Đề xuất một số kết cấu mặt đường BTXM trên nền đất yếu cho đường giao thông nông thôn tại huyện cầu ngang, tỉnh trà vinh

HỌ VÀ TÊN: MAI TẤN NGHI ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA    MAI TẤN NGHI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỀ XUẤT MỘT SỐ LOẠI KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG KHỐ 31XGT TRÀ VINH ĐÀ NẴNG – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA    MAI TẤN NGHI ĐỀ XUẤT MỘT SỐ LOẠI KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60580205 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ TRẦN TRUNG VIỆT Đà Nẵng – Năm 2017 Trang: i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi.Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Mai Tấn Nghi Trang: ii ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BTXM TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH Học viên: Mai Tấn Nghi Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 Khóa: K31 Trƣờng: Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt -Với kết nghiên cứu, phân tích luận văn vai trò quan trọng việc tính tốn mặt đƣờng BTXM qua khu vực có địa chất yếu xét đến tốn ổn định biến dạng đất yếu bên dƣới Kết phân tích cho thấy việc tính toán theo QĐ-3230/QĐ-BGTVT chƣa phản ảnh hết đƣợc thực trạng làm việc kết cấu BTXM, đặc biệt qua vùng đất yếu Kết phân tích luận văn đƣa đƣợc giải pháp tính tốn, thiết kế mặt đƣờng BTXM đƣờng GTNT huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh: (i) BTXM kích thƣớc 3x4.5m 3.5x5m chiều dày 18cm với Mác BT M20, lớp móng CPĐD dày 15cm đặt trực tiếp lên đất chiều dày lớp cát mịn bề mặt đất lớn 1.5m; (ii) chiều dày bé 1.5m, tiến hành bóc lớp cát mịn thay vào lớp cát hạt trung pha sét dày 50cm, rộng mặt đƣờng 1m, (iii) đắp vồng lên lớp đất cát hạt trung pha sét dày 50cm Ngoài ra, luận văn ra, thiết kế mặt đƣờng BTXM cho đƣờng GTNT đạt hiệu cao đất có trị số mơ đun biến dạng E0≥20Mpa Từ khóa: Mặt đƣờng BTXM;Mạng lƣới đƣờng GTNT;phƣơng pháp PTHH;ứng suất; biến dạng PROPOSED SOME CONCRETE PAVEMENT STRUCTURAL ON SUBSOIL BASED FOR RURAL TRANSPORT IN CAU NGANG DISTRICT, TRA VINH PROVINCE Abstract - The thesis has focused analysis and has shown a very important role in calculating BTXM pavement passing through geologically weak areas when considering stability and deformation under weak ground The results of the analysis show that the calculation of QD3230 / QD-BGTVT has not reflected all the mistakes of the board structure, especially when passing through the weak land Analysis results of the dissertation have presented three solutions when calculating and designing road surface road BTXM road in Cau Ngang district, Tra Vinh province: (i) 3x4.5m and 3.5x5m thick sheet thickness of 18cm With the Mark M20 BT, the CPDD 15 cm thick foundation is placed directly on the ground when the fine sand layer thickness is greater than 1.5 m on the ground surface; (ii) when this thickness is less than 1.5m, remove the smooth sand layer and replace it with 50cm thick sandy clay sand layer, 1m wider than the one, and (iii) medium phase clay 50 cm thick In addition, the thesis has also shown that when designing BTXM pavement for RT road it is most effective when soil base has modulus of elastic modulus E0≥20Mpa Key words: Concrete pavement; rural transportation network; FEM; Stress; Deformation; Trang: iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANHMỤC BẢNG viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài: 2.Mục đích nghiên cứu: 3.Đối tƣợng nghiên cứu: 4.Phạm vi nghiên cứu: 5.Phƣơng pháp nghiên cứu: 6.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: 7.Bố cục luận văn: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN 1.1 MỞ ĐẦU 1.2 MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 1.2.1 Lịch sử phát triển loại mặt đƣờng BTXM: 1.2.2 Ƣu nhƣợc điểm mặt đƣờng BTXM 1.2.3 Những đặc điểm cần lƣu ý thiết kế xây dựng mặt đƣờng BTXM 1.3 CÁC DẠNG HƢ HỎNG CỦA MẶT ĐƢỜNG BTXM 1.3.1 Bong tróc lớp vữa 1.3.2 Vỡ góc 1.3.3 Nứt dọc 1.3.4 Nứt ngang 10 1.3.5 Gãy, vỡ 11 1.3.6 Kết luận 11 1.4 ĐẶC ĐIỂM ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN 12 1.4.1 Khái niệm 12 1.4.2 Phân loại 12 1.4.3 Yêu cầu 13 1.4.4 Kết luận 13 1.5 CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MẶT ĐƢỜNG BTXM 14 1.5.1 Tính tốn BTXM theo tốn “tấm đàn hồi” 14 Trang: iv 1.5.2 Tính tốn BTXM phƣơng pháp phần tử hữu hạn 16 1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 22 CHƢƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MẶT ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN Ở HUYỆN CẦU NGANG 24 2.1 MỞ ĐẦU 24 2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HUYỆN CẦU NGANG 24 2.2.1 Vị trí, địa lý: 24 2.2.2 Mạng lƣới giao thông huyện Cầu Ngang: 25 2.3 ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CỦA NỀN ĐẤT TẠI HUYỆN CẦU NGANG 28 2.3.1 Mặt cắt địa chất: 28 2.3.2 Tính chất lý: 28 2.3.3 Kết luận: 29 2.4 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MẶT ĐƢỜNG BTXM - GTNT Ở HUYỆN CẦU NGANG 30 2.4.1 Mạng lƣới GTNT huyện Cầu Ngang: 30 2.4.2 Các dạng hƣ hỏng mặt đƣờng BTXM GTNT huyện Cầu Ngang: 30 2.4.3 Nguyên nhân: 32 2.4.4 Nhận xét 32 2.5 HIỆN TRẠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẶT ĐƢỜNG BTXM Ở HUYỆN CẦU NGANG 33 2.5.1 Tính tốn thiết kế mặt đƣờng BTXM theo QĐ 3230/QĐ-BGTVT: 33 2.5.2 Hạn chế việc thiết kế mặt đƣờng BTXM huyện Cầu Ngang 35 2.5.3 Nhận xét: 37 2.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 37 CHƢƠNG 3: ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG BTXM CHO ĐƢỜNG GTNT TẠI HUYỆN CẦU NGANG 39 3.1 MỞ ĐẦU 39 3.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KẾT CẤU 39 3.2.1 Dạng mặt cắt ngang điển hình 39 3.2.2 Đề xuất giải pháp kết cấu: 40 3.2.3 Chỉ tiêu lý vật liệu đất 42 3.3 PHÂN TÍCH KẾT CẤU THEO QĐ-3230/QĐ-BGTVT 42 3.3.1 Ảnh hƣởng kích thƣớc BTXM 43 3.3.2 Ảnh hƣởng Mác BT 45 3.3.3 Ảnh hƣởng chiều dày lớp móng 48 3.3.4 Kết luận 48 3.4 PHÂN TÍCH KẾT CẤU CĨ XÉT ĐẾN BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU 49 3.4.1 Mơ hình vật liệu Plaxis 49 Trang: v 3.4.2 Phân tích ổn định đƣờng BTXM: 50 3.4.3 Phân tích ổn định mặt đƣờng BTXM sử dụng giải pháp thay đất đắp thêm đất 53 3.4.4 Kết luận 55 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 56 KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN 57 Kết chính: 57 Kết luận 59 Kiến nghị: 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Trang: vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Hiện tƣợng nứt bong tróc bề mặt BTXM Hình 1.2: Hiện tƣợng nứt vỡ góc BTXM Hình 1.3: Hiện tƣợng nứt dọc BTXM 10 Hình 1.4: Hiện tƣợng nứt ngang BTXM 11 Hình 1.5: Hiện tƣợng gãy, vỡ BTXM 11 Hình 1.7: Quan hệ tải trọng độ võng theo mơ hình bán khơng gian đàn hồi 15 Hình 1.8: Khai báo vật liệu Plaxis – 19 Hình 1.9: Khai báo vật liệu Plaxis – 19 Hình 1.10: Khai báo BTXM Plaxis 20 Hình 36: Cửa sổ tính tốn Calculations 21 Hình 1.10: Kết tính tốn phần mềm Plaxis: chuyển vị BTXM, Moment BTXM; hệ số ổn định Mfs 22 Hình 2.1.Bản đồ vị trí địa lý huyện Cầu Ngang 25 Hình 2.2.Một số hình ảnh mặt đƣờng BTXM sử dụng huyện Cầu Ngang 26 Hình 2.3.Mặt cắt ngang phổ biến mặt đƣờng BTXM-GTNT Cầu Ngang 27 Hình 2.4.Mặt cắt địa chất huyện Cầu Ngang 28 Hình 2.5.Tấm BTXM bị lún lệch đất không đủ sức chịu tải 31 Hình 2.6.Tấm BTXM bị nứt dọc đất không đủ sức chịu tải 31 Hình 2.7.Tấm BTXM bị nứt góc cạnh đất khơng đủ sức chịu tải 32 Hình 2.8.Kết phân tích ứng suất biến dạng BTXM: mơ hình tính, phân bố ứn suất, biến dạng đất, hệ số an toàn Mfs 36 Hình 3.1.Mặt cắt địa chất tính toán 40 Hình 32.Đặt trực tiếp BTXM đất 41 Hình 3.3.Đắp lớp đất có tiêu lý tốt trƣớc đặt BTXM 41 Hình 3.4.Thay lớp đất có tiêu lý tốt trƣớc đặt BTXM 42 Hình 3.5.Ảnh hƣởng chiều dày BTXM E0 đến ứng suất BTXM (hm=10cm, L=4.5m, B=3m) 43 Hình 3.6.Ảnh hƣởng chiều dày BTXM E0 đến ứng suất nhiệt BTXM (hm=10cm, L=4.5m, B=3m) 44 Hình 3.7.Ảnh hƣởng chiều dày BTXM E0 đến ứng suất BTXM (hm=20cm, L=4.5m, B=3m): ứng suất tải trọng; ứng suất nhiệt 44 Hình 3.8.Ảnh hƣởng kích thƣớc BTXM E0 đến ứng suất BTXM (hm=10cm): BxL=3x4m; BxL=3.5x5m 45 Hình 3.8.Ảnh hƣởng Mác BTXM chiều dày đến ứng suất BTXM (hm=10cm, L=4.m, B=3m) 45 Trang: vii Hình 3.9.Ảnh hƣởng Mác BTXM chiều dày đến ứng suất BTXM (hm=10cm, L=4.5m, B=3m) 46 Hình 3.10.Ảnh hƣởng Mác BTXM chiều dày đến ứng suất BTXM (hm=10cm, L=5m, B=3.5m) 46 Hình 3.11.Ảnh hƣởng Mác BTXM E0 đến ứng suất BTXM ( L=4.5m, B=3m) 47 Hình 3.12.Ảnh hƣởng Mác BTXM, kích thƣớc BTXM E0 đến ứng suất BTXM 47 Hình 3.13.Ảnh hƣởng chiều dày lớp móng đến ứng suất BTXM 48 Hình 3.14.Khai báo BTXM Plaxis 49 Hình 3.15.Mơ hình phân tích mặt đƣờng BTXM đặt trực tiếp đất yếu 50 Hình 3.16.Mơ hình phần tử lƣới tam giác mặt đƣờng BTXM đặt trực tiếp đất yếu 50 Hình 3.17.Biến dạng đất BTXM 51 Hình 3.18.Ứng suất đất BTXM 51 Hình 3.19.Mooment chuyển vị cảu BTXM 52 Hình 3.20.quan hệ hệ số an toàn Mfs độ lún vị trí BTXM 52 Hình 3.21.Chuyển vị moment BTXM tải tác dụng lệch tâm 52 Hình 3.22.Ảnh hƣởng chiều dày lớp số (cát mịn) đến Moment BTXM hệ số ổn định Mfs 53 Hình 3.23.Sơ đồ tính tốn cho giải pháp đắp vồng lên 50cm đất cát hạt trung lẫn sét 54 Hình 3.24.Hệ số ổn định Mfs sau đắ vồng đất lên 50cm trƣờng hợp chiều sâu lớp cát mịn 1.4m 54 Hình 3.23.Sơ đồ tính tốn cho giải pháp thay đất 50cm đất cát hạt trung lẫn sét 55 Hình 3.26.Hệ số ổn định Mfs sau đắ vồng đất lên 50cm trƣờng hợp chiều sâu lớp cát mịn 1.4m 55 Trang: viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các loại mặt đƣờng GTNT 13 Bảng 2.1.Các tiêu lý đặc trƣng mẫu đất 29 Bảng 3.1.Các tiêu lý đặc trƣng đất vật liệu 42 Bảng 3.2.Các tiêu lý đặc trƣng BTXM 42 Trang: 51 Từ hình 3.17- 19trình bày kết cho trƣờng hợp chiều lớp (cát mịn) 2m, ta nhận thấy, đất bị lún 7.5cm, chuyển vị BTXM không với độ lệch 1.35cm Moment lớn gây uốn BTXM 4.34KNm ứng suất 1.245 Mpa 1.4) Kết phân tích phần mềm plaxis cho ta biết đƣợc biến dạng cảu BTXM đất từ có đƣợc đánh giá trực quan so với tính tốn theo QĐ-3230 Tƣơng tự, xét cho toán tải tác dụng lệch tâm, ta thu đƣợc kết nhƣ hình 3.21 Ta nhận thấy lúc độ lún BTXM lớn lên đến 10.5cm chênh lệch lún hai đầu BTXM lớn 2.14cm, hệ số ổn định Mfs=2.45 Hình 3.17.Biến dạng đất BTXM Hình 3.18.Ứng suất đất BTXM Trang: 52 Hình 3.19.Mooment chuyển vị cảu BTXM Multiplier 2.5 1.5 0.2 0.4 0.6 0.8 Displacement [m] Hình 3.20.quan hệ hệ số an toàn Mfs độ lún vị trí BTXM Hình 3.21.Chuyển vị moment BTXM tải tác dụng lệch tâm Tiến hành tƣơng tự cho chiều dày khác lớp số (cát mịn) từ 1-2m, ta thu đƣợc kết nhƣ hình3.22 Từ kết ta nhận thấy, chiều dày lớp cát mịn giảm làm tăng moment BTXM nhiên tạo ứng suất lớn 1.78 Mpa