Đồ án nền mặt đường chi tiết.

Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG 1.1 Quy đổi số trục xe tiêu chuẩn 1.1.1 Số liệu Công trình đường thiết kế: cấp III Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn + Tải trọng: Ptt = 100kN + Áp lực tính toán lên mặt đường: p = 0,6MPa + Đường kính vệt bánh xe: D = 33cm Thời gian thiết kế kết cấu áo đường: t = 15 năm Lưu lượng thiết kế đầu năm: N1 = 1550 xe/ng.đ Hệ số tăng trưởng: q = 7% Thành phần dòng xe: + Xe con: 400 xe/ng.đ ( bỏ qua tính toán) + Xe bus nhỏ: 350 xe/ng.đ + Xe tải vừa: 150 xe/ng.đ + Xe bus lớn: 340 xe/ng.đ + Xe tải nặng 1: 75 xe/ng.đ + Xe tải nhẹ: 200 xe/ng.đ + Xe tải nặng 2: 35 xe/ng.đ 1.1.2 Tính số trục xe quy đổi trục xe tiêu chuẩn 100kN 1.1.2.1 Dự báo thành phần giao thông năm đầu Loại xe Xe buýt nhỏ Xe buýt lớn Xe tải nhẹ Xe tải vừa Xe tải nặng Xe tải nặng Bảng 1.1.2.1.1.1 Dự báo thành phần giao thông năm đầu Trọng lượng trục Pi Số bánh Khoảng Lượng xe Số trục cụm cách chiều ni Trục Trục sau bánh trục trục (xe/ng.đ) trước sau sau sau (m) 26,4 45,2 Cụm bánh đôi 350 56 95,8 Cụm bánh đôi 340 18 56 Cụm bánh đôi 200 25,8 69,6 Cụm bánh đôi 150 48,2 100 Cụm bánh đôi 75 45,2 94,2 Cụm bánh đôi 1,4 35 1.1.2.2 Tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn 100kN Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường 4,4 P  N tk = ∑ C1.C n i  i ÷ i =1  Ptt  k Công thức quy đổi: (trục/ng.đ) Ntk: Là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính toán thông qua đoạn đường thiết kế ngày đêm chiều (trục/ng.đ) ni: Là số lần tác dụng loại tải trọng trục i có trọng lượng trục P i cần quy đổi tải trọng trục tính toán Ptt C1: Là hệ số trục xác định theo biểu thức : C1 = + 1,2.(m – 1) C2: Là hệ số xét đến tác dụng số bánh xe cụm bánh: với cụm bánh có bánh lấy C2 = 6,4; với cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm bánh) lấy C2 = 1; với cụm bánh có bánh lấy C2 = 0,38 Bảng 1.1.2.2.1.1 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100kN Loại xe Trục Xe trước buýt Trục nhỏ sau Trục Xe trước buýt Trục lớn sau Trục Tải trước nhẹ Trục sau Trục Tải trước vừa Trục sau Trục Tải trước nặn Trục g1 sau Tải Trục nặn trước Pi (kN) Số b xe cụm b xe Số trụ c K/c trục sau C1 C2 ni C1.C2.ni.(Pi/100)4,4 26.40 1 6.40 350 45.20 1 1.00 350 11 56.00 1 6.40 340 170 95.80 1 1.00 340 282 18.00 1 6.40 200 56.00 1 1.00 200 16 25.80 1 6.40 150 69.60 1 1.00 150 30 48.20 100.0 45.20 1 6.40 75 19 1 0 1 1.00 6.40 75 35 75 Hà Anh Tùng 46443 g2 Trục sau Thiết kế nền mặt đường 94.20 2 1.4 2.2 1.00 35 59 Tổng số trục xe quy đổi năm đầu tiên: => N tk = 677 (trục/ng.đ) 1.1.2.3 Số trục xe tính toán xe Công thức xác định: + Số trục xe tính toán xe năm đầu N1tt = N tk f L Trong đó: fL: Là hệ số phân phối số trục bánh xe tính toán xe Đường thiết kế làn, không dải phân cách, có fL = 0,55 => Ntt = 672.0,55 = 372 (trục/ng.đ.lan) 1.1.2.4 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế Công thức xác định: ( + q ) t − 1  365.N = 1,32.106 Ne =  tt q (trục) 1.2 Lựa chọn kết cấu áo đường Với đường cấp III, số năm thiết kế t = 15 năm => Chọn kết cấu áo đường: cấp cao A1 Bảng 1.2.1.1.1.1 Lựa chọn kết cấu áo đường Lớp kết cấu (từ lên) Nền đất cát Cấp phối sỏi đỏ Cấp phối đá Bề dày lớp (cm) Rku (MPa) E (MPa) Tính độ võng Tính trượt C (MPa) ϕ (đ ộ) Tính kéo uốn 42 0,014 18 200 200 200 18 350 350 350 28 Hà Anh Tùng 46443 dăm loại II Cấp phối đá dăm loại I Bê tông nhựa hạt trung Bê tông nhựa chặt hạt mịn Thiết kế nền mặt đường 18 350 350 350 400 350 2000 2,00 300 250 1600 1,60 Hình 1.2.1.1.2 Kết cấu áo đường 1.3 Kiểm toán kết cấu áo đường 1.3.1 Kiểm toán độ võng E ch ≥ K dv cd E yc Điều kiện kiểm toán Việc đổi tầng lớp từ lên thực theo biểu thức: Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường  + k.t1/3  E = E1  ÷  1+ k  k= ' tb Với h2 h1 t= E2 E1 Bảng 1.3.1.1.1.1 Kết tính đổi tầng lớp từ lên để tìm Etb Lớp kết cấu Cấp phối sỏi đỏ Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm loại I Bê tông nhựa hạt trung Bê tông nhựa hạt mịn Ei (MPa) hi (cm) 200 h k= h1 18 Htb (cm) E 'tb (MPa ) 18 200,0 350 1,750 18 1,000 36 268,0 350 1,306 18 0,500 54 293,8 400 1,362 0,130 61 304,9 300 0,984 0,082 66 304,5 Hệ số điều chỉnh Có E t= E1 β H 66 = =2 D 33 Theo bảng “hệ số điều chỉnh β ” => β = 1,210 => Modun đàn hổi trung bình E tb = β.E 'tb = 1, 209.309,5 = 368, 42MPa Tính Ech Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường H 66 = =2 D 33 Có Theo “toán đồ” => Eo = 0,114 E tb E ch = 0,5331 ⇔ E ch = 196, 41MPa E tb Xác định modun đàn hồi yêu cầu: Ech ≥ Kdctb.Eyc Theo bảng “trị số modun đàn hồi yêu cầu” Với số trục xe tính toán ngày đêm xe: N15tt = 372 (trục/ng.đ.lan) Cấp đường A1 => Eyc = 170,32MPa Theo bảng “lựa chọn độ tin cậy thiết kế tùy theo loại cấp hạng đường” Với đường cấp III => Độ tin cậy thiết kế 0,90 Theo bảng “xác định hệ số cường độ độ võng phụ thuộc độ tin cậy” Với độ tin cậy thiết kế 0,90 =>1,1 E ch = 196, 41MPa > K dv cd E yc = 1,1.170,32 = 187,35MPa Vậy => Cấu tạo kết cấu dự kiến đảm bảo yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 1.3.2 Kiểm toán độ cắt trượt đất Điều kiện kiểm toán Tax + Tav ≤ C tt tr K cd Việc đổi tầng lớp từ lên thực theo biểu thức:  + k.t1/3  E = E1  ÷  1+ k  ' tb k= Với h2 h1 t= E2 E1 Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường Bảng 1.3.2.1.1.1 Kết tính đổi tầng lớp từ lên để tìm Etb E h E 'tb t= k= Lớp kết cấu Ei (MPa) hi (cm) Htb (cm) (MPa E1 h1 ) Cấp phối sỏi đỏ 200 18 18 200.0 Cấp phối đá dăm loại II 350 1.750 18 1.000 36 268.0 Cấp phối đá dăm loại I 350 1.306 18 0.500 54 293.8 Bê tông nhựa hạt trung 350 1.191 0.130 61 299.9 Bê tông nhựa hạt mịn 250 0.834 0.082 66 295.9 Hệ số điều chỉnh β theo H/D Theo bảng “hệ số điều chỉnh β ” => β = 1,210 => Modun đàn hổi trung bình E tb = β.E 'tb = 1, 210.295,9 = 358,02MPa Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây đất Tax + + H 66 = =2 D 33 E1 E tb = = 8,52 E2 Eo + Góc nội ma sát đất ϕ = 28° + Áp lực bánh xe lên mặt đường bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 0,6MPa Theo “toán đồ xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe lớp hệ lớp” Tax = 0,0101 => Tax = 0,0101.0,6 = 0,006MPa p => Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu áo đường gây đất Tav + Chiều dày lớp KCAD h = 66cm + Góc nội ma sát đất ϕ = 28° Theo “toán đồ ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân mặt đường” => Tav = -0.0022 Xác định trị số Ctt Ctt = C.k1.k2.k3 Trong đó: K1: Hệ số xét đến suy giảm sức chống cắt trượt đất vật liệu dính chịu tải trọng động gây dao động, K1 = 0,6 (với kết cấu đường phần xe chạy) K2: Hệ số xét đến yếu tố tạo làm việc không đồng kết cấu Có N15tt = 372 trục/ng.đ.lan => K2 = 0,9396 K3: Hệ số xét đến gia tăng sức chống cắt trượt đất vật liệu dính điều kiện chúng làm việc kết cấu khác với mẫu thử, K = 1,5 (đất cát) => Ctt = 0,014.0,6.0,9396.1,5 = 0,0118 Theo bảng “chọn hệ số cường độ cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy” Với độ tin cậy thiết kế 0,90 => tr K cd = 0,94 Tax + Tav = 0,006 − 0,002 = 0,00319 < Vậy C tt 0,01184 = = 0,012594 tr K cd 0,94 => Cấu tạo kết cấu dự kiến đảm bảo yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất 1.3.3 Kiểm tra cường độ chịu kéo uốn 1.3.3.1 Tính ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp bê tông hạt trung Công thức xác định σku = σ ku p.k b Trong đó: Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường p: Áp lực bánh tải trọng trục tính toán, p = 0,6 kb: Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng xuất kết cấu áo đường tác dụng tải trọng tính toán, kb = 0,85 (tính cho tải trọng tiêu chuẩn) Tính Etb  + k.t1/3  E = E1  ÷  1+ k  ' tb k= Với h2 h1 t= Lớp kết cấu Ei (MPa) Đá dăm nước Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm loại I Bê tông nhựa hạt trung Bê tông nhựa hạt mịn 200 E2 E1 Bảng 1.3.3.1.1.1 Kết tính Etb E h t= k= hi (cm) E1 h1 18 Htb (cm) E 'tb 18 (MPa ) 200.0 350 1.750 18 1.000 36 268.0 350 1.306 18 0.500 54 293.8 2000 6.808 0.130 61 393.9 1600 4.062 0.082 66 449.7 Modun đàn hồi Etb’ lớp kết cấu lớp bê tông nhựa = 293,75MPa Bề dày lớp kết cấu lớp bê tông nhựa = 54 cm β Hệ số điều chỉnh Có H 54 = = 1,64 D 33 Theo bảng “hệ số điều chỉnh β ” => β = 1,1889 => Modun đàn hồi trung bình E tb = β.E 'tb = 1,1889.293,75 = 349, 25MPa Tính Ech Hà Anh Tùng 46443 Có Thiết kế nền mặt đường H 54 = = 1,64 D 33 Theo “toán đồ” => Tính Eo 42 = = 0,1203 E tb 349, 25 E ch = 0, 4967 ⇔ E ch = 0, 4739.349, 25 = 173, 47 E tb MPa σku Với h1 = 12 cm E1 = ∑ E h i hi i = 1833,3MPa h1 + = = 0,3636 D 33 E1 1833,3 = = 10,57 E ch 173, 47 Theo “toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị => σ ku Vậy σku lớp tầng mặt” = 1,9344 σku = 1,9328.0,6.0,85 = 0,9865MPa 1.3.3.2 Tính ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp bê tông hạt mịn Công thức xác định σku = σ ku p.k b Trong đó: p: Áp lực bánh tải trọng trục tính toán, p = 0,6 kb: Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng xuất kết cấu áo đường tác dụng tải trọng tính toán, kb = 0,85 (tính cho tải trọng tiêu chuẩn) Tính Etb  + k.t1/3  E = E1  ÷  1+ k  ' tb 10 Hà Anh Tùng 46443 k= Với Thiết kế nền mặt đường h2 h1 t= E2 E1 Modun đàn hồi Etb’ lớp k/c lớp bê tông nhựa = 393,9MPa Bề dày lớp kết cấu lớp bê tông nhựa = 61 cm Hệ số điều chỉnh Có β H 61 = = 1,85 D 33 Theo bảng “hệ số điều chỉnh β ” => β = 1,2027 => Modun đàn hồi trung bình E tb = β.E 'tb = 1, 2027.393,9 = 473,77MPa Tính Ech Có H 60 = = 1,82 D 33 Theo “toán đồ” => Tính Eo 42 = = 0,0886 E tb 473,77 E ch = 0, 463 ⇔ E ch = 0, 463.473,77 = 219,36 E tb MPa σku Có h1 = 5cm h1 = = 0,1515 D 33 E1 1600 = = 7, 29 E ch 219,36 Theo “toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị => σ ku σku lớp tầng mặt” = 1,9501 11 Hà Anh Tùng 46443 Vậy Thiết kế nền mặt đường σku = 1,9501.0,6.0,85 = 0,9946MPa 1.3.3.3 Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đáy lớp bê tông nhựa Điều kiện kiểm toán σ ku ≤ R ku tt ku K cd Cường độ chịu kéo uốn tính toán vật liệu liền khối xác định R ku tt = k1.k R ku Trong đó: Rku: Cường độ chịu kéo uốn giới hạn nhiệt độ tính toán k2: Hệ số xét đến suy giảm cường độ theo thời gian so với tác nhân khí hậu thời tiết, k2 = k1: Hệ số xét đến suy giảm cường độ vật liệu bị mỏi tác dụng tải trọng trùng phùng Đối với vật liệu bê tông nhựa K1 = 11,11 11,11 = = 0,5 0,22 0,22 Ne ( 1,32.10 ) + Với lớp bê tông nhựa hạt trung: R ku tt = 0,5.1.2 = MPa + Với lớp bê tông nhựa hạt mịn: R ku tt = 0,5.1.2 = MPa Theo bảng “chọn hệ số cường độ cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy” Với độ tin cậy thiết kế ,9 => ku K cd = 0,94 Với lớp bê tông nhựa hạt trung 12 Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường R ku σku = 0,9865MPa < ttku = = 1,064MPa K cd 0,94 => Đạt Với lớp bê tông nhựa hạt mịn σ ku = 0,9946MPa < R ku tt = = 1,064MPa ku K cd 0,94 => Đạt Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt điều kiện lớp bê tông nhựa 13 [...]...Hà Anh Tùng 46443 k= Với Thiết kế nền mặt đường h2 h1 t= và E2 E1 Modun đàn hồi Etb’ của các lớp k/c dưới lớp bê tông nhựa trên cùng = 393,9MPa Bề dày của các lớp kết cấu dưới lớp bê tông nhựa trên cùng = 61 cm Hệ số điều chỉnh Có β H 61... Có h1 = 5cm h1 5 = = 0,1515 D 33 và E1 1600 = = 7, 29 E ch 219,36 Theo “toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị => σ ku σku ở các lớp của tầng mặt” = 1,9501 11 Hà Anh Tùng 46443 Vậy Thiết kế nền mặt đường σku = 1,9501.0,6.0,85 = 0,9946MPa 1.3.3.3 Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy lớp bê tông nhựa Điều kiện kiểm toán σ ku ≤ R ku tt ku K cd Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu... 0,5.1.2 = 1 MPa Theo bảng “chọn hệ số cường độ về cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy” Với độ tin cậy thiết kế là 0 ,9 => ku K cd = 0,94 Với lớp bê tông nhựa hạt trung 12 Hà Anh Tùng 46443 Thiết kế nền mặt đường R ku 1 σku = 0,9865MPa < ttku = = 1,064MPa K cd 0,94 => Đạt Với lớp bê tông nhựa hạt mịn σ ku = 0,9946MPa < R ku 1 tt = = 1,064MPa ku K cd 0,94 => Đạt Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt được