Áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp vật liệu khác nhau, có độ cứng và cường độ lớn hơn so với đất nền đường, trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và sự phá hoại thường xuyên của các nhân tố thiên nhiên như mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,…Áo đường phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia cố có cho xe thô sơ đi phải đảm bảo bề mặt đạt được độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đưa đường vào khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo chỉ dẫn ở 22 TCN 277)
THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG CHƯƠNG 1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI ÁO ĐƯỜNG VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 1.1.1 Những yêu cầu chung đối với áo đường. Áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp vật liệu khác nhau, có độ cứng và cường độ lớn hơn so với đất nền đường, trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và sự phá hoại thường xuyên của các nhân tố thiên nhiên như mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,… Do đó khi thiết kế và xây dựng áo đường phải đạt được các yêu cầu sau đây: 1. Áo đường phải có đủ cường độ chung biểu thị qua khả năng chống lại biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn do chịu kéo uốn hoặc do thay đổi nhiệt độ. Ngoài ra, cường độ của áo đường phải ít thay đổi theo điều kiện thời tiết, khí hậu, tức là phải ổn định về mặt cường độ. 2. Mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản lăn, giảm sóc khi xe chạy. Do đó sẽ nâng cao được tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiện liệu và kéo dài tuổi thọ của xe, giảm giá thành vận tải. Để đảm bảo được độ bằng phẳng thì khi thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp và chú ý đến các biện pháp kỹ thuật khi thi công. Áo đường phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia cố có cho xe thô sơ đi phải đảm bảo bề mặt đạt được độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đưa đường vào khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo chỉ dẫn ở 22 TCN 277) như ở Bảng 1.1. Bảng 1.1: Yêu cầu về độ bằng phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km) Đường xây dựng mới Đường cải tạo, nâng cấp 120 và 100 ≤ 2,0 ≤ 2,5 80 ≤ 2,2 ≤ 2,8 60 ≤ 2,5 ≤ 3,0 Từ 40 đến 20 (mặt đường nhựa) ≤ 4,0 ≤ 5,0 Từ 40 đến 20 (mặt đường cấp thấp) ≤ 6,0 ≤ 8,0 Độ bằng phẳng cũng được đánh giá bằng thước dài 3m theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 16 - 79 “Quy trình xác định độ bằng phẳng mặt đường”. 6/1/2015 I- 1 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG 3. Bề mặt của áo đường phải có đủ độ nhám nhất định để nâng cao hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường, tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn với tốc độ cao và trong trường hợp cần thiết có thể dừng xe nhanh chóng. Để đảm bảo được độ nhám thì khi thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp. Độ nhám của bề mặt kết cấu áo đường là bê tông nhựa phải đạt được yêu cầu tối thiểu quy định thông qua chỉ tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu và mức độ nguy hiểm của đoạn đường thiết kế như ở Bảng 1-2 dưới đây theo quy trình 22 TCN - 278: Bảng 1.2: Yêu cầu về độ nhám mặt đường Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Hoặc mức độ nguy hiểm Chiều sâu rắc cát trung bình H tb (mm) V< 60 60≤ V < 80 80 ≤ V ≤ 120 H tb ≥ 0,25 H tb ≥ 0,35 H tb ≥ 0,45 Đường qua địa hình khó khăn nguy hiểm (đường vòng quanh co, đường cong bán kính dưới 150m mà không hạn chế tốc độ, đoạn có dốc dọc >5%, chiều dài dốc >100m H tb ≥ 0,80 Ghi chú Bảng 1.2: Đối với đường cao tốc các loại, các cấp theo TCVN 5729 : 1997 và đối với đường cấp I, cấp II theo TCVN 4054 : 2005 (là các đường mỗi chiều xe chạy có 2 làn xe và có giải phân cách giữa) thì trừ các đoạn có cắm biển hạn chế tốc độ nên thiết kế lớp mặt tạo nhám đạt chiều sâu rắc cát trung bình Htb≥0,55mm. Nếu không có biển báo hạn chế tốc độ thì tốc độ xe chạy yêu cầu có thể lấy bằng 1,25 lần tốc độ thiết kế tương ứng với cấp hạng đường thiết kế . 4. Áo đường phải có sức chịu bào mòn tốt và sản sinh ra ít bụi. Vì bụi sẽ làm giảm tầm nhìn, gây tác dụng xấu cho hành khách, hàng hóa và gây ô nhiễm môi trường. Không phải lúc nào cũng đòi hỏi áo đường phải có đủ phẩm chất đáp ứng các yêu cầu nói trên một cách tốt nhất, vì như vậy sẽ rất tốn kém, nhất là khi cường độ vận tải còn thấp. Do đó người thiết kế phải xuất phát từ yêu cầu thực tế, ý nghĩa và tầm quan trọng của đường, để đưa ra những kết cấu mặt đường thích họp thỏa mãn ở các mức độ khác nhau các yêu cầu nói trên. 1.1.2 Các tầng lớp kết cấu áo đường Kết cấu các tầng lớp áo đường phải đáp ứng được các yêu cầu về vận tải và sử dụng nói trên. Phân tích trạng thái ứng suất trong kết cấu áo đường khi chịu tác dụng của tải trọng Khi xe chạy, lực tác dụng lên kết cấu áo đường gồm hai thành phần: 6/1/2015 I- 2 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG - Lực thẳng đứng do tải trọng xe chạy, gây ra trạng thái ứng suất σ z trong kết cấu áo đường: Trên bề mặt σ z = p (p là áp lực thẳng đứng do tải trọng bánh xe nặng nhất truyền xuống qua diện tích vệt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường). Lực thẳng đứng truyền xuống khá sâu cho đến nền đất (trong phạm vi tác dụng của tải trọng) khiến nền đất phải tham gia chịu tải - Lực nằm ngang do sức kéo, lực hãm, lực ngang (khi xe chạy trong đường cong) gây ra trạng thái ứng suất σ x trong kết cấu áo đường Hình 1.1 Sơ đồ phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường theo chiều sâu σ z = (0,2-0,3)p khi xe chạy và σ z = (0,75-0,85)p khi hãm xe. Lực ngang chủ yếu tác dụng trên gần mặt áo đường mà không truyền sâu xuống các lớp dưới nên chỉ gây trạng thái ứng suất ở các lớp trên cùng của các lớp kết cấu làm cho vật liệu tại đó bị xô trượt, bào mòn dẫn đến phá hoại Như vậy, về mặt chịu lực thì kết cấu áo đường cần có nhiều tầng lớp có nhiệm vụ khác nhau để đáp ứng yêu cầu chịu lực khác nhau phù hợp với trạng thái ứng suất: Cường độ các lớp giảm dần, lớp vật liệu tốt có cường độ cao, có sức chịu bào mòn tốt ở trên, lớp vật liệu rời rạc có cường độ thấp ở dưới. Líp mÆt trªn Líp mÆt duíi Líp mãng trªn Líp mãng duíi Wearing course Binder course Road base (Base) Sub-Base Líp ®¸y ¸o ®uêng Capping layer (improved sub-grade) TÇng mÆtTÇng mãng NÒn ®¾p hoÆc ®Êt tô nhiªn Embankment or Natural ground (Sub - Grage) Mãng nÒn ®Êt trong khu vôc t¸c dông Aã ®uêng KÕt cÊu ¸o ®uêng (~1,2m) Road foundation Surfacing Subgrade Hình 1.2 Cấu tạo các tầng lớp trong kết cấu áo đường 6/1/2015 I- 3 z σ x σ z P P NÒn ®Êt THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG 1. Tầng mặt: Tầng mặt chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe chạy (lực thẳng đứng và lực nằm ngang) và tác dụng của các nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, thay đổi nhiệt độ,…). Để chịu được các tác dụng đó, tầng mặt đòi hỏi phải được làm bằng các vật liệu có cường độ và sức liên kết tốt. Tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống nứt, có khả năng chịu mài mòn tốt, không bụi và ít bong bật. Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng (đây là các lớp không tính vào bề dày chịu lực của kết cấu mà là các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại bề mặt và trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đường) rồi đến lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực quan trọng tham gia vào việc hình thành cường độ của kết cấu áo đường mềm. 2. Tầng móng: Chịu lực thẳng đứng là chính, nhiệm vụ là truyền và phân bố lực thẳng đứng để khi truyền xuống nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến một mức độ đất nền đường có thể chịu được mà không tạo nên biến dạng thẳng đứng hoặc biến dạng trượt quá lớn. Vật liệu tầng móng có thể dùng loại rời rạc nhưng phải đảm bảo có độ cứng nhất định. Có thể bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất do tải trọng bánh xe truyền xuống nền đường. Như vậy có thể tận dụng được vật liệu tại chỗ địa phương để giảm giá thành xây dựng. 3. Lớp đáy áo đường: Lớp đáy áo đường có các chức năng sau: – tạo được một lòng đường chịu lực đồng nhất, sức chịu tải tốt; – ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất và từ dưới lên móng áo đường; – tạo "hiệu ứng đe" để bảo đảm chất lượng đầm nén các lớp móng phía trên; – tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đường không gây hư hại nền đất phía dưới (ngay cả khi thời tiết xấu). Lớp đáy móng cấu tạo bằng đất hoặc vật liệu thích hợp để đạt được các yêu cầu sau: – độ chặt đầm nén cao K = 1,00 ÷ 1,02 (đầm nén tiêu chuẩn); – môđun đàn hồi E ≥ 50 MPa (500 daN/cm 2 ) hoặc chỉ số CBR ≥ 10 (tùy theo loại đất); – bề dày tối thiểu là 30 cm. Cần bố trí lớp đáy móng thay thế cho 30 cm phần đất trên cùng của nền đường đường cấp I đường cấp II và đường cấp III có 4 làn xe trở lên, nếu bản thân phần đất trên cùng của nền đường không đạt các yêu cầu nói trên. Nên thiết kế lớp đáy móng khi nền đắp bằng cát, bằng đất sét trương nở và khi đường qua vùng mưa nhiều hoặc chịu tác động của nhiều nguồn ẩm khác nhau. 6/1/2015 I- 4 THIT K MT NG Vt liu lm lp ỏy múng cú th bng t cú cp phi tt (khụng c bng cỏt cỏc loi), cp phi thiờn nhiờn, t gia c vụi (xi mng) t l thp. Chiu rng lp ỏy múng nờn rng hn chiu rng tng múng mi bờn l 15 cm. 4. Múng nn t : Cng l mt b phn ca kt cu ỏo ng v gi l kt cu tng th nn mt ng. Kt cu nn ỏo ng hay kt cu tng th nn mt ng gm kt cu ỏo ng trờn v phn khu vc tỏc dng ca nn ng di. Thit k tng th nn mt ng cú ngha l ngoi vic chỳ trng cỏc gii phỏp thit k cu to kt cu ỏo ng cũn phi chỳ trng n cỏc gii phỏp nhm tng cng cng v n nh cng i vi khu vc tỏc dng ca nn ng. 1.1.3 Cu to trc ngang ỏo ng Trc ngang ỏo ng cú dng hỡnh mỏng nh hỡnh 1.3 B b b gcl b l b d i n i n i gcl i d i gcl i d Hỡnh 1.3 Cu to trc ngang ỏo ng + B rng lp múng trờn phi rng hn b rng ca tng mt mi bờn 20cm; + B rng lp múng di nờn rng hn b rng lp múng trờn mi bờn 15cm; + B rng ca lp múng kiờm chc nng thm thoỏt nc t kt cu ỏo ng ra nờn ri ht ton b b rng nn ng . Hai vớ d v kt cu ỏo ng cp cao nh hỡnh 1.4 di õy Nền đất 30 15 7 5 Kết cấu áo đuờng mềm Bê tông nhụa hạt mịn Cấp phối đá dăm 1 Bê tông nhụa hạt trung Cấp phối đá dăm 2 Nền đất Kết cấu áo đuờng cúng 24 2 1520 Tấm Bê tông xi măng #350 Cát vàng trộn nhụa Đá dăm gia cố 6% xi măng Cấp phối đá dăm 2 Hỡnh 1.4 Cỏc kt cu ỏo ng cp cao 6/1/2015 I- 5 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG 1.2 PHÂN LOẠI ÁO ĐƯỜNG 1.2.1 Phân loại về đặc tính và phạm vi sử dụng Tầng mặt áo đường được phân thành 4 cấp: cấp cao A 1 ; cấp cao A 2 (cấp cao thứ yếu); cấp thấp B 1 (cấp quá độ); cấp thấp B 2 , mỗi cấp lại bao gồm một số loại tầng mặt làm bằng các loại vật liệu khác nhau theo nguyên lý cấu trúc khác nhau như bảng 1.3 Áo đường cấp cao A 1 là loại đáp ứng yêu cầu không phát sinh biến dạng dư dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, tức là loại áo đường này chỉ cho phép làm việc hoàn toàn trong giai đoạn đàn hồi, do đó nó bảo đảm duy trì được chất lượng khai thác cao, xe chạy an toàn với tốc độ cao, kéo dài thời hạn giữa các kỳ sửa chữa tầng mặt. Bảng 1.3 Loại tầng mặt áo đường về đặc tính và phạm vi sử dụng Cấp thiết kế của đường Loại tầng mặt Vật liệu và cấu tạo tầng mặt Thời hạn tính toán (năm) Số xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toán (xe tiêu chuẩn/làn) Cấp I, II, cấp III và cấp IV Cấp cao A 1 - Bê tông xi măng không cốt thép hoặc cốt thép liên tục (1 lớp); - Bê tông nhựa chặt hạt mịn, hạt vừa làm lớp mặt trên; hạt vừa, hạt thô (chặt hoặc hở) làm lớp mặt dưới ≥ 20 năm ≥ 10 năm > 4.10 6 Cấp III, IV,V Cấp cao A 2 - Bê tông nhựa nguội, trên có láng nhựa - Thấm nhập nhựa - Láng nhựa (cấp phối đá dăm, đá dăm tiêu chuẩn, đất đá gia cố trên có láng nhựa) 8 5 ~ 8 4 ~ 7 > 2.10 6 > 1.10 6 > 0,1.10 6 Cấp IV, V, VI Cấp thấp B 1 - Cấp phối đá dăm, đá dăm macadam, hoặc cấp phối thiên nhiên trên có lớp bảo vệ rời rạc (cát) hoặc có lớp hao mòn cấp phối hạt nhỏ 3 ÷ 4 < 0,1.10 6 Cấp V,VI Cấp thấp B 2 - Đất cải thiện hạt - Đất, đá tại chỗ, phế liệu công nghiệp gia cố (trên có lớp hao mòn, bảo vệ) 2 ÷ 3 < 0,1.10 6 1.2.2 Phân loại về vật liệu và cấu trúc vật liệu 1) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối: - Theo nguyên lý đá chèn đá: là mặt đường đá dăm nước (hay đá dăm macadam) được cấu trúc bằng đá dăm có kích cỡ đồng đều, hình dạng sần sùi sắc cạnh và có cường độ tương đối cao. Thông qua quá trình vừa lu lèn (khi lu có tưới nước để đá dễ chặt và khỏi vỡ) vừa chèn thêm các cỡ đá dăm kích thước nhỏ hơn so với đá cơ 6/1/2015 I- 6 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG bản, cường độ của lớp áo đường này sẽ hình thành trên cơ sở ma sát, chèn móc giữa các hòn đá với nhau. Ưu điểm: công nghệ thi công đơn giản. Nhược điểm: đòi hỏi quá cao về hình dạng, kích cỡ và cường độ của đá, tốn công lu lèn, sức chịu bong bật kém nên thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp thấp và làm lớp móng cho đường cấp cao. - Theo nguyên lý cấp phối: là mặt đường cấp phối được cấu trúc bằng hỗn hợp đá, sỏi, cuội, cát, đất từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định để đảm bảo sau khi lu lèn hỗn hợp có độ rỗng nhỏ, tức là đạt được độ chặt lớn. Cường độ sẽ được hình thành do lực dính và lực ma sát giữa các hạt tăng lên. Yêu cầu chính là khống chế đúng tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần hạt và chỉ số dẻo (thông qua hàm lượng hạt nhỏ – đất dính). Nếu hàm lượng sét quá nhiều làm cho mặt đường kém ổn định với nước, nếu quá ít sẽ không đủ dính kết. Ưu điểm: tạo thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu địa phương, cường độ hạt không đòi hỏi quá cao, ít tốn công lu lèn. Nhược điểm: kém ổn định đối với nước, mùa mưa thì lầy lội, mùa khô thì nhiều bụi. 2) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi,…): nhờ có chất kết dính nên cường độ và tính ổn định nước của các loại mặt đường này được tăng lên rõ rệt. Điển hình cho loại mặt đường này là các lớp: đất hoặc đá có gia cố vôi, xi măng,… và thường dùng làm lớp móng cho đường cấp cao. Áo đường bê tông xi măng cũng thuộc loại này nhưng được cấu trúc đặc biệt tốt và thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp cao, chịu được bào mòn bề mặt, khả năng chịu kéo khi uốn lớn. 3) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết dính hữu cơ (bi tum, guđrông): tùy theo phương pháp thi công, ta có: * Theo phương pháp tưới: - Mặt đường thấm nhập nhựa: tưới nhựa vào các lớp đá đã rải sẵn rồi chèn và lu lèn, tùy theo chiều sâu nhựa thấm nhập mà ta có: thấm nhập nhẹ, bán thấm nhập và thấm nhập sâu. - Mặt đường láng nhựa: tưới nhựa lên tầng mặt đã hình thành rồi rải sỏi sạn hoặc đá dăm nhỏ và lu cho đá sỏi chìm vào trong nhựa * Thi công theo phương pháp trộn thì có các loại: đất gia cố nhựa; đá dăm đen (đá có kích cỡ đồng đều trộn với nhựa rồi rải và chèn đá con trộn nhựa); hỗn hợp đá trộn nhựa (cấp phối đất đá trộn nhựa rồi lu lèn chặt) và bê tông nhựa (bao gồm đá, cát, bột khoán và 4-12% nhựa đem trộn với nhau theo nguyên lý cấp phối tốt nhất và lu lèn chặt). 1.2.3 Phân loại theo đặc điểm tính toán cường độ áo đường Có hai loại: áo đường cứng và áo đường mềm. 6/1/2015 I- 7 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG - Áo đường cứng (mặt đường bê tông xi măng): là kết cấu có độ cứng rất lớn, cường độ chống biến dạng (mô đun đàn hồi hoặc mô đun biến dạng) cũng cao hơn hẳn so với nền đất và đặc biệt có khả năng chịu kéo khi uốn rất lớn, do đó nó làm việc theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi và phân bố được áp lực của tải trọng bánh xe xuống nền đất trên một diện tích rộng làm cho nền đất phía dưới ít phải tham gia chịu tải. - Áo đường mềm: là kết cấu với các tầng lớp đều có khả năng chịu uốn nhỏ (hoặc không có khả năng chịu uốn), dưới tác dụng của tải trọng bánh xe chúng chịu nén và chịu cắt trượt là chủ yếu. Cường độ và khả năng chống biến dạng của nó có thể thay đổi phụ thuộc vào thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm. Trong kết cấu áo đường mềm nền đất cũng tham gia chịu tải cùng với mặt đường ở mức độ đáng kể. Kết cấu áo đường mềm gồm có tầng mặt làm bằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường và tầng móng làm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của nền đường hoặc trên lớp đáy móng. 1.3 NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 1.3.1 Trình tự thiết kế áo đường: 1. Đề xuất các phương án cấu tạo kết cấu áo đường, mỗi phương án có thể có tầng mặt, tầng móng, số lớp bằng các vật liệu khác nhau, cấu trúc và công nghệ thi công khác nhau, phương án đầu tư một lần hay phân kỳ đầu tư, Ngoài ra khi đề xuất các phương án kết cấu áo đường cần phải chú trọng đến yêu cầu bảo vệ môi trường, yêu cầu bảo đảm an toàn giao thông và cả yêu cầu về bảo vệ sức khoẻ, bảo đảm an toàn cho người thi công, Nội dung công việc này chính là thiết kế cấu tạo các phương án kết cấu áo đường. 2. Tính toán kiểm tra cường độ chung và cường độ trong mỗi lớp kết cấu áo đường xác định bề dày mỗi lớp kết cấu áo đường theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép. 3. Tính toán luận chứng kinh tế – kỹ thuật, so sánh các phương án để lựa chọn phương án kết cấu áo đường tối ưu thỏa mãn được các yêu cầu đối với kết cấu áo đường, yêu cầu tận dụng vật liệu địa phương, phù hợp với công nghệ thi công và khả năng duy tu bảo dưỡng, 4. Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm các đặc trưng cơ học của các vật liệu đó để đưa ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu sử dụng cho mỗi lớp kết cấu của phương án đã chọn. 1.3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: 6/1/2015 I- 8 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường là chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng, lớp áo đường, chọn các giải pháp tăng cường cường độ và sự ổn định cường độ của khu vực tác dụng (bao gồm cả các giải pháp thoát nước nếu cần, cho các lớp kết cấu nền áo đường). Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm: 1. Chọn loại tầng mặt áo đường: Từ ý nghĩa, cấp hạng kỹ thuật của đường, lưu lượng xe chạy và tốc độ xe chạy thiết kế, đồng thời có xét đến điều kiện khí hậu, khả năng cung cấp vật liệu, khả năng công nghệ thi công, khả năng duy tu bảo dưỡng, mà chọn loại tầng mặt thích hợp. Trên tầng mặt áo đường, tùy theo cấp hạng đường, được bố trí các lớp tạo nhám, hao mòn, tạo phẳng thích hợp. Chọn loại tầng mặt áo đường như bảng 1.3 2. Chọn loại tầng móng: Gồm nhiều lớp được chọn tùy theo điều kiện nền đường, địa chất, thủy văn và tình hình vật liệu địa phương sẵn có. Nên bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất của tải trọng xe chạy nhằm sử dụng hợp lý khả năng làm việc của vật liệu mỗi lớp. Tỷ số mô đun đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới kề nó bằng vật liệu kém dính không nên vượt quá 5 – 6 lần. Số lớp cũng không nên quá nhiều để tránh phức tạp cho thi công và kéo dài thời gian khai triển dây chuyền công nghệ thi công. Cần dựa vào các nguyên tắc nêu trên để chọn và bố trí các lớp móng trên, móng dưới tuỳ thuộc loại tầng mặt như ở chỉ dẫn ở Bảng 1.4 cùng với các chú ý dưới đây: + Đối với đường cao tốc, đường cấp I, II và các đường có 4 làn xe trở lên thì cần sử dụng các lớp móng nửa cứng để tăng mức độ đồng đều về cường độ trên bề rộng phần xe chạy, chẳng hạn như bố trí lớp móng dưới bằng cát hoặc đất gia cố các chất liên kết vô cơ và bố trí lớp móng trên bằng cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng. + Ở những đoạn đường có thể bị ảnh hưởng của ẩm mao dẫn từ nước ngầm phía dưới thì lớp móng dưới nên sử dụng vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ với bề dày tối thiểu là 15cm. + Nếu lớp móng có thêm chức năng thấm thoát nước ra khỏi kết cấu áo đường thì lựa chọn vật liệu sao cho độ rỗng của nó sau khi đầm nén chặt bằng khoảng 15 –20%, cấp phối hạt không được chứa cỡ hạt ≤ 0,074m và hệ số thấm phải lớn hơn 3m/ngày đêm. + Trong trường hợp đặc biệt khó khăn (thiếu các phương tiện gia công đá hoặc thiếu phương tiện xe máy thi công) thì có thể sử dụng lớp móng bằng đá ba xếp có chêm chèn chặt cho các loại mặt đường cấp thấp B1, B2. Đá ba có kích cỡ lớn nhất là 18 – 24cm 6/1/2015 I- 9 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG + Phải thiết kế một lớp láng nhựa trên móng cấp phối đá dăm hoặc đá dăm nước để chống thấm nước xuống nền và chống xe cộ thi công đi lại phá hoại móng trong trường hợp làm móng trước để một thời gian trước khi thi công tiếp các lớp ở trên. Bảng 1.4. Chọn loại tầng móng Lớp vật liệu làm móng Phạm vi sử dụng thích hợp Điều kiện sử dụng Vị trí móng Loại tầng mặt 1. Cấp phối đá dăm nghiền loại I (22 TCN 334 -06) - Móng trên - Móng dưới Cấp cao A1, A2 Cấp cao A1 Nếu dùng làm lớp móng trên thì cỡ hạt lớn nhất Dmax ≤25mm và bề dày tối thiểu là 15cm (khi số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong 15 năm nhỏ hơn 0,1.10 6 thì tối thiểu dày 10cm) 2. Cấp phối đá dăm nghiền loại II (22 TCN 334 -06) - Móng dưới - Móng trên Cấp cao A1 Cấp cao A2 và cấp thấp B1 Nếu dùng làm lớp móng trên thì Dmax=25mm; Nếu dùng làm lớp bù vênh thì Dmax=19mm 3. Cấp phối thiên nhiên (22 TCN 304 - 03) - Móng dưới - Móng trên - Móng trên (mặt) và móng dưới Cấp cao A1, A2 Cấp cao A2 Cấp thấp B1, B2 Như quy định ở 22 TCN 304 - 03 4. Đá dăm nước (22 TCN 06 -77) - Móng dưới - Móng trên (mặt ) Cấp cao A2 Cấp thấp B1, B2 Phải có hệ thống rãnh xương cá thoát nước trong quá trình thi công và cả sau khi đưa vào khai thác nếu có khả năng thấm nước vào lớp đá dăm; Nên có lớp ngăn cách (vải địa kỹ thuật) giữa lớp móng đá dăm nước với nền đất khi làm móng có tầng mặt cấp cao A2; Không được dùng loại kích cỡ mở rộng trong mọi trường hợp. 5. Bê tông nhựa rỗng theo 22 TCN 249; hỗn hợp nhựa trộn nguội, lớp thấm nhập nhựa (22 TCN 270) - Móng trên - Móng trên (mặt ) Cấp cao A1 Cấp cao A2 Với các loại hỗn hợp cuội sỏi, cát, trộn nhựa nguội hiện chưa có tiêu chuẩn ngành 6. Cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng theo 22 TCN 245; cát gia cố xi măng theo 22 TCN 246 - Móng trên - Móng trên (mặt ) Cấp cao A1 Cấp cao A2 Cỡ hạt lớn nhất được sử dụng là 25mm Cường độ yêu cầu của cát gia cố phải tương ứng với yêu cầu đối với móng trên 6/1/2015 I- 10 [...]... thớ nghim Nhng hn ch núi trờn chớnh l nhng hn ch tt yu i vi mt phng phỏp da trờn cn bn thc nghim Cho n nay nhng nc tiờn tin chõu u u phi da vo phng phỏp lý thuyt v dựng nhng thc nghim (k c thc nghim AASHTO) nghim chng lý thuyt Ch bng con ng kt hp lý thuyt - thc nghim - kinh nghim mi cú th cú c phng phỏp tớnh toỏn thit k mt ng ỳng n v tng quỏt Ngoi ra, vic dựng ch s phc v lm tiờu chun trng thỏi gii... xỏc nh cỏc thụng s tớnh toỏn Hin nay tn ti cỏc nhúm phng phỏp thit k ỏo ng mm nh sau: - Nhúm cỏc phng phỏp lý thuyt thc nghim: Lp cỏc mụ hỡnh v phng trỡnh tớnh toỏn ri qua thc nghim kim tra nhm xỏc nh iu kin bn Cỏch tớnh toỏn thụng thng l xỏc nh ng sut do xe chy gõy ra trong cỏc lp mt ng bng lý thuyt v so sỏnh cỏc ng sut ny vi cng cho phộp ca vt liu lm ng thng ly theo kinh nghim - Nhúm cỏc phng phỏp... trng thỏi gii hn cng u c xỏc nh t thc nghim, quan trc thc t v kinh nghim s dng 1.6 CC PHNG PHP TNH TON THIT K O NG MM 1.6.1 Nhúm cỏc phng phỏp lý thuyt - thc nghim : 1 Phng phỏp hin hnh ca B GTVT 22 TCN 211-06 a) Ni dung phng phỏp Sau khi thit k cu to ỏo ng da trờn lý thuyt phõn b ti trng xe theo chiu sõu, nhim v ca vic tớnh toỏn l kim tra cu to ỏo ng ó xut cựng vi iu kin nn ó bit cú cng chu c ti trng... cu ỏo ng Phng phỏp ny cú c s lý thuyt vng chc, c mi ngi tha nhn v nht l quen s dng.Cỏc kt cu ỏo ng ó c xõy dng trờn mng li ng ụtụ nc ta thit k theo phng phỏp ny cha bc l nhng nhc im ln Tuy nhiờn phng phỏp ny cũn bc l cỏc hn ch di õy - Phng phỏp tớnh toỏn cng v chiu dy cỏc lp kt cu ỏo ng mm trờn c s ca 3 tiờu chun trng thỏi gii hn, trờn c s li gii tỡm ng sut v bin dng ca lý thuyt n hi v trờn c s cỏc... dy lp phũng chng úng bng xem cú phự hp yờu cu khụng b) Mt s nhn xột v phng phỏp ca Trung Quc so vi phng phỏp hin hnh ca B GTVT 22TCN 211-06 - Phng phỏp ny cng l phng phỏp lý thuyt kt hp vi thc nghim Phng phỏp tớnh da trờn li gii ca lý thuyt n hi, cỏc toỏn c lp sn vi h 2 v 3 lp, khi kim toỏn u i cỏc lp kt cu v h 3 lp vi lp mt, lp múng v nn t H ny phn ỏnh chớnh xỏc hn s lm vic ca kt cu ỏo ng thc t v... (tc l khụng c phỏt sinh bin dng do) di tỏc dng xe chy trong sut quỏ trỡnh khai thỏc ng 1.5.2 Nguyờn lý tớnh toỏn cng ỏo ng mm: Mt phng phỏp tớnh toỏn cng ỏo ng mm s hỡnh thnh trờn c s nghiờn cu gii quyt c 3 vn : - Trng thỏi gii hn v tiờu chun trng thỏi gii hn (nh lng) tc l gii ỏp vn khi no ỏo ng hng - Lý thuyt tớnh toỏn v phng phỏp ỏnh giỏ cng trờn thc t - Thụng s tớnh toỏn v phng phỏp th nghim xỏc... cỏch tớnh toỏn Vit Nam (da trờn cỏc thụng s trng thỏi bt li nht) Cỏch lm ny xut phỏt t vic x lý cỏc s liu thc nghim v ũi hi khi xỏc nh cỏc thụng s hu hiu phi tin hnh mt khi lng thớ nghim ỏng k (vớ d mụ un ca nn t ) - Vic ỏnh giỏ kt cu mt ng hin cú bng cỏch "th nghim NDT " o c vựng chu vừng kt hp vi tớnh toỏn lý thuyt trờn mỏy tớnh xỏc nh ra mụ un n hi ca nn t v cỏc lp kt cu l mt bc ci tin quan trng... nt dn n phỏ hoi Nh vy phi b trớ cỏc lp to phng trờn b mt lp múng gim ma sỏt v b trớ cỏc khe co, dón vi khong cỏch thớch hp tm d dng dch chuyn khụng gõy rn nt 1.7.2 Nguyờn lý tớnh toỏn cng ỏo ng cng o ng cng c thit k da theo lý thuyt tm mng trờn nn n hi ng thi cú xột n s thay i ca nhit v ca cỏc nhõn t khỏc cú th gõy ra vi tm bờ tụng S lm vic ca nn n hi di ỏy tm c gi thit bng mụ hỡnh nn ca Winkler... lờn kt 6/1/2015 I- 19 THIT K MT NG cu l 15, s lng v trớ t trc quan sỏt ti a trờn mt l 20, cho mi lp ti a ti 4 v trớ quan sỏt õy l phng phỏp gii ỳng bi toỏn tớnh kt cu mt ng nhiu lp, kt hp vi s phõn tớch lý thuyt, cỏc thớ nghim v thc nghim s dng vt liu tớnh toỏn kt cu ỏo ng S dng chng trỡnh cho phộp tớnh toỏn ng sut v bin dng phỏt sinh trong cỏc lp khỏc nhau ca mt ng di tỏc dng ca ti trng Cỏc lp kt cu... toỏn ca vt liu v t nn nờn vic xỏc nh cỏc thụng s phự hp l vn cn nghiờn cu k v thng nht S nh hng ca ch thu nhit tớnh toỏn, thit k luụn ly trng thỏi bt li nht, vic xột v ỏnh giỏ nh vy cha c th - C s lý thuyt ca bi toỏn l h n hi t trờn bỏn khụng gian vụ hn n hi nhng thc t vt liu kt cu ỏo ng v nn t khụng phi l vt liu n hi ng nht, ng hng m l vt liu n hi-do-nht Do ú kt qu tớnh toỏn c ch l gn ỳng vi s