Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông cửu long

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : NGUYỄN VĂN TÂN ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long Chuyên nghành: Xây dựng đường ôtô đường thành phố LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : ……………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày …….……tháng…… ……năm 2010 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Văn Tân Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25-05-1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố MSHV: 00108531 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm cho đường tơ cao tốc có số trục xe tiêu chuẩn tính tốn lớn 3120 trục/làn.ngày đêm Theo phương pháp tính tốn dựa sở lý thuyết đàn hồi với nội dung sau: Phân tích sở lý thuyết phương pháp tính tốn sử dụng Lựa chọn thiết kế tính tốn kết cấu áo đường Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho số trường hợp tải trọng tiêu chuẩn tính tốn đường tơ cao tốc III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25 - 01 - 2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 26 - 06 - 2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ Khoa học Trần Quang Hạ Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS LÊ BÁ KHÁNH HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN LỜI CẢM ƠN Luận văn Khoa học theo chương trình đào tạo Thạc sĩ Bộ Giáo dục Đào tạo với đề tài: “Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long” Đã thực Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh – Đại học Bách Khoa Trước hết, xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Thầy – Cô thuộc môn Cầu đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh người nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Đặc biệt GVC.TSKH Trần Quang Hạ người tận tình bảo hướng dẫn suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Nhân đây, xin gửi lời cảm ơn đến tác giả: GS.TS Dương Học Hải; GS.TS Nguyễn Xuân Trục; giúp tơi có tài liệu tham khảo hữu ích để thực luận văn TP Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2010 Nguyễn Văn Tân GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sơng Cửu Long” với mục đích phân tích, tính tốn chọn kết cấu áo đường mềm hợp lý cho đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửa Long đưa luận có ích cho cơng tác thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc nước ta Luận văn trình bày sở lý thuyết, bước phân tích tính tốn thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc, kết nghiên cứu đạt được, kết luận kiến nghị Đồng thời nêu hạn chế định hướng nghiên cứu phát triển đề tài Để tìm kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long, luận văn thực bước: Phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng kết cấu áo đường mềm tác dụng áp lực bánh xe theo lý thuyết đàn hồi, chọn kết cấu áo đường, phân tích hợp lý mặt cấu tạo tính toán kiểm tra cường độ kết cấu áo đường Kết nghiên cứu cho thấy: Giải pháp kết cấu áo đường có tầng mặt bê tơng nhựa đặt gián tiếp móng cấp phối đá dăm thơng qua lớp đá dăm gia cố nhựa hợp lý cho đường cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long Đồng thời xác định số nhược điểm lý thuyết tính tốn thiết kế áo đường mềm hành nước ta Cuối luận văn đề nghị sử dụng giải pháp kết cấu áo đường mềm cho đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long số trục xe tiêu chuẩn tính tốn Ntt > 1500 trục/làn.ngày đêm GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN MỤC LỤC Trang Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn thạc sĩ Mở đầu Mục đích nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương I Tổng quan 11 1.1 Giới thiệu áo đường mềm 11 1.2 Giới thiệu đường ô tô cao tốc 14 1.3 Giới thiệu khu vực đồng sông Cửu Long 17 1.4 Các cơng trình nghiên cứu kết cấu áo đường mềm 18 1.5 Một số giải pháp kết cấu áo đường mềm cho cơng trình đường tơ cao tốc 19 Chương II Cơ sở lý thuyết thiết kế áo đường mềm 26 2.1 Giới thiệu phương pháp tính tốn áo đường mềm 26 2.2 Một vài kiến thức lý thuyết đàn hồi ứng dụng 27 2.3 Các phương pháp thiết kế dựa sở lý thuyết 31 2.4 Đặc điểm tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường ảnh hưởng GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN đến chế làm việc đất vật liệu áo đường 37 2.5 Sự phân bố ứng suất, tượng phá hoại kết cấu nguyên lý tính tốn cường độ áo đường mềm 50 2.6 Tính tốn cường độ áo đường mềm theo tiêu chuẩn trạng thái giới hạn 54 Chương III Lựa chọn thiết kế tính tốn kết cấu áo đường 72 3.1 Giải pháp kết cấu áo đường đề xuất 72 3.2 Đặc điểm cấu tạo tính chất loại vật liệu sử dụng 73 3.3 Tính tốn kết cấu áo đường 85 Chương VI Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho số trường hợp tải trọng tiêu chuẩn tính tốn đường tơ cao tốc 93 4.1 Phương án kết cấu 1-Tầng mặt lớp đặt gián tiếp móng cấp phối đá dăm thông qua lớp đá dăm gia cố nhựa 93 4.2 Phương án kết cấu 2-Tầng mặt lớp không sử dụng móng gia cố 94 4.3 Phương án kết cấu 3: Tầng mặt lớp đặt gián tiếp móng cứng thơng qua lớp đá dăm gia cố nhựa 95 Kết luận kiến nghị 98 Tài liệu tham khảo 100 GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN MỞ ĐẦU Mục đích nghiên cứu đề tài: Kết cấu vấn đề phức tạp đóng vai trị quan trọng xây dựng nói chung ngành xây dựng cơng trình giao thơng nói riêng Kết cấu hợp lý đảm bảo cơng trình bền vững lâu dài, giảm giá thành xây dựng, nâng cao điều kiện khai thác sử dụng Đối với cơng trình đường tơ cao tốc, giá thành phần áo đường chiếm tỉ lệ cao tổng giá thành xây dựng cơng trình, đồng thời áo đường đóng vai trị quan trọng để đảm bảo lưu lượng xe thiết kế, tốc độ xe chạy thời hạn thiết kế yêu cầu Mục tiêu đề tài phân tích, tính tốn chọn kết cấu áo đường mềm hợp lý cho đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửa Long để đạt hiệu kinh tế - kỹ thuật cao Đồng thời đưa luận có ích cho công tác thiết kế kết cấu áo đường mềm đường tơ cao tốc, góp phần xây dựng mạng lưới đường ô tô cao tốc nước nhà Phạm vi nghiên cứu: Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu kinh tế-kỹ thuật việc chọn giải pháp kết cấu áo đường như: tải trọng xe chạy (tải trọng trục, lưu lượng xe), chế độ thủy nhiệt, điều kiện khí hậu vùng, điều kiện cung cấp vật liệu, điều kiện thiết bị thi công Hiện có nhiều phương pháp tính tốn thiết kế áo đường mềm khác nhau: phương pháp lý thuyết, phương pháp định hình phương pháp thực nghiệm Phạm vi nghiên cứu luận văn đề cập nghiên cứu yếu tố tải trọng xe chạy tính tốn theo phương pháp lý thuyết tương ứng với điều kiện thực tế khu vực đồng sông Cửu Long theo nội dung sau: + Phân tích sở lý thuyết phương pháp tính tốn sử dụng + Lựa chọn thiết kế tính tốn kết cấu áo đường GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN + Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho số trường hợp tải trọng tiêu chuẩn tính tốn đường tơ cao tốc Phương pháp nghiên cứu: Trên sở lý thuyết đàn hồi ứng dụng, phân tích tính tốn trạng thái ứng suất – biến dạng hệ bán không gian đàn hồi (Kết cấu mặt đường đặt đường) tác dụng áp lực bánh xe với số liệu đầu vào cho trước, từ chọn giải pháp kết cấu hợp lý theo trình tự sau: - Sử dụng số liệu tải trọng thiết kế cho trước - Phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng kết cấu áo đường mềm tác dụng áp lực bánh xe theo lý thuyết đàn hồi - Chọn sơ phương án vật liệu khác cho lớp kết cấu Phân tích đặc điểm làm việc loại vật liệu chọn, từ chọn giải pháp kết cấu hợp lý mặt cấu tạo - Ứng dụng sở lý thuyết để tính tốn kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn sau: + Kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép + Kiểm tra kết cấu theo điều kiện cân giới hạn trượt đất lớp vật liệu dính kết + Kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp vật liệu toàn khối - Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho số trường hợp tải trọng tiêu chuẩn tính tốn đường tô cao tốc - Đưa kết luận, kiến nghị từ việc nghiên cứu luận văn này: Đặc điểm làm việc lớp kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc, loại vật liệu chiều dày hợp lý cho lớp kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc, kết cấu áo đường mềm định hình cho đường tơ cao tốc Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Các nhà khoa học kỹ sư giới nghiên cứu đưa nhiều phương pháp khác dựa sở lý thuyết thực nghiệm Phương pháp lý GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN thuyết sử dụng rộng rãi nước ta số nước khác Tuy nhiên cở sỡ lý thuyết tính tốn thiết kế áo đường mềm hành nước ta (Tiêu chuẩn 22TCN 211-06) nhiều vấn đề cần xem xét bổ sung, chẳng hạn: hàm phân bố tải trọng ngang bánh xe vị trí dốc dọc cong nằm chưa xác định, diện phân bố áp lực bánh xe tương đương hình trịn chưa phù hợp với thực tế, chọn cường độ vật liệu tương ứng với nhiệt độ bất lợi chưa có phân biệt vùng khí hậu khác nước Đặc biệt lĩnh vực đường ô tô cao tốc vừa cập nhật năm gần cần trọng quan tâm nghiên cứu để hoàn thiện dần sở lý thuyết Kết cấu áo đường mềm sử dụng rộng rãi nước giới, đặc biệt tuyến đường ô tô cao tốc Hiện nước ta trọng xây dựng mạng lưới đường ô tô cao tốc để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Do nội dung nghiên cứu đề tài có ý nghĩa cấp bách thiết thực, thành công áp dụng đem lại hiệu kinh tế - kỹ thuật quan trọng, giúp ích cho nhà thiết kế, chủ đầu tư tham khảo để lựa chọn giải pháp kết cấu áo đường cho phù hợp Thơng qua đề tài gợi khía cạnh chưa hợp lý lý thuyết tính tốn quy trình quy phạm sử dụng tính tốn thiết kế áo đường mềm để nghiên cứu chỉnh sửa cho phù hợp GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN Vì số trục xe tính tốn ngày đêm xe 3120 trục/ làn.ngày đêm nên tra bảng (3-4) (nội suy Ntt= 2000 Ntt= 5000) tìm Eyc =213,35 Mpa (lớn Eyc tối thiểu với đường cấp cao tốc theo bảng (2-5) 180 MPa) lấy Eyc = 213,35 MPa để kiểm toán Chọn độ tin cậy thiết kế theo bảng (2-3) 0,9 theo bảng (2-2) xác định K cddv =1,1 K cddv Eyc=1,1 x 213,35 = 234,68 MPa Kết nghiệm toán: Ech= 235,51 > K dv cd E yc = 234,68 MPa Cho thấy với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 3.3.3 Kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất a) Tính Etb lớp kết cấu: - Việc đổi tầng hệ lớp thực bảng (3-10) Bảng 3-10: Kết tính đổi tầng lớp từ lên để tìm Etb’ Lớp kết cấu Ei (MPa) t= E2 E1 hi (cm) k= h2 h1 Htb Etb’ (cm) (Mpa) 30 300,0 Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 300 Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 25 300 1,000 25 0,833 55 300,0 Đá dăm gia cố nhựa 350 1,167 15 0,273 70 310,3 Bê tông nhựa chặt loại I, hạt trung 250 0,806 10 0,143 80 302,3 Bê tông nhựa chặt loại I, hạt mịn 300 0,992 0,063 85 302,1 30 H Xét đến hệ số điều chỉnh β=ƒ( ), Áp dụng cơng thức [2-42] ta có: β =1,248 D GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN Do : Etb= 1,248 x 302,1 = 377,05 MPa b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính tốn gây đất Tax: H E1 Etb 377,05 =2,576; = = = 6,28 D E2 Eo 60 Theo biểu đồ hình (2-22), với góc nội ma sát đất ϕ =27o ta tra Tax = 0,0085 Vì áp lực mặt đường bánh xe tiêu chuẩn tính tốn p = p daN/cm2 = 0,6 MPa Tax= 0,0085 x 0,6 = 0,0051 MPa c/ Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu áo đường gây đất Tav: Tra tốn đồ hình (2-23) ta Τav= -0,00264 MPa d/ Xác định trị số Ctt theo (2-45): Ctt= C k1.k2.k3 Với C lực dính đất C = 0,038 MPa Theo mục 2.5.2.4 có k1 = 0,6; k2 = 0,7205 k3 = Vậy Ctt = 0,038 x 0,6 x 0,7205 x = 0,04928 MPa e/ Kiểm tốn lại điều kiện tính tốn cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt đất, biểu thức (2-44): Chọn độ tin cậy thiết kế 0,9 theo bảng (2-7) kcdtr =0,94 với trị số Τax Τav tính ta có: Τax + Τav =0,0051 – 0,00264 = 0,00246 MPa Ctt k tr cd = 0,004928 =0,00524 MPa 0,94 Kết kiểm toán cho thấy: Τax + Τav =0,00246 < Ctt kcdtr = 0,00524 nên điều kiện (2-44) bảo đảm GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN 3.3.4 Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp bê tông nhựa a/ Tính ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp bê tông nhựa theo biểu thức (2- 47): - Đối với bê tông nhựa lớp dưới: h1=15 cm; E1 = 1800 x5 + 1600 x10 =1666,7 MPa + 10 Trị số Etb’ lớp móng Etb’ = 405,7 MPa (theo kết tính bảng -11) với bề dày lớp H’= 30+25+15 = 70 cm, trị số phải xét đến hệ số điều chỉnh β: với H' 70 = =2,12 Áp dụng cơng thức [2-42] ta có β=1,219; D 33 Vậy Etbdc =1,219x 405,7 = 494,59 MPa Với Enền đất Etbdc = 60 =0,1213 Áp dụng công thức [2-40] ta tính được: 494,59 Ech.m = 251,17 MPa Tìm σ ku đáy lớp bê tông nhựa lớp cách tra tốn đồ hình (2-24) với: H1 15 E1 1666,7 = =0,45 ; = =6,64 D 33 Ech.m 251,17 Kết tra toán đồ σ ku =1,31 với p = 0,6 MPa theo (2-47) ta có: σ ku =1,31 x 0,6 x 0,85 = 0,6681 MPa - Đối với bê tông nhựa lớp trên: h1= 5cm; E1 = 1800 MPa Trị số Etb’ lớp phía xác định bảng (3-11): GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN Bảng 3-11: Tính đổi tầng lớp từ lên để tính Etb’ Lớp kết cấu Ei (MPa) t= E2/E1 hi (cm) Htb (cm) Etb' (MPa) Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 300 30 300,0 Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 25 300 1,000 25 0,833 55 300,0 Đá dăm gia cố nhựa 1000 3,333 15 0,273 70 405,7 Bê tông nhựa chặt loại I, hạt trung 1600 3,944 10 0,143 80 500,4 Bê tông nhựa chặt loại I, hạt mịn 1800 3,597 0,063 85 548,9 k= h2/h1 30 Tổng chiều dày lớp lớp bê tông nhựa hạt mịn H =80 cm Mo đun đàn hồi lớp bên lớp bê tông nhựa hạt mịn Etb’=500,4 H Xét đến hệ số điều chỉnh β = ƒ( ) = 1,2389 ta có D Etbdc = 500,4 x 1,2389 = 620 MPa Với H Enền đất 60 = 2,42 = = 0,0968 D Etbdc 620 Áp dụng cơng thức [3-40] ta tính được: Echm =315,36 MPa Tìm σ ku đáy lớp bê tơng nhựa lớp bẳng cách tra tốn đồ hình (2-24) với: H1 = = 0,15; D 33 E1 1800 = = 5,71 Ech.m 315,36 Kết tra toán đồ σ ku =1,69 với p = 0,6 MPa Ta có: σ ku =1,69 x 0,6 x 0,85 = 0,8619 MPa b/ Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đáy lớp bê tông nhựa theo biểu thức (2-46): GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN Xác định cường độ chịu kéo uốn bê tơng nhựa tính tốn theo cơng thức (2-48) : Rttku = k1 k2 Rku K1 = 11,11 11,11 = 0,22 Ne 10,66.10 [ ] 0,22 = 0,316 Theo mục 2.6.3.3 trường hợp lấy k2=1,0; Vậy cường độ chịu kéo uốn tính tốn lớp bê tông nhựa lớp là: Rttku = k1 k Rku = 0,316 x 1,0 x 2,0 = 0,632 MPa Và lớp bê tông nhựa lớp là: Rttku = k1 k Rku = 0,316 x 1,0 x 2,8 = 0,885 MPa Kiểm toán điều kiện theo biểu thức (2-46) với hệ số K dcku =0,94 lấy theo bảng (2-7) cho trường hợp đường cao tốc ứng với độ tin cậy 0,9 - Với lớp bê tông nhựa hạt trung, lớp σ ku = 0,6681 MPa < 0,632 =0,672 MPa 0,94 - Với lớp bê tông nhựa hạt mịn, lớp σ ku = 0,8619 MPa < 0,885 =0,941 MPa 0,94 Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt điều kiện (2-46) hai lớp bê tông nhựa * Kết luận Các kết kiểm tốn theo trình tự tính tốn cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm tất điều kiện cường độ Như giải pháp kết cấu áo đường đề xuất hợp lý mặt cấu tạo đạt yêu cầu cường độ nên chọn làm giải pháp kết cấu thiết kế, mơ tả hình vẽ (3-1) GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN 10 15 25 30 Hình 3-1: Giải pháp kết cấu áo đường mềm thiết kế Nền - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt mịn - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt trung - Đá dăm gia cố nhựa - Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 25 - Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐỊNH HÌNH KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CHO MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG TIÊU CHUẨN TÍNH TỐN CỦA ĐƯỜNG Ơ TƠ CAO TỐC 4.1 Phương án kết cấu 1: Tầng mặt lớp đặt gián tiếp móng cấp phối đá dăm thông qua lớp đá dăm gia cố nhựa Qua phân tích so sánh chọn chiều dày lớp kết cấu tính tốn kiểm tra kết cấu theo giá trị khác số trục xe tiêu chuẩn tính tốn Ntt, ta có kết chiều dày chi tiết lớp bảng (4-1) Bảng 4-1: Chiều dày lớp kết cấu áo đường mềm đường cao tốc, phương án Lớp kết cấu Chiều dày (cm) tương ứng với số trục xe tiêu chuẩn tính tốn Ntt (trục/làn.ngày đêm) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 30 30 30 30 30 30 Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 25 20 20 25 25 25 25 10 12 12 15 15 16 Đá dăm gia cố nhựa Bê tông nhựa chặt, hạt trung 8 10 10 Bê tông nhựa chặt, hạt mịn 5 5 5 Hình vẽ mô tả số GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ 4-1 HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN Hình 4-1: Định hình kết cấu áo đường mềm đường cao tốc, phương án 10-16 7-10 20-25 30 Nền - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt mịn - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt trung - Đá dăm gia cố nhựa - Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 25 - Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 4.2 Phương án kết cấu 2: Tầng mặt lớp, không sử dụng móng gia cố Phương án sử dụng cho tuyến đường cao tốc nước ta Tuy nhiên lưu lượng xe lớn (Ntt >1500 trục/làn.ngày đêm) chiều dày kết cấu lớn, đặc biệt chiều dày tầng mặt bê tông nhựa tăng nên không kinh tế Bảng 4-2: Chiều dày lớp kết cấu áo đường mềm đường cao tốc, phương án Lớp kết cấu Chiều dày (cm) tương ứng với số trục xe tiêu chuẩn tính tốn Ntt (trục/làn.ngày đêm) 1000 1500 Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 30 35 Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 25 25 25 GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ 2000 2500 3000 3500 Không nên sử dụng phương án chiều dày kết cấu lớn HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN Bê tông nhựa rỗng 10 Bê tông nhựa chặt, hạt trung 7 Bê tông nhựa chặt, hạt mịn 5 Hình vẽ mơ tả số 4-2 8-10 25 30-35 Hình 4-2: Định hình kết cấu áo đường mềm đường cao tốc, phương án Nền - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt mịn - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt trung - Bê tông nhựa rỗng - Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 25 - Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 4.3 Phương án kết cấu 3: Tầng mặt lớp đặt gián tiếp móng cứng thông qua lớp đá dăm gia cố nhựa Phương án sử dụng phổ biến Trung Quốc nước có đặc điểm khí hậu gần giống với nước ta nhiều tác giả nước quan tâm nghiên cứu, có ưu điểm sau: GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN + Cường độ cao, giảm biến dạng đàn hồi lớp mặt góp phần giảm tượng mõi tăng tuổi thọ lớp mặt + Giảm tải trọng thẳng đứng truyền xuống lớp móng đường, điều thích hợp với khu vực đồng sơng Cửu Long đất có cường độ thấp + Với khan nguồn vật liệu địa phương (đá, sỏi ) khu vực đồng sông Cửa Long, giải pháp giúp giảm chiều dày lớp kết cấu nên có ý nghĩa lớn mặt kinh tế Tuy nhiên lớp móng cứng chưa sử dụng cho tuyến đường cao tốc nước ta chưa xác định loại ứng suất phát sinh lớp mặt đá nhựa mềm đặt lớp móng gia cố xi măng có độ cứng lớn Sự biến dạng nhiệt lớp móng gia cố xi măng bên thường gây vết nứt lớn lớp mặt nhựa bên Do phương án có ý nghĩa tham khảo định hướng nghiên cứu sử dụng tương lai Bảng 4-3: Chiều dày lớp kết cấu áo đường mềm đường cao tốc, phương án Lớp kết cấu Chiều dày (cm) tương ứng với số trục xe tiêu chuẩn tính tốn Ntt (trục/làn.ngày đêm) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Cấp phối đá dăm 25 25 30 30 30 30 Đá dăm gia cố xi măng 15 15 15 16 18 18 Đá dăm gia cố nhựa 10 10 10 10 12 Bê tông nhựa chặt, hạt trung 6 7 8 Bê tông nhựa chặt, hạt mịn 4 5 5 Hình vẽ mơ tả số GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ 4-3 HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN 8-12 6-8 4-5 Hình 4-3: Định hình kết cấu áo đường mềm đường cao tốc, phương án 15-18 25-30 Nền - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt mịn - Bê tông nhựa chặt loại I, hạt trung - Đá dăm gia cố nhựa - Đá dăm gia cố xi măng - Cấp phối đá dăm loại I, Dmax 37,5 GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ * Kết nghiên cứu đạt được: Sau phân tích tổng hợp kết thiết kế tính tốn kết cấu áo đường mềm – Mặt đường bê tông nhựa: - Đã đưa phương án giải pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm cho đường tơ cao tốc có số trục xe tiêu chuẩn tính tốn/làn: 3120 trục/làn.ngày đêm cho khu vực đồng sông Cửu Long - Đã thiết kế số định hình kết cấu áo đường mềm cho đường ô tô cao tốc nước ta - Đã xác định số nhược điểm lý thuyết tính tốn thiết kế áo đường mềm hành nước ta * Kiến nghị: - Nên sử dụng mẫu kết cấu phương án thiết kế cho tuyến đường cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long, mẫu kết cấu định hình cho tuyến đường cao tốc nước ta - Nên sử dụng giải pháp tầng mặt bê tông nhựa đặt gián tiếp móng cấp phối đá dăm thông qua lớp đá gia cố nhựa kết cấu áo đường cao tốc có số trục xe tiêu chuẩn tính tốn/làn: Ntt > 1500 trục/làn.ngày đêm - Cần nghiên cứu bổ sung khắc phục nhược điểm nêu để bước hồn thiện lý thuyết tính tốn thiết kế áo đường mềm nước ta * Những vấn đề tồn tại: Do thời gian thực đề tài có hạn nên kết nghiên cứu cịn hạn chế số mặt: - Chưa tính tốn cường độ độ ổn định tầng mặt trường hợp tải trọng ngang thay đổi - Chưa tính toán bề dày lớp kết cấu tác dụng nhiệt độ, chế độ thay đổi nhiệt độ độ ẩm GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN - Chưa xác định nhiệt độ bất lợi cho điều kiện tính tốn, lớp kết cấu loại vật liệu khác làm việc điều kiện khí hậu khu vực đồng sông Cửu Long * Hướng phát triển: - Nghiên cứu tính tốn cường độ độ ổn định tầng mặt trường hợp tải trọng ngang thay đổi - Nghiên cứu tính tốn bề dày lớp kết cấu tác dụng nhiệt độ, chế độ thay đổi nhiệt độ độ ẩm - Nghiên cứu xác định nhiệt độ bất lợi cho điều kiện tính tốn, lớp kết cấu loại vật liệu khác làm việc điều kiện khí hậu khu vực đồng sông Cửu Long GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quang Chiêu: Các kết cấu mặt đường kiểu mới, nhựa đường loại mặt đường nhựa – Nhà xuất xây dựng [2] Dương Ngọc Hải: Giáo trình thiết kế đường cao tốc - Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Dương Ngọc Hải, Nguyễn Xuân Trục: Giáo trình thiết kế đường tơ Nhà xuất giáo dục [5] Trần Quang Hạ: Lý thuyết tính tốn mặt đường – Giáo trình cao học, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2008 [6] Trần Quang Hạ: Tải trọng, tải trọng tiêu chuẩn đề nghị phân cấp kỹ thuật xây dựng đường Báo cáo khoa học, Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh năm 2003 [7] Luận văn thạc sĩ học viên Võ Minh Châu năm 2008 - trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh: Nghiên cứu thành phần hạt cốt liệu ảnh hưởng tới độ nhám lớp mặt đường bê tông nhựa cho áo đường mềm có cấp thiết kế 80 Km/h < V < 120 Km/h [8] Luận văn thạc sĩ học viên Trần Huỳnh Chương năm 2009 - trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh: Nghiên cứu mối quan hệ độ bền MARSHALL với hàm lượng nhựa, cấp phối đá dăm độ rỗng hỗn hợp bêtông bê tông nhựa dùng cho thiết kế kết cấu áo đường mềm đường cao tốc [9] Bộ Giao thông Vân tải: Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06 [10] Bộ Giao thông Vân tải: Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc TCVN 5729-1997 [11] Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 03 năm 2008: Nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng tính tốn mơ đun đàn hồi tương đương kết cấu áo đường hệ hai lớp Tác giả: Ths Nguyễn Văn Đoàn, Ths Nguyễn Hoàng Long, PGS.TS Phạm Cao Thăng GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Văn Tân Ngày, tháng, năm sinh: 25 - 05 - 1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: 54 - Trần Khánh Dư, thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum I QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 1998 đến năm 2003: Sinh viên trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Từ năm 2008 đến nay: Học viên cao học trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh II Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ năm 2003 đến năm 2004: Ban quản lý dự án xây dựng công trình giao thơng tỉnh Quảng Ngãi Từ năm 2004 đến 2008: Cơng ty Tư vấn Xây dựng Chí Tâm Từ năm 2008 đến nay: Công ty Tư vấn Xây dựng Vạn Tường GVHD: GVC.TSKH TRẦN QUANG HẠ HVTH: NGUYỄN VĂN TÂN ... ? ?Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long? ?? với mục đích phân tích, tính tốn chọn kết cấu áo đường mềm hợp lý cho đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông. .. đường ô tô đường thành phố MSHV: 00108531 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu thiết kế kết. .. đường ô tô cao tốc, kết nghiên cứu đạt được, kết luận kiến nghị Đồng thời nêu hạn chế định hướng nghiên cứu phát triển đề tài Để tìm kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc khu vực đồng sông Cửu Long,