng tương đối chung BTXM : rg = 1, 21.[ Dc / Et ] 1/3 = 1, 21.[30, 08 /120,30] 1/3 = 0.76m A.8.2.3 Tính ứng suất tải trọng trục gây + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps=100kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10−3 × 0.760.7 × 0.23−2 × 1000.94 = 1.74MPa + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps= Pmax = 150kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10−3 × 0.760.7 × 0.23−2 × 1500.94 = 2.55MPa + Ứng suất kéo uốn gây mỏi tải trọng xe chạy vị trí cạnh dọc σ pr : σ pr = kr × k f × kc × σ ps = 1× 1.79 × 1× 1.74 =3.11 Mpa σ pmax = kr × kc × σ pm = 1× 1× 2.55 =2.55 Mpa Với kr = 1, kc = 1, k f = N e0.057 = (2.8 E + 4)0.057 =1.79 A.8.2.4 Tính ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây ra: + Hệ số ứng suất uốn vồng CL: CL = − Sht.cos t + Cht.sin t Sh1.97.cos1.97 + Ch1.97.sin1.97 = 1− = 0.84 cos t.sin t + Sht.Cht cos1.97.sin1.97 + Sh1.97.Ch1.97 Với: t = L / (3.rg ) = 4.5 / (3 × 0.76) =1.97 134 + Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp BL: BL = 1, 77.e −4,48.hc CL − 0.131.(1 − CL ) = 1, 77.e −4,48×0.23 × 0.84 − 0.131.(1 − 0.84) =0.51 + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây cạnh dọc σ t max : σ t max = α c hc Ec Tg BL / = 10 × 10 −6 × 0.23 × 29000 × 92 × 0.51 / = 1.56 MPa + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.56 1.323 ) − ct  = ) − 0.058  = 0.430MPa  at ( 0.841( 4.5 σ t max  fr  1.56   Với: at=0.841 , bt=1.323 , ct=0.058 + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.56 1.287 ) − ct  = ) − 0.071 = 0.438MPa  at ( 0.871( σ t max  fr 4.5  1.56   Với: at=0.871 , bt=1.287 , ct=0.071 at, bt, ct hệ số quy hồi + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt gây mỏi cạnh dọc σ tr : σ tr = ktmax σ t max = 0.438 × 1.56 = 0.68MPa A.8.2.5 Kiểm toán điều kiện giới hạn: + Với đường cấp IV ta có hệ số độ tin cậy thiết kế γ r =1.04 γ r (σ pr + σ tr ) = 1.04(3.11 + 0.68) =3.94 MPa < f r = 4.5MPa γ r (σ pmax + σ tmax ) = 1.04(2.55 + 1.56) =4.27 MPa < f r = 4.5MPa Kết luận: Kết cấu chọn đảm bảo yêu cầu Kết cấu mặt đường BTXM thiết kế là: STT Các thông số Đơn vị Giá trị Tấm BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cấu tạo lớp móng Lớp cấp phối đá dăm loại I m m cm 4.00 4.50 23.60 cm 24.00 135 A.9 Kết cấu mặt đường loại A9 cho tuyến đường ven biển tỉnh Ninh Thuận A.9.1 Các thông số chung - Quy mô : đường cấp IV - Bề rộng đường : 8.00m - Số xe : 02 - Thời hạn phục vụ thiết kế : 20 năm - Tải trọng trục tiêu chuẩn : 100kN - Quy mô giao thông : cấp nhẹ - Thông số lớp mặt BTXM: STT Các thơng số Ký hiệu Kích thước BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cường độ chịu nén bêtông (C30) Cường độ chịu kéo uốn bêtông Mô đun đàn hồi bêtông Bê tông dùng cốt liệu Hệ số poison bêtông Hệ số giãn nở nhiệt Đơn vị Giá trị B L m 4.00 m 4.50 HBTXM m 0.23 R daN/cm 350 fr daN/cm 45 Ec daN/cm 290000 Đá granit µc 0.15 αc /0C 10.106 ( 1daN/cm2 = 0.1 Mpa) - Các thơng số lớp móng mặt đường BTXM: STT Tên lớp Lớp cấp phối đá dăm loại I H Ei Ghi (cm) (daN/cm ) 26 2700 - Các thông số đất nền: Đất đầm chặt K98 Mơđun đàn hồi E0 Lực dính đơn vị c Góc nội ma sát w A.9.2 Tính tốn mặt đường BTXM 490.00 daN/cm2 0.032 daN/cm2 24.00 độ A.9.2.1 Tính mơ đun đàn hồi chung Ex đất móng 136 + Mơ đun đàn hồi tương đương lớp vật liệu hạt Ex: n Ex = ∑ (h i × Ei ) n ( 0.26 = × 270 ) 0.262 ∑h i = 270 MPa + Tổng chiều dày lớp vật liệu hạt hx: n hx = ∑ hi = h1 = 0.26m + Hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày lớp vật liệu hạt α : α = 0.86 + 0.26 × ln(hx ) = 0.86 + 0.26 × ln(0.26)= 0.51 + Mơ đun đàn hồi chung Et: Et = ( Ex / E0 ) × E0 = ( 270 / 49 ) α 0.51 × 49 = 117.00 MPa A.9.2.2 Tính ứng suất tải trọng trục gây ra: + Độ cứng uốn cong tiết diện BTXM Dc: Dc = Ec hc3 / 12 ì (1 àc2 ) = 29000.0.233 / 12 × (1 − 0.152 )  = 30.08 Mn.m + Độ cứng tương đối chung BTXM : rg = 1, 21.[ Dc / Et ] 1/3 = 1, 21.[30, 08 /117, 00] 1/3 = 0.77m A.9.2.3 Tính ứng suất tải trọng trục gây + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps=100kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.77 0.7 × 0.23−2 × 1000.94 = 1.76MPa + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps= Pmax = 150kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.77 0.7 × 0.23−2 × 1500.94 = 2.57MPa + Ứng suất kéo uốn gây mỏi tải trọng xe chạy vị trí cạnh dọc σ pr : σ pr = kr × k f × kc × σ ps = 1× 1.79 × 1× 1.76 =3.15 Mpa σ pmax = kr × kc × σ pm = 1× 1× 2.57 =2.57 Mpa Với kr = 1, kc = 1, k f = N e0.057 = (2.8 E + 4)0.057 =1.79 A.9.2.4 Tính ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây ra: + Hệ số ứng suất uốn vồng CL: CL = − Sht.cos t + Cht.sin t Sh1.95.cos1.95 + Ch1.95.sin1.95 = 1− = 0.83 cos t.sin t + Sht.Cht cos1.95.sin1.95 + Sh1.95.Ch1.95 Với: t = L / (3.rg ) = 4.5 / (3 × 0.77) =1.95 137 + Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp BL: BL = 1, 77.e −4,48.hc CL − 0.131.(1 − CL ) = 1, 77.e −4,48×0.23 × 0.83 − 0.131.(1 − 0.83) =0.50 + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây cạnh dọc σ t max : σ t max = α c hc Ec Tg BL / = 10 × 10 −6 × 0.23 × 29000 × 92 × 0.50 / = 1.53 MPa + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.53 1.323 ) − ct  = ) − 0.058 = 0.423MPa  at (  0.841( 4.5 σ t max  fr  1.53   Với: at=0.841 , bt=1.323 , ct=0.058 + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.53 1.287 ) − ct  = ) − 0.071 = 0.430MPa  at (  0.871( σ t max  fr 4.5  1.53   Với: at=0.871 , bt=1.287 , ct=0.071 at, bt, ct hệ số quy hồi + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt gây mỏi cạnh dọc σ tr : σ tr = ktmax σ t max = 0.430 × 1.53 = 0.66MPa A.9.2.5 Kiểm toán điều kiện giới hạn: + Với đường cấp IV ta có hệ số độ tin cậy thiết kế γ r =1.04 γ r (σ pr + σ tr ) = 1.04(3.15 + 0.66) =3.96 MPa < f r = 4.5MPa γ r (σ pmax + σ tmax ) = 1.04(2.57 + 1.53) =4.26 MPa < f r = 4.5MPa Kết luận: Kết cấu chọn đảm bảo yêu cầu Kết cấu mặt đường BTXM thiết kế là: STT Các thông số Đơn vị Giá trị Tấm BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cấu tạo lớp móng Lớp cấp phối đá dăm loại I m m cm 4.00 4.50 23.60 cm 26.00 138 A.10 Kết cấu mặt đường loại A10 cho tuyến đường ven biển tỉnh Ninh Thuận A.10.1 Các thông số chung - Quy mô : đường cấp IV - Bề rộng đường : 8.00m - Số xe : 02 - Thời hạn phục vụ thiết kế : 20 năm - Tải trọng trục tiêu chuẩn : 100kN - Quy mô giao thông : cấp nhẹ - Thông số lớp mặt BTXM: STT Các thơng số Ký hiệu Kích thước BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cường độ chịu nén bêtông (C30) Cường độ chịu kéo uốn bêtông Mô đun đàn hồi bêtông Bê tông dùng cốt liệu Hệ số poison bêtông Hệ số giãn nở nhiệt Đơn vị Giá trị B L m 4.00 m 4.50 HBTXM m 0.23 R daN/cm 350 fr daN/cm 45 Ec daN/cm 290000 Đá granit µc 0.15 αc /0C 10.106 ( 1daN/cm2 = 0.1 Mpa) - Các thơng số lớp móng mặt đường BTXM: STT Tên lớp Lớp cấp phối đá dăm loại I H Ei Ghi (cm) (daN/cm ) 28 2500 - Các thông số đất nền: Đất đầm chặt K98 Mơđun đàn hồi E0 Lực dính đơn vị c Góc nội ma sát w A.10.2 Tính tốn mặt đường BTXM 480.00 daN/cm2 0.032 daN/cm2 24.00 độ 139 A.10.2.1 Tính mơ đun đàn hồi chung Ex đất móng + Mô đun đàn hồi tương đương lớp vật liệu hạt Ex: n Ex = ∑ (h i × Ei ) n ( 0.28 = × 250 ) 0.282 ∑h i = 250 MPa + Tổng chiều dày lớp vật liệu hạt hx: n hx = ∑ hi = h1 = 0.28m + Hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày lớp vật liệu hạt α : α = 0.86 + 0.26 × ln(hx ) = 0.86 + 0.26 × ln(0.28)= 0.529 + Mơ đun đàn hồi chung Et: Et = ( Ex / E0 ) × E0 = ( 250 / 48 ) α 0.529 × 48 = 114.92 MPa A.10.2.2 Tính ứng suất tải trọng trục gây ra: + Độ cứng uốn cong tiết diện BTXM Dc: Dc = Ec hc3 / 12 × (1 − µc2 )  = 29000.0.233 / 12 × (1 − 0.152 )  = 30.08 Mn.m + Độ cứng tương đối chung BTXM : rg = 1, 21.[ Dc / Et ] 1/3 = 1, 21.[30, 08 /114,92] 1/3 = 0.774m A.10.2.3 Tính ứng suất tải trọng trục gây + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps=100kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.7740.7 × 0.23−2 × 1000.94= 1.762MPa + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps= Pmax = 150kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.7740.7 × 0.23−2 × 1500.94= 2.579MPa + Ứng suất kéo uốn gây mỏi tải trọng xe chạy vị trí cạnh dọc σ pr : σ pr = kr × k f × kc × σ ps = 1× 1.79 × 1× 1.762=3.154 Mpa σ pmax = kr × kc × σ pm = 1× 1× 2.579 =2.579 Mpa Với kr = 1, kc = 1, k f = N e0.057 = (2.8 E + 4)0.057 =1.79 A.10.2.4 Tính ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây ra: + Hệ số ứng suất uốn vồng CL: CL = − Sht.cos t + Cht.sin t Sh1.94.cos1.94 + Ch1.94.sin1.94 = 1− = 0.823 cos t.sin t + Sht.Cht cos1.94.sin1.94 + Sh1.94.Ch1.94 Với: t = L / (3.rg ) = 4.5 / (3 × 0.774) =1.94 140 + Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp BL: BL = 1, 77.e −4,48.hc CL − 0.131.(1 − CL ) = 1, 77.e −4,48×0.23 × 0.823 − 0.131.(1 − 0.823) =0.497 + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây cạnh dọc σ t max : σ t max = α c hc Ec Tg BL / = 10 × 10 −6 × 0.23 × 29000 × 92 × 0.497 / = 1.525 MPa + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.525 1.323 ) − ct  = ) − 0.058  = 0.422MPa  at ( 0.841( 4.5 σ t max  fr  1.525   Với: at=0.841 , bt=1.323 , ct=0.058 + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.525 1.287 ) − ct  = ) − 0.071 = 0.429MPa  at ( 0.871( σ t max  fr 4.5  1.525   Với: at=0.871 , bt=1.287 , ct=0.071 at, bt, ct hệ số quy hồi + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt gây mỏi cạnh dọc σ tr : σ tr = ktmax σ t max = 0.429 × 1.525 = 0.654MPa A.10.2.5 Kiểm toán điều kiện giới hạn: + Với đường cấp IV ta có hệ số độ tin cậy thiết kế γ r =1.04 γ r (σ pr + σ tr ) = 1.04(3.154 + 0.654) =3.960 MPa < f r = 4.5MPa γ r (σ pmax + σ tmax ) = 1.04(2.579 + 1.525) =4.268 MPa < f r = 4.5MPa Kết luận: Kết cấu chọn đảm bảo yêu cầu Kết cấu mặt đường BTXM thiết kế là: STT Các thông số Đơn vị Giá trị Tấm BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cấu tạo lớp móng Lớp cấp phối đá dăm loại I m m cm 4.00 4.50 23.60 cm 28.00 141 A.11 Kết cấu mặt đường loại A11 cho tuyến đường ven biển tỉnh Ninh Thuận A.11.1 Các thông số chung - Quy mô : đường cấp IV - Bề rộng đường : 8.00m - Số xe : 02 - Thời hạn phục vụ thiết kế : 20 năm - Tải trọng trục tiêu chuẩn : 100kN - Quy mô giao thông : cấp nhẹ - Thông số lớp mặt BTXM: STT Các thơng số Ký hiệu Kích thước BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cường độ chịu nén bêtông (C30) Cường độ chịu kéo uốn bêtông Mô đun đàn hồi bêtông Bê tông dùng cốt liệu Hệ số poison bêtông Hệ số giãn nở nhiệt Đơn vị Giá trị B L m 4.00 m 4.50 HBTXM m 0.23 R daN/cm 350 fr daN/cm 45 Ec daN/cm 290000 Đá granit µc 0.15 αc /0C 10.106 ( 1daN/cm2 = 0.1 Mpa) - Các thơng số lớp móng mặt đường BTXM: STT Tên lớp Lớp cấp phối đá dăm loại I H Ei Ghi (cm) (daN/cm ) 30 2500 - Các thông số đất nền: Đất đầm chặt K98 Mơđun đàn hồi E0 Lực dính đơn vị c Góc nội ma sát w A.11.2 Tính tốn mặt đường BTXM 470.00 daN/cm2 0.032 daN/cm2 24.00 độ A.11.2.1 Tính mơ đun đàn hồi chung Ex đất móng 142 + Mô đun đàn hồi tương đương lớp vật liệu hạt Ex: n Ex = ∑ (h i × Ei ) n ( 0.30 = × 250 ) 0.302 ∑h i = 250 MPa + Tổng chiều dày lớp vật liệu hạt hx: n hx = ∑ hi = h1 = 0.30m + Hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày lớp vật liệu hạt α : α = 0.86 + 0.26 × ln(hx ) = 0.86 + 0.26 × ln(0.30) = 0.547 + Mơ đun đàn hồi chung Et: Et = ( Ex / E0 ) × E0 = ( 250 / 47 ) α 0.547 × 47 = 117.26 MPa A.11.2.2 Tính ứng suất tải trọng trục gây ra: + Độ cứng uốn cong tiết diện BTXM Dc: Dc = Ec hc3 / 12 ì (1 àc2 ) = 29000.0.233 / 12 × (1 − 0.152 )  = 30.08 Mn.m + Độ cứng tương đối chung BTXM : rg = 1, 21.[ Dc / Et ] 1/3 = 1, 21.[30, 08 /117, 26] 1/3 = 0.769m A.11.2.3 Tính ứng suất tải trọng trục gây + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps=100kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.7690.7 × 0.23−2 × 1000.94= 1.754MPa + Ứng suất kéo uốn σ ps tải trọng xe, với Ps= Pmax = 150kN : σ ps = 1, 47 × 10−3 × rg0.7 × hc−2 × Ps0.94 = 1, 47 × 10 −3 × 0.7690.7 × 0.23−2 × 1500.94 = 2.568MPa + Ứng suất kéo uốn gây mỏi tải trọng xe chạy vị trí cạnh dọc σ pr : σ pr = kr × k f × kc × σ ps = 1× 1.79 × 1× 1.754 =3.140 Mpa σ pmax = kr × kc × σ pm = 1× 1× 2.568 =2.568 Mpa Với kr = 1, kc = 1, k f = N e0.057 = (2.8 E + 4)0.057 =1.79 A.11.2.4 Tính ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây ra: + Hệ số ứng suất uốn vồng CL: CL = − Sht.cos t + Cht.sin t Sh1.95.cos1.95 + Ch1.95.sin1.95 = 1− = 0.828 cos t.sin t + Sht.Cht cos1.95.sin1.95 + Sh1.95.Ch1.95 Với: t = L / (3.rg ) = 4.5 / (3 × 0.769) =1.95 143 + Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp BL: BL = 1, 77.e −4,48.hc CL − 0.131.(1 − CL ) = 1, 77.e −4,48×0.23 × 0.828 − 0.131.(1 − 0.828) =0.500 + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt độ gây cạnh dọc σ t max : σ t max = α c hc Ec Tg BL / = 10 × 10 −6 × 0.23 × 29000 × 92 × 0.500 / = 1.534 MPa + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.534 1.323 ) − ct  = ) − 0.058  = 0.424MPa  at (  0.841( 4.5 σ t max  fr  1.534   Với: at=0.841 , bt=1.323 , ct=0.058 + Hệ số mỏi nhiệt kt: kt =  4.5   f r  σ t max bt 1.534 1.287 ) − ct  = ) − 0.071 = 0.431MPa  at (  0.871( σ t max  fr 4.5  1.534   Với: at=0.871 , bt=1.287 , ct=0.071 at, bt, ct hệ số quy hồi + Ứng suất kéo uốn gradient nhiệt gây mỏi cạnh dọc σ tr : σ tr = ktmax σ t max = 0.431× 1.534 = 0.661MPa A.11.2.5 Kiểm toán điều kiện giới hạn: + Với đường cấp IV ta có hệ số độ tin cậy thiết kế γ r =1.04 γ r (σ pr + σ tr ) = 1.04(3.14 + 0.661) =3.950 MPa < f r = 4.5MPa γ r (σ pmax + σ tmax ) = 1.04(2.568 + 1.534) =4.266 MPa < f r = 4.5MPa Kết luận: Kết cấu chọn đảm bảo yêu cầu Kết cấu mặt đường BTXM thiết kế là: STT Các thông số Đơn vị Giá trị Tấm BTXM Bề rộng Chiều dài Chiều dày Cấu tạo lớp móng Lớp cấp phối đá dăm loại I m m cm 4.00 4.50 23.60 cm 30.00 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Giao Thông Vận Tải(1995), “Áo đường cứng ô tô – Tiêu chuẩn thiết kế”, 22TCN 223-1995, Hà Nội Bộ Giao Thông Vận Tải(2012), “Quy định tạm thời thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối xây dựng cơng trình giao thơng”, QĐ 3230/BGTVT, Hà Nội Dương Học Hải, Phạm Huy Khang(2000), “Thiết kế mặt đường ôtô theo hướng dẫn AASHTO ứng dụng Việt Nam”, Nhà xuất Giao thông Nhà xuất Nhà xuất Vận tải, Hà Nội Dương Học Hải, Hoàng Tùng(2010), “Mặt đường bê tông xi măng cho đường ô tô – sân bay”, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội Dương Học Hải, Nguyễn Xuân Trục(2004), “Thiết kế đường ô tô”, tập 2, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội Nguyễn Quang Chiêu (2001), “Các phương pháp thiết kế mặt đường nước phương tây”, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội Người dịch: Nguyễn Quang Chiêu(2003), “Thiết kế nền, mặt đường ô tô (theo tiêu chuẩn Trung Quốc)”, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội Nguyễn Quang Chiêu (2007), “Các kết cấu mặt đường kiểu mới”, NXB Xây Dựng, Hà Nội Nguyễn Quang Chiêu(2010), “Mặt đường bê tông xi măng”, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội 10 Phạm Cao Thăng(2012), “Tính tốn thiết kế mặt đường sân bay đường ô tô”, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội 11 Trần Đình Bửu-Nguyễn Quang Chiêu-Dương Học Hải-Nguyễn Khải(1978), “Xây dựng mặt đường ô- tô”, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 12 Huang, Y.H(2004), “Pavement analysis and design”, 2nd edition, Pearson Prentice Hall