Giáo trình hình thành hệ số ứng dụng cấu tạo mặt cắt ngang nền đường biến đổi dọc theo tuyến địa hình p2 docx

Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 66 - Đủ độ bằng phẳng. - Đủ độ nhám (hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường cao). - Mặt đường ít sinh bụi (khả năng chịu mài mòn cao). * Nguyên tắc chọn: Căn cứ vào cấp áo đường đồng thời phải xét đến điều kiện khí hậu, khả năng cung cấp vật liệu, khả năng thi công, điều kiện duy tu sửa chữa. Ta đưa ra các loại vật liệu làm mặt đường như sau: + Đối với kết cấu A1: Loại vật liệu sử dụng làm lớp mặt chỉ có thể là bêtông ximăng(BTXM) hoặc bêtông nhựa(BTN) loại I. + Mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng,cấp cao.So với các loại mặt đường khác thì mặt đường BTXM có các ưu điểm sau: -Cường độ cao,thích hợp với mọi phương tiện vận tải, kể cả phương tiện bánh xích. -Cường độ rất ổn định dưới tác dụng phá hoại của nước và không thay đổi theo thời gian như mặt đường nhựa . -Độ hao mòn nhỏ. Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường cao kể cả khi ẩm ướt. -Tuổi thọ lâu hơn so với BTN . -Mặt đường có màu sáng, dễ phân biệt với lề đường có màu thẫm,do đó tăng độ an toàn xe chạy về ban đêm. -Có thể cơ giới hóa hoàn toàn công tác thi công mặt đường BTXM. -Công tác duy tu bảo dưỡng đơn giản . Các nhược điểm của mặt đường BTXM : -Không thông xe được ngay sau khi thi công mà phải bảo dưỡng một thời gian dài để bê tông đạt cường độ thiết kế. -Cần phải xây các khe co giãn trên mặt đường BTXM,các khe này là chổ yếu nhất hay nứt vỡ, làm giảm độ bằng phẳng đi rất nhiều. - Giá thành tương đối cao(1.5~3 lần so với mặt đường nhựa). Tuy có nhiều ưu điểm nhưng với giá thành tương đối cao, không phù hợp tình hình kinh tế của địa phương do đó không chọn mặt đường BTXM. + Mặt đường BTN là loại mặt đường cấp cao sử dụng vật liệu được chế tạo từ một hỗn hợp vật liệu có cấu trúc, thành phần hạt theo nguyên lý chặt, liên tục và có nhựa làm chất kết dính, có những ưu nhược điểm sau: 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 67 Ưu điểm: -Cường độ mặt đường khá cao, thích hợp lưu lượng giao thông lớn. -Là mặt đường có độ rỗng còn dư nhỏ, chặt, kín, hạn chế được nước thấm xuống dưới. -Mặt đường có độ bằng phẳng cao, cho phép xe chạy với tốc độ lớn, êm thuận, ít gây tiếng ồn. -Mặt đường ít sinh bụi, có độ bào mòn nhỏ, dễ duy tu bảo dưỡng. Nhược điểm: -Cường độ mặt đường giảm khi nhiệt độ cao, đặc biệt khi vào mùa nắng mặt đường dễ sinh hiện tượng trượt, trồi lớn ở những chổ có lực ngang lớn. -Mặt đường dễ bị trơn trượt khi ẩm ướt. -Mặt đường có màu sẫm rất khó phân biệt với lề đường khi xe chạy vào ban đêm. - Mặt đường yêu cầu có thiết bị trộn hiện đại, công tác lu lèn kỹ, thiết bị lu cũng phải chuyên dụng, đắt tiền. - Trạm trộn gây ô nhiễm cho môi trường. Tuy có một số nhược điểm như trên nhưng với lưu lượng chạy lớn và tốc độ xe chạy yêu cầu cao của tuyến thiết kế lại phù hợp với khả năng kinh tế của địa phương, sự đầy đủ máy móc, thiết bị của đơn vị thi công ta chọn BTN làm vật liệu tầng mặt. Đối với kết cấu áo đường A2 thì tầng mặt có thể chọn: BTN loại II hoặc thấm nhập nhựa. Đối với mặt đường thấm nhập nhựa do mặt đường sử dụng vật liệu theo nguyên lý đá chèn đá, nên có lổ rỗng lớn, kết cấu hở không hạn chế được nước thấm xuống nền đường. Do việc tưới thấm nhựa từ trên xuống nên nhựa chỉ liên kết các viên đá chứ không bao bọc đá hoàn hảo, nước có thể len vào tách màng nhựa. Kết cấu hở nên nhựa có thể chảy vào các lổ rỗng, màng nhựa liên kết các viên đá dày dẫn đến việc tốn nhựa. Mặt đường ít bằng phẳng không thích hợp cho xe chạy với vận tốc cao. Quá trình thi công phụ thuộc nhiều vào thời tiết, dễ gây ô nhiễm môi trường, chủ yếu làm bằng thủ công, kém an toàn lao động, dễ thất thoát nhựa. Cường độ mặt đường phụ thuộc nhiều vào việc tưới nhựa đều hay không. 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 68 Từ những đặc điểm của các loại mặt đường nêu trên ta chọn loại mặt đường BTN, nó vừa phù hợp với các điều kiện thi công của các đơn vị trong khu vực cũng như việc cung cấp vật liệu. b. Đối với tầng móng: * Yêu cầu: Đủ cường độ và ổn định cường độ. * Nguyên tắc chọn: - Căn cứ vật liệu địa phương. - Môđuyn đàn hồi các lớp vật liệu giảm dần theo chiều sâu. - Vật liệu chọn có thể hạt lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết. - Môđuyn đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới kề nó không chênh nhau 1.5 ~ 3 lần. - Căn cứ vào điều kiện địa chất, thuỷ văn. Ta đưa ra các loại vật liệu làm móng đường như sau: + Cấp phối đá dăm + Cấp phối đá dăm gia cố ximăng + Cát gia cố ximăng + Cấp phối tiêu chuẩn, cấp phối cuội sỏi. + Đá dăm macadam Các loại móng áo đường gia cố chất liên kết vô cơ yêu cầu về thời gian bảo dưỡng dài nên không phù hợp với điều kiện của tuyến (việc trao đổi hàng hoá và đi lại của dân cư 2 khu vực luôn cần phải được đảm bảo, mưa thường kéo dài và nặng hạt) và quá trình công nghệ thi công rất phức tạp từ khâu trộn hỗn hợp cho đến khi san rải và đầm lèn luôn bị khống chế thời gian (sao cho toàn bộ quá trình công nghệ thi công từ khi đổ nước vào máy trộn hỗn hợp đến khi lu lèn, hoàn thiện xong bề mặt không vượt quá thời gian bắt đầu ninh kết của ximăng). Móng đá dăm macadam yêu cầu về kích cỡ hạt cao, sản phẩm phải được làm từ thủ công là tốt nhất. Hơn nữa, trong giai đoạn lu lèn yêu cầu đá này phải sinh ra bột đá để kết hợp với nước làm chất kết dính, do vậy không thích hợp với các mỏ đá trong khu vực. 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 69 Cấp phối đá dăm có cường độ cao, ổn định nước hơn vì thành phần hạt mịn là bột đá ít hút nước, ngoài ra công nghệ thi công được tiêu chuẩn hoá, cơ giới hoá cao. Cấp phối tiêu chuẩn, cuội sỏi có cường độ cũng khá cao, giá thành rẻ, vật liệu tại địa phương sẵn có nên thích hợp cho việc xây dựng kết cấu áo đường trong giai đoạn đầu của phương án án đầu tư phân kỳ để giảm giá thành xây dựng. 7.8. Đề xuất các phương án cấu tạo kết cấu áo đường. Từ các đặc điểm nêu trên ta chọn kết cấu áo đường cho phương án đầu tư xây dựng như sau: 7.8.1.Các phương án đầu tư xây dựng một lần (15 năm): Phương án đầu tư xây dựng một lần có thời gian đại tu là 15 năm. Kết cấu áo đường là loại cấp cao chủ yếu A1. Nhằm so sánh các phương án hợp lý hơn, kết cấu áo đường sẽ được dự kiến cấu tạo chiều dày các lớp vật liệu. a) Phương án 1a: b) Phương án 1b: +Kết cấu áo đường +Kết cấu áo đường Neàn ñöôøng 6 30 4 2 8 1 16 6 4 Eyc = 155 MPa Neàn ñöôøng 4 6 30 Eyc = 155 MPa 2 622 3 4 1 c) Phương án 1c: +Kết cấu áo đường d) Kết cấu lề gia cố cả 3 phương án đều giống kết cấu phần xe chạy: 4 Neàn ñöôøng 6 1 4 5 1830 2 6 Eyc = 155 MPa 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 70 7.8.2.Các phương án đầu tư xây dựng phân kì: * Kết cấu 10 năm đầu: a) Phương án 2a: b) Phương án 2b: +Kết cấu áo đường + Kết cấu áo đường 18 Nãön âæåìng 6 4 18 Nãön âæåìng 6 4 18 7 3 15 7 Eyc = 123 MPa 7 5 7 Eyc = 123 MPa c) Phương án 2c: +Kết cấu áo đường 4 Neàn ñöôøng 6 Eyc = 123 MPa 8 1515 7 7 d) Kết cấu lề gia cố cả 3 phương án đều giống kết cấu phần xe chạy: * Kết cấu 5 năm sau : Dùng kết cấu cho 5 năm sau của cả 3 phương án đều giống nhau bằng cách tăng cường thêm các lớp giống nhau. Tham khảo bảng 2-3 [4], khi lớp CPĐD loại I Dmax25 làm lớp mặt và có Ne =502748 trục > 0,1.106 trục thì bề dày tối thiểu 15cm: Eyc = 155 MPa h 15 6 4 9 Nãön âæåìng 6 3 1 2 1 . BTNC loại I, Dmax15 6 . Nền đường 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 71 2 . BTNC loại II, Dmax25 7 . BTNC loại II, Dmax20. 3 . CPĐD loại I, Dmax25 8 . Đá dăm gia cố XM 5 % 4 . Cấp phối tiêu chuẩn loại C 9. Nền đường cũ 5 . Cát gia cố XM 8 %. 7.9. Phân tích- so sánh các phương án kết cấu áo đường đã đề xuất theo cấu tạo: 7.9.1. Phương án đầu tư xây dựng phân kỳ: + Phương án 1a và 1c: Là một kết cấu kín, khả năng cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của kết cấu này là rất tốt, do có lớp móng trên là lớp đá dăm gia cố xi măng của phương án Ia cũng như lớp cát vàng gia cố ximăng của phương án 1c, có kết cấu chặt kín và rất ổn định nước, đối với phương án 1a có thể tận dụng được vật liệu địa phương. Tuy nhiên yêu cầu phải có thiết bị trộn chuyên dùng khi thi công lớp cát gia cố ximăng cũng như lớp đá dăm gia cố, sau khi thi công xong yêu cầu cần phải có thời gian bảo dưỡng nhất định thì cường độ mới hình thành. Do sử dụng chất liên kết rắn trong nước nên thường khống chế thời gian thi công. Hiện tuyến đường đang thiết kế Chủ đầu tư yêu cầu tiến độ gấp. Mặc dù có gia cố nhưng trị số mô đuyn đàn hồi của các lớp gia cố này không lớn nên chiều dày không nhỏ hơn mấy so với phương án 1b. + Phương án 1b: Là một kết cấu chặt liên tục hạn chế được nước thấm xuống bên dưới, tận dụng được vật liệu địa phương, có khả năng cơ giới hoá hầu hết các khâu thi công, tổ chức thi công đơn giản hơn, máy móc thi công cùng loại, dễ bố trí dây chuyền thi công điều phối xe máy. Giá trị mô đuyn đàn hồi của lớp CPĐD không nhỏ hơn nhiều so với các lớp cát gia cố XM và CP đá dăm gia cố XM, nên chiều dày theo dự kiến không lớn nhiều. Kết luận: Sau khi phân tích thấy phương án 1b có nhiều ưu điểm hơn trong thi công cũng như về mặt kỹ thuật. Vậy kiến nghị chọn phương án 1b để lập phương án so sánh với phương án đầu tư phân kỳ. 7.9.2 Phương án đầu tư xây dựng một lần: + Phương án 2a: Là một kết cấu chặt liên tục hạn chế được nước thấm xuống bên dưới, tận dụng được vật liệu địa phương, có khả năng cơ giới hoá hầu hết các khâu thi công, tổ 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 72 chức thi công đơn giản hơn, máy móc thi công cùng loại, dễ bố trí dây chuyền thi công điều phối xe máy. Chiều dày các lớp vật liệu theo dự kiến không lớn hơn nhiều do sự chênh lệch các giá trị mô đuyn đàn hồi không lớn. + Phương án 2b và 2c: Là một kết cấu kín, khả năng cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của kết cấu này là rất tốt, phương án 2c tốt hơn do có lớp móng trên là lớp cát vàng gia cố ximăng có thể tận dụng được vật liệu địa phương so với lớp đá dăm gia cố XM của phương án 2b. Tuy nhiên yêu cầu phải có thiết bị trộn chuyên dùng khi thi công lớp cát gia cố ximăng, sau khi thi công xong yêu cầu cần phải có thời gian bảo dưỡng nhất định (cả 2 phương án) thì cường độ mới hình thành. Do sử dụng chất liên kết rắn trong nước nên thường khống chế thời gian thi công. Hiện tuyến đường đang thiết kế Chủ đầu tư yêu cầu tiến độ gấp. Kết luận: Sau khi phân tích thấy phương án 2a có nhiều ưu điểm hơn trong thi công cũng như về mặt kỹ thuật. Vậy kiến nghị chọn phương án 2a để lập phương án so sánh với phương án đầu tư một lần. 7.10. Xác định các thông số tính toán của nền đường và các lớp mặt đường. 7.10.1. Môđuyn tính toán của đất nền đường. Đất nền đường của tuyến là loại đất á sét lẫn sỏi sạn, có độ ẩm tương đối tính toán : 6,0 W W nh tn  tra bảng B-3 [4] (tra trang 63-22TCN211-06) . E 0 = 42 MPa, lực dính C = 0,032 MPa, góc ma sát  = 24 0 . 7.10.2. Môđun đàn hồi tính toán của các lớp mặt đường. Các đặc trưng tính toán của các lớp mặt đường phải xác định tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể. - Đối với bêtông nhựa nhiệt độ tính toán (tra trang 67-22TCN211-06) : Khi tính điều kiện chịu kéo khi uốn : t = 15 0 C. Khi tính theo điều kiện độ võng đàn hồi : t = 30 0 C. Khi tính theo điều kiện ổn định trượt : t =60 0 C. - Đối với các tỉnh miền Trung, theo các kết quả khảo sát và thí nghiệm thực tế của các đơn vị thí nghiệm các tỉnh, cho thấy lớp BTN thuộc loại BTN nhiều đá dăm (> 50%). 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 73 Bảng 7.7. Bảng các thông số yêu cầu các lớp tầng mặt. E(MPa) R u (MPa) C (MPa)  (độ) S T T Tên vật liệu Võng Uốn Trượt 1 BTNC loại I D max 15 420 1800 300 2,8 0,3 2 BTNC loại II D max 25 420 1800 300 2,4 0,2 3 CPĐD loại I D max 25 300 4 Cấp phối thiên nhiên loại C 180 5 Cát gia cố XM 8% 350 6 Đất nền á sét lẫn sỏi sạn 42 0,032 24 7 BTNC loại II D max 20 420 1800 300 2,4 0,2 8 Đá dăm gia cố XM 5%, R 28 >2MPa 400 9 Mặt đường cũ 80%E cu 7.11. Tính toán Ech của các phương án kết cấu áo đường-So sánh với Eyc (Phương án chọn). Vì kết cấu áo đường đã đề xuất gồm các lớp vật liệu với bề dày giả thiết nên tính Ech của cả kết cấu rồi so sánh với Eyc ở cuối thời kỳ khai thác của mỗi loại áo đường. Nếu yc dv cdch E.KE  thì kết cấu thoả mãn về điều kiện độ võng cho phép. Trong đó: dv cd K : hệ số cường độ về độ võng được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế theo các bảng (3-2) và (3-3) [4]. Đối với đường cấp IV, chọn độ tin cậy 0,90 tương ứng với dv cd K =1,10. Để tiện cho việc sử dụng toán đồ đã được lập sẵn, chuyển nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi lần lượt các lớp kết cấu áo đường hai lớp một từ dưới lên. Từ đó sẽ xác định được E tb của các lớp mặt đường. Cách xác định chiều dày và E tb của lớp vật liệu quy đổi từ hai lớp về một lớp như sau: 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 74 Từ đó: H = h 1 + h 2 , 3 31 1Tb k1 t.k1 EE          (7.4). Trong đó: 2 1 h h k  ; 2 1 E E t  với + h 1 , h 2 : Là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường. + E 1 , E 2 : Là môđun đàn hồi lớp trên và dưới của vật liệu. Sau khi qui đổi nhiều lớp vật liệu áo đường về một lớp thì cần nhân thêm E tb với hệ số điều chỉnh . Xác định  theo bảng 3-6 [4]. Tỷ số H/D 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 Hệ số  1,033 1,069 1,107 1,136 1,178 1,198 1,210 E tt tb =   E tb D: Đường kính vệt bánh xe tương đương. D = 33 cm. Đối với phương án xây dựng phân kỳ, trị số môđuyn đàn hồi còn lại của mặt đường cũ lấy bằng 80% môđuyn đàn hồi của các lớp áo đường. E 1 E o P D h 1 h 2 E ch E E tb E o H D E ch P Hình 7.4: Cách chuyển hệ hai lớp về hệ một lớp 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 75 7.11.1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi -Phương án 1b. 4 6 3 2 1 30 22 4 6 E0 = 42 MPa E4 = 180MPa E34 = 225,83 MPa E234 = 243,50 MPa E1234 = 253,01 MPa Neàn ñöôøng Kdv.Eyc = 170,50 MPa Ech = 170,86 MPa TT Tên vật liệu E i h i t K h t E tb 1 BTN loại I Dmax15 420 4 1,72 0,07 62 253,01 2 BTN loại II Dmax25 420 6 1,40 0,27 58 243,50 3 CPĐD loại I Dmax25 300 22 1,67 0,73 52 225,83 4 Cấp phối tiêu chuẩn loại C 180 30 5 Móng nền đất (E0) 42 Tỷ số:  33 62 D H 1,88 ; trị số Etb của kết cấu áo đường được nhân thêm hệ số =1,20 Vậy : E TB = E tb x  = 253,01x 1,20 = 304,67 MPa Dùng toán đồ 3-1 [4] xác định môđuyn đàn hồi chung của mặt đường. Từ các tỷ số:  33 62 D H 1,87  674,304 42 E E TB 0 0,14 KOGAN  TB ch E E 0,5608 E ch = 0,5608  E TB = 0,5608  304,674 = 170,86 MPa E ch = 170,86 (MPa) > dv cd K .E yc = 1,1x155 = 170,50 MPa Nên kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép. 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 . . . vật liệu sử dụng làm lớp mặt chỉ có thể là bêtông ximăng(BTXM) hoặc bêtông nhựa(BTN) loại I. + Mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng,cấp cao.So với các loại mặt đường khác thì mặt đường BTXM. -Cường độ rất ổn định dưới tác dụng phá hoại của nước và không thay đổi theo thời gian như mặt đường nhựa . -Độ hao mòn nhỏ. Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường cao kể cả khi ẩm ướt. -Tuổi. đó không chọn mặt đường BTXM. + Mặt đường BTN là loại mặt đường cấp cao sử dụng vật liệu được chế tạo từ một hỗn hợp vật liệu có cấu trúc, thành phần hạt theo nguyên lý chặt, liên tục và