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 mịn 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 trịn 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 dịng 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 mịn va đập dòng nước b) Sỏi cuội: Dưới tác dụng dòng nước làm dịch chuyển viên đá,làm chúng bị bào mịn,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 mịn 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 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