Thiet ke ao duong 247135

Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị Chương VII: Thiết kế áo đường I Các thơng số tính tốn u cầu kết cấu áo đường * Các yêu cầu thiết kế áo đường +) áo đường phải đảm bảo cường độ yêu cầu ổn định cường độ suốt thời gian sử dụng +) Mặt đường phải đảm bảo độ phẳng tạo êm thuận cho xe chạy +) Bề mặt áo đường phải đủ độ nhám để nâng cao hệ số bám bánh xe mặt đường +) Tạo điều kiện cho đất tham gia chịu lực với kết cấu áo đường mức tối đa +) Giảm tối đa lượng bụi áo đường gây ra, tránh ô nhiễm áo đường phải có sức chịu bào mịn tốt +) Đề giải pháp, luận chứng kinh tế kỹ thuật, chọn áo đường đảm bảo u cầu II Tính tốn kết cấu áo đường Khái niệm chung Tính tốn kết cấu áo đường tìm phương án áo đường thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sau sở lựa chọn KT- KT để chọn phương án có giá thành xây dựng vận doanh rẻ Để tính tốn kết cấu áo đường ta vào ý nghĩa, lưu lượng xe tuyến đường để định cấp hạng loại mặt đường Đối với áo đường có nhiều phương án đầu tư: +) Đầu tư lần: Giá thành xây dựng đắt giá thành vận doanh rẻ +) Đầu tư phân kỳ: Giá thành xây dựng rẻ giá thành vận doanh đắt Phải luận chứng so sánh hai phương án để lựa chọn phương án tối ưu Ngun lý tính tốn: +Kết cấu áo đường mềm xem đủ cường độ suốt thời gian khai thác 15 năm ,dưới tác dụng toàn dịng xe lớp khơng phát sinh biến dạng dẻo lớp lion khối không bị phá huỷ nứt độ lún lớp không vượt số cho phép +Việc tính tốn kết cấu áo đường mềm tính tốn kiểm tra tiêu chuẩn cường độ Tính toán cường độ áo đường mềm theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi giới hạn Ech > Eyc Tính tốn cường độ áo đường mềm theo điều kiện cân giới hạn trượt đất lớp kết dính Tính tốn cường độ áo đường mềm theo đIều kiện chịu kéo uốn Trong đồ án thiết kế theo tiêu chuấn sau : Đường ô tơ tiêu chuẩn TCVN 4054-2005 Quy trình thiết kế áo đường mềm 22TCN211-06 III.Số Liệu Thiết Kế 1.Các thông số thiết kế a.Đất tiêu lý đất +Loại đất :á cát ,có độ ẩm tương đối W/ Wnh = 0.6 +Độ chăt đất :K=0.98 +Lực dính :c=0.38(Mpa) +Góc nội ma sát :  =200 +Môđun đàn hồi :E =40,7(Mpa) ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị b.Tải trọng tính tốn +TảI trọng trục tiêu chuẩn :P=100 KN +Ap lực tính tốn lên mặt đường : p=0.6 Mpa +Đường kính vệt bánh xe :D= 33 cm c.Phương pháp tính tốn +Tính tốn cường độ kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép + Tính tốn cuờng độ kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất lớp vật liệu dính kết +Tính tốn cường độ kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp vật liệu liền khối d.Thành phần dòng xe: Quy luật tăng xe hàng năm tuân theo hàm số mũ: Nt = N0(1+q)t-1 Trong đó: N0: lưu lượng xe năm thứ i Nt : lưu lượng xe chạy năm thứ t Lưu lượng xe khảo sát No Hệ số tăng xe Xe Xe tải nhe Xe tảI trung Xe tải nặng 313 8% 20% 20% 15% 45% 2.Tính tốn số liệu cần thiết: a.Số liệu xe: Loại xe Năm thứ Năm thứ Năm thứ 10 Năm thứ 15 Xe 63 85 125 184 xe Tải nhẹ 63 85 125 184 Tải Trung 47 64 94 138 Tải Nặng 141 192 281 413 Xác định số truc xe quy đổi vệ số truc xe tiêu chuẩn cho năm thứ 15 k P ni =∑ c c N it i P tc i=1 4.4 ( ) Trong : +C1=1+1.2(m-1) +m : số cụm trục +C2: hệ số xét đến số bánh xe cụm bánh xe Với cụm có bánh thi C2=6.4, cụm bánh đơI C2=1,0 , cụm bánh C2 =0,38 ¿ ¿¿ tc +Pi: trọng lượng trục bánh xe I , P ¿ = 100 KN ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Trường đại học xây dựng hà nội Bộ mơn Đường oto & Đường thị Bảng tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn năm thứ Loại xe Tải nặng Tải trung Tải nhẹ Xe trục trước trục sau trục trước trục sau trục trước trục sau trục trước trục sau Pi(KN ) 48.2 100 25.8 69.6 18 56 C1 C2 ni 1 1 1 1 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 281 281 94 94 125 125 125 125 Ci.C2.ni*(Pi/ 100)^(4.4) 72 281 19 Không tính 10 Khơng tính Khơng tính Bảng tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn năm thứ 10 Loại xe Tải nặng Tải trung Tải nhẹ Xe trục trước trục sau trục trước trục sau trục trước trục sau trục trước trục sau Pi(KN ) 48.2 100 25.8 69.6 18 56 C1 C2 ni 1 1 1 1 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 192 192 64 64 85 85 85 85 Ci.C2.ni*(Pi/ 100)^(4.4) 50 192 13 Khơng tính Khơng tính Khơng tính Bảng tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn năm thứ 15 Loại xe Tải nặng Tải trung Tải nhẹ Xe trục trước trục sau trục trước trục sau trục trước trục sau trục trước trục sau Pi(KN ) 48.2 100 25.8 69.6 18 56 C1 C2 ni 1 1 1 1 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 413 413 138 138 184 184 184 184 Ci.C2.ni*(Pi/ 100)^(4.4) 107 413 28 Khơng tính 14 Khơng tính Khơng tính Bảng tiêu lý đất ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị Loại đất cát nhẹ độ chặt 0,98 Góc nội ma sát 20 độ ẩm tương đối 0,6 Mơdun đàn Lực dính 0,38 hồi 40,7 3.Trình tự tính tốn thiết kế: a, Tính tốn số trục xe xe chạy Nit = nit Nit=107+413+2+28+14 =564 trục/ngày đêm.2làn Vơí Ntt= 564 0,55 = 311 trục / ngày đêm.làn Tính số trục xe tích luỹ 15 năm,voi hệ số tăng xe la 8% ( 1+q )15−1 ] [ N= ∗365∗N N= q(1+q )t−1 [ (1+0 ,08 )15−1 ] 08(1+0 , 08)14 15 ∗365∗311= 1,0456.106 N =1.0456.106 truc Số trục xe tích luỹ môt N.f = 1,0456 0,55= 0.575.106 Tra bảng theo bảng 2.1 quy phạm thiết kế ỏo đường mềm 22TCN-211-06 chọn măt đường cao cấp loại A2 Tuy nhiên xét mức độ quan trọng tuyến đường chọn kết cấu mặt đường cấp cao A1 b Xác định môđun đàn hồi theo yêu cầu Eyc theo số trục xe tính tốn Căn vào số trục xe tính tốn ,tra bảng 3.4 quy trình 22TCN 211-06 ta Bảng xác định mơđun đàn hồi ứng với giai đoạn Lượng Emin Cấp đường Năm tt Loại mặt Eyc Mpa xe/ng.đ MPa IV A2 144 128 100 IV 10 A2 211 136 100 IV 15 A1 311 167 130 IV 20 A1 743 185 130 Echọn Mpa 128 136 167 185 c.Chọn sơ phương án cấu tạo lớp áo đường Ta chọn sơ phương án Lớp Hi ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 E Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị Bê tông nhựa chặt loại I 420 Bê tông nhựa chặt loại II 350 h2 300 h1 250 Cấp phối đá dăm loại I Cấp phối đá dăm loại II Ta chọn sơ phương án Lớp Hi E 420 Bê tông nhựa chặt loại II 350 Đá dăm nước h2 300 Cát gia cố xi măng % h1 180 Bê tông nhựa chặt loại I d Kiểm tra môdun đàn hồi lớp móng dv Ech ≥ K cd Eyc Vì cấp hạng đường cấp IV nên chọn độ tin cậy 0.85 (lây theo bảng 3.3 TCVN) dv Vậy Hệ số cường độ K cd =1,06 → Ech ≥1,06x167=177Mpa TT Các lớp vật liệu Ech =177 MPa Hi (cm) E (Mpa) Bê tông nhựa chặt loại I Bê tông nhựa chặt loại II Ech 420 Ech 350 Lớp móng Tính tốn quy lớp mặt lớp kết hợp tra tốn đồ Kơgan E yc 177 = =0 , 422 E 420 E ch3 =0 39 Tra toán đồ Kogan ta được: E Ech = 0,39.420 = 164 Mpa E h3 ch3 164 = =0 , 469 = =0 , 212 E3 350 D 33 h4 = =0 ,152 D 33 ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị Ech E3 =0 42 Tra toán đồ Kogan ta được: Ech = 0,42.350 = 147 Mpa Vay môdun dàn hồi tối thiểu lớp móng là: Ech = 147 Mpa Lựa chọn phương án móng Phương án móng lựa chọn dựa sở giá thành vật liệu giá thành thi công, nhiên phải để ý đến khả thi công, giá thành chênh lệch khơng nhiều chọn phương án khả thi mặt thi công để đầu tư: a Xét phương án TT Các lớp vật liệu Ech =177MPa hi (cm) E (Mpa) Bê tông nhựa chặt loại I Ech3 =164 MPa 420 Bê tông nhựa chặt loại II Ech2 =147 350 Cấp phối đá dăm loại I Ech1 H3 300 Cấp phối đá dăm loại II H4 250 Nền đất cát * 40,7 Tính toán kiểm tra cường độ chung kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi Việc quy đổi lớp từ lên xác định theo biểu thức: E ,=E1 tb 3 ( ) 1+kt 1+k E i+1 Ei ta tính E lớp mặt đường : 136.5 Mpa, với ch2 bề dày lớp móng tính toán sở giả thiết h Việc xác định bề dày lớp kết cấu cách quy đổi hệ kết cấu áo đường hệ lớp sử dụng toán k= h i+1 hi t= đồ Kơgan xác định tỷ số h4/D Ta có bảng sau: h3(cm) h3/D Ech2/E3 Ech3/E3 Ech3 Ech3/E4 12 0,36 0,49 0,39 117 0,468 14 0,42 0,49 0,37 111 0,444 ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Eo/E4 0,16 0,16 h4/D h4(cm) 1.16 38 1.05 35 Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị 16 0,48 0,49 0,35 105 0,42 18 0,55 0,49 0,33 99 0,396 0,16 0,16 0.97 32 0,92 30 + Giá thành tính tốn sở đơn giá Nhà nước ứng với lớp móng cấp phối đá dăm loại I cấp phối đá dăm loại II.Với tổng giá thành giá thành tính tốn cho ta bảng sau: Bảng tổng giá thành phương án Bề dày h3 Bề dày h4 38 35 32 12 14 16 18 30 Giá thành lớp h3 Giá thành lớp h4 Tổng giá thành (đ/m2) 19092.6528 22274.7616 25456.8704 28638.9792 61038.6058 56219.7685 51400.9312 48188.373 80131.259 78494.53 76857.802 76827.352 chọn chọn b Xét phương án TT Các lớp vật liệu Ech =177MPa hi (cm) E (Mpa) Bê tông nhựa chặt loại I Ech3 =164 420 Bê tông nhựa chặt loại II Ech2 =147 350 Cấp phối thiên nhiên Ech1 H3 200 Cát vàng gia cố 6% xi măng H4 180 Nền đất cát * 40,7 Ta tính Ech2 lớp mặt đường : 147 Mpa, bề dày lớp móng tính tốn sở giả thiết h3 Việc xác định bề dày lớp kết cấu cách quy đổi hệ kết cấu áo đường hệ lớp sử dụng tốn đồ Kơgan xác định tỷ số h 4/D, cách tính tương tự phương án I, Ta có bảng sau: h3(cm) h3/D Ech2/E3 Ech3/E3 Ech3 ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Ech3/E4 Eo/E4 h4/D h4(cm) Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị 12 14 15 18 0,36 0,42 0,45 0,55 0,49 0,49 0,49 0,49 0,39 0,37 0,35 0,33 117 111 105 99 0,65 0,62 0,58 0,55 0,226 0,226 0,226 0,226 1.72 1.51 1.31 1.17 57 50 43 37 + Giá thành tính tốn sở đơn giá Nhà nước ứng với lớp móng cấp phối đá dăm nước cát vàng gia cố xi măng 6%.Với tổng giá thành giá thành tính tốn cho ta bảng sau: Bảng tổng giá thành phương án Bề dày h3 Bề dày h4 12 14 15 57 50 43 18 37 Giá thành lớp h3 Giá thành lớp h4 Tổng giá thành (đ/m2) 18480.3 21239.39 22711.85 27526.2 89965.4427 78917.055 67868.6673 58398.6207 108445.7427 100156.445 90580.5173 85924.8207 chọn Dựa vào khả cung ứng vật liệu làm đường địa phương nơi tuyến qua , đem so sánh giải pháp phương án móng với ta thấy giảI pháp phương án I có giá thành rẻ Do kiến nghị chọn kết cấu phương án II làm kết cấu áo đường cho phương án đầu tư tập trung Kết cấu áo đường : TT Các lớp vật liệu Bê tông nhựa chặt loại I Bê tông nhựa chặt loại I Cấp phối đá dăm loại I Cấp phối đá dăm loại II Nền đất cát Ech =177MPa hi (cm) E (Mpa) Ech3 =164 420 Ech2 =147 350 Ech1 18 30 300 250 * 40,7 Tính tốn kiểm tra kết cấu chọn theo phương án đầu tư tập trung 6.1 Kiểm tra áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị Dùng mô đun đàn hồi cho năm thứ 15 là:Eyc=167 MPa +Xác định lưu lượng xe tính tốn tương ứng với năm tính tốn phụ thuộc vào loại mặt đường +Xác định Eyc +Dự kiến cấu tạo lớp áo đường theo nguyên tắc trình bầy bề dầy lớp nên dự kiến gần nhỏ phạm vi (để rẻ nhất)ngồi dự kiến bề dầy lớp khác tỷ số bề dầy lớp theo nguyên tắc +áp dụng cách đổi tầng để đưa hệ nhiều lớp hệ hai lớp +So Sánh Ech Eyc xấp xỉ -Chuyển hệ nhiều lớp hệ hai lớp cách đổi lớp kết cấu áo đường hai lớp từ lên theo công thức: Ech =Ei k= với 3 ( ) 1+kt 1+k h i+1 hi t= E i+1 Ei Kết tính tốn ghi bảng sau : lớp kết cấu Ei(MPa ) Cấp phối đá dăm loại II 250 Cấp phối đá dăm loại I 300 1.2 18 Bê tông nhựa loai II 350 1.3 Bê tông nhựa loại I 420 1.5 t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 htb(cm) Etb 30 250 0.6 48 268 0.146 55 287 0.09 60 300 30 Dùng tốn đồ xác định mơ đun đàn hồi chung mặt đường : H 60 D = 33 =1.82 xét đến hệ số điều chỉnh theo bảng 3.6 22TCN211-06 β=f ( HD = 6033 )=1 ,197 ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 Trường đại học xây dựng hà nội Bộ môn Đường oto & Đường đô thị ta có Eo E tbdc E tb dc =300 x ,197=359 Ech 40,7 E dc = 359 =0.113 tra tốn đồ Kơgan =0.511 tb  Ech=0.511x359=184 MPa Với đường cấp IV chọn độ tin cậy thiết kế 0,85(theo bảng 3.3 -22TCN211-06) tra bảng 3.2 hệ số cường độ tương ứng Kcd =1,06 Vậy kết kiểm toán là: Ech=184Mpa >1.06x Eyc =1,06x167=177 Mpa Điều cho thấy kết cấu dự kiến đảm bảo yêu cầu độ võng đàn hồi cho phép 6.2.Kiểm tra áo đường mềm theo điều kiện cân giới hạn cắt trượt -Xác định ứng suất cắt hoạt động tảI trọng 8bánh xe tiêu chuẩn tính tốn có p= 0,6Mpa D=33 cm gây đất theo tốn đồ hình 3.3 tiêu chuẩn 22TCN211-06 -Điều kiện để kiểm tra: ¿ Tax +Tav C tt K cdtr Trong đó: Tav : ứng suất cắt hoạt động lớn tải trọng bánh xe tính tốn gây đất lớp vật liệu kén dính(MPa) Tav:ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp vật liệu nằm nógay điểm xét(MPa) Kcdtr :hệ số cường độ chịu cắt trượt chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế Kết tính đổi lớp từ lên để tìm Etb: Lớp kết cấu Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm loại I Bê tông nhựa loai II Bê tông nhựa loại I Ei(MPa ) t=E2/E1 250 hi(cm) k=h2/h1 30 htb(cm) Etb 30 250 300 1.2 18 0.6 48 268 250 1.3 0.146 55 277 300 1.5 0.091 60 287 Dùng tốn đồ xác định mơ đun đàn hồi chung mặt đường : H 60 D = 33 =1,82 ngụ ngọc quyền _mssv:3383.50 _lớp 50cd2 10