Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 56 + 1/x = 1/1,75: khi chiều cao đào đắp H > 6m. 6.5. Tính toán khối lượng đào đắp: Để tiến hành so sánh các phương án tuyến thiết kế, để thiết kế tổ chức thi công nền đường (tính ra ca máy, số nhân công cần thiết ), bố trí thi công cụ thể (đất thừa: thừa bao nhiêu, đổ đi đâu; đất thiếu: thiếu bao nhiêu, lấy ở đâu ). Để tính được giá thành, lập khái toán (thiết kế sơ bộ) lập dự toán (thiết kế kỹ thuật) công trình ta cần phải tính khối lượng đất nền đường. Cơ sở để tính toán khối lượng đào đắp là các bản vẽ trắc dọc, trắc ngang và bình đồ địa hình. Để tính được khối lượng đào hoặc đắp một cách chính xác thì rất phức tạp do phải tính tích phân: L 0 V Fdl (m 3 ). (6.1). Trong đó: + V: Khối lượng đào hoặc đắp (m 3 ). + F: Diện tích mặt cắt ngang nền đường biến đổi dọc theo tuyến tùy theo địa hình, cao độ đào đắp thiết kế và cấu tạo kích thước nền đường (m 2 ). + L: Chiều dài đoạn tuyến định tính toán (m). Vì F phụ thuộc nhiều yếu tố như trên và thay đổi không theo quy luật nào. Do vậy việc áp dụng công thức trên rất khó khăn. Nên ta tính theo phương pháp gần đúng như sau: - Chia đoạn tuyến thành từng đoạn nhỏ, điểm chia là các cọc địa hình và tại các vị trí điểm xuyên. - Trong mỗi đoạn giả thiết mặt đất là phẳng và tính khối lượng đất đào hay đắp như thể tích một lăng trụ. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Giáo trình hình thành hệ số ứng dụng cấu tạo mặt cắt ngang nền đường biến đổi dọc theo tuyến địa hình . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 57 Hình 6.11: Sơ đồ tính khối lượng đất giữa hai cọc (1) và cọc (2). dao dao (2) (1) dao (1)(2) F F V L 2 (m) (6.2). dap dap (2) (1) dap (1)(2) F F V L 2 (m) (6.3). Trong đó: + V đào ,V đắp : Khối lượng đất phải đào, đắp trong đoạn. + F (1) đào , F (2) đào : Diện tích mặt cắt ngang phần đào tại đầu đoạn và cuối đoạn. + F (1) đắp , F (2) đắp : Diện tích mắt cắt ngang phần đắp tại đầu đoạn và cuối đoạn. - Với những trắc ngang nửa đào, nửa đắp tính riêng diện tích phần đào, phần đắp. - Khối lượng rãnh biên tính luôn vào diện tích phần đào. - Cao độ đào hay đắp nền đường ở đây là cao độ tại tim đường, nên ta có thể đắp ở phần đường bên này nhưng đào ở phần đường bên kia, vậy tại các vị trí điểm xuyên vẫn có thể có khối lượng đào và khối lượng đắp. - Trên đoạn các đường cong cách tính khối lượng đất cũng như trên, cự ly giữa hai cọc trên đường cong tính theo cự ly cong ở bên đường. - Khối lượng đất đào đắp của toàn tuyến (hay đoạn tuyến) là tổng khối lượng của từng đoạn nhỏ đã tính. n i i 1 V V (m 3 ) (6.4) F (1) đào F TB đào Cọc 2 F (2) đắp F TB đ ắp F (1) đắp Cọc 1 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 58 6.4. Khối lượng đào đắp cho các phương án: Được thể hiện ở Bảng 1,2 phụ lục 3 6.4.1. Khối lượng đào đắp phương án 1: - Khối lượng đất đào: F đào = 19164,94 (m 3 ). - Khối lượng đất đắp: F đắp = 21450,08(m 3 ). 6.4.2. Khối lượng đào đắp phương án 2: - Khối lượng đất đào: F đào = 7930,96 (m 3 ). - Khối lượng đất đắp: F đắp = 9430,89(m 3 ). Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 59 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Áo đường mềm là một kết cấu nhiều lớp. Chọn lựa và bố trí các lớp kết cấu một cách hợp lý để tạo được một hệ kết cấu nền mặt đường vừa có thể chịu được tải trọng xe chạy và tác dụng của các yếu tố môi trường, vừa có thể phát huy đầy đủ khả năng lớn nhất của các tầng lớp lại vừa hợp lý về mặt kinh tế. Vấn đề này chính là một nội dung quan trọng của việc thiết kế kết cấu mặt đường và cũng là tất yếu phải giải quyết trước tiên đó là việc thiết kết cấu tạo các lớp áo đường và tính toán chiều dày của các lớp áo đường dựa trên tiêu chuẩn 22TCN 211-06, sau đó so sánh lựa chọn kết cấu áo đường cũng như việc chọn phương án đầu tư thích hợp. 7.1. Quy trình tính toán, tải trọng tính toán. 7.1.1. Quy trình tính toán. Áo đường mềm được tính toán thiết kế theo quy trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06. 7.1.2. Tải trọng tính toán.(tra trang 36-22TCN211-06) Tải trọng trục (trục đơn) : P = 100 KN. áp lực tính toán lên mặt đường : p = 0,6 Mpa. Đường kính vệt bánh xe tương đương : D = 33 cm. 7.2. Xác định số trục xe tính toán trên một làn xe. Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe đã được quy đổi về trục xe tính toán tiêu chuẩn sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế. 7.2.1. Xác định lượng xe của các loại xe ở năm cuối thời hạn thiết kế Lưu lượng xe chạy tính toán ở năm tương lai được xác định theo công thức: N t = N 1 .(1+q) t-1 (7.1) Trong đó: + N t : Lưu lượng xe ở năm tương lai thứ t (xe/ngày đêm). + N 1 : Lưu lượng xe ở năm đầu tiên công trình được đưa vào khai thác. + t: Số năm khai thác (tính từ năm đầu trở đi). + q: Hệ số tăng trưởng hàng năm. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 60 - Theo số liệu đã cho ta có: N 15 hh = 820 xehh/ng.đêm. - Hệ số tăng trưởng xe hàng năm: q = 10% - Thành phần dòng xe: + Xe tải nặng: 18% + Xe tải trung: 51% + Xe tải nhẹ: 24% + Xe con: 7% Từ Công thức (7.1). Ta suy ra lưu lượng xe ở năm đầu tiên công trình được đưa vào khai thác. N 1 = 15 15 1 14 820 216 (1 ) (1 0,1) hh N q xehh/ng.đêm * Lưu lượng xe chạy ở năm tính toán thứ 10: N 10 = N 1 .(1+0,1) 10-1 = 216x(1,1) 9 = 510 xehh/ng.đêm Căn cứ vào lưu lượng xe hỗn hợp ở năm tính toán ta tính toán lưu lượng của các xe chạy ở tính toán như sau: n i = N 10 .N i Xe con: ni = 510 x 0,07 = 36 (xe/ng.đêm) Xe tải nhẹ: ni = 510 x 0,24 = 123 (xe/ng.đêm) Xe tải trung: ni = 510 x 0,51 = 260 (xe/ng.đêm) Xe tải nặng: ni = 510 x 0,18 = 92 (xe/ng.đêm) Bảng 7.1: Bảng tổng hợp thành phần giao thông ở năm thứ 10. Trọng lượng trục Pi (KN) Loại xe Trục trước Trục sau Số trục sau Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau Khoảng cách giữa các trục sau (m) Lượng xe n i (xe/ng.đêm) Xe tải nhẹ 18 56 1 Cụm bánh đôi <3,0 123 Xe tải trung 25,8 69,6 1 Cụm bánh đôi <3,0 260 Xe tải nặng 48,2 100 1 Cụm bánh đôi <3,0 92 Xe con 36 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 61 * Lưu lượng xe chạy ở năm tính toán thứ 15: N 15 = 820 xehh/ng.đêm Căn cứ vào lưu lượng xe hỗn hợp ở năm tính toán ta tính toán lưu lượng của các xe chạy ở tính toán như sau: n i = N 15 .N i Xe con: ni = 820 x 0,07 = 58 (xe/ng.đêm) Xe tải nhẹ: ni = 820 x 0,24 = 197 (xe/ng.đêm) Xe tải trung: ni = 820 x 0,51 = 419 (xe/ng.đêm) Xe tải nặng: ni = 820 x 0,18 = 148 (xe/ng.đêm) Bảng 7.2: Bảng tổng hợp thành phần giao thông ở năm thứ 15. Trọng lượng trục Pi (KN) Loại xe Trục trước Trục sau Số trục sau Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau Khoảng cách giữa các trục sau (m) Lượng xe n i (xe/ng.đêm) Xe tải nhẹ 18 56 1 Cụm bánh đôi <3,0 197 Xe tải trung 25,8 69,6 1 Cụm bánh đôi <3,0 419 Xe tải nặng 48,2 100 1 Cụm bánh đôi <3,0 148 Xe con 58 7.2.2. Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100KN Việc tính toán quy đổi được thực hiện theo biểu thức (3.1) và (3.2) (tra trang 37- 22TCN211-06) của [4], cụ thể: k 1 4.4 i i21tk 100 P .n.c.cN (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm) (7.3) Trong đó: + C 1 : hệ số số trục được xác định C 1 = 1+1,2(m-1), với m là số trục của cụm trục i. + C 2 : hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh: với các cụm bánh chỉ có 1 bánh thì C 2 = 6,4; với các cụm bánh đôi C 2 =1,0. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 62 Bảng 7.3: Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục xe tiêu chuẩn 100KN ở năm thứ 10. Loại xe P i (KN) C 1 C 2 n i C 1 .C 2 .n i .(P i /100) 4.4 Trục trước 18 - - - - Xe tải nhẹ Trục sau 56 1 1 123 10 Trục trước 25,8 1 6,4 260 5 Xe tải trung Trục sau 69,6 1 1 260 53 Trục trước 48,2 1 6,4 92 24 Xe tải nặng Trục sau 100 1 1 92 92 Trục trước 20 - - 36 - Xe con Trục sau 20 - - 36 - Tổng cộng = 184 Bảng 7.4: Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục xe tiêu chuẩn 100KN ở năm thứ 15. Loại xe P i (KN) C 1 C 2 n i C 1 .C 2 .n i .(P i /100) 4.4 Trục trước 18 - - - - Xe tải nhẹ Trục sau 56 1 1 197 16 Trục trước 25,8 1 6,4 419 7 Xe tải trung Trục sau 69,6 1 1 419 85 Trục trước 48,2 1 6,4 148 39 Xe tải nặng Trục sau 100 1 1 148 148 Trục trước 10 - - 58 - Xe con Trục sau 10 - - 58 - Tổng cộng = 295 7.2.3. Xác định số trục xe tính toán trên một làn xe Số trục xe tính toán trên một làn xe xác định theo biểu thức (3-3) của tài liệu [4] (tra trang 37-22TCN211-06): N tt = N tk . f i (trục/làn.ngày đêm) (7.4) Trong đó: + f i : hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe, trên phần xe chạy có 2 làn xe thì lấy f i = 0,55. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 63 Vậy, số trục xe tính toán trên 1 làn xe: * Ở năm tính toán thứ 10: N tt = 184 x 0,55 = 102 (trục/làn.ngày đêm) * Ở năm tính toán thứ 1: N tt = 295 x 0,55 = 163 (trục/làn.ngày đêm) 7.2.4. Xác định số trục xe tính toán tích luỹ trên một làn xe Số trục xe tính toán tích luỹ trong suốt thời hạn thiết kế thông qua trên một làn xe, xác định theo: * Ở năm thứ 10: 10 1 9 (1 ) 1 (1 0,1) 1 365 365 102 (1 ) 0,1(1 0,1) t e tk t q N x xN x x q q 251.639 trục * Ở năm thứ 15: 15 1 14 (1 ) 1 (1 0,1) 1 365 365 163 (1 ) 0,1(1 0,1) t e tk t q N x xN x x q q 497.776 trục 7.3. Xác định môđuyn đàn hồi yêu cầu. - Xác định môđuyn đàn hồi tối thiểu yêu cầu: min yc E Đối với tuyến thiết kế là đường cấp IV, tốc độ thiết kế V=60 km/h: Bảng 3-5 [4]. (tra trang 40-22TCN211-06) Áo đường cấp cao A1 có min yc E = 130 MPa Áo đường cấp cao A2 có min yc E = 100 MPa - Xác định trị số môđuyn đàn hồi yêu cầu tương ứng với số trục xe tính toán. Từ số trục xe tính toán (trục xe/làn.ng.đêm) tra bảng 3-4 [4], các giá trị yc dh E tương ứng loại tải trọng trục 100 KN của các loại mặt đường ở năm tính toán như sau: Bảng 7.5: Xác định trị số môđuyn Eyc tương ứng số trục xe tính toán. (tra trang 39-22TCN211-06) Năm tính toán 10 15 Số trục xe tính toán (trục xe/làn.ng.đêm) 102 163 Loại tầng mặt Cấp cao A2 Cấp cao A1 E yc (MPa) 123 155 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 64 Các trị số E yc tương ứng với lưu lượng xe chạy tính toán đều lớn hơn min yc E nên chọn E yc để tính toán thiết kế kết cấu áo đường. 7.4. Xác định phân kỳ đầu tư: Hiện nay do nguồn vốn đầu tư cho các ngành xây dựng cơ bản còn hạn hẹp mặt khác các công trình xây dựng giao thông đang cần được đầu tư xây dựng ngày càng nhiều nên việc tập trung vốn một lúc là rất khó khăn. Để tận dụng hết khả năng làm việc của vật liệu và khắc phục hiện tượng trên ta có thể xét phân kỳ đầu tư công trình theo từng giai đoạn. Việc đầu tư xây dựng phân kỳ theo từng giai đoạn sẽ đáp ứng được cường độ xe chạy trên tuyến tăng dần theo thời gian và khả năng thông xe cũng như Eyc của kết cấu áo đường trong thời kỳ sử dụng. Khi thiết kế nên chọn kết cấu và bề dày áo đường hợp lý để kết cấu làm trước có thể tận dụng sau này. Dựa vào lưu lượng xe chạy vào các năm tương lai và thời gian trung tu, đại tu của các loại tầng mặt áo đường ta đề xuất tính toán các phương án kết cấu áo đường như sau: - Phương án 1: Đầu tư xây dựng 1 lần 15 năm (mặt đường cấp cao chủ yếu A1). - Phương án 2: Đầu tư xây dựng 2 lần: 10 năm đầu (mặt đường cấp cao thứ yếu A2), 5 năm sau (tăng cường lên mặt đường cấp cao chủ yếu A1). 7.5. Xác định các điều kiện cung cấp vật liệu, bán thành phẩm và cấu kiện. - Đất đắp nền dùng đất từ nền đào chuyển sang đắp ở nền đắp, nếu còn thiếu lấy đất từ thùng đấu hoặc mỏ để đắp. - Đá các loại lấy ở mỏ đá La Sơn cách công trình 6km, tất cả đều đạt chất lượng và đáp ứng đầy đủ về số lượng và chủng loại. Đường vận chuyển tương đối thuận tiện. - Các cấu kiện đúc sẵn được lấy tại Xí nghiệp bêtông tươi thuộc Tổng Công ty Xây Lắp Thừa Thiên Huế, với cự ly vận chuyển 10km. Đáp ứng đầy đủ về số lượng và chất lượng theo yêu cầu. - Bê tông nhựa lấy tại trạm trộn Bích Thuận (Dạ Lê, Thuỷ Phương, Hương Thuỷ) cách tuyến 5km. 7.6. Xác định các điều kiện thi công. Các đơn vị thi công trong khu vực có đội ngũ kỹ thuật giàu kinh nghiệm đã từng tham gia chỉ đạo thi công nhiều công trình quan trọng và có quy mô lớn. Đội Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 65 ngũ công nhân lành nghề đã từng tham gia nhiều công trình tương tự đạt chất lượng cao. Ngoài ra, các đơn vị thi công có đầy đủ các loại máy móc, trang thiết bị phục vụ thi công góp phần nâng cao năng suất, rút ngắn thời gian thi công, đảm bảo hoàn thành công trình đúng tiến độ và đạt chất lượng. 7.7. Quan điểm cấu tạo thiết kế. 7.7.1 Quan điểm chung: - Tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường, tức là sử dụng các biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ nền đất, tạo điều kiện để nền đất cùng tham gia chịu lực với kết cấu áo đường đến mức tối đa, đồng thời sử dụng các biện pháp tổng hợp khác nhau để hạn chế tác dụng của ẩm và nhiệt đến cường độ và độ bền của mỗi tầng lớp trong kết cấu áo đường. Như vậy tốt nhất là thiết kế một kết cấu áo đường kín và ổn định nhiệt, có tầng mặt không thấm nước, thoát nước mặt nhanh. - Cấu tạo lớp mặt và trong một số trường hợp còn có lớp bảo vệ trên lớp mặt nhằm hạn chế tác hại của ngoại lực đến lớp chịu lực chủ yếu của tầng mặt. - Chú ý sử dụng tối đa các vật liệu tại chổ, phế thải công nghiệp. Đồng thời vận dụng các kinh nghiệm về xây dựng và khai thác áo đường trong từng điều kiện cụ thể của địa phương. - Phải phù hợp với khả năng thi công thực tế, tăng nhanh tốc độ dây chuyền thi công, cơ giới hóa, công nghệ hóa trong quá trình xây dựng áo đường, giảm giá thành công trình. - Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư trong thiết kế cấu tạo áo đường, dự tính biện pháp tăng cường bề dày, thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường cho phù hợp với lưu lượng xe chạy tăng dần theo thời gian: Từ lưu lượng xe chạy tính toán ở bảng 7.2 trong thời gian đầu lưu lượng xe nhỏ do đó ta chọn mặt đường cấp cao thứ yếu A2 và thời gian sau lưu lượng xe lớn ta nâng cấp mặt đường cấp A2 lên mặt đường cấp cao chủ yếu A1. 7.7.2 Nguyên tắc thiết kế: a. Đối với tầng mặt: * Yêu cầu: - Đủ cường độ và ổn định cường độ (khả năng chống trượt, chống bong bật cao), ít hoặc không thấm nước. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . . V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Giáo trình hình thành hệ số ứng dụng cấu tạo mặt cắt ngang nền đường biến đổi dọc theo tuyến địa hình . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình. (m 3 ). + F: Diện tích mặt cắt ngang nền đường biến đổi dọc theo tuyến tùy theo địa hình, cao độ đào đắp thiết kế và cấu tạo kích thước nền đường (m 2 ). + L: Chiều dài đoạn tuyến định tính toán. trong kết cấu áo đường. Như vậy tốt nhất là thiết kế một kết cấu áo đường kín và ổn định nhiệt, có tầng mặt không thấm nước, thoát nước mặt nhanh. - Cấu tạo lớp mặt và trong một số trường