Hai phương án và kiểm toán kết cấu áo đường

hai phương án và kiểm toán 3 trạng thái, trang thái độ võng đàn hồi, trạng thái trượt, trạng thái kéo uốn. 5.2. HAI PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG 5.2.1. Chọn loại tầng mặt, cấu tạo tầng mặt và vật liệu Căn cứ vào: Mục 2.2 tài liệu 1 Cấp thiết kế của đường: đường cấp III Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế (Chỉ để tham khảo, không có ý nghĩa đến việc chọn loại tầng mặt (bảng 2.1 tài liệu 1). Chọn: Loại tầng mặt cấp cao A1 Căn cứ vào bảng 3.4 – tài liệu 1: trị số mô đun đàn hồi yếu cầu tương ứng với trục xe tính toán (xengày đêmlàn) ở cuối thời hạn thiết kế (15 năm). (xengày đêmlàn). Chọn:Có thể chọn loại tầng mặt cấp cao A1. Vậy ta chọn loại tầng mặt cấp cao A1 có thời hạn thiết kế là 15 năm, thời gian sửa chữa vừa là 5 năm. Các loại vật liệu làm tầng mặt: +Mặt trên: BTNC 9.5; BTNC1 2.5; BTNP 9.5; BTNP 12.5. +Mặt dưới: BTNC 12.5; BTNC 19; BTNP 12.5; BTNP19. Căn cứ vào bảng 2.2 – tài liệu 1 với (trục xe làn) bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 là 8 (cm)

Phần 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1 ĐẶC ĐIỂM LƯU LƯỢNG XE VÀ TẢI TRỌNG THIẾT

Xe tải 3 trục: 16%

Tỷ lệ tăng xe mỗi năm: q = 10%

Các số liệu được lập thành bảng sau:

Bảng 5.1 Bảng dự báo thành phần xe

Loại xe

Trọng lượng trục Pi (kN) trục Số

sau

Số cụm bánh ở mỗi trục sau

Khoảng cách giữa các trục sau (m)

Lượng xe ni (xe/ng.đêm) Trục

trước

Trục sau

Xe tải 3 trục 40.0 85.0 2.0 cụm bánh đôi <3.0 254

5.1.2 Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên một làn xe

- Tổng số trục xe thiết được tính theo công thức:

4.4 i

Trong đó:

c1: hệ số xét đến số trục xe, 1

c =1+1.2×(m-1)

;m: là số trục của cụm trục;

Vậy tổng số trục xe thiết là: NTK= 530.031 (trục/ng.đêm)

-Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời gian thiết kế được tính theo công thức:

q: tỉ lệ tăng trưởng hàng năm, q=10%;

t: năm thiết kế, t =15 năm;

NTK: sô trục xe thiết kế (trục/ng.đêm)

-Số trục xe tích lũy tính toán trên một làn trong ngày đêm được tính theo công thức:

N =f ×N =0.55×1.619×10 =0.89×10

(Trục/ng.đêm.làn)Trong đó:

: số trục xe tiêu chuẩn tích lũy (trục).

5.2 HAI PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG

5.2.1 Chọn loại tầng mặt, cấu tạo tầng mặt và vật liệu

Căn cứ vào: Mục 2.2 - tài liệu [1]

- Cấp thiết kế của đường: đường cấp III

- Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế (Chỉ để tham khảo, không có ýnghĩa đến việc chọn loại tầng mặt (bảng 2.1/ tài liệu [1])

Chọn: Loại tầng mặt cấp cao A1

Căn cứ vào bảng 3.4 – tài liệu [1]: trị số mô đun đàn hồi yếu cầu tương ứng với trục

xe tính toán (xe/ngày đêm/làn) ở cuối thời hạn thiết kế (15 năm)

N =N × =f 530.031 0.55 291.517× =

(xe/ngày đêm/làn)

Chọn:Có thể chọn loại tầng mặt cấp cao A1.

Vậy ta chọn loại tầng mặt cấp cao A1 có thời hạn thiết kế là 15 năm, thời gian sửa chữavừa là 5 năm

Sử dụng vật liệu gì thì sau khi thi công vẫn phải bảo đảm đạt các yêu cầu sau:

- Bề dày tối thiểu là 30 (cm)

- Vật liệu làm lớp đáy móng phải có mô đun đàn hồi ở độ chặt và độ ẩm thi công

Hình 5.1 Kết cấu áo đường phương án 1+Với bề dày tầng mặt:

Căn cứ vào mục 2.2.6 – tài liệu [1] trường hợp bố trí thành 2 lớp thì có thể bố trí bêtông nhựa chặt loại I hạt nhỏ ở trên cùng bề dày từ 3.0 – 4.0 (cm) rồi đến 4.0 – 6.0 (cm)

bê tông hạt trung Vậy bề dày lớp mặt ở phương án 1 thỏa điều kiện

Căn cứ vào bề dày đầm nén có hiểu quả lớn nhất ở mục 2.4.3 – tài liệu [1] Đối với bêtông nhựa không quá 8 (cm)

+Với bề dày ở tầng móng:

Căn cứ vào bảng 2.4 – tài liệu [1] để phù hợp cho việc kiểm toán ta có thể sử dụng bềdày tối thiểu hoặc bề dày thường sử dụng nhưng phải căn cứ vào bề dày đầm nén cóhiệu quả nhất

Căn cứ vào bề dày đầm nén có hiểu quả lớn nhất ở mục 2.4.3 – tài liệu [1] đối với cácvật liệu có gia cố chất liên kết là không quá 15 (cm) và đối với các vật liệu không gia

cố chất liên kết là không quá 18 (cm) Vậy bề dày lớp tầng móng ở phương án 1 thỏa điều kiện.

C (Mpa)

ϕ

(độ)

E v E tr E ku BTNC 9.5 loại I

Hình 5.2 Kết cấu áo đường phương án 2+Với bề dày tầng mặt: Tối thiểu là 8 (cm)

Căn cứ vào mục 2.2.6 – tài liệu [1] trường hợp bố trí thành 2 lớp thì có thể bố trí bêtông nhựa chặt loại I hạt nhỏ ở trên cùng bề dày từ 3.0 – 4.0 (cm) rồi đến 4.0 – 6.0 (cm)

bê tông hạt trung Vậy bề dày lớp mặt ở phương án 1 thỏa điều kiện

Căn cứ vào bề dày đầm nén có hiểu quả lớn nhất ở mục 2.4.3 – tài liệu [1] Đối với bêtông nhựa không quá 8 (cm)

+Với bề dày ở tầng móng:

Căn cứ vào bảng 2.4 – tài liệu [1] để phù hợp cho việc kiểm toán ta có thể sử dụng bềdày tối thiểu hoặc bề dày thường sử dụng nhưng phải căn cứ vào bề dày đầm nén cóhiệu quả nhất

Căn cứ vào bề dày đầm nén có hiểu quả lớn nhất ở mục 2.4.3 – tài liệu [1] đối với cácvật liệu có gia cố chất liên kết là không quá 15 (cm) và đối với các vật liệu không gia

cố chất liên kết là không quá 18 (cm) Vậy bề dày lớp tầng móng ở phương án 1 thỏa điều kiện

5.3 KIỂM TRA KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN GIỚI HẠN ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI, CẮT TRƯỢT VÀ KÉO

5.3.1 Đối với phương án 1

5.3.1.1 Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn giới hạn độ võng đàn hồi

Điều kiện kiểm toán:

dv

E ≥ K ×ETrình tự tính toán:

- Việc qui đổi các lớp kết cấu áo đường về kết cấu áo đường 2 lớp được thực hiện theo biểu thức:

3 1 3 '

E

, Htb=h1+h2 kết quả tính đổi các tầng như ở bảng 5.5

Hình 5.3 Qui đổi mô đun đàn hồi trung bình và mô đun chung các lớp

Bảng 5.5 Kết quả tính mô đun đàn hồi trung bình theo cường độ độ võng đàn hồi

ta được

β

=1.189Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 54 (cm) có mô đunđàn hồi trung bình điều chỉnh:

E 0.45

E = 165.491(MPa)

Tra bảng 3.5 tài liệu [1] với đường ô tô cấp III loại tầng mặt cấp cao A1 ta được

Tra bảng 3.3 tài liệu [1] với đường cấp III có độ tin cậy thiết kế là 0.95

Tra bảng 3.2 tài liệu [1] →

dv cdK

thỏa điều kiện độ võng đàn hồi

5.3.1.2 Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn giới hạn về cắt trượt

Điều kiện kiểm toán:

: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên

nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa);

tt

C

: lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa);

Hình 5.4 Qui đổi mô đun đàn hồi trung bình và mô đun chung các lớp

Bảng 5.6 Kết quả tính mô đun đàn hồi trung bình theo cường độ cắt trượt

ta được

β

=1.189Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 54 (cm) có mô đunđàn hồi trung bình điều chỉnh:

- Xác định hệ số cường độ về chịu cắt trược:

Với độ tin cậy thiết kế 0.95 tra bảng 3.7 tài liệu [1] ta được:

 0.007 < 0.013 (Thỏa điều kiện)

5.3.1.2 Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn giới hạn về kéo uốn

Điều kiện kiểm toán:

tt ku

cd

Rk

cd

Trình tự tính toán

- Kiểm tra đối với lớp đáy trong tầng mặt:

+ Môđun đàn hồi trung bình (E1) của lớp mặt được qui đổi theo công thức và bảng sau:

i i 1

Với lớp bê tông nhựa chặt (lớp trên) có E = 1800 (MPa) dày 4(cm)

Lớp bê tông nhựa chặt (lớp dưới) có E = 1600 (MPa) dày 5(cm)

1

h

=4+5=9 (cm)

+Mô đun đàn hồi trung bình được tính tương tự như bảng 5.5 và 5.6

Hình 5.5 Qui đổi mô đun đàn hồi trung bình và mô đun chung các lớpBảng 5.7 Kết quả mô đun đàn hồi trung bình kiểm tra đối với tầng mặt

ta được β

=1.155Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 45 (cm) có mô đunđàn hồi trung bình điều chỉnh:

E

E =0.41

Rσk

≤

 1.046 <

1.092

1.0921.00 =

(MPa) Vậy thỏa điều kiện kéo uốn đáy tầng mặt (1)

- Kiểm toán ở tầng móng trên:

Ta có:

Mô đun đàn hồi trung bình của tầng mặt E1=1688.889(MPa), h1=9(cm)

Mô đun đàn hồi lớp tầng móng trên E2= 600 (MPa)

+Tìm Ech.m

Hình 5.6 Qui đổi mô đun đàn hồi trung bình và mô đun chung các lớp

Bảng 5.8 Kết quả mô đun đàn hồi trung bình kiểm tra đối với tầng mặt

E

=E

0.38

Rk

σ ≤

 0.214 <

0.507

0.5071.00 =

(MPa) Vậy thỏa điều kiện kéo uốn tầng móng (2)

Từ (1) và (2) suy ra thỏa điều kiện kéo uốn

5.3.2 Đối với phương án 2

5.3.2.1 Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn giới hạn độ võng đàn hồi

Điều kiện kiểm toán:

dv

E ≥ K ×ETrình tự tính toán:

- Việc qui đổi các lớp kết cấu áo đường về kết cấu áo đường 2 lớp được thực hiện theo biểu thức:

3 1 3 '

E

, Htb=h1+h2 kết quả tính đổi các tầng như ở bảng 5.5

Hình 5.7 Qui đổi mô đun đàn hồi trung bình và mô đun chung các lớp

Bảng 5.9 Kết quả tính mô đun đàn hồi trung bình theo cường độ độ võng đàn hồi

ta được

β

=1.186

Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 54 (cm) có mô đunđàn hồi trung bình điều chỉnh:

E0.44

E = 165.491(MPa)

Tra bảng 3.5 tài liệu [1] với đường ô tô cấp III loại tầng mặt cấp cao A1 ta được

Tra bảng 3.3 tài liệu [1] với đường cấp III có độ tin cậy thiết kế là 0.95

Tra bảng 3.2 tài liệu [1] →

dv cdK

5.3.2.2 Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn giới hạn về cắt trượt

Điều kiện kiểm toán:

: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên

nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa);

Hình 5.8 Qui đổi mô đun đàn hồi trung bình và mô đun chung các lớp

Bảng 5.10 Kết quả tính mô đun đàn hồi trung bình theo cường độ cắt trượt

ta được

β

=1.186

Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 53 (cm) có mô đunđàn hồi trung bình điều chỉnh:

k2 =1.5 đối với đất nền á cát.

Vậy lực dính tính toán:

tt

C =0.018 0.6 0.8 1.5 0.013(MPa)× × × =

- Xác định hệ số cường độ về chịu cắt trược:

Với độ tin cậy thiết kế 0.95 tra bảng 3.7 tài liệu [1] ta được:

 0.007 < 0.013 (Thỏa điều kiện)

5.3.1.2 Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn giới hạn về kéo uốn

Điều kiện kiểm toán:

tt ku

cd

Rk

cd

Trình tự tính toán

- Kiểm tra đối với lớp đáy trong tầng mặt:

+ Môđun đàn hồi trung bình (E1) của lớp mặt được qui đổi theo công thức và bảng sau:

Với lớp bê tông nhựa chặt (lớp trên) có E = 1800 (MPa) dày 3(cm)

Lớp bê tông nhựa chặt (lớp dưới) có E = 1600 (MPa) dày 5(cm)

Hình 5.9 Qui đổi mô đun đàn hồi trung bình và mô đun chung các lớp

Bảng 5.11 Kết quả mô đun đàn hồi trung bình kiểm tra đối với tầng mặt

ta được β

=1.155

Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 45 (cm) có mô đunđàn hồi trung bình điều chỉnh:

Rσk

≤

 1.071 <

1.092

1.0921.00 =

(MPa) Vậy thỏa điều kiện kéo uốn đáy tầng mặt (1)

- Kiểm toán ở tầng móng trên:

Bảng 5.12 Kết quả mô đun đàn hồi trung bình kiểm tra đối với tầng mặt

E

= E0.39

+ Ứng suất kéo uốn lớn nhất

cd

Rk

σ ≤

 0.275 <

0.507

0.5071.00 =

(MPa) Vậy thỏa điều kiện kéo uốn tầng móng (2)

Từ (1) và (2) suy ra thỏa điều kiện kéo uốn

5.4 SO SÁNH HAI PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VỀ GIÁ THÀNH XÂY DỰNG VÀ CHỈ TIÊU KHAI

5.4.1 Phương án 1