Bài giảng nền đường mặt đường UTC hà nội

Trờng đại học giao thông vận tải Khoa công trình BM đờng ô tô & sân bay Bi giảng Thiết kế mặt đờng ô tô v sân bay Hμ néi, 2012 THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ MỤC LỤC Chương I: THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THÔNG THƯỜNG 1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG – NHIỆM VỤ THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG 1.1.1 Những yêu cầu chung đường 1.1.2 Các loại biến dạng đường nguyên nhân 1.1.3 Nhiệm vụ thiết kế đường 1.1.4 Các nguyên tắc thiết kế đường 1.2 CÁC LOẠI ĐẤT DÙNG ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG – TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG 1.2.1 Các loại đất đắp đường 1.2.2 Tiêu chuẩn đầm nén đất đường 11 1.3 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG 12 1.3.1 Các loại trắc ngang định hình đường đắp 12 1.3.2 Các dạng trắc ngang định hình đường đào 15 1.3.3 Cấu tạo đường nửa đào,nửa đắp 17 1.3.4 Phòng hộ gia cố mái taluy đường 17 1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ĐẾN NỀN ĐƯỜNG 19 1.4.1 Sự ảnh hưởng điều kiện tự nhiên đến đường 19 1.4.2 Chế độ thủy nhiệt đường 19 1.4.3 Cao độ mặt đường 20 1.5 TÍNH TỐN KHỐI LƯỢNG CƠNG TÁC NỀN ĐƯỜNG 21 1.6 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TALUY NỀN ĐƯỜNG 21 1.6.1 Yêu cầu chung 21 1.6.2 Phương pháp phân mảnh cổ điển 22 1.6.3 Phương pháp BISHOP 26 1.6.4 Tính tốn ổn định mái dốc có xét đến lực đẩy lực chảy thấm 27 1.6.5 Chương trình kiểm tốn ổn định mái dốc 29 1.7 TÍNH TỐN,ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN SƯỜN DỐC 30 1.7.1 Đánh giá ổn định sườn dốc 30 1.7.2 Đánh giá ổn định thân đắp 32   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TƠ 1.8 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 33 1.8.1 Nguồn gốc phân loại đất yếu 33 1.8.2 Tính tốn ổn định đắp đất yếu 33 1.8.3 Các biện pháp làm tăng mức độ ổn định đắp đất yếu 41 1.9 TÍNH TỐN ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 45 1.9.1 Tính toán độ lún tổng cộng(S): 45 1.9.2 Tính độ lún theo thời gian 49 1.9.3 Các lưu ý thiết kế đắp đất yếu 53 Chương II KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 56 2.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI ÁO ĐƯỜNG VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 56 2.1.1 Yêu cầu chung áo đường 56 2.1.2 Cấu tạo kết cấu áo đường 56 2.2 PHÂN LOẠI KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 60 2.2.1 Phân loại theo đặc tính phạm vi sử dụng 60 2.2.2 Phân loại theo đặc điểm tính tốn cường độ áo đường 61 2.3 NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 61 2.3.1 Nội dung công tác thiết kế kết cấu áo đường 61 2.3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo áo đường 62 Chương III: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 3.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA NỀN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG 68 3.1.1 Đặc điểm tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường 68 3.1.2 Ảnh hưởng tải trọng tác dụng đến chế làm việc đất vật liệu áo đường 70 3.2 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM 71 3.2.1 Các tượng phá hoại áo đường mềm 71 3.2.2 Ngun lý tính tốn cường độ áo đường mềm 72   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 3.3 TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ (BỀ DÀY) ÁO ĐƯỜNG MỀM THEO TIÊU CHUẨN ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI GIỚI HẠN 73 3.4 TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ (BỀ DÀY) ÁO ĐƯỜNG MỀM THEO ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG GIỚI HẠN VỀ TRƯỢT TRONG NỀN ĐẤT VÀ CÁC LỚP KÉM DÍNH KẾT 83 Lực dính tính tốn Ctt đất vật liệu dính lực dính xác định thơng qua thí nghiệm (C) có xét đến điều kiện làm việc khác áo đường 86 3.5 TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM THEO ĐIỀU KIỆN CHỊU KÉO KHI UỐN 89 3.6 CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TỐN CỦA NỀN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU 95 Chương IV: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG 4.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CỨNG 97 4.1.1 Đặc điểm kết cấu áo đường cứng 97 4.1.2 Cấu tạo kết cấu áo đường cứng 98 4.2 CÁC THAM SỐ THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG 102 4.2.1 Tải trọng tính tốn tiêu chuẩn 102 4.2.2 Hệ số triết giảm cường độ n 102 4.2.3 Các tiêu bê tông xi măng làm đường 103 4.2.4 Các tiêu đường 104 4.3 TÍNH TỐN CHIỀU DÀY TẤM BTXM ĐỔ TẠI CHỖ DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TIÊU CHUẨN 105 4.3.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn mặt đường bê tơng xi măng 105 4.3.2 Phương pháp Westergard 105 4.3.3 Tính chiều dày bê tơng mặt đường theo quy trình 22TCN 223-95 106 4.4 KIỂM TOÁN CHIỀU DÀY TẤM BTXM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA XE NẶNG CÁ BIỆT 108 4.4.1 Cơ sở tính tốn, cơng thức tính tốn 108 4.4.2 Cách xác định mô men uốn 109 4.4.3 Trình tự kiểm tốn 113 4.5 KIỂM TOÁN CHIỀU DÀY TẤM BÊ TÔNG DƯỚI TÁC DỤNG ĐỒNG THỜI CỦA TẢI TRỌNG VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT 113 4.5.1 Kiểm toán ứng suất kéo uốn đáy bê tông nhiệt độ giảm 114 4.5.2 Kiểm toán ứng suất bê tông thay đổi nhiệt độ 115   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ 4.5.3 Trình tự kiểm toán 117 4.6 TÍNH TỐN CHIỀU DÀY LỚP MÓNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM 118 Chương V: THIẾT KẾ,TÍNH TỐN HỆ THỐNG THỐT NƯỚC MẶT VÀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC NGẦM 5.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MẶT VÀ THOÁT NƯỚC NGẦM 119 5.1.1 Hệ thống thoát nước mặt 119 5.1.2 Hệ thống thoát nước ngầm 119 5.1.3 Trình tự thiết kế bố trí hệ thống nước đường 119 5.2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN THỦY LỰC RÃNH 120 5.2.1 Thiết kế rãnh 120 5.2.2 Gia cố chống xói rãnh 120 - Việc định gia cố rãnh hình thức gia cố phụ thuộc vào độ dốc dọc rãnh ,tốc độ nước chảy rãnh điều kiện địa chất phía đáy rãnh 120 5.3 CÁC CƠNG TRÌNH THỐT NƯỚC MẶT THƯỜNG GẶP 122 5.3.1 Rãnh dọc (Rãnh biên) 122 5.3.2 Rãnh đỉnh 123 5.3.3 Rãnh dẫn nước 124 5.4 THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỐT NƯỚC NGẦM 125 5.4.1 Rãnh ngầm,tác dụng phân loại 125 5.4.2 Cấu tạo rãnh thoát nước ngầm 125 5.4.3 Nội dung thiết kế thoát nước ngầm 126     Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Chương I: THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THÔNG THƯỜNG 1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG – NHIỆM VỤ THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG 1.1.1 Những yêu cầu chung đường Nền đường ô tô cơng trình đất(đá) có tác dụng: - Khắc phục địa hình thiên nhiên nhằm tạo nên dải đất đủ rộng dọc theo tuyến đường đảm bảo điều kiện cho xe chạy an toàn,hiệu kinh tế - Làm sở cho lớp áo đường:Lớp phía đường với áo đường chịu tác dụng tải trọng xe cộ yếu tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến đến cường độ tình trạng khai thác tuyến đường Do vậy,để đảm bảo yêu cầu trên,khi thiết kế đường cần đáp ứng yêu cầu sau đây: • Đảm bảo có đủ cường độ cần thiết:Nghĩa có đủ độ bền chịu cắt trượt khơng biến dạng q nhiều(Khơng tích lũy biến dạng) tác dụng tải trọng bánh xe • Đảm bảo ln ổn định tồn khối: Nghĩa kích thước hình học hình dạng đường khơng bị phá hoại biến dạng gây khó khăn cho công tác thông xe đường - Các tượng ổn định toàn khối đường thường là: Trượt lở mái taluy đường đào đắp,trượt đường đắp sườn dốc,trượt trồi lún đường đắp đất yếu • Đảm bảo ổn định mặt cường độ: Nghĩa cường độ đường không thay đổi theo thời gian,theo điều kiện khí hậu,thời tiết cách bất lợi suốt thời gian phục vụ tuyến đường ¾ Cường độ độ ổn định đường định nhiều đến cường độ độ ổn định mặt đường.Nếu làm không tốt đường(đảm bảo cao độ,bề rộng,đầm nén )thì sau hư hỏng mặt đường việc xử lý tốn 1.1.2 Các loại biến dạng đường nguyên nhân 1.1.2.1 Biến dạng đường đắp: a) Nền đường bị lún sụt: - Lún sụt chủ yếu đất đường(Phân biệt với lún chặt,do thân đất đắp không chặt)   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ     H1.1a – Lún sụt (Do thân nhiều chỗ ướt,có chất hữa cơ) H1.1b – Lún sụt phình trồi bên (Do tự nhiên ) b) Taluy bị trượt lở • Sụt lở : Khối đất nhỏ bão hòa nước di chuyển theo mái taluy từ xuống dưới,gọi lở - Tính chất sụt lở: Khối đất di chuyển khơng dày lắm,cũng nước làm xói mòn taluy • Trượt lở: Cả khối đất lớn di động taluy gọi trượt lở - Tính chất trượt lở: Một phần đất tách khỏi đường tác dụng trọng lực di động mặt trượt H1.2.a – Sụt lở taluy H1.2.b – Trượt lở t aluy c) Trượt mặt đất tự nhiên H1.3 Nền đường trượt mặt đất tự nhiên Thường chân đường đắp bị ướt hình thành mặt trượt d) Nền đường bị sụp đổ: - Do thi công không đúng: Đất đắp ngậm nhiều nước theo lớp nghiêng đắp loại đất khác cách hỗn loạn   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ - Thường xuất có nước đọng thường xuyên dâng cao H 1.4 –Nền đường bị sụp đổ 1.1.2.2 Biến dạng đường đào a) Taluy bị lở trượt H 1.5.- Hiện tượng lở trượt taluy đào   - Nguyên nhân: Chủ yếu đất yếu độ dốc mái taluy lớn b) Taluy bị rơi vỡ H 1.6 Mái taluy bị rơi vỡ - Ngun nhân: Do q trình phong hóa,động đất làm đất, đá bị vỡ vụn   1.1.3 Nhiệm vụ thiết kế đường • Xác định kích thước hình học đường: Bề rộng,mái dốc taluy,rãnh biên,rãnh đỉnh • Chọn loại đất đắp thích hợp,quy định chế độ đầm nén cho đoạn cho độ sâu.Các biện pháp đảm bảo chế độ thủy nhiệt cho đường,nâng cao độ đất nền,đặc biệt biện pháp nước • Tính tốn ổn định mái dốc đường,tính tốn ổn định thiên nhiên → bảo đảm đường không trượt sườn dốc,không lún sụt đất yếu   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TƠ • Tính tốn độ lún đường,nhất đắp đất yếu → Cao độ phòng lún • Các biện pháp đảm bảo ổn định đường ,các cơng trình chống đỡ,cơng trình nước,ngăn nước,và biện pháp xử lý khác 1.1.4 Các nguyên tắc thiết kế đường a) Phải đảm bảo khu vực tác dụng đường (khi khơng có t ính tốn đặc biệt, khu vực lấy tới 80 cm kể từ d ưới đáy áo đường trở xuống ) đạt yêu cầu sau: - Không bị ẩm (độ ẩm không lớn 0,6 giới hạn nhão) không chịu ảnh hưởng nguồn ẩm bên (nước mưa, nước ngầm, nước bên cạnh đường) - 30 cm phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu đường cấp I, cấp II đường cấp khác - 50 cm phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu đố i với đường cấp I, cấp II với đường cấp khác Ghi chú: CBR xác định theo điều kiện mẫu đất độ chặt đầm nén thiết kế ngâm bão hòa ngày đêm b) Để hạn chế tác hại xấu đến môi trường cảnh quan, cần trọng nguyên tắc: - Hạn chế p há hoại thảm thực vật Khi nên gom đất hữu đào để phủ xanh lại hố đất mượn, sườn taluy - Hạn chế phá hoại cân tự nhiên Đào đắp vừa phải Chú ý cân đào đắp Gặp địa hình hiểm trở nên so sánh đường với phương án cầu cạn, hầm, ban công Chiều cao mái dốc đường k hô ng nên cao 20 m - Trên sườn dốc 50% nên xét phương án tách thành hai đường độc lập - N ền đào đắp thấp nên có phương án làm thoải (1:3 ~ 1:6) gọt tròn để phù hợp địa hình an tồn giao thơng - Hạn chế tác dụng xấu đến đời sống kinh tế xã hộ i cư dân gây ngập lụt ruộ ng đất, nhà cửa Các vị trí độ cơng trình nước phải đủ để khơng chặn dòng lũ gây phá chỗ khác, tránh cản trở lưu thông nội địa p hương, tôn trọng quy hoạch thoát nước đ ịa phương   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 1.2 CÁC LOẠI ĐẤT DÙNG ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG – TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG 1.2.1 Các loại đất đắp đường Đất vật liệu dùng xây dựng đường, tính chất lại thay đổi phức tạp theo nhiều nhân tố, cần phải nắm tính chất lý loại đất, biết phương pháp xác định chúng phải nắm vững lý luận học đất Phân loại đất đắp đường: a) Đá: Làm đường tốt,nền đường đắp đá đảm bảo cường độ độ ổn định,chống xói mòn va đập dòng nước b) Sỏi cuội: Dưới tác dụng dòng nước làm dịch chuyển viên đá,làm chúng bị bào mòn,trong thành phần có lẫn cát sét.Nền đường đắp sỏi cuội có cường độ cao,khi đắp nơi khơ cường độ khơng thay đổi nhiều.Nhược điểm chống xói mòn kém→thường gia cố bề mặt c) Cát: Là loại đất vụn,rời rạc,độ dính kém,kích thước hạt 50% khối lượng,dùng để đắp đường tốt,có cường độ ổn định,tính dính cao,khả nước nhanh e) Đất sét: Có lực dính lớn tính thấm nước kém,lâu bão hòa nước.Chỉ nên dùng đắp nơi khô f) Đất sét: Là loại đất tốt,chống xói lở tốt,đặc biệt dùng để đắp taluy đường g) Đất hữu cơ(Bùn,than bùn ):Đất có cường độ thấp,thay đổi thể tích nhiều độ ẩm thay đổi→Không nên sử dụng đắp đường   Trang   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Bảng 4.6 Giá trị hệ số A,B,C b) Đối với xe xích, xe nhiều bánh - Nếu cần kiểm tốn chiều dày tác dụng tải trọng xe xích, xe nhiều bánh, xe lu,…thì dùng phương pháp cộng tác dụng: chia nhỏ để quy đổi lực tập trung, tính mơ men hướng tâm tiếp tuyến lực tập trung gây (hình 4.6a) tiết diện đơn vị Sau tính tổng mơ men gây tiết diện hướng trục X, Y (hình 4.7) - Vì có nhiều lực tập trung gây mô men uốn theo hướng khác nên để tìm hướng có tổng mơ men uốn lớn , người ta phải chiếu mô men xuống trục X, Y hệ trục OXY Hình 4.7 Sơ đồ xác định mô men Mx dải rộng 1m   Trang 112   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ * Xác định Mx: Theo hình 4.7 ta có mơ men MF MT dải rộng 1m chiếu xuống trục X MF.cosα MT.sinα tác dụng dải rộng 1/cosα 1/sinα Do ta có: Mx = M F cos α M T sin α + = M F cos α + M T sin α 1 sin α cos α * Xác định My: Tương tự ta xác định M y = M F sin α + M T cos α Kết hợp lại ta cơng thức tính mơ men trục X Y M x = M F cos α + M T sin α M y = M F sin α + M T cos α Với α góc tạo thành trục mà theo hướng ta xét mơ men với đường thẳng nối liền điểm tác dụng lực với điểm tìm mơ men 4.4.3 Trình tự kiểm tốn - Sau tính tốn chiều dày với tải trọng tiêu chuẩn xác định chiều dày bê tông h ,các bước kiểm tốn sau: - Từ phân tích tải trọng kiểm tốn, tính mơ men uốn ∑M 6.∑ M = - Tìm hướng có tổng mơ men uốn lớn để tìm ứng suất lớn ∂ max h max max sau thay h ∑M max vào công thức - So sánh ∂ max ≤ [∂ ] = n.Rku đạt u cầu, khơng thoả mãn phải tăng chiều dày bê tơng kiểm tốn lại (hoặc lấy giá trị h quy tròn theo cơng thức 5.14) 4.5 KIỂM TỐN CHIỀU DÀY TẤM BÊ TƠNG DƯỚI TÁC DỤNG ĐỒNG THỜI CỦA TẢI TRỌNG VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT - Khi nhiệt độ tăng giảm bê tông co dãn phát sinh ma sát móng Lực ma sát gây ứng suất kéo uốn đáy làm nứt tấm, đặc biệt nguy hiểm trường hợp nhiệt độ giảm - Khi nhiệt độ mặt bê tông chênh lệch bê tơng sinh ứng suất uốn vồng, ứng suất cộng với ứng suất bê tông tải trọng gây vượt ứng suất cho phép Vì cần phải kiểm tốn với tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn ứng suất nhiệt   Trang 113   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 4.5.1 Kiểm toán ứng suất kéo uốn đáy bê tông nhiệt độ giảm - Khi nhiệt độ tăng, giảm bê tông bị dãn hay co lại hình thành lực ma sát móng Nguy hiểm co lại lúc lực ma sát ngược chiều với ứng suất kéo uốn đáy (hình 4.8) Hình 4.8 Sơ đồ tính toán xác định chiều dài (Khoảng cách khe co) - Khi nhiệt độ giảm, co lại phát sinh ma sát móng, lực ma sát lớn đơn vị diện tích đáy tấm: S max = P.tgϕ + C = γh.tgϕ + C (5.20) Trong đó: P - Áp lực bê tơng tác dụng lên lớp móng; ϕ - góc nội ma sát; C - Lực dính đơn vị (daN/cm2); h - Chiều dày bê tông (cm); γ - Dung trọng bê tông (daN/cm3) Giá trị C, ϕ phụ thuộc vào lớp phân cách hay lớp móng (tra bảng ) - Trong tính tốn người ta sử dụng giá trị trung bình Stb = 0,7 Smax   Trang 114   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ - Lực ma sát lớn nửa F = Stb.B.L/2 Ứng suất lớn đáy kéo lệch tâm với lực kéo F, độ lệch tâm e = h/2 ∂ max = F ⎛ e⎞ ⎜1 + ⎟ B.h ⎝ h⎠ Từ chiều dài L: L= h[∂ ] 1,4(h.γ tgϕ + C ) Từ công thức thấy rằng: - Chiều dài L phụ thuộc vào cường độ bê tông, chiều dày ma sát móng (vật liệu cách ly hai lớp) Trong thực tế với mặt đường bê tông không cốt thép với đường quốc lộ L = 5-6m, với đường bê tông cho mặt đường giao thông nông thôn chiều dài L = 3m hợp lý - Ngày số cơng trình người ta sử dụng mặt đường bê tơng cốt thép liên tục, khơng có khe co, khe dãn trùng với khe công tác Loại mặt đường khơng phải khơng có vết nứt mà có tác dụng tăng khoảng cách vết nứt khống chế mở rộng vết nứt mà - Kiểm tốn chiều dài có tính tham khảo quy trình khơng bắt buộc kiểm tra Bảng 4.7 Giá trị C, ϕ phụ thuộc vào lớp phân cách hay lớp móng Vật liệu C (daN/cm2) tgϕ Lớp làm phẳng cát 0,3 0,7 Lớp giấy dầu 0,5 0,9 Xỉ lò cao 0,9 0,8 Đá dăm chèn 0,2 1,2 Á cát trộn nhựa 0,2 – 0,35 0,46 – 0,7 Á sét sét bụi trộn nhựa 0,2 – 0,25 0,36 – 0,66 Sỏi sạn 0,5 0,58 – 0,84 4.5.2 Kiểm tốn ứng suất bê tơng thay đổi nhiệt độ - Khi có chênh lệch nhiệt độ bề mặt đáy tấm, dẫn tới chiều dài khơng xuất hiện tượng cong vênh, trọng lượng liên kết với xung quanh làm phát sinh ứng suất - Westergard người giải tốn lý thuyết bê tơng xi măng kích thước vơ hạn (tấm dài mà hẹp) bị hạn chế uốn vồng phần với giả thiết:   Trang 115   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TƠ - Tấm đặt theo mơ hình Winkler; - Nhiệt độ thay đổi tuyến tính theo bề dày tấm; - Tấm móng trước sau giữ nguyên tiếp xúc; - Bỏ qua trọng lượng thân - Sau Brabbury phát triển kết Westergard đưa đước công thức tính tốn ứng suất uốn vồng nhiệt độ - Khi nhiệt độ mặt mặt bê tông chênh Δt ( o C ) bê tơng sinh ứng suất uốn vồng tính theo cơng thức sau: ∂t = E1α (C x + μC y )Δt 2(1 − μ ) ∂n = E1α (C y + μC x )Δt 2(1 − μ ) ∂c = E1α C x Δt 2(1 − μ ) Trong đó: - E1: mô đun đàn hồi bê tông - σ t : ứng suất uốn vồng theo hướng dọc tấm, daN/cm2 - σ n : ứng suất uốn vồng theo hướng ngang tấm, daN/cm2 - σ c : ứng suất uốn vồng theo hướng dọc cạnh tấm, daN/cm2 - ∆t: chênh lệch nhiệt độ mặt mặt bê tơng, lấy ∆t = 0,84h - µ: hệ số pốt xơng bê tơng, µ = 0,15 - Cx, Cy: hệ số có giá trị thay đổi theo tỷ số L/l B/l, xác định tra bảng 4.8; L chiều dài bê tông (tức khoảng cách hai khe co); B - Chiều rộng bê tông; l - bán kính độ cứng bê tơng xác định theo công thức: l = 0,63 E E chm Bảng 4-8 Giá trị Cx, Cy L l CX, Y B l 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 0,19 0,42 0,07 0,91 1,01 1,07 1,08   Trang 116   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 4.5.3 Trình tự kiểm tốn - Khi kiểm tốn tác dụng phối hợp ứng suất nhiệt độ ứng suất tải trọng xe chạy, ứng suất tổng hợp lớn cường độ chịu uốn cho phép bê tơng phải giảm bớt chiều dài tăng chiều dày giả định kiểm toán lại với ứng suất tổng hợp - Từ công thức ta tính ứng suất gây tải trọng tiêu chuẩn σTT bê α P tông σ = tt Tùy giá trị α mà có ứng suất theo vị trí hướng h - Xác định ứng suất sinh nhiệt theo hướng σNHIET - Tìm hướng có ứng suất tổng hợp σTH = (σTT + σNHIET) lớn kiểm toán σTHmax ≤ [σ] = n.Rku đạt u cầu, khơng thỏa mãn phải thiết kế lại kiểm tốn lại Hoặc khống chế ứng suất nhiệt lớn bê tông theo công thức sau: ΣNHIET ≤ (0,3 ÷0,4)Rku   Trang 117   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ 4.6 TÍNH TỐN CHIỀU DÀY LỚP MÓNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM   - Dưới tác dụng lặp lại tải trọng , đất đường bị biến dạng dẻo Lớp móng mặt đường BTXM phải đảm bảo cho đất đường phía không xuất biến dạng dẻo (không bị trượt) với điều kiện: τam + τab ≤ k.C Trong đó: - τam ứng suất cắt hoạt động lớn tải trọng xe chạy gây đất.Được xác định cách tra toán đồ - τab ứng suất tĩnh tải ( Trọng lượng thân lớp kết cấu phía gây điểm xét).Được xác định cách tra toán đồ - C lực dính đất - k hệ số tổng hợp,đặc trưng cho làm việc kết cấu áo đường k = k1* k’ - k1 hệ số xét đến ảnh hưởng lặp lại tải trọng.(Tra bảng) - k’ hệ số xét đến không đồng điều kiện làm việc mặt đường cứng theo chiều dài đường( Xác định cách tra bảng) - Việc tính tốn thực mang ý nghĩa mặt lý thuyết thực tế ứng suất cắt tải trọng truyền xuống tầng móng nhỏ(Tầng mặt BTXM có độ cứng lớn).Trong đó,qua thực tế khai thác người ta nhận thấy tầng móng có ảnh hưởng quan trọng đến tuổi thọ mức độ bền vững loại mặt đường này.Do đó,đối với tầng móng,ngồi yêu cầu kiểm tra theo điều kiện trên,thường yêu cầu bắt buộc mặt cấu tạo   Trang 118   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ Chương V: THIẾT KẾ,TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MẶT VÀ THOÁT NƯỚC NGẦM 5.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MẶT VÀ THỐT NƯỚC NGẦM - Các cơng trình nước đường tơ có tác dụng tập trung nước nền-mặt đường ngăn chặn không cho nước ngấm vào phần đất,đảm bảo cho chế độ ẩm đường ổn định không gây nguy hiểm cho đường 5.1.1 Hệ thống thoát nước mặt a) Độ dốc ngang mặt đường - Độ dốc ngang phụ thuộc vào loại vật liệu làm mặt đường.Mặt đường phẳng độ dốc ngang phải lớn nước đọng mặt đường lâu sức cản dòng chảy lớn.Mặ khác,độ dốc ngang lớn xe chạy bất lợi,vì cần lựa chọn độ dốc ngang phù hợp để đảm bảo điều kiện thoát nước b) Rãnh dọc(rãnh biên),rảnh đỉnh,thùng đấu,đê trạch,thềm đất c) Dốc nước bậc nước d) Công trình nước qua đường:Cầu,cống,đường thấm đường tràn e) Các cơng trình hướng nước nắn dòng 5.1.2 Hệ thống thoát nước ngầm - Tác dụng hệ thống ngăn chặn,tháo hạ mực nước ngầm,đảm bảo đường khơng bị ẩm ướt cải thiện chế độ thủy nhiệt mặt đường 5.1.3 Trình tự thiết kế bố trí hệ thống nước đường - Bố trí rãnh đỉnh sườn núi để ngăn nước chảy đường trường hợp lưu lượng nước từ sườn núi lớn,rãnh dọc không thoát nước kịp - Đối với đoạn đường đào,nửa đào nửa đắp đường đắp thấp cần bố trí rãnh dọc(rãnh biên) hai bên đường để nước mặt đường,lề đường taluy bên đảm bảo đường khô - Thiết kế mương rãnh dẫn nước từ rãnh đỉnh,rãnh biên vị trí trũng,sơng suối cầu cống gần - Nếu có nước ngầm gây hại tới đường phải bố trí cơng trình nước ngầm kết hợp với hệ thống thoát nước mặt   Trang 119   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ 5.2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC RÃNH 5.2.1 Thiết kế rãnh a) Nội dung công tác thiết kế rãnh bao gồm: - Thiết kế bình đồ rãnh nước - Các thơng số hình học rãnh,bao gồm:Độ dốc dọc,kích thước mặt cắt ngang - Hình thức gia cố rãnh b) Những yêu cầu thiết kế rãnh - Tiết diện độ dốc rãnh phải đảm bảo thoát lưu lượng nước tính tốn với kích thước hợp lý.Độ dốc rãnh thiết kế không nhỏ 0,5%(Trong số trường hợp cá biệt sử dụng độ dốc 0,3% chiều dài nhỏ) - Khi thiết kế rãnh cố gắng giảm bớt số chỗ ngoặt để tránh tượng ứ đọng bùn cát vị trí - Mép rãnh đỉnh,rãnh dẫn nước phải cao mực nước chảy rãnh khoảng 0,25m - Để đảm bảo đường khô ráo,không bị đầy tràn lòng rãnh khơng bị xói phải cố gắng tìm cách bố trí nhiều chỗ nước vị trí mương khe suối gần 5.2.2 Gia cố chống xói rãnh - Việc định gia cố rãnh hình thức gia cố phụ thuộc vào độ dốc dọc rãnh ,tốc độ nước chảy rãnh điều kiện địa chất phía đáy rãnh   - Các hình thức gia cố rãnh bao gồm: • Gia cố lát cỏ hai mái taluy rãnh đáy rãnh bề rộng đáy rãnh đủ lớn • Lát đá: Tùy theo cỡ đá,chiều dày lớp gia cố quy định sau: 12-:- 14cm sử dụng đá nhỏ 14-:- 16cm sử dụng đá vừa 16-:- 18cm sử dụng đá lớn   Trang 120   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ • Gia cố betong: Khi tốc độ nước chảy rãnh lớn sử dụng bê tơng để gia cố,có thể sử dụng betong nghèo rải lớp móng đá dăm sử dụng bê tông để gia cố   Hình 5.1 Gia cố rãnh lát cỏ kẻ theo ô Hình 5.2 Gia cố rãnh đá lát   Trang 121   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 5.3 CÁC CƠNG TRÌNH THỐT NƯỚC MẶT THƯỜNG GẶP   5.3.1 Rãnh dọc (Rãnh biên) - Rãnh dọc làm để nước mưa từ mặt đường,lề đường diện tích bên dành cho đường,có tác dụng làm cho đường khô ráo,đảm bảo ổn định cho đường trời mưa - Rãnh dọc cần bố trí đường đào,nửa đào nửa đắp đường đắp thấp 0,6m - Kích thước rãnh biên điều kiện bình thường thiết kế theo cấu tạo định hình mà khơng u cầu tính tốn thuỷ lực Chỉ trường hợp rãnh biên nước bề mặt đường, lề đường diện tích dải đất dành cho đường mà để nước lưu vực hai bên đường kích thước rãnh biên tính tốn theo cơng thức thuỷ lực, chiều sâu rãnh không 0,80 m - Tiết diện rãnh hình thang, hình tam giác, hình chữ nhật Phổ biến dùng rãnh tiết diện hình thang có chiều rộng đáy rãnh 0,40 m, chiều sâu tính từ mặt đất tự nhiên tối thiểu 0,30 m, taluy rãnh đường đào lấy độ dốc taluy đường đào theo cấu tạo địa chất Rãnh tam giác sử dụng nơi địa chất khó thi công đá Trong đường đô thị thường sử dụng rãnh mặt cắt hình vng để tiết kiệm diện tích Hình 5.3 Tiết diện rãnh hình thang hình tam giác - Để tránh lòng rãnh khơng bị ứ đọng bùn cát, độ dốc lòng rãnh khơng nhỏ 0,5 %, trường hợp đặc biệt, cho phép lấy 0,3 % - Khi quy hoạch hệ thống nước mặt ý khơng để nước từ rãnh đường đắp chảy đường đào, trừ trường hợp chiều dài đường đào ngắn 100 m, không cho nước chảy từ rãnh đỉnh, rãnh dẫn nước, v.v chảy rãnh dọc phải ln tìm cách tháo nước rãnh dọc chỗ trũng, sơng suối gần đường cho qua đường nhờ cơng trình nước ngang đường Đối với rãnh tiết diện hình thang cách tối đa 500 m tiết diện tam giác cách 250 m phải bố trí cống cấu tạo để   Trang 122   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ nước từ rãnh biên sườn núi bên đường Đối với cống cấu tạo khơng u cầu tính tốn thuỷ lực - Tần suất thiết kế rãnh biên 4% 5.3.2 Rãnh đỉnh - Khi diện tích lưu vực sườn núi đổ đường lớn chiều cao taluy đào ≥ 12 m phải bố trí rãnh đỉnh để đón nước chảy phía đường dẫn nước cơng trình nước, sơng suối hay chỗ trũng cạnh đường, không cho phép nước đổ trực tiếp xuống rãnh biên - Rãnh đỉnh thiết kế với tiết diện hình thang, chiều rộng đáy rãnh tối thiểu 0,50 m, bờ rãnh có taluy : 1.5, chiều sâu rãnh xác định theo tính tốn thuỷ lực đảm bảo mực nước tính tốn rãnh cách mép rãnh 20 cm không nên sâu 1,50 m - Độ dốc rãnh đỉnh thường chọn theo điều kiện địa hình để tốc độ nước chảy khơng gây xói lòng rãnh Trường hợp điều kiện địa hình bắt buộc phải thiết kế rãnh đỉnh cố độ dốc lớn phải có biện pháp gia cố lòng rãnh thích hợp, tốt gia cố đá hộc xây hay bê tông thiết kế rãnh có dạng dốc nước hay bậc nước Để tránh ứ đọng bùn cát rãnh, độ dốc rãnh khơng nhỏ 0/00 ÷ 0/00 Hình 5.4 Rãnh đỉnh đường đào - Vị trí rãnh đỉnh cách mép taluy đường đào m đất thừa đào rãnh đỉnh đắp thành trạch (đê nhỏ) phía dốc xuống địa hình (phía thấp); bề mặt trạch có độ dốc ngang % phía rãnh chân cách mép taluy đường đào m   Trang 123   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 5.3.3 Rãnh dẫn nước - Rãnh dẫn nước thiết kế để dẫn nước từ nơi trũng cục công trình nước gần từ rãnh dọc, rãnh đỉnh chỗ trũng hay cầu cống, để nối tiếp sông suối với thượng hạ lưu cống - Rãnh dẫn nước không nên thiết kế dài 500 m Đất đào từ rãnh đắp thành đê nhỏ dọc theo rãnh Nếu rãnh dẫn nước bố trí dọc theo đường mép rãnh cách chân taluy đường m đến m rãnh đường có đê bảo vệ cao 0,50 m đến 0,60 m - Hướng rãnh nên chọn thẳng tốt Ở nơi chuyển hướng, bán kính đường cong nên lấy từ 10 lần đến 20 lần chiều rộng đáy rãnh không nhỏ 10 m - Tiết diện rãnh xác định theo tính tốn thuỷ lực chiều sâu rãnh không nên nhỏ 0,50 m đáy rãnh không nhỏ 0.40m, mép bờ rãnh phải cao mực nước chảy rãnh 0,20 m - Tần suất tính lưu lượng rãnh dẫn nước lấy tần suất cơng trình nước liên quan Hình 5.5 Rãnh dẫn nước từ suối nhỏ cơng trình nhân tạo suối lớn   Trang 124   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ 5.4 THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỐT NƯỚC NGẦM   ™ Nước ngầm:  Là phần nước nằm đất,dưới tác dụng trọng lực chảy theo độ dốc lớp đất không thấm nước.  - Khi thiết kế cơng trình nước ngầm cần quan tâm đến yếu tố: Vị trí dạng nước ngầm,hướng dòng chảy,tốc độ lưu lượng mực nước ngầm.Những yếu tố xác định cách khảo sát thực địa 5.4.1 Rãnh ngầm,tác dụng phân loại - Rãnh ngầm có tác dụng cắt hạ mực nước ngầm.Tùy theo vị trí tác dụng phân loại rãnh ngầm: a) Rãnh ngầm làm đáy rãnh dọc hay đường để hạ mực nước ngầm phần xe chạy   Hình 5.6 Các phương án bố trí rãnh ngầm đường tơ b) Rãnh ngầm đặt taluy đường đào,đảm bảo taluy khô mái dốc ổn định c) Rãnh ngầm đặt sau tường chắn đất,sau mố cầu d) Rãnh ngầm thoát nước đặt lớp kết cấu áo đường 5.4.2 Cấu tạo rãnh thoát nước ngầm - Rãnh nước ngầm gồm có loại: Rãnh loại hở loại kín • Loại hở: Chỉ dùng trường hợp mực nước ngầm cao • Loại kín: Dùng trường hợp mực nước ngầm sâu   Trang 125   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ Hình 5.7 Rãnh nước ngầm kiểu kín - Cấu tạo rãnh nước ngầm loại kín thiết kế theo sơ đồ tổng quát sau: Phía rãnh đắp vật liệu (đất) không thấm nước lèn chặt để giữ không cho nước mưa ngấm xuống rãnh; sau hai lớp cỏ lật ngược để giữ không cho đất rơi xuống lớp vật liệu lọc nước bên dưới; lớp cỏ lớp cát sau lớp đá dăm hay sỏi cuội; để tăng khả thoát nước rãnh thường có ống nước hầm thoát nước - Ống thoát nước rãnh ngầm thường dùng ống bê tơng đường kính nước nhỏ 15 cm – 20 cm sành, gạch hay đá xây có đường kính 30 cm – 50 cm chiều dài đốt ống thoát nước 0,3 m – 0,6 m; ống thoát nước đặt giáp nhau, khe hở cm – 0,5 cm nước chảy vào ống nước 5.4.3 Nội dung thiết kế thoát nước ngầm - Nội dung cơng tác thiết kế nước ngầm bao gồm: • Chọn tuyến rãnh nước • Lên trắc dọc rãnh nước • Xác định vị trí giếng quan sát,chỗ nước ngầm • Tính tốn kích thước lựa chọn kết cấu cơng trình nước   -oOo     Trang 126   ... THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 1.3 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG Các loại trắc ngang đường thường gặp gồm có: - Nền đường đắp hồn tồn - Nền đường đào hoàn toàn - Nền đường nửa...THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ MỤC LỤC Chương I: THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THÔNG THƯỜNG 1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG – NHIỆM VỤ THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG 1.1.1 Những yêu cầu chung đường. .. 0,6m) (Trừ TH đường cao tốc) - Nền đường đắp vừa ( h =1÷ 6m) - Nền đường đắp cao ( h =6 ÷ 12 m) - Nền đắp cao ( h ≥ 12m ) đường đắp qua bãi sông H1.7:   Trang 12   THIẾT KỀ NỀN-MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Tùy