Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực cho công trình mở rộng sân đỗ máy bay cảng hàng không quốc tế tân sơn nhất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC CHO CƠNG TRÌNH “MỞ RỘNG SÂN ĐỖ MÁY BAY - CẢNG HKQT TÂN SƠN NHẤT” LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MÃ SỐ: 2281012009 CHUYÊN SÂU: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ THẾ SƠN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2016 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật i Trường đại học Giao thông vận tải LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu thực Các số liệu kết nêu luận văn chưa công bố nghiên cứu khác Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu mình! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2016 Tác giả Trần Mạnh Hùng Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật ii Trường đại học Giao thông vận tải LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực luận văn thạc sĩ, em nhận giúp đỡ nhiệt tình quý báu nhiều tổ chức, tập thể cá nhân Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS.Vũ Thế Sơn – Bộ môn Đường Trường Đại học Giao thông vận tải Cơ sở – tận tình hướng dẫn em suốt trình học tập nghiên cứu hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn tồn thể thầy Bộ môn Đường bộ, Khoa Sau Đại học – Trường Đại học Giao thơng vận tải tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức suốt thời gian theo học, thực hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn động viên, giúp đỡ, góp ý nhiệt tình người thân, bạn bè đồng nghiệp thời gian học làm luận văn Đề tài thể góc nhìn em vấn đề nghiên cứu, em chân thành cảm ơn tiếp thu nghiêm túc ý kiến đóng góp nhà khoa học, bạn đồng nghiệp để hoàn thành đề tài Một lần em xin chân thành cảm ơn! Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thông vận tải MỤC LỤC Trang Mục lục: Mục lục hình ảnh Danh mục bảng viết tắt Phần mở đầu I Tính cấp thiết đề tài II Mục tiêu nghiên cứu đề tài III Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 IV Phương pháp nghiên cứu 10 V Ý nghĩa khoa học thực tiễn 10 VI Kết cấu luận văn 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG CHO TẢI TRỌNG NẶNG 12 1.1 Các loại mặt đường ô tô 12 1.2 Mặt đường bê tông nhựa 13 1.2.1 Giới thiệu mặt đường Bê tông nhựa 13 1.2.2 Ưu điểm – khuyết điểm mặt đường bê tông nhựa 14 1.2.2.1 Ưu điểm 14 1.2.2.2 Nhược điểm 14 1.3 Mặt đường bê tông xi măng: 15 1.3.1 Giới thiệu mặt đường bê tông xi măng: 15 1.3.2 Phát triển mặt đường Bê tông xi măng giới: 15 1.3.3 Phát triển mặt đường BTXM Việt Nam 19 1.4 Mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực: 20 1.4.1 Giới thiệu mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 20 1.4.2 Cấu tạo: 22 1.4.3 Ưu điểm, nhược điểm mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 24 1.5 Kết luận chương 26 Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thông vận tải CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG SÂN ĐỖ MÁY BAY – CẢNG HÀNG KHÔNG QUỐC TẾ TÂN SƠN NHẤT……………………………………28 2.1 Hiện trạng công trình sân đỗ máy bay:…………………………… 28 2.1.1 Đường cất hạ cánh: 28 2.1.2 Hệ thống đường lăn: 28 2.1.3 Sân đỗ máy bay: 29 2.1.4 Nhà ga hành khách: 29 2.1.5 Hệ thống đèn hiệu đèn chiếu sáng: 29 2.1.6 Hiện trạng khai thác hàng không dân dụng: 30 2.1.7 Qui mô mở rộng sân đỗ máy bay: 31 2.1.8 Phạm vi dự án: 31 2.1.9 Hiện trạng khu vực sân đỗ máy bay: 31 2.1.10 Hiện trạng hư hỏng mặt đường BTXM khu vực mở rộng sân đỗ máy bay 32 2.2 Điều kiện tự nhiên khu vực sân đỗ máy bay 35 2.2.2.1 Lớp 1a: Bê tông nhựa 36 2.2.2.2 Lớp 1b: Bê tông xi măng 36 2.2.2.3 Lớp 1C: Lớp cấp phối rải (lu lèn chặt): 37 2.2.2.4 Lớp 1d: Đất đắp nền: Sét pha xám đỏ, nâu dỏ lu lèn chặt 38 2.2.2.5 Lớp 1e: Đất lấp: Hỗn hợp sét pha màu xám đen, lẫn gạch đá vụn (phế thải xây dựng), mùn, thân rễ thực vật 38 2.2.2.6 Lớp 2: Sét pha màu xám ghi, ghi đen, xám nâu, nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng 39 2.2.2.7 Lớp 3: Sét pha màu xám nâu, nâu đỏ, xám ghi, xám vàng lẫn nhiều dăm sạn, dăm cục, trạng thái nửa cứng, đôi chỗ trạng thái cứng 41 2.2.2.8 Lớp 4: Sét pha màu xám ghi, xám đỏ, nâu đỏ lẫn dăm sạn, trạng thái dẻo mềm 42 2.2.2.9 Lớp 5: Sét pha màu xám đỏ, nâu đỏ, xám vàng, xám ghi loang lổ, đôi chỗ lẫn dăm sạn, trạng thái nửa cứng 44 2.2.3.1 Mưa: 46 2.3 Qui mô tiêu chuẩn kỹ thuật 47 Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thông vận tải 2.3.1 Nguyên tắc chung: 47 2.3.2 Tần suất hoạt động thơng số máy bay tính tốn Cảng hàng không quốc tế Tân Sơn Nhất: 47 2.4 Kết luận chương 50 CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN MẶT ĐƢỜNG BÊ TƠNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC CHO CƠNG TRÌNH MỞ RỘNG SÂN ĐỖ MÁY BAY - CẢNG HÀNG KHÔNG QUỐC TẾ TÂN SƠN NHẤT 52 3.1 Lý thuyết tính tốn mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực: 52 3.1.1 Tổng quan: 52 3.1.2 Lựa chọn lập mơ hình phân tích: 52 3.1.3 Độ cứng gối lò xo 53 3.1.3.1 Độ cứng lò xo theo TCVN 10907:2015 – Sân bay dân dụng-Mặt đường sân bay-Yêu cầu thiết kế 53 3.1.4 Phân tích kết cấu mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 54 3.1.4.1 Trình tự sản xuất – lắp đặt – khai thác: 54 3.1.4.2 Phân tích kết cấu trình chế tạo 54 3.1.4.3 Vận chuyển lắp đặt 54 3.1.4.4 Căng cáp hậu áp liên kết với 55 3.1.4.5 Giai đoạn khai thác 55 3.2 Lý thuyết tính tốn hiệu kinh tế 55 3.3 Lựa chọn mơ hình tốn phân tích kết cấu PPCP 56 3.4 Lựa chọn thông số kỹ thuật: 56 3.4.1 Lựa chọn kết cấu áo đường mềm: 56 3.4.2 Lựa chọn kết cấu áo đường cứng: 56 3.5 Giải pháp kết cấu áo đường: 56 3.5.1 Kết cấu áo đường mềm: 56 3.5.2 Kết cấu áo đường Bê tông xi măng đổ chỗ: 57 3.6 Thông số đầu vào tốn Tính tốn mặt đường BTCT dự ứng lực 57 3.7 Tính tốn tốn mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực cho sân đỗ máy bay - Cảng hàng không Quốc tế Tân Sơn Nhất: 58 Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thông vận tải 3.7.1 Kiểm toán tác dụng dự ứng lực căng trước, tải trọng cẩu lắp giai đoạn chế tạo: 60 3.7.2 Tính tốn mát ứng suất kéo trước: 61 3.7.3 Ứng suất hữu hiệu theo phương ngang đường 64 3.7.4 Kiểm toán bê tông dự ứng lực cẩu lắp: 65 3.7.5 Kiểm toán tác dụng dự ứng lực căng sau giai đoạn thi công lắp ghép: 69 3.7.6 Tính tốn mát ứng suất căng sau 70 a Mất mát ứng suất thiết bị neo: 70 b Mất mát ứng suất ma sát 71 c Mất mát ứng suất co ngắn đàn hồi 71 d Mất mát ứng suất co ngót: 72 e Mất mát ứng suất từ biến: 72 f Mất mát ứng suất tự chùng: 73 g Mất mát ứng suất ma sát với nền: 74 h Tổng hợp mát ứng suất: 74 3.7.7 Ứng suất hữu hiệu theo phương dọc đường: 74 3.7.8 Kiểm toán ứng suất trình khai thác sử dụng tác dụng tải trọng máy bay tính tốn B777-300ER 75 3.7.9 Tính tốn kết cấu mặt đường BTXM đổ chỗ trình khai thác sử dụng tác dụng tải trọng máy bay tính tốn B777-300ER: 80 3.7.9.1 Số liệu máy bay tính tốn: 80 3.7.9.2 Các thông số mặt đường: 80 3.7.9.3 Tính tốn mặt đường bê tơng xi măng đổ chỗ theo TCVN 109072015: Sân bay dân dụng - Mặt đường sân bay - Yêu cầu thiết kế 80 3.7.10 So sánh hiệu mặt đường BTCT Dự ứng lực với loại mặt đường khác 85 3.7.10.1 Về mặt tuổi thọ: 85 3.7.10.2 Phương pháp thi công: 85 3.7.10.3 Về hiệu kinh tế 87 Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thông vận tải 3.7.11 Kết luận chương 88 CHƢƠNG 4:KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 89 I Kết luận 89 II Kiến nghị 90 III Những tồn hƣơng nghiên cứu 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thơng vận tải DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Dự án đường Tol Kanci Pejagan Indonesia dài 35Km, hoàn thành năm 2010 Hình 2.2 Dự án đường I-35 Texas – Mỹ, dài 700m, hồn thành năm 2001 Hình 1.3 Cấu tạo đoạn mặt đường BTCTDUL tiêu biểu Hình 1.4 Cấu tạo Hình 1.5 Cấu tạo nối Hình 1.6 Cấu tạo căng cáp Hình 1.7 Sơ đồ truyền lực mặt đường mềm mặt đường cứng Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thông vận tải CỤM TỪ VIẾT TẮT BTCT Bê tông cốt thép BTCTDUL Bê tông cốt thép dự ứng lực BTN Bê tông nhựa BTXM Bê tông xi măng CHKQT Cảng hàng không quốc tế PPCP Tấm bê tông cốt thép dự ứng lực Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 79 Trƣờng đại học Giao thông vận tải nk m x(y)i = 6.782,38 kN.m/m mc,max =m1 + i=2 Trong đó: - m1 Mơmen uốn tác dụng bánh máy bay có tâm vệt bánh trùng với tiết diện tính tốn, m1 = 5.578,20 kN.m/m nk - m x(y)i Mômen uốn tác dụng bánh máy bay i nằm ngồi i=2 tiết diện tính toán tấm, nk m x(y)i = 1.204,18 kN.m/m i=2 Mơmen uốn tính tốn đơn vị chiều rộng tiết diện mặt đường xác định theo Điều 9.2.3.2 phụ lục H TCVN 10907-2015: m k.k x(y) ρ.B m d = c,max = 8.293,95 kN.m/m B+Bf Trong đó: - m c,max Mômen uốn lớn đặt tải trọng tấm, m c,max =6.782,38 kN.m/m - k hệ số chuyển từ mômen uốn tải trọng tác dụng tâm đến mômen uốn tải trọng tác dụng mép tấm, mặt đƣờng lắp ghép từ bê tông cốt thép ứng suất trƣớc k = 1,00 - kx(y) hệ số tính đến phân bố lại nội lực có độ cứng theo hƣớng x y khác nhau, tra biểu đồ hình G.2 phụ lục G tiêu chuẩn TCVN 10907-2015 ta đƣợc kx(y) = 1,25 - B độ cứng tiết diện mặt đƣờng đơn vị chiều rộng tiết diện, B = 5.273.679,00 kN.m2/m - Bf độ cứng tiết diện lớp móng nhân tạo đơn vị chiều rộng tiết diện, Bf = 3.808,00 kN.m2/m Mômen uốn giới hạn đơn vị chiều rộng tiết diện xác định theo Điều 9.2.3.4 TCVN 10907-2015, mặt đường bê tông cốt thép ứng suất trước: t2 m u =γ c (R btb,ser k u +m r )= 9.281,47 kN.m/m Trong đó: - γc hệ số làm việc mặt đƣờng, γc = 1,20 - Rbtb,ser cƣờng độ tính tốn bê tơng chịu kéo uốn,Rbtb, ser = 4,40 Mpa - t chiều dày bê tông xi măng mặt đƣờng, t=0,26m - ku hệ số tính đến số lần đặt tải trọng bánh máy bay sau thời gian phục vụ 20 năm, tra biểu đồ hình G.3 phụ lục G tiêu chuẩn ta đƣợc ku = 1,14 - mr mômen tổng hợp lực NF cốt thép dự ứng lực, mr đƣợc tính theo cơng thức: mr = σ x +σ y Học viên: Trần Mạnh Hùng (σ x -σ y ) +4τ = 2.083,20 kN.m/m GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 80 Trƣờng đại học Giao thông vận tải Ta thấy: md mu nên theo điều 9.2.3.1 TCVN 10907-2015, bê tông xi măng cốt thép dự ứng lực thỏa mãn điều kiện chịu lực máy bay tính tốn giai đoạn khai thác sử dụng Vậy kết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng cốt thép dự ứng lực chọn thỏa mãn điều kiện đề tốn tính kết cấu mặt đƣờng bê tơng xi măng cốt thép dự ứng lực cho máy bay tính tốn B777300ER 3.7.9 Tính tốn kết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng đổ chỗ trình khai thác sử dụng dƣới tác dụng tải trọng máy bay tính tốn B777-300ER: 3.7.9.1 Số liệu máy bay tính tốn: - Số liệu máy bay tính tốn B777-300ER đƣợc lấy theo số liệu nhƣ tính tốn mặt đƣờng bê tông xi măng cốt thép dự ứng lực (xem mục 3.6 tài liệu này) 3.7.9.2 Các thông số mặt đƣờng: - Hệ số xung kích: kd = 1,30; - Hệ số giảm tải: γ f =1,00 ; - Hệ số chuyển đổi momen uốn tải tâm đến momen uốn tải cạnh tấm: k=1,20; - Hệ số tính đến tích lũy độ võng tồn làm từ vật liệu khơng đƣợc xử lý chất kết dính: kn=1,00; - Hệ số tính phân bố lại nội lực có độ cứng theo hƣớng x y khác nhau: kx(y)=1,00; - Hệ số làm việc mặt đƣờng: γ c =0,80 ; - Hệ số tính đến số lần đặt tải trọng bánh máy bay sau thời gian phục vụ 20 năm: ku=1,14; - Chiều dày bê tông xi măng M350/45: 0,40m; - Chiều dày bê tông xi măng M150/25: 0,35m; - Chiều dày lớp cấp phối đá dăm: t1 = 0,18m; - Chiều dày lớp cát vàng hạt trung: t2 = 0,50m; - Đƣờng kính quy ƣớc đƣờng tròn truyền tải lên nền: Dr = 3,60m 3.7.9.3 Tính tốn mặt đƣờng bê tơng xi măng đổ chỗ theo TCVN 10907-2015: Sân bay dân dụng - Mặt đƣờng sân bay - Yêu cầu thiết kế Tính hệ số tương đương lớp đất (tính tốn theo phụ lục D TCVN 10907-2015) - Tổng chiều dày lớp đất nền: tred = Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 81 Trƣờng đại học Giao thông vận tải - Hệ số dẫn xuất: K si = K s1t1 +K s2 t +K s3t =0 t1 +t +t - Hệ số tƣơng đƣơng: K se = K s1 +K s2α +K s3α3 = 92,046 MN/m3 1+α +α3 Trong đó: α2 = t 1,6Dr -(t1 +0,5t ) t1 (1,6Dr -0,5t1 ) 2,611 0,5 1,6Dr -(t1 +t ) α3 = =12,643 t1 (1,6Dr -0,5t1 ) Tải trọng tính tốn bánh máy bay: Fd = Fn k γ = 35.417,15 kN nk d f Trong đó: - Fn tải trọng tiêu chuẩn máy bay tính tốn Fn =k gf n 163.463,78 kN - nk số lƣợng bánh càng, nk = bánh - kd hệ số động, kd = 1,30 - γf hệ số giảm tải, γf = 1,00 Bán kính đường trịn có diện tích diện tích vệt bánh máy bay: F R e = d = 0,270 m πpa Trong đó: - pa áp suất bánh máy bay, pa = 1,55 MPa - Fd tải trọng tính tốn bánh máy bay, Fd = 35.417,15 kN Độ cứng tiết diện mặt đường đơn vị chiều rộng tiết diện xác định theo Điều 9.2.3.3 TCVN 10907-2015: B=0,085E b t = 16.864.000,00 kN.m2/m Trong đó: - Eb môđun đàn hồi ban đầu bê tông mặt đƣờng, E b = 31.000 MPa - t chiều dày bê tông mặt đƣờng, t = 0,40m Độ cứng tiết diện lớp móng nhân tạo đơn vị chiều rộng tiết diện xác định theo Điều 9.2.3.3 TCVN 10907-2015: Bf =0,085E b(M150) t M1503 = 7.288.750,00 kN.m2/m Trong đó: - Eb(M150) mơđun đàn hồi ban đầu lớp móng bê tơng xi măng M150/25, Eb(M150) = 20.000 MPa Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 82 Trƣờng đại học Giao thông vận tải - tM150 chiều dày lớp móng bê tơng xi măng M150/25, t M150 = 0,35m Đặc trưng đàn hồi bê tông xi măng xác định theo Điều 9.2.3.2 TCVN 10907-2015: B+Bf l= = 1,273 m K se Trong đó: - B độ cứng tiết diện mặt đƣờng đơn vị chiều rộng tiết diện, B = 16.864.000,00 kN.m2/m - Bf độ cứng tiết diện lớp móng nhân tạo đơn vị chiều rộng tiết diện, Bf = 7.288.750,00 kN.m2/m - Kse hệ số tƣơng đƣơng lớp đất nền, Kse = 92,046 MN/m3 Hàm số momen tác động bánh xe f(α) với trị số lấy theo bảng G.1, phụ lục G TCVN 10907-2015 với: R α= (e) = 0,210 l Trong đó: - R(e) Bán kính đƣờng trịn có diện tích diện tích vệt bánh máy bay, R(e) = 0,270 m - l Đặc trƣng đàn hồi bê tông xi măng, l = 1,273 m Tra bảng G.1, phụ lục G TCVN 10907-2015, ta được: f(α) = 0,2020 Mơmen uốn tác dụng bánh máy bay có tâm vệt bánh trùng với tiết diện tính tốn xác định theo điều 9.2.3.2 TCVN 10907-2015: m1 =Fdf(α)= 7.153,00 (kN.m/m) Trong đó: - Fd Tải trọng tính tốn bánh máy bay, Fd = 35.417,15 kN - f(α) Hàm số momen tác động bánh xe chính,f(α)=0,2020 Mơmen uốn đơn vị tác động bánh máy bay thứ i với tọa độ xác định theo Mục 9.3.2.2 TCVN 10907-2015: x y η1 = = 0,00; ξ1 = = 0,00 l l x y η2 = = 1,14; ξ = = 0,00 l l x y η3 = = 1,14; ξ = = 1,10 l l x y η4 = = 0,00; ξ = = 1,10 l l x y η5 = = 1,14; ξ = = 1,10 l l x y η6 = = 1,14; ξ = = 0,00 l l Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 83 Trƣờng đại học Giao thông vận tải Tra bảng G.2, phụ lục G TCVN 10907-2015 ta có: mx1 = 0,0000; m y1 = 0,0000 mx2 = 0,0000; m y2 = 0,0476 mx3 = 0,0036; m y3 = 0,0023 mx4 = 0,0451; m y4 = 0,0000 mx5 = 0,0036; m y5 = 0,0023 mx6 = 0,0451; m y6 = 0,0000 Ta có: mxi = 0,0974 m yi = 0,0522 Ta chọn giá trí Max mxi m yi để làm giá trị tính tốn Tính tốn móng nhân tạo mặt đường vật liệu gia cố chất kết dính theo phụ lục H TCVN 10907-2015: Ta xác định trị số γc: B 1.384,90 γc = Bf Trong đó: - B độ cứng tiết diện mặt đƣờng đơn vị chiều rộng tiết diện, B = 16.864.000,00 kN.m2/m - Bf độ cứng tiết diện lớp móng nhân tạo đơn vị chiều rộng tiết diện, Bf = 7.288.750,00 kN.m2/m Tra biểu đồ hình H.1, phụ lục H TCVN 10907-2015 ta đƣợc: θ0 = 0,8106 Đại lƣợng ρ đƣợc xác định theo công thức: ρ=1-0,167θ0 = 0,8646 Mômen uốn tác dụng bánh máy bay i nằm ngồi tiết diện tính tốn xác định theo Điều 9.2.3.2 TCVN 10907-2015 m x(y)i =m x(y)i Fd = 3.448,70 kN.m/m Trong đó: - m x(y)i Mômen uốn đơn vị dƣới tác động bánh máy bay thứ i, m x(y)i = 0,0974 - Fd Tải trọng tính tốn bánh máy bay, Fd = 35.417,15 kN Mômen uốn lớn đặt tải trọng xác định theo Điều 9.2.3.2 TCVN 10907-2015: nk mc,max =m1 + m x(y)i = 10.601,70 kN.m/m i=2 Trong đó: - m1 Mômen uốn tác dụng bánh máy bay có tâm vệt bánh trùng với tiết diện tính tốn, m1 = 7.153,00 kN.m/m Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật nk - 84 Trƣờng đại học Giao thông vận tải m x(y)i Mômen uốn tác dụng bánh máy bay i nằm ngồi i=2 tiết diện tính tốn tấm, nk m x(y)i = 3.448,70 kN.m/m i=2 Mômen uốn tính tốn đơn vị chiều rộng tiết diện mặt đường xác định theo Điều 9.2.3.2 phụ lục H TCVN 10907-2015: m k.k x(y) ρ.B m d = c,max = 7.680,40 kN.m/m B+Bf Trong đó: - m c,max Mômen uốn lớn đặt tải trọng tấm, m c,max =10.601,70 kN.m/m - k hệ số chuyển từ mômen uốn tải trọng tác dụng tâm đến mômen uốn tải trọng tác dụng mép tấm, mặt đƣờng bê tông xi măng đổ chỗ k = 1,20 - kx(y) hệ số tính đến phân bố lại nội lực có độ cứng theo hƣớng x y khác nhau, tra biểu đồ hình G.2 phụ lục G tiêu chuẩn TCVN 10907-2015 ta đƣợc kx(y) = 1,00 - B độ cứng tiết diện mặt đƣờng đơn vị chiều rộng tiết diện, B = 16.864.000,00 kN.m2/m - Bf độ cứng tiết diện lớp móng nhân tạo đơn vị chiều rộng tiết diện, Bf = 7.288.750,00 kN.m2/m Mômen uốn giới hạn đơn vị chiều rộng tiết diện xác định theo Điều 9.2.3.4 TCVN 10907-2015, mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ: t2 m u =γ c R btb k u = 8.043,10 kN.m/m Trong đó: - γc hệ số làm việc mặt đƣờng, γc = 0,80 - Rbtb cƣờng độ tính tốn bê tơng chịu kéo uốn,Rbtb = 3,10 Mpa - t chiều dày bê tông xi măng mặt đƣờng, t=0,40m - ku hệ số tính đến số lần đặt tải trọng bánh máy bay sau thời gian phục vụ 20 năm, tra biểu đồ hình G.3 phụ lục G tiêu chuẩn ta đƣợc ku = 1,14 Ta thấy: md mu nên theo điều 9.2.3.1 TCVN 10907-2015, bê tông xi măng đổ chỗ thỏa mãn điều kiện chịu lực máy bay tính tốn giai đoạn khai thác sử dụng Vậy kết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng đổ chỗ chọn thỏa mãn điều kiện đề tốn tính kết cấu mặt đƣờng bê tơng xi măng cho máy bay tính tốn B777-300ER Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3.7.10 85 Trƣờng đại học Giao thông vận tải So sánh hiệu mặt đƣờng BTCT Dự ứng lực với loại mặt đƣờng khác 3.7.10.1 Về mặt tuổi thọ: - Đối với loại mặt đƣờng bê tông nhựa: Biến dạng lớn Mặt đƣờng bê tông nhựa (BTN) thƣờng xuyên xuất hƣ hỏng nhƣ bong tróc, lún vệt bánh xe, đùn nhựa Mặt đƣờng BTN chịu ảnh hƣởng nhiệt độ lớn, dễ suy giảm cƣờng độ nhiệt độ cao, chịu ảnh hƣởng lớn từ yếu tố thủy nhiệt, đặc biệt vùng khí hậu nhiệt đới có biên độ dao động nhiệt lớn nhƣ Việt Nam Mặt đƣờng BTN chịu tác dụng vết bẩn nhƣ dầu mỡ, dầu hỏa, xăng - Mặt đƣờng Bê tông cốt thép dự ứng lực, bê tông xi măng thông thƣờng Xử lý triệt để đƣợc tƣợng lún vệt bánh xe q trình khai thác Ít chịu ảnh hƣởng thủy nhiệt, ổn định với yếu tố thời tiết Trơ với xăng , dầu hỏa Ít phải tu, bảo dƣỡng nhƣ mặt đƣờng BTN nhờ tuổi thọ khai thác cao Riêng bê tông cốt thép dự ứng lực có độ bền cao nhờ đƣợc tăng cƣờng thép dự ứng lực 3.7.10.2 Phƣơng pháp thi công: - Đối với mặt đƣờng BTN Thi công phƣơng pháp đổ chỗ nên thời gian thi công kéo dài gây ảnh hƣởng đến khai thác giao thông, ảnh hƣởng đến mơi trƣờng bụi bẩn vật liệu; khói bụi,tiếng ồn máy móc thiệt bị gây q trình thi cơng Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 86 Trƣờng đại học Giao thông vận tải Khi tu, bảo dƣỡng tồn tuyến phải tiến hành cào bóc hết lớp vật liệu mặt đƣờng cũ Kết cấu áo đƣờng dày ảnh hƣởng đến qui hoạch, cốt đƣờng khu vực muốn cải tạo Hầu hết thi công chỗ trƣờng nên việc kiểm soát chất lƣợng cịn nhiều sơ sót - Đối với mặt đƣờng bê tông xi măng thông thƣờng Thi công phƣơng pháp đổ chỗ nên thời gian thi công kéo dài gây ảnh hƣởng đến khai thác giao thông, ảnh hƣởng đến mơi trƣờng bụi bẩn vật liệu; khói bụi,tiếng ồn máy móc thiệt bị gây q trình thi cơng Sau thi cơng sau phải tiến hành bảo dƣỡng, chờ bê tông đạt cƣờng độ đƣợc khai thác Kết cấu áo đƣờng dày ảnh hƣởng đến qui hoạch, cốt đƣờng khu vực muốn cải tạo Hầu hết thi công chỗ trƣờng nên việc kiểm sốt chất lƣợng cịn nhiều sơ sót - Đối với mặt đƣờng Bê tơng cốt thép dự ứng lực: Thi công phƣơng pháp lắp ghép, thời gian thi cơng ngồi trƣờng đƣợc rút ngắn Thi cơng lắp ghép mơ đun nên thi cơng vào ban đêm, thấp điểm, gây ảnh hƣởng đến giao thơng Các cấu kiện đƣợc chế tạo nhà máy nên giảm đƣợc thời gian thi cơng trƣờng, ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh, chất lƣợng sản phẩm đƣợc kiểm sốt chặt chẽ, đồng Bởi mặt đƣờng đƣợc cấu tạo mô đun lắp ghép, nên việc tu sửa chửa tiến hành mô đun bị hƣ hỏng Chiều dày kết cấu mặt đƣờng nhỏ nên ảnh hƣởng đến cốt đƣờng khu vực Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 87 Trƣờng đại học Giao thông vận tải 3.7.10.3 Về hiệu kinh tế - Đối với mặt đƣờng BTN Chi phí đầu tƣ ban đầu thấp hơn, nhƣng chi phí khai thác sau thời gian lại cao tuổi thọ vật liệu thấp, tuổi thọ khai thác thấp, thƣờng xuyên phải tu, bảo dƣỡng Do thi cơng tồn thời gian trƣờng nên tác động đến giao thông, gây ảnh hƣởng đến kinh tế xã hội - Đối với mặt đƣờng bê tông xi măng đỗ chỗ: Chi phí ban đầu lớn, nhƣng chi phí bảo trì thấp nên hiệu cao bê tông nhựa Trong q trình thi cơng phải đóng giao thơng thời gian dài nên hiệu không cao so, gây ảnh hƣởng đến giao thông - Đối với mặt đƣờng Bê tơng cốt thép dự ứng lực: Chi phí đầu tƣ ban đầu cao, xong chi phí khai thác thấp tuổi thọ vật liệu cao từ 5-8 lần so với BTN nên tu bảo dƣỡng q trình khai thác Thi cơng lắp ghép, ghép đƣợc chế tạo nhà xƣởng , thời gian thi công ngắn, thi công vào ban đêm (lúc xe), thi cơng xong phân đoạn mở cho xe lƣu thông ngay, ngày hôm sau lại tiếp tục thi cơng phân đoạn tiếp theo, tác động đến giao thông, giảm thiệt hại kinh tế chậm trễ giao thông Các mặt đƣờng bê tông cốt thép dự ứng lực đƣợc chế tạo sẵn nhà xƣởng nên chất lƣợng đƣợc đảm bảo, tránh lãng phí chi phí đầu tƣ khâu kiểm soát chất lƣợng Xem bảng 3.19 so sánh hiệu loại mặt đƣờng Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 88 Trƣờng đại học Giao thông vận tải Bảng 3.19 So sánh tiêu mặt đƣờng BTCT DUL với mặt đƣờng BTN, Bê tông xi măng chỗ TT Chỉ tiêu so sánh Kỹ thuật Kinh tế: giá thành xây Mặt đƣờng BTN Mặt đƣờng BTXM đổ chỗ Mặt đƣờng BTCT DUL Chƣa khẳng Đảm bảo xử lý Đảm bảo xử lý định xử lý triệt để triệt để triệt để lún tƣợng lún vệt tƣợng lún vệt vệt bánh xe bánh xe bánh xe 1.797.246 3.118.741 2.016.282 11.282.213 9.825.204 5.343.905 1000m dài/ Phải bảo dƣỡng ~5 tấm/h = ngày ngày 15m dài/h Trung bình Nhiều Ít dựng tính cho m² Kinh tế: suất đầu tƣ sau 75 năm tính cho m² Tiến độ thi cơng ngồi trƣờng Ảnh hƣởng mơi trƣờng 3.7.11 Kết luận chƣơng - Thơng qua việc tính toán, kiểm toán điều kiện làm việc trƣờng hợp khác cho thấy: bê tơng cốt thép dự ứng lực có khả chịu đƣợc tải trọng lớn - Kích thƣớc bê tơng cốt thép dự ứng lực giả định ban đầu phù hợp với tình hình tải trọng tuyến đƣờng - Thời gian thi công mặt đƣờng bê tông dự ứng lực linh động, phù hợp với sân đỗ máy bay - Cảng hàng không quốc tế Tân Sơn Nhất với mật độ máy bay lớn, không làm ảnh hƣởng đến vận hành khai thác Cảng hàng không Tân Sơn Nhất Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 89 Trường đại học Giao thông vận tải CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Qua việc phân tích, tính tốn bê tơng cốt thép dự ứng lực đúc sẵn, thấy tính hiệu việc sử dụng bê tông dự ứng lực cho sân đỗ máy bay - Cảng hàng không quốc tế Tân Sơn Nhất so với mặt đường bê tông nhựa, mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ: I Kết luận Về mặt khả chịu lực: - Thông qua kết phân tích, tính tốn mục 3.5, bê tơng cốt thép có khả chịu tải trọng lớn, vượt trội so với mặt đường bê tông nhựa - Việc sử dụng cốt thép dự ứng lực cho tấm, giúp tận dụng khả chịu kéo tốt thép, đồng thời tạo ứng suất trước tấm, giúp chịu tải trọng tốt (qua việc tính tốn ứng suất hữu hiệu dự ứng lực, chịu lực tốt 35% so với bê tông thông thường).Điều làm cho bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn vượt trội mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ Về mặt hiệu sử dụng, hiệu khai thác: - So với mặt đường bê tông nhựa, mặt đường bê tơng xi măng đổ chỗ bê tơng cốt thép dự ứng lực đúc sẵn có nhiều lợi thế, tính hiệu cao - Về tuổi thọ khai thác: mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn có tuổi thọ cao mặt đường bê tông nhựa, mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ Do hiệu khai thác tăng lên - Về mặt hiệu kinh tế: Mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn thi cơng theo phương pháp lắp ghép, gây ảnh hưởng đến lưu thông tuyến đường thời gian thi cơng Đồng thời tuổi thọ cao, bền với tác nhân mơi trường phí tu bảo dưỡng thấp so với mặt đường bê tông nhựa, bê tông xi măng đổ chỗ - Về kiểm soát chất lượng: Tấm mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn nhà xưởng nên điều kiện bảo dưỡng tốt, chất lượng Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 90 Trường đại học Giao thông vận tải sản phẩm đảm bảo so với mặt đường bê tông nhựa bê tông xi măng đổ chổ II Kiến nghị: - Trong bối cảnh nay, đất nước ngày phát triền, giao thông lĩnh vực then chốt trình lên đất nước, mạch máu lưu thông quốc gia, việc phát triển hoàn thiện hệ thống giao thơng điều tất yếu Trong bối cảnh đó, mặt đường bê tông nhựa ngày bộc lộ nhiều nhược điểm, với chi phí tu sửa chữa hàng năm lớn gánh nặng cho đất nước - Mặt đường bê tông xi măng, đặc biệt bê tông xi măng cốt thép dự ứng lực với nhiều ưu điểm vượt trội so với mặt đường bê tông nhựa, thích hợp với điều kiện khí hậu nước ta, đồng thời với độ bền cao, khả khai thác cao phù hợp với qui luật phát triền bền vữn xã hội - Thiết nghĩ, tương lai nên áp dụng rộng rãi mặt đường bê tông xi măng vào tuyến đường giao thông đặc biệt Cảng hàng không qui luật tất yếu - Cảng hàng không quốc tế Tân Sơn Nhất có vị trí kinh tế, trị, địa lý thuận tiện cho hoạt động hàng không dân dụng nằm trục giao thơng hàng khơng đơng đúc Đông - Tây Nam - Bắc khu vực, cửa ngõ giao thương thành phố Hồ Chí Minh với kinh tế khác giới, điểm dừng thuận lợi lý tưởng mạng đường bay từ Châu Âu, Nam Á sang Đông Nam Á, Đông Bắc, Bắc Á Châu Á - Thái Bình Dương - Để đáp ứng nhu cầu vận chuyển gia tăng, Tổng Công ty Cảng Hàng không miền Nam đặt mục tiêu Xây dựng sở vật chất kỹ thuật trang thiết bị đồng đáp ứng tốc độ tăng trưởng hàng không, bước đại hóa Cảng Hàng khơng quốc tế Tân Sơn Nhất cảng hàng không khu vực miền Nam tạo thành mạng lưới sân bay Đa dạng hóa dịch vụ hàng khơng, hồn thiện phân khu chức Cảng Hàng khơng để hồn chỉnh đại hố qui trình khai thác, cung cấp đồng dịch vụ có chất lượng, đảm bảo an tồn, văn minh, lịch Với tốc độ tăng trưởng không ngừng nhiều năm qua, Cảng HKQT Tân Sơn Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học Giao thông vận tải 91 Nhất cảng hàng khơng có quy mơ tốc độ tăng trưởng lớn nước ta với tốc độ tăng trưởng bình quân năm gần đạt 15%/năm hành khách 18%/năm hàng hóa - Đầu tư Sửa chữa, cải tạo mở rộng sân đỗ máy bay - Cảng Hàng không quốc tế Tân Sơn Nhất nhằm đáp ứng khả tiếp nhận tần suất khai thác CHK nay, đảo bảo lực khai thác toàn Cảng hàng không vấn đề tất yếu Sau đầu tư nâng cao khả khai thác sân đỗ hữu lên 46 vị trí đỗ máy bay loại Trong có 23 vị trí máy bay loại lớn (B747, B777, B767.) 19 vị trí cho loại vừa (A321, A320.) vị trí cho loại máy bay nhỏ (ATR 72) III Những tồn tại, hướng nghiên cứu tiếp theo: - Trong trình thực luận văn, cố gắng nghiên cứu, chắn khơng tránh khỏi sai sót Đồng thời nội dung luận văn mang tính chất tính tốn ứng dụng nên cịn nhiều vướng mắc, tồn nhiều vấn đề chưa làm rõ, dừng lại giai đoạn nghiên cứu lý thuyết Trong luận văn tồn nhiều vấn đề việc tính tốn chiều dài đoạn mơ đun lắp ghép tối ưu, tính tốn chiều dài nhịp tính tốn hình dạng kích thước cho vị trí cục nút giao, đường cong đứng, đường cong nằm… - Trong tương lai, hướng nghiên cứu phát triển nghiên cứu vấn đề cịn tồn luận văn như: Tính tốn chiều dài nhịp tính tốn tối ưu Tính tốn thiết kế cho vị trí cục Sử dụng phần mềm chun dụng để tính tốn xác, tối ưu nhằm giảm tối đa chi phí đầu tư Tiến hành thực nghiệm điều kiện làm việc mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực thông qua thí nghiệm, thực nghiệm Nhân rộng mơ hình áp dụng cho cơng trình khác * * Học viên: Trần Mạnh Hùng * GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 92 Trường đại học Giao thông vận tải TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1- Nguyễn Quang Chiêu (2005), Thiết kế xây dựng mặt đường sân bay, Nhà xuất Xây dựng 2- Phạm Huy Khang (2011), Xây dựng mặt đường ô tô sân bay, Nhà xuất Xây dựng 3- Phạm Huy Khang (2008), Thiết kế mặt đường bê tông xi măng đường ô tô mặt đường sân bay, Nhà xuất Giao thông vận tải 4- Nguyễn Quang Chiêu (2004), Mặt đường bê tông xi măng, Nhà xuất Giao thông vận tải 5- Nguyễn Quang Chiêu, Phạm Huy Khang (2006), Xây dựng mặt đường ô tô, Nhà xuất Giao thông vận tải 6- Đỗ Bá Chương (2006), Thiết kế đường ô tô tập 1, Nhà xuất Giáo dục 7- Dương Học Hải (2001), Thiết kế đường ô tô tập 4, Nhà xuất Giáo dục 8- http://ashui.com/mag/congnghe/giaiphap/1308-nghien-cuu-va-sosanh-duong-cao-toc-lam-bang-be-tong-xi-mang-va-be-tong-asphalto-canada.html (Nghiên cứu so sánh đường cao tốc làm bê tông xi măng bê tông asphalt Canada) 9- Nguyễn Xuân Vinh, Thiết kế đường theo quan điểm an tồn giao thơng, Nhà xuất xây dựng 10- TCVN 8753-2011, Sân bay dân dụng – Yêu cầu chung thiết kế khai thác 11- TCVN 10907-2015, Sân bay dân dụng - Mặt đường sân bay – Yêu cầu thiết kế 12- 22TCN 211-2006, Áo đường mềm – Yêu cầu dẫn thiết kế 13- 22TCN 272-2005, Tiêu chuẩn thiết kế cầu Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 93 Trường đại học Giao thông vận tải 14- 22TCN 273-2001, Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô 15- Tổng cơng ty Tân Cảng Sài Gịn (viết tắt Tổng c.ty TCSG), (2012), “Văn số 123/BC-TC-VP ngày 14/08/2012” 16- TCVN5574-2012, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế 17- TCVN 4054-2005, Đường ô tô – Tiêu chuẩn thiết kế 18- TCXDVN 104-2007, Đường đô thị – Yêu cầu thiết kế TIẾNG ANH 19- Joseph E.Bowels (1995), “Foudation analysis and design – fifth edition” 20- David K.Merritt, Richard B.Rogers, Robert Otto Rasmussen (2008), “Construction of a Precast Prestressed Concrete Pavement Demonstration Project on Interstate 57 near Sikeston, Missouri” 21- Luh M Chang, Yu-Tzu Chen, and Sangwook Lee (2004), “Using Precast Concrete Panels for Pavement Construction in Indiana” Học viên: Trần Mạnh Hùng GVHD: TS.Vũ Thế Sơn