Chương 5 (TKD2)

TKĐ F2: THIẾT KẾ NỀN, MẶT ĐƯỜNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐƯỜNG TS LÊ VĂN PHÚC GVBM: Đường Bộ-Đường Sắt Email: lvphuc@utc2.edu.vn University of Transport and Communications Campus in Ho Chi Minh Contents Chương V Chương VI Chương VII CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ (BỀ DÀY) ÁO ĐƯỜNG MỀM (THEO 22TCN 211-06) THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung áo đường Khi thiết kế xây dựng áo đường phải đạt yêu cầu sau đây: Áo đường phải có đủ cường độ chung biểu thị qua khả chống lại biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn chịu kéo uốn thay đổi nhiệt độ Ngoài ra, cường độ áo đường phải thay đổi theo điều kiện thời tiết, khí hậu, tức phải ổn định mặt cường độ Mặt đường phải đảm bảo đạt độ phẳng định để giảm sức cản lăn, giảm sóc xe chạy Do nâng cao tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiện liệu kéo dài tuổi thọ xe, giảm giá thành vận tải Để đảm bảo độ phẳng thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp ý đến biện pháp kỹ thuật thi công CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung áo đường Khi thiết kế xây dựng áo đường phải đạt yêu cầu sau đây: Áo đường phần xe chạy cho tơ áo lề gia cố có cho xe thô sơ phải điểm bắt đầu đưa đảm bảo bề mặt đạt độ phẳng yêu cầu thời đường vào khai thác đánh giá số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo dẫn TCVN 8865-2011) Như Bảng 1.1 Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km) Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Đường xây dựng Đường cải tạo, nâng cấp 120 100 ≤ 2,0 ≤ 2,2 80 ≤ 2,0 ≤ 2,2 60 ≤ 2,2 ≤ 2,5 Từ 40 đến 20 (mặt đường nhựa) ≤ 4,0 ≤ 5,0 Từ 40 đến 20 (mặt đường cấp thấp) ≤ 6,0 ≤ 8,0 Độ phẳng đánh giá thước dài 3m theo tiêu chuẩn TCVN8864-2011 CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung áo đường Bề mặt áo đường phải có đủ độ nhám định để nâng cao hệ số bám bánh xe với mặt đường, tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn với tốc độ cao trường hợp cần thiết dừng xe nhanh chóng Để đảm bảo độ nhám thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp Độ nhám bề mặt kết cấu áo đường bê tông nhựa phải đạt yêu cầu tối thiểu quy định thơng qua tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu mức độ nguy hiểm đoạn đường thiết kế Bảng 1-2 theo quy trình TCVN 8866-2011: CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung áo đường Bảng 1.2: Yêu cầu độ nhám mặt đường Áo đường phải có sức chịu bào mòn tốt sản sinh bụi Vì bụi làm giảm tầm nhìn, gây tác dụng xấu cho hành khách, hàng hóa gây nhiễm mơi trường Khơng phải lúc đòi hỏi áo đường phải có đủ phẩm chất đáp ứng yêu cầu nói cách tốt nhất, tốn kém, cường độ vận tải thấp Do người thiết kế phải xuất phát từ yêu cầu thực tế, ý nghĩa tầm quan trọng đường, để đưa kết cấu mặt đường thích hợp thỏa mãn mức độ khác yêu cầu nói CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.2 Các tầng lớp kết cấu áo đường Khi xe chạy, lực tác dụng lên kết cấu áo đường gồm hai thành phần: - Lực thẳng đứng tải trọng xe chạy, gây trạng thái ứng suất σz kết cấu áo đường: Trên bề mặt σz = p (p áp lực thẳng đứng tải trọng bánh xe nặng truyền xuống qua diện tích vệt tiếp xúc bánh xe với mặt đường) Lực thẳng đứng truyền xuống sâu đất (trong phạm vi tác dụng tải trọng) khiến đất phải tham gia chịu tải - Lực nằm ngang sức kéo, lực hãm, lực ngang (khi xe chạy đường cong) gây trạng thái ứng suất σx kết cấu áo đường Hình 1.1 Sơ đồ phân bố ứng suất kết cấu áo đường theo chiều sâu CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.2 Các tầng lớp kết cấu áo đường σx = (0,2-0,3)p xe chạy σx = (0,75-0,85)p hãm xe  Lực ngang chủ yếu tác dụng gần mặt áo đường mà không truyền sâu xuống lớp nên gây trạng thái ứng suất lớp lớp kết cấu làm cho vật liệu bị xơ trượt, bào mòn dẫn đến phá  Như vậy, mặt chịu lực kết cấu áo đường cần có nhiều tầng lớp có phù hợp với hoại nhiệm vụ khác để đáp ứng yêu cầu chịu lực khác trạng thái ứng suất: Cường độ lớp giảm dần, lớp vật liệu tốt có cường độ cao, có sức chịu bào mòn tốt trên, lớp vật liệu rời rạc có cường độ thấp CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.2 Các tầng lớp kết cấu áo đường Hình 1.2 Cấu tạo tầng lớp kết cấu áo đường PHÂN LOẠI ÁO ĐƯỜNG 2.2 Phân loại vật liệu cấu trúc vật liệu  Theo nguyên lý cấp phối: mặt đường cấp phối cấu trúc hỗn hợp đá, sỏi, cuội, cát, đất từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ trộn với theo tỷ lệ định để đảm bảo sau lu lèn hỗn hợp có độ rỗng nhỏ, tức đạt độ chặt thành lực dính lực ma sát hạt lớn Cường độ hình tăng lên  Ưu điểm: tạo thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu địa phương, cường độ  Nhược điểm: ổn định nước, mùa mưa lầy lội, mùa khơ nhiều bụi hạt khơng đòi hỏi q cao, tốn cơng lu lèn PHÂN LOẠI ÁO ĐƯỜNG 2.2 Phân loại vật liệu cấu trúc vật liệu 2) Các tầng lớp áo đường làm vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá nguyên lý cấp phối có trộn thêm chất kết dính vơ Cơ (xi măng, vơi,…): nhờ có chất kết dính nên cường độ tính ổn định nước loại mặt đường tăng lên rõ rệt 3) Các tầng lớp áo đường làm vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá nguyên lý cấp phối có trộn thêm chất kết dính hữu (bi tum, guđrông) PHÂN LOẠI ÁO ĐƯỜNG 2.3 Phân loại theo đặc điểm tính tốn cường độ áo đường  Áo đường cứng (mặt đường bê tông xi măng): kết cấu có độ cứng lớn, cường độ chống biến dạng (mô đun đàn hồi mô đun biến dạng) cao hẳn so với đất đặc biệt có khả chịu kéo uốn lớn, làm việc theo nguyên lý đàn hồi phân bố áp lực tải trọng bánh xe xuống đất diện tích rộng làm cho đất phía phải tham gia chịu tải  Áo đường mềm: kết cấu với tầng lớp có khả chịu uốn nhỏ (hoặc khơng có khả chịu uốn), tác dụng tải trọng bánh xe chúng chịu nén chịu cắt trượt chủ yếu Cường độ khả chống biến dạng thay đổi phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ độ ẩm NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.1 Trình tự thiết kế áo đường: Đề xuất phương án cấu tạo kết cấu áo đường, phương án có tầng mặt, tầng móng, số lớp vật liệu khác nhau, cấu trúc công nghệ thi công khác nhau, phương án đầu tư lần hay phân kỳ đầu tư, Ngoài đề xuất phương án kết cấu áo đường cần phải trọng đến yêu cầu bảo vệ môi trường, yêu cầu bảo đảm an tồn giao thơng u cầu bảo vệ sức khoẻ, bảo đảm an toàn cho người thi công, Nội dung công việc thiết kế cấu tạo phương án kết cấu áo đường Tính tốn kiểm tra cường độ chung cường độ lớp kết cấu áo đường xác định bề dày lớp kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn giới hạn cho phép Tính tốn luận chứng kinh tế – kỹ thuật, so sánh phương án để lựa chọn phương án kết cấu áo đường tối ưu thỏa mãn yêu cầu kết cấu áo đường, yêu cầu tận dụng vật liệu địa phương, phù hợp với công nghệ thi công khả tu bảo dưỡng, Tính tốn, thiết kế tỷ lệ phối hợp thành phần hạt tỷ lệ phối hợp vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho loại vật liệu sử dụng kiểm nghiệm đặc trưng học vật liệu để đưa yêu cầu cụ thể vật liệu sử dụng cho lớp kết cấu phương án chọn NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: Chọn loại tầng mặt áo đường: Từ ý nghĩa, cấp hạng kỹ thuật đường, lưu lượng xe chạy tốc độ xe chạy thiết kế, đồng thời có xét đến điều kiện khí hậu, khả cung cấp vật liệu, khả công nghệ thi công, khả tu bảo dưỡng, mà chọn loại tầng mặt thích hợp Chọn loại tầng móng: Gồm nhiều lớp chọn tùy theo điều kiện đường, địa chất, thủy văn tình hình vật liệu địa phương sẵn có Nên bố trí lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất tải trọng xe chạy nhằm sử dụng hợp lý khả làm việc vật liệu lớp Tỷ số mô đun đàn hồi lớp lớp kề vật liệu dính không nên vượt – lần Số lớp không nên nhiều để tránh phức tạp cho thi công kéo dài thời gian khai triển dây chuyền công nghệ thi công NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: Về mô đun đàn hồi tầng lớp: Trừ trường hợp bố trí kết cấu ngược mặt đường mềm, mô đun cường độ lớp vật liệu kết cấu cường độ lớp giảm dần để phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất hạ giá thành Tuy nhiên cường độ lớp không nên cao lớp liền q lần mơ đun đàn hồi tỷ số MĐĐH đất tầng móng nên nằm khoảng từ 0,08-:-0,40; Cả kết cấu khơng nên bố trí q nhiều lớp vật liệu tránh gây phức tạp cho thi công Tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể mặt đường: tức phải sử dụng biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ đất, tạo điều kiện thuận lợi cho đất tham gia chịu tải với áo đường NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: Các kết luận thơng qua phân tích trạng thái ứng suất biến dạng: - Nếu MĐĐH đất tăng 20% hiệu giảm độ võng chung kết cấu tương đương với việc MĐĐH tầng móng tăng thêm 100% - Tăng mơ đun tầng móng cần thiết muốn giảm ứng suất kéo-uốn đáy tầng mặt; nên bố trí bề dày tầng móng khơng 2d bề dày tầng mặt không nên nằm khoảng 0,5-:-1,0d (d bán kính vệt bánh cụm bánh đơi trục sau; với xe trục tiêu chuẩn 10T d=10,5-11cm) - Khơng nên bố trí bề dày tầng mặt lớp bê tông nhựa dày từ 4-6cm mà tổng bề dày lớp mặt rải nhựa phải 15cm đường cao tốc 10cm đường cấp III trở lên - Việc tăng bề dày áo đường không giảm ứng suất cắt lớn τ max xuất lớp mặt cùng; để tránh lớp mặt bị phá hoại ứng suất loại biện pháp chủ yếu phải dùng vật liệu lớp mặt có cường độ chống tiến, dùng loại BTN chất lượng cao, ) cắt-trượt cao (dùng nhựa cải NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: Về bề dày tầng lớp: Bề dày tầng lớp kết cấu áo đường định thông qua tính tốn, nhiên mặt cấu tạo có u cầu định: - Vì đắt tiền nên lớp nên làm mỏng đến mức tối thiểu, lớp rẻ tiền nên tăng bề dày - Tuy nhiên, bề dày lớp BTN kết cấu áo đường cấp cao A1 phải khống chế tối thiểu bảng 1.5 NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: Bảng 1.5 Bề dày tối thiểu tầng mặt cấp cao A1 tuỳ thuộc quy mô giao thông NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: - Bề dày lớp không nên vượt bề dày lèn ép (tương ứng với cơng cụ đầm nén sẵn có) Nếu vượt q lớp vật liệu phải thi công hai lần, hợp lý bề dày chọn gần với bội số bề dày lèn ép Chiều đầy đầm nén có hiệu bê tông nhựa thường không nên cm đến 10 cm, loại vật liệu khác có gia cố không 15 cm không gia cố không 18 cm - Bề dày tối thiểu lớp vật liệu khơng nhỏ 1,5 lần kích quy định quy trình 22TCN 211-06 tùy theo loại vật liệu cỡ hạt cốt liệu lớn không nhỏ theo NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường: Bảng 1.6 Bề dày tối thiểu bề dày thường sử dụng lớp kết cấu NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường:  Để hạn chế tượng nứt phản ánh, kết cấu mặt đường nhựa có sử dụng lớp móng (hoặc lớp mặt dưới) vật liệu đất, đá gia cố chất liên kết vô tổng chiều dày tối thiểu lớp mặt đường nhựa phía (bê tơng nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa) nên thiết kế dẫn Bảng 1.7 tuỳ theo cấp hạng đường Bảng 1.7 Tổng chiều dày tối thiểu lớp mặt đường nhựa nên bố trí móng đất đá gia cố chất liên kết vơ ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA NỀN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG 4.1 Đặc điểm tải trọng xe chạy  Tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào trọng lượng trục sau ô tô Tải trọng bánh phải chịu thông qua khối ép săm truyền khỏi lốp truyền xuống mặt đường Vì kích thước độ cứng lốp nhân tố quan trọng định vệt tiếp xúc bánh xe với mặt đường   Tải trọng xe chạy mặt đường sinh lực thẳng đứng lực ngang phân tích phần Để tiện tính tốn áp lực bánh xe lên mặt đường tiện mơ thí nghiệm đo ép, người ta xem tiếp xúc gần hình tròn có diện tích diện tích thực tế (diện tích tiếp xúc tương đương) ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA NỀN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG 4.1 Đặc điểm tải trọng xe chạy Hình 1.5 Tải trọng tác dụng lên kết cấu áo đường ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA NỀN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG 4.2 Ảnh hưởng tải trọng đến chế làm việc đất vật liệu áo đường  Tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường có đặc điểm lực tác dụng động, đột ngột, tức thời trùng phục nhiều lần Ngoài chạy mặt đường không phẳng lại sinh thêm lực xung kích Tải trọng xe chạy với đặc điểm kể có ảnh hưởng lớn đến làm việc đất lớp áo đường (là vật liệu có tính đàn hồi, dẻo nhớt) cụ thể ảnh hưởng đến trị số biến dạng khả chống biến dạng chúng  Thời gian tác dụng tải trọng ảnh hưởng lớn đến cường độ (hoặc khả chịu biến dạng) đất (hoặc vật liệu) nhiều nước có đề nghị tính tốn cường độ áo đường với tác dụng tải trọng động đoạn đường trạm dừng xe (dùng MĐĐH động) dùng MĐĐH tĩnh đoạn đỗ xe, dừng xe, trạm thu phí,  Ngồi ra, tác dụng tải trọng động trùng phục đất vật liệu dạng dư (đặc biệt với vật liệu có tính dẻo lớn biến dạng dư lớn) phát sinh tượng mỏi tượng tích lũy biến ...Contents Chương V Chương VI Chương VII CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ (BỀ DÀY) ÁO ĐƯỜNG MỀM (THEO 22TCN 211-06) THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG CHƯƠNG II: CẤU TẠO... theo dẫn TCVN 88 65- 2011) Như Bảng 1.1 Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km) Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Đường xây dựng Đường cải tạo, nâng cấp 120 100 ≤ 2,0 ≤ 2,2 80 ≤ 2,0 ≤ 2,2 60 ≤ 2,2 ≤ 2 ,5 Từ 40 đến 20... TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG 1.2 Các tầng lớp kết cấu áo đường σx = (0,2-0,3)p xe chạy σx = (0, 75- 0, 85) p hãm xe  Lực ngang chủ yếu tác dụng gần mặt áo đường mà không truyền sâu xuống lớp nên gây