Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 211:1993 bao gồm các quy định về cấu tạo và tính toán cường độ áo đường mềm trong trường hợp đường cũ nâng cấp, cải tạo, cho các loại đường ô tô cấp kỹ thuật khác nhau, các đường công nghiệp, đường đô thị và cả đường xe đạp (khi làm xe đạp được tách riêng với đường ô tô).
TIÊU CHUẨN NGÀNH 22TCN 211:1993 QUY TRÌNH THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI (Ban hành theo Quyết định số 1293/KHKT ngày 29/6/1993) Chương QUY ĐỊNH CHUNG 1.1 Phạm vi áp dụng quy trình – Quy trình bao gồm quy định cấu tạo tính tốn cường độ áo đường mềm trường hợp đường cũ nâng cấp, cải tạo, cho loại đường ô tô cấp kỹ thuật khác nhau, đường công nghiệp, đường đô thị đường xe đạp (khi làm xe đạp tách riêng với đường ô tô) - Quy trình dùng để làm sở tính tốn đánh giá khả làm việc áo đường mềm tuyến đường có nhằm phục vụ cho việc tổ chức khai thác, sửa chữa chúng (khống chế điều chỉnh lượng xe loại xe cho phép lại tuyến cho phù hợp với cường độ áo đường …) 1.2 Quy trình thay cho quy trình thiết kế, mặt đường mềm 22 TCN 292-90 1.3 Một số thuật ngữ nói quy trình khái niệm sau: 1.3.1 Áo đường mềm loại áo đường có khả chống biến dạng khơng lớn, có độ cứng nhỏ (nên cường độ chịu uốn thấp) Trừ mặt đường bê tông ximăng thuộc loại áo đường cứng, tất áo đường làm vật liệu hỗn hợp đá –nhựa (bê tông nhựa …) sỏi đá, đất đá, đất gia cố chất liên kết vô (xi măng, vôi …) hay chất liên kết hữu (bi-tum, gu-đơrông …) xem thuộc loại áo đường mềm Kết cấu áo đường mềm hiểu bao gồm lớp móng lớp mặt làm phần áo đường vật liệu nói gồm lớp đất đường chịu lực thẳng đứng xe truyền xuống, nữa, chịu lực, biến dạng lớp đất chiếm tỷ lệ đáng kể biến dạng toàn (độ võng chung) kết cấu áo đường, vậy, thiết kế áo đường mềm cần đặc biệt ý có biện pháp tăng cường độ (khả chống biến dạng) tăng ổn định cường độ lớp đất đáy áo đường 1.3.2 Cấu tạo áo đường mềm hồn chỉnh gồm có tầng mặt tầng móng, tầng lại gồm nhiều lớp Tầng mặt trên, chịu tác dụng trực tiếp xe (lực thẳng đứng lực ngang) tác dụng nhân tố thiên nhiên (mưa, nắng, nhiệt độ …) Tầng mặt phải đủ bền suốt thời kỳ sử dụng, phải phẳng, có đủ độ nhám, chống nước thấm, chống biến dạng dẻo nhiệt độ cao, chống nứt, phải có khả chịu bào mòn tốt khơng bụi, chống bong bật Để đạt yêu cầu tầng mặt thường cấu tạo gồm lớp chịu lực chủ yếu (chịu nén, uốn cắt) lớp mặt (chống thấm, chống bong bật, chống bào mòn, tạo nhám để chống trượt, tạo phẳng); đơi có lớp bảo vệ (rải lớp mặt thay lớp mặt); lớp mặt lớp bảo vệ (nếu có) Là lớp định kỳ khơi phục lại q trình khai thác đường Tầng móng dưới, có tác dụng phân bổ ứng suất tải trọng xe xuống đường Vật liệu tầng móng dùng loại rời rạc phải bảo đảm có độ cứng định có cường độ giảm dần theo chiều sâu tầng móng bố trí vài lớp vật liệu khác với loại có cường độ thấp tận dụng vật liệu chỗ Hình 1.1 Áo đường tầng mặt 1/ Lớp bảo vệ (đối với AĐ bê tơng nhựa AĐ có xử lý nhựa khơng có lớp này) 2/ Lớp hao mòn (đối với AĐ BTN BTN mịn có bột khống) 3/ Lớp chịu lực chủ yếu 4/ Lớp móng 5/ Lớp móng Đối với đường cấp trở xuống, áo đường gồm tầng mặt (tầng mặt kiêm chức tầng móng) tầng mặt có lớp bảo vệ rời rạc mà khơng có lớp hao mòn 1.4 Yêu cầu chất lượng khai thác áo đường yêu cầu tầng mặt nói 1.3.2 Tuy nhiên, tùy theo quy mô giao thông tốc độ xe chạy cần thiết, tùy theo ý nghĩa cấp hạng kỹ thuật đường, việc thiết kế áo đường nhằm thỏa mãn yêu cầu mức độ khác để đảm bảo mục tiêu an toàn, êm thuận, kinh tế xây dựng khai thác đường tính kinh tế xác định nhờ kết so sánh phương án thiết kế áo đường thông qua đánh giá hiệu kinh tế theo tổng số vốn đầu tư xây dựng, chi phí cho phương tiện giao thông khối lượng vận chuyển cho trước thời gian so sánh phương án hướng dẫn chương V Về cường độ, mức độ yêu cầu khác nói thể tính tốn thiết kế thơng qua mức độ dự trữ cường độ khác kết cấu áo đường (mức độ dự trữ cường độ cao bảo đảm kết cấu áo đường mềm làm việc giai đoạn đàn hồi chất lượng sử dụng khai thác vận doanh cao) 1.5 Để thiết kế áo đường mềm cần phải tổ chức điều tra khảo sát thu thập số liệu sau: 1) Quy mô giao thông chạy đường năm chọn năm tính tốn tương lai, tức lưu lượng thành phần tốc độ xe chạy tính tốn cuối thời kỳ khai thác Thời kỳ quy định từ 5-15 năm tùy theo cấp kỹ thuật áo đường tùy theo yêu cầu riêng luận chứng kinh tế xác định Trong trường hợp có dự kiến đầu tư phân kỳ cần phải nghiên cứu dự báo quy luật tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm 2) Điều tra, thí nghiệm, quan trắc để xác định thơng số tính tốn đất (trường hợp áo đường làm mới) kết cấu mặt đường cũ (trường hợp thiết kế nâng cấp cải tạo) Nội dung yêu cầu điều tra thí nghiệm quy định hướng dẫn phụ lục II 3) Điều tra vật liệu xây dựng dọc tuyến đường, bao gồm việc thí nghiệm xác định tiêu chất lượng vật liệu (phụ lục III) 4) Điều tra khí hậu, địa chất thủy văn (nhất điều kiện gây ẩm mặt đường) Đoạn đường bị ngập qua vùng đất yếu phải điều tra khảo sát kỹ phải có thiết kế đặc biệt QT Khảo sát đường ô tô (22TCN – 27 – 84) yêu cầu 5) Điều tra điều kiện phương tiện thi công 6) Điều tra thu thập số liệu luận chứng hiệu kinh tế so sánh phương án kết cấu áo đường giai đoạn luận chứng KTKT thiết kế áo đường (nội dung thu thập số liệu chương V) 1.6 Thiết kế áo đường gồm trình tự sau: 1- Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường 2- Kiểm toán cường độ chung cường độ tầng lớp áo đường, tính tốn xác định bề dày áo đường Thiết kế cấu tạo nhằm chọn bố trí hợp lý lớp vật liệu phù hợp với chức yêu cầu tầng lớp áo đường nói 1.3 1.4, chọn biện pháp tăng cường cường độ ổn định cường độ móng đất Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm có ý nghĩa quan trọng thực tế có nhiều u cầu chất lượng vận doanh khai thác áo đường giải biện pháp tính tốn; đặc biệt để hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt xe nhân tố thiên nhiên giải biện pháp cấu tạo Do thiết kế cấu tạo cần đặc biệt tôn trọng nguyên lý chung sử dụng vật liệu (về kích cỡ, tỷ lệ, hình dạng, độ cứng … hạt khoáng chất chất liên kết) đồng thời phải xét đến kinh nghiệm cấu tạo áo đường vùng khác nước Chỉ cho phép sử dụng kết cấu mới, vật liệu sau kết cấu thí điểm xây dựng đánh giá tốt Thiết kế áo đường gồm hai giai đoạn: Luận chứng KTKT lập vẽ thi công Trong giai đoạn phải phân chia tuyến đường thành đoạn có điều kiện nói 1.5, khác để thiết kế cho phù hợp Trong giai đoạn thiết kế cải tạo nâng cấp đường cũ việc phân chia đoạn tuyến thành đoạn đồng để thiết kế áo đường phải tiến hành tỷ mỷ chi tiết sở điều tra thử nghiệm trường km đường, chí phải thiết kế cá biệt cho đoạn ngắn 50 – 100m (các đoạn đào, đắp xen kẽ, đoạn có điều kiện gây ẩm cường độ móng khác ….) Hồ sơ thiết kế áo đường giai đoạn phải theo quy định quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô Chương CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1 Nhiệm vụ thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường bố trí số tầng, lớp kết cấu áo đường, lựa chọn vật liệu thích hợp với chức năng, đặc điểm chịu lực trạng thái ẩm – nhiệt tầng, lớp xác định yêu cầu cụ thể thành phần vật liệu theo nguyên lý sử dụng vật liệu để lựa chọn cho tầng lớp (đá chèn đá, cấp phối lát xếp …) cho chúng phối hợp tốt, tạo nên hình thành cấu trúc có cường độ cao; xác định biện pháp cụ thể nhằm tăng cường độ ổn định cường độ phần đất (thay đất, độ đầm nén yêu cầu), xác định rõ công nghệ thi công, yêu cầu cách kiểm tra chất lượng trình tự thi cơng điều kiện cụ thể máy móc phương tiện thi công Chú ý chất lượng thi cơng tu bảo dưỡng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng áo đường, việc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường thiết phải kèm theo vẽ thiết kế công nghệ thi công tương ứng nêu yêu cầu tu bảo dưỡng theo quy trình hành ngành 2.2 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu áo đường mềm 2.2.1) Phải tuân thủ 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 lực với áo đường đến mức tối đa, đồng thời phải sử dụng biện pháp tổng hợp khác để hạn chế tác dụng ẩm nhiệt đến cường độ độ tầng, lớp kết cấu áo đường Theo nguyên tắc này, tốt thiết kế kết cấu áo đường kín ổn định nhiệt: có tầng mặt khơng thấm nước, nước mặt nhanh ổn định nhiệt Nếu khơng có điều kiện làm tầng mặt vật liệu khơng thấm nước phải đặc biệt ý thiết kế nước mặt đường; có lớp đất đầm nén với độ chặt cao lớp đất đầm nén với độ chặt cao lớp tầng móng vật kín (như đất gia cố …) để hạn chế ẩm mao dẫn ẩm dạng hơi, đồng thời có lề đủ rộng đủ chặt để hạn chế ẩm di chuyển ngang từ rãnh biên từ nước ngập đọng hai bên đường vào khu vực tác dụng đường 2.2.2) Để hạn chế tác hại lực đến lớp chịu lực chủ yếu tầng mặt, cần cấu tạo lớp mặt số trường hợp có lớp bảo vệ lớp mặt Tầng mặt đường cấp thấp khơng bố trí lớp mặt nên có lớp bảo vệ 2.2.3) Phải ý sử dụng tối đa vật liệu chỗ, phế thải công nghiệp chỗ (sử dụng trực tiếp có biện pháp gia cố chúng chất kết dính vô hữu cơ) Đồng thời phải ý vận dụng kinh nghiệm xây dựng khai thác áo đường điều kiện cụ thể địa phương 2.2.4) Phải phù hợp với khả thi công thực tế, tăng nhanh tốc độ dây chuyền thi công, giới hóa cơng nghiệp hóa q trình xây dựng áo đường, giảm giá thành xây dựng 2.2.5) Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư thiết kế cấu tạo áo đường, dự tính biện pháp tăng cường bề dày, thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường cho phù hợp với yêu cầu xe chạy tăng dần theo thời gian 2.3- Cấu tạo tầng mặt áo đường 2.3.1) Tùy theo cấp hạng kỹ thuật mặt đường phạm vi sử dụng loại tầng mặt cấu tạo bằng: - Bê tơng nhựa chặt hình thức nhựa bitum đun nóng, nhũ tương bi-tum, nhựa bi-tum lỏng - Đá dăm nước khơng có xử lý nhựa (thâm nhập nhựa, láng nhựa …) xử lý chất kết dính vơ láng nhựa - Đá dăm cấp phối cấp phối thiên nhiên không hay có xử lý chất kết dính vơ cơ, có láng nhựa Nếu khơng láng nhựa phải có lớp bảo vệ - Cát, đất cải thiện thành phần hạt gia cố chất kết dính vơ cơ, có lớp bảo vệ - Các phế liệu cơng nghiệp, đá phẩm chất xử lý gia cố chất kết dính chất hóa học khác, có lớp bảo vệ - Lát đá, lát gạch nung lát gạch bê tông Ghi chú: Các chất kết dính vơ bao gồm: xi măng, vôi, vôi tro bay nhiệt điện, vôi pu-dôlan, vôi xỉ lò cao … kể có hay khơng có chất phụ gia hóa học Các chất kết dính hữu bao gồm: nhựa gốc dầu (bi-tum), nhựa gốc than (gu-đơ-rông), nhựa lấy từ đá có chứa nhựa (at-phan) loại nhựa tổng hợp khác … Kể có hay khơng có chất phụ gia hóa học để cải thiện chất lượng nhựa theo yêu cầu sử dụng Loại tầng mặt Vật liệu cấu tạo tầng mặt - Bê tông nhựa chặt - Trên tuyến đường cấp I - III, đường cao tốc, đường trục tồn thành trục khu vực thị, đường xí nghiệp lớn - Bê tơng nhựa rải nguội ấm, có láng nhựa - Trên tuyến đường cấp III – IV đường trục thị - Thâm nhập nhựa - Chỉ dùng cho đường cấp IV - V đường phố đô thị Cấp cao A1 Cấp cao A2 - Đá dãn nước láng nhựa - Đá gia cố chất KD vô láng nhựa Cấp thấp B1 Cấp thấp B2 Phạm vi nên sử dụng - Đá dăm nước có lớp bảo vệ rời rạc Cấp phối - Đất cải thiện hạt đất đá chỗ, phế liệu công nghiệp gia cố CKDVC CKDHC có lớp hao mòn bảo vệ 2.3.2)- Yêu cầu lớp bê tông nhựa làm tầng mặt: - Trên tuyến đường cấp IV – VI, đường phố đô thị nhỏ - Trên tuyến đường cấp VI cấp thấp Bê tông nhựa làm lớp tầng mặt phải có tính ổn định nước ổn định nhiệt cao theo yêu cầu quy trình chế tạo thi cơng lớp bê tơng nhựa hành 2.3.3) – Trong trường hợp cấu tạo kết cấu áo đường có lớp tầng mặt có tầng móng vật liệu đất, đá gia cố chất kết dính vơ bề dày tổng cộng lớp bê tông nhựa nằm lớp đất, đá gia cố nên có chiều dày 6-8 cm Riêng lớp tráng nhựa cho phép đặt trực tiếp lớp đất, đá gia cố chất kết dính vơ cho phép nứt lan lên bề mặt áo đường 2.3.4)- Lớp hao mòn thường có bề dày từ 1,0 – 3,0 cm không kể đến tính tốn cường độ (bề dày) áo đường Trên đoạn tuyến đường có độ dốc từ 6% trở lên nên dùng lớp tráng nhựa làm lớp hao mòn trường hợp lớp hao mòn cấp phối hạt lớp bảo vệ dễ bị phá hỏng 2.4- Cấu tạo tầng móng: 2.4.1)- Tùy theo loại tầng mặt chọn lớp tầng móng bảng 2-2 Nên bố trí lớp vật liệu có độ cứng giảm dần từ xuống phù hợp với phân bố ứng suất theo chiều sâu nhằm sử dụng hợp lý khả làm việc vật liệu lớp cải thiện trạng thái ứng suất tiếp giáp lớp Tỷ số mô đuyn đàn hồi lớp lớp kề vật liệu dính khơng bên vượt q 5-6 lần 2.4.2) – Tốt không nên dùng cát làm lớp tầng móng hiệu chịu lực lớp thấp khó thi cơng khó bảo đảm nước hết ngồi dù có hệ rãnh xương cá Do vậy, điều kiện chỗ khan vật liệu bắt buộc nên sử dụng móng cát Khi dùng cát lớp tầng móng cho kết cấu áo đường thiết phải bố trí hệ rãnh xương cá để nước từ móng cát khỏi phạm vi đường Phạm vi sử dụng Loại tầng móng Điều kiện sử dụng Vị trí tầng móng Loại tầng mặt Lớp móng Cấp cao A1 A2 - Rải lớp nhiều lớp đặt cấp phối; cấp phối đá dăm, sỏi cuội; đá ba, đất, đá dăm gia cố Lớp móng Cấp cao A1, A2 Rải lớp đá dăm cấp phối đá dăm, sỏi, đá ba 3) Đất, cát gia cố chất kết dính vơ hữu Lớp móng lớp móng Cấp cao A2 - Rải trực tiếp đất 4)- Cấp phối thiên nhiên cấp phối sỏi cuội, cấp phối đá dăm, đá dăm trộn đất, cấp phối laterit khơng gia cố Lớp móng Cấp cao A2 - Rải đất 5) Phế liệu công nghiệp (xỉ than) gạch vỡ, đất cải thiện Lớp móng 1) Đá dăm nước có hay khơng gia cố chất KD - Đá dăm cấp phối hay không gia cố chất KD 2) Đá dăm, sỏi có hay không gia cố chất KD Cấp thấp B1 Cấp thấp B1, B2 - Rải đất 2.5- Bề dày tối thiểu lớp vật liệu – Để đảm bảo điều kiện làm việc tốt thi công thuận lợi, bề dày tối thiểu lớp cấu tạo không < 1,5 lần kích cỡ hạt cốt liệu lớn không nhỏ trị số bảng 2-3 BỀ DÀY TỐI THIỂU CÁC LỚP CỦA ÁO ĐƯỜNG Bảng 2-3 TT Lớp vật liệu Lớp hao mòn vữa nhựa Bề dày tối thiểu (cm) 1,0 Bê tơng nhựa nóng hạt nhỏ cát hạt lớn Bê tông nhựa nguội hạt mịn 3,0 Đá dăm, đá sỏi trộn nhựa 8,0 Đá dăm thâm nhập nhựa: 3,0 ÷ 5,0 Thâm nhập sâu 8,0 Thâm nhập nhẹ bán thâm nhập 5,0 Đá dăm, sỏi cuội gia cố CKDVC - Theo phương pháp kẹt vữa 15 - Theo phương pháp tưới vữa - Theo phương pháp trộn 10 ÷ 15 Đá dăm, cấp phối đá dăm, cấp phối sỏi cuội - Rải móng cát 13 ÷ 15 - Rải đất chặt ÷ 19 Đất cát gia cố CKDVC 10 ÷ 15 2.6- Các biện pháp tăng cường độ ổn định cường độ phần đất đáy áo đường 2.6.1)- Lớp đất đường dày 30cm phải thiết kế có tiêu chuẩn độ chặt tương ứng với hệ số đầm nén K = 0,98 - 1,0 (cả đào đắp) 2.6.2)- Phải thiết kế cao độ đắp mức nước ngầm mức nước ngập theo quy định quy phạm thiết kế đường ô tô nhằm đảm bảo khu vực tác dụng đường không bị ảnh hưởng mao dẫn nước Trong trường hợp không bảo đảm yêu cầu (như trường hợp đường đô thị bị khống chế cao độ quy hoạch nên khơng có phép nâng cao đường), trường hợp đất dùng để đắp loại ổn định nước cần phải thiết kế thay đất phạm vi khu vực tác dụng cát sử dụng biện pháp gia cố hay hạn chế mao dẫn đặc biệt khác (lớp cách nước hào ngăn nước thấm ngang) Trong trường hợp đắp qua vùng nước đọng thường xun dùng biện pháp đắp lề rộng từ 2,0 – 2,4m đất sét sét đầm nén đạt độ chặt K = 0,95 để hạn chế ảnh hưởng nước đọng khu vực tác động đường 2.6.3)- Để hạn chế nước mưa thấm qua áo đường vào đất, độ dốc ngang bề mặt áo đường phải thiết kế bảng 2.4 ĐỘ DỐC NGANG CỦA MẶT ĐƯỜNG Bảng 2-4 Loại tầng mặt áo đường Độ dốc ngang (%) - Bê tông nhựa 1,5 – 2,0 - Các loại mặt đường có xử lý nhựa 2,0 – 3,0 - Mặt đường vật liệu hạt không xử lý nhựa (kể mặt đường lát) 3,0 – 4,0 Ở vùng mưa nhiều đoạn tuyến có độ dốc dọc nhỏ áp dụng trị số độ dốc ngang mặt đường lớn Độ dốc ngang lề đường phải thiết kế từ – 5% 2.7 Gia cố lề đường: Phải thiết kế biện pháp gia cố lề đường để tránh cho áo đường khỏi bị phá hoại theo kiểu cóc gậm Đối với áo đường cấp thấp B1, B2 tất lớp mặt đường có chiều dày từ 8cm trở lên nói bảng 2-3 phải bố trí đá vỉa kích cỡ 18-20cm có chân cắm vào tầng móng để gia cố mép lề toàn bề rộng lề phải đầm nén đạt độ chặt tối thiểu K = 0,95 Đối với lớp mặt đường bê tông nhựa loại phải thiết kế gia cố lề dải có bề rộng từ 0,5 – 1,0m lớp vật liệu cấp phối, đá dăm trộn đất hay đá gia cố dày 10cm lát đá: lát bê tông nhỏ cát đệm Đối với lề đường đường cao tốc, phải thiết kế gia cố lề phạm vi toàn bề rộng lề Các trường hợp khác tùy tình hình cụ thể yêu cầu mà chọn biện pháp gia cố lề 2.8 Cấu tạo áo đường dành riêng cho xe đạp xe thơ sơ: Vì đường dành riêng loại thường bố trí tuyến đường thị tuyến đường quốc lộ cao cấp Do kết cấu áo đường dành riêng phải thiết kế với mặt có xử lý nhựa Nói chung khơng cần bố trí tầng móng (tầng mặt kiêm ln nhiệm vụ tầng móng đặt trực tiếp đất) Chương TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ VÀ BỀ DÀY ÁO ĐƯỜNG 3.1 Nhiệm vụ, nội dung ngun tắc tính tốn: Sau thiết kế cấu tạo áo đường, nhiệm vụ việc tính tốn kiểm tra xem xét cấu tạo áo đường đề xuất có đủ cường độ khơng, đồng thời tính tốn xác định lại bề dày cần thiết lớp cấu tạo (nếu cần điều chỉnh lại bề dày lớp theo kết tính tốn) Kết cấu áo đường mềm xem đủ cường độ suốt thời kỳ khai thác (quy định Điều 1-5), tác dụng tơ nặng tồn dòng xe, lớp (kể đất) khơng phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục lớp liền khối không bị phá hoại độ lún kết cấu áo đường không vượt trị số cho phép Do vậy, việc tính tốn kết cấu áo đường mềm tính tốn kiểm tra tiêu chuẩn cường độ đây: - Tính tốn ứng suất cắt đất lớp vật liệu yếu xem có vượt trị số giới hạn cho phép khơng - Tính tốn ứng suất uốn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối nhằm khống chế không cho phép nứt lớp - Tính tốn độ lún đàn hồi thơng qua khả chống biến dạng (biểu thị trị số mô đun đàn hồi) kết cấu áo đường khống chế để trị số mô đun đàn hồi kết cấu phải lớn trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Nếu điều kiện đảm bảo hạn chế phát triển tượng mỏi vật liệu lớp kết cấu tác dụng trùng phục dòng xe, bảo đảm trì chất lượng kết cấu cuối thời kỳ khai thác Cơ sở phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn nói lời giải toán hệ đàn hồi nhiều lớp tác dụng tải trọng; bánh xe (được mơ hình hóa tải trọng phân bố diện tròn tương đương với diện tích tiếp xúc bánh xe mặt đường) kết hợp với kinh nghiệm sử dụng khai thác áo đường tích lũy nhiều năm (thể tiêu chuẩn giới hạn cho phép) 3.2 Về thứ tự tính tốn theo điều kiện giới hạn Đối với kết cấu áo đường cấp cao A1 A2 phải tính tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn cường độ nói 3.2 Về thứ tự tính tốn, nên bắt đầu tính theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi (nhất lưu lượng xe chạy lớn độ ẩm đất nhỏ 0,7 giới hạn nhão), sau kiểm tốn theo điều kiện cân trượt khả chịu kéo uốn Đối với áo đường cấp B1, B2, không yêu cầu kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn điều kiện trượt Khi thiết kế áo đường chịu tải trọng nặng (tải trọng trục 12 đường công nghiệp đường chun dụng) khơng cần tính theo độ võng đàn hồi mà cần tính theo điều kiện cân trượt điều kiện chịu kéo uốn 3.3 Các thơng số tính tốn cường độ bề dày áo đường mềm: Cần phải xác định thông số tính tốn tương ứng với thời kỳ bất lợi chế độ thủy nhiệt (tức thời kỳ đất cường độ vật liệu lớp áo đường yếu nhất): - Tải trọng lưu lượng xe chạy thời kỳ bất lợi (cách xác định xem Điều 3.4 3.5) - Trị số tính tốn mơ đun đàn hồi E, lực dính C góc nội ma sát φ tương đương với độ ẩm tính tốn bất lợi đất (xem hướng dẫn phụ lục II) - Trị số tính tốn mơ đun đàn hồi E, lực dính C góc nội ma sát φ loại vật liệu làm áo đường; ứng suất cho phép chịu kéo uốn lớp vật liệu (xem hướng dẫn phụ lục III) Xét đến điều kiện nhiệt ẩm, mùa hè thời kỳ bất lợi mưa nhiều nhiệt độ tầng mặt đường tăng cao Do vậy, tính tốn cường độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi tiêu bê tông nhựa loại hỗn hợp đá nhựa lấy tương ứng với nhiệt độ tính tốn 30 0C Tuy nhiên, tính tốn theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn tình trạng bất lợi bê tông nhựa hỗn hợp đá – nhựa lại mùa lạnh (lúc vật liệu có độ cứng lớn), lúc lại phải lấy trị số mô đun đàn hồi tính tốn chúng tương đương với nhiệt độ 10 0C lớp có bề dày 6cm 150C lớp có bề dày 7-12cm Khi tính tốn theo điều kiện cân trượt nhiệt độ tính tốn bê tơng nhựa loại hỗn hợp đá nhựa lấy 60 0C Trong trường hợp tính tốn nói trên, thơng số đất tương đương với độ ẩm bất lợi xác định tùy thuộc vào biện pháp cấu tạo đường hướng dẫn phụ lục III 3.4 Tải trọng tính tốn: 3.4.1) Tải trọng tính tốn tiêu chuẩn: Khi tính tốn cường độ, tải trọng tính tốn tiêu chuẩn quy định trục xe ô tô (trục đơn) có tải trọng 10T tất loại áo đường mềm thuộc mạng lưới chung; có tải trọng 12T áo đường đô thị, loại đường cao tốc, đường cơng nghiệp, đường trục tồn thành 9,5T đường thị khác quan trọng Các tải trọng tính tốn tiêu chuẩn hóa quy định bảng 3.1 TRỌNG TẢI TÍNH TỐN TIÊU CHUẨN Bảng 3-1 Loại đường Tải trọng trục (daN) Áp lực tính tốn lên mặt đường (daN/cm2) Đường kính vệt bánh (cm) - Đường tơ cơng cộng 10000 6,0 33 - Trục thị 12000 6,0 36 - Đường tơ đường quan trọng đô thị 9500 5,5 33 - Trên đường có loại xe khác biệt nhiều so với loại xe tiêu chuẩn bảng 3-1 áo phải tính tốn theo tải trọng loại xe nặng (đường vùng mỏ, đường cơng nghiệp) Đặc trưng tính toán số loại xe nêu phụ lục I Nếu tải trọng loại xe nặng không vượt q tải trọng tính tốn tiêu chuẩn 20% số lượng chúng chiếm 5% số xe tải xe buýt chạy đường cho phép tính tốn theo tải trọng tiêu chuẩn 3.4.2) Tải trọng tính tốn xe nhiều bánh: Trường hợp đường có loại xe nhiều bánh chạy (như xe kéo rơ mc có bệ tỳ, xe cơng-tennơ …) tải trọng tính tốn phải xác định có xét đến ảnh hưởng bánh xe khác mà khoảng cách từ chúng đến bánh xe chọn để tính tốn 2,50m Tải trọng bánh xe tính tốn Qtđ lúc xác định theo công thức sau: Qtd = Qij (qi – + + qi + 1) + Kq; Tấn Với: Kq = q – + qj + qj + ; (3-1) (3-2) Trong Qij – tải trọng bánh j (bánh đơn bánh đôi) thuộc trục i chọn làm bánh xe tính tốn qi-1; qi + - hệ số xét đến ảnh hưởng trục trước trục sau (trục i-1 i + 1) đến bánh xe tính tốn thuộc trục i; qi - qi + xác định theo biểu đồ hình 3-1 tùy thuộc tỉ số khoảng cách trục L với đường kính vệt bánh chọn làm bánh tính tốn D ch qj – 1, qj+ 1, qj + – hệ số xét đến ảnh hưởng bánh khác thuộc trục i với bánh chọn để tính toán; qj – , qj + 1, qj + – xác định theo biểu đồ 3-1 tùy thuộc tỉ số khoảng cách bánh Dch (khi < L/Dch < lấy q = 1) Hình 3-1 Đồ thị xác định hệ số q để xét ảnh hưởng trục khác bánh khác (trên trục) đến bánh xe chọn để tính tốn trường hợp xe nhiều bánh Lần lượt tất bánh loại xe nhiều bánh chọn để tính tốn Q td (tương ứng với Qij) chọn trị số Qtd lớn kết làm tải trọng tính toán xe nhiều bánh (Qmax td ) Áp lực tính tốn p xác định lực khơng khí p o, bánh xe có Qmax td p = p0, daN/cm2 (3-3) Đường kính vệt bánh tính tốn xe nhiều bánh Dtd xác định theo công thức: D td 4Qmax td cm p (3-4) Trị số p theo (3-3) Dtd theo (3-4) dùng để tính toán cường độ theo điều kiện cân trượt điều kiện chịu kéo uốn nói điều 3-2 trường hợp thiết kế áo đường chịu tải trọng trục 12 tấn, trường hợp kiểm nghiệm khả kết cấu áo đường để giải việc có hay khơng cho phép lại xe nặng đường cũ có Hình 3-2 Đồ thị để xác định hệ số quy đổi trục xe có tải trọng bánh Q1 trục có tải trọng tính tốn Qtt theo cơng thức = 4,4 Qi Q tt 3.5 Lưu lượng xe tính tốn: Lưu lượng xe tính tốn số tơ quy đổi loại tơ có tải trọng tính tốn tiêu chuẩn thơng qua mặt cắt ngang đường ngày đêm xe nặng chịu đựng lớn cuối thời kỳ khai thác tính tốn Cách tính đổi loại xe tải trọng khác tải trọng trục tiêu chuẩn bảng 3-1 hướng dẫn Điều 3.6 Quy định thời kỳ khai thác tính tốn xem 1-5 Trên đường xe chạy xe, lưu lượng xe tính tốn lưu lượng xe theo chiều Trên phần xe chạy có mà khơng có dải phân cách, lấy lưu lượng xe tính tốn 0,55 lưu lượng xe theo hướng Đối với đường xe có dải phân cách chia đường thành phần xe chạy, phần có xe lưu lượng xe tính tốn lấy 0,35 lưu lượng xe chạy tổng cộng theo hai hướng không lớn khả thông qua Trường hợp số xe theo hướng lớn (trên đường có dải phân cách tách biệt hướng) phải xét đến phân bố xe tải nặng xe, xe nặng tính với lưu lượng xe khơng nhỏ 0,35 lưu lượng quy đổi tổng cộng theo hai hướng (nhưng không lớn khả thông qua làn) Trong trường hợp số lại tính tốn theo lưu lượng xe tương lai chạy Ở chỗ nút giao chỗ vào nút, áo đường thuộc phạm vi chuyển phải tính với lưu lượng xe 0,5 tổng lưu lượng xe qua nút 3.6 Quy đổi tải trọng trục tính tốn: 3.6.1 Quy đổi tải trọng tính tốn tiêu chuẩn: Lưu lượng xe chạy quy đổi tải trọng tính tốn tiêu chuẩn N tt = N1a1 + N2a2 + N3a3 xe/ngày đêm (3-5) Trong N1, N2, N3 … lưu lượng xe chạy loại xe có tải trọng trục lớn khác xe ngày đêm cuối thời kỳ khai thác đường (xe/ngày đêm) a1, a2, a3 … hệ số quy đổi loại xe tương ứng trục xe tiêu chuẩn; hệ số xác định theo bảng 3-2 HỆ SỐ QUY ĐỔI VỀ TẢI TRỌNG TIÊU CHUẨN Bảng 3-2 Loại tải trọng tiêu chuẩn Hệ số quy đổi tương ứng với tải trọng trục ô tô (Tấn/1 trục) 9,6 10 Trục 10T 0,02 0,10 0,36 0,42 0,68 1,0 Trục 12T 0,01 0,05 0,18 0,22 0,35 0,5 Trục 9,5T 0,03 0,15 0,55 0,65 1,0 11 12 0,6 1,0 Khi quy đổi ô tô ba cầu (có hai trục sau) xem gần xe có tải trọng trục tương ứng với trục sau; xe kéo mc nhiều trục có trục rơ moóc xem nhiêu ô tô Đối với xe có tải trọng trục vượt tải trọng trục tiêu chuẩn 20% trở xuống quy đổi xe tiêu chuẩn nhờ biểu đồ hình 3-2 3.6.2 Quy đổi tải trọng tính toán khác tiêu chuẩn Trường hợp đường chuyên dùng (phục vụ công nghiệp khai thác mỏ) trường hợp xe chạy riêng có xe nặng tải trọng trục tiêu chuẩn 20% lúc phải Hình IV-1 Tìm mơđun đàn hồi E1 lớp trên, hệ hai lớp (trị số đường cong E2 Ech Hình IV-2 Tìm mơđun đàn hồi E1 (chi tiết biểu đồ IV – tỷ lệ lớn hơn) Thí nghiệm uốn mẫu cách đặt mẫu gối tựa cách 14 cm (1 gối cố định, gối di động) Phần gối tiếp xúc với mẫu có dạng mặt trụ với bán kính 5mm Chất tải mẫu khắp bề ngang mẫu thơng qua đệm thép có dạng mặt trụ bán kính 10 mm có dạng mặt phẳng dầy 8mm Khi gia tải phải theo dõi độ võng dầm chuyển vị kế đặt ngược lên đáy gối (để sau loại trừ biến dạng cục vật liệu gối) Tốc độ gia tải máy nén 2-4mm/phút với đất, đá gia cố chất liên kết vô 100-200 mm/phút với bê tông nhựa phá hoại Cường độ chịu kéo – uốn giới hạn Ru vật liệu xác định theo cơng thức: Ru 3.P.L 2b.h2 K y (III-2) Trong P tải trọng phá hoại mẫu; L khoảng cách hai gối tựa; b; h chiều rộng chiều cao mẫu Ky hệ số an toàn xét đến tác dụng tải trọng trùng phục làm phát triển tượng mỏi vật liệu, với đất, đá gia cố chất vô thường lấy K y = 0,4; với hỗn hợp có chất liên kết hữu lấy Ky = 0,2-0,3 Cường độ chịu kéo – uốn xác định gần phương pháp ép chẻ mẫu vật liệu hình trụ tròn có chiều cao đường kính (5x5 cm với đất cát gia cố 10x10 cm với vật liệu khác) Ép chẻ tức gia tải lên mẫu theo hướng đường sinh phá hoại mẫu với tốc độ thí nghiệm uốn (Mẫu chế bị với mẫu kiểm dầm) Lúc cường độ chịu kéo – uốn giới hạn xác định theo công thức: Ru = Kn.Re (III-3) Trong Kn hệ số quan hệ thực nghiệm loại cường độ: khơng có số liệu kinh nghiệm tích lũy tạm sử dụng Kn = vật liệu gia cố vô Kn = với vật liệu có liên kết hữu Re cường độ ép chẻ xác định theo công thức: Re K P , daN / cm2 dh (III-4) Với P tải trọng ép chế mẫu bị nứt tách; d, h – Đường kính chiều cao mẫu; K – Hệ số, lấy 1,0 vật liệu có chất liên kết hữu cơ, 2/ vật liệu có chất liên kết vơ 6) Xác định lực dính c hệ số góc ma sát vật liệu thí nghiệm phòng cách cắt phẳng theo mặt định trước Với vật liệu chứa cỡ hạt lớn nhỏ 40mm phải dùng khn đường kính 30 cm (nếu có cỡ hạt lớn 40mm cho phép thay cỡ hạt từ 10-40mm theo khối lượng có vật liệu) Thường chế mẫu trực tiếp khuôn theo yêu cầu giống mẫu kéo –uốn nói Phải tiến hành cắt mẫu có trạng thái ẩm, chặt, nhiệt độ chịu trị số tải trọng thẳng đứng khác (tải trọng lớn không vượt ứng suất xảy áo đường) Dùng máy nén lắp thêm phụ tùng để cắt với tốc độ biến dạng không đổi khoảng 0,1 cm/phút Khi cắt, theo dõi biến dạng trượt qua khoảng thời gian tốc độ biến dạng tăng vọt đọc áp lực kế để xác định trị số cường độ chống cắt giới hạn Có trị số cường độ chống cắt giới hạn tương ứng với trị số tải trọng thẳng đứng khác nhau, xác định trị số lực c góc ma sát theo phương trình Coulomb: c p.tg , daN/cm2 Trong đó: (III-5) sức chống cắt giới hạn; p: Áp lực thẳng đứng thí nghiệm cắt, daN/cm Ngồi thí nghiệm cắt phẳng, c φ xác định thí nghiệm nén trục với mẫu tròn chiều cao gấp đơi đường kính 7) Khi xác định đặc trưng cường độ biến dạng vật liệu thí nghiệm nói trường hợp tiêu phải làm thí nghiệm với mẫu loại; kết thí nghiệm xử lý để tìm trị số tính tốn theo quy tắc xử lý thí nghiệm thơng thường dựa sở toán học xác suất thống kê, đồng thời phải phân tích kỹ điểm khác biệt điều kiện thực tế kết cấu áo đường điều kiện thí nghiệm sử dụng PHỤ LỤC IV PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG TẠI HIỆN TRƯỜNG HOẶC TẠI MÁNG THÍ NGHIỆM 1) Trong trường hợp mô đun đàn hồi đất vật liệu xác định theo công thức: E p.D (1 l ) daN/cm2 (IV-1) Trong đó: l biến dạng hồi phục đo thực nghiệm tương ứng với cấp tải trọng p Khi thực nghiệm thường dùng p = 5.6 daN/cm2 trường hợp đo ép mặt lớp vật liệu 2,0-2,5 daN/cm2 mặt đất D đường kính ép, điều kiện cho phép dùng ép cứng đường kính từ 3040cm tất vật liệu hệ số Poisson, lấy 0,35 đất nền, 0,25 vật liệu 0,30 kết cấu áo đường 2) Thời gian đo ép tiến hành thực nghiệm trường phải lúc kết cấu mặt đường vào trạng thái bất lợi ẩm nhiệt nói Điều 3.3 chương III Kết đo ép thời điểm khác năm có giá trị tham khảo, trường hợp muốn sử dụng kết cần kết hợp với thí nghiệm phòng theo cách hướng dẫn phụ lục II phụ lục III mẫu chế bị với trạng thái ẩm nhiệt bất lợi 3) Trong trường hợp sử dụng máng thí nghiệm tạo nên kết cấu thí nghiệm giống hệt kết cấu thực tế vật liệu bề dày tầng lớp cơng nghệ thi cơng đồng thời lại tạo đất lớp vật liệu có trạng thái ẩm nhiệt bất lợi Trong máng thí nghiệm cấu tạo kết cấu áo đường hoàn chỉnh (gồm đất đủ lớp vật liệu) cấu tạo riêng đất, riêng loại vật liệu muốn thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi riêng chúng Yêu cầu phải bảo đảm đồng cấu tạo lớp Trong trường hợp, máng thí nghiệm tối thiểu phải bảo đảm kích thước mặt chiều sâu lần đường kính D ép 4) Trên kết cấu áo đường cũ khai thác máng thí nghiệm, có cấu tạo kết cấu mặt đường hồn chỉnh trình tự đo ép thực nghiệm tiến hành sau: - Đo ép mặt áo đường để xác định biến dạng hồi phục kết cấu mặt đường, từ xác định mơ đun đàn hồi chung kết cấu theo công thức IV-1 - Tiếp tục đo mô đun đàn hồi tương đương mặt lớp vật liệu áo đường khác đào bóc dần lớp đo chiều dày lớp đo ép mặt lớp từ xuống Phải đào bóc mặt có kích thước khơng nhỏ lần đường kính ép vị trí đặt ép lớp Cứ cuối ép mặt đất - Từ xuống dưới, áp lực đo ép lớn p giảm dần từ 5,0 daN/cm khí ép mặt áo đường 2,0-2,5 daN/cm2 ép mặt đất - Biết chiều dày lớp, biết trị số mô đun đàn hồi tương đương mặt áo đường mặt tầng lớp vật liệu áp dụng tốn đồ hình 3-3 chương III để tính ngược trị số mơ đun đàn hồi lớp vật liệu: mơ đun đàn hồi đất xác định trực cơng thức IV-1 Hình IV-1 hình IV-2: Tốn đồ để xác định trị số mô đun đàn hồi vật liệu hệ lớp 5) Các thao tác đo ép thực nghiệm mặt lớp thực sau: - Tại chỗ đặt ép phải tạo sửa bề mặt cho thật phẳng để ép tiếp xúc tốt với đất vật liệu (có thể xoa lớp cát mỏng 1-2 mm, loại cát cho lọt qua lỗ sàng đường kính 0,5mm) Sau bố trí kích thiết bị đo ép sơ đồ hình IV-3 Hình IV-3 Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo ép trường máng thí nghiệm Kích đặt khung xe tải (hoặc dầm khung giá ép máng thí nghiệm) để truyền tải xuống ép Chuyển vị thẳng đứng đo cần đo độ võng Benkelman mà mũi đo đặt bàn ép (trong trường hợp kích phải đặt giá truyền tải có trụ đứng, giá 5) Tải trọng ép đo áp lực kế 3) Cũng đo chuyển vị thẳng đứng máy thủy bình xác N: 004 chuyển vị kế đặt bên gần mép ép (đặt đối xứng) trường hợp chuyển vị kế phải lắp dầm cứng có gối tựa xuống cách xa ép bánh xe khoảng cách không nhỏ 4D) Trước thử nghiệm phải chèn chặt bánh trước ô tô suốt thời gian thử nghiệm phải khóa chặt nhíp tơ - Sau lắp đặt xong thiết bị trên, tiến hành gia tải đến tải trọng p lớn giữ tải trọng phút dỡ tải chờ đến biến dạng hồi phục hết (bước bước gia tải chuẩn bị) - Bước vào thử nghiệm thức, việc gia tải thực với 3-4 cấp tải trọng p cấp cuối cùng, gia tải cấp, đợi biến dạng ổn định (tốc độ biến dạng không 0,02 mm/phút) lại dỡ tải đợi biến dạng hồi phục ổn định (tốc độ biến dạng trên) ghi số dọc chuyển vị kế để tính trị số biến dạng hồi phục tương ứng với tải trọng Sau tiếp tục gia dỡ tải cấp - Vẽ biểu đồ quan hệ biến dạng hồi phục tải trọng đường biểu diễn quan hệ phải đường cong đều, khơng có điểm gẫy gần với đường thẳng - Tính trị số mô đun đàn hồi theo công thức IV-f1 6) Thường đo ép thử nghiệm lần phạm vi 10-15 mm đường có phạm vi 1-2m máng thí nghiệm Sau tính trị số trung bình kết đo ép lần dùng làm trị số mơ đun đàn hồi tính tốn (chênh lệch lần đo khơng 20%) PHỤ LỤC V PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM THEO ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI ĐO TRỰC TIẾP DƯỚI BÁNH XE 1/ Công tác chuẩn bị cho việc thử nghiệm đánh giá cường độ kết cấu áo đường cũ gồm có: - Hồn thành việc điều tra tình trạng dự kiến phán đoán kết cấu áo đường cũ dọc tuyến theo quy định Điểm 4.2 4.3 chương IV, có xác định rõ điểm kiểm tra đoạn - Chuẩn bị xe tải: Thường dùng xe trục 10 (như loại MAZ-500A MAZ-503) xe phải cân để xác định tải trọng bánh đôi trục sau (cả bên) phải in vệt bánh giấy kẻ ly quét dầu để xác định xác diện tích vệt bánh tiếp xúc với bề mặt áo đường (cả bánh sau) - Chuẩn bị cần đo độ võng kiểu Benkelman cần đo phải có chiều dài từ gối tựa phía trước đến mũi đo 1,8m: hàng ngày trước ca làm việc phải kiểm tra độ xác cần đo cách đối chiếu kết đo chuyển vị thẳng đứng trực tiếp mũi đo với kết ghi chuyển vị kế lắp cuối cánh tay đòn phía sau (Nếu kết sai khác q 5% phải xem xét lại liên kết các mối nối cần đo) 2/ Tiến hành đo độ võng mặt đường: - Đánh dấu trước vị trí đo mặt đường; đo nhiệt độ mặt đường cạnh chỗ đo độ võng - Cho ô tô đỗ bánh đo vào vị trí cần đo, đặt đầu cần đo vào khe bánh đôi cho bánh xe tác dụng phút điểm đo, ghi lại số dọc chuyển vị kế thời điểm sau phút tác dụng tải trọng - Cho xe chạy phía trước 5,0m - Đợi phút, gõ nhẹ vào cần đo theo dõi chuyển vị kế 10 sec biến dạng hồi phục ổn định (trong 10 sec số đọc chuyển vị kế không 0,01 mm) ghi lại số đọc chuyển vị kế Hiệu số số dọc trị số độ võng đàn hồi kết cấu áo đường điểm đo Tiến hành thao tác đo độ võng điểm lần Nếu trị số độ võng lần đo khơng chênh q 10-15% chuyển sang điểm Nếu kết chênh trị số nên đo kiểm tra thêm lần - Để tránh ảnh hưởng xạ mặt trời tới độ xác cần đo, đo phải dùng che nắng cho cần đo - Phải ghi rõ vị trí điểm đo (khoảng cách so với mép đường): ghi nhận xét tình trạng mặt đường điểm đo (miêu tả vết nứt phạm vi 1.5m quanh điểm đo hướng dẫn bảng 4-1) - Phải tổ chức chắn đường đo barie có treo biển báo, phải ý đảm bảo an tồn cơng tác phải huấn luyện kỹ nghiệp vụ lái xe 3/ Tổ chức đo độ võng cố định điểm kiểm tra: Mục đích việc đo cố định điểm kiểm tra đoạn muốn thông qua kết đo hàng ngày để tìm quy luật thay đổi độ võng đo theo thay đổi độ ẩm đất thay đổi nhiệt độ tầng mặt hỗn hợp nhựa, để từ tìm cách xử lý số liệu đo dọc tuyến nhằm xác định trị số độ võng bất lợi dùng để tính tốn Do vậy, khuyến khích kết hợp đợt thử nghiệm đánh giá áo đường cũ với việc tổ chức quan trắc cố định liên tục vài năm để xác định hệ số chuyển đổi từ trị số độ võng đo thời điểm năm sang độ võng trạng thái bất lợi Cần phải đo độ võng điểm kiểm tra đoạn lần ngày vào thời điểm sáng 13-14 trưa Thời gian quan trắc cố định lâu tốt, suốt thời gian tiến hành đo dọc tuyến suốt thời kỳ bất lợi năm (từ tháng đến tháng 9) Cách đo điểm kiểm tra cố định tương tự điểm dọc tuyến kể đo nhiệt độ mặt đường lúc thử nghiệm 4/ Để tham khảo phụ lục giới thiệu cách xét đếm ảnh hưởng nhiệt độ với độ võng quy trình BCH-46-83 Theo cách này, quy đổi độ võng tương ứng với nhiệt độ 10 0C độ võng đo nhiệt độ T0C phải nhân với số số Kc = / I o xác định theo tốn đồ hình V-1 (l10 độ võng 100, l0 độ võng đo nhiệt độ T0): l10 = Ko Io (V-1) Hình V-1 Quan hệ hệ số nhiệt độ tầng mặt bê tông nhựa thời điểm đo độ võng (chữ số đường cong toán đồ bề dày tổng cộng lớp làm bê tông nhựa áo đường; đường cong nét liền cho trường hợp thử nghiệm ép cứng, đường cong nét đứt cho trường hợp độ võng trực tiếp bánh xe) Sử dụng tốn đồ hình V-1 quy đổi độ võng đo nhiệt độ thực tế nhiệt độ tính tốn (khơng 100 cách trước hết quy đổi độ võng 100C từ I10 lại đổi độ võng nhiệt độ tính tốn: e tt l0 Ko K tt Trong đó: l tt, lo – Độ võng đàn hồi nhiệt độ tính tốn nhiệt độ lúc Ktt, Ko – Hệ số tích đổi nhiệt độ tính tốn nhiệt độ đo 5/ Cũng để tham khảo, giới thiệu cách quy đổi độ võng tải trọng tính tốn tiêu chuẩn trường hợp sử dụng xe đo độ võng xe có trục 10T (xe có tải trọng tiêu chuẩn): E Ej Dj 33 0,0303 E j D j (V-2) Trong đó: E Ej trị số mơ đun đàn hồi tính theo cơng thức 4-1 (chương IV) tương ứng độ võng đo bánh xe khác tiêu chuẩn lj (xe khác tiêu chuẩn có đường kính vệt bánh xe Dj) 6/ Xử lý số liệu đo độ võng bánh xe: - Đối với kết cấu mặt đường có tầng mặt bê tơng nhựa hỗn hợp đá – nhựa trước hết phải quy đổi trị số đo độ võng dọc tuyến đo điểm kiểm tra đoạn trị số độ võng nhiệt độ tính tốn dựa sở chuỗi số liệu đo cố định điểm kiểm tra tương ứng với nhiệt độ khác để quy đổi người ta dùng cơng thức V-1 tốn đồ hình V-1 - Dựa vào kết đo độ võng cố định điểm kiểm tra thành lập biểu đồ quan hệ độ võng với thời gian (độ võng quy đổi nhiệt độ tính tốn) Qua biểu đồ phát thời kỳ bất lợi (hoặc bất lợi thời gian quan trắc cố định đủ dài) tiếp lập hệ số chuyển đổi – tỷ số độ võng đo ngày i với độ võng lớn đo thời kỳ bất lợi Biểu đồ độ võng – thời gian tương ứng với điểm kiểm tra đoạn sử dụng để quy đổi độ võng ngày i độ võng bất lợi đoạn cách nhân độ võng đo ngày i (đã quy đổi nhiệt độ tính tốn) với hệ số quy đổi ngày i nói - Sau quy đổi độ võng đo độ võng tương ứng thời kỳ bất lợi tiến hành tính tốn độ võng trung bình bất lợi đoạn khoảng tin cậy trị số trung bình theo phương pháp xử lý xác xuất thống kê thơng thường từ theo cơng thức 4-1 (điều 4-4 chương IV) để tính mơ đun đàn hồi chung dùng để đánh giá cường độ kết cấu áo đường đoạn Chú ý rằng, trước tính tốn trị số độ võng trung bình cần xem xét kỹ số liệu độ võng thực đo để loại bỏ sai số thô, tức trị số độ võng chênh lệch so với độ võng điểm lân cận mà xác đáng PHỤ LỤC VI CÁC VÍ DỤ TÍNHH TỐN Ví dụ 1: Thiết kế kết cấu áo đường cho đường cấp I đồng bằng, xe, có dải phân cách Số liệu ban đầu: - Lưu lượng thành phần xe chạy theo hai chiều dự kiến vào cuối kỳ khai thác sau: Loại xe Trục xe, Số lượng Xe loại 1800 Xe ca PAZ-3201 4,5 500 IKARUS 9,5 50 GAZ-53A 5,6 1800 ZIL-130 6,9 1250 MAZ-500 10,0 600 Kraz-2561 2x9,4 200 Xe tải: Tổng cộng: 6200 xe/ngày đêm - Các đặc trưng cường độ vật liệu làm áo đường đường sau: E (daN/cm2) Vật liệu Ru c φ (độ) Tính trượt Tính độ võng Tính kéo uốn (daN/cm2) (daN/cm2) Bê tơng nhựa hạt nhỏ 2000 2700 15000 20 3,0 Bê tông nhựa hạt vừa 2500 3000 9000 12 3,0 Đá dăm gia cố XM 6% 6000 6000 Cấp phối đá dăm 2200 Đất, sét 370 0,35 20 Trình tự tính tốn sau 1/ Xác định lưu lượng xe chạy tính toán: Đối với đường xe, lưu lượng xe chạy tính tốn Ntt = 0,35 ∑ Ni Ni – Lưu lượng thực tế loại xe thứ i ai- Hệ số quy đổi xe tính tốn xe thứ i Kết tính tốn ghi bảng sau: Loại xe Ni Nqd 1800 0 PAZ-3201 500 0,03 15 IKARUS 50 0,68 34 GAZ 53A 1800 0,08 144 ZIL – 130 1250 0,34 425 MAZ-500 600 1,0 600 Kraz-25651 200 x 0,66 264 Xe loại Tổng cộng 6200 1482 Ntt = 0,35 x 1482 = 519 xe / ngày đêm 2/ Xác định mô đun đàn hồi chung yêu cầu mặt đường với lưu lượng tính tốn 519 xe / ngày đêm, mô đun đàn hồi chung yêu cầu: Eyc = 1785 daN/cm2 3/ Sơ chọn kết cấu áo đường: 4/ Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi - Chuyển hệ nhiều lớp hệ hai lớp cách đổi lớp kết cấu áo đường hai lớp từ lên theo công thức (3-8): E tb E1 K1 K Trong h2 E2 ,t h1 E1 K Kết tính tốn ghi bảng sau: Lớp vật liêu Ei t hi K htbi Etbi (4) BTN hạt nhỏ 2700 0,88 0,091 60 3046 (3) BTN hạt vừa 3000 0,97 0,10 55 3074 (2) Đá dăm gia cố XM 6000 2,72 15 0,429 50 3048 (1) Cấp phối đá dăm 2200 Hệ số H D 35 60 1,82 nên trị số Etb kết cấu nhân thêm hệ số β = 1,201 33 E tttb E tb x = 3046 x 1,201 = 3658 daN/cm2 - Dùng tốn đồ hình H 3-3 xác định mô đun đàn hồi chung mặt đường: Từ tỷ số H D Eo E1 Tra toán đồ Ech E1 60 1,82 33 370 0,101 lúc lấy E1 = E tttb 3658 0,49 Ech = 0,49 x E1 = 0,49 x 3658 = 1792 daN/cm2 Ech > Eyc nên kết cấu chọn bảo đảm tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 5- Kiểm tra đất theo tiêu chuẩn bảo đảm không trượt: Đổi lớp kết cấu áo đường lớp (như trên), từ số liệu H D E 60 1,82, 33 Eo 3658 9,88 370 φ = 200, tra toán đồ H3-7 xác định được: ax p 0,013, ax = x 0,013 = 0,078 daN/cm2 Từ H = 60 cm, tra toán đồ H 3-9 xác định được: av = 0,0055 daN/cm Ứng suất cắt hoạt động đất là: ax av 0,078 0,0055 0,0725 daN / cm2 Ứng suất cắt cho phép đất: K' c K1 K K' x n.m Kt K1 = 0,6; K2 = 0,8; n = 1,15; m = 0,5; Kt = 1,0 0,6 0,8 0,642 1,15 0,65 K’ = = 0,642 – 0,35 = 0,225 daN/cm2 < nên đất bảo đảm chống trượt 6- Kiểm tra lớp vật liệu toàn khối theo điều kiện chịu kéo uốn + Kiểm tra lớp bê tông nhựa: - Đổi lớp bê tông nhựa lớp tương đương: K E tb h2 h1 5 1,0 t 1(1,667)1/ 9000 1 E2 E1 15.000 1,667 9.000 11750 daN / cm - Xác định Ech.m mặt lớp đá dăm gia cố XM: + Đổi lớp cấp phối đá dăm gia cố XM lớp tương đương, với lưu ý hệ số H D 35 15 1,52 33 nên trị số Etb nhận thêm hệ số β = 1,180 Etb = 3084 x 1,18 = 3639 daN/cm2 + Từ H D Từ toán đồ H3-3 xác định E ch.m Et 1,52, Eo Et 370 0,102 3639 0,452 Ech.m = 0,452 x 3639 = 1645 daN/cm2 Ta có sơ đồ tính tốn: H1 10cm; E1 11750 daN.cm2 H 10 0,303 D 33 Ech.m 1645 daN.cm2 E1 E ch.m Từ tỷ số tra toán đồ H3-11 σu = 1,15.p u u 11750 7,1 1645 1,68 1,15 6.1,68 = 11,59 daN/cm2 Ứng suất kéo uốn xuất đáy lớp bê tông nhựa hạt vừa σ u = 11,59 daN/cm2 < σu = 12 daN/cm2 nên lớp bê tông nhựa bảo đảm điều kiện chịu kéo uốn + Kiểm tra lớp đá dăm gia cố xi măng - Đổi lớp bê tông nhựa lớp tương đương (các trị số mô đun đàn hồi bê tơng nhựa lấy tính theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi) K 2700 1,0; t 3000 0,90 E tb 1(0,90)1/ 3000 1 2834 daN / cm2 Xác định mô đun đàn hồi chung Ech.m mặt lớp cấp phối đá dăm: H D E 35 1,06; o 33 E1 Tra tốn đồ hình H 3-3 xác định E ch.m E1 370 0,168 2200 0,46 Ech.m = 0,46 x 2200 = 1012 daN/cm2 Ta có sơ đồ tính toán Xét tỷ số E1 E2 2834 0,472 6000 h1 10cm; E1 = 2834 h2 15 cm; E2 = 6000 E3 = Ech.m = 1012 E1 1,0 nên ta phải đổi lớp đá dăm gia cố xi măng hai lớp bê tơng nhựa phía thành E0 lớp tương đương dùng tốn đồ hình (3-11) Vì Kết quy đổi lớp sau: Vật liệu E1 t hi K htbi Etbi BT hạt nhỏ 2700 BTN hạt lớn 3000 0,602 0,25 25 4534 Đá dăm gia cố XM 6000 0,45 15 0,333 20 4983 E tttb E tb 4534 x 1,07 4851daN / cm2 Ta có sơ đồ tính: E1 = 4851; Từ tỉ số E1 E ch.m u H1 D H1 = 25 25 0,757; Ech.m 1012 33 4851 4,79 tra toán đồ 3-11 xác định 1012 0,7; 1,15 p u 4,83 daN / cm2 < Ru = daN.cm2 nên lớp đá dăm gia cố xi măng bảo đảm điều kiện chịu kéo uốn u 7- Kiểm tra điều kiện trượt lớp bê tông - Đổi lớp bê tông nhựa lớp tương đương (như trên) có: htb = 10 cm; Etb = 2243 daN.cm2 Xác định mô đun đàn hồi chung Ech.m mặt lớp đá dăm gia cố xi măng (như trên), Ech.m = 1645 daN/cm2 Ta có sơ đồ tính tốn: Từ tỷ số H 10 0,303; E tb 2243; H 10cm; E chm 1645 D 33 E tb 2243 1,36 E ch.m 1645 Tra toán đồ H.3 – 13 xác định ax 0,2 ; p ax = x 0,2 = 1,2 daN/cm2 =K’; c = 1,6 x 30 = 4,8 daN/cm2 ax < nên lớp bê tông bảo đảm điều kiện chống trượt Như kết cấu chọn bảo đảm tất điều kiện cường độ Ví dụ 2: Thiết kế kết cấu áo đường mềm cho đường cấp IV xe, mặt đường cao cấp A 2; Số liệu ban đầu sau: - Lưu lượng thành phần xe chạy ngày đêm theo hai chiều dự kiến vào cuối thời kỳ khai thác sau: Loại xe Trục xe, Số lượng Xe loại 250 Xe xa PAZ-3201 4,5 50 Xe tải GAZ – 53A 5,6 200 ZIL – 130 6,9 300 MAZ – 500 10,0 80 Kraz – 25661 x 9,4 20 Tổng cộng 900 xe/ngày - Các đặc trưng cường độ vật liệu làm áo đường đất sau: Vật liệu Mô đun đàn hồi Ru (daN/cm2) c (daN/cm2) φ (độ) Tính độ võng trượt Tính kéo uốn Đá dăm trộn nhựa đặc 2500 9000 Đá dăm macadan 3500 Cấp phối sỏi cuội cát 1800 0,35 37 Đất cát 400 0,18 22 Trình tự tính tốn sau: 1- Xác định lưu lượng xe chạy tính tốn: Đối với đường xe, cường độ chạy xe tính toán: Ntt = 0,55 x ∑ N1 a1 Ntt = 0,55 (50.0,3 + 200 0,08 + 300.0,34 + 80,1 + 20.2.0,66) Ntt = 0,55.226 = 124 xe / ngày đêm Xác định mô đun đàn hồi chung yêu cầu mặt đường: Từ Ntt = 124 xe/ngày đêm, xác định Eyc = 1250 daN/cm2 3- Sơ đồ chọn kết cấu áo đường: h3 10cm (3) lớp Đá dăm trộn nhựa đặc rải nóng 12 h2 10cm (2) lớp Đá dăm macađam h1 30 cm (1) lớp Cấp phối sỏi cuội cát 4- Kiểm tra kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: - Chuyển hệ nhiều lớp hệ hai lớp cách đổi lớp kết cấu áo đường hai lớp một, từ lên theo công thức (3-8) Kết tính tốn ghi bảng: Lớp Vật liệu E1 t hi K htbi Etbi 1,161 10 0,25 50 2220 Đá dăm trộn nhựa 2500 Đá dăm macađam 3500 Cấp phối sỏi cuội cát 1800 Tỷ số 10 1,94 30 40 0,333 H 50 = 1,52 nên trị số Etb kết cấu nhận thêm hệ số β = 1,180 D 33 E tttb = 2220 x 1,180 = 2620 daN/cm2 - Dùng toán đồ (13-3) xác định mô đun đàn hồi chung mặt đường: Từ tỷ số H 50 = 1,52 D 33 E0 E1 400 = 0,153, E1 = E tttb 2620 Xác định Ech = 0,535 E1 Ech = 0,535 x 2620 = 1402 daN/cm2 Ech > Eyc nên kết cấu chọn bảo đảm tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 5- Kiểm tra lớp đất lớp cấp phối sỏi cuội cát tiêu chuẩn bảo đảm chống trượt: - Kiểm tra đất: + Đổi lớp cấu áo đường lớp (như trên) Từ số liệu E1 H 50 = 1,52; E0 D 33 2620 6,6 400 φ = 220, tra toán đồ H 3-7 xác định được: ax p 0,0235 ; ax = 0,0235 = 0,141 daN/cm2 Từ H = 50cm: = 220, tra toán đồ H 3-2 xác định được: a = ax + a = - 0,007 = 0,141 – 0,007 = 0,134 daN/cm2 =K’.c K' K1K m.n K1 0,6 0,8 0,755 0,35 1,15 0,85 [ ] = 0,755 x 0,1 = 0,136 daN/cm2 2153 < đất bảo đảm chống trượt: 6- Kiểm tra lớp cấp phối sỏi cuội cát: - Đối với lớp đá dăm macađam lớp đá dăm trộn nhựa lớp tương tương có chiều dày h tb = 10 + 10 = 20cm K= h2 h 10 E2 1,0; t 10 E1 1 (0,714)1/ Etb = 3500 1 2500 0,714 3500 2972 daN/cm2 H 20 = 0,606 nên Etb nhận thêm hệ số D 33 Vì β = 1,048 E tttb = 1,048 2972 = 3115 daN/cm2 - Xác định mô đuyn đàn hồi chung Ech.m mặt lớp cấp phối sỏi cuội cát: H 30 = 0,909 D 33 Từ tỷ số E0 E1 Tra toán đồ H 3-3 xác định 400 = 0,222 1800 Ech = 0,492 E1 Ech = 866 daN/cm2 Ta có sơ đồ tính tốn H = 20; E1 = 3115 H 20 = 0,606; E2 = 886; c = 0,35; φ = 370 D 33 Từ E1 E2 ax Tra toán đồ H 3-8 xác định ax p 3115 3,5; φ = 37 886 0,025 = x 0,025 = 0,150 daN/cm2 Từ H = 20cm; φ = 370 tra toán đồ H 3-9 xác định a = - 0,013 = ax + a = 0,150 – 0,013 = 0,137 daN/cm2 =K’.c K' K1K m.n K t 0,6 0,8 0,427 1,15 1,15 0,85 = 0,427 x 0,35 = 0,148 daN/cm2 nên lớp đất phối sỏi cuội cát bảo đảm điều kiện chống trượt 7- Kiểm tra lớp đá dăm trộn nhựa điều kiện chịu kéo uốn: - Xác định Ech.m mặt lớp đá dăm macadam + Đổi lớp cấp phối sỏi cuội cát lớp đá dăm maca đan lớp tương đương có h = 30 + 10 = 40 cm Etb = 2153 x 1,131 = 2435 daN/cm2 + Từ tỷ số E0 H 40 = 1,21 E1 D 33 400 0,164; 2435 Tra toán đồ H 3-3 xác định được: Ech/E1 = 0,485, Ech = 0,485 x 2435 = 1180 - Ta có sơ đồ tính tốn: Từ tỷ số E1 E ch.m H 10 = 0,303; H = 10; E1 = 900; Ech.m = 1180 D 33 9000 7,63 1180 tra toán đồ H.3-11 xác định được: u u u 1,7 = 1,15.p u = 1,15.6.1,7 = 11,73 daN/cm2 < Ru = 12 daN/cm2 nên lớp đá dăm trộn nhựa bảo đảm điều kiện chịu kéo uốn Như kết cấu chọn đảm bảo tất điều kiện cường độ Mặc dù tiêu chuẩn độ võng đàn hồi kết cấu dư thừa nhiều (Ech = 1402 so với Eyc = 1250 daN/cm2) song tiêu chuẩn khác kết cấu vừa đủ bảo đảm, ta khơng nên giảm bớt chiều dày lớp kết cấu ... … hệ số quy đổi loại xe tương ứng trục xe tiêu chuẩn; hệ số xác định theo bảng 3-2 HỆ SỐ QUY ĐỔI VỀ TẢI TRỌNG TIÊU CHUẨN Bảng 3-2 Loại tải trọng tiêu chuẩn Hệ số quy đổi tương ứng với tải trọng... xe có tải trọng trục vượt tải trọng trục tiêu chuẩn 20% trở xuống quy đổi xe tiêu chuẩn nhờ biểu đồ hình 3-2 3.6.2 Quy đổi tải trọng tính tốn khác tiêu chuẩn Trường hợp đường chun dùng (phục vụ... vậy, tính tốn cường độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi tiêu bê tông nhựa loại hỗn hợp đá nhựa lấy tương ứng với nhiệt độ tính tốn 30 0C Tuy nhiên, tính tốn theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn tình trạng