ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KẾT CẦU NỀN MẶT ĐƯỜNG (ĐƯỜNG 2)

Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường -CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ VÀ TÀI LIỆU SỬ DỤNG: • 22TCN 211-06 - Áo đường mềm yêu cầu dẫn thiết kế [1] • 22TCN 262-2000 - Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu [2] • Thiết kế đường ô tô tập II [3] • Thiết kế đường ô tô tập IV [4] Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường CHƯƠNG I:TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TALUY NỀN ĐƯỜNG I-Một số phương pháp tính toán ổn định mái dốc 1.Ổn định taluy đường mặt học Khối đất trượt 1.1.Phương pháp tính: i Mặt trượt αi Ti Pi Pi.cos Xét điều kiện cân mảnh đất i mặt trượt ta có:  Lực gây trượt (kéo khối đất i mặt trượt là): T i = Q i sin α i di  Lực giữ, cản trở mảnh đất i trượt là: Ni=Q i Cos α i tg ϕ i + c cosα i Trong đó:  Q i -trọng lượng mảnh đất xét ( Qi = di * hi * γ i *1m )  γ , c, ϕ dung trọng, lực dính, góc nội ma sát đất Điều kiện cân : Ti = N i hay tgα i = tgϕi + c γ hi cos 2α i Để đơn giản giáo sư Matslov thêm hệ số an toàn K có : tgα i = 1.2.Nhận xét: -Ưu điểm : • Tính toán đơn giản dễ làm dễ hiểu -Nhược điểm: Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 c (tgϕ + ) K γ hi Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường • Kém xác độ tin cậy không cao • Phạm vi áp dụng nhỏ, dùng thực tế 2.Phương pháp phân mảnh cổ điển 2.1.Phương pháp tính Xét toán phẳng, phân khối đất trượt hình trụ tròn thành mảnh hình vẽ, giả thiết trượt khối đất trượt lúc Như mảnh trượt i chịu tác dụng trọng lượng thân P i ; Pi phân thành hai phần:  Lực tiếp tuyến mặt trượt Ti = Pi sin α i (lực gây trượt)  Lực pháp tuyến N i = Pc i osα i (gây lực ma sát N i tgα i với lực dính cili lực giữ)  Nếu xét đến tác dụng động đất mảnh chịu tác dụng lực gây trượt Wi có cánh tay đòn so với tâm O Zi Kod xác định theo công thức: i =n K= ∑ M igiu i =1 i =n ∑ M ilat n = i =1 ∑ ( Nitgϕi + cili ) n Z ∑1 (Ti + Wi Ri ) n = ∑ ( Pcosα tgϕ i i n i + ci li ) ∑ ( Pi sin αi + Wi Zi ) R 2.2.Nhận xét: -Ưu điểm: • Kết tính với độ xác tương đối • Áp dụng phổ biến thực tế -Nhược điểm: • Tính toán tương đối phức tạp • Giả thiết chưa xác thực tế (các mảnh không tương tác với nhau) 3.Phương pháp Bishop Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường 3.1.Phương pháp tính -Cách tính tương tự phương pháp phân mảnh cổ điển Fellenius, khác mảnh trượt Bishop có xét thêm lực đẩy ngang Ei+1 Ei-1 tác dụng từ hai phía mảnh trượt -Công thức xác định hệ số ổn định K: n Ptg i ϕi + c l )m ∑1 ( cos αi i i i K= n với mi = (1 + tgϕi tgα i ) −1 Z K ∑ ( Pi sin α i + Wi i ) R 3.2.Nhận xét -Ưu điểm: • Phương pháp cho kết xác ba phương pháp • Giả thiết tính toán sát với thực tế -Nhược điểm: • Phương pháp tìm mò Kmin • Tính toán dài 4.Đánh giá kết luận -Trong phương pháp nêu trên: o Phương pháp 1: xác, không ứng dụng tính toán phổ biến thực tế ⇒ không áp dụng tính toán đồ án o Phương pháp 2: kết tính toán tương đối xác, sử dụng phố biến ⇒ áp dụng để tính toán o Phương pháp 3: kết tính toán xác phương pháp trình tính toán lại dài dòng, phức tạp ⇒ Lựa chọn phương pháp phân mảnh cổ điển Fellenius dùng để tính toán II-Chi tiết tính toán theo phương pháp phân mảnh cổ điển Fellennius 1.Số liệu ban đầu -Kiểm toán ổn định taluy đường (cho mặt cắt ngang cọc lý trình Km 0+900 số liệu đồ án đường I): -Số liệu địa chất: Nền đường đắp Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Đất tự nhiên Nền Trường Đại học Xây Dựng γ ( g / cm3 ) 1,75 Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường c (kg/cm2) ϕ (độ) 0,41 20 γ ( g / cm3 ) 1,70 c (kg/cm2) ϕ (độ) 0,80 13 Đắp 8,99 m 2.Phương pháp kiểm toán 2.1-Xác định hệ số ổn định toàn khối Kođ -Hệ số ổn định toàn khối xác định theo công thức: = K1 * K * K * K * K * K PP Kođ Trong đó: o K1 - độ tin cậy số liệu đặc trưng học đất (như lực dính c góc ma sát) K1=1,0 - 1,1 → chọn K1=1,1 o K2 - hệ số xét đến ý nghĩa công trình đường, tuỳ chọn cấp hạng đường; K 2=1,0 1,03 → chọn K2=1,02 o K3 - hệ số xét đến mức độ gây tổn thất cho kinh tế quốc dân công trình đường bị phá hoại làm gián đoạn giao thông; K3=1,0 - 1,2 → chọn K3=1,05 o K4 - hệ số xét đến mức độ phù hợp sơ đồ tính toán với địa chất thuỷ văn chỗ xây dựng đường K4=1,0 - 1,05 → chọn K4=1,02 o K5 - hệ số xét đến loại đất làm việc kết cấu đường K 5=1,0 - 1,05 → chọn K5=1.03 o Kpp - hệ số xét đến mức độ tin cậy phương pháp tính toán → chọn Kpp=1,04 ⇒ Hệ số ổn định toàn khối : Kođ=1,1*1,02*1,05*1,02*1,03*1,04=1.29 2.2- Sử dụng phương pháp phân mảnh cổ điển tìm hệ số Kmin -Việc tìm Kmin dựa việc tìm vị trí tâm mặt trượt nguy hiểm dựa vào đường quỹ tích tâm trượt kinh nghiệm -Chi tiết bước tính toán: • Xác định đường quỹ tích tâm trượt kinh nghiệm theo hình vẽ • Trên đường quỹ tích tâm trượt kinh nghiệm lấy điểm điểm vẽ cung trượt với bán kính khác nhau, bán kính cho hệ số ổn định K theo công thức: i =n K= ∑M i =1 i =n ∑M i =1 n igiu i = ilat ∑ ( N tgϕ i + ci li ) n Z ∑1 (Ti + Wi Ri ) n = ∑ ( Pcosα tgϕ i n i i + ci li ) Z ∑1 ( Pi sin αi + Wi Ri ) • Mỗi tâm trượt cho giá trị K Thực với tâm trượt khác tìm hệ số Kmin • Từ xác định Kmin yêu cầu min(các giá trị Kmin vừa tìm tâm) • Giá trị Kmin vừa tìm tương ứng với vị trí mặt trượt nguy hiểm 2.3.Đánh giá kết luận: -Từ hệ số Kmin xác định so sánh với hệ số Kođ nếu: • Kmin > Kođ → taluy đường ổn định • Kmin < Kođ → taluy đường không ổn định cần đề xuất biện pháp gia cố Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường 3.Chi tiết tính toán  Việc tính toán thực với tâm trượt O1, O2, O3 với bán kính khác  Trong trình tính toán có kể đến tải trọng xe theo II.4.3 [2] Tải trọng xem tải trọng số xe nặng tối đa lúc đỗ kín khắp bề rộng đường phân bố 1m chiều dài đường Tải trọng quy đổi tương đương thành lớp đất đắp có chiều cao hx xác định theo công thức hx =  Trong đó: n.G γ B.l o G-trọng lượng xe nặng (T) → G=13T o n-số xe xếp tối đa đường, n=2 o γ - dung trọng đất đắp đường → γ = 1,75 T/m3 o l-phạm vi phân bố xe theo hướng dọc m → l = 4,2 m o B-bề rộng phân bố ngang xe, theo hình vẽ → B = 6,9m ⇒ hx = 0,51 m  Chi tiết tính toán lập thành bảng phần phụ lục 4.Kết luận Quá trình tính toán với tâm O1, O2, O3 ta xác định hệ số Kmin= 2,7933 Vậy Kmin=2,7933 > Kođ=1,29 ⇒ taluy đắp ổn định Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường CHƯƠNG II:CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG I-Tải trọng thời gian tính toán -Công trình đường thiết kế cấp IV (số liệu đồ án đường I) nên theo [1] tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Ptt=100Kn (10T), áp lực tính toán lên mặt đường p = 0,6 Mpa, đường kính vệt bánh xe D=33cm -Thời gian tính toán kết cấu áo đường thời gian đại tu T đạitu cấp áo đường Với áo đường cấp A1 lớp phải bêtông nhựa hạt trung có T đạitu = 15 năm, thời gian tính toán kết cấu áo đường 15 năm II-Lưu lượng thành phần dòng xe -Tuyến đường thiết kế qua hai điểm N76-N74 với số liệu thiết kế: • Lưu lượng thiết kế năm thứ 15 :1500 (xe/ng.đ) ⇒ N15=1500 (xe/ng.đ) • Hệ số tăng xe q=7% • Thành phần dòng xe :  Xe : 40% (khi tính toán bỏ qua)  Xe tải nhẹ : 15%  Xe tải trung : 25%  Xe tải nặng : 20% III-Quy đổi trục xe tiêu chuẩn 1.Xác định lưu lượng xe theo thời gian -Công thức xác định: Nt = (1 + q )t * N ⇒ N0 = Nt N15 1500 =543,67 (xe/ng.đ) t = 15 = (1 + q) (1 + q ) (1 + 0.07)15 -Bảng tính lưu lượng xe năm thứ 0, 5, 10, 15 Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường Năm 10 15 Nt (xe/ng.đ) 543,670 762,530 1069,480 1500 Số xe tải nhẹ 81,550 114,380 160,422 225 Số xe tải 135,918 190.633 267,370 trung Số xe tải 108,734 152,506 213,90 nặng 2.Số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100kN 2.1.Dự báo thành phần giao thông năm cuối thời kì thiết kế: Loại xe Tải nhẹ Tải trung Tải nặng Trọng lượng trục Số Pi(kN) trục Trục Trục sau sau trước 18,00 56,00 25,80 69,60 48,20 100 375 300 Số bánh cụm bánh trục sau Khoảng cách cách trục sau(m) Bánh đôi Bánh đôi Bánh đôi < 3m < 3m < 3m 2.2.Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100kN -Theo [1] mục 3.2.3 theo biểu thức (3.1) (3.2) cụ thể: Lưu lượng xe chạy loại xe tải trục khác quy đổi loại xe có tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn thông qua mặt cắt ngang đường cuối thời kỳ khai thác theo công thức: N   = ∑ C1.C ni  Pi  i =1  Ptt  k tk 4.4 (trục/ng.đ) Trong đó:  Ntk : Là tổng số trục xe quy đổi từ k loại xe khác trục xe tính toán thông qua đoạn đường thiết kế ngày đêm hai chiều(trục /ngày đêm)  ni: Là số lần tác dụng loại tải trọng trục i có trọng lượng trục Pi cần quy đổi tải trọng trục tính toán Ptt (trục tiêu chuẩn trục nặng nhất) o C1: Là hệ số trục xác định theo biểu thức (3-2): C1=1 + 1,2(m-1) o Với m trục cụm trục i:  m=1 khoảng cách trục L Kcd Eyc Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường Ta có: Ech = 158,692 (MPa) > 141,746 (MPa) ⇒ Điều kiện độ võng đàn hồi thỏa mãn b.Kiểm tra điều kiện trượt nền đường Lớp kết cấu Ei(MPa) CPĐD loại II 250 CPĐD loại I 300 t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 36 = 1,2 16 = 0,444 htb(cm) Etb’(Mpa) 36 250 52 265,68 -Ta có : E’tb = 265,68 (MPa) +Giá trị H  phải kể đến hệ số điều chỉnh β = f  ÷ với Htb / D = 52/33 = D 1,57576 +Tra bảng 11 – ta có hệ số β = 1,18379 Vậy = β = 265,68 1,18379= 314,509 Mpa Ctt - Điều kiện kiểm tra: Tax + Tav ≤ K tr cd  Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn Tax -H/D = 52/33 = 1,57576 / Eo =314,509/42 = 7,488 ; ϕ = 280 -Tra toán đồ 3-2[1] ta : Tax / p = 0,015759-Với tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P=100 kN nên theo bảng 3.1 [1] ta có áp lực tính toán lên mặt đường p = 0,6 Mpa ⇒ Tax = 0,015759 0,6 = 0,0094554 (Mpa)  Xác định ứng suất cắt trọng lượng thân Tav -Với H = 52 cm;ϕ = 28o tra toán đồ Hình 3-4 [1] ta được: Tav = -0.00175 - τ = Tax + Tav = 0,0094554 -0.00175= 0,007054 (Mpa)  Xác định lực dính tính toán Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó:  C : lực dính đất vật liệu dính C= 0,014(MPa)  K1 : Hệ số xét đến giảm khả chống cắt tác dụng tải trọng trùng phục (K1= 0.6)  K2 : Hệ số xét đến làm việc không đồng kết cấu, với lưu lượng tính toán >100 xe K2= 0.8  K3 : Hệ số xét đến gia tăng sức chống cắt trượt đất , K 3=1.5 đất cát ⇒ Ctt = C.K1.K2.K3 = 0,014 0,6 0,8 1,5 = 0,01008 (Mpa) Ctt ⇒ Như : Tax + Tav = 0,007054(MPa) < tr = 0,01008 / 0,94 = 0,01072 (MPa) Kcd → Kết cấu đảm bảo điều kiện chống trượt Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường 3.2- Giai đoạn II (8 năm tiếp theo) : -Có Nt8 = 943,12 (xe/ng.đ) ; Ntk = 300,03 ( trục/ng.đ) ; Ntt = 0,55 300,03 = 165,02 ( trục/ng.làn) Vậy Ntl = 365 165,02 = 0,34733.106 (trục) 365 Ntt = -Sau năm cường độ kết cấu áo đường giảm 5% ta có: Ech7 = 0,95.158,692 = 150,757 (Mpa) -Ta chọn phương án kết cấu áo đường cho năm sau Để nâng cấp mặt đường A2 ta rải lớp bê tông nhựa lên kết cấu cũ : h1 Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥ 20%) : E1= 280 MPa h2 Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥ 35%) : E1= 350 MPa Ech7 = 150,757 MPa -Do cường độ lớp kết cấu áo đường cũ giảm 5% nên ta chọn tăng chiều dày lớp bê tông nhựa thêm cm Ta có kết cấu mặt đường sau: Lớp vật liệu Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥ 20%) Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥ 35%) Lớp móng cũ Ei(MPa) hi(cm) 280 350 150,757 - a-Kiểm tra độ võng đàn hồi cho phép -Chuyển đổi lớp bê tông nhựa lớp Công thức : h2 E2 1 + k t /  E 'tb = E1   ;k = h ; t = E ; htb = h1 + h2 1  1+ k  -Có k = = 0,571 ; t = -Xét tỉ số : -Vậy -Với = =β = = 0,333 = 0,8 = 376,35 Mpa β = 1,114.( )0,12 = 1,114 0,3330,12 = 0,9863 = 0,9863 376,35 = 371,194 Mpa = 0,333 = = 0,406 tra toán đồ Kôgan ta Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 = 0,50002 Trường Đại học Xây Dựng -Suy : = Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường 0,50002 = 371,194 0,50002 = 185,671 Mpa Có Ech = 185,671 Mpa ≥ Eyc = 1,1 163,741 = 180,115 Mpa Vậy điều kiện độ võng đàn hồi thỏa mãn b- Kiểm tra điều kiện chịu kéo uốn lớp Bê tông nhựa Điều kiện kiểm tra: σ ku ≤ Rttku ku K cd  Bê tông nhựa lớp -Giá trị mô đun đàn hồi chung lớp bê tông nhựa : H1=4+7= 11 cm ; E1 = =1454,545 Mpa -Tính Echm lớp phía dưới: +Theo tính toán ta có giá trị hai lớp cấp phối đá dăm loại I loại II = 265,68 Mpa, với chiều dày hai lớp Htb=16+36 = 52 cm, +Giá trị H  phải kể đến hệ số điều chỉnh β = f  ÷ với Htb / D = 52/33 = D 1,57576 +Tra bảng 11 – ta có hệ số β = 1,18379 Vậy = β = 265,68 1,18379= 314,509 Mpa -Lại có : Htb / D = 52/33 = 1,57576, Eo / +Tra toán đồ Kôgan ⇒ = 42 / 314,509 = 0,13354 Ech.m = 0,50457 Etbdc Vậy Ech.m = 314,509 0,50457= 158,692 Mpa Sau năm cường độ kết cấu áo đường cũ giảm 5%  Echm = 0,95 158,692 = 150,757 Mpa -σku xác định theo công thức : σ ku = σ ku p.kb +Có H1 / D = 11 / 33 = 0,333 ; E1 / Echm = 1454,545 / 158,692 = 9,1658 +Tra toán đồ hình 11-15 [3] ta σ ku = 1,785(MPa) Vậy : σ ku = σ ku p.kb = 1,785 0,6 0,85 = 0,91035(MPa)  Bê tông nhựa lớp -Số liệu : H1 = (cm) ; E1 = 1200 (MPa) +Có Echm = 158,693 Mpa +Sau năm cường độ kết cấu áo đường cũ giảm 5% Echm = 0,95 158,692 = 150,757 (Mpa) -σku xác định theo công thức: Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường σ ku = σ ku p.kb +h/D = /33 = 0,121 E1/Ech.m = 1200/ 207,134 = 5,793 +Tra toán đồ hình 3.5 [1] ta σ ku = 1,735(MPa) Vậy : σ ku = σ ku p.kb = 1,735 0,6.0,85 = 0,88485 (MPa) -Xác định R ttku : ku +Cường độ chịu kéo uốn giới hạn nhiệt độ tính toán : Rtt =k1.k2 Rku Trong :  -Theo 3.6.3 [1] với bê tông nhựa chặt k2= 1,0;  - Rku :Cường độ chịu kéo uốn giới hạn nhiệt độ tính toán;  k1: Hệ số xét đến suy giảm cường độ vật liệu bị mỏi tác dụng tải trọng trùng phục; k1 = 11,11 / Ntl0,22 = 11,11 / (0,34733.106)0,22 = 0,671 ku  Với bê tông nhựa : Rtt =k1k2 Rku =0,671 1,0 1,6=1,0736(Mpa) ku  Với bê tông nhựa : Rtt =k1k2 Rku =0,671 1,0 2,0=1,342(Mpa) -Biểu thức kiểm toán : σ ku ≤ Rttku K cdku +Đường cấp IV ứng với độ tin cậy 0,9 nên hệ số K dcku = 0,94  Với bê tông nhựa chặt lớp : σ ku = 0,88485 (Mpa) < = 1,14(Mpa)  Với bê tông nhựa chặt lớp : σ ku = 0,91035 (Mpa) 1,43(Mpa) Vậy : Các lớp mặt bê tông nhựa đảm bảo về điều kiện kéo uốn Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 < = Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường CHƯƠNG III THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN 22 TCN 223-95 (ÁO ĐƯỜNG CỨNG ĐƯỜNG Ô TÔ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ) Áo đường cứng kết cấu áo đường có lớp mặt lớp móng làm bê tông xi măng – loại vật liệu có độ cứng cao, đặc tính biến dạng cường độ thực tế không phụ thuộc vào biến đổi nhiệt độ Áo đường cứng thiết kế dựa theo lý thuyết “ đàn hồi” đồng thời có xét tới thay đổi nhiệt độ nhân tố khác gây bê tông I-Định kết cấu xác định tham số tính toán -Kết cấu mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ gồm lớp :  Lớp mặt (tấm bê tông) (1)  Lớp tạo phẳng (2)  Lớp móng (3)  Nền đất (4) -Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ hình vẽ dưới: Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường Theo số liệu điều tra vật liệu xây dựng, khả cung ứng xi măng, điều tra khí hậu, địa chất thủy văn, điều kiện phương tiện thi công Chọn kết cấu mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ có cấu tạo sau: o Lớp mặt đường :bê tông xi măng M.350 không cốt thép, đổ chỗ, kích thước mặt 6m x 4m Theo bảng 2.2 (Điều 2.4) ta có cường độ chịu kéo uốn Rku = 45 daN/cm2, mô đun đàn hồi Eb = 33.104 daN/cm2 , hệ số poisson µ= 0,15 o Lớp tạo phẳng : cát trộn nhựa dày cm, đảm bảo độ phẳng lớp móng, bảo đảm dịch chuyển nhiệt độ thay đổi o Lớp móng cát : cát gia cố xi măng 8% M.400, dày 15 cm Theo bảng C-2 phụ lục C (22TCN 211-06) ta có mô đun đàn hồi E = 3000 daN/cm2 ; Rku=2,5 daN/cm2 (giá trị đổi đơn vị từ Mpa sang daN/cm2 ) o Nền đất : cát đầm chặt K = 0,98, thoát nước tốt, độ ẩm tương đối mức bất lợi W/WT = 0,65 Theo bảng C-2 phụ lục C (22TCN 211-06) ta có mô đun đàn hồi E = 420 daN/cm2 ; c = 0,14 daN/cm2 ; = 28o (giá trị đổi đơn vị từ Mpa sang daN/cm2 ) -Tải trọng tính toán : o Ô tô trục 10T, tra bảng 3.1 điều 3.1 tải trọng bánh xe`p = 5000 daN o Hệ số xung kích 1,20 o Đường kính vệt bánh xe tính toán Do = 33cm; R = 16,5 m Vậy tải trọng tính toán Ptt = 5000 x 1,2 = 6000 daN -Số liệu dòng xe:  Thành phần dòng xe :  -Xe : 40% (khi tính toán bỏ qua)  -Xe tải nhẹ : 15%  -Xe tải trung : 25%  -Xe tải nặng : 20%  -Tỉ lệ tăng xe hàng năm : q = 7% Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường -Theo số liệu tính toán chương II ta có No = 543,67 (xe/ng.đ) Nt = (1+q)t No Vậy N20 = (1 + 0,07)20 543,67 = 2103,83 (xe/ng.đ) -Lưu lượng xe năm thứ 20 : Năm Nt (xe/ng.đ) 2103,83 Số xe tải nhẹ 315,575 Số xe tải trung Số xe tải nặng 525,958 420,766 -Bảng tính trục quy đổi trục tiêu chuẩn 100kN năm thứ 20 : Loại xe Pi(kN) C1 C2 ni Trục trước 18 6,4 315,575 * Trục sau 56 1 315,575 24,61 Tải trung Trục trước 25,8 6,4 525,958 8,675 Trục sau 69,6 1 525,958 106,766 Tại nặng Trục trước 48,2 6,4 420,766 108,549 Trục sau 100 1 420,766 420,766 Tải nhẹ C1.C2.ni ⇒ Ntk = 669,367 (trục/ng.đ) Vậy ⇒ Ntt = 0,55 Ntk = 0,55 669,367=368,152 (trục/ng.làn) II Tính chiều dày BTXM a) Phương pháp tính -Giả định chiều dày bê tông xi măng, sau tính toán theo quy trình tìm chiều dày theo công thức: α Ptt h= [σ ] Trong đó: - h – chiều dày (cm) ; - Ptt – Tải trọng bánh xe nhân với hệ số xung kích Ptt= 5000 1,2= 6000(daN) ; - [σ] – cường độ chịu uốn cho phép bê tông [σ]= Rku n = 45.0,5 = 22,5(daN/cm2) α - Hệ số có trị số thay đổi tùy theo vị trí tải trọng tỷ số : Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Với Trường Đại học Xây Dựng - Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường E – Mô đun đàn hồi bê tông, daN/cm2 Echm – Mô đun đàn hồi chung mặt lớp móng xác định theo hướng dẫn điều 4.6 (daN/cm2) R – Bán kính diện tích vệt bánh xe tính toán ( cm) b) Trình tự tính toán Giả thiết chiều dày bê tông xi măng h (cm) Theo 22TCN 223-95 bảng 2.1 với vật liệu lớp móng cát gia cố xi măng N20 = 2103,83 (xe/ng.đ) nên hmin = 18 cm Lại có tải trọng trục thiết kế 10T hmin = 22 cm Từ giá trị h giả thiết D = D0+ h (cm) -Tìm mô đun đàn hồi tương đương mặt lớp móng từ tỷ số hm/D ; E0/E1 xác định hệ số α1 ,α ,α theo vị trí đặt tải (tra bảng 4.1; 4.2; 4.3 22TCN 223-95) -Xác định hệ số chiết giảm cường độ n theo bảng 3.4 điều 3.3 ; -Tính toán chiều dày bê tông xi măng h theo công thức -Kết tính toán lập thành bảng sau: h(cm) D Hm/D E0/E1 Echm/E1 Echm h/R Eb/Echm α1 α2 22 23 24 25 55 0,273 0,14 0,2015 56 0,268 0,14 0,2001 57 0,263 0,14 0,1988 58 0,259 0,14 0,1977 604,62 1,33 545,80 1,25 600,51 1,39 549,53 1,28 596,43 1,45 553,29 1,30 593,19 1,52 559,31 1,31 α3 αmax Htính 1,889 1,847 1,889 22,444 - 1,928 1,884 1,928 22,675 23 1,978 1,919 1,978 22,967 - 2,023 1,959 2,023 23,226 - -Chiều dày chọn chiều dày gần với giá trị giả thiết ban đầu Theo bảng tính toán ta chọn chiều dày bê tông xi măng h = 23 cm -Ta có kết cấu áo đường sau: Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Hchọn Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường III-Kiếm toán kết cấu áo đường đã chọn 1.Kiểm toán với tải trọng trục 13T -Thông số tính toán: Thông số đầu vào Giá trị Hệ số xung kích , kd 1,15 Tải trọng bánh xe, P Bán kính vệt bánh xe tính toán, R Khoảng cách bánh sau Hệ số chiết giảm cường độ, n Môđun đàn hồi bê tông, Eb Cường độ chịu kéo uốn bê tông, Rku Môđun đàn hồi móng, Eb Môđun đàn hồi nền, Eo Môđun đàn hồi chung lớp móng, Echm 6500 18 1,7 0,6 330000 45 3000 420 600,51 Đơn vị daN cm m daN/cm2 daN/cm2 daN/cm2 daN/cm2 daN/cm2 -Xác định mô men uốn sinh bánh xe tính toán cần xác định: = = 1,278 ; = 549,53 (daN/cm2 ) Tra bảng 4.4 (22TCN 223 – 95) aR = 0,175; tiếp tục tra bảng 4.5 ta C = 0,20175 Ptt = p kđ = 6500 1,15 = 7475 (daN) Vậy MF = MT = = = 1578,065 (daN.cm/cm ) -Xác định mô men uốn tải trọng tập trung bánh xe bên cạnh gây theo công thức (4.4) (4.5) Cần xác định: = = 0,135 ; = 549,53 (daN/cm2 ) Tra bảng 4.4 (22TCN 223 – 95) aR = 1,832; tiếp tục tra bảng 4.5 ta A = 0,02436 B = -0,01932; -Vậy MF = (A+µB) Ptt = (0,02436 + 0,15 (-0,01932)) 7475 = 160,428 (daN.cm/cm) MT = (B+µA) Ptt = ((-0,01932) + 0,15 0,02436) 7475 = -117,103 (daN.cm/cm) Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường r1 p r r2 N M r8 alfa p MF (6) r7 MT r6 (6) -Ta có : = 1578,065 + 160,428 = 1738,493 (daN.cm/cm) = 1578,065 – 117,103 = 1460,962 (daN.cm/cm) -Vì > nên ta tính với tác dụng xe nặng trục 13T: σ= ứng suất kéo uốn xuất bê tông = = 19,718 daN/cm2 -Ứng suất cho phép bê tông M350 kiểm toán với xe nặng : [σ] = n.Rku = 0,6.Rku = 0,6 45 = 27 daN/cm2 -Vì 19,718 daN/cm2 < [σ] = 27 daN/cm2 nên bê tông chịu tác dụng xe nặng 13T 2.Kiểm toán với tác dụng xe xích T60 -Thông số tính toán : - Chia bánh Thông số đầu vào Giá trị Đơn vị Tổng trọng lượng xe xích 60 T Chiều dài vệt bánh xích 2,6 m Chiều rộng vệt bánh xích Bán kính vòng tròn tương đương R Mô đun đàn hồi bê tông, Eb Cường độ chịu kéo uốn bê tông, Rku Hệ số Poisson µ Mô đun đàn hồi móng Mô đun đàn hồi nền, Eo Hệ số chiết giảm cường độ n Chiều dày móng hm Chiều dày bê tông xi măng h 0,7 47 330000 45 0,15 30000 420 0,65 15 23 m cm daN/cm2 daN/cm2 Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 daN/cm2 daN/cm2 cm cm vệt xích Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường thành ô nhau, ô chịu tác dụng lực tập trung P = 6T Khi tính mô men uốn lực tác dụng ô gây điểm A xem tải trọng tác dụng ô tải trọng phân bố vòng tròn tương đương bán kính : R= + 0,7 = 0,47(m) π y 6m 5m A x 3 3,6m -Các tải trọng tác dụng ô 2,3 xem lực tập trung tác dụng tâm ô cách điểm A cự li r2 = 1,0 m = 100 cm r3= 2,0 m = 200 cm -Việc tính toán mô men uốn lực tác dụng bánh xích gây điểm A tóm tắt bảng sau -Xác định hệ số a theo công thức : a = = = 0,00965 -Suy : a.R = 0,00965 47 = 0,454 ; Tra bảng 4.5 22TCN 223-95 : C = 0,32353 a.r2 = 0,00965 100 = 0,965; Tra bảng 4.5 22TCN 223-95 : A = 0,0610;B = -0,0043 a.r3 = 0,00965 200 = 1,930 ; Tra bảng 4.5 22TCN 223-95 : A = 0,0224;B = -0,0203 -Mô men uốn tải trọng bánh xích gây điểm A c.Ptt (1 + µ ) c.Ptt (1 + µ ) MT = MF = Kí aR A B C 2πaR 2πaR hiệu MT= (B+µ A).Ptt MF=(A+µ B).Ptt M1 0,454 0,323 2M2 0,965 0,061 0,004 - 2M3 1,930 0,022 0,020 - -Ta có : =782,98 2.(0,0043+0,15.0,061).6000 = 58,2 2.(-0,0203+0,15.0,0224 ).6000 = -203,28 MT = 1044,46(daN.cm/cm) = 1739,5 (daN.cm/cm) Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 =782,98 2.(0,061 +0,15.(0,0043)).6000 = 724,26 2.(0,0224 +0,15.(0,0203)).6000 = 232,26 MF= 1739,5(daN.cm/cm) Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường = 1044,46 (daN.cm/cm) -Vì > nên ta kiểm toán với = 1739,5 (daN.cm/cm) -Ứng suất kéo uốn lớn gây đáy : σ = = 19,73 (daN/cm2 ) = -Ứng suất kéo uốn lớn cho phép [σ ]=0,65 Rku 0,65 hệ số chiết giảm cường độ lấy theo bảng 3.4 ta : [σ ] = 0,65 45 = 29,25 daN/cm2 -Vậy σ = 19,73 (daN/cm2 )< [σ ] = 29,25 (daN/cm2) Vậy : Tấm bê tông chịu tác dụng xe xích T60 3.Kiểm toán với trường hợp chịu tác dụng đồng thời tải trọng nhiệt đô Thông số đầu vào Giá trị Đơn vị Tải trọng bánh xe tính toán P 6000 daN/cm2 Hệ số chiết giảm cường độ 0,85 Mô đun đàn hồi bê tông Eb 330000 daN/cm2 Cường độ chịu kéo uốn Rku 45 daN/cm2 Hệ số Poisson µ 0,15 Chiều dày bê tông 23 cm Chiều dài bê tông L m Chiều rộng B m Hệ số giãn dài bê tông α -Chênh lệch nhiệt độ bề mặt nhiệt độ đáy (∆t) tính theo công thức ∆t = 0,84.h quy định tiêu chuẩn (điều 4.3): ∆t = 0,84.23 = 19,32oC -Đặc trưng đàn hồi bê tông tính theo công thức : l = 0,6.h = 0,6 23 = 113,03 -Xác định tỷ số : L/l = 600/113,03 = 5,308 ; B/l = 400/113,03 = 3,54 -Tra toán đồ hình 4.3 tiêu chuẩn Cx = 0,76 ; Cy = 0,31 -Ứng suất chênh lệch nhiệt độ gây theo hướng dọc : σz=(Cx+µ Cy) ∆ t = (0,76 +0,15.0,31) 19,32 = 15,78 daN/cm2 -Ứng suất chênh lệch nhiệt độ gây theo hướng ngang tấm: σn=(Cy+µ Cx) ∆ t = (0,31 +0,15.0,76) 19,32 daN/cm2 Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 = 8,30 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường -Ứng suất chênh lệch nhiệt độ gây theo hướng dọc cạnh : σc= Cx ∆ t = 14,87 daN/cm2 = 0,76 19,32 -Ứng suất tổng cộng tải trọng nhiệt độ tác dụng gây mặt cắt theo hướng dọc : σI = σ1 + σz -Trong : σ1 ứng suất tải trọng gây : σ1 = = = 14,57 daN/cm2 Vậy σI = 14,57 + 15,78 = 30,35 daN/cm2 -Ứng suất tổng cộng tải trọng nhiệt độ tác dụng gây cạnh : σII = σ2 + σc -Trong σ2 ứng suất tải trọng gây cạnh : σ2 = = = 21,87 daN/cm2 Vậy σII = 21,87 + 14,87 = 36,74 daN/cm2 Ta thấy σII > σI nên kiểm toán theo σII -Trong trường hợp [σ] = 0,85 Rku với trị số 0,85 hệ số chiết giảm cường độ lấy theo bảng 3.4 : [σ] = 0,85 Rku = 0,85 45 = 38,25 daN/cm2 -Có σII = 36,74 daN/cm2 < [σ] = 38,25 daN/cm2 Vậy bê tông làm việc an toàn dưới tác dụng tổng hợp tải trọng nhiệt độ 4.Kiểm tra chiều dày lớp móng Thông số đầu vào Giá trị Đơn vị Tải trọng bánh xe tính toán P 6000 daN/cm2 Hệ số ảnh hưởng lặp lại tải trọng k’ Hệ số xét đến không đồng mặt đường k1 1,00 0,65 Đặc trưng đàn hồi bê tông l 113,03 cm Góc nội ma sát φ 28 độ Lực dính đơn vị đất c 0,14 daN/cm2 Chiều dày bê tông 23 cm Chiều dày móng 15 cm Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường -Chiều dày lớp móng mặt đường bê tông xi măng phải bảo đảm để đất không phát sinh biến dạng dẻo : τam + τab < K’K1C ≤ [τa] -Theo bảng 4.8 hai lượng ô tô tính toán ngày đêm xe nhỏ 1000 (Ntt = 368,152 (xe/ng.đ)) K’ = 1,0 -Theo bảng 4.7 với lớp móng gia cố xi măng , bê tông liên kết truyền lực K1 = 0,65 Vậy [τa] = 0,65.1,0 0,375 =0,24375 (daN/cm2) -Tính τam τab Theo toán đồ b hình 4.6, với l = 113,03 cm ; φ = 28o ; z = hl= 15 (cm) Chiều sâu từ mặt tiếp xúc : h + z = 15 + 23 = 38 (cm) = = 0,470 Vậy τam =0,031 (daN/cm2 ) Theo toán đồ hình 4.7 tiêu chuẩn với chiều sâu mặt tiếp xúc h + z = 15 + 23 = 38 (cm) φ = 28o ta : τab = 0,014 (daN/cm2 ) Vậy τam + τab = 0,031 + 0,014 = 0,045 (daN/cm2 ) < [τa] = 0,24375 (daN/cm2) Vậy : Chiều dày lớp móng chọn bảo đảm không phát sinh biến dạng dẻo nền đất Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 [...]... dần tránh gây lãng phí  Các phương án thiết kế:  Phương án đầu tư tập trung (15 năm)  Phương án đầu tư phân kỳ 1- Phương án đầu tư tập trung (15 năm) 1.1-Xác định chiều dày của các lớp vật liệu làm kết cấu áo đường -Kết cấu áo đường đảm bảo chi phí xây dựng rẻ nhất và vẫn đảm bảo các yêu cầu đặt ra Yêu cầu sơ bộ đề ra giải pháp kết cấu áo đường, sau đó so sánh mô đun đàn hồi chung của cả kết. .. hồi yêu cầu Qua đó so sánh, đánh giá chọn phương án tối ưu -Tầng mặt của kết cấu là hai lớp bê tông nhựa chặt (đắt tiền) do vậy không nên thiết kế dày Do vậy cố định lại chiều dày các lớp của tầng mặt theo bề dày tối thiểu nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về cấu tạo, cường độ, thi công Sau đó thay đổi và tính toán chiều dày tầng móng -Kết cấu tầng mặt của áo đường chọn dựa theo số trục xe tích lũy kết hợp... đường CHƯƠNG III THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN 22 TCN 223-95 (ÁO ĐƯỜNG CỨNG ĐƯỜNG Ô TÔ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ) Áo đường cứng là kết cấu áo đường có lớp mặt hoặc lớp móng làm bằng bê tông xi măng – loại vật liệu có độ cứng cao, đặc tính biến dạng và cường độ của nó thực tế không phụ thuộc vào sự biến đổi của nhiệt độ Áo đường cứng được thiết kế dựa theo lý thuyết “ tấm trên nền đàn hồi” đồng thời có xét... Cấp phối đá dăm loại I 300 300 300 5 Cấp phối đá dăm loại II 250 250 250 6 Nền đất á Cát 42 2 350 250 1600 2,0 600 600 600 0,8 0,014 V -Thiết kế kết cấu áo đường  Nguyên tắc thiết kế -Kết cấu áo đường phải đảm bảo ổn định toàn khối, ổn định về cường độ, đảm bảo cường độ, chịu được bào mòn tốt dười tác dụng của xe chạy Kết cấu mặt đường phải kín và ổn định nhiệt -Tận dụng tối đa vật liệu tại địa phương... Ntt = -Sau 7 năm cường độ của kết cấu áo đường giảm đi 5% khi đó ta có: Ech7 = 0,95.158,692 = 150,757 (Mpa) -Ta chọn phương án kết cấu áo đường cho 8 năm sau Để nâng cấp mặt đường A2 ta rải 2 lớp bê tông nhựa lên kết cấu cũ : h1 Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥ 20%) : E1= 280 MPa h2 Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥ 35%) : E1= 350 MPa Ech7 = 150,757 MPa -Do cường độ của lớp kết cấu áo đường cũ giảm đi 5% nên ta... 2-Phương án đầu tư phân kỳ Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 < = Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường -Từ phương án đầu tư 1 lần, dựa vào thời hạn đại tu áo đường, lưu lượng xe hàng năm, cấp áo đường từng thời kỳ Tiến hành lựa chọn phương án đầu tư phân kỳ với mặt đường cấp A2 ⇒ Phương án đầu tư phân kỳ ta chọn kết cấu mặt đường gồm các lớp như sau: Lớp kết cấu... hiệu quả điều 2.4.3 [1] (phụ lục) Từ đó ta chọn bề dày lớp mặt kết cấu áo đường gồm 2 lớp :  Lớp mặt trên : bê tông nhựa chặt hạt mịn (đá dăm ≥20%) có E 1=280Mpa, dày 4 cm  Lớp mặt dưới :bê tông nhựa chặt hạt vừa (đá dăm ≥35%) có E 1=350Mpa, dày 6 cm -Dự kiến các giải pháp phương án kết cấu áo đường ( tầng mặt và tầng móng ): • Chọn sơ bộ phương án 1: Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 28 Trường... hồi” đồng thời có xét tới sự thay đổi nhiệt độ và của các nhân tố khác gây ra đối với tấm bê tông I-Định kết cấu và xác định các tham số tính toán -Kết cấu mặt đường bê tông xi măng đổ tại chỗ gồm các lớp :  Lớp mặt (tấm bê tông) (1)  Lớp tạo phẳng (2)  Lớp móng (3)  Nền đất (4) -Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng đổ tại chỗ như hình vẽ dưới: Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Trường Đại... đàn hồi chung tối thiểu của kết cấu nền áo đường : tt E chmin = K cddv E yc =1,10 × 163,741=180,115 (Mpa) -Như vậy dùng Ntt15= 262,487 (xe/ng.đ) , Ech =180,115 (Mpa) để tính toán -Sơ đồ tính toán chung của lớp mặt hai phương án : Lớp Loại vật liệu Ech = 180,115 hi E (Mpa) (Mpa) (cm) 1 BTN chặt (đá dăm >20%) Ech1 4 280 2 BTN chặt (đá dăm >35%) Ech2 6 350 Ech1 ⇒ Tra toán đồ Kôgan: E =0,6233⇒Ech1 =0,6233... dày tấm gần nhất với giá trị giả thiết ban đầu Theo bảng tính toán trên ta chọn chiều dày của tấm bê tông xi măng là h = 23 cm -Ta có kết cấu áo đường sau: Nguyễn Thanh Sơn_MSSV :5402.53_Lớp 53TH4 Hchọn Trường Đại học Xây Dựng Đồ án môn học thiết kế nền mặt đường III-Kiếm toán kết cấu áo đường đã chọn 1.Kiểm toán với tải trọng trục 13T -Thông số tính toán: Thông số đầu vào Giá trị Hệ