Nghiên cứu và đề xuất kết cấu áo đường áp dụng cho đường giao thông nông thôn tỉnh bình thuận luận văn thạc sỹ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN HUY NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG ÁP DỤNG CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TỈNH BÌNH THUẬN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN HUY NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG ÁP DỤNG CHO ĐƯỜNG GIAO THƠNG NƠNG THƠN TỈNH BÌNH THUẬN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MÃ SỐ: 60.58.02.05 CHUN SÂU: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ VĂN BÁCH TP HỒ CHÍ MINH - 2017 i LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin trân trọng cảm ơn Phó giáo sư Tiến sĩ Lê Văn Bách, người thầy tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin trân trọng cảm ơn Quý thầy cô Ban Giám Hiệu Bộ môn Đường Trường Đại Học Giao thơng vận tải nhiệt tình giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Sở Giao thông vận tải, anh chị Phòng Quản lý kết cấu hạ tầng giao thơng thuộc Sở Giao thơng vận tải Bình Thuận tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ suốt q trình học tập hồn thành luận văn Bình Thuận, tháng 12 năm 2017 Nguyễn Huy ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ GIAO THÔNG NÔNG THƠN TỈNH BÌNH THUẬN 1.1 Khái quát đặc điểm tự nhiên, đặc điểm kinh tế - xã hội tỉnh Bình Thuận 1.1.1 Khái quát đặc điểm tự nhiên 1.1.2 Khái quát đặc điểm kinh tế - xã hội 13 1.2 Thực trạng mạng lưới giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận 17 1.2.1 Khái quát chung mạng lưới Giao thông Vận tải giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận 17 1.2.2 Kết xây dựng mạng lưới đường giao thông nông thôn năm qua 23 1.2.3 Thực trạng khai thác mức độ hư hỏng mạng lưới đường giao thông nông thôn 24 1.3 Các loại kết cấu áo đường áp dụng cho đường giao thông nông thôn tỉnh Bình Thuận 26 1.3.1 Mặt đường cấp phối sỏi đỏ 26 1.3.2 Mặt đường láng nhựa 28 1.3.3 Mặt đường bê tông nhựa 30 1.3.4 Mặt đường bê tông xi măng: 30 CHƯƠNG 2: NHỮNG CĂN CỨ LỰA CHỌN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CHO ĐƯỜNG GIAO THƠNG NƠNG THƠN Ở TỈNH BÌNH THUẬN 33 2.1 Căn lựa chọn 33 2.1.1 Lưu lượng 33 iii 2.1.2 Tải trọng trục 33 2.1.3 Định hướng tổng quát quy hoạch phát triển giao thông nông thôn đến năm 2020 33 2.2 Các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường 34 2.2.1 Nhóm phương pháp lý thuyết – thực nghiệm 34 2.2.2 Nhóm phương pháp kinh nghiệm – thực nghiệm 35 2.2.3 Lựa chọn phương pháp tính tốn kết cấu áo đường áp dụng cho đường giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận 35 2.3 Các vấn đề cần quan tâm xây dựng kết cấu áo đường 37 2.3.1 Yêu cầu mặt đường giao thông nông thôn 37 2.3.2 Cấu tạo mặt đường giao thông nông thôn 37 2.3.3 Loại mặt đường 38 2.3.4 So sánh kinh tế 38 2.3.5 Công nghệ xây dựng mặt đường 39 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THƠN TỈNH BÌNH THUẬN 40 3.1 Đặt vấn đề 40 3.2 Phân nhóm kết cấu, nhóm tải trọng 40 3.2.1 Áo đường mềm 40 3.2.2 Áo đường cứng 41 3.2.3 Cấp hạng đường 41 3.3 Lựa chọn kết cấu áo đường cho đường giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận 41 nông thơn tỉnh Bình Thuận 41 Bình Thuận: 43 3.4 Phân tích kinh tế ứng với loại kết cấu áo đường cho đường giao thông nông thôn tỉnh Bình Thuận 43 iv 3.4.1 Căn áp dụng 43 3.4.2 Giá thành loại áo đường tính cho đơn vị 1m2 mặt đường 45 3.5 Phương pháp thi công cho loại kết cấu áo đường giao thông nơng thơn tỉnh Bình Thuận 55 3.5.1 Yêu cầu chung 55 3.5.2 Trình tự thi cơng lớp cấp phối đá dăm 56 3.5.3 Trình tự thi công lớp bê tông xi măng bê tơng cốt thép 57 3.5.4 Trình tự thi công lớp cát gia cố ximăng 58 3.5.5 Trình tự thi cơng lớp láng nhựa mặt đường 60 3.6 Kết luận 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng sản phẩm địa bàn theo giá so sánh năm 2010 15 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ phân tích địa hình Hình 1.2: Sơ đồ phân tích thủy văn Hình 1.3: Sơ đồ phân bố tài nguyên 11 Hình 1.4: Đường huyện mặt đường sỏi đỏ xuống cấp, tu tạm thời đá dăm cấp phối 26 Hình 1.5: Đường bao xung quanh cụm dân cư: mặt đường sỏi đỏ rộng 3m dày 20cm 27 Hình 1.6: Đường huyện: mặt đường láng nhựa sỏi đỏ 28 Hình 1.7: Đường xã: mặt đường láng nhựa cấp phối đá dăm rộng 6,0m 29 Hình 1.8: Đường huyện - mặt đường láng nhựa đá cấp phối 29 Hình 1.9: Đường huyện - mặt đường bê tông nhựa cấp phối đá dăm 30 Hình 1.10: Đường giao thông nông thôn: mặt đường bê tông xi măng rộng 4,0m 31 Hình 1.11: Đường vào cầu Bến Gáo – huyện Hàm Tân: cịn đất, có xe bánh lưu thông vào mùa khô 32 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ năm 2005 đến nay, Chính Phủ phê duyệt phê duyệt điều chỉnh nhiều chiến lược quy hoạch liên quan đến ngành giao thông vận tải như: Chiến lược phát triển giao thông vận tải quốc gia, quy hoạch tổng thể phát triển giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, hàng không hệ thống cảng biển đến năm 2020 Với vị trí địa lý quan trọng, theo chiến lược quy hoạch nêu trên, tỉnh Bình Thuận có nhiều tuyến giao thông trọng điểm quốc gia qua tuyến quốc lộ 1A, tuyến đường cao tốc Bắc Nam (Đoạn Nha Trang - Phan Thiết Dầu Giây - Phan Thiết), đường sắt cao tốc Bắc Nam, cảng biển quốc gia Vĩnh Tân, Phan Thiết, Phú Quý sân bay nội địa Phan Thiết Hệ thống giao thông vận tải tỉnh cần cập nhật kịp thời quy hoạch định hướng phát triển quốc gia kết nối liên hoàn hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông địa bàn tỉnh với hệ thống hạ tầng giao thông vùng quốc gia, đảm bảo an tồn giao thơng địa bàn tỉnh Trong năm qua, quan tâm Đảng Nhà nước, tỉnh Bình Thuận bước phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa Cùng với phát triển nông nghiệp, ngành công nghiệp dịch vụ đầu tư mức Song song đó, việc đầu tư nâng cấp kết cấu hạ tầng trọng Các cơng trình hạ tầng kỹ thuật bước đầu tư xây dựng nhiều nguồn vốn khác nhau, có nguồn vốn hỗ trợ nhà nước kết hợp với đóng góp nhân dân (dưới hình thức nhà nước nhân dân làm) Ngành Giao thông Vận tải Bình Thuận nhiều năm qua khơng ngừng xây dựng nâng cấp hệ thống giao thông, đặc biệt giao thơng nơng thơn, phấn đấu đạt 100% xã có đường ôtô tới trung tâm xã Tuy nhiên, việc xây dựng bảo dưỡng đường giao thông nông thôn đôi lúc chưa hợp lý dẫn đến việc khai thác cơng trình không hiệu quả, mau xuống cấp Trên sở lý thuyết tổng kết từ thực tế thiết kế, xây dựng khai thác mặt đường giao thông nông thơn tỉnh Bình Thuận, ưu nhược điểm kết cấu sử dụng đưa kết cấu định hình (catalogue) giúp nhà đầu tư nhanh chóng lựa chọn kết cấu hợp lý cho điều kiện địa phương cần thiết Đề tài “Nghiên cứu đề xuất kết cấu áo đường áp dụng cho đường giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận” nhằm đưa kết cấu áo đường hợp lý phục vụ yêu cầu cấp thiết việc thiết kế xây dựng đường giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận Mục đích, nội dung phạm vi nghiên cứu * Mục đích Mục đích luận án nhằm lựa chọn loại kết cấu áo đường phù hợp áp dụng xây dựng đường giao thông nông thơn tỉnh Bình Thuận Cụ thể, kết cấu chọn phải đảm bảo yêu cầu sau: - Có kinh phí đầu tư phù hợp với ngân sách địa phương - Có thể tận dụng nguồn vật liệu có sẵn địa phương - Có thể tận dụng nguồn lao động nhàn rỗi địa phương - Thiết bị thi cơng thực điều kiện địa hình hạn hẹp, tận dụng tối đa nguồn thiết bị có địa phương - Phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn - Đáp ứng lưu lượng tải trọng xe lưu thông tuyến * Nội dung - Nghiên cứu trạng, tình hình phát triển giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận - Nghiên cứu loại kết cấu xây dựng cho đường giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận Đưa ưu, nhược điểm, tồn - Nghiên cứu vật liệu xây dựng đường giao thông nông thôn tỉnh Bình Thuận, nguồn vật liệu có địa phương sử dụng để làm đường giao thơng nông thôn - Thiết kế cấu tạo kiểm toán kết cấu, giá thành cho 1m2 đường thành lập danh mục kết cấu định hình * Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu lựa chọn kết cấu áo đường áp dụng cho đường giao thông nông thôn tỉnh Bình Thuận bao gồm: đường huyện, đường xã, đường liên xã, liên ấp Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Qua việc nghiên cứu kết cấu áo đường sử dụng địa bàn tỉnh Bình Thuận, ưu, nhược điểm kết cấu áo đường áp dụng địa bàn tỉnh - Nghiên cứu sử dụng có hiệu vật liệu địa phương làm kết cấu áo đường giao thông nông thôn địa bàn tỉnh giúp hạ giá thành xây dựng - Cung cấp kết cấu áo đường định hình sở nghiên cứu điều kiện địa chất, thủy văn, vật liệu địa phương thông qua loại mặt đường thiết kế, thi công khai thác địa bàn tỉnh - Giúp nhà đầu tư người thiết kế nhanh chóng lựa chọn kết cấu áo đường hợp lý phù hợp với cấp hạng kỹ thuật đường điều kiện khai thác với giá thành hợp lý Đồng thời vào thiết kế định hình đem lại thống vấn đề bố trí lớp vật liệu kết cấu mặt đường giao thơng nơng thơn tỉnh Bình Thuận - Giúp cho quan thẩm định, phê duyệt nhanh chóng kết cấu áo đường - Giúp cho nhà thầu thi công chủ động đầu tư mặt công nghệ thi công, trang thiết bị sản xuất vật liệu tỉnh - Giúp cho quan quản lý khai thác chủ động việc bảo trì sửa chữa mặt đường Phương pháp nghiên cứu Trong phạm vi đề tài, người viết dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm điều kiện thực tế tỉnh Bình Thuận - Thu thập số liệu điều kiện tự nhiên tỉnh Bình Thuận, => Ctt= 0.045 (MPa) = 0.045/ 0.90 = 0.05 (MPa) τ = 0.0131 < = 0.05 : + Thông tin chung: - Công trình: - MẪU KẾT CẤU 21 0.85 (MPa): 42 0.032 24 - 33 0.6 110 H Ev Eku Etr Ru C (cm) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) 15 250 250 220 0.0 0.00 30 150 150 Ev (MPa) 250 150 42 - Ti h (cm) 15 30 c: k t / Etb ' E1 k t = E2/E1 = 250/150 = 1.667 k t / => E tb ' E1 k = 180 Mpa β= 1,155 V => E dc tb =βxE'tb= 207,47 Mpa Eo/ Edctb = 0,202 Ech/ Edctb = 0,565 ch= 0,565*Edctb = 0,565*207,47=117,22 ch Kdv cd Eyc Mpa K cddv = 1.06 dv cd.Eyc = 1,06* 110 = 116,6 Mpa dv ch =117,22 Mpa > K cd.Eyc = 1,06* 110 = 116,6 Mpa => Edctb = 207,47 (MPa) Eo = 42 (MPa) Edctb/Eo = 4,94 H1 = 45 (cm) H/D = 1,364 ax = ax /p p* 0.031 = 0.6*0.031 = 0.0186 (MPa) - φ av = = = 0.031 ax + av = -0.0010 (MPa) ng: 0.0186 – 0.0010 = 0.0176 (MPa) = Ctt/ Ktrcd Ktrcd = 0.90 C = 0.032 (MPa) K1 = tt = C*K1*K2*K3 => Ctt= 0.0288 (MPa) = 0.0288/ 0.90 = 0.032 (MPa) : = 0.0176 < = 0.032 + Thơng tin chung: - Cơng trình: - MẪU KẾT CẤU 23 0.85 - (MPa): 42 0.032 24 - 33 0.6 50 110 H Ev Eku Etr Ru C (cm) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) 35 250 250 220 0.0 0.00 Ev (MPa) 250 42 h (cm) 35 β= 1,114 V => E dc tb =βxE'tb= 278,52 Mpa Eo/ Edctb = 0,151 Ech/ Edctb = 0,432 ch= 0,432*Edctb = 0,432*278,52=120,32 Mpa ch Kdv cd Eyc K cddv = 1.06 dv cd.Eyc = 1,06* 110 = 116,6 Mpa dv ch =120,32 Mpa > K cd.Eyc = 1,06* 110 = 116,6 Mpa => Edctb = 278,52 (MPa) Eo = 42 (MPa) Edctb/Eo = 6,631 H1 = 35 (cm) H/D = 1,061 φ τax /p = 0.0372 τax = p* 0.0372 = 0.6*0.0372 = 0.0223 (MPa) - φ τav = -0.0008 (MPa) τ = τax + τav = 0.0223 – 0.0008 = 0.0215 (MPa) = Ctt/ Ktrcd Ktrcd = 0.90 C = 0.032 (MPa) tt = C*K1*K2*K3 => Ctt= 0.0288 (MPa) = 0.045/ 0.90 = 0.032 (MPa) τ = 0.00215 < = 0.032 + Thông tin chung: - Cơng trình: - Modul - MẪU KẾT CẤU 26 0.85 (MPa): 42 0.032 24 - Modu 33 0.6 50 110 H Ev Eku Etr Ru C (cm) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) 10 350 350 350 0.0 0.00 18 250 250 220 Ev (MPa) 350 250 42 - Ti h (cm) 12 20 : k t / Etb ' E1 k t = E2/E1 = 350/250 = 1.4 k t / => E tb ' E1 k = 285 Mpa β= 1,102 V => E dc tb =βxE'tb= 314,07 Mpa Eo/ Edctb = 0,134 Ech/ Edctb = 0,388 ch= 0,388*Edctb = 0,388*314,07=121,86 Mpa ch Kdv cd Eyc K cddv = 1.06 dv cd.Eyc = 1,06* 110 = 116,6 Mpa dv ch =121,86 Mpa > K cd.Eyc = 1,06* 110 = 116,6 Mpa => Edctb = 314,07 (MPa) Eo = 42 (MPa) Edctb/Eo = 7,478 H1 = 32 (cm) H/D = 0,97 ax = ax /p p* 0.0399 = 0.6*0.0399 = 0.0239 (MPa) - φ av = = = 0.0399 ax + av = -0.0007 (MPa) 0.0239 – 0.0007 = 0.0232 (MPa) = Ctt/ Ktrcd Ktrcd = 0.90 C = 0.032 (MPa) tt = C*K1*K2*K3 => Ctt= 0.0288 (MPa) = 0.0288/ 0.90 = 0.032 (MPa) = 0.0232 < = 0.032 + Thông tin chung: - Cơng trình: - Bê tơng xi măng (daN/ cm2): φ - 250 0.12 12 30 3000 1.2 H (cm) E (daN/ cm2) Rku (daN/ cm2) 20 290000 35 15 2800 E (daN/ cm2) 290000 2800 250 : D1 = D + hxm = 30 + 20 = 50 cm H/ D = 15/ 50 = 0.3 E0/ E = 250/ 2800 = 0.09 - ch/ Etb = 0.17 Ech = 0.17*E = 0.17*2800 = 476 daN/ cm2 1, 2, 3: Eb/ Ech = 290000/ 476 = 609.30 h (cm) 20 15 = 1.34 = 1.84 = 1.81 Do > > h = [(1.84*3000*1.2)/(35*0.5)]1/2 = 19.82 cm => t = 0.84h = 0.84*20 = 16.80 C l = 0.6h*(Eb/Ech)1/3 = 0.6*20*(290000/ 476)1/3 = 101.73 L = 600 L/l = 600/ 101.73 = 5.90 B/l = 350/ 101.73 = 3.44 = (0.88 + 0.15*0.26)*16.8*0.6*290000*10-5/(2*(1-0.152)) = 13.74 daN/ n = (0.26 + 0.15*0.88)*16.8*0.6*290000*10-5/(2*(1-0.152)) = 5.86 daN/ cm2 cm2 c = 0.88*16.8*0.6*290000*10-5/(2*(1-0.152)) = 13.16 daN/ cm2 I = + = 1.34*3000/202 + 13.74 = 25.80 daN/ cm2 = 13.74 + 13.16 = 26.90 daN/ cm2 Do I < II II: [ ] = 0.85 Rku = 0.85*35 = 29.75 daN/ cm2 [ ] > II II = + c a > K'K1C > τam + τab K1 = 0.65 = 0.65*1*0.12 = 0.078 daN/ cm2 φ = 12, z = 15 hb + z = 20 + 15 = 35 Ptt / l2 = 3000 / 101.732 = 0.348 τam = 0.066 τab = 0.007 a τam + τab = 0.066 + 0.007 = 0.073 < a = 0.078 + Thơng tin chung: - Cơng trình: - Bê tơng xi măng (daN/ cm2): 200 0.12 12 φ - 26 1250 1.2 H (cm) 15 15 E (daN/ cm2) Rku (daN/ cm2) 290000 35 2800 E (daN/ cm2) 290000 2800 250 D1 = D + hxm = 26 + 15 = 41 cm H/ D = 15/ 41 = 0.366 E0/ E = 200/ 2800 = 0.071 - ch/ Etb = 0.15 Ech = 0.15*E = 0.15*2800 = 420 daN/ cm2 1, 2, 3: h (cm) 15 15 Eb/ Ech = 290000/ 420 = 690.50 = 1.21 = 1.82 = 1.79 Do > > theo h = [(1.82*1250*1.2)/(35*0.5)]1/2 = 14.68 cm => - Chênh t = 0.84h = 0.84*15 = 12.60 C l = 0.6h*(Eb/Ech)1/3 = 0.6*15*(290000/ 420)1/3 = 79.55 L = 500 L/l = 500/ 79.55 = 6.29 B/l = 250/ 79.55 = 3.14 = (0.92 + 0.15*0.21)*12.6*0.6*290000*10-5/(2*(1-0.152)) = 10.67 daN/ n = (0.21 + 0.15*0.92)*12.6*0.6*290000*10-5/(2*(1-0.152)) = 3.90 daN/ cm2 cm2 c = 0.92*12.6*0.6*290000*10-5/(2*(1-0.152)) = 10.32 daN/ cm2 I = + = 1.21*1250/152 + 10.67 = 18.74 daN/ cm2 = 10.67 + 10.32 = 20.99 daN/ cm2 Do I < II II: [ ] = 0.85 Rku = 0.85*35 = 29.75 daN/ cm2 [ ] > II II = + c a > K'K1C > τam + τab K1 = 0.65 = 0.65*1*0.12 = 0.078 daN/ cm2 φ = 12, z = 15 hb + z = 15 + 15 = 30 Ptt / l2 = 1250 / 79.552 = 0.237 τam = 0.039 τab = 0.006 a τam + τab = 0.039 + 0.006 = 0.045 < a = 0.078