Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thiết kế cấu tạo và tính toán cờng độ áo đờng mềm trên đờng ô tô cao tốc, đờng ô tô cấp hạng thiết kế khác nhau, trên các đờng đô thị, đờng ô tô ch[r]
(1)Môc Lôc CHơng Quy định chung 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Ph¹m vi ¸p dông C¸c thuËt ng÷ .4 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm và phần lề đờng có gia cố Nội dung công tác thiết kế áo đờng mềm 10 Nội dung và yêu cầu công tác điều tra thu thập số liệu thiết kế 11 CHơng Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng 14 2.1 Nguyªn t¾c thiÕt kÕ 14 2.2 CÊu t¹o tÇng mÆt vµ c¸c yªu cÇu thiÕt kÕ 14 2.3 ThiÕt kÕ cÊu t¹o tÇng mãng 19 2.4 Bề dày cấu tạo các lớp kết cấu áo đờng .22 2.5 Yêu cầu thiết kế khu vực tác dụng đờng: 23 2.6 Thiết kế thoát nớc cho kết cấu áo đờng và lề đờng 27 2.7 Kết cấu áo đờng phần lề gia cố, lớp phủ dải phân cách và các bé phËn kh¸c 29 CHơng Tính toán cờng độ và bề dày kết cấu áo đờng 31 3.1 C¸c yªu cÇu vµ nguyªn t¾c tÝnh to¸n: 31 3.2 Tải trọng trục tính toán và cách quy đổi số trục xe khác số tải trọng trục tính to¸n 33 3.3 Sè trôc xe tÝnh to¸n trªn mét lµn xe vµ trªn kÕt cÊu ¸o lÒ cã gia cè 35 3.4 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng và kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 36 3.5 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng và kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất và các lớp vật liệu kém dính kết 42 3.6 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng và kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuÈn chÞu kÐo uèn c¸c líp vËt liÖu liÒn khèi .46 CHơng Thiết kế tăng cờng, cải tạo đờng cũ 51 4.1 4.2 4.3 4.4 C¸c néi dung, yªu cÇu vµ nguyªn t¾c thiÕt kÕ .51 Yêu cầu việc thiết kế cấu tạo tăng cờng và mở rộng kết cấu áo đờng cũ 52 Điều tra thu thập số liệu phục vụ thiết kế tăng cờng, cải tạo áo đờng cũ 54 Tính toán cờng độ (bề dày) kết cấu tăng cờng cải tạo 56 PHụ LụC A : Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác số trục xe tính toán, tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy và cách tính tải trọng trục tơng đơng nặng xe nhiều trục 57 A.1 Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác số trục xe tính toán 57 A.2 TÝnh sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch lòy thêi h¹n thiÕt kÕ 58 A.3 Cách xác định tải trọng trục tính toán xe nặng (hoặc rơ mooc) có nhiều trôc theo môc 3.2.2: .58 PHụ LụC B : Xác định các đặc trng tính toán đất phạm vi khu vùc T¸c dông 60 (2) B.1 Xác định độ ẩm tơng đối tính toán phạm vi khu vực tác dụng đất 60 B.2 Các trị số tham khảo các đặc trng dùng tính toán đất nÒn 61 B.3 Xác định số sức chịu tải CBR và sức chịu tải trung bình CBR tb đặc trng cho phạm vi khu vực tác dụng đất .62 B.4 Các tơng quan thực nghiệm mô đun đàn hồi Eo với số sức chịu tải CBR 62 B.5 Các phơng pháp xác định trị số mô đun đàn hồi E O đất cách thö nghiÖm phßng (theo môc 3.4.6) 62 B.6 Xác định các đặc trng sức chống cắt đất (theo mục 3.5.5) .64 PHụ LụC C : Xác định các đặc trng tính toán vật liệu làm các lớp kết cấu áo đờng .65 C.1 Các đặc trng tính toán bê tông nhựa và hỗn hợp đá nhựa .65 C.2 Các đặc trng tính toán các loại vật liệu khác 65 C.3 Thí nghiệm phòng để xác định các đặc trng tính toán vật liệu có sö dông chÊt liªn kÕt 66 C.4 Thử nghiệm phòng để xác định trị số mô đun đàn hồi vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên ) 68 PHô LôC D : PH¦¥NG PH¸P THö NGHIÖM X¸C §ÞNH M¤ §UN §µN HåI CñA §ÊT Vµ VËT LIÖU ¸O §êng t¹i hiÖn trêng hoÆc t¹i m¸ng thÝ nghiÖm 69 D.1 D.2 Xác định thí nghiệm đo ép trên ép lớn 69 Xác định phơng pháp dùng cần đo võng Benkelman 70 PHô LôC E : C¸c vÝ dô tÝnh to¸n 71 E.1 Ví dụ I: Thiết kế kết cấu áo đờng có tầng mặt cấp cao A1 71 E.2 Ví dụ II: Thiết kế kết cấu áo đờng mềm cho đờng cấp IV có hai làn xe, mặt đờng cấp cao A2 76 PHụ LụC F : Biểu thức giải tích gần đúng tính mô đun đàn hồi E ch và ứng suất kéo uốn đơn vị σ ❑ hệ hai lớp 80 ku F.1 Biểu thức giải tích gần đúng tính mô đun đàn hồi Ech .80 F.2 Biểu thức giải tích gần đúng để tính ứng suất kéo uốn đơn vị σ ku 80 (3) céng hßa x· héi chñ nghÜa viÖt nam §éc lËp - Tù - H¹nh phóc 22 TCN 211 - 06 áo đờng mềm - Các yêu cầu vµ chØ dÉn thiÕt kÕ Bé giao th«ng vËn t¶i Cã hiÖu lùc tõ ngµy ./ /2007 (Ban hành kèm theo định số /2006/Q§-BGTVT ngµy 28/12 / 2006 cña Bé trëng Bé Giao th«ng vËn t¶i) CHơng Quy định chung 1.1 Ph¹m vi ¸p dông 1.1.1 Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu thiết kế cấu tạo và tính toán cờng độ áo đờng mềm trên đờng ô tô cao tốc, đờng ô tô cấp hạng thiết kế khác nhau, trên các đờng đô thị, đờng ô tô chuyên dụng trờng hợp áo đờng làm và trờng hợp nâng cấp, cải tạo áo đờng cũ với định nghĩa áo đờng mềm nh mục 1.2.1 (áp dụng cho loại kết cấu áo đờng làm loại vật liệu khác nhau, không áp dụng cho trờng hợp kết cấu áo đờng cứng có tầng mặt làm bê tông xi măng) Ngoài áo đờng trên phần xe chạy, tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu thiết kế kết cấu áo đờng trên phần lề có gia cố và kết cấu áo đờng trên các đờng bên bố trí dọc các đờng cao tốc dọc các đờng ô tô cấp I, cấp II 1.1.2 Tiêu chuẩn này đợc dùng làm sở tính toán đánh giá khả làm việc kết cấu áo đờng mềm trên các tuyến đờng hữu nhằm phục vụ cho việc tổ chức khai thác, sửa chữa, bảo trì đờng 1.1.3 Cùng với tiêu chuẩn này, thiết kế áo đờng mềm có thể áp dụng các tiêu chuẩn quy trình khác đợc chấp thuận chủ đầu t các quan có thẩm quyền định 1.1.4 Khi áp dụng quy trình này đồng thời phải tuân thủ các yêu cầu thiết kế đã nêu §iÒu cña TCVN 4054 : 2005 vµ yªu cÇu vÒ vËt liÖu c¸c tiªu chuÈn ngµnh vÒ công nghệ thi công và nghiệm thu loại lớp kết cấu áo đờng vật liệu khác 1.2 C¸c thuËt ng÷ 1.2.1 Kết cấu áo đờng mềm (4) Kết cấu áo đờng mềm (hay gọi là áo đờng mềm) gồm có tầng mặt làm các vật liệu hạt các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tới nhựa đờng và tầng móng làm các loại vật liệu khác đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng đờng trên lớp đáy mãng Tầng mặt áo đờng mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo phẳng líp b¶o vÖ, líp hao mßn ë trªn cïng (®©y lµ c¸c líp kh«ng tÝnh vµo bÒ dµy chÞu lùc cña kÕt cÊu mµ lµ c¸c líp cã chøc n¨ng h¹n chÕ c¸c t¸c dông ph¸ ho¹i bÒ mÆt vµ trùc tiÕp t¹o chất lợng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đờng) đến lớp mặt trên và lớp mặt dới là các lớp chịu lực quan trọng tham gia vào việc hình thành cờng độ kết cấu áo đờng mềm TÇng mãng còng thêng gåm líp mãng trªn vµ líp mãng díi (c¸c líp nµy còng cã thÓ kiªm chøc n¨ng líp tho¸t níc) Tùy loại tầng mặt, tuỳ cấp hạng đờng và lợng xe thiết kế, kết cấu áo đờng có thể đủ các tầng lớp nêu trên nhng có thể gồm một, hai lớp đảm nhiệm nhiều chức Do kết cấu áo đờng mềm là đối tợng tiêu chuẩn này nên số điều mục viết kết cấu áo đờng (hoặc áo đờng) thì đợc hiểu là đó là kết cấu áo đờng mềm (hoặc áo đờng mềm) 1.2.2 Khu vực tác dụng đờng Khu vực này là phần thân đờng phạm vi 80-100cm kể từ đáy kết cấu áo đờng trở xuống Đó là phạm vi đờng cùng với kết cấu áo đờng chịu tác dụng tải trọng bánh xe truyền xuống Đờng có nhiều xe nặng chạy nh đờng cao tốc, cấp I, cấp II và đờng chuyên dụng thì dùng trị số lớn Trong TCVN 4054 : 2005 mục 7.1.2.1 khu vực này đợc xác định chung là 80cm kể từ đáy áo đờng trở xuống Thuật ngữ này tơng đơng với từ subgrade tiếng Anh chuyên ngành 1.2.3 Kết cấu áo đờng (Hình 1-1) Kết cấu áo đờng hay kết cấu tổng thể mặt đờng gồm kết cấu áo đờng trên và phần khu vực tác dụng đờng dới Thiết kế tổng thể mặt đờng có nghĩa là ngoài việc chú trọng các giải pháp thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng còn phải chú trọng đến các giải pháp nhằm tăng cờng cờng độ và độ ổn định cờng độ khu vực tác dụng đờng Trong mét sè trêng hîp (xem môc 8.3.7 ë TCVN 4054 : 2005) cßn cÇn bè trÝ lớp đáy móng (hay lớp đáy áo đờng) thay cho 30cm phần đất trên cùng khu vực tác dụng đờng (có nghĩa là lớp đáy móng trở thành phần khu vùc t¸c dông) 1.2.4 Lớp đáy móng Lớp đáy móng có các chức sau: - Tạo lòng đờng chịu lực đồng (đồng theo bề rộng), có sức chịu tải tốt; - Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống đất và từ dới lên tầng móng áo đờng; - Tạo “hiệu ứng đe” để bảo đảm chất lợng đầm nén các lớp móng phía trên; - Tạo điều kiện cho xe máy lại quá trình thi công áo đờng không gây h hại đất phía dới (nhất là thời tiết xấu) Thuật ngữ lớp đáy móng tơng đơng với các từ capping layer improved subgrade tiÕng Anh 1.2.5 Mãng mÒm Là các lớp móng làm các loại vật liệu hạt nh cấp phối đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải công nghiệp; đá dăm; đất các lớp móng làm các loại vật liệu hạt có gia cố các loại nhựa đờng 1.2.6 Mãng nöa cøng (5) (KÕt cÊu tæng thÓ nÒn mÆt ® êng) (Subgrade) Lớp đáy móng (Capping layer) KÕt cÊu nÒn ¸o ® êng Líp mãng d íi (Sub-base) (Pavement structure) Líp mÆt (Surfacing) ¸o ® êng (hay kÕt cÊu ¸o ® êng) TÇng mÆt Líp mãng trªn (Base) Khu vùc t¸c dông 80-100 cm Líp t¹o nh¸m (nÕu cã) TÇng mãng Lµ c¸c líp mãng lµm b»ng vËt liÖu h¹t cã gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬ (xi m¨ng, v«i, v«i vµ tro bay…) Hình 1-1: Sơ đồ các tầng, lớp kết cấu áo đờng mềm và kết cấu - áo đờng 1.2.7 VËt liÖu h¹t Vật liệu hạt là tập hợp các hạt rời có kích cỡ từ đến D (D là kích cỡ hạt lớn nhất) đó cờng độ liên kết các hạt luôn nhỏ nhiều so với cờng độ thân hạt và đó cờng độ chung lớp vật liệu hạt đợc đặc trng sức chống cắt trợt cña líp Líp kÕt cÊu b»ng vËt liÖu h¹t kh«ng cã tÝnh liÒn khèi 1.2.8 TÇng mÆt cÊp cao A1 Lµ lo¹i tÇng mÆt cã líp mÆt trªn b»ng bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I trén nãng (theo “Quy tr×nh công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa”, 22 TCN 249) 1.2.9 TÇng mÆt cÊp cao thø yÕu A2 Lµ lo¹i tÇng mÆt cã líp mÆt b»ng bª t«ng nhùa chÆt lo¹i II trén nãng (theo “Quy tr×nh công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa”, 22 TCN 249) bê tông nhựa nguội trên có láng nhựa, đá dăm đen trên có láng nhựa lớp thấm nhập nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đờng đá dăm thấm nhập nhùa", 22 TCN 270) hay líp l¸ng nhùa (theo "Tiªu chuÈn kü thuËt thi c«ng vµ nghiÖm thu mặt đờng láng nhựa", 22 TCN 271) 1.2.10 TÇng mÆt cÊp thÊp B1 Là loại tầng mặt có lớp mặt cấp phối đá dăm, đá dăm nớc, cấp phối tự nhiên với điều kiện là phía trên chúng phải có lớp bảo vệ rời rạc đợc thờng xuyên tu bảo dỡng (thờng xuyên rải cát bù và quét phủ kín bề mặt lớp) 1.2.11 TÇng mÆt cÊp thÊp B2 Là loại tầng mặt có lớp mặt đất cải thiện hay đất, đá chỗ gia cố phế th¶i c«ng nghiÖp gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬ víi ®iÒu kiÖn lµ phÝa trªn chóng ph¶i cã líp hao mòn và lớp bảo vệ đợc tu bảo dỡng thờng xuyên 1.2.12 Sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch luü trªn mét lµn xe suèt thêi h¹n thiÕt kÕ (6) Là tổng số trục xe quy đổi trục xe tiêu chuẩn 100 kN chạy qua mặt cắt ngang trên làn xe đoạn đờng thiết kế suốt thời hạn thiết kế kết cấu áo đờng Cách xác định thông số này đợc nêu Khoản A.2 Phụ lục A 1.2.13 Lîng giao th«ng gia t¨ng b×nh thêng Là lợng giao thông gia tăng hàng năm môi trờng kinh tế - xã hội đã có từ trớc, cha thực các dự án làm nâng cấp, cải tạo đờng và kết cấu áo đờng 1.2.14 Lîng giao th«ng hÊp dÉn Là lợng giao thông có từ trớc nhng vốn sử dụng các phơng tiện vận tải khác (đờng sắt, đờng thuỷ…) hay vốn các tuyến đờng ô tô khác nhng sau làm đờng sau nâng cấp, cải tạo kết cấu áo đờng cũ trở nên tốt chuyển sang sử dụng đờng míi 1.2.15 Lîng giao th«ng ph¸t sinh Là lợng giao thông phát sinh thêm nhờ thuận tiện tạo việc làm đờng (làm kết cấu áo đờng tốt hơn) và đờng có tác dụng thúc đẩy thêm phát triển kinh tế - x· héi vïng 1.3 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm và phần lề đờng có gia cố 1.3.1 C¸c yªu cÇu c¬ b¶n Kết cấu áo đờng mềm trên các làn xe chạy và kết cấu phần lề gia cố phải đợc thiết kế đạt c¸c yªu cÇu c¬ b¶n díi ®©y: Trong suốt thời hạn thiết kế quy định mục 1.3.2, áo đờng phải có đủ cờng độ và trì đợc cờng độ để hạn chế đợc tối đa các trờng hợp phá hoại xe cộ và các yếu tố môi trờng tự nhiên (sự thay đổi thời tiết, khí hậu; xâm nhập các nguồn ẩm…) Cụ thể là hạn chế đ ợc các tợng tích luỹ biến dạng dẫn đến tạo vệt hằn bánh xe trên mặt đờng, hạn chế phát sinh tợng nứt nẻ, hạn chế bào mòn và bong tróc bề mặt, hạn chế đợc các nguồn ẩm xâm nhập vào các lớp kết cấu và phần trên đờng phạm vi khu vực tác dụng, phải đảm bảo lợng nớc xâm nhập vào đợc thoát cách nhanh (định nghĩa khu vực tác dụng đờng xem mục 1.2.2) Bề mặt kết cấu áo đờng mềm phải đảm bảo phẳng, đủ nhám, dễ thoát nớc mặt và ít gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an toàn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác dụng xấu đến môi trờng hai bên đờng Tuỳ theo quy mô giao thông và tốc độ xe chạy cần thiết, tuỳ theo ý nghĩa và cấp hạng kỹ thuật đờng, kết cấu áo đờng thiết kế cần thoả mãn hai yêu cầu nêu trên mức độ tơng ứng khác Về cờng độ, mức độ yêu cầu khác đợc thể thiết kế thông qua mức độ dự trữ cờng độ khác Mức độ dự trữ cờng độ càng cao thì khả bảo đảm kết cấu áo đờng mềm làm việc trạng thái đàn hồi khiến cho chÊt lîng sö dông khai th¸c vËn doanh sÏ cµng cao, thêi h¹n sö dông cµng lâu bền và chi phí cho tu, sửa chữa định kỳ càng giảm Về chất lợng bề mặt, mức độ yêu cầu khác đợc thể qua việc lựa chọn vật liệu làm tầng mặt nh Bảng 2-1 Riêng độ phẳng và độ nhám mức độ yêu cầu khác đợc thể các mục1.3.3 và 1.3.4 Chất lợng bề mặt áo đờng mềm càng tốt thì chi phí vận doanh càng giảm và thời hạn định kỳ sửa chữa vừa quá trình khai thác đợc tăng lên 1.3.2 Thời hạn thiết kế áo đờng mềm Thời hạn này đợc xác định tuỳ thuộc loại tầng mặt đợc lựa chọn cho kết cấu nh Bảng 2-1 1.3.3 Yêu cầu độ phẳng áo đờng phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia cố có cho xe thô sơ phải đảm bảo bề mặt đạt đợc độ phẳng yêu cầu thời điểm bắt đầu đa đờng vào khai thác đánh giá số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo dẫn 22 TCN 277) nh Bảng 1-1 (7) Bảng 1-1: Yêu cầu độ phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu ChØ sè IRI yªu cÇu (m/Km) Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) §êng x©y dùng míi §êng c¶i t¹o, n©ng cÊp 120 vµ 100 2,0 2,5 80 2,2 2,8 60 2,5 3,0 Từ 40 đến 20 (mặt đờng nhựa) 4,0 5,0 Từ 40 đến 20 (mặt đờng cấp thấp) 6,0 8,0 Độ phẳng đợc đánh giá thớc dài 3m theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 16 -79 “Quy trình xác định độ phẳng mặt đờng” Đối với mặt đờng cấp cao A1 (bê tông nhựa) 70% số khe hở phải dới 3mm và 30% số khe hở còn lại phải dới 5mm Đối với mặt đờng cấp cao A1, tất các khe hở phải dới 5mm và các mặt đờng cấp thấp ( B1, B2) tất các khe hở phải dới 10mm áo phần lề gia cố cho xe máy / và cho xe thô sơ phải đạt độ phẳng yêu cầu nh áo đờng phần xe chạy cho ôtô liền kề 1.3.4 Yêu cầu độ nhám Độ nhám bề mặt kết cấu áo đờng là bê tông nhựa phải đạt đợc yêu cầu tối thiểu quy định thông qua tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu và mức độ nguy hiểm đoạn đờng thiết kế nh Bảng 1-2 dới đây theo quy trình 22 TCN - 278: Bảng 1-2: Yêu cầu độ nhám mặt đờng Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) ChiÒu s©u r¾c c¸t trung b×nh Htb (mm) Hoặc mức độ nguy hiểm V< 60 60 V < 80 80 V 120 Đờng qua địa hình khó khăn nguy hiểm (đờng vòng quanh co, đờng cong bán kính dới 150m mà không hạn chế tốc độ, đoạn cã dèc däc >5%, chiÒu dµi dèc >100m Htb 0,25 Htb 0,35 Htb 0,45 Htb 0,80 Ghi chó B¶ng 1-2: Đối với đờng cao tốc các loại, các cấp theo TCVN 5729 : 1997 và đờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 : 2005 (là các đờng chiều xe chạy có làn xe và có giải phân cách giữa) thì trừ các đoạn có cắm biển hạn chế tốc độ nên thiết kế lớp mặt tạo nhám đạt chiều sâu rắc cát trung bình Htb0,55mm Nếu không có biển báo hạn chế tốc độ thì tốc độ xe chạy yêu cầu có thể lấy 1,25 lần tốc độ thiết kế tơng ứng với cấp hạng đờng thiết kế (với định nghĩa tốc độ thiết kế nh mục 3.5.1 TCVN 4054 : 2005) 1.3.5 Về độ lún cho phép kết cấu áo đờng Trong trờng hợp kết cấu áo đờng trên đoạn đờng qua vùng đất yếu có khả phát sinh độ lún lớn và kéo dài thì phải bảo đảm các yêu cầu thiết kế sau đây độ lún cho phép : Sau thi công xong kết cấu áo đờng, độ lún cố kết cho phép còn lại thời hạn thiết kế 15 năm tính từ đa kết cấu áo đờng vào khai thác sử dụng tim đờng đợc quy định Bảng 1-3 (8) Bảng 1-3: Độ lún cố kết cho phép còn lại thời hạn 15 năm tim đờng sau thi công xong kết cấu áo đờng: Vị trí đoạn đắp trên đất yếu Cấp hạng đờng và loại tầng mặt GÇn mè Chç cã cèng Các đoạn đắp kết cấu áo đờng cÇu hoÆc cèng chui th«ng thêng Đờng cao tốc các loại, đờng cấp I, đờng cấp II đờng cấp III vùng đồng và đồi (tức là 20cm 30cm các cấp đờng có tốc độ thiết kế từ 10cm 80Km/h trë lªn) cã tÇng mÆt lµ lo¹i cÊp cao A1 §êng cÊp III hoÆc cÊp IV cã tốc độ thiết kế từ 60Km/h trở lên 20cm 30cm 40cm vµ cã tÇng mÆt lµ lo¹i cÊp cao A1 Ghi chó B¶ng 1-3: - Độ lún cố kết kết cấu áo đờng đây chính độ lún cố kết đờng đắp trên đất yếu; - Độ lún cố kết còn lại là phần lún cố kết cha hết sau làm xong kết cấu áo đờng; độ lún còn lại này độ lún cố kết tổng cộng dự báo đợc thời hạn thiết kế nêu trên trừ độ lún cố kết đã xảy qua trình kề từ bắt đầu thi công đắp làm xong kết cấu áo đờng trên; - Chiều dài đoạn đờng gần mố cầu đợc xác định lần chiều dài móng mố cầu liền kề Chiều dài đoạn có cống thoát nớc cống chui qua đờng dới đợc xác định - lần bề rộng móng cống bề rộng cống chui qua đờng Đối với các đoạn đờng có loại tầng mặt là cấp cao A1 nêu Bảng 1-3, độ lún còn lại thời hạn 15 năm kể từ làm xong áo đờng vợt quá trị số quy định Bảng 1-3 thì cần phải có các biện pháp xử lý đất yếu để giảm độ lún còn lại đạt yêu cầu Bảng 3-1 Đối với các đờng có tốc độ thiết kế từ 40Km/h trở xuống nh các đờng thiết kế kết cấu áo đờng mềm cấp cao A1 cấp thấp thì không cần đề cập đến yêu cầu độ lún cố kết còn lại thiết kế (Điều này cho phép vận dụng để thiết kế kết cấu áo đờng theo nguyên tắc phân kỳ các đờng cấp III trở xuống nh đề cập mục 2.1.5 nhằm giảm chi phí xử lý đất yếu) 1.4 Nội dung công tác thiết kế áo đờng mềm Công tác thiết kế áo đờng mềm gồm các nội dung chủ yếu sau: Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng: Nội dung chính đây là chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức và yêu cầu các tầng, lớp áo đờng nh nêu Chơng 2, chọn các giải pháp tăng cờng cờng độ và ổn định cờng độ cña khu vùc t¸c dông (bao gåm c¶ c¸c gi¶i ph¸p tho¸t níc nÕu cÇn, cho c¸c líp kÕt cấu áo đờng) ViÖc thiÕt kÕ cÊu t¹o nµy cã ý nghÜa hÕt søc quan träng v× thùc tÕ cã nhiÒu yªu cÇu nêu Khoản 1.3 không thể giải biện pháp tính toán, đặc biệt là để h¹n chÕ t¸c dông ph¸ ho¹i bÒ mÆt xe cé vµ c¸c t¸c nh©n m«i trêng th× chØ cã thÓ gi¶i quyÕt b»ng biÖn ph¸p cÊu t¹o thÝch hîp Tính toán kiểm tra cờng độ chung và cờng độ lớp kết cấu áo đờng xác định bề dày lớp kết cấu áo đờng theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép (đợc quy định và dẫn Chơng tiêu chuẩn này) (9) TÝnh to¸n, thiÕt kÕ tû lÖ phèi hîp c¸c thµnh phÇn h¹t vµ tû lÖ phèi hîp gi÷a vËt liÖu h¹t kho¸ng víi chÊt liªn kÕt cho mçi lo¹i vËt liÖu sö dông råi kiÓm nghiÖm c¸c đặc trng học các vật liệu đó để đa yêu cầu cụ thể vật liệu sử dụng cho lớp kết cấu Chú ý không phải đa đợc tỷ lệ phối hợp các thành phần vật liệu nhằm đạt mục tiêu thiết kế mà còn phải đa đợc tỷ lệ phối hợp các thành phần vật liệu chế thử và sản xuất đại trà tiến hành thiÕt kÕ kü thuËt vµ thiÕt kÕ b¶n vÏ thi c«ng Tại các đoạn đờng có bố trí siêu cao 6%, trạm thu phí, điểm dừng đỗ xe thì cần thiết kế tăng cờng cờng độ kết cấu áo đờng 1.5 Nội dung và yêu cầu công tác điều tra thu thập số liệu thiết kế 1.5.1 Néi dung ®iÒu tra Để thiết kế áo đờng mềm đạt đợc các yêu cầu nêu Khoản 1.3, t vấn thiết kế trớc hết phải tổ chức điều tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập và xác định đủ các số liệu quy mô giao thông, loại đất và các đặc trng lý đất, các yếu tố tác động môi trờng có ảnh hởng đến các đặc trng học đất và các lớp kết cấu áo đờng, khả cung cấp vật liệu và các đặc trng vật liệu có thể sử dụng làm các lớp áo đờng, điều kiện thi công, giá vật liệu xây dựng áo đờng và điều kiện tu, sửa chữa, khai thác đờng trªn tuyÕn thiÕt kÕ Đối với dự án cải tạo, tăng cờng áo đờng cũ thì ngoài các nội dung nêu trên còn phải tổ chức đo đạc xác định bề dày và vật liệu các lớp kết cấu cũ, quan trắc đánh giá cờng độ kết cấu áo đờng cũ và đánh giá các tiêu khai thác khác áo đờng cũ (xem Kho¶n 4.3) 1.5.2 §iÒu tra dù b¸o lu lîng giao th«ng Để phục vụ cho việc thiết kế kết cấu áo đờng mềm, số liệu điều tra, dự báo lợng giao thông phải đạt đợc các yêu cầu sau: Trên tuyến đờng, phải điều tra dự báo đợc lợng giao thông cho đoạn đờng; các đoạn đờng này có thể đợc phân chia theo các điểm có lu lợng giao thông t¨ng gi¶m hoÆc vµo tuyÕn nhiÒu Ýt kh¸c (gi÷a c¸c nót giao lín, gi÷a c¸c trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá, bến tàu xe, đờng thuỷ, cảng hàng không…) CÇn tr¸nh t×nh tr¹ng trªn mét tuyÕn dµi hµng tr¨m c©y sè vÉn chØ tÝnh to¸n kÕt cÊu víi cïng mét quy m« giao th«ng Phải dự báo đợc cách xác đáng số lợng trục xe quy đổi trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm (trong năm và các tháng mùa ma là mùa bất lîi nhÊt) trªn mçi chiÒu xe ch¹y ë n¨m cuèi cña thêi h¹n thiÕt kÕ (víi thêi h¹n thiÕt kế quy định mục 1.3.2 và với cách quy đổi trục xe tiêu chuẩn quy định mục 3.2.3) Để đảm bảo đạt đợc yêu cầu này cần chú trọng điều tra dự báo đúng số liệu sau: - Thành phần dòng xe: Không cần quan tâm đến xe máy, thô sơ, xe ô tô du lịch các loại và các xe tải trục nhẹ có trọng lợng trục dới 25 kN nhng lại phải đặc biệt chú trọng điều tra dự báo đợc số trục xe (cả trục trớc và trục sau) có trọng lợng trôc tõ 25 kN trë lªn vµ c¸c lo¹i xe cã nhiÒu trôc sau (2 trôc hoÆc trôc sau); - Đối với các xe tải nặng và xe đặc chủng cần điều tra xác định đợc số trục trớc, số trục sau, trọng lợng các trục đó có chở hàng, khoảng cách các trục cña chóng th«ng qua c©n, ®o trùc tiÕp; - Phải dự báo đúng năm cuối thời hạn thiết kế thông qua dự báo đúng năm đầu tiên đa kết cấu áo đờng vào khai thác sử dụng, tức là phải dự tính đúng thời gian khảo sát thiết kế dự án hoàn thành các thủ tục để khởi công công trình và sau đó là dự báo đúng thời gian thi công xây dựng đờng Phải tuyệt đối tránh tình trạng lấy năm đợc giao nhiệm vụ thiết kế làm năm đầu tiên để từ đó dự b¸o lîng giao th«ng n»m ë n¨m cuèi cña thêi h¹n thiÕt kÕ; (10) - Phải phân tích dự báo đúng đợc tỷ lệ tăng trởng lợng giao thông trung bình n¨m q Trên sở số liệu dự báo nêu điểm 2, phải xác định số lợng trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên làn xe suốt thời hạn thiết kế để làm lựa chọn lo¹i tÇng mÆt vµ bÒ dµy tèi thiÓu líp mÆt b»ng bª t«ng nhùa thiÕt kÕ cÊu t¹o kÕt cấu áo đờng mềm Sè liÖu dù b¸o cÇn ph¶i bao gåm c¶ lîng giao th«ng gia t¨ng b×nh thêng, lîng giao th«ng hÊp dÉn vµ lîng giao th«ng ph¸t sinh (xem c¸c môc 1.2.13, 1.2.14, 1.2.15) 1.5.3 Yêu cầu việc điều tra khả tác động các nguồn gây ẩm Phải điều tra xác định đợc các mức nớc ngầm cao dới đào và đắp, mức nớc ngập cao hai bên taluy đắp nh thời gian ngập mùa bất lợi (mùa ma) để phục vụ cho việc dự báo độ ẩm tính toán (độ ẩm bất lợi nhất) phạm vi khu vực tác dụng đờng và để phục vụ cho việc chọn các giải pháp thiết kế nhằm hạn chÕ sù x©m nhËp cña c¸c nguån Èm vµo khu vùc nµy hoÆc phôc vô cho viÖc chän c¸c gi¶i pháp bố trí hệ thống thoát nớc nhanh cho các lớp móng áo đờng vật liệu hạt (xem thªm ë Kho¶n 2.5 vµ Phô lôc B) 1.5.4 Yêu cầu việc điều tra loại đất và các đặc trng lý đất Phạm vi và đối tợng điều tra: Đối với đoạn đắp, đối tợng điều tra là các loại đất dùng để đắp phạm vi khu vùc t¸c dông Đối với đoạn đào, đối tợng điều tra là các lớp đất tự nhiên phạm vi khu vực tác dụng (sau dự kiến đờng đỏ thiết kế cần điều tra lớp 20cm phạm vi 100cm kể từ cao độ đáy áo đờng trở xuống để phát không đồng các lớp đất đào) Những đặc trng phải điều tra, thử nghiệm xác định: - Loại đất; - Dung trọng khô lớn kmax và độ ẩm tốt Wop xác định thông qua thí nghiÖm ®Çm nÐn tiªu chuÈn; - Chỉ số dẻo, giới hạn nhão, độ trơng nở đất; - Độ ẩm tơng đối Wtn/ Wnh và độ chặt tn /kmax đất đào trạng thái tự nhiên thời gian mùa ma (trong đó Wtn, Wnh, tn là độ ẩm tự nhiên, độ ẩm giới hạn nhão và dung trọng khô đất đào trạng thái tự nhiên; kmax là dung trọng khô đất đó sau đầm nén tiêu chuẩn); - Các đặc trng cho cờng độ chịu cắt trợt (lực dính C và góc nội ma sát ) tơng ứng trạng thái chặt, ẩm dự kiến thiết kế đất đắp và tơng ứng trạng thái tự nhiên mùa bất lợi đất đào; - ChØ sè søc chÞu t¶i CBR ®iÒu kiÖn cã ng©m mÉu b·o hoµ níc ngµy đêm và trị số mô đun đàn hồi E0 thí nghiệm (trong phòng trờng) tơng ứng trạng thái chặt, ẩm tự nhiên bất lợi đào và tơng ứng với độ ẩm tính toán đất đắp Các đặc trng nêu trên phải đợc xác định theo các tiêu chuẩn Nhà nớc tiêu chuẩn ngµnh hiÖn hµnh 1.5.5 Yêu cầu việc điều tra và thử nghiệm vật liệu làm các lớp áo đờng: Phải điều tra xác định nguồn cung cấp, chất lợng, trữ lợng các loại vật liệu hạt vµ c¸c lo¹i vËt liÖu dïng lµm chÊt liªn kÕt; Đối với các loại vật liệu hạt (đất, cát, sỏi cuội, đá nghiền, cấp phối các loại, tro bay xỉ phế thải công nghiệp…) dùng riêng rẽ dùng để gia cố với các chất liên kết phải thử nghiệm đánh giá chất lợng sử dụng chúng theo các (11) chØ tiªu yªu cÇu phï hîp víi tiªu chuÈn thi c«ng vµ nghiÖm thu c¸c líp kÕt cÊu ¸o đờng mềm hành tơng ứng với loại vật liệu đó Trờng hợp cha có tiêu chuẩn quy định thì t vấn thiết kế có thể tự nghiên cứu tham khảo các tài liệu và ngoài nớc để đề xuất các tiêu yêu cầu nhng các tiêu này phải đợc xét duyÖt vµ chÊp thuËn cña c¸c c¬ quan qu¶n lý kü thuËt cã thÈm quyÒn Đối với các loại chất liên kết hữu (các loại nhựa đờng…) và chất liên kết vô c¬ (xi m¨ng, v«i…) lµ nh÷ng th¬ng phÈm cã xuÊt xø râ rµng, cã chøng chØ kÌm c¸c chØ tiªu chÊt lîng s¶n phÈm quen dïng phï hîp víi yªu cÇu c¸c tiªu chuẩn thì thiết kế kết cấu áo đờng cha cần thử nghiệm đánh giá; còn là các loại vật liệu địa phơng, vật liệu tận dụng cá biệt thì phải thử nghiệm đánh giá theo đề cơng đợc chủ đầu t cấp có thẩm quyền phê duyệt trớc định sử dụng chúng dự án thiết kế kết cấu áo đờng Sau ngời thiết kế định thành phần vật liệu lớp kết cấu (quyết định tỷ lệ các cỡ vật liệu hạt / và tỷ lệ chất liên kết so với vật liệu hạt) thì trách nhiệm ngời thiết kế phải tiến hành các thử nghiệm xác định trị số mô đun đàn hồi chúng theo dẫn phụ lục C để đảm bảo thành phần vật liệu thiết kế dùng cho lớp kết cấu là tơng thích với trị số các thông số thiết kế đợc đa vào tính toán cờng độ kết cấu áo đờng CHơng Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng 2.1 Nguyªn t¾c thiÕt kÕ 2.1.1 Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể áo đờng, tức là trờng hợp phải chú trọng các biện pháp nâng cao cờng độ và ổn định cờng độ khu vực tác dụng để tạo điều kiện cho đất tham gia chịu lực cùng với áo đờng đến mức tối đa, từ đó giảm đợc bề dày áo đờng và hạ giá thành xây dựng Đồng thời, còn phải sử dụng các biÖn ph¸p tæng hîp kh¸c (biÖn ph¸p sö dông vËt liÖu vµ tæ hîp c¸c thµnh phÇn vËt liệu, biện pháp thoát nớc cho các lớp có khả bị nớc xâm nhập…) để hạn chế các tác dụng ẩm và nhiệt đến cờng độ và độ bền tầng, lớp kết cấu áo đờng và đặc biệt là biện pháp hạn chế các tợng phá hoại bề mặt lớp mặt trên cùng xe ch¹y g©y 2.1.2 Phải chọn và bố trí đúng các tầng, lớp vật liệu kết cấu áo đờng cho phù hợp với chức tầng, lớp và bảo đảm kết cấu đáp ứng đợc yêu cầu theo mục 1.3.1 đồng thời phù hợp với khả cung ứng vật liệu, khả thi c«ng vµ kh¶ n¨ng khai th¸c tu, söa ch÷a, b¶o tr× sau nµy Ph¶i sö dông tèi ®a c¸c vËt liÖu vµ phÕ th¶i c«ng nghiÖp t¹i chç (sö dông trùc tiÕp hoÆc cã gia cè chóng b»ng chÊt kÕt dÝnh v« c¬ hoÆc h÷u c¬) Ngoµi ra, ph¶i chó träng vËn dông các kinh nghiệm xây dựng và khai thác áo đờng điều kiện cụ thể địa phơng đờng qua 2.1.3 Cần đề xuất từ đến phơng án cấu tạo kết cấu áo đờng Khi đề xuất các phơng án thiết kế cần phải chú trọng đến yêu cầu bảo vệ môi trờng, yêu cầu bảo đảm an toàn giao thông và yêu cầu bảo vệ sức khoẻ, bảo đảm an toàn cho ngời thi công 2.1.4 Cần xét đến phơng án phân kỳ đầu t thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng Trên sở phơng án cho quy hoạch tơng lai cần dự tính biện pháp tăng cờng bề dày để tăng khả phục vụ áo đờng phù hợp với yêu cầu xe chạy tăng dần theo thời gian Riêng áo đờng cao tốc và đờng cấp I cấp II thì không nên xét đến phơng án phân kỳ xây dựng áo đờng 2.1.5 Đối với các đoạn đờng có tầng mặt là loại cấp cao A1 nhng qua vùng đất yếu có khả phát sinh độ lún lớn và kéo dài thì có thể thiết kế kết cấu áo đờng theo nguyên tắc phân kỳ xây dựng trên sở đảm bảo cho tầng mặt cấp cao A1 trên không bị h hại lún Lúc thiết kế phải dựa vào lợng giao thông cuối thời hạn thiết kế để (12) thiÕt kÕ kÕt cÊu vµ bÒ dµy nhng thi c«ng cã thÓ gi¶m bít bÒ dµy tÇng mÆt t¬ng øng víi thời gian phân kỳ, đợi sau đờng vào ổn định rải tiếp lớp mặt bê tông nhựa cÊp cao A1 hoÆc c¸c líp t¹o ph¼ng, t¹o nh¸m trªn cïng 2.2 CÊu t¹o tÇng mÆt vµ c¸c yªu cÇu thiÕt kÕ 2.2.1 Chøc n¨ng vµ ph©n lo¹i tÇng mÆt: Tầng mặt kết cấu áo đờng là phận phải chịu đựng trực tiếp tác dụng phá hoại xe cộ (đặc biệt là dới tác dụng phá hoại bề mặt) và các yếu tố bất lợi thêi tiÕt, khÝ hËu Yªu cÇu thiÕt kÕ cÊu t¹o tÇng mÆt lµ vËt liÖu vµ bÒ dµy c¸c líp tầng mặt phải bảo đảm chịu đựng đợc các tác dụng phá hoại trực tiếp nêu trên đồng thời phải bảo đảm đợc các yêu cầu sử dụng khai thác đờng độ phẳng và độ nhám Vật liệu làm các lớp tầng mặt phải có tính ổn định nhiệt, ổn định nớc và kh«ng thÊm níc (hoÆc h¹n chÕ thÊm níc) Tuỳ theo mức độ đảm bảo đợc các yêu cầu nêu trên là cao hay thấp, tầng mặt kết cấu áo đờng mềm đợc phân thành loại cấp cao A1, cấp cao A2, cấp thấp B1 và cấp thấp B2 với định nghĩa loại đã nêu các mục 1.2.8, 1.2.9, 1.2.10 và 1.2.11 2.2.2 Chän lo¹i tÇng mÆt: Khi thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng mềm, trớc hết phải vào cấp hạng đờng, thời h¹n thiÕt kÕ vµ tham kh¶o sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch luü trªn mét lµn xe suèt thêi hạn thiết kế để chọn loại tầng mặt thiết kế Nếu chủ đầu t không có các yêu cầu đặc biệt gì khác thì có thể tham khảo Bảng 2-1 để chọn loại tầng mặt thiết kế Trong Bảng 2-1 cùng cấp thiết kế đờng có thể cân nhắc chọn loại tầng mặt khác nhau; trên sở đó có thể hình thành các phơng án thiết kế kết cấu áo đờng khác (kể phơng án phân kỳ đầu t) và để đến định cuối cùng thì phải tiến hành phân tích so sánh tổng chi phí xây dựng, khai thác và vận doanh các phơng án Tơng tự, lợng giao thông còn cha lớn nhng đờng có chức và ý nghĩa kinh tế, xã hội quan trọng th× vÉn cã thÓ chän lo¹i tÇng mÆt cÊp cao h¬n c¨n cø vµo kÕt qu¶ ph©n tÝch so s¸nh kinh tÕ và kết đánh giá tác động môi trờng B¶ng 2-1: Chän lo¹i tÇng mÆt CÊp thiÕt kế đờng (theo TCVN 4054) Lo¹i tÇng mÆt VËt liÖu vµ cÊu t¹o tÇng mÆt CÊp I, II, III CÊp vµ cÊp IV A1 Bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I h¹t h¹t trung lµm líp mÆt trªn; cao nhá, h¹t trung, h¹t th« (chÆt hoÆc hë lo¹i I hoÆc lo¹i II) lµm líp mÆt díi CÊp III, IV CÊp vµ cÊp V A2 Sè trôc xe tiªu Thêi chuÈn tÝch lòy h¹n h¹n thiÕt kÕ thiÕt kÕthêi (trôc xe (n¨m) tiªu chuÈn/lµn) 10 > 4.106 - Bê tông nhựa chặt loại II, đá d¨m ®en vµ hçn hîp nhùa nguéi trªn cã l¸ng nhùa cao - ThÊm nhËp nhùa - Láng nhựa (cấp phối đá dăm, đá dăm tiêu chuẩn, đất đá gia cè trªn cã l¸ng nhùa) 8-10 > 2.106 5-8 > 1.106 > 0.1.106 Cấp IV, V Cấp thấp Cấp phối đá dăm, đá dăm nớc, vµ VI B1 hoÆc cÊp phèi thiªn nhiªn trªn cã líp b¶o vÖ rêi r¹c (c¸t) hoÆc cã líp hao mßn cÊp phèi h¹t 3-4 4-7 0,1.106 (13) CÊp thiÕt kế đờng (theo TCVN 4054) Lo¹i tÇng mÆt VËt liÖu vµ cÊu t¹o tÇng mÆt Sè trôc xe tiªu Thêi chuÈn tÝch lòy h¹n thêi h¹n thiÕt kÕ thiÕt kÕ (trôc xe (n¨m) tiªu chuÈn/lµn) nhá - §Êt c¶i thiÖn h¹t Cấp V và Cấp thấp - Đất, đá chỗ, phế liệu 2-3 < 0,1.106 cÊp VI B2 c«ng nghiÖp gia cè (trªn cã líp hao mßn, b¶o vÖ) Ghi chó B¶ng 2-1: - Vtk là tốc độ thiết kế tơng ứng với cấp thiết kế đờng TCVN 4054 : 2005; - Về định nghĩa các loại tầng mặt xem thêm các mục 1.2.8, 1.2.9, 1.2.10 và 1.2.11; - Trị số số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ để tham khảo (tức là không có ý nghĩa định đến việc chọn loại tầng mặt); - VÒ líp hao mßn vµ líp b¶o vÖ rêi r¹c xem ë môc 2.2.5 2.2.3 Bè trÝ líp t¹o nh¸m trªn tÇng mÆt cÊp cao A1 Trªn tÇng mÆt cÊp cao A1 ph¶i bè trÝ líp t¹o nh¸m kiªm chøc n¨ng líp hao mòn tạo phẳng dầy 1,5 – 3,0 cm bê tông nhựa có độ nhám cao (theo 22 TCN 345 - 06) hoÆc líp t¹o nh¸m b»ng hçn hîp nhùa tho¸t níc dµy – 4cm c¸c trêng hîp sau ®©y: - §êng cao tèc (c¸c lo¹i vµ c¸c cÊp); - Đờng cấp I, cấp II và cấp III đồng (là các đờng đợc thiết kế với tốc độ thiÕt kÕ b»ng hoÆc lín h¬n 80Km/h); Ghi chó: Líp hçn hîp tho¸t níc thêng lµm b»ng hçn hîp vËt liÖu h¹t cøng trén víi nhựa bi tum polime có độ rỗng 15 -20% Hiện nớc ta cha có tiêu chuẩn nên sử dụng cần thử nghiệm trớc Lớp này đợc tính vào bề dày chịu lực kết cấu Trên tầng mặt cấp cao A1 các đoạn đờng đặc biệt nguy hiểm có tốc độ thiết kÕ tõ 60 Km/h trë lªn còng nªn xem xÐt viÖc bè trÝ thªm líp t¹o nh¸m nªu trªn (nh trên các đoạn dốc dài có độ dốc lớn 5% các đoạn đắp cao qua vùc s©u…) 2.2.4 Bố trí lớp hao mòn, tạo nhám, tạo phẳng tầng mặt cấp cao A2 Để đảm nhận các chức trên thờng sử dụng lớp láng nhựa (1, lớp theo 22 TCN 271) rải trên lớp mặt bê tông nhựa hở, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội, lớp thấm nhập nhựa và trên các mặt đờng nhựa cũ Riêng với tầng mặt thấm nhập nhựa thì líp l¸ng nhùa kh«ng thi c«ng thµnh líp riªng (xem 22 TCN 270) 2.2.5 Bố trí lớp hao mòn lớp bảo vệ trên mặt đờng cấp thấp: Trªn c¸c lo¹i tÇng mÆt cÊp thÊp B1 ë B¶ng 2-1 ph¶i bè trÝ líp hao mßn b»ng cấp phối hạt nhỏ lớp bảo vệ rời rạc; các đờng quan trọng có thể bố trí lớp hao mòn và lớp bảo vệ Trên mặt đờng cấp phối thiên nhiên thờng rải lớp hao mòn; trên mặt đờng đá dăm nớc và cấp phối đá dăm thờng rải lớp bảo vệ rời rạc Các lớp này phải đợc tu cách bổ sung vật liệu thờng xuyên, san gạt phủ kín bề mặt tầng mặt để hạn chế tác dụng phá hoại xe cộ tầng mặt và để tạo phẳng cho mặt đờng; (14) Lớp hao mòn thờng dày từ – 4cm đợc làm cấp phối hạt nhỏ có thành phÇn h¹t nh lo¹i C, D, E 22 TCN 304 nhng nªn cã chØ sè dÎo tõ 15-21 Cã thể trộn cát và sỏi để tạo cấp phối hạt loại này; Lớp bảo vệ thờng dày 0,5-1,0cm cát thô, cát lẫn đá mi, đá mạt với cỡ hạt lín nhÊt lµ 4,75mm; Đối với mặt đờng cấp thấp B2 có điều kiện nên rải và trì lớp bảo vÖ rêi r¹c 2.2.6 Bè trÝ c¸c líp tÇng mÆt cÊp cao A1 Đây là các lớp chủ yếu cùng với tầng móng và khu vực tác dụng đất tạo cờng độ chung kết cấu áo đờng Trong trờng hợp tầng mặt cấp cao A1, các lớp này phải các hỗn hợp vật liệu hạt có sử dụng nhựa đờng và líp trªn cïng ph¶i b»ng bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I trén nãng C¸c líp phÝa díi cã thÓ làm bê tông nhựa loại II, bê tông nhựa rỗng, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội (trén nhùa láng hoÆc nhò t¬ng nhùa) vµ c¶ thÊm nhËp nhùa Trờng hợp đờng cao tốc, đờng cấp I, cấp II đờng cấp III có quy mô giao th«ng lín th× tÇng mÆt cÊp cao A1 cã thÓ bè trÝ thµnh líp hoÆc líp Trêng hîp bè trÝ thµnh líp th× cã thÓ bè trÝ líp bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I h¹t nhá ë trên cùng với bề dày từ 3,0 - 4,0cm đến 4,0 – 6,0cm bê tông nhựa hạt trung và 5,0 – 6,0cm bª t«ng nhùa h¹t lín HoÆc còng cã thÓ bè trÝ trªn cïng lµ líp bª tông nhựa chặt loại I hạt trung dày 4,0 – 5,0cm đến lớp bê tông nhựa hạt lớn dµy 5,0 – 6,0cm vµ 6,0 – 8,0cm ë díi Trêng hîp bè trÝ thµnh líp th× cã thÓ bè trÝ trªn cïng lµ líp bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I hạt nhỏ dày 3,0 – 4,0cm đến 4,0 -5,0cm bê tông nhựa hạt trung trên cùng là 4,0 – 5,0cm bê tông nhựa chặt loại I hạt trung đến 6,0-8,0 cm bê tông nhùa h¹t lín (Các lớp dới có thể dùng bê tông nhựa rỗng loại II, là lớp dới cïng) Trờng hợp đờng cấp III có quy mô giao thông vừa phải và đờng cấp IV đồng b»ng th× cã thÓ bè trÝ tÇng mÆt gåm líp hoÆc chØ gåm líp bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I h¹t nhá hoÆc h¹t trung Dï bè trÝ thµnh líp hoÆc líp th× tæng bÒ dµy tÇng mÆt nhùa (lµ tæng bÒ dµy c¸c líp mÆt cã sö dông nhùa) trêng hîp nµy kh«ng đợc dới 6cm và không nên quá cm Nếu bố trí thành lớp thì trờng hîp nµy líp díi kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i b»ng bª t«ng nhùa nãng mµ cã thÓ b»ng c¸c loại đã đề cập điểm nêu trên nhng lớp trên thì phải bê tông nhựa chặt loại I h¹t nhá hoÆc h¹t trung theo 22 TCN 249 NÕu dïng líp thÊm nhËp nhùa lµm líp mặt dới thì không cần tới lớp nhựa chèn đá mạt phía trên 2.2.7 Bè trÝ tÇng mÆt cÊp cao A2 Loại tầng mặt này phải có lớp hao mòn, tạo nhám, tạo phẳng nh đã đề cập mục 2.2.4 trên và phía dới gồm lớp vật liệu các loại đã liệt kê Bảng 2-1 với bề dày lớp mặt nµy ph¶i lín h¬n bÒ dµy tèi thiÓu nªu ë môc 2.4.2 vµ thêng kho¶ng díi ®©y: - Lớp mặt bê tông nhựa rỗng, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội thờng bố trÝ bÒ dµy 4,0 -8,0cm; - Líp mÆt thÊm nhËp nhùa bÒ dµy ph¶i tu©n theo 22 TCN 270; - Líp mÆt b»ng c¸c lo¹i vËt liÖu h¹t kh«ng gia cè hoÆc cã gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬ thêng cã bÒ dµy tõ 15,0-18,0cm; 2.2.8 Bè trÝ tÇng mÆt cÊp thÊp B1, B2 (15) Tầng mặt cấp thấp thờng làm lớp với bề dày lớn bề dày tối thiểu đề cập môc 2.4.2 vµ nhá h¬n 15cm (kh«ng kÓ líp hao mßn hoÆc líp b¶o vÖ rêi r¹c theo môc 2.2.5) Dù làm tầng mặt loại này vật liệu gì nên loại bỏ các hạt có kích cỡ lớn 50mm và trờng hợp cỡ hạt lớn 4,75mm nên chiếm tỷ lệ trên 65% 2.2.9 BÒ dµy tèi thiÓu cña tÇng mÆt cÊp cao A1 Khi đặt trên lớp móng trên cấp phối đá dăm thì tổng bề dày các lớp tầng mặt cấp cao A1 đề cập mục 2.2.6 cộng với bề dày lớp tạo nhám đề cập mục 2.2.3 (nếu có) phải lớn trị số quy định Bảng 2-2 B¶ng 2-2: BÒ dµy tèi thiÓu cña tÇng mÆt cÊp cao A1 tuú thuéc quy m« giao th«ng Sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch luü thêi h¹n tÝnh to¸n 15 n¨m kÓ tõ ®a mÆt ®- BÒ dµy tèi thiÓu cña tÇng mÆt cÊp cao A1 êng vµo khai th¸c trªn lµn xe (trôc (cm) xe/lµn) < 0,1.106 (5) (5) 0,1.106 (5) 0,5.10 (5) 1.106 10 (5) 2.106 12,5 (7,5) 4.10 15,0 (10) 6.106 20,0 (10) 9.106 Ghi chó B¶ng 2-2: - Kh«ng nªn bè trÝ bÒ dµy tÇng mÆt chØ b»ng mét líp bª t«ng nhùa dµy díi 7cm; - Nếu các lớp tầng mặt nhựa cấp cao A1 đợc đặt trực tiếp trên lớp móng trên b»ng vËt liÖu h¹t gia cè nhùa cã bÒ dµy Ýt nhÊt lµ 10cm th× bÒ dµy tèi thiÓu cña tầng mặt đợc giảm đến trị số quy định để ngoặc Bảng 2-2; - TÝnh trÞ sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch luü cã thÓ tham kh¶o c¸c chØ dÉn ë Kho¶n A2 cña Phô lôc A Nếu các lớp tầng mặt nhựa cấp cao A1 đợc đặt trực tiếp trên lớp móng nửa cứng thì để hạn chế tợng nứt phản ảnh, tổng bề dày tối thiểu tầng mặt có sö dông nhùa ph¶i b»ng bÒ dµy líp mãng nöa cøng vµ tèi thiÓu b»ng 14 – 18cm đờng thiết kế là đờng cao tốc theo TCVN 5729 đờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 và phải 10 – 12 cm đờng thiết kế là đờng cấp III, cấp IV theo TCVN 4054 Trêng hîp tÇng mÆt cã sö dông nhùa bi tum polime hoÆc hçn hợp đá nhựa có tỷ lệ nhựa đờng tối u lớn (6 %) thì bề dày tối thiểu có thể lấy trị sè nhá hoÆc trÞ sè trung b×nh ph¹m vi nªu trªn 2.2.10 Líp nhùa dÝnh b¸m Ph¶i thiÕt kÕ tíi líp nhùa dÝnh b¸m c¸c líp bª t«ng nhùa vµ bª t«ng nhùa víi c¸c lo¹i mÆt đờng nhựa khác trờng hợp các lớp nêu trên không thi công liền thời gian và trờng hợp rải bê tông nhựa trên các lớp mặt đờng cũ 2.2.11 Líp nhùa thÊm b¸m Phải thiết kế tới lớp nhựa thấm bám bố trí các lớp mặt nhựa trên móng đất, đá gia cố và móng cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên, đá dăm nớc 2.3 ThiÕt kÕ cÊu t¹o tÇng mãng 2.3.1 Nguyªn t¾c bè trÝ cÊu t¹o tÇng mãng: (16) Chức tầng móng là truyền áp lực bánh xe tác dụng trên mặt đờng xuống đến đất cho trị số áp lực truyền đến đất đủ nhỏ để đất chịu đựng đ ợc ứng suất và biến dạng, đồng thời tầng móng phải đủ cứng để giảm ứng suất kéo uốn đáy tầng mặt cấp cao bê tông nhựa phía trên nó Do việc bố trí cấu tạo tầng mãng nªn tu©n theo c¸c nguyªn t¾c sau: Nên gồm nhiều lớp, lớp trên các vật liệu có cờng độ và khả chống biến dạng cao các lớp dới để phù hợp với trạng thái phân bố ứng suất và hạ giá thành xây dựng Tỷ số mô đun đàn hồi lớp trên so với lớp dới liền nó nên dới lần (trừ trờng hợp lớp móng dới là loại móng nửa cứng) và tỷ số mô đuyn đàn hồi lớp móng dới với mô đuyn đàn hồi đất nên phạm vi 2,5 – 10 lần Số lớp không nên quá nhiều để tránh phức tạp cho thi công và kéo dài thêi gian khai triÓn d©y chuyÒn c«ng nghÖ thi c«ng Cì h¹t lín nhÊt cña vËt liÖu lµm c¸c líp mãng phÝa trªn nªn chän lo¹i nhá h¬n so víi cì h¹t lín nhÊt cña líp díi VËt liÖu h¹t dïng lµm líp mãng trªn cÇn cã trÞ sè CBR 80 vµ dïng lµm líp mãng díi cÇn cã CBR30 Kết cấu tầng móng (về vật liệu và bề dày) nên thay đổi trên đoạn tuỳ thuộc điều kiện đất và tình hình vật liệu chỗ sẵn có Trong trờng hợp nên tận dụng vật liệu chỗ (gồm các phế thải công nghiệp) để làm lớp mãng díi 2.3.2 Chän lo¹i tÇng mãng Cần dựa vào các nguyên tắc nêu trên để chọn và bố trí các lớp móng trên, móng dới tuỳ thuéc lo¹i tÇng mÆt nh ë chØ dÉn ë B¶ng 2-3 cïng víi c¸c chó ý díi ®©y: Đối với đờng cao tốc, đờng cấp I, II và các đờng có làn xe trở lên thì cần sử dụng các lớp móng nửa cứng để tăng mức độ đồng cờng độ trên bề rộng phần xe chạy, chẳng hạn nh bố trí lớp móng dới cát đất gia cố các chất liên kết vô và bố trí lớp móng trên cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng đoạn đờng có thể bị ảnh hởng ẩm mao dẫn từ nớc ngầm phía dới thì lớp móng dới nên sử dụng vật liệu đất gia cố chất liên kết vô hữu với bÒ dµy tèi thiÓu lµ 15cm Nếu lớp móng có thêm chức thấm thoát nớc khỏi kết cấu áo đờng thì lựa chọn vật liệu cho độ rỗng nó sau đầm nén chặt khoảng 15 – 20%, cấp phối hạt không đợc chứa cỡ hạt 0,074m và hệ số thấm phải lớn 3m/ngày đêm Trong trờng hợp đặc biệt khó khăn (thiếu các phơng tiện gia công đá thiếu phơng tiện xe máy thi công) thì có thể sử dụng lớp móng đá ba xếp có chêm chèn chặt cho các loại mặt đờng cấp thấp B1, B2 Đá ba có kích cỡ lớn là 18 – 24cm Phải thiết kế lớp láng nhựa trên móng cấp phối đá dăm đá dăm nớc để chống thấm nớc xuống và chống xe cộ thi công lại phá hoại móng trờng hợp làm móng trớc để thời gian trớc thi công tiếp các lớp trên B¶ng 2-3: Chän lo¹i tÇng mãng Líp vËt liÖu lµm Ph¹m vi sö dông thÝch hîp §iÒu kiÖn sö dông mãng VÞ trÝ mãng Lo¹i tÇng mÆt Cấp phối đá - Móng trên CÊp cao A1, NÕu dïng lµm líp mãng trªn d¨m nghiÒn lo¹i I th× cì h¹t lín nhÊt Dmax A2 (22 TCN 334 -06) - Mãng díi 25mm vµ bÒ dµy tèi thiÓu CÊp cao A1 lµ 15cm (khi sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch luü 15 n¨m nhá h¬n 0,1.106 th× tèi thiÓu (17) Líp vËt liÖu lµm Ph¹m vi sö dông thÝch hîp mãng VÞ trÝ mãng Lo¹i tÇng mÆt Cấp phối đá - Móng dới d¨m nghiÒn lo¹i II (22 TCN 334 -06) - Mãng trªn §iÒu kiÖn sö dông dµy 10cm) NÕu dïng lµm líp mãng trªn CÊp cao A1 th× Dmax=25mm; CÊp cao A2 vµ NÕu dïng lµm líp bï vªnh cÊp thÊp B1 th× Dmax=19mm Cấp cao A1, Nh quy định 22 TCN 304 03 A2 CÊp phèi thiªn - Mãng díi nhiªn (22 TCN 304 - Mãng trªn - 03) - Mãng trªn CÊp cao A2 (mÆt) vµ mãng CÊp thÊp B1, díi B2 Ph¶i cã hÖ thèng r·nh x¬ng §¸ d¨m níc (22 - Mãng díi CÊp cao A2 c¸ tho¸t níc qu¸ tr×nh TCN 06 -77) thi c«ng vµ c¶ sau ®a vµo - Mãng trªn CÊp thÊp B1, khai th¸c nÕu cã kh¶ n¨ng (mÆt ) B2 thấm nớc vào lớp đá dăm; Nªn cã líp ng¨n c¸ch (v¶i địa kỹ thuật) lớp móng đá dăm nớc với đất lµm mãng cã tÇng mÆt cÊp cao A2; Không đợc dùng loại kích cì më réng mäi trêng hîp Bª t«ng nhùa rçng theo 22 TCN 249; hçn hîp nhùa trén nguéi, líp thÊm nhËp nhùa (22 TCN 270) Cấp phối đá (sỏi cuéi) gia cè xi m¨ng theo 22 TCN 245; c¸t gia cè xi m¨ng theo 22 TCN 246 §Êt, c¸t, phÕ liÖu c«ng nghiÖp (xØ lß cao, xØ than, tro bay…) gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬, h÷u c¬ hoÆc gia cè tæng hîp - Mãng trªn - Mãng trªn (mÆt ) CÊp cao A1 CÊp cao A2 Víi c¸c lo¹i hçn hîp cuéi sái, c¸t, trén nhùa nguéi hiÖn cha cã tiªu chuÈn ngµnh Cỡ hạt lớn đợc sử dụng lµ 25mm Cờng độ yêu cầu cát gia cè ph¶i t¬ng øng víi yªu cÇu móng trên Trêng hîp gia cè chÊt kÕt - Mãng trªn CÊp cao A2 dÝnh v« c¬ cã thÓ tu©n thñ 22 (mÆt) TCN 81-84; - Mãng díi CÊp cao A1 vµ C¸c trêng hîp gia cè kh¸c A2 hiÖn cha cã tiªu chuÈn ngµnh - Mãng trªn - Mãng trªn (mÆt ) §Êt c¶i thiÖn, - Mãng díi g¹ch vì, phÕ th¶i c«ng nghiÖp (xØ lß trộn đất) CÊp cao A1 CÊp cao A2 CÊp thÊp B1, Tû lÖ vËt liÖu h¹t cã kÝch cì B2 lín h¬n 4,75mm cÇn chiÕm trªn 50% khèi lîng (18) Ghi chó B¶ng 2-3: Trong mét sè trêng hîp hiÖn cha cã tiªu chuÈn ngµnh th× nÕu sö dụng, t vấn thiết kế cần tự thử nghiệm đa các quy định kỹ thuật cụ thể và đợc cÊp cã thÈm quyÒn phª duyÖt 2.3.3 BÒ réng c¸c líp mãng BÒ réng líp mãng trªn ph¶i réng h¬n bÒ réng cña tÇng mÆt mçi bªn 20cm; BÒ réng líp mãng díi nªn réng h¬n bÒ réng líp mãng trªn mçi bªn 15cm; Bề rộng lớp móng kiêm chức thấm thoát nớc từ kết cấu áo đờng nên rải hết toàn bề rộng đờng và phải có biện pháp chống h hại xói lở hai bên mép sát taluy đờng, không thì phải thiết kế bố trí rãnh xơng cá hoÆc èng tho¸t níc ra, hµo thÊm, r·nh thÊm 2.4 Bề dày cấu tạo các lớp kết cấu áo đờng 2.4.1 Nguyªn t¾c thiÕt kÕ bÒ dµy Bề dày tầng mặt và các lớp móng kết cấu áo đờng phải đợc xác định thông qua kiểm toán các trạng thái giới hạn cờng độ nh đề cập Chơng nhng trớc hết bề dày chúng phải theo đúng các yêu cầu cấu tạo đã nêu các mục Khoản 2.2 và 2.3 nêu trên Ngoài ra, để bảo đảm điều kiện làm việc tốt và đảm bảo thi công thuận lợi, bề dày các lớp kết cấu thiết kế không đợc nhỏ bề dày tối thiểu quy định mục 2.4.2 đồng thời thích hợp với việc phân chia lớp cho không vợt quá bề dày lớn đầm nén có hiệu (xem mục 2.4.3) và không phải chia thành nhiều lớp để thi công 2.4.2 BÒ dµy tèi thiÓu vµ bÒ dµy thêng sö dông cho mçi líp kÕt cÊu Bề dày tối thiểu đợc xác định 1,5 lần cỡ hạt lớn có lớp kết cấu và không đợc vợt quá trị số Bảng 2-4 B¶ng 2-4: BÒ dµy tèi thiÓu vµ bÒ dµy thêng sö dông Loại lớp kết cấu áo đờng H¹t lín Bê tông nhựa, đá dăm trộn nhựa Hạt trung H¹t nhá §¸ m¹t trén nhùa C¸t trén nhùa ThÊm nhËp nhùa L¸ng nhùa Cấp phối đá dăm Dmax=37,5mm Dmax25mm BÒ dµy tèi thiÓu (cm) BÒ dµy thêng sö dông (cm) 5–8 4–6 3-4 1,5 1,0 4,5 1,0 12 (15) (15) (15) 10 (15) 1,5 – 2,5 – 1,5 4,5 – 6,0 1,0 – 3,5 15 – 24 CÊp phèi thiªn nhiªn 15 – 30 §¸ d¨m níc 15 – 18 Các loại đất, đá, phế thải công nghiÖp gia cè chÊt liªn kÕt v« 12 15 - 18 c¬ theo ph¬ng ph¸p trén Ghi chó B¶ng 2-4: Khi sử dụng các loại vật liệu làm lớp bù vênh trên mặt đờng cũ phải tuân thñ c¸c trÞ sè bÒ dµy tèi thiÓu B¶ng; BÒ dµy thêng sö dông nªn b»ng hoÆc gÇn b»ng béi sè cña bÒ dµy ®Çm nÐn cã hiÖu qu¶ lín nhÊt (NÕu bÒ dµy líp thiÕt kÕ lín h¬n bÒ dµy ®Çm nÐn cã hiÖu qu¶ th× phải chia lớp để thi công); C¸c trÞ sè ngoÆc lµ bÒ dµy tèi thiÓu r¶i trªn nÒn c¸t (khi sö dông c¸c vật liệu nêu trên làm lớp đáy móng) (19) 2.4.3 BÒ dµy ®Çm nÐn cã hiÖu qu¶ lín nhÊt: Đối với bê tông nhựa là 8cm và đá dăm trộn nhựa là 10cm; các loại vật liệu có gia cố chất liên kết là không quá 15cm và các vật liệu hạt không gia cố chất liên kết là kh«ng qu¸ 18cm 2.5 Yêu cầu thiết kế khu vực tác dụng đờng: 2.5.1 Yªu cÇu chung Nh đã quy định mục 1.2.2 và 1.2.3, khu vực tác dụng đờng có thể gồm không gồm lớp đáy móng Việc thiết kế cấu tạo khu vực tác dụng đờng dới kết cấu áo đờng cố gắng bảo đảm đồng thời các yêu cầu sau: Nền đất phạm vi khu vực tác dụng không để bị quá ẩm (độ ẩm không đợc lớn 0,6 giới hạn nhão đất) lúc, điều kiện biến động môi trờng, tức là không để chịu ảnh hởng các nguồn ẩm bên ngoài (nớc ma, nớc ngầm, nớc đọng hai bên đờng (cả với trờng hợp đắp, không đào không đắp và đào); VÒ søc chÞu t¶i: - 30cm trên cùng khu vực tác dụng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu đờng cao tốc, đờng cấp I, II và đờng các cấp kh¸c; - 50cm phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu đờng cao tốc, cấp I, II và đờng các cấp khác; - Mỗi mẫu thử CBR đặc trng cho lớp đất có bề dày 20cm Do trờng hợp đào không đào không đắp thì phải lấy mẫu lớp 20cm để thử nghiệm kiểm tra tiêu này kết hợp với việc thí nghiệm độ chặt để định có cần đào thay đầm nén lại không (việc kiểm tra có thể dùng các phơng pháp thí nghiệm xác định CBR trờng phơng pháp tơng đơng kh¸c); Ghi chú: CBR xác định theo điều kiện mẫu đất độ chặt đầm nén thiết kế và đợc ngâm bão hoà nớc ngày đêm Về loại đất: - Không dùng các loại đất lẫn muối và lẫn thạch cao (quá 5%), đất bùn, đất than bùn, đất phù sa (loại đất lấy bãi sông không phải cát mịn) và đất mùn (quá 10% thành phần hữu cơ) khu vực tác dụng đờng; - Không đợc dùng đất sét nặng có độ trơng nở (xác định theo 22 TCN 332) vợt qu¸ 4% khu vùc t¸c dông; - Khi đắp cát thì cần phải có biện pháp đắp bao phía đỉnh để hạn chế níc ma, níc mÆt x©m nhËp vµo phÇn nÒn c¸t (ngay vµ c¶ sau qu¸ tr×nh thi công) và tạo thuận lợi cho lại xe máy thi công lớp móng dới áo đờng (xem thªm ë ®iÒu 7.4.4 cña TCVN 4054); - Khi sử dụng vật liệu đắp đá, đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn cho phép là 10cm phạm vi đắp nằm khu vực tác dụng kể từ đáy áo đờng; nhiên, kích cỡ hạt lớn này không đợc vợt quá 2/3 chiều dày ®Çm nÐn cã hiÖu qu¶ lín nhÊt (tuú thuéc c«ng cô ®Çm nÐn sÏ sö dông); - Không đợc dùng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hoá có hệ số k hoá mềm 0,75 (đá sít…) và không nên dùng đất bụi để đắp phạm vi khu vực t¸c dông Về độ chặt đầm nén: - Đất phạm vi khu vực tác dụng phải đầm nén đạt yêu cầu tối thiểu nh Bảng 2-5 Nếu có điều kiện thì nên thiết kế đạt độ chặt cao (độ chặt K1,0) (20) Bảng 2-5: Độ chặt tối thiểu đờng phạm vi khu vực tác dụng (so với độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 06) §é s©u §é chÆt K tính từ đáy §êng « t« §êng « t« Loại đờng áo đờng tõ cÊp I cÊp V vµ xuèng đến cấp IV cấp VI (cm) Khi áo đờng dày trên 60cm 30 0,98 0,95 Khi áo đờng dày dới 60cm 50 0,98 0,95 Nền đắp 0,95 0,93 Bªn dới Đất đắp chiÒu s©u §Êt nÒn tù Cho đến 80 0,93 0,90 kÓ trªn nhiªn (*) 30 0,98 0,95 Nền đào và không đào không đắp (đất nÒn tù nhiªn) (**) 30 - 80 0,93 0,90 Ghi chó: (*) Trờng hợp này là trờng hợp đắp thấp, khu vực tác dụng có phần nằm vào phạm vi đất tự nhiên Trong trờng hợp đó, phần đất tự nhiên nằm khu vực tác dụng phải có độ chặt tối thiểu là 0,90 0,93 trùng cấp hạng đờng; (**) Nếu tự nhiên không đạt độ chặt yêu cầu Bảng 2-5 thì phải đào phạm vi không đạt đầm nén lại để đạt yêu cầu 2.5.2 Thiết kế bố trí lớp đáy móng Ph¹m vi ¸p dông: Trong trờng hợp vì các lý kinh tế – kỹ thuật khác dẫn đến khó đảm bảo đợc yêu cầu khu vực tác dụng nêu mục 2.5.2 thì ngời thiết kế nên xét đến giải pháp bố trí lớp đáy móng; Phải bố trí lớp đáy móng thay cho 30cm phần đất trên cùng đờng đờng cao tốc, đờng cấp I, đờng cấp II và đờng cấp III có làn xe trở lên, thân phần đất trên cùng đờng không đạt đợc các yêu cầu nêu trên và nên bố trí lớp đáy móng các loại cấp đờng nêu trên phần đất khu vực tác dụng đã đạt các yêu cầu mục 2.5.1 Các đờng từ cấp IV đến VI các khu vực khan đất đắp bao cát đợc phép rải lớp móng đờng trực tiếp trên cát nhng phải đặc biệt chú ý quá trình thi công độ phẳng và xáo trộn lớp cát trên bề mặt Phải thiết kế lớp đáy móng đắp cát, đất sét trơng nở và đờng qua vùng ma nhiều chịu tác động nhiều nguồn ẩm khác Cấu tạo lớp đáy móng Với các chức đề cập mục 1.2.4, lớp đáy móng đợc cấu tạo đất vật liệu thích hợp Nếu đất thì phải là đất có cấp phối tốt và không đợc cát các loại Nên dùng cấp phối thiên nhiên phù hợp với 22 TCN 304 - 03, đất gia cè v«i hoÆc xi m¨ng víi tû lÖ thÊp hoÆc võa ph¶i Sử dụng loại vật liệu gì thì sau thi công phải bảo đảm đạt các yêu cầu sau: - BÒ dµy tèi thiÓu lµ 30cm; Nếu lớp đáy móng đất cấp phối thì độ chặt đầm nén phải đạt độ chặt K =1 – 1,02 (so víi ®Çm nÐn tiªu chuÈn theo 22 TCN 333 - 06); - Vật liệu làm lớp đáy móng phải có mô đuyn đàn hồi độ chặt và độ ẩm thi công E50 MPa tỷ số CBR ngâm bão hoà ngày đêm 12%; (21) Bề rộng lớp đáy móng ít phải rộng bề rộng tầng móng bên 15cm nhng nên làm bề rộng đờng 2.5.3 Các giải pháp hạn chế nớc mao dẫn từ mức nớc ngầm, nớc đọng xâm nhập vào khu vùc t¸c dông Để đạt đợc mục đích này có thể chọn dùng các giải pháp sau đây tuỳ thuộc vào t×nh h×nh cô thÓ vµ tuú thuéc c¸c ph©n tÝch vÒ kinh tÕ – kü thuËt Đắp cao đờng: mục tiêu giải pháp này là đắp cao để cho đáy khu vực tác dụng phải cao mức nớc ngầm hay mức nớc đọng thờng xuyên phía dới (đọng từ 20 ngày trở lên) trị số h nh Bảng 2-6 Bảng 2-6: Khoảng cách từ mức nớc phía dới đến đáy khu vực tác dụng h (m) h: tơng ứng với loại đất (m) Trạng thái ẩm đạt đợc §Êt lo¹i c¸t §Êt lo¹i sÐt §Êt lÉn bôi Lo¹i I (lu«n kh« r¸o) 0,4 – 0,6 0,6 – 1,0 1,0 – 1,4 Lo¹i II (Èm võa) 0,2 – 0,4 0,4 – 0,6 0,6 – 1,0 Lo¹i III (qu¸ Èm) 0,0 - 0,2 0,0 – 0,4 0,0 – 0,6 Ghi chó ë B¶ng 2-6: - §Êt cã tû lÖ c¸t cµng lín, tû lÖ sÐt cµng nhá vµ tû lÖ bôi cµng nhá th× trÞ sè h đợc lấy trị số nhỏ phạm vi trị số Bảng; - Trạng thái ẩm đạt đợc là tơng ứng với loại hình gây ẩm để xác định độ ẩm tÝnh to¸n ë Phô lôc B - Nên đắp cao trên mức nớc phía dới trị số h tơng ứng với trạng thái ẩm loại I chí ít là tơng ứng với loại II Nếu điều kiện chỗ không cho phép đắp cao nh thì cần xét đến các giải pháp khác nh hạ mức nớc ngầm, làm lớp ngăn cách nớc mao dẫn bố trí thêm lớp đáy móng H¹ møc níc ngÇm: Mục tiêu giải pháp này nhằm hạ mức nớc ngầm để đảm bảo khoảng cách h t¬ng øng víi tr¹ng th¸i Èm lo¹i I hoÆc lo¹i II theo B¶ng 2-6 ë trªn Thờng sử dụng giải pháp đào hào sâu vị trí rãnh biên (đối với trờng hợp đào) vị trí sát chân taluy đắp; hào xếp đá bọc vải địa kỹ thuật làm tầng lọc phần dới đáy hào phạm vi có nớc ngầm chảy để dẫn nớc ngầm chảy dọc đến các cống ngang đờng các địa hình trũng ngoài phạm vi đờng Chiều sâu đáy hào và chiều cao rãnh ngầm đá bọc vải địa kỹ thuật phải đợc tính toán để đảm bảo đạt đợc mục tiêu hạ mức nớc ngầm nêu trên Còng cã thÓ sö dông c¸c r·nh tho¸t níc ngÇm hoÆc kÝn hoÆc hë víi c¸c cÊu t¹o chi tiết nh Khoản 9.7 TCVN 4054 : 2005 Giải pháp này đợc dùng để ngăn chặn nớc ngầm từ phía lu thông đến khu vực dới đờng Lµm c¸c líp ng¨n c¸ch níc mao dÉn: Tại phía dới đáy khu vực tác dụng rải lớp ngăn cách nớc mao dẫn vật liệu rçng hoÆc vËt liÖu kÝn Líp vËt liÖu rçng dµy kho¶ng 15cm b»ng c¸t, cuéi, sái; phía mặt trên và mặt dới rải vải địa kỹ thuật Lớp vật liệu kín đất gia cố chất liªn kÕt v« c¬ hoÆc h÷u c¬ víi bÒ dµy tèi thiÓu cho phÐp (12cm víi trêng hîp dïng đất gia cố chất liên kết vô và 5cm với trờng hợp dùng đất gia cố chất liên kết h÷u c¬) BÓ réng líp ng¨n c¸ch nªn b»ng bÒ réng nÒn t¹i vÞ trÝ r¶i chóng 2.5.4 Giải pháp hạn chế nớc ngập hai bên đờng thấm ngang vào khu vực tác dụng Để đạt đợc mục tiêu này cần bảo đảm khoảng cách từ mép ngoài phần xe chạy đến mặt taluy ngang mức nớc ngập lớn 2,0 – 2,4m với điều kiện đất đợc (22) đầm nén đạt độ chặt K0,95 (so với đầm nén tiêu chuẩn) Đối với đờng cao tốc, đờng cấp I, cấp II lấy trị số lớn là 2,4m, các đờng cấp khác lấy trị số nhỏ 2,0m 2.5.5 C¸c gi¶i ph¸p h¹n chÕ níc ma, níc mÆt x©m nhËp vµo khu vùc t¸c dông Con đờng xâm nhập là thông qua tầng mặt loại hở (cấp thấp), thông qua các khe nứt tầng mặt, thông qua dải phân cách không có lớp phủ, thông qua nớc đọng rãnh däc C¸c gi¶i ph¸p cÇn ¸p dông xem ë Kho¶n 2.6 2.6 Thiết kế thoát nớc cho kết cấu áo đờng và lề đờng 2.6.1 Yªu cÇu thiÕt kÕ Ngăn chặn tối đa khả xâm nhập nguồn ẩm vào các lớp kết cấu áo đờng và khu vực tác dụng đờng Trong trờng hợp không có khả ngăn chặn (nh là trờng hợp mặt đờng hở cấp thấp …) thì phải có giải pháp thoát n ớc đã xâm nhập khỏi kết cấu áo đờng Đối với đờng cao tốc, đờng cấp I, cấp II và đờng có làn xe trở lên thì càng phải chú trọng biện pháp thoát nớc nhanh khỏi phần xe chạy và lề đờng, không để nớc đọng lại trên mặt đờng vừa làm giảm độ nhám vừa tạo điều kiện để nớc xâm nhập xuống phía dới đồng thời không để nớc thoát ngang gây xói lở mép lề đờng taluy đờng 2.6.2 Thoát nớc bề mặt áo đờng Để hạn chế mức nớc ma thấm qua tầng mặt áo đờng, bề mặt áo đờng, lề đờng và bề mặt dải phân cách có lớp phủ phải có độ dốc ngang tối thiểu nh Bảng 2-7 B¶ng 2-7: §é dèc ngang tèi thiÓu YÕu tè mÆt c¾t ngang §é dèc ngang (%) Phần mặt đờng và phần lề gia cố : - Bª t«ng nhùa cÊp cao A1 1,5 – 2,0 - Các loại mặt đờng khác cấp cao A2 2,0 – 3,0 - Mặt đờng đá dăm, cấp phối, mặt đ3,0 – 3,5 êng cÊp thÊp B1, B2 PhÇn lÒ kh«ng gia cè 4,0 – 6,0 Tuú vËt liÖu phñ vµ lÊy PhÇn d¶i ph©n c¸ch nh trªn 2.6.3 Thoát nớc mặt áo đờng trên đờng cấp cao có nhiều làn xe và có dải phân cách Đối với đờng cao tốc, đờng cấp I và cấp II có bố trí dải phân cách thì c¸c ®o¹n cã siªu cao ph¶i thiÕt kÕ thu níc ma ë c¹nh d¶i ph©n c¸ch NÕu d¶i ph©n c¸ch lµ lo¹i kh«ng cã líp phñ, d¹ng lâm th× bè trÝ r·nh tho¸t níc (lo¹i hë hoÆc cã n¾p) ë chç lâm nhÊt cña d¶i ph©n c¸ch (r·nh chØ cÇn réng 20 – 30cm, s©u 20 – 30cm) NÕu d¶i ph©n c¸ch lµ lo¹i cã líp phñ vµ cã bã vØa hoÆc d¶i ph©n c¸ch cøng bê tông cao mặt đờng thì sát bờ vỉa phải bố trí giếng thu và ống dẫn nớc đờng kính 20 – 40cm để dẫn nớc đến các công trình thoát nớc khỏi phạm vi đờng, độ dốc đờng ống thoát nớc tối thiểu là 0,3% Tại chỗ ống dọc nối tiÕp víi cèng tho¸t níc ngang ph¶i bè trÝ giÕng nèi tiÕp (giÕng th¨m) Còng cã thÓ bè trÝ r·nh thu níc cã n¾p réng kho¶ng 50cm s¸t víi bê bã vØa cña dải phân cách để dẫn nớc mặt đờng đến các cửa thoát nớc ngang khỏi đờng Trêng hîp d¶i ph©n c¸ch kh«ng cã líp phñ, d¹ng låi cã bã vØa th× trªn ®o¹n thẳng đoạn cong phải bố trí thu nớc thấm qua đất dải phân cách và dẫn nớc thoát ngoài phạm vi đờng Có thể bố trí lớp vật liệu không thấm nớc dới cao độ đáy áo đờng phạm vi bề rộng dải phân cách và trên đó đặt ống thoát nớc có đờng kính – 8cm xung quanh bọc vải lọc Lớp không thấm nớc có (23) thể đất sét đầm nén chặt đất trộn bitum ống thoát nớc có thể ống nhùa cøng Trên các đờng cao tốc, đờng cấp I và cấp II có nhiều làn xe, lợng nớc ma trên phần xe chạy lớn thì đoạn đờng đắp cao, mái taluy đờng phải đợc gia cố chống xói có thể thiết kế bờ chắn bê tông, bê tông nhựa đá xây có chiều cao 12cm dọc theo mép ngoài phần lề gia cố để ngăn chặn không cho nớc chảy trực tiếp xuống taluy đờng; nớc ma từ mặt đờng chảy dọc theo bờ chắn và tập trung dốc nớc đặt trên taluy đờng để thoát khỏi phạm vi đờng Bờ ch¾n ph¶i cã tiÕt diÖn h×nh thang víi mÆt phÝa phÇn xe ch¹y cã dèc nghiªng 450 phía ngoài và mặt phía ngoài sát lề đất gần nh thẳng đứng Nếu dùng bê tông nhựa đắp bờ chắn thì nên dùng bê tông nhựa hạt nhỏ có độ rỗng – 4% và lợng nhựa nên tăng thêm 0,5 – 1% so với lợng bitum tối u thiết kế cho mặt đờng Khi dải phân cách rộng dới 3,0m thì nên đợc phủ kín mặt để chống nớc mÆt thÊm xuèng (xem thªm ë môc 4.4.3 TCVN 4054 : 2005) 2.6.4 Thoát nớc ma xâm nhập vào kết cấu áo đờng từ trên mặt đờng Nên bố trí hệ thống thoát nớc thấm qua các tầng mặt kết cấu áo đờng hở (loại tầng mặt cấp thấp B1, B2) Trong đó không thiết phải bố trí hệ thống nµy díi c¸c kÕt cÊu cã tÇng mÆt lµ lo¹i cÊp cao A1 vµ A2 Trong trờng hợp kết cấu áo đờng hở giải pháp thoát nớc là bố trí hệ thống rãnh x¬ng c¸ Rãnh xơng cá rộng 0,3m, cao 0,2m đổ đầy cát đá dăm nhng phía ngoài taluy đờng phải xếp đá to chặn đầu phạm vi 0,25m Để tránh đất lề chui vào làm tắc rãnh, phải lát cỏ lật ngợc rải vải địa kỹ thuật mặt trên rãnh trớc đắp lại lề đờng Thêng bè trÝ r·nh x¬ng c¸ hai bªn phÇn xe ch¹y so le víi cù ly 10 – 15m ruột rãnh (ở đoạn đờng cong thì bố trí rãnh xơng cá phía bụng đờng cong) Tại các đoạn đờng có độ dốc dọc i 2% thì rãnh xơng cá nên đào xiên góc 60 – 700 theo híng dèc Dèc däc cña r·nh b»ng dèc däc cña lÒ nhng kh«ng nªn díi 5% và đầu rãnh tiếp giáp với lớp móng phạm vi 0,6m đáy lớp móng nên tạo độ dốc dọc khoảng 10% để tạo điều kiện tụ nớc rãnh Khi thi công lớp móng thì các rãnh xơng cá tạm thời để hở để thoát nớc lòng đờng quá trình thi công Sau thi công xong lớp móng hoàn thiện cấu t¹o r·nh nh nªu ë trªn 2.6.5 TÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng tho¸t níc mÆt Hệ thống thoát nớc mặt cho kết cấu áo đờng (nh các công trình cần bố trí nêu mục 2.6.3…) phải đợc tính toán đáp ứng đợc lu lợng xác định theo tần suất 4% nh yêu cầu rãnh biên (theo TCVN 4054 : 2005) Riêng trờng hợp đờng đô thị thì cần tuân thủ các yêu cầu chu kỳ ma tính toán các tiêu chuẩn hiÖn hµnh Trên các đoạn đờng cong, các đoạn với các chỗ ra, vào đờng cao tốc, đờng cấp I, cấp II và đờng đô thị phải thiết kế quy hoạch mặt đứng bề mặt phần xe chạy và lề đờng để bố trí đúng vị trí các giếng thu nh các chỗ thoát nớc ngang khỏi phạm vi đờng (cần thể trên vẽ riêng hệ thống các công trình thoát nớc mặt áo đờng) 2.6.6 Các giải pháp hạn chế nớc mao dẫn từ mức nớc ngầm, nớc đọng xâm nhập vào khu vùc t¸c dông (xem môc 2.5.3) (24) 2.7 Kết cấu áo đờng phần lề gia cố, lớp phủ dải phân cách và các bé phËn kh¸c 2.7.1 Kết cấu áo đờng phần lề gia cố Trêng hîp gi÷a phÇn xe ch¹y dµnh cho xe c¬ giíi vµ lÒ gia cè kh«ng cã d¶i ph©n c¸ch bªn hoÆc d¶i ph©n c¸ch bªn chØ b»ng v¹ch kÎ, tøc lµ trêng hîp xe c¬ giới có thể lấn dừng đỗ trên phần lề gia cố thờng xuyên, sử dụng kết cấu áo lề là loại mềm thì kết cấu áo lề gia cố phải đợc cấu tạo với các yêu cÇu sau: - Líp mÆt trªn cïng cña lÒ gia cè ph¶i cïng lo¹i víi líp mÆt trªn cïng cña lµn xe liÒn kÒ nhng bÒ dµy cã thÓ cÊu t¹o máng h¬n - Sè líp vµ bÒ dµy c¸c líp cña tÇng mãng cã thÓ gi¶m bít so víi lµn xe liÒn kÒ - Kết cấu gia cố cần đợc xem xét để cải tạo mở rộng mặt đờng và nâng cấp đờng tận dụng đến mức tối đa kết cấu đã xây dựng - Trong điều kiện kinh tế cho phép, kết cấu áo đờng lề gia cố nên thiết kế nh với kết cấu áo đờng làn xe chạy liền kề Trờng hợp phần xe chạy dành cho xe giới và lề gia cố đờng cấp I và cấp II có bố trí dải phân cách bên, ngăn hẳn không cho xe giới lấn đỗ lề thì kết cấu áo đờng lề gia cố có thể đợc thiết kế độc lập với kết cấu phần xe ch¹y víi c¸c yªu cÇu sau: - TÇng mÆt lÒ gia cè thÊp nhÊt ph¶i lµ lo¹i cÊp cao A2 (l¸ng nhùa, thÊm nhËp nhựa…) để tạo điều kiện thoát nớc, ngăn chặn nớc thấm và tạo điều kiện cho xe hai b¸nh ®i l¹i thuËn lîi - Cã thÓ gi¶m bít mét líp mãng hoÆc gi¶m bÒ dµy c¸c líp mãng so víi kÕt cÊu áo đờng phần xe chạy liền kề - Có thể thiết kế cao độ phần lề gia cố thấp cao độ phần xe chạy liền kÒ ph¹m vi –6 cm (gi¶m mét líp mÆt trªn cïng so víi kÕt cÊu phÇn xe ch¹y vµ mÐp cña líp nµy ph¶i t¹o gãc nghiªng 45 phÝa ngoµi lÒ gia cè) Trong trờng hợp này trên các đoạn đờng cong, phần lề gia cố phía lng đờng cong tạo dốc phía ngoài để nớc không đọng phía mép phần xe chạy 2.7.2 Kết cấu áo đờng phần dải an toàn trên đờng cao tốc Trong phạm vi 0,25m sát mép phần xe chạy chính phải đợc thiết kế giống nh kết cấu áo đờng phần xe chạy Ngoài phạm vi 0,25m đó kết cấu áo đờng phần bề rộng còn lại dải an toàn phía và phía ngoài (tức là dải dừng xe khẩn cấp) có thể thiết kế mỏng theo các khuyến nghị đã đề cập điểm mục 2.7.1 (xem thêm Kho¶n 5.3, TCVN 5729) 2.7.3 KÕt cÊu líp phñ cña d¶i ph©n c¸ch gi÷a Khi dải phân cách rộng dới 3,0m (kể với đờng cao tốc và đờng ôtô cấp I, II) th× ph¶i thiÕt kÕ líp phñ mÆt bäc kÝn KÕt cÊu líp phñ mÆt nµy cã thÓ sö dông lo¹i tÇng mÆt cÊp cao A1 hoÆc A2 víi mét líp mãng vµ mét líp mÆt cã bÒ dµy tèi thiÓu nh Bảng 2-4 Không nên sử dụng loại móng gia cố chất liên kết vô để tránh nøt ph¶n ¶nh T¹i c¸c chç c¾t d¶i ph©n c¸ch gi÷a lµm chç quay ®Çu xe th× kÕt cÊu ¸o ® êng còng ph¶i thiÕt kÕ gièng nh kÕt cÊu trªn phÇn xe ch¹y chÝnh Trêng hîp t¹i d¶i ph©n c¸ch gi÷a kh«ng bè trÝ líp phñ th× ph¶i tu©n thñ c¸c quy định thoát nớc nêu mục 2.6.3 tiêu chuẩn này; các mục 4.4.3 TCVN 4054 cho đờng ô tô các mục 5.5.2, 5.5.3 TCVN 5729 cho đờng cao tốc 2.7.4 Kết cấu áo đờng trên các làn xe phụ (làn xe phụ leo dốc, làn chuyển tốc) trên các đờng nhánh các nút giao thông và đờng nhánh vào các khu dịch vụ dọc tuyến (25) Phải dự báo đợc số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm năm tính toán trên làn xe và số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ thời hạn thiết kế để làm thiết kế kết cấu áo đờng riêng cho trờng hợp và đoạn cụ thể trên tuyến và việc thiết kế theo đúng các dẫn tiêu chuẩn này Không thiết phải thiết kế kết cấu áo đờng cho các trờng hợp này giống nh kết cấu áo đờng c¸c lµn xe trªn phÇn xe ch¹y chÝnh Riªng ph¹m vi 30m cña ®o¹n nèi trùc tiếp với đờng cao tốc, đờng cấp I và cấp III thì kết cấu áo đờng đờng nhánh có tÇng mÆt lµ lo¹i cÊp cao A2 2.7.5 Kết cấu áo đờng trên cầu Phải tuân thủ các yêu cầu đề cập Khoản 8.7 TCVN 4054 : 2005 2.7.6 Kết cấu áo đờng trạm thu phí Trong phạm vi khu vực trạm thu phí không nên sử dụng kết cấu áo đờng mềm Trờng hợp không có điều kiện xây dựng các loại mặt đờng cứng (các loại mặt đờng có tầng mặt bª t«ng xi m¨ng) th× ph¶i sö dông kÕt cÊu tÇng mÆt cÊp cao A1 b»ng bª t«ng nhùa cã tÝnh ổn định cao (có thể sử dụng bitum polime) với tầng móng trên cấp phối sỏi cuội (đá) gia cố xi măng và móng dới đất, cát gia cố xi măng (tham khảo thêm các quy định t¹i Kho¶n 9.10 cña TCVN 5729) 2.7.7 Kết cấu áo đờng đờng bên Kh«ng phô thuéc vµo tiªu chuÈn c¸c yÕu tè h×nh häc (xem ë môc 4.6.5 cña TCVN 4054 -05) và không phụ thuộc vào cấp hạng đờng chính là cấp I cấp II, việc thiết kế kết cấu áo đờng đờng bên dựa vào lu lợng xe tính toán đã dự báo, vào điều kiện môi trờng tự nhiên nh điều kiện môi trờng kinh tế - xã hội (nh tình hình phân bố dân c…) dọc hai bên đờng bên nhng phải tuân theo các nguyên tắc, yêu cầu nh các dẫn khác có liên quan đến các điều kiện nêu trên đã đề cập tiêu chuẩn này CHơng Tính toán cờng độ và bề dày kết cấu áo đờng 3.1 C¸c yªu cÇu vµ nguyªn t¾c tÝnh to¸n: 3.1.1 Yªu cÇu tÝnh to¸n Sau vào các quy định và dẫn Chơng để đa các phơng án cấu tạo kết cấu áo đờng thì yêu cầu việc tính toán là kiểm tra xem các phơng án, cấu tạo đó có đủ cờng độ không, đồng thời tính toán xác định loại bề dày cần thiết lớp kết cÊu vµ cã thÓ ph¶i ®iÒu chØnh l¹i bÒ dµy cña mçi líp theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n Kết cấu áo đờng mềm đợc xem là đủ cờng độ nh suốt thời hạn thiết kế quy định mục 1.3.2 dới tác dụng ô tô nặng và toàn dòng xe lớp nào (kể đất) không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục các lớp liền khối không bị phá vỡ và độ võng đàn hồi kết cấu không vợt quá trị số cho phép 3.1.2 Các tiêu chuẩn cờng độ Theo yªu cÇu nªu trªn, néi dung tÝnh to¸n chÝnh lµ tÝnh to¸n kiÓm tra tiªu chuÈn cêng độ dới đây: Kiểm toán ứng suất cắt đất và các lớp vật liệu chịu cắt trợt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo chúng không xảy biến dạng dẻo (hoÆc h¹n chÕ sù ph¸t sinh biÕn d¹ng dÎo); Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh đáy các lớp vật liệu liền khối nhằm hạn chế phát sinh nứt dẫn đến phá hoại các lớp đó; Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả chống biến dạng biểu thị trị số mô đun đàn hồi Ech kết cấu áo đờng so với trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc Tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo hạn chế đợc phát triển t- (26) ợng mỏi vật liệu các lớp kết cấu dới tác dụng trùng phục xe cộ, đó bảo đảm trì đợc khả phục vụ kết cấu đến hết thời hạn thiết kế 3.1.3 C¬ së cña ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n: C¬ së cña ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo tiªu chuÈn giíi h¹n nªu trªn lµ lêi gi¶i cña bµi to¸n hệ bán không gian đàn hồi nhiều lớp có điều kiện tiếp xúc các lớp là hoàn toàn liên tục dới tác dụng tải trọng bánh xe (đợc mô hình hoá là tải trọng phân bố hình tròn tơng đơng với diện tích tiếp xúc bánh xe trên mặt đờng), đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thác đờng nhiều năm để đa các quy định các tiêu chuÈn giíi h¹n cho phÐp 3.1.4 VÒ yªu cÇu tÝnh to¸n theo ®iÒu kiÖn giíi h¹n Đối với kết cấu áo đờng cấp cao A1 và A2 phải tính toán kiểm tra theo tiêu chuẩn cờng độ nêu 3.1.2 Về thứ tự tính toán, nên bắt đầu tính theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi, sau đó kiÓm to¸n theo ®iÒu kiÖn c©n b»ng trît vµ kh¶ n¨ng chÞu kÐo uèn Đối với áo đờng cấp thấp B1 và B2 không yêu cầu kiểm tra theo tiêu chuẩn chÞu kÐo uèn vµ ®iÒu kiÖn trît Khi tính toán kết cấu áo đờng chịu tải trọng nặng (tải trọng trục trên 120 kN đờng công nghiệp đờng chuyên dụng) thì cần tính trớc theo điều kiện chịu cắt trợt và điều kiện chịu kéo uốn, sau đó quy đổi tất các trục xe chạy trên đờng xe tiêu chuẩn 120 kN để tính theo độ võng đàn hồi Khi tính toán kết cấu áo lề có gia cố thì phải tính theo các tiêu chuẩn nh kết cấu áo đờng phần xe chạy liền kề 3.1.5 Các thông số tính toán cờng độ và bề dày áo đờng mềm Cần phải xác định đợc các thông số tính toán dới đây tơng ứng với thời kỳ bất lợi chế độ thuỷ nhiệt (tức là thời kỳ đất và cờng độ vật liệu các lớp áo đờng yếu nhÊt): - Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán (cách xác định xem Khoản 3.2); - Trị số tính toán mô đun đàn hồi Eo, lực dính C và góc nội ma sát tơng đơng với độ ẩm tính toán bất lợi đất Độ ẩm tính toán bất lợi đợc xác định tuỳ theo loại hình gây ẩm kết cấu áo đờng nh dẫn Phụ lục B; - Trị số tính toán mô đun đàn hồi E, lực dính C và góc nội ma sát các loại vật liệu làm áo đờng; cờng độ chịu kéo uốn lớp vật liệu (xem hớng dẫn Phô lôc C) Xét đến các điều kiện nhiệt ẩm, mùa hè là thời kỳ bất lợi vì ma nhiều và nhiệt độ tầng mặt cao Do tính toán cờng độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi, tiêu bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa đợc lấy tơng ứng với nhiệt độ tính toán là 30 0C Tuy nhiên, tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn thì tình trạng bất lợi bê tông nhựa và hỗn hợp đá dăm nhựa lại là mùa lạnh (lúc đó các vật liệu này có độ cứng lớn), lúc này lại phải lấy trị số mô đun đàn hồi tính toán chúng tơng đơng với nhiệt độ 10 – 150C Khi tính toán theo điều kiện cân trợt thì nhiệt độ tính toán bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa nằm phía dới lấy 300C, riêng với lớp nằm trên cïng lÊy b»ng 600C 3.2 Tải trọng trục tính toán và cách quy đổi số trục xe khác số tải trọng trục tÝnh to¸n 3.2.1 T¶i träng trôc tÝnh to¸n tiªu chuÈn: Khi tính toán cờng độ kết cấu áo đờng theo tiêu chuẩn nêu mục 3.1.2, tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn đợc quy định là trục đơn ô tô có trọng lợng 100 kN tất các loại áo đờng mềm trên đờng cao tốc, trên đờng ô tô các cấp thuộc mạng lới chung và trên các đờng đô thị từ cấp khu vực trở xuống Riêng kết cấu áo đờng trên các đờng trục chính đô thị và số đờng cao tốc đờng ô tô thuộc mạng lới (27) chung có điều kiện xe chạy đề cập mục 3.2.2 dới đây thì tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn đợc quy định là trục đơn trọng lợng 120 kN Các tải trọng tính toán này đợc tiêu chuÈn ho¸ nh ë B¶ng 3.1 Bảng 3.1: Các đặc trng tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn T¶i träng trôc tÝnh to¸n ¸p lùc tÝnh to¸n lªn mÆt §êng kÝnh vÖt b¸nh xe, D tiªu chuÈn, P (kN) đờng, p (Mpa) (cm) 100 0.6 33 120 0.6 36 3.2.2 Tải trọng trục tính toán trên đờng có nhiều xe nặng lu thông Trên đờng có lu thông các loại trục xe nặng khác biệt nhiều so với loại trục tiêu chuẩn Bảng 3.1 (nh các đờng vùng mỏ, đờng công nghiệp chuyên dụng…) thì kết cấu áo đờng phải đợc tính với tải trọng trục đơn nặng có thể cã dßng xe Trong trêng hîp nµy t vÊn thiÕt kÕ ph¶i tù ®iÒu tra th«ng qua chứng xuất xởng xe cân đo để xác định đợc các đặc trng p và D tơng ứng với trục đơn nặng đó để dùng làm thông số tính toán Cách cân đo xác định p và D có thể tham khảo thực theo mục 2.1.5 Quy trình 22 TCN 251- 98 Đối với các xe có nhiều trục thì việc xác định tải trọng trục nặng tính toán cã thÓ tham kh¶o ë Phô lôc A Nếu tải trọng trục đơn xe nặng không vợt quá 20% trị số tải trọng trục tÝnh to¸n tiªu chuÈn ë B¶ng 3.1 vµ sè lîng c¸c trôc nµy chiÕm díi 5% tæng sè trôc xe tải và xe buýt các loại chạy trên đờng thì cho phép tính toán theo tải trọng trục tiêu chuẩn tức là cho phép quy đổi các trục đơn nặng đó trục xe tiêu chuẩn để tính toán; ngợc lại thì phải tính với tải trọng trục đơn nặng theo dẫn ®iÓm môc 3.1.4 Trên các đờng cao tốc đờng ô tô các cấp có lu thông các trục đơn xe nặng vợt quá 120 kN thoả mãn các điều kiện để cập điểm nêu trên thì đ ợc dùng tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn là 120 kN (tức là trên đờng có các trục đơn nặng trên 120 kN và dới 144 kN với số lợng chiếm dới 5% tổng số trục xe tải và xe buýt chạy trên đờng thì lúc đó đợc chọn tải trọng trục tính toán là 120 kN) 3.2.3 Quy đổi số tải trọng trục xe khác số tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn (hoặc quy đổi tải trọng tính toán xe nặng nhất) Mục tiêu quy đổi đây là quy đổi số lần thông qua các loại tải trọng trục i số lần thông qua tải trọng trục tính toán trên sở tơng đơng tác dụng phá hoại kết cấu áo đờng: Việc quy đổi phải đợc thực cụm trục trớc và cụm trục sau loại xe nó chở đầy hàng với các quy định sau: - Côm trôc cã thÓ gåm m trôc cã träng lîng mçi trôc nh víi c¸c côm bánh đơn cụm bánh đôi (m =1, 2, ); - Chỉ cần xét đến (tức là cần quy đổi) các trục có trọng lợng trục từ 25 kN trë lªn; - Bất kể loại xe gì khoảng cách các trục 3,0m thì việc quy đổi đợc thực riêng rẽ trục; - Khi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trôc 3,0m (gi÷a c¸c trôc cña côm trôc) th× quy đổi gộp m trục có trọng lợng nh trục với việc xét đến hệ số trục C nh ë biÓu thøc (3.1) vµ (3.2) Theo các quy định trên, việc quy đổi đợc thực theo biểu thức sau: (28) N= P I 4,4 ¿ Ptt k ; (3.1) ∑ C C ni ¿ i=1 đó: N là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính toán thông qua đoạn đờng thiết kế ngày đêm trên chiều (trục/ngày đêm); ni là số lần tác dụng loại tải trọng trục i có trọng lợng trục pi cần đợc quy đổi vÒ t¶i träng trôc tÝnh to¸n Ptt (trôc tiªu chuÈn hoÆc trôc nÆng nhÊt) Trong tÝnh to¸n quy đổi thờng lấy ni số lần loại xe i thông qua mặt cắt ngang điển hình đoạn đờng thiết kế ngày đêm cho chiều xe chạy; C1 là hệ số số trục đợc xác định theo biểu thức (3-2): C1=1+1,2 (m-1); (3-2) Víi m lµ sè trôc cña côm trôc i (xem ®iÓm cña môc 3.2.3); C2 là hệ số xét đến tác dụng số bánh xe cụm bánh: với các cụm bánh có bánh thì lấy C2=6,4; với các cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm bánh) thì lÊy C2=1,0; víi côm b¸nh cã b¸nh th× lÊy C2=0,38 3.3 Sè trôc xe tÝnh to¸n trªn mét lµn xe vµ trªn kÕt cÊu ¸o lÒ cã gia cè 3.3.1 §Þnh nghÜa Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe đã đợc quy đổi trục xe tính toán tiêu chuẩn (hoặc trục xe nặng tính toán nêu mục 3.2.2) thông qua mặt cắt ngang đoạn đờng thiết kế ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn vào thời kỳ bất lợi cuối thời hạn thiết kế quy định mục 1.2.3 tuỳ thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu áo đờng Xác định Ntt theo biểu thức (3-3): Ntt = Ntk fl (trục/làn.ngày đêm); (3-3) đó: Ntk: là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác trục xe tính toán ngày đêm trên chiều xe chạy năm cuối thời hạn thiết kế Trị số Ntk đ ợc xác định theo biểu thức (3-1) nhng ni loại tải trọng trục i đợc lấy số liệu năm cuối thời hạn thiết kế và đợc lấy số trục i trung bình ngày đêm khoảng thời gian mùa ma trung bình ngày đêm năm (nếu n i trung bình năm lớn h¬n ni trung b×nh mïa ma) ; fl: là hệ số phân phối số trục xe tính toán trên làn xe đợc xác định nh mục 3.3.2 và 3.3.3 3.3.2 HÖ sè fl cña c¸c lµn xe trªn phÇn xe ch¹y: Trªn phÇn xe ch¹y chØ cã lµn xe th× lÊy fl = 1,0; Trªn phÇn xe ch¹y cã lµn xe hoÆc lµn nhng kh«ng cã d¶i ph©n c¸ch th× lÊy fl =0,55; Trªn phÇn xe ch¹y cã lµn xe vµ cã d¶i ph©n c¸ch gi÷a th× lÊy fl =0,35; Trªn phÇn xe ch¹y cã lµn xe trë lªn vµ cã d¶i ph©n c¸ch gi÷a th× lÊy fl=0,3; các chỗ nút giao và chỗ vào nút, kết cấu áo đờng phạm vi chuyển làn phải đợc tính với hệ số fl = 0,5 tổng số trục xe quy đổi qua nút 3.3.3 Sè trôc xe tÝnh to¸n trªn kÕt cÊu lÒ cã gia cè: Số trục xe tính toán Ntt để thiết kế kết cấu áo lề gia cố trờng hợp phần xe chạy chính và lề không có dải phân cách bên đợc lấy 35 50% số trục xe tính toán lµn xe c¬ giíi liÒn kÒ tuú thuéc viÖc bè trÝ phÇn xe ch¹y chÝnh (29) Trêng hîp phÇn xe ch¹y chØ cã lµn xe trë xuèng th× nªn lÊy trÞ sè lín ph¹m vi quy định nêu trên; còn trờng hợp phần xe chạy có làn xe trở lên và có dải phân cách thì lÊy trÞ sè nhá 3.4 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng và kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 3.4.1 §iÒu kiÖn tÝnh to¸n Theo tiêu chuẩn này kết cấu đợc xem là đủ cờng độ trị số mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đờng (hoặc kết cấu áo lề có gia cố) Ech lớn trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với hệ số dự trữ cờng độ độ võng K ❑dv ®cd ợc xác định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn Ech K ❑dv Eyc ; (3.4) cd 3.4.2 Xác định hệ số cờng độ và chọn độ tin cậy mong muốn Hệ số cờng độ độ võng K ❑dv (3.4) đợc chọn tuỳ thuộc vào độ tin cd cËy thiÕt kÕ nh ë B¶ng 3-2 Bảng 3-2: Xác định hệ số cờng độ độ võng phụ thuộc độ tin cậy §é tin cËy Hệ số cờng độ K ❑dv cd 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80 1,29 1,17 1,10 1,06 1,02 Có thể chọn độ tin cậy thiết kế các loại đờng và cấp hạng đờng nh Bảng 3-3 theo nguyên tắc đờng có tốc độ thiết kế càng cao, thời hạn thiết kế càng dài thì chọn độ tin cậy càng cao nhng không đợc nhỏ trị số nhỏ Bảng 33 Ngoài ra, chủ đầu t có thể vào yêu cầu sử dụng để tự lựa chọn độ tin cậy muèn cã cho c«ng tr×nh Bảng 3-3 : Lựa chọn độ tin cậy thiết kế tuỳ theo loại và cấp hạng đờng (áp dụng cho kết cấu áo đờng và kết cấu áo có lề gia cố) Loại, cấp hạng đờng §êng cao tèc §êng « t« - CÊp I, II - CÊp III, cÊp IV - CÊp V, VI Đờng đô thị - Cao tốc và trục chính đô thị §é tin cËy thiÕt kÕ 0,90 , 0,95 , 0,98 0,90 , 0,95 , 0,98 0,85 , 0,90 , 0,95 0,80 , 0,85 , 0,90 0,90 , 0,95 , 0,98 0,85 , 0,90 , 0,95 - Các đờng đô thị khác §êng chuyªn dông 0,80 , 0,85 , 0,90 Các đoạn đờng nêu điểm Khoản 1.4 thiết kế kết cấu áo đờng cần chọn độ tin cậy cao so với các đoạn thông thờng ít là cấp 3.4.3 Xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu đợc xác định theo Bảng 3-4 tuỳ thuộc số trục xe tính toán Ntt xác định theo biểu thức (3.4) và tuỳ thuộc loại tầng mặt kết cấu áo đờng thiết kế Số trục xe tính toán áo lề có gia cố phải tuân theo quy định mục 3.3.3 Bảng 3.4: Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu (30) Lo¹i t¶i träng trôc tiªu chuÈn 10 12 Lo¹i tÇng mÆt CÊp cao A1 CÊp cao A2 CÊp thÊp B1 CÊp cao A1 CÊp cao A2 CÊp thÊp B1 Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc (MPa), tơng ứng với số trục xe tính toán (xe/ngày đêm/làn) 10 90 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 7000 147 122 94 161 133 111 160 135 178 153 192 207 224 235 91 64 127 103 79 133 110 82 146 120 98 173 146 190 163 204 218 235 253 Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu xác định đợc theo Bảng 3-4 không đợc nhỏ trị số tối thiểu quy định Bảng 3-5 Chú ý: Không đợc phép dùng trị số tối thiểu mô đun đàn hồi yêu cầu Bảng 3-5 nh đề xuất nhiệm vụ thiết kế kết cấu áo đờng (kể giai đoạn thiết kế sở phục vụ cho việc lập dự án khả thi) để trốn việc điều tra dự báo lợng giao thông theo mục 1.5.2 Trong trờng hợp trớc hết phải tiến hành điều tra dự báo lợng giao thông để từ đó xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu tuỳ theo số trục xe tính toán nh Bảng 3-4 sau đó so sánh với trị số Bảng 3-5 và chọn trị số lớn làm trị số Eyc thiÕt kÕ Bảng 3-5: Trị số tối thiểu mô đun đàn hồi yêu cầu (MPa) Loại tầng mặt kết cấu áo đờng thiết kÕ Loại đờng và cấp đờng CÊp cao CÊp thÊp CÊp cao A1 A2 B1 §êng « t« 180 (160) - §êng cao tèc vµ cÊp I 160 (140) - §êng cÊp II 140 (120) 120 (95) - §êng cÊp III 130 (110) 100 (80) 75 - §êng cÊp IV 80 (65) Kh«ng quy định - §êng cÊp V - §êng cÊp VI Đờng đô thị - §êng cao tèc vµ trôc chÝnh - §êng chÝnh khu vùc - §êng phè - §êng c«ng nghiÖp vµ kho tµng 190 155 120 155 100 130 95 130 75 70 100 50 - Đờng xe đạp, ngõ Ghi chó B¶ng 3-5: - Các trị số ngoặc là mô đun đàn hồi yêu cầu tối thiểu kết cấu lề gia cè 3.4.4 Các trờng hợp tính toán, phơng pháp tính toán và cách xác định Ech Sau xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu có thể có trờng hợp tính toán: Kiểm toán lại các phơng án cấu tạo kết cấu áo đờng đã đề xuất gồm các lớp vật liệu với bề dày đã giả thiết xem có thoả mãn điều kiện (3.4) hay không Trong trờng hợp này phải tính đợc Ech kết cấu so sánh với tích số K (31) dv ❑cd Eyc để đánh giá Đây là trờng hợp tính toán để đánh giá cờng độ kết cấu áo đờng cũ có BiÕt tÝch sè K ❑dv Eyc, tiến hành tính toán bề dày áo đờng để thoả mãn điều cd kiÖn (3.4) Đối với trờng hợp nêu trên việc tính toán có thể đợc thực với toán đồ Hình 3-1 Hình 3-1: Toán đồ để xác định mô đun đàn hồi chung hệ lớp Ech (Trị số ghi trên các đờng cong là tỷ số Ech ) E1 Theo toán đồ, biết mô đun đàn hồi phạm vi khu vực tác dụng E (cách xác định E0 xem mục 3.4.6), mô đun đàn hồi trung bình E ❑dc đã điều chỉnh (tức là tb E1) kết cấu áo đờng (cách xác định xem mục 3.4.5) và tổng bề dày kết cấu áo đ- (32) ờng H thì tính đợc Ech; ngợc lại biết Ech = K ❑dv Eyc, biÕt E ❑dc tøc lµ E1 vµ E0 cd tb thì tính toán đợc bề dày H cần thiết để thoả mãn điều kiện (3 5) Trong trờng hợp kết cấu áo đờng có tổng bề dày lớn (H/D>2) thì việc tính toán Ech có thể đợc tính theo công thức gần đúng nh dẫn Phụ lục F 3.4.5 Cách xác định trị số mô đun đàn hồi trung bình E tb và trị số mô đun đàn hồi chung Ech kết cấu áo đờng có nhiều lớp Vì kết cấu áo đờng mềm thờng có nhiều lớp nên cần quy đổi hệ lớp để áp dụng dạng toán đồ Hình 3-1 Việc quy đổi đợc thực lớp từ dới lên theo sơ đồ H×nh 3-2 vµ biÓu thøc (3.5) Hình 3-2: Sơ đồ đổi hệ lớp hệ lớp (C¸c líp ký hiÖu sè thø tù t¨ng dÇn tõ díi lªn) ' tb E ❑ = E1 [ 1+k t 1+k ] ; (3-5) đó: k =h2/h1; t =E2/E1 với h2 và h1 là chiều dày lớp trên và lớp dới áo đờng; E2 và E1 là mô đun đàn hồi vật liệu lớp trên và lớp dới Việc đổi hệ nhiều lớp và hệ lớp đợc tiến hành từ dới lên, có hai lớp vật liệu quy đổi lớp bề dày H’ = h1 + h2 và có trị số mô đun đàn hồi E ❑'tb tính theo (3.5) Sau đó lại xem lớp H’ (với E ❑'tb ) là lớp dới và tiếp tục quy đổi nó cùng với lớp trên nó thµnh mét líp cã bÒ dµy H = H’+ h3 vµ E ❑'tb tÝnh theo (3.5) nhng víi E ❑'tb líp nµy đóng vai trò E1 và K = h3/H’, t=E3/E ❑'tb Sau quy đổi nhiều lớp áo đờng lớp thì cần nhân thêm với E tb hệ số điều chỉnh xác định theo Bảng 3-6 để đợc trị số E ❑dc tb : E ❑dc = E ❑'tb víi =1,114.(H/D)0,12 tb B¶ng 3-6: HÖ sè ®iÒu chØnh (3-6) Tû sè H/D 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 HÖ sè 1,033 1,069 1,107 1,136 1,178 1,198 1,210 Chó thÝch B¶ng 3-6 vµ biÓu thøc 3-6 : - H là bề dày toàn kết cấu áo đờng; D là đờng kính vệt bánh xe tính toán Khi H/D >2 th× cã thÓ tÝnh theo biÓu thøc (3-6) dc dc - Trêng hîp kÕt qu¶ tÝnh E ❑dc tb > E1 hoÆc E ❑tb >E2 th× lÊy gi¸ trÞ E ❑tb b»ng gi¸ trÞ lín nhÊt cña hai gi¸ trÞ E1 vµ E2 TrÞ sè E ❑dc tính theo (3.6) dùng để tính toán tiếp trị số Ech kết cấu theo toán đồ tb Hình 3-1 và nh cách thiết kế tiện lợi hệ nhiều lớp là áp dụng trờng hợp nªu ë môc 3.4.4 (33) Trêng hîp muèn tÝnh bÒ dµy th× cÇn gi¶ thiÕt tríc cÊu t¹o c¸c líp vËt liÖu (biÕt m« ®un đàn hồi các lớp này và tỷ số bề dày các lớp kề nhau), từ đó theo (3.5) tính E tb, với Etb (cha điều chỉnh) và cho Ech= Eyc lại áp dụng toán đồ Hình 3-1 để tính đợc tỷ số H/D để xác định bề dày H áo đờng cách gần đúng (gần đúng vì Etb lúc này cha đợc điều chỉnh chính hệ số lại phụ thuộc vào H/D) Để chính xác hoá trị số H cần dựa vào tỷ số H/D tính đợc với Etb cha điều chỉnh này để giả thiết vài trị số H/D khác nhỏ tính nghiệm lại theo cách thử dần vừa thoả mãn (3.5) và điều kiện (3.4) Với tỷ số H/D đợc chính xác hoá và với tỷ số bề dày đã giả thiết ta tính đợc bề dày các lớp áo đờng thiết kế 3.4.6 Xác định trị số mô đun đàn hồi E0 phạm vi khu vực tác dụng mặt đất dới áo đờng Đối với kết cấu áo đờng giai đoạn thiết kế sở lập dự án đầu t, t vấn thiết kế phải thực thí nghiệm xác định E tơng ứng với loại hình gây ẩm dự b¸o trªn c¸c mÉu thÝ nghiÖm phßng theo c¸c ph¬ng ph¸p chØ dÉn ë Phô lôc B, thí nghiệm xác định số sức chịu tải CBR và dùng tơng quan E0 = f(CBR) thực nghiệm để gián tiếp xác định E đồng thời so sánh các kết trên với các trị số tra bảng tuỳ theo độ chặt và độ ẩm (tơng đối) bất lợi để định trị số E0 dùng tính toán cờng độ kết cấu áo đờng cho đoạn đờng khác dọc tuyến (Khi tra bảng xác định E trớc hết phải xác định loại hình gây ẩm kết cấu áo đờng thiết kế nh dẫn Phụ lục B) Trong trờng hợp khu vực tác dụng đờng gồm nhiều lớp không đồng vật liệu, loại đất, độ chặt và độ ẩm (nh trờng hợp có bố trí lớp đáy áo đờng trờng hợp đào đắp với các lớp đất khác nhau…) thì từ trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm các lớp E tn từ trị số CBR các lớp khác đó phải tính trị số E tn trung bình trị số CBR trung bình cho phạm vi khu vực tác dụng theo các cách dẫn Phụ lục B để suy trị số mô đun đàn hồi E đại diện cho phạm vi khu vực tác dụng đờng giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế vẽ thi công kết cấu áo đờng míi, t vÊn thiÕt kÕ ph¶i dù tÝnh vµ kÞp thêi bè trÝ ®o Ðp t¹i hiÖn trêng b»ng b¶n Ðp đờng kính 33cm để xác định trị số mô đun đàn hồi E theo phơng pháp dẫn Phụ lục D trên các đoạn đờng điển hình vừa thi công xong để kiểm nghiệm lại trị số E0 đã dùng tính toán thiết kế Nếu trị số E0 thực đo nhỏ trị số đã dùng để thiết kế thì phải kịp thời đa các giải pháp điều chỉnh lại kết cấu thiết kế (tăng cờng cờng độ đất phạm vi khu vực tác dụng tăng bề dày lớp móng áo đờng…) Việc đo ép nên cố gắng thực vào thời kỳ bất lợi đờng, đo ép vào mùa khô thì có thể tham khảo Phụ lục B để điều chØnh vÒ thêi kú bÊt lîi Trờng hợp thiết kế cải tạo, tăng cờng kết cấu áo đờng cũ, cần thiết có thể sử dụng phơng pháp đo ép thử nghiệm trờng nh dẫn Phụ lục D để xác định trị số mô đun đàn hồi đất phạm vi khu vực tác dụng nhằm phôc vô cho tÝnh to¸n thiÕt kÕ Khi thiÕt kÕ kÕt cÊu cã tÇng mÆt lµ lo¹i cÊp thÊp B1 hoÆc B2, nÕu kh«ng cã ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm ë phßng (nh nªu ë ®iÓm 1) vµ ®o Ðp hiÖn trêng (nh nªu ë điểm 2) thì cho phép chủ yếu dựa vào các bảng Phụ lục B để xác định trị số E dùng tính toán giai đoạn thiết kế Tuy nhiên phải đánh giá chất lợng tiêu CBR và thông qua các tơng quan E0 =f(CBR) để kiểm tra lại trị số E0 đã chọn theo cách tra bảng, có sai khác thì chọn trị số Eo nhỏ chúng để tính toán thiết kế 3.4.7 Xác định trị số mô đun đàn hồi các lớp vật liệu kết cấu áo đờng Trong giai đoạn thiết kế, các đờng ô tô với tầng mặt là loại đờng cấp thấp B1, B2 thì trị số mô đun đàn hồi các lớp kết cấu các loại vật liệu (34) khác đợc phép lấy theo trị số các bảng Phụ lục C tiêu chuẩn này để tính toán thiết kế Điều này không áp dụng đờng thiết kế có tầng mÆt lµ lo¹i cÊp cao A1 vµ A2 Khi thiết kế kết cấu áo đờng có tầng mặt là loại cấp cao A1 và A2 thì giai đoạn thiết kế sở lập dự án đầu t đã phải thực các việc sau đây: - ThiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp vËt liÖu cho mçi líp kÕt cÊu (tû lÖ phèi hîp c¸c thành phần hạt, tỷ lệ trộn vật liệu hạt khoáng với chất liên kết) nh lớp bê tông nhựa, lớp đất loại đá gia cố chất liên kết, lớp cấp phối đá dăm cấp phối thiên nhiên… trên sở các vật liệu thực tế dự kiến sử dụng dọc tuyến; theo đó chế bị các mẫu vật liệu tơng ứng với thành phần đã thiết kế nêu trên, tiến hành các thí nghiệm phòng nh cách đã dẫn Phụ lục C để xác định trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm chúng - So s¸nh c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm phßng víi c¸c trÞ sè tra b¶ng ë Phô lôc C để định trị số mô đun đàn hồi dùng để tính toán lớp kết cấu (dïng trÞ sè nhá h¬n) ë c¸c giai ®o¹n thiÕt kÕ tiÕp theo còng thùc hiÖn c¸c viÖc nªu trªn nh»m chÝnh xác hoá trị số thông số tính toán cho đoạn đờng có điều kiện vật liệu chỗ kh¸c Trong trờng hợp, trị số mô đun đàn hồi vật liệu phải đợc xác định nhiệt độ tính toán nh quy định mục 3.1.5 3.5 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng và kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất và các lớp vật liệu kém dính kết 3.5.1 §iÒu kiÖn tÝnh to¸n : Kết cấu áo đờng có tầng mặt là loại A1, A2 và B1 đợc xem là đủ cờng độ thoả m·n biÓu thøc (3.7): Tax + Tav C tt tr K cd ; (3.7) đó: Tax : ứng suất cắt hoạt động lớn tải trọng bánh xe tính toán gây đất lớp vật liệu kém dính (MPa); Tax đợc xác định theo mục 3.5.2 Tav : ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây điểm xét (MPa) Tav đợc xác định theo mục 3.5.3 K ❑trcd là hệ số cờng độ chịu cắt trợt đợc chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế nh Bảng 3-7 Bảng 3-7: Chọn hệ số cờng độ cắt trợt tùy thuộc độ tin cậy §é tin cËy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80 HÖ sè K 1,10 1,00 0,94 0,90 0,87 tr ❑cd Việc chọn độ tin cậy thiết kế đợc thực cho kết cấu áo đờng và kết cấu áo lề theo chØ dÉn ë B¶ng 3-3 Ctt : Lực dính tính toán đất vật liệu kém dính (MPa) trạng thái độ ẩm, độ chặt tính toán Xác định theo phơng pháp thí nghiệm cắt nhanh nh dẫn Phụ lục B với các hệ số xét đến số yếu tố ảnh hởng khác xem mục 3.5.4 Chú ý: Không cần kiểm tra điều kiện (3.7) kết cấu áo đờng có tầng mặt là loại cấp thÊp B1, B2 (35) 3.5.2 Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn Tax Việc xác định Tax đợc thực thông qua việc xác định theo toán đồ Hình 3-2 (khi T ax p (biết p tính đợc Tax) H =0ữ 2,0 ) toán đồ Hình 3-3 (khi D H =0÷ 4,0 ) D Các toán đồ này đợc lập theo sơ đồ tính toán hệ lớp có làm việc đồng thời các lớp áo đờng phía trên và đất phía dới với hệ số Poisson 1 = 0,25 vật liệu áo đờng và 2 = 0,35 đất, đó thể mối quan hệ tỷ số H/D (bề dày t ơng đối áo đờng), tỷ số mô đun đàn hồi lớp trên và lớp dới E1/E2 với tỷ số Tax/p (p là áp lực tải trọng tính toán) các trờng hợp góc ma sát đất khác Trình tự xác định Tax/p đợc dẫn các mũi tên trên toán đồ và lu ý phải chän trÞ sè ë tr¹ng th¸i tÝnh to¸n bÊt lîi (Phô lôc B) H/D T ax Hình 3-2: Toán đồ xác định ứng suất trợt từ tải trọng bánh xe lớp dới hệ p hai líp (H/D = 02,0) (36) H/D T ax p Hình 3-3: Toán đồ để xác định ứng suất trợt từ tải trọng bánh xe lớp dới hệ hai líp (H/D = 04,0) Khi kiểm tra trợt đất dới đáy áo đờng, để áp dụng toán đồ tìm Tax phải đổi hệ nhiÒu líp vÒ hÖ líp theo c¸ch nªu ë môc 3.4.5 (c«ng thøc 3.5 vµ 3.6); lóc nµy trÞ sè E tb tính đợc đóng vai trò E1 và trị số mô đun đàn hồi đất E đóng vai trò E2 Khi kiểm tra trợt lớp vật liệu kém dính thì trị số E phải đợc thay trị số mô đun đàn hồi chung Ech trên mặt lớp đó (trong c và dùng trị số tính toán lớp đó), còn trị số E1 phải đợc thay trị số mô đun đàn hồi trung bình Etb các lớp nằm trên nó Lúc này trị số Ech đợc xác định theo cách nêu 3.4.4 và toán đồ Hình 3-1 với trị số Etb đợc xác định theo (3.5) và (3.6) 3.5.3 Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân Tav Xác định Tav đợc thực với toán đồ Hình 3-4 tuỳ thuộc vào bề dày tổng cộng H các lớp nằm trên lớp tính toán và trị số ma sát đất vật liệu lớp đó Chú ý trị số Tav có thể mang dấu âm dơng và phải dùng dấu đó công thức (3.7) (37) +Tav 0.003 0.002 0.001 0.001 20 40 60 80 100 ChiÒu dÇy mÆt h= (cm) 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 T av ( MPa ) Hình 3-4: Toán đồ tìm ứng suất cắt hoạt động Tav trọng lợng thân mặt đờng (ở toán đồ này Tav đợc tính MPa) 3.5.4 Xác định trị số lực dính tính toán Ctt Trị số Ctt đợc xác định theo biểu thức (3.8) Ctt = C K1 K2 K3 ; (3.8) đó: C: lực dính đất vật liệu kém dính xác định từ kết thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tơng ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán (MPa); với đất phải tiêu biểu cho sức chống cắt trợt phạm vi khu vực tác dụng đờng; K1 : hệ số xét đến suy giảm sức chống cắt trợt đất vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động Với kết cấu áo đờng phần xe chạy thì lấy K1=0,6; với kết cấu áo lề gia cố thì lấy K1 = 0,9 để tính toán; K2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo làm việc không đồng kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hởng nhiều lu lợng xe chạy càng lớn, K2 đợc xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng ngày đêm nh Bảng 3-8 Bảng 3-8: Xác định hệ số K2 tuỳ thuộc số trục xe tính toán Sè trôc xe tÝnh to¸n Díi Díi Díi Trªn (trục/ngày đêm/làn) 100 1000 5000 5000 HÖ sè K2 1,0 0,8 0,65 0,6 Ghi chó B¶ng 3-8: Số trục xe tính toán đợc xác định theo mục 3.3.3; Khi kiÓm to¸n ®iÒu kiÖn chÞu c¾t trît cña kÕt cÊu ¸o lÒ cã gia cè th× lÊy hệ số K2 = 1,0; riêng với kết cấu áo lề có tầng mặt loại cấp thấp B1 thì đợc lấy K2 = 1,23 (38) K3 : hệ số xét đến gia tăng sức chống cắt trợt đất vật liệu kém dính điều kiện chúng làm việc kết cấu khác với mẫu thử (đất vật liệu đợc chặn giữ từ các phía …); ngoài hệ số này còn để xét đến khác biệt điều kiện tiếp xúc thực tế các lớp kết cấu áo đờng với đất so với điều kiện xem nh chúng dính kết chặt (tạo làm việc đồng thời) áp dụng toán đồ Hình 3-2 và 3-3 cho tr ờng hợp đất đất kém dính Cụ thể trị số K đợc xác định tuỳ thuộc loại đất khu vực tác dụng đờng nh dới đây: - Đối với các loại đất dính (sét, á sét, á cát …) K3 = 1,5; - Đối với các loại đất cát nhỏ K3 = 3,0; - Đối với các loại đất cát trung K = 6,0; - Đối với các loại đất cát thô K3 = 7,0 3.5.5 Xác định các thông số phục vụ việc tính toán theo điều kiện chịu cắt trợt Việc xác định trị số mô đun đàn hồi đất và các lớp vật liệu thực nh các quy định các mục 3.1.5, 3.4.6 và 3.4.7 Đối với đất và các vật liệu kém dính, giai đoạn thiết kế sở có thể tham khảo các trị số C, các bảng Phụ lục B và Phụ lục C để tính toán nhng sang giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế vẽ thi công phải thí nghiệm phòng để xác định trị số lực dính C và góc ma sát theo phơng pháp c¾t nhanh nh chØ dÉn ë Phô lôc B vµ Phô lôc C 3.6 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng và kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuÈn chÞu kÐo uèn c¸c líp vËt liÖu liÒn khèi 3.6.1 §iÒu kiÖn tÝnh to¸n: Theo tiêu chuẩn này, kết cấu đợc xem là đủ cờng độ thoả mãn điều kiện (3.9) dới đây: ku ku R tt ku K cd ; (3.9) đó: ku : ứng suất chịu kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối dới tác dụng tải trọng bánh xe (xác định theo mục 3.6.2); Rku tt : cờng độ chịu kéo uốn tính toán vật liệu liền khối (xác định theo mục 3.6.3); ku K cd : hệ số cờng độ chịu kéo uốn đợc chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế giống nh víi trÞ sè K trcd Bảng 3-7 Việc chọn độ tin cậy thiết kế theo dẫn Bảng 33 Chỉ phải tính toán kiểm tra điều kiện (3.9) các lớp bê tông nhựa, hỗn hợp đá trộn nhựa, các lớp đất, cát gia cố, đá gia cố chất liên kết vô sử dụng kết cấu áo đ ờng cấp cao A1 và A2 (xem mục 3.1.4) Riêng lớp thấm nhập nhựa và các lớp đất, đá gia cè nhùa láng th× kh«ng cÇn kiÓm tra 3.6.2 Xác định ku ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp vật liệu liền khối ku đợc xác định theo biÓu thøc (3.10) ku = σ ku p k b ; (3.10) đó: p : ¸p lùc b¸nh cña t¶i träng trôc tÝnh to¸n nªu ë c¸c môc 3.2.1 vµ 3.2.2; kb : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất kết cấu áo đờng dới tác dụng tải trọng tính toán là bánh đôi bánh đơn; kiểm tra với cụm bánh đôi (là trờng hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩn) thì lấy kb = 0,85, còn kiểm tra với cụm bánh đơn tải trọng trục đặc biệt nặng (nếu có) thì lấy kb = 1,0 (39) σ ku : ứng suất kéo uốn đơn vị; trị số này đợc xác định theo toán đồ Hình 3-5 cho trờng hîp tÝnh σ ku đáy các lớp liền khối tầng mặt tuỳ thuộc vào tỷ số h1/D và E1/Echm và xác định theo toán đồ 3-6 cho trờng hợp tính σ ku đáy các lớp liền khối tầng móng σ ku =f(h1/D, E1/E2, E2/E3) Các ký hiệu đó có ý nghĩa nh sơ đồ tính ghi góc toán đồ cụ thể là: - h1 là tổng bề dày các lớp kết cấu kể từ đáy lớp đợc kiểm tra kéo uốn trở lên đến bề mặt áo đờng - E1 là mô đun đàn hồi trung bình các lớp nằm phạm vi h 1; E1 có thể đợc tính theo biểu thức (3.6) tính với nguyên tắc bình quân gia quyền theo bề dµy, tøc lµ E1 = ∑ E i hi h1 (Ei , hi là trị số mô đun đàn hồi và bề dày các lớp i ph¹m vi h1) - D là đờng kính vệt bánh xe tính toán (xem các mục 3.2.1 và 3.2.2) - Ech.m là mô đun đàn hồi chung đất và các lớp nằm phía dới đáy lớp vật liệu liền khối đợc kiểm tra Trị số Ech.m đợc xác định theo cách quy đổi đất vµ c¸c líp n»m phÝa díi líp ®ang xÐt nªu trªn vÒ hÖ hai líp tõ díi lªn xem môc 3.4.5 áp dụng toán đồ Hình 3-1 (40) Hình 3-5: Toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị σ ku các lớp tầng mặt (số trên đờng cong là tỉ số E1/Ech, móng) Hình 3-6 Toán đồ tìm ứng suất kéo uốn đơn vị σ ku các lớp liền khối tầng móng (số trên đờng cong là E1/E2 và trên đờng tia là E2/E3) Chú ý: đây E3 chính là Ech.m (mô đun đàn hồi chung đất và các lớp nằm phía dới đáy lớp liền khối đợc kiểm tra) 3.6.3 Xác định Rku tt Cờng độ chịu kéo uốn tính toán vật liệu liền khối đợc xác định theo biểu thức (3.11): ku (3.11) Rtt = k1 k2 Rku ; đó: Rku : cờng độ chịu kéo uốn giới hạn nhiệt độ tính toán (xem mục 3.1.5) và tuổi mẫu tÝnh to¸n (víi vËt liÖu gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬) díi t¸c dông cña t¶i träng t¸c dông lÇn xác định theo dẫn Phụ lục C k2 : hệ số xét đến suy giảm cờng độ theo thời gian so với các tác nhân khí hậu thời tiÕt Víi c¸c vËt liÖu gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬ lÊy k = 1,0; cßn víi bª t«ng nhùa lo¹i II, (41) bª t«ng nhùa rçng vµ c¸c lo¹i hçn hîp vËt liÖu h¹t trén nhùa lÊy k = 0,8; víi bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I vµ bª t«ng nhùa chÆt dïng nhùa polime lÊy k2 = 1,0 k1 : hệ số xét đến suy giảm cờng độ vật liệu bị mỏi dới tác dụng tải trọng trùng phục; k1 đợc lấy theo các biểu thức dới đây: - §èi víi vËt liÖu bª t«ng nhùa: k1 = 11,11 N 0,22 e ; (3.12) - Đối với vật liệu đá (sỏi cuội) gia cố chất liên kết vô k1 = , 86 N 0e ,11 ; (3.13) - Đối với vật liệu đất gia cố chất liên kết vô k1 = 2, 22 ,11 Ne ; (3.14) Trong c¸c biÓu thøc trªn Ne lµ sè trôc xe tÝnh to¸n tÝch luü suèt thêi h¹n thiÕt kÕ thông qua trên làn xe (xác định nh dẫn Khoản A.2 Phụ lục A) Với các lớp bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I vµ bª t«ng nhùa polime, thêi h¹n thiÕt kÕ lÊy b»ng 15 n¨m; cßn víi c¸c lo¹i bª t«ng nhùa vµ hçn hîp nhùa kh¸c lÊy b»ng 10 n¨m Đối với các lớp móng gia cố chất liên kết vô cơ, thời hạn thiết kế đợc lấy thời hạn thiết kế tầng mặt đặt trên nó 3.6.4 Xác định các thông số phục vụ việc tính toán theo điều kiện chịu kéo uốn Việc xác định trị số mô đun đàn hồi đất và các lớp vật liệu thực nh các quy định các mục 3.1.5 , 3.4.6 và 3.4.7 Về cờng độ chịu kéo uốn, giai đoạn thiết kế sở lập dự án đầu t có thể tham kh¶o c¸c trÞ sè ë Phô lôc C nhng sang giai ®o¹n thiÕt kÕ kü thuËt vµ thiÕt kÕ vẽ thi công phải xác định thông qua chế bị mẫu và thử nghiệm phong nh hớng dẫn Phụ lục C Mẫu thử phải đúng với vật liệu sử dụng làm lớp kết cÊu vÒ thµnh phÇn vËt liÖu vµ vÒ c¸c ®iÒu kiÖn khèng chÕ kh¸c CHơng Thiết kế tăng cờng, cải tạo đờng cũ 4.1 C¸c néi dung, yªu cÇu vµ nguyªn t¾c thiÕt kÕ 4.1.1 C¸c trêng hîp ¸p dông Các trờng hợp cải tạo có sử dụng toàn phần kết cấu áo đờng cũ thì ph¶i ¸p dông c¸c nguyªn t¾c cÊu t¹o vµ tÝnh to¸n thiÕt kÕ nªu ch¬ng nµy 4.1.2 Các yêu cầu chung thiết kế tăng cờng, cải tạo đờng cũ Thiết kế tăng cờng, mở rộng kết cấu áo đờng cũ bao gồm phần lề gia cố phải đạt đợc các yêu cầu đề cập các mục 1.2.1, 1.2.3, 1.2.4, 1.2.5, 1.2.6 Chơng Các yêu cầu nêu trên phải bảo đảm đạt đợc đồng trên kết cấu cũ và phần míi më réng D¹ng h×nh häc trªn toµn bÒ réng phÇn xe ch¹y vµ lÒ (bao gåm phÇn trªn kÕt cÊu cũ và phần mở rộng mới) phải thống để tạo mui luyện đúng với các tiêu chuẩn thiết kế và đảm bảo độ dốc ngang đề cập mục 2.6.2 (42) 4.1.3 C¸c nguyªn t¾c thiÕt kÕ Trên các đoạn đờng cũ (nhất là đoạn có mặt đờng cấp thấp B1, B2) thờng xuyªn bÞ Èm ít, lÇy bÈn th× kh«ng nªn t¨ng cêng b»ng c¸c lo¹i tÇng mÆt r¶i nhùa trùc tiÕp trªn chóng; mµ tríc hÕt ph¶i thiÕt kÕ tho¸t níc, c¶i thiÖn tr¹ng th¸i Èm, chặt khu vực tác dụng đờng (tôn cao nền, đầm nén lại v v ) và nên cầy xới mặt đờng cũ để cải thiện độ ổn định nớc cách trộn thêm các vật liệu h¹t tèt hoÆc chÊt liªn kÕt v« c¬ tríc r¶i líp t¨ng cêng phÝa trªn Phải xử lý sửa chữa tốt mặt đờng cũ để tăng cờng nh vá các ổ gà, đào thay đất c¸c chç nÒn bÞ "cao su", söa ch÷a c¸c chç bÞ vÕt h»n b¸nh xe, nøt nÎ bong trãc vµ phải làm lớp bù vênh để tạo lại đúng hình dạng cần có mặt đòng cũ Đối với mặt đờng cũ cấp cao (có sử dụng nhựa) thì nên cố gắng tận dụng, cần có thể áp dụng công nghệ tái sinh (cầy xới bổ sung vật liệu nhựa) để tạo lại lớp kết cấu có đủ cờng độ Phải làm vệ sinh mặt đờng cũ bảo đảm dính kết tốt mặt kÕt cÊu víi líp t¨ng cêng ë trªn Phải đề xuất các phơng án cải tạo tăng cờng mặt đờng cũ trên sở điều tra xác định đúng tình trạng h hỏng, chất lợng khai thác sử dụng, cờng độ chung kết cấu áo đờng và nguyên nhân xuống cấp, h hỏng chúng (do yếu, vật liệu các lớp kết cấu kém, yếu tố xe cộ yếu tố môi trờng tác động ) C¸c ph¬ng ¸n chñ yÕu lµ: C¶i t¹o toµn diÖn kÕt cÊu tõ nÒn trë lªn, hoÆc gi÷ l¹i nÒn vµ mét sè líp kÕt cÊu cò tËn dông lµm líp mãng cho kÕt cÊu c¶i t¹o, hoÆc trùc tiÕp t¨ng cêng lªn trªn líp mÆt cò Về cao độ thiết kế thì có phơng án tôn cao với các lớp tăng cờng trên mặt đờng cũ và phơng án không tôn cao tuỳ thuộc vào việc xem xét đến cao độ quy hoạch (nhất là đờng đô thị khả tôn cao thờng là bị hạn chế) và xem xét ảnh hởng việc tôn cao đến chiều cao tĩnh không cần đảm bảo cho xe lu thông trên đờng (ë nh÷ng chç nót giao kh¸c møc, cã cÇu vît ) NÕu kh«ng cho phÐp t«n cao th× cã thể áp dụng giải pháp đào thay các lớp kết cấu cũ với các lớp kết cấu vật liệu tốt kết hợp cải thiện khu vực tác dụng đất 4.2 Yêu cầu việc thiết kế cấu tạo tăng cờng và mở rộng kết cấu áo đờng cũ 4.2.1 Líp bï vªnh Để đảm bảo các yêu cầu nêu mục 4.1.2, trên mặt đờng cũ bắt buộc phải làm lớp bù vênh trớc rải các lớp tăng cờng phía trên nhằm bù phụ bề mặt đờng cũ, tạo mui luyện mặt đờng cũ phù hợp với độ dốc ngang phần xe chạy thiết kế Lớp bù vênh phải đợc xem là lớp riêng, thi công riêng Vì bề dày lớp bù vênh có thể thay đổi phạm vi phần xe chạy, việc chọn vật liệu làm lớp bù vênh phải chú ý đến bề dày tối thiểu lớp kết cấu tuỳ theo vật liệu quy định mục 2.4.2 và các chú ý sau: - Để thi công thuận lợi và bảo đảm chỗ lớp bù vênh mỏng vật liệu không bị rời rạc thì nên sử dụng hỗn hợp đá nhựa hay thấm nhập nhựa để làm lớp bù vênh Điều nµy lµ b¾t buéc trêng hîp líp t¨ng cêng trªn líp bï vªnh lµ hçn hîp nhùa (bª t«ng nhùa, thÊm nhËp nhùa ) - Cã thÓ bï vªnh b»ng c¸c vËt liÖu h¹t cã kÝch cì phï hîp víi bÒ dµy bï vªnh tèi thiÓu nÕu phÝa trªn lµ líp máng t¨ng cêng còng b»ng vËt liÖu h¹t kh«ng sö dông chÊt liªn kÕt - Trong trờng hợp không đợc sử dụng vật liệu hạt gia cố đất gia cố chất liên kết vô để làm lớp bù vênh NÕu líp bï vªnh b»ng hçn hîp nhùa th× tríc r¶i líp bï vªnh còng ph¶i tíi líp nhùa thÊm b¸m hoÆc dÝnh b¸m nh yªu cÇu nªu ë c¸c môc 2.2.10 vµ 2.2.11 (43) 4.2.2 CÊu t¹o c¸c líp kÕt cÊu t¨ng cêng n»m trªn líp bï vªnh Các yêu cầu cấu tạo các lớp nêu trên phải tuân thủ theo dẫn Chơng nh cấu tạo kết cấu 4.2.3 Kết cấu áo đờng mềm tăng cờng trên kết cấu cũ là mặt đờng bê tông xi măng trªn kÕt cÊu cò cã líp gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬ Đối với các trờng hợp này yêu cầu thiết kế cấu tạo chủ yếu là tránh đợc tợng nứt ph¶n ¶nh lan truyÒn tõ phÝa kÕt cÊu cò lªn mÆt cña kÕt cÊu míi Trêng hîp kÕt cÊu cò cã líp vËt liÖu nöa cøng th× kÕt cÊu t¨ng cêng ph¶i tu©n thñ theo chØ dÉn ë ®iÓm môc 2.2.9 Trờng hợp kết cấu tăng cờng có tầng mặt bê tông nhựa trên kết cấu cũ là mặt đờng bê tông xi măng thì nên chú ý các dẫn sau: - Chỉ nên sử dụng mặt đờng bê tông xi măng làm tầng móng để trực tiếp rải lớp tăng cờng bê tông nhựa lên trên mặt đờng này tơng đối tốt, cụ thể là diện tích có khe nứt bê tông xi măng cũ chiếm dới 10% tổng diện tích mặt đờng và độ cập kênh các (chênh lệch cao độ mép tấm) nhỏ 10mm; - BÒ dµy tÇng mÆt bª t«ng nhùa t¨ng cêng trùc tiÕp trªn bª t«ng xi m¨ng cò cã thể đợc tính theo dẫn tiêu chuẩn 22 TCN 223, nhng để tránh nứt phản ảnh thì tèi thiÓu ph¶i lµ 16-18cm §Ó gi¶m tèn kÐm cã thÓ thay thÕ phÇn bª t«ng nhùa phÝa dới hỗn hợp đá dăm trộn nhựa loại có độ rỗng lớn từ 25-35%, nhằm tạo tác dụng cắt giảm nứt cho lớp bê tông nhựa (không nên dùng cấp phối đá dăm làm lớp độn cắt giảm nứt); - Để tạo tác dụng cắt giảm nứt có thể sử dụng lớp vải địa kỹ thuật, vải lới ô vu«ng b»ng sîi tæng hîp, sîi thuû tinh Khi ¸p dông gi¶i ph¸p nµy nªn lµm thö nghiệm theo dẫn các hãng sản xuất trớc định sử dụng đại trà 4.2.4 Yêu cầu cấu tạo kết cấu mở rộng mặt đờng cũ Yêu cầu chính là phải bảo đảm phần mở rộng liên kết với kết cấu cũ và có độ võng xe chạy qua tơng đơng so với kết cấu cũ để tránh phát sinh đờng nứt và tích luỹ biến dạng không làm cho khu vực tiếp xúc cũ và kém b»ng ph¼ng vµ thÊm níc Để đảm bảo yêu cầu trên, trớc hết phần mở rộng phải chú trọng các giải pháp bảo đảm khu vực tác dụng đất đạt các yêu cầu nêu Khoản 2.5 và cấu tạo kết cấu mở rộng nên bố trí đủ các tầng, lớp nh kết cấu cũ với bề dày các lớp móng cã thÓ t¨ng thªm so víi mãng cò (hoÆc gi÷ nguyªn nhng sö dông vËt liÖu tèt h¬n để khỏi phải hạ thấp cao độ đáy móng) Ngoài ra, các lớp kết cấu mở rộng nên gối lªn c¸c trªn c¸c líp cò (t¹o bËc cÊp kÕt cÊu cò Ýt nhÊt lµ 0.5m) cho c¸c ® êng tiÕp xóc gi÷a c¸c líp kh«ng trïng tõ díi lªn trªn Sau thi c«ng lµm thö cã thÓ ®o vâng díi b¸nh xe nÆng tÝnh to¸n t¹i hai phÝa lân cận chỗ tiếp xúc kết cấu cũ và kết cấu mở rộng; độ võng chênh lệch đáng kể (trên 0.1mm) thì nên kịp thời điều chỉnh thiết kế lại (trong giai đoạn thiÕt kÕ b¶n vÏ thi c«ng) Lớp mặt tăng cờng (nếu có) đợc bố trí trên phần kết cũ đã bù vênh và phÇn më réng 4.2.5 Yªu cÇu cÊu t¹o chuyÓn tiÕp gi÷a c¸c ®o¹n cã bÒ dµy c¸c líp kÕt cÊu kh¸c Khi kết cấu áo đờng tăng cờng, cải tạo các đoạn kề liền gồm số lớp kết cấu khác bề dày các lớp kết cấu khác tạo thay đổi cao độ phần kết cấu cũ đợc tận dụng giữ lại thì thay đổi này phải đợc xử lý chuyển tiếp trên nguyên tắc không tạo độ dốc dọc phụ thêm trên bề mặt mặt đờng quá 0,5% đờng cao tốc, đờng cấp I, cấp II và 1% đờng cấp III trở xuống (44) 4.3 Điều tra thu thập số liệu phục vụ thiết kế tăng cờng, cải tạo áo đờng cũ 4.3.1 Phân đoạn đờng cũ để điều tra Thờng áo đờng cũ đã trải qua quá trình xây dựng sửa chữa phức tạp, vậy, để có giải pháp thiết kế tăng cờng cải tạo đúng đắn, trớc hết phải tiến hành phân đoạn điều tra kü tõng ®o¹n trªn c¬ së sù kh¸c biÖt vÒ c¸c ®iÒu kiÖn sau: - Loại đất phạm vi khu vực tác dụng và cấu tạo các lớp kết cấu áo đờng cũ (về vật liệu và bề dày lớp); - Loại hình tác động các nguồn ẩm (chiều cao đắp, mực nớc ngập và thêi gian tr× chóng ); - Tình trạng và mức độ h hỏng bề mặt theo các dạng h hỏng miêu tả Bảng 41; - Lu lîng vµ thµnh phÇn xe ch¹y Chiều dài phân đoạn đợc xác định tùy tình hình thực tế (không quy định chiều dài đoạn tối thiểu) nhng tối đa không đợc phân đoạn dài quá 1000m Bảng 4-1: Các dạng h hỏng trên bề mặt kết cấu áo đờng cũ D¹ng h TÇng mÆt nhùa TÇng mÆt Tiêu chí đánh giá mức độ nghiêm háng cÊp thÊp träng (CÊp A1, A2) B1 Nøt - Nøt däc, nøt - NhÑ: BÒ réng khe nøt <6mm ngang, nøt ph¶n kh«ng g©y xãc xe ch¹y qua; ¶nh - Võa: bÒ réng >6mm, g©y xãc; - NÆng: nøt réng, s©u, g©y va ®Ëp xe ch¹y qua - Nøt thµnh líi (nøt mai rïa hoÆc nøt thµnh miÕng) - Nhẹ: Các đờng nứt cha liên kết víi nhau; - Võa: §· liªn kÕt thµnh m¹ng; - NÆng: Nøt lan ngoµi ph¹m vi vÖt b¸nh xe vµ liªn kÕt víi nh da c¸ sÊu - Cách đo: Dùng thớc 1,22m đặt ngang vÖt h»n; cø c¸ch 7,5m ®o mét chç råi lÊy trÞ sè trung b×nh cho mçi ®o¹n - VÖt h»n s©u trung b×nh 6-13mm: nhÑ; 13-25mm:võa vµ >25mm: nÆng BiÕn d¹ng - VÖt h»n b¸nh, bÒ mÆt lón sôt - Lµn sãng, x« - Lµn sãng, - Nghiªm träng (kh«ng ph©n møc dån x« dån độ) - §Èy trît tråi - §Èy trît tråi - Nghiªm träng (kh«ng ph©n møc độ) MÊt mui - Nghiªm träng (kh«ng ph©n møc luyÖn độ) mui luyÖn ngîc (45) D¹ng h háng TÇng mÆt nhùa (CÊp A1, A2) TÇng mÆt cÊp thÊp B1 Tiêu chí đánh giá mức độ nghiêm träng H háng bÒ - Ch¶y nhùa - Diện tích càng lớn thì mức độ h mÆt háng cµng nÆng - Bong tróc, rời Bong tróc, rời - Không phân mức độ nghiêm r¹c r¹c träng - Mài mòn, lộ đá - æ gµ - æ gµ - §¸nh gi¸ theo chñ quan cña kü s điều tra; đã vá sửa tốt thì xếp mức độ nhẹ; cha vá sửa và ph¸t triÓn : nÆng Ghi chó B¶ng 4-1: Khi điều tra nên ớc tính diện tích mặt đờng có xuất các loại h hỏng nêu trªn S (m2) Khi tÝnh diÖn tÝch xuÊt hiÖn nøt däc, ngang hoÆc xiªn th× lÊy chiÒu dµi đờng nứt nhân với 1.0m rộng, còn nứt thành lới thì tính diện tích phạm vi nứt Các lo¹i h háng kh¸c còng cã thÓ tÝnh tæng diÖn tÝch ph¸t sinh h háng Có thể đánh giá mức độ h hỏng nghiêm trọng theo % diện tích h hỏng so với tæng diÖn tÝch ®o¹n ®iÒu tra 4.3.2 Thử nghiệm đánh giá cờng độ kết cấu áo đờng cũ và thu thập số liệu phục vụ thiÕt kÕ Việc thí nghiệm này phải đợc thực trên phân đoạn cần đo võng trùc tiÕp díi b¸nh xe (cÇn ®o Benkelman) theo chØ dÉn ë 22 TCN 251-98 (kÓ c¶ việc xử lý số liệu đo để xác định đợc mô đun đàn hồi chung đặc trng cho kết cấu áo đờng cũ đoạn) Sau đo độ võng mặt đờng cũ cần Benkelman thì có thể tham khảo dẫn Phụ lục III tiêu chuẩn 22 TCN 251-98 để tiến hành ®iÒu chØnh ph©n ®o¹n đoạn (nhỏ 1000m) đồng thời phải tiến hành đào bóc chỗ kết cấu áo đờng cũ để xác định bề dày các lớp kết cấu, tình trạng nh chất lợng chúng, xác định loại đất, lực dính C, góc ma sát và xác định trị số mô đun đàn hồi đất phơng pháp ép tĩnh phơng pháp lấy mẫu để thử nghiệm phòng theo cách hớng dẫn Phụ lục B tơng ứng với trạng thái ẩm bất lợi để từ đó tính cờng độ chung kết cấu áo đờng cũ theo cách dẫn mục 3.4.4 Chỗ đào bóc áo đờng cũ để thử nghiệm này phải trùng với điểm đo độ võng đàn hồi dới bánh xe (thờng chọn chỗ có tình trạng h hỏng đặc trng cho đoạn) để đối chiếu cờng độ tính từ dới lên (có xét đến trạng thái ẩm ớt bất lợi) và cờng độ tính toán theo độ võng đàn hồi đo đợc dới bánh xe từ đó có sở để dïng c¸c sè liÖu ®o vâng ë c¸c ®iÓm kh¸c trªn toµn ®o¹n mét c¸ch tin cËy h¬n C¸c yÕu tè ®iÒu tra, thu thËp sè liÖu dù b¸o giao th«ng, ®iÒu tra kh¶ n¨ng t¸c động nguồn gây ẩm, điều tra đất và vật liệu xây dựng đợc thực hiÖn nh chØ dÉn Kho¶n 1.5 (1.5.2, 1.5.3, 1.5.4 vµ 1.5.5) t¬ng øng víi c¸c giai ®o¹n thiết kế nh điều tra thu thập số liệu phục vụ thiết kế kết cấu áo đờng (46) 4.4 Tính toán cờng độ (bề dày) kết cấu tăng cờng cải tạo 4.4.1 Việc tính toán cờng độ (bề dày) kết cấu tăng cờng cải tạo mặt đờng cũ ph¶i tu©n theo c¸c yªu cÇu vµ nguyªn t¾c nªu Kho¶n 3.1 vµ c¸c chØ dÉn kh¸c nªu ë c¸c Kho¶n 2.3, 3.3, 3.4, 3.5 vµ 3.6 4.4.2 Tính toán bề dày tăng cờng trên mặt kết cấu áo đờng cũ trớc hết đợc thực theo toán đồ Hình 3-1 với trị số mô đun đàn hồi chung đặc trng cho kết cấu cũ phân đoạn Ech cũ đóng vai trò là Eo sơ đồ tính toán đồ này Sau đó, lần lợt kiểm tra đất và các lớp kết cấu khác theo dẫn Khoản 3.5 và 3.6 PHụ LụC A : Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác số trục xe tính toán, tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy và cách tính tải trọng trục tơng đơng nÆng nhÊt cña xe nhiÒu trôc A.1 Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác số trục xe tính toán A.1.1 Sè liÖu ban ®Çu Dựa vào kết điều tra giao thông đã dự báo đợc thành phần xe năm thứ sau đờng đợc đa vào khai thác sử dụng nh Bảng A-1 Để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu áo đờng cần quy đổi số trôc khai th¸c vÒ trôc xe tÝnh to¸n tiªu chuÈn lo¹i 100 kN (10 tÊn) Bảng A-1 : Dự báo thành phần giao thông năm đầu sau đa đờng vào khai thác sử dụng Träng lîng trôc Pi Sè Sè b¸nh cña mçi Kho¶ng c¸ch Lîng xe ni (kN) Lo¹i xe trôc côm b¸nh ë trôc gi÷a c¸c trôc xe/ngµy Trôc trTrôc sau sau sau (m) đêm íc sau T¶i trung 25,8 69,6 Cụm bánh đôi 300 T¶i nhÑ 18,0 56,0 Cụm bánh đôi 400 T¶i nÆng 48,2 100,0 Cụm bánh đôi 320 T¶i nÆng 45,4 90,0 Cụm bánh đôi <3,0 208 T¶i nÆng 23,1 73,2 Cụm bánh đôi >3,0 400 A.1.2 Tính số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn 100 kN: Việc tính toán quy đổi đợc thực nh mục 3.2.3 theo biểu thức (3.1) và (3.2); cụ thể là: (47) k N=∑ c1 c ni I=1 Pi 100 4 ( ) Víi C1 = 1+1,2(m-1) vµ C2 = 6,4 cho c¸c trôc tríc vµ trôc sau lo¹i mçi côm b¸nh chØ cã b¸nh vµ C = 1,0 cho các trục sau loại cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi) Việc tính toán đợc thực nh Bảng A -2 Kết tính đợc N = 1032 trục xe tiêu chuẩn / ngày đêm Bảng A-2: Bảng tính số trục xe quy đổi số trục tiêu chuẩn 100 kN Lo¹i xe Pi (kN) C1 C2 ni C1.C2.ni.()4,4 Trôc tríc 25,8 6,4 300 T¶i trung Trôc sau 69,6 1 300 61 Trôc tríc 18,0 6,4 400 * T¶i nhÑ Trôc sau 56,0 1 400 31 Trôc tríc 48,2 6,4 320 83 T¶i nÆng Trôc sau 100,0 1,0 320 320 Trôc tríc 45,4 6,4 208 41 T¶i nÆng Trôc sau 90,0 2,2 1,0 208 288 Trôc tríc 23,1 6,4 400 * T¶i nÆng Trôc sau 73,2 2** 1,0 400 203 Ghi chó ë B¶ng A-2: * Vì tải trọng trục dới 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến quy đổi (xem mục 3.2.3) ** Vì khoảng cách các trục sau lớn 3,0 m nên việc quy đổi đợc thực riêng trục, tức là C1=2,0 (xem môc 3.2.3) A.2 TÝnh sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch lòy thêi h¹n thiÕt kÕ A.2.1 Về nguyên tắc phải dựa vào kết dự báo hàng năm mục 1.5.2 tiêu chuẩn này để tính số trục xe tiªu chuÈn tÝch lòy thêi h¹n thiÕt kÕ Ne tøc lµ tÝnh theo biÓu thøc sau: t N e =∑ N i ; (A-1) đó: Ni là số trục xe quy đổi trục tiêu chuẩn năm i và t là thời hạn thiết kế (khi áp dụng quy định Bảng 2-2 lÊy t=15 n¨m) A.2.2 Trong trờng hợp dự báo đợc tỷ lệ tăng trởng lợng giao thông trung bình năm q (bao gồm các lợng giao th«ng nªu ë ®iÓm môc 1.5.2) th× cã thÓ tÝnh Ne theo biÓu thøc sau: ¿ ¿ ; ¿ N e =¿ (A-2) đó: N1 là số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm năm đầu đa đờng vào khai thác sử dụng (trục/ngày đêm): Trờng hợp biết số trục dự báo năm cuối thời hạn thiết kế N t (trục/ngày đêm) thì có thể tính N e theo biÓu thøc (A-3): ¿ ¿ t −1 1+q ¿ ¿ q¿ ¿ N e =¿ (A-3) Chú ý: Các biểu thức trên cho số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên chiều xe chạy Tùy mục đích sử dụng tính toán (nh trờng hợp tính theo mục 2.2.9 xác định bề dày tối thiểu tầng mặt nhựa xác định Rku theo mục 3.6.3) thì phải nhân thêm hệ số phân phối số trục tính toán trên làn xe f L để tt xác định số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên làn xe (trục/ngày đêm.làn) A.2.3 Ví dụ: Với số liệu ví dụ I.1 ta có thể tính đợc Ne tơng ứng với tỷ lệ tăng trởng lợng giao thông trung b×nh n¨m q=0,1 (10%) vµ t =15 n¨m lµ: (48) 1+0,1 ¿15 −1 ¿ trôc ¿ N e=¿ Nếu đờng có làn xe thì theo mục 3.3.2 f L = 0,55 và ta có số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên làn xe là: 6,582.106 trôc A.3 Cách xác định tải trọng trục tính toán xe nặng (hoặc rơ mooc) có nhiều trục theo mục 3.2.2: Tải trọng trục tính toán xe nặng (rơ mooc nặng) P tt đợc xác định gần đúng theo biểu thức A-4 để xét ¶nh hëng cña c¸c trôc kh¸c trªn cïng mét côm trôc: Ptt = Pn.kc ; (A-4) đó: Pn là tải trọng trục nặng số các trục trên cùng khung giá xe (kN); P n có thể đợc xác định thông qua chứng xuất xởng xe cân trực tiếp; k c là hệ số xét đến ảnh hởng các trục khác đợc xác định theo biểu thức (A-5): k c =a −b √ Lm − c ; (A-5) Trong (A-5) các ký hiệu đợc xác định nh sau: Lm lµ kho¶ng c¸ch tÝnh b»ng mÐt gi÷a c¸c trôc ngoµi cïng cña côm trôc (m) a, b, c lµ c¸c trÞ sè cho ë B¶ng A-3 B¶ng A-3 : C¸c trÞ sè a, b, c Sè trôc trªn cïng côm trôc cña xe (hoÆc r¬ mooc) a b c Hai trôc 1,7/1,52 0,43/0,36 0,50/0,50 Ba trôc 2,0/1,60 0,46/0,28 1,0/1,0 Ghi chú Bảng A-3: trị số a, b, c cho tử số áp dụng tính toán kết cấu áo đờng có tầng mặt loại cấp cao A1 và A2; trị số cho mẫu số áp dụng tính toán áo đờng cấp thấp (49) PHụ LụC B : Xác định các đặc trng tính toán đất phạm vi khu vùc T¸c dông B.1 Xác định độ ẩm tơng đối tính toán phạm vi khu vực tác dụng đất B.1.1 Đối với đào phải điều tra độ ẩm tơng đối W tn vào mùa bất lợi và độ chặt lớp 20 cm W nh phạm vi khu vực tác dụng theo mục 1.5.4 và lấy trị số độ ẩm tơng đối trung bình các lớp phạm vi này làm độ ẩm tính toán B.1.2 Đối với trờng hợp đắp đào có áp dụng các giải pháp chủ động cải thiện điều kiện đất phạm vi khu vực tác dụng (nh thay đất, đầm nén lại ) thì có thể xác định trị số độ ẩm tơng đối tính toán theo loại hình gây ẩm (hay loại hình chịu tác động các nguồn ẩm) kết cấu áo đ ờng nh sau: Loại I (luôn khô ráo) là loại đồng thời bảo đảm đợc các điều kiện và yêu cầu dới đây: - Khoảng cách từ mực nớc ngầm mực nớc đọng thờng xuyên phía dới đến đáy khu vực tác dụng h phải thỏa mãn điều kiện Bảng 2-6 mục 2.5.3 tiêu chuẩn này (tùy thuộc loại đất nền) Riêng với mức nớc đọng hai bên đờng, h không thỏa mãn điều kiện Bảng 2.6 nhng thời gian ngập dới tháng thì thay vì bảo đảm yêu cầu mục 2.5.4 đợc xem là đạt loại I; - Kết cấu áo đờng phải có tầng mặt không thấm nớc và tầng móng vật liệu gia cố chất liên kết có lớp đáy móng đề cập mục 1.2.3 với yêu cầu điểm 2, mục 2.5.2; - Nền đất khu vực tác dụng phải đầm nén đạt yêu cầu Bảng 2-5; - Độ ẩm tính toán đất loại I có thể lấy 0,55 0,60 độ ẩm giới hạn chảy xác định theo thí nghiÖm Lo¹i II (Èm võa) Kết cấu áo đờng loại này có chịu ảnh hởng vài nguồn ẩm nào đó và không đạt đợc các điều kiện nh với loại I; chẳng hạn nh khoảng cách h đạt đợc tơng ứng trạng thái ẩm vừa nh B¶ng 2-6 hoÆc cã tÇng mÆt thÊm níc Tùy theo phân tích mức độ có thể chịu ảnh hởng các nguồn ẩm, trị số độ ẩm tính toán đất loại này có thể đợc xác định theo phạm vi Bảng B-1 §é chÆt K 1,0 0,95 0,9 Bảng B-1: Độ ẩm tính toán đất loại II Độ ẩm tính toán loại đất SÐt ¸ sÐt ¸ c¸t 0,6 - 0,65 0,6 – 0,64 0,6 – 0,64 0,6 - 0,7 0,6 – 0,7 0,6 – 0,7 0,7 - 0,8 0,7 – 0,8 0,7 – 0,85 Loại III (quá ẩm): Kết cấu áo đờng chịu nhiều ảnh hởng các nguồn ẩm Nền đờng loại này thờng đắp thấp, lề hẹp đất đầm chặt kém, có nớc ngập thờng xuyên (trị số h nh Bảng 2-6) thoát nớc mặt không tốt và chịu ảnh hởng nớc ngầm Mặt đờng thuộc loại thấm nớc, móng là loại không kín (đá ba, đá dăm ) §é Èm tÝnh to¸n cña lo¹i III cã thÓ lÊy theo B¶ng B-2 Bảng B-2: Độ ẩm tính toán đất loại III Độ ẩm tính toán loại đất §é chÆt K SÐt ¸ sÐt ¸ c¸t 1,0 0,65 - 0,67 0,64 – 0,66 0,64 – 0,66 (50) 0,95 0,9 0,74 – 0,75 0,85 – 0,90 0,72 - 0,75 0,80 - 0,85 0,76 – 0,80 0,89 – 0,96 Độ ẩm tính toán các Bảng B-1 và B-2 là độ ẩm tơng đối so với giới hạn chảy đất xác định theo thÝ nghiÖm Độ ẩm tính toán đất lẫn sỏi sạn lấy tơng ứng theo đất cùng loại không có sỏi sạn B.2 Các trị số tham khảo các đặc trng dùng tính toán đất Các trị số tham khảo mô đun đàn hồi đất và trị số các đặc trng lực dính C và góc ma sát tùy thuộc độ ẩm tơng đối tính toán đợc cho Bảng B-3 Cách sử dụng các trị số tham khảo này đợc dẫn các mục 3.4.6 và 3.5.5 Khi sử dụng Bảng B-3 có thể nội suy các trị số các khoảng độ ẩm cho b¶ng Bảng B-3: Các đặc trng tính toán đất (tham khảo) tùy thuộc độ ẩm tơng đối Loại đất C¸c tiªu chØ ¸ sÐt nhÑ vµ ¸ c¸t bôi nÆng ¸ c¸t nhÑ vµ ¸ c¸t C¸t mÞn §Êt bazan T©y Nguyªn W W nh 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 46 (60) 42 (57) 40 (53) 34 (50) 29 (46) 25 (42) 21 (40) 20 (38) (độ) 27 24 21 18 15 13 12 11,5 c (Mpa) 0,038 0,032 0,028 0,023 0,019 0,015 0,013 0,012 E (Mpa) 48 45 42 37 32 27 23 22 (độ) 28 26 26 25 25 24 24 23 c (Mpa) E (Mpa) 0,024 0,022 0,018 0,014 0,012 0,011 0,010 0,009 49 45 42 38 34 32 30 28 (độ) 30 28 28 27 27 26 26 25 c (Mpa) 0,020 0,018 0,014 0,012 0,011 0,010 0,009 0,008 E (Mpa) SÐt vµ ¸ sÐt a= Độ ẩm tơng đối E (Mpa) (độ) c (Mpa) E (Mpa) 51 44 40 25 23 21 16 (độ) 17 12 14 11 c (Mpa) 0,036 0,031 0,028 0,024 0,019 0,015 0,011 40 35 0,005 Ghi chó B¶ng B-3: 1- Các trị số tham khảo trên cần đợc các đơn vị t vấn khảo sát thiết kế bổ sung chính xác hóa dần; 2- Đối với đất lẫn sỏi sạn trị số E có thể đợc lấy theo trị số ngoặc hàng đầu tơng ứng với đất sét và á sét; còn trị số c, lấy tơng ứng với loại đất không có sỏi sạn; 3- Các trị số bảng là tơng ứng với điều kiện độ chặt tối thiểu K=0,95 (đầm nén tiêu chuẩn) Việc tăng, giảm độ chặt đợc xét đến xác định độ ẩm tính toán Độ chặt đầm nén k = 0,95 tơng ứng với trị số độ ẩm tính toán lớn và k 0,98 thì đợc chọn trị số độ ẩm tính toán nhỏ ph¹m vi t¬ng øng víi lo¹i h×nh g©y Èm I, II, III (xem Kho¶n B.1) 4- Phân loại đất Bảng B-3 sử dụng các tiêu chí nh dới đây: - Sét và á sét là loại đất có số dẻo từ 12 27; - ¸ sÐt nhÑ cã chØ sè dÎo tõ 12 và tỷ lệ hạt cát từ 2-0,05mm chiếm trên 40% khối lợng đất kh«; - ¸ c¸t bôi nÆng lµ lo¹i cã chØ sè dÎo vµ tû lÖ cì h¹t 0,05mm chiÕm díi 20%; - ¸ c¸t nhÑ cã chØ sè dÎo vµ tû lÖ cì h¹t 0,05mm chiÕm trªn 50%; - ¸ c¸t lµ lo¹i cã chØ sè dÎo 7; - C¸t mÞn lµ lo¹i cã chØ sè dÎo díi vµ cì h¹t > 0,05 mm chiÕm >75% (51) B.3 Xác định số sức chịu tải CBR và sức chịu tải trung bình CBR tb đặc trng cho phạm vi khu vực tác dụng đất B.3.1 Phơng pháp thí nghiệm phòng để xác định số sức chịu tải CBR Chỉ số CBR đợc xác định thông qua thí nghiệm phòng theo dẫn tiêu chuẩn 22 TCN 332 - 06 víi c¸c ®iÒu kiÖn nªu ë ®o¹n ghi chó thuéc ®iÓm môc 2.5.1 cña tiªu chuÈn nµy B.3.2 Sức chịu tải trung bình CBRtb đặc trng cho phạm vi khu vực tác dụng đợc xác định theo biÓu thøc B-1 díi ®©y: n ∑ CBR i hi CBR tb = n ; (B-1) ∑ hi đó: CBRi là số sức chịu tải lớp đất i dày h i (cm) và n là số lớp có trị số CBR i khác (có thể bao gồm lớp đáy móng đề cập mục 2.5.2) ∑ ∑ h i lµ tæng bÒ dµy khu vùc t¸c dông vµ nªn ®iÒu tra kh¶o s¸t, thÝ nghiÖm ph¹m vi hi =100 cm Khi xác định CBRtb theo biểu thức trên cần chú ý các dẫn sau: - Nếu CBRi lớp nào đó (nh lớp đáy móng) lớn 20% thì đa vào tính lấy 20%; - Bề dày lớp đất thay hay lớp đáy móng đất gia cố tính phải trừ 20cm phía dới; 20cm này đợc tính CBRi CBRi đất nguyên thổ trớc thay đất CBRi trung bình trớc và sau gia cố (trong trờng hợp gia cố đất chỗ để tăng sức chịu tải nền); - Nếu có lớp có trị số CBR i nhỏ nằm phía trên thì không đợc phép tính CBRtb mà phải dùng trị số CBRi nhỏ này đặc trng cho khu vực tác dụng (cũng có nghĩa là biểu thức B-1 áp dụng cho trờng hợp CBRi lớp trên phải cao CBRi lớp dới); - NÕu khu vùc t¸c dông cã ph©n bè mét líp dµy díi 20cm (hi<20cm) th× tÝnh c¸c líp kh¸c còng phải chia nhỏ bề dày lớp hi đó để đa vào tính trị số CBRtb theo biểu thức B-1 B.4 Các tơng quan thực nghiệm mô đun đàn hồi Eo với số sức chịu tải CBR §Ó thùc hiÖn c¸c chØ dÉn ë môc 3.4.6, cã thÓ tham kh¶o c¸c t¬ng quan thùc nghiÖm E0 = f(CBR) díi đây với chú ý: trị số CBR đặc trng cho phạm vi khu vực tác dụng đất đợc xác định nh đề cập B.3.2 Mét vµi quan hÖ thùc nghiÖm Trung Quèc - Cña tØnh An Huy: Eo = 5,76.CBR0,854 ; (B-2) đó: Eo (MPa) là trị số mô đun đàn hồi xác định thí nghiệm ép đờng kính 30 cm trờng Quan hệ này sử dụng chung cho loại đất - Với loại đất sét đỏ vùng Quảng Tây Trung Quốc: Eo = 15,55.CBR0,582 ; (B-3) đó: Eo (MPa) là trị số xác định thí nghiệm ép đờng kính 30 cm trờng Mét sè c¸c quan hÖ thùc nghiÖm cña ViÖt Nam - Các loại đất ( với hệ số tơng quan R2 =0,91) Eo =7,93.CBR0,85 (MPa); (B-4) - Cát đắp (với hệ số tơng quan R2 =0,89) Eo =4,68 CBR + 12,48 (MPa); (B-5) đó: Eo (MPa) là trị số mô đun đàn hồi xác định ép đờng kính 33cm trờng; CBR tÝnh b»ng sè % B.5 Các phơng pháp xác định trị số mô đun đàn hồi E O đất cách thử nghiệm phßng (theo môc 3.4.6) B.5.1 Phơng pháp nén nở hông tự áp dụng cho các loại đất dính (có thể đúc đợc mẫu để nén trục në h«ng tù do): Dùng mẫu tròn đờng kính cm, cao cm; có thể lấy nguyên dạng đờng vừa thi công xong đờng cũ (trờng hợp thiết kế tăng cờng áo đờng cũ) tơng ứng với thời gian bất lợi độ ẩm; mẫu có thể chế bị đất dùng để xây dựng đờng đất lấy đờng cũ cho có độ chặt độ chặt thực tế làm việc và có độ ẩm tính toán nêu Khoản B-1 Cách chế bị mẫu phải theo đúng nh cách qui định qui trình thí nghiệm đất (gồm việc bảo dỡng mẫu bình giữ ẩm để ẩm phân bố mẫu) Mẫu đợc ép trên máy nén với ép có đờng kính cm (bằng đờng kính mẫu) và không có khuôn (nén trục cho nở hông tự do) Tăng tải cấp trị số 0,22 0,2,5 MPa Sau đó dỡ tải và biến dạng hồi phục S Khi gia và dỡ tải đợi đến lúc biến dạng không quá 0,01 mm/5 phút đọc trị số biến dạng (52) Tính trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm theo công thớc sau: Etn = p.H (Mpa) S (B-5) đó: p lµ ¸p lùc t¸c dông lªn mÉu nÐn, Mpa H – chiÒu cao mÉu, cm; S lµ biÕn d¹ng håi phôc t¬ng øng víi ¸p lùc p, cm Trị số Etn sử dụng kết trung bình ít mẫu cùng loại đất, cùng độ ẩm và độ chặt trÞ sè thÝ nghiÖm cña chóng kh«ng chªnh lÖch qu¸ 20% (nÕu qu¸ 20% th× ph¶i thªm mÉu vµ lµm l¹i) Trờng hợp đờng có độ chặt và độ ẩm thay đổi nhiều theo chiều sâu gồm các lớp đất khác (không đồng nhất) thì phải chia nhiều lớp để lấy mẫu nguyên dạng (hoặc chế bị mẫu) xác định mô đun đàn hồi thí nghiệm Eitn lớp đó theo cách nêu trên Khi đó trị số E tn chung đờng đợc tính theo công thức sau: Etn = 30 12 + 1+ 2+ 3+ Etn E tn E tn Etn E tn (B-6) đó: E0tn , E1tn , E2tn , E 3tn , E 4tn là mô đun đàn hồi thí nghiệm nén trục nở hông tự các lớp đất tơng ứng các độ sâu 0,0m, 1D, 2D, 3D, 4D (D là đờng kính vệt bánh xe tính toán trên mặt đờng) Với phơng pháp này, trị số mô đun đàn hồi tính toán đất E o phải điều chỉnh theo biểu thøc: Eo = Kn.Etn ; (B-7) đó: Etn đợc xác định theo (B-5) (II – 6) và hệ số K n =1,3 Hệ số này để xét đến việc thí nghiệm ë phßng trªn c¸c mÉu nhá thêng cho kÕt qu¶ nhá h¬n so víi kÕt qu¶ thÝ nghiÖm b»ng c¸c tÊm Ðp lín t¹i hiÖn trêng B.5.2 Trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm đất có thể đợc xác định theo phơng pháp ép lún có hạn chế nở hông máy nén đòn bẩy, là trờng hợp đất kém dính, không đúc đợc mẫu để ép theo c¸ch në h«ng tù nh trªn Theo phơng pháp này mẫu đợc chế bị và thí nghiệm đợc đặt khuôn hình trụ có đờng kính không nhỏ lần và chiều cao không nhỏ lần so với đờng kính ép Đờng kính ép nên dïng lµ 4-5 cm, vËy còng thêng dïng khu«n 15x15 hoÆc 15x20cm Yªu cÇu vÒ viÖc chuÈn bÞ mÉu giống nh nêu B.5.1 Khối lợng đất và nớc trộn với tỷ lệ đợc tính toán trớc và sau trộn chia làm 34 lần để đổ vào khuôn; lần dùng chùy sắt đầm chặt đến vạch dự tính trớc để đạt độ chặt tính toán Nên tạo mẫu cao mặt khuôn độ 2cm sau đó dùng dây thép cắt mặt khuôn để đặt ép thÝ nghiÖm Do vËy ph¶i dïng khu«n cã l¾p ®o¹n khu«n mò Khi thí nghiệm, lắp đặt mẫu và các đồng hồ đo chuyển vị nh sơ đồ Hình B-1 (máy nén kiểu đòn bẩy) Tải trọng đợc chuyển qua ép đặt trung tâm mẫu và chất tải trọng theo cấp (3-4 cấp) cấp lớn là p=0,20 0,2,5 MPa Cứ cấp, đợi cho biến dạng không quá 0,01mm/phút, lại dỡ tải và đợi cho biến dạng hồi phục ổn định (với tốc độ trên) thì đọc trị số đồng hồ đo chuyển vị để xác định biến dạng hồi phục sau cấp Trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm Etn mẫu đợc xác định theo công thức sau: Hình B-1: Sơ đồ lắp đặt ép vµ thiªn ph©n kÕ §ång hå ®o chuyÓn vÞ; TÊm ép; Khuôn có mẫu đất Etn = π p D(1 − μ) (Mpa ) l (B-8) đó: l là biến dạng hồi phục đo đợc tơng ứng với áp lực tính to¸n MPa (p=0,20 0,2,5 MPa); D là đờng kính ép; là hệ số Poisson, với đất =0,35 TrÞ sè Etn sö dông còng ph¶i lµ kÕt qu¶ trung b×nh cña mÉu nh trêng hîp thÝ nghiÖm nÐn trôc në h«ng tù nªu trªn Sau có Etn, lại sử dụng công thức B-6 và B-7 để xác định trị số mô đun đàn hồi tính toán đất nh víi trêng hîp nÕu mét trôc në h«ng tù nªu trªn B.6 Xác định các đặc trng sức chống cắt đất (theo mục 3.5.5) Trị số lực dính c và góc ma sát của đất đợc xác định thí nghiệm cắt nhanh không thoát nớc với các mẫu đất hình trụ tròn đợc chế bị trạng thái ẩm và chặt bất lợi với diện tích mẫu khoảng 40 cm2 (đờng kính không nhỏ 70mm) và cao 30-35mm Yêu cầu thí nghiệm cắt có thể tham khảo quy trình thí nghiệm học đất thông thờng (kể yêu cầu số mẫu và cách xử lý số liệu thí nghiệm) (53) PHụ LụC C : Xác định các đặc trng tính toán vật liệu làm các lớp kết cấu áo đờng C.1 Các đặc trng tính toán bê tông nhựa và hỗn hợp đá nhựa Trị số các đặc trng này phải đợc xác định tùy thuộc trờng hợp tính theo tiêu chuẩn cờng độ khác tơng ứng với nhiệt độ tính toán khác nh đề cập mục 3.1.5 Bảng C-1 là các trị số trung bình (tham khảo) đợc sử dụng theo dẫn các mục 3.4.7, 3.5.5 và 3.5.4 Bảng C-1: Các đặc trng tính toán bê tông nhựa và hỗn hợp đá nhựa Mô đun đàn hồi E (MPa) nhiệt độ Cờng độ chÞu kÐo uèn Lo¹i vËt liÖu Rku (Mpa) 10 – 15oC 30oC 60oC (1) (2) (3) (4) (5) 1800 - 2200 420 300 Bê tông nhựa chặt (đá dăm 50%) 2,4 2,8 1600 - 2000 350 250 Bê tông nhựa chặt (đá dăm 35%) 1,6 2,0 1200 - 1600 280 200 Bê tông nhựa chặt (đá dăm 20%) 1,2 1,6 1200 - 1600 320 250 Bª t«ng nhùa rçng 1,2 1,6 225 190 Bª t«ng nhùa c¸t 800 - 1000 350 Đá dăm đen nhựa đặc chêm chèn 1,1 1,3 400 - 600 280 - 320 ThÊm nhËp nhùa 400 - 500 220 - 250 §¸, sái trén nhùa láng Ghi chó B¶ng C-1 Các loại bê tông nhựa cho bảng tơng ứng với trờng hợp sử dụng nhựa đặc có độ kim lún 90; trị số lớn cột tơng ứng với nhiệt độ tính toán là 10oC áp dụng cho trờng hợp tầng mặt có lớp bê tông nhựa dày từ 7cm trở xuống, còn trị số nhỏ cột tơng ứng với nhiệt độ 15oC áp dụng cho tầng mặt có bề dày tổng cộng lớn 7cm Nếu dùng nhựa có độ kim lún 90 còng sö dông trÞ sè nhá ë cét 5, trÞ sè lín dïng cho bª t«ng nhùa lo¹i I, trÞ sè nhá dông cho bª t«ng nhùa lo¹i II; cột 3, trị số lớn dùng cho hỗn hợp sử dụng nhựa đặc có độ kim lún 90; các trờng hợp khác dïng trÞ sè nhá Về phơng pháp thí nghiệm xác định các tiêu này phòng xem mục C.3 (54) C.2 Các đặc trng tính toán các loại vật liệu khác Bảng C-2 là các trị số trung bình (tham khảo) đợc sử dụng theo dẫn các mục 3.4.7, 3.5.5 và 3.6.4 Bảng C-2: Các đặc trng tính toán các vật liệu làm mặt đờng (tham khảo) Lo¹i vËt liÖu §¸ d¨m, sái cuéi cã mÆt vì gia cè xi m¨ng: - Cờng độ chịu nén tuổi 28 ngµy 4MPa - Cờng độ chịu nén tuổi 28 ngµy 2MPa §Êt cã thµnh phÇn tèt nhÊt gia cè xi m¨ng hoÆc v«i -10% C¸t vµ ¸ c¸t gia cè xi m¨ng: - Cờng độ chịu nén 28 ngày tuæi < Mpa - Cờng độ chịu nén 28 ngày tuæi Mpa - Cờng độ chịu nén 28 ngày tuæi >3 Mpa ¸ sÐt gia cè xi m¨ng hoÆc v«i – 10% - §¸ d¨m níc - Cấp phối đá dăm loại I - Cấp phối đá dăm loại II - CÊp phèi thiªn nhiªn Mô đun đàn håi E, (Mpa) Cờng độ kÐo uèn Ru (Mpa) 600 – 800 0,8 – 0,9 400 – 500 0,5 – 0,6 300-400 0,25-0,35 180 0,15-0,25 280 0,4-0,5 350 0,6-0,7 200-250 250 – 300 250 – 300 200 - 250 150 - 200 0,2-0,25 Xỉ lò chất lợng đồng cấp phối tốt trộn lẫn đất + cát 200- 250 Xỉ lò ( không lẫn đất) có hoạt tÝnh hoÆc ho¹t tÝnh yÕu 200-300 Gãc ma s¸t Lùc dÝnh C (Mpa) Ghi chó - Theo 22 TCN 245 cờng độ chịu nÐn cµng cao th× lÊy trÞ sè lín - Cờng độ chịu nÐn cµng cao th× lÊy trÞ sè lín - Cờng độ chịu nÐn cña c¸t gia cè theo 22 TCN 246 - 98 Độ cứng đá cµng cao th× lÊy trÞ sè lín 40 0,02-0,05 CÊp phèi ph¶i phï hợp quy định 22 TCN 304 - 03 Loại A đợc lấy trị sè cao nhÊt loại E lấy trị sè nhá nhÊt Cì h¹t lín nhÊt cµng lín th× lÊy trÞ sè lín h¬n XØ ho¹t tÝnh cao lÊy trÞ sè lín C.3 Thí nghiệm phòng để xác định các đặc trng tính toán vật liệu có sử dụng chất liên kÕt C.3.1 Xác định mô đun đàn hồi các vật liệu gia cố chất liên kết (bao gồm bê tông nhựa) đ ợc thực cách ép các mẫu trụ tròn điều kiện cho nở hông tự (nén trục, mẫu không đặt khuôn, ép đờng kính mẫu) Lúc này, trị số mô đun đàn hồi vật liệu đợc tính theo trị số biến dạng đàn hồi L đo đợc thí nghiệm ép, tơng ứng với tải trọng p (Mpa) với công thức sau: E= pH L ; (MPa) (C-1) đó: p= 4P πD D là đờng kính mẫu (đờng kính bàn ép) và H là chiều cao mẫu P là lực tác dụng lên bàn ép – kN Khi thí nghiệm thờng lấy p = 0,5 Mpa (tơng đơng với áp lực làm việc vật liệu áo đờng) Còn đờng kính mẫu thì chọn tùy cỡ hạt lớn có vật liệu d max (D 4dmax); Chiều cao mẫu có thể hai đờng kính mẫu Thờng mẫu có kích thớc nh sau: - Víi bª t«ng nhùa D =10 cm, H =10 cm (sai sè ± 0,2 cm); - Với đá sỏi gia cố D = 10 cm, H = 10 cm (sai số ± 0,2 cm); - Với đất, cát gia cố D = 5cm, H = cm (sai số ± 0,1 cm) (55) Các mẫu phải đợc chế bị đúng với thực tế thi công tỷ lệ các thành phần, độ chặt, độ ẩm khoan lấy mẫu vật liệu vừa đợc rải và lu lèn nh thực tế trờng Thờng với mẫu đất gia cố chất liên kết vô đợc chế bị độ chặt lớn và độ ẩm tốt nhất, còn mẫu bê tông nhựa thuờng chế bị với áp lực khoảng 30 Mpa vµ tr× ¸p lùc nµy phót MÉu vËt liÖu gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬ ph¶i ñ m¹t c a Èm hµng ngày có tới nớc bảo dỡng truớc thí nghiệm (28 và 90 ngày), trớc ép phải bão hoà mẫu c¸ch ng©m ch×m mÉu níc 1-2 ngµy hoÆc dïng m¸y hót ch©n kh«ng Cã thÓ dïng c¸c t¬ng quan thùc nghiệm tích luỹ đợc để suy từ trị số 28 ngày 90 ngày nhng phải lu mẫu kiểm tra lại Mẫu bê tông nhựa và vật liệu gia cố chất liên kết hữu phải đợc bảo dỡng nhiệt độ phòng ít 16 và trớc thí nghiệm ép phải giữ nhiệt độ tính toán (quy định mục 3.1.4) 2,5 để đảm bảo toàn khối đạt đến nhiệt độ đó (giữ tủ nhiệt ngâm nớc có nhiệt độ cao nhiệt độ tính toán vài độ) Mẫu đem ép với chế độ gia tải lần Giữ áp lực p trên mẫu biến dạng lún ổn định, cụ thể đ ợc xem là ổn định tốc độ biến dạng còn 0,01mm/phút (trong phút) Sau đó dỡ tải và đợi biến dạng phục hồi đạt đợc ổn định nh trên thì đọc thiên phân kế để xác định trị số biến dạng đàn hồi L Đối với vật liệu gia cố chất liên kết vô thì trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm tính đợc theo (B-1) phải gi¶m nhá vµi lÇn (2-3 lÇn) v× trªn thùc tÕ c¸c vËt liÖu nµy lu«n ph¸t sinh khe nøt lµm gi¶m h¼n kh¶ n¨ng phân bố tải trọng chúng và vì chất lợng thi công không thể đảm bảo nh lúc chế bị mẫu Do không có kinh nghiệm thử thách nhiều năm trên kết cấu áo đờng thực tế thì không dùng trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm đợc cao trị số Bảng C-2, trị số thí nghiệm nhỏ thì phải dùng trị số nhá h¬n Khi ép thử, vât liệu gia cố chất liên kết hữu thì nên dùng loại máy nén thủy lực có tốc độ gia tải nhanh (tạo tốc độ từ 50mm/phút trở lên để nhiệt độ mẫu không bị giảm gia tải) còn vật liệu gia cố chất liên kết vô thì có thể dùng loại máy nén nào, kể máy nén kiểu đòn bẩy với tốc độ 3mm/phót Thö nghiÖm ph¶i lµm víi tæ mÉu tõ 3-6 mÉu (gia cè nhùa vµ bª t«ng nªn lµm mÉu) C.3.2 Xác định cờng độ chịu kéo - uốn vật liệu gia cố chất kết dính vô và hữu (kể bê tông nhựa) đợc thực với mẫu kiểu dầm với kích thớc không nhỏ 4x4x16 cm (chẳng hạn nh có thể dùng mẫu dài 25cm, rộng 30cm và cao 35cm với khoảng cách đặt gối 20cm) Chế bị mẫu các khu«n cã bÒ dµy h¬n 20mm Yªu cÇu vÒ chÕ bÞ vµ b¶o dìng víi c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c còng gièng nh mẫu để thí nghiệm mô đun đàn hồi nêu mục C.3.1 (khuôn để đúc mẫu bê tông nhựa phải sấy nóng đến nhiệt trộn hỗn hợp) Mẫu phải chế bị với độ chính xác kích thớc là ± mm, không bảo đảm độ chính xác này thì phải loại bỏ và trớc thí nghiệm phải đo lại kích thớc mẫu thớc kẹp chính xác đến 0,1mm Thí nghiệm uốn mẫu cách đặt mẫu trên gối tựa 14 cm (1 gối cố định, gối di động) và cự ly hai gối phải bảo đảm sai số dới ±0,5mm Phần gối tiếp xúc với mẫu có dạng mặt trụ với bán kính 5mm Chất tải mẫu trên khắp bề ngang mẫu thông qua đệm thép có dạng mặt trụ bán kính 10 mm có dạng mặt phẳng dày mm Khi gia tải phải theo dõi độ võng đầm các chuyển vị kế đặt ngợc dới lên đáy và gối (để sau loại trừ đợc biến dạng cục vật liệu gối) Tốc độ gia tải trên máy nén là – mm/phút với đất, đá gia cố chất liên kết vô và 100- 200 mm/phút với bê tông nhựa phá hoại Riêng với bê tông nhựa và vật liệu gia cố chất liên kết hữu thì toàn thời gian kể tới lúc lấy mẫu khỏi tủ nhiệt (ở 10 oC 15oC) để đem thí nghiệm đến thí nghiệm xong không đợc quá 45 giây Cờng độ chịu kéo – uốn giới hạn Rku vật liệu đợc xác định theo công thức: Rku= 3.P L 2b h (C-2) đó: P là tải trọng phá hoại mẫu; L là khoảng cách hai gối tựa; b, h là chiều rộng và chiều cao mÉu Cờng độ chịu kéo uốn có thể đợc xác định gần đúng phơng pháp ép chẻ theo 22 TCN 73 - 84 trên các mẫu trụ tròn đờng kính d và chiều cao h: Với các loại vật liệu gia cố vô có thể đúc các mẫu theo dẫn các tiêu chuẩn ngành 22 TCN 246 - 98 vµ 22 TCN 245 - 98 hoÆc nÕu cì vËt liÖu h¹t lín nhÊt b»ng 5mm th× cã thÓ dïng mÉu d=5cm vµ h=5cm; Víi bª t«ng nhùa vµ hçn hîp gia cè nhùa cã thÓ dïng mÉu Marshall tiªu chuÈn d=101,6 mm ± 0,25mm, h=63,5mm ± 1,3mm MÉu còng ® îc chÕ bÞ vµ b¶o dìng víi c¸c yªu cÇu nh víi mÉu kÐo uốn ép với tốc độ gia tải nh mẫu kéo uốn kiểu dầm Theo cách này, cờng độ kéo uốn giới hạn đợc tÝnh theo biÓu thøc sau: Rku = Kn.Rc (C-3) đó: Kn hệ số quan hệ thực nghiệm loại cờng độ: không có số liệu kinh nghiệm tích lũy đợc thì tạm sö dông Kn=1,6 2,0 vật liệu gia cố vô và K n = với vật liệu có liên kết hữu (cỡ hạt vật liÖu cµng lín th× hÖ sè Kn cµng nhá) Rc là cờng độ ép chẻ đợc xác định theo công thức: Rc = K (MPa) (C-4) Víi P lµ t¶i träng Ðp chÎ mÉu bÞ nøt t¸ch; d, h- §êng kÝnh vµ chiÒu cao mÉu; K – HÖ sè, lÊy b»ng 1,0 vật liệu có chất liên kết hữu cơ, 2/đối với vật liệu có chất liên kết vô C.3.3 Xác định lực dính c và hệ số góc ma sát vật liệu đợc thí nghiệm phòng cách cắt phẳng theo mặt định trớc thí nghiệm nén trục (56) Với vật liệu chứa cỡ hạt lớn nhỏ 40mm thì phải dùng khuôn đờng kính 30cm (nếu có cỡ hạt lớn h¬n 40mm th× cho phÐp thay thÕ b»ng cì h¹t tõ 10-40mm theo khèi lîng cã vËt liÖu) Thêng chÕ mẫu trực tiếp khuôn này theo yêu cầu giống nh mẫu kéo–uốn nêu trên Với thí nghiệm nén trục thờng dùng mẫu tròn chiều cao gấp đôi đờng kính tùy theo cỡ hạt lớn D max (Dmax = 5mm dùng đờng kính d=5cm, Dmax = 25mm dùng đờng kính mẫu d=10cm, Dmax = 40mm dùng đờng kính mÉu d=15cm) Phải tiến hành thí nghiệm ít mẫu có cùng trạng thái ẩm, nhiệt độ nhng chịu trị số tải trọng thẳng đứng khác (tải trọng lớn không vợt quá ứng suất có thể xẩy áo đờng) 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 trợt qua các khoảng thời gian tốc độ biến dạng tăng vọt thì đọc áp lực kế để xác định trị số cờng độ chống cắt giới hạn Có các trị số cờng độ chống cắt giới hạn tơng ứng với các trị số tải trọng thẳng đứng khác nhau, xác định trị số lực dính c và góc ma sát theo phơng trình Coulomb: c + p.tgMPa) (C-5) đó: là sức chống cắt giới hạn; p: áp lực thẳng đứng thí nghiệm cắt, MPa C.4 Thử nghiệm phòng để xác định trị số mô đun đàn hồi vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên ) Để xác định có thể áp dụng phơng pháp ép lún có hạn chế nở hông nh đất theo mục B.5.2 Phụ lục B với ép cứng có đờng kính cm và khuôn tròn có đờng kính và chiều cao 15 20cm (cã thÓ lîi dụng dụng cụ làm thí nghiệm xác định CBR) Khi áp dụng phơng pháp này để xác định mô đun đàn hồi cña vËt liÖu h¹t cÇn chó ý c¸c ®iÓm sau: Có thể tham khảo quy trình “Đầm nén đất, đá dăm phòng thí nghiệm” 22 TCN 333 - 06 (kể vật liệu hạt có chiếm hạt quá cỡ) và quy trình “Xác định số CBR đất, đá dăm phòng thí nghiệm” 22 TCN 332 - 06 để chế bị mẫu ép thử đạt độ ẩm, độ chặt nh thực tế thi công Qu¸ tr×nh thö nghiÖm thùc hiÖn gia t¶i tõng cÊp nh nªu ë II.5.2 nhng cÊp lín nhÊt lµ p=0,5-0,6 MPa Tính toán kết theo biểu thức B-8 và dùng trị số tính theo B-8 làm trị số mô đun đàn hồi tính toán vật liệu loại này (không nhân hệ số Kn=1,30 biểu thức B-7 nh đất nền) PHô LôC D : PH¦¥NG PH¸P THö NGHIÖM X¸C §ÞNH M¤ §UN §µN HåI CñA §ÊT Vµ VËT LIÖU ¸O §êng t¹i hiÖn trêng hoÆc t¹i m¸ng thÝ nghiÖm D.1 Xác định thí nghiệm đo ép trên ép lớn Trong trờng hợp này mô đun đàn hồi đất vật liệu đợc xác định theo công thức: π p D(1 − μ ) E= ;(MPa) l (D-1) đó: l là biến dạng hồi phục đo đợc thực nghiệm tơng ứng với cấp tải trọng p Khi thực nghiÖm thêng dïng p=0,5 0,6 MPa trờng hợp đo ép trên mặt các lớp vật liệu và 0,20 0,25 MPa trên mặt đất D là đờng kính ép, điều kiện cho phép dùng ép cứng đờng kính từ 30-40cm đất và vật liệu (nếu có điều kiện nên dùng ép đờng kính 76cm) là hệ số Poisson, đợc lấy 0,35 đất nền; 0,25 vật liệu và 0,30 kết cấu áo đờng Thời gian đo ép tiến hành thực nghiệm trờng phải là lúc kết cấu mặt đờng vào trạng thái bÊt lîi nhÊt vÒ Èm vµ nhiÖt nh nªu ë môc 3.1.5 KÕt qu¶ ®o Ðp ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c n¨m chØ có giá trị tham khảo; trờng hợp này muốn sử dụng đợc kết đó thì cần kết hợp với các thí nghiệm phòng theo cách hớng dẫn Phụ lục B và Phụ lục C các mẫu chế bị đúng với trạng thái ẩm nhiệt bất lợi áp dụng hệ số quy đổi mùa bất lợi theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 251-98 (57) Trong trêng hîp sö dông m¸ng thÝ nghiÖm th× cã thÓ t¹o nªn kÕt cÊu thÝ nghiÖm gièng hÖt kÕt cÊu thực tế vật liệu bề dày tầng lớp và công nghệ thi công nhng đồng thời lại có thể tạo đợc đất và các lớp vật liệu có trạng thái ẩm nhiệt bất lợi Trong máng thí nghiệm có thể cấu tạo kết cấu áo đờng hoàn chỉnh (gồm đất và đủ các lớp vật liệu) có thể cấu tạo riêng đất, riêng vật liệu muốn thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi riêng chúng Yêu cầu chính là phải bảo đảm đồng cấu tạo lớp Trong trờng hợp, máng thí nghiệm tối thiểu phải bảo đảm kích thớc mặt và chiều sâu lần đờng kính D ép Trên các kết cấu áo đờng cũ khai thác trên máng thí nghiệm có cấu tạo kết cấu áo đờng hoàn chỉnh thì trình tự đo ép thực nghiệm đợc tiến hành nh sau: - Đo ép trên mặt áo đờng để xác định biến dạng hồi phục kết cấu áo đờng, từ đó xác định mô đun đàn hồi chung kết cấu theo công thức D-1 - Tiếp tục đo mô đun đàn hồi tơng ứng trên mặt lớp vật liệu áo đờng khác cách đào bóc dần lớp để đo chiều dày lớp và đo ép trên mặt các lớp từ trên xuống dới Phải đào bóc mặt có kích thớc không đợc nhỏ lần đờng kính ép vị trí đặt ép lớn trên Cứ nh cuối cùng là ép trên mặt đất - Từ trên xuống dới, áp lực đo ép lớn p có thể giảm dần từ 0,50 MPa ép trên mặt áo đờng 0,02- 0,025 MPa ép trên mặt đất - Biết chiều dày lớp, biết trị số mô đun đàn hồi tơng đơng trên mặt áo đờng và trên mặt tầng lớp vật liệu thì có thể áp dụng toán đồ 3.3.1 để tính ngợc trị số mô đun đàn hồi lớp vật liệu: còn mô đun đàn hồi đất thì đợc xác định trực công thức D-1 Các thao tác đo ép thực nghiệm trên mặt lớp đợc thực nh sau: Tại chỗ đặt ép phải tạo sửa bề mặt cho thật phẳng để ép có thể tiếp xúc tốt với đất vật liệu (có thể xoa lớp cát mỏng 1-2 mm, loại cát cho lọt qua lỗ sàng đờng kính 0,5 mm) Sau đó bố trí kích và các thiết bị đo ép nh sơ đồ Hình D-1 Hình D-1: Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo ép hiÖn trêng hoÆc m¸ng thÝ nghiÖm Kích đợc đặt dới khung xe tải (hoặc dầm khung giá ép trên máng thí nghiệm) để truyền tải xuống ép Chuyển vị thẳng đứng đo cần đo độ võng Benkelman mà mũi đợc đặt chính bàn ép (trong trờng hợp này kích phải đợc đặt trên giá truyền tải có trụ đứng, giá Tải trọng trên ép đợc đo áp lực kế Cũng có thể đo chuyển vị thẳng đứng b»ng m¸y thñy b×nh chÝnh x¸c Ni : 004 hoÆc b»ng chuyển vị kế đặt bên gần mép ép (đặt đối xứng); trờng hợp này các chuyển vị kế phải đợc l¾p trªn dÇm cøng cã gèi tùa xuèng nÒn c¸ch xa tÊm Ðp vµ c¸c b¸nh xe mét kho¶ng c¸ch kh«ng nhá h¬n 4D) Tríc thö nghiÖm ph¶i chÌn chÆt b¸nh tríc cña « t« vµ suèt thêi gian thö nghiÖm ph¶i khãa chÆt nhÝp « t« - Sau lắp đặt xong thiết bị nh trên, tiến hành gia tải đến tải trọng p lớn và giữ tải trọng đó phút dỡ tải chờ đến biến dạng hồi phục hết (bớc này là bíc gia t¶i chuÈn bÞ) - Bớc vào thử nghiệm chính thức, việc gia tải đợc thực với 3-4 cấp tải trọng p là cấp cuối cùng, gia tải cấp, đợi biến dạng ổn định (tốc độ biến dạng không quá 0,02 mm/phút) thì lại dỡ tải và đợi biến dạng hồi phục ổn định (tốc độ biến dạng nh trên) thì ghi số dọc chuyển vị kế để tính trị số biến dạng hồi phục tơng ứng với các tải trọng đó Sau đó tiếp tục gia tải và dỡ tải cấp - Vẽ biểu đồ quan hệ biến dạng hồi phục và tải trọng; đờng biểu diễn quan hệ này phải là đờng cong đều, không có điểm gẫy gần với đờng thẳng - Tính trị số mô đun đàn hồi theo công thức D-1 Thờng đo ép thử nghiệm lần phạm vi 10-15 m trên đờng có phạm vi 1-2 m trên máng thí nghiệm Sau đó tính trị số trung bình các kết đo ép lần đó và dùng nó làm trị số mô đun đàn hồi tính toán (Chênh lệch các lần đo không đợc quá 20%) D.2 Xác định phơng pháp dùng cần đo võng Benkelman Có thể sử dụng phơng pháp này để đo độ võng đàn hồi trực tiếp dới bánh xe trên mặt kết cấu áo đờng và trên đất để từ đó tính trị số mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đ ờng và mô đun đàn hồi đất theo đúng các dẫn quy trình 22 TCN 251 - 98 (kể phân đoạn đánh giá, cách đo, cách xử lý số liệu và công thức tính mô đun đàn hồi) (58) Phơng pháp này không áp dụng đợc các trờng hợp sau: - Lớp mặt là loại vật liệu rời rạc, kém dính kết nh dá dăm nớc, cấp phối đá dăm, lớp mặt thấm nhập nhựa láng nhựa cha hình thành hoàn toàn (đá cha chìm hết vào nhựa); - Đất đờng là cát cha có lớp phủ đất dính trên PHô LôC E : C¸c vÝ dô tÝnh to¸n E.1 Ví dụ I: Thiết kế kết cấu áo đờng có tầng mặt cấp cao A1 E.1.1 Số liệu ban đầu: thiết kế sơ kết cấu áo đờng mềm phần xe chạy cho tuyến đờng cấp II đồng làn xe, có dải phân cách và có dải phân cách bên tách riêng làn dành cho xe đạp và xe th« s¬ Theo kÕt qu¶ ®iÒu tra dù b¸o t¹i n¨m cuèi cña thêi h¹n thiÕt kÕ 15 n¨m nh ë B¶ng E-1 víi quy luËt t¨ng trëng xe trung b×nh n¨m q = 6% n¨m B¶ng E-1: Dù b¸o thµnh phÇn xe ë n¨m cuèi thêi h¹n thiÕt kÕ Lo¹i xe Träng lîng trôc Pi (kN) Sè Sè b¸nh cña Kho¶ng Lîng xe trôc mçi côm b¸nh c¸ch gi÷a chiÒu ni Trôc tríc Trôc sau sau ë trôc sau c¸c trôc sau (xe/ngµy (m) đêm) 1/ Xe c¸c lo¹i 1800 2/Xe buýt c¸c lo¹i Lo¹i nhá 26,4 45,2 Cụm bánh đôi 500 Lo¹i lín 56,0 95,8 Cụm bánh đôi 50 3/ Xe t¶i c¸c lo¹i NhÑ 18,0 56,0 Cụm bánh đôi 1800 Võa 25,8 69,6 Cụm bánh đôi 1250 NÆng 48,2 100,0 Cụm bánh đôi 600 NÆng 45,2 94,2 Cụm bánh đôi 1,40 200 E.1.2 Tr×nh tù tÝnh to¸n thiÕt kÕ: Tính số trục xe tính toán trên làn xe phần xe chạy sau quy đổi trục trên chuẩn 100 kN Theo cách quy đổi phần A.1.2 (Phụ lục A) xác định đợc số trục xe tiêu chuẩn 100 kN cho chiều ngày đêm năm cuối thời hạn thiết kế (năm cuối thời kỳ khai thác N tk=1637 trục/ngày đêm chiều) TÝnh sè trôc xe tÝnh to¸n tiªu chuÈn trªn lµn xe N tt Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có làn xe và có dải phân cách nên theo 3.3.2 f L= 0,35 Vậy Ntt = 1637 x 0,35 = 573 (trục/làn.ngày đêm) TÝnh sè trôc xe tiªu chuÈn tÝch lòy thêi h¹n tÝnh to¸n 15 n¨m Theo biểu thức (A-3) Phụ lục A tính đợc: (59) ¿ ¿ 14 1+0,06 ¿ ¿ 0,06 ¿ ¿ N e =¿ (trôc) Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đờng - Chọn móng trên đá dăm gia cố xi măng có cờng độ chịu nén theo 22 TCN 245 4Mpa và móng dới cấp phối đá dăm loại I theo 22 TCN 334 - 06; - TÇng mÆt b»ng líp bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I, tæng bÒ dµy tèi thiÓu cña tÇng mÆt nµy ph¶i tu©n thñ quy định mục 2.2.9: Nếu theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy 15 năm trên làn xe Ne=2,16.106 th× tæng bÒ dµy tèi thiÓu líp bª t«ng nhùa ph¶i lµ 10 cm (B¶ng 2.2 môc 2.2.9) vµ v× chúng đợc đặt trên lớp móng nửa cứng nên tối thiểu phải là 12-18 cm nhng không nhỏ bề dày lớp mãng nöa cøng; - Các đặc trng tính toán đất và các lớp vật liệu xác định theo dẫn các mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 và 3.6.4 đợc tập hợp Bảng E-2 cùng với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đ ợc quy định mục 2.4.2 vÒ bÒ dµy tèi thiÓu mçi líp kÕt cÊu Bảng E-2: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế và các đặc trng tính toán lớp kết cấu E (Mpa) BÒ dµy Rku C Líp kÕt cÊu (tõ díi lªn) líp (độ) TÝnh vÒ TÝnh TÝnh vÒ (Mpa) (MPa) (cm) độ võng trợt kéo uốn Đất á sét độ ẩm t42 0,032 24 ơng đối tính toán 0,6 - Cấp phối đá dăm loại II 18 250 250 250 - Cấp phối đá dăm loại I 17 300 300 300 - §¸ d¨m gia cè xi m¨ng 14 600 600 600 0,8 - Bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I (líp díi) 350 250 1600 2,0 - Bª t«ng nhùa chÆt lo¹i I (líp trªn) 420 300 1800 2,8 Tính toán kiểm tra cờng độ chung kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a/ Việc đổi tầng lớp từ dới lên đợc thực theo biểu thức (3.5): 1+k t /3 Etb '=E 1+ k [ ] Với k= và t = ; Kết tính đổi tầng nh Bảng E-3 tb Bảng E-3: Kết tính đổi tầng lớp từ dới lên để tìm E Líp kÕt cÊu - trªn k= Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 Cấp phối đá dăm 300 =1,200 17 =0,944 35 274 §¸ gia cè xi m¨ng 600 = 2,189 14 =0,400 49 350 Bª t«ng nhùa líp d- 350 =1,000 =0,163 57 350 Bª t«ng nhùa líp 420 =1,200 =0,105 63 356,3 íi - hi (cm) 250 lo¹i I - t= Cấp phối đá dăm lo¹i II - Ei (MPa) 18 (60) b/ Xết đến hệ số điều chỉnh Với = = 1,909 Tra Bảng 3.6 đợc 1,206 Vậy kết cấu nhiều lớp đợc đa kết cấu lớp với lớp trên dày 63 cm có mô đun đàn hồi trung bình Edc = Etb’=356,3 x 1,206 = 429,6 (Mpa) tb c/ Tính Ech kết cấu: sử dụng toán đồ Hình 3.1 = = 1,909; = = 0,098 Từ tỷ số trên tra toán đồ Hình 3-1 đợc = 0,495; Vậy Ech= 429,6 x 0,495 = 212,6 Mpa d/ NghiÖm l¹i ®iÒu kiÖn (3-4) theo môc 3.4.1; ph¶i cã: Ech K dv cd E yc Vì số trục xe tính toán ngày đêm trên làn xe là 574 trục/ làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 (nội suy Ntt= 500 và Ntt= 1000) tìm đợc Eyc =180 Mpa (lớn Eyc tối thiểu với đờng cấp II theo Bảng 3-5 là 157 MPa) lấy Eyc = 180 MPa để kiểm toán Đờng cấp II, làn xe nên theo Bảng 3-3, chọn độ tin cậy thiết kế là 0,95, vậy, theo Bảng 3-2 xác định đợc K dv =1,17 vµ K dv Eyc=1,17 x 180 = 210,6 MPa cd cd KÕt qu¶ nghiÖm to¸n: Ech= 212,6 > K dv = 210,6 MPa cd E yc Cho thấy với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phÐp Tính kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất a/ TÝnh Etb cña c¶ líp kÕt cÊu: Việc đổi tầng hệ lớp đợc thực nh Bảng E-4 Bảng E-4: Kết tính đổi tầng lớp từ dới lên để tìm Etb’ Ei t= hi (cm) k= Htb (cm) Etb’ Líp kÕt cÊu (MPa) (Mpa) - Cấp phối đá dăm 250 Cấp phối đá dăm 300 lo¹i II lo¹i I - §¸ gia cè xi m¨ng - 600 Bª t«ng nhùa líp 250 Bª t«ng nhùa líp d- 300 trªn íi 18 =1,200 17 18 250 =0,944 35 274 =2,189 14 =0,400 49 350 =0,714 =0,163 57 334,6 =0,105 63 331,2 300 =0, 334,6 897 Ghi chú Bảng E-4: trừ số có thể phép tính, các số khác giống nh Bảng E-3 Xét đến hệ số điều chỉnh (=) tơng tự nh tính điểm nêu trên Do vËy : Etb= 1,206 x 331,2 = 399,4 MPa b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây đất T ax: = =1,909; = = = 9,51; Theo biểu đồ Hình 3-3, với góc nội ma sát đất =24o ta tra đợc T ax = 0,0113 V× ¸p lùc trªn p mặt đờng bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = daN/cm2 = 0,6 MPa Tax= 0,0113 x 0,6 = 0,0068 MPa c/ Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân các lớp kết cấu áo đờng gây đất Tav: Tra toán đồ Hình 3-4 ta đợc av= -0,002 MPa d/ Xác định trị số Ctt theo (3-8): Ctt= C k1.k2.k3 Theo B¶ng E-2: C = 0,032 MPa Theo mục 3.5.4 có k1 = 0,6; k2 = 0,8 vì số trục xe tính toán đây là 574 trục/làn.ngày đêm < 1000 trục, và k3 = 1,5 (đất là á sét) VËy Ctt = 0,032 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,023 MPa e/ Kiểm toán lại điều kiện tính toán cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất (biểu thức 3.7): (61) tr Với đờng cấp II, độ tin cậy yêu cầu Bảng 3-3 0,95 theo Bảng 3-7 k cd =1,0 vµ víi c¸c trÞ số ax và av tính đợc trên ta có: ax + av =0,0068 – 0,002 = 0,0048 MPa ==0,023 MPa Kết kiểm toán cho thấy 0,0048 < 0,023 nên điều kiện (3.7) đợc bảo đảm Tính kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn các lớp bê tông nhựa và đá gia cè xi m¨ng a/ Tính ứng suất kéo uốn lớn đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-10): §èi víi bª t«ng nhùa líp díi: h1=14 cm; E1 ===1686 MPa Trị số Etb’ lớp móng cấp phối đá dăm II, cấp phối đá dăm I và đá gia cố xi măng là E tb’ = 350 MPa (theo kết đã tính Bảng V -3) với bề dày lớp này là H’= 18+17+14 = 49 cm trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh theo (3-7): với ==1,485 tra Bảng 3- đợc Vậy theo (3.7), Edc =1,1755 350 = 411,4 MPa tb Với ==0,102, tra toán đồ Hình 3-1 đợc =0,43 Vậy đợc: Ech.m = 411,4 x 0,43 = 176,9 MPa Tìm σ ku đáy lớp bê tông nhựa lớp dới cách tra toán đồ Hình 3.5 với: ==0,424 ; ==9,53 Kết tra toán đồ đợc σ ku =1,50 và với p = 0,6 MPa theo (3.11) ta có: σ ku =1,50 x 0,6 x 0,85 = 0,765 MPa §èi víi bª t«ng nhùa líp trªn: h1= 6cm; E1 = 1800 MPa trị số Etb’ lớp phía dới nó đợc xác định nh Bảng E-5: Bảng E-5: Tính đổi tầng lớp từ dới lên để tính Etb’ Líp kÕt cÊu Ei t= hi (cm) k= (MPa) Cấp phối đá dăm 250 18 lo¹i II Cấp phối đá dăm 300 lo¹i I =1,200 17 =0,944 - §¸ gia cè xi m¨ng - Bª t«ng nhùa h¹t 600 1600 trung =2,189 14 =0,400 =4,571 =0,163 Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 35 274 49 350 57 456,3 Xét đến hệ số điều chỉnh ( = = 1,727) ta có dc Etb = 456,3 x 1,146 = 545,8 MPa áp dụng toán đồ Hình 3-1 để tìm Emch đáy lớp bê tông nhựa hạt nhỏ: Víi = = 1,727 vµ = = 0,077 Tra toán đồ Hình 3-1 ta đợc = 0,41 Vậy có Emch =0,41 x 545,8 = 223,8 MPa T×m σ ku đáy lớp bê tông nhựa lớp trên bẳng cách tra toán đồ Hình 3.5 với Kết tra toán đồ đợc Ta cã: σ ku == 0,182; = = 8,043 =1,81 vµ víi p = 0,6 MPa σ ku =1,81 x 0,6 x 0,85 = 0,923 MPa b/ Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3.9): Xác định cờng độ chịu kéo uốn tính toán các lớp bê tông nhựa theo (3-12) K1 = 11,11 11,11 = 0,22 = 0,449 0,22 Ne [2,16 106 ] Theo môc 3.6.3 trêng hîp nµy lÊy k2=1,0; Vậy cờng độ chịu kéo uốn tính toán lớp bê tông nhựa lớp dới là: (62) ku Rtt =k k R ku = 0,449 x 1,0 x 2,0 = 0,898 MPa Vµ cña líp BTN líp trªn lµ: = 0,449 x 1,0 x 2,8 = 1,251 MPa Rku tt =k k R ku - KiÓm to¸n ®iÒu kiÖn theo biÓu thøc (3.9) víi hÖ sè đờng cấp II ứng với độ tin cậy 0,95 Víi líp bª t«ng nhùa líp díi σ ku = 0,765 MPa < - ku K dc =1,0 lÊy theo B¶ng 3-7 cho trêng hîp 0,898 =0,898 MPa Víi líp bª t«ng nhùa h¹t nhá σ ku = 0,923 MPa < 1,251 =1,251 MPa Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt đợc điều kiện (3.9) hai lớp bê tông nhựa c/ Kiểm toán theo điều kiện chịu kéo uốn đáy lớp móng đá gia cố xi măng Đổi các lớp phía trên (kể từ mặt lớp đá gia cố xi măng trở lên) lớp ta có: h1 = 6+8 = 14 cm E1===1686 MPa Tính Emch các lớp phía dới lớp đá gia cố xi măng: theo kết Bảng E-5 có E tb’ = 274 và Htb = 35 cm (của lớp cấp phối đá dăm) Xét thêm hệ số điều chØnh (==1,061) ta cã =274 x 1,114 = 305,25 MPa Edc tb Tra toán đồ 3-1 để tìm m Ech víi = = 1,061 vµ = = 0,138 Tra toán đồ Hình 3-1 ta đợc =0,38 Vậy có m Ech =0,38 x 305,25 = 116 MPa T×m σ ku đáy lớp gia cố xi măng cách tra toán đồ Hình 3.6 với ==0,848 ; E1 1585,71 =2,81 vµ =¿ = 600 E2 E2 =¿ E3 600 =5,14 116 Kết tra toán đồ đợc σ ku =0,38 - Với p = 0,6 MPa, tính ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp đá gia cố xi măng theo biểu thức (3.11): σ ku = 0,38.0,6.0,85 = 0,1938 MPa - KiÓm to¸n theo ®iÒu kiÖn (3-9) víi (®iÒu 3.6.1) ku Rtt xác định theo (3-11_ và hệ số cờng độ ku K cd =1,0 ,16 106 ¿0 ,11 ¿ đây (3-11) theo mục 3.6.3 xác định đợc (công thức 3.13) và k2 = 1; từ đó: ¿ , 86 k 1= ¿ ku Rtt =k k R ku = 0,575 x 1,0 x 0,8 = 0,46 MPa ku Nh vËy σ ku =0,1938 < R tt K ku cd = , 46 1,0 = 0,46, kết cấu dự kiến thiết kế bảo đảm đủ cờng độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp đá gia cố xi măng KÕt luËn Các kết kiểm toán theo trình tự tính toán nh trên cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đợc tất các điều kiện cờng độ, đó có thể chấp nhận nó làm kết cấu thiết kế E.2 Ví dụ II: Thiết kế kết cấu áo đờng mềm cho đờng cấp IV có hai làn xe, mặt đờng cấp cao A2 E.2.1 Sè liÖu ban ®Çu Sè liÖu ®iÒu tra dù b¸o xe cé Từ số liệu điều tra dự báo, theo cách quy đổi đã dẫn Phụ lục A đã tính đợc số trục xe tính quy đổi trục 100 kN năm cuối thời kỳ khai thác (năm cuối thời hạn thiết kế) là 226 trục/ngày đêm/ 2chiÒu (63) Đất là loại á cát, có độ chặt đạt độ đầm nén K=0,95 và độ ẩm tơng đối 0,65 (loại II chịu tác động các nguồn ẩm) E.2.2 Tr×nh tù tÝnh to¸n thiÕt kÕ TÝnh sè trôc xe tiªu chuÈn tÝnh to¸n trªn mét lµn xe cña phÇn xe ch¹y Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có làn xe nên theo 3.3.2 trị số fL = 0,55 Do vậy: Ntt = 226 x 0,55=124 trục/ngày đêm.làn Chän lo¹i tÇng mÆt vµ dù kiÕn cÊu t¹o kÕt cÊu gåm líp mÆt lµ lo¹i l¸ng nhùa líp dµy 2cm (theo 22 TCN 271), lớp móng trên cấp phối đá dăm loại I dày 16cm và tầng móng d ới cấp phối thiên nhiªn lo¹i A theo quy tr×nh 22 TCN 304 - 03 dµy 34cm Các đặc trng tính toán đất và các lớp vật liệu xác định theo dẫn các mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 và 3.6.4 đợc tập hợp Bảng E-6 dới đây: Bảng E-6: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế và các đặc trng tính toán lớp kết cấu Líp kÕt cÊu (tõ díi lªn) BÒ dµy Mô đun đàn hồi (độ) líp E (Mpa) C (MPa) (cm) Tính độ TÝnh vÒ vâng trît - §Êt nÒn ¸ c¸t, a=0,66, k=0,95 42 42 0,018 26 0,050 40 CÊp phèi thiªn nhiªn lo¹i A (22 TCN 304) 34 200 200 Cấp phối đá dăm loại I (22 TCN 16 300 300 334) Kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a/ §æi tÇng líp mét tõ díi lªn theo biÓu thøc (3.5) 1+kt 1/ Etb '=E 1+ k [ Líp kÕt cÊu - CÊp phèi thiªn 200 Cấp phối đá dăm 300 lo¹i I - và đợc liệt kê Bảng E-7 Bảng E-7: Tính đổi tầng lớp từ dới lên để tính Etb’ Ei t= hi (cm) k= Htb (cm) (MPa) nhiªn - ] 34 300 =1,5 200 16 = 0,471 34 200 50 229 00 L¸ng nhùa líp Kh«ng tÝnh 52 b/ Xét đến hệ số điều chỉnh (=)=1,17) ta có dc Etb = 229 x 1,17 = 268,2 MPa c/ Tính mô đun đàn hồi chung Ech kết cấu cách sử dụng toán đồ Hình 3-1: == 1,515 vµ Tra toán đồ Hình 3-1 đợc Eo E dc tb = 42 =0,157 268,2 E ch = 0,53 VËy Ech=0,53 x 268,2 =142,2 MPa E1 d/ Theo môc 3.4.1, nghiÖm l¹i ®iÒu kiÖn (3.4): Ech K dv cd E yc Etb’ (Mpa) (64) - Vì số trục xe tính toán là 124 trục /làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 đợc Eyc=125 MPa (nội suy Ntt = 100 vµ Ntt = 200 t¬ng øng víi tÇng mÆt cÊp cao A2) TrÞ sè nµy lín h¬n Eyc tèi thiÓu ë B¶ng 3-5 ( toihieu = 100 MPa) Vậy lấy Eyc=125 MPa để kiểm toán Eyc Với đờng cấp IV, chọn độ tin cậy thiết kế 0,90 (theo Bảng 3-3), tra Bảng 3-2 tìm đợc hệ số cờng độ tơng ứng Kcd=1,1 VËy kÕt qu¶ kiÓm to¸n lµ: Ech = 142,2 > 1,1 x 125 =137,5 Điều này cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép (không có thể giảm đợc 1-2 cm móng dới; nhiên cần phải đợi kết kiểm toán với tiêu chuÈn chÞu c¾t trît råi sÏ ®iÒu chØnh bÒ dµy mét thÓ) Kiểm tra cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất: Theo kết tính Bảng E-7, sơ đồ tính đã đợc đa bài toán lớp với lớp trên có Edc =285 MPa vµ tb dày 50 cm trên đất có Eo=42 MPa, c=0,018 MPa và =26o Việc tính toán đợc tiếp tục nh dới đây: a/ Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán có p=0,6 MPa và D=33 cm gây đất theo toán đồ Hình 3-3 có: dc = = 1,515 vµ E E tb 268,2 = = =6,39 E E o 42 ; Vậy tra toán đồ Hình 3-3 đợc: T ax =0,021 p Vậy tìm đợc ax= 0,021 x 0,6 = 0,0126 MPa b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân các lớp kết cấu áo đờng gây đất Tra toán đồ Hình 3-4 với = 26o và H=50 cm, ta đợc: av = - 0,0012 MPa c/ Xác định trị số ctt theo (3.8) Ctt = c.k1.k2.k3 Theo Bảng E-6 đất có c=0,018 MPa Theo môc 3.5.4 cã k1=0,6, k2 = 0,8 (B¶ng 3-8) vµ k3=1,5 VËy ctt = 0,018 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,01296 MPa d/ Kiểm toán lại theo (3.7) điều kiện cờng độ chịu cắt trợt Với đờng cấp IV, yêu cầu độ tin cậy thiết kế theo Bảng 3-3 là 0,90; từ đó theo Bảng 3-7 tìm đ ợc tr hệ số cờng độ cắt trợt tơng ứng là k cd =0,94 vµ kÕt qu¶ kiÓm to¸n theo (3.7) nh sau: ax +av = 0,0126 – 0,0012 = 0,0114 MPa nhá h¬n c tt K tt cd = , 01296 =0 , 01378 MPa , 94 Nh theo điều kiện này đất có đủ khả chống cắt trợt Kiểm toán cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt lớp cấp phối thiên nhiên: a/ Xác định mô đun đàn hồi chung Ech.m trên lớp cấp phối thiên nhiên - Víi = = 1,03 vµ = = 0,21 Tra toán đồ Hình 3-1 đợc = 0,52 VËy Ech’ = 0,52 x 200 = 104 MPa Xét đến hệ số điều chỉnh (==1,03) đó VËy Emch =ch’= 1,11 x 104 = 115,5 MPa b/ Tính ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán có p=0,6 MPa và D=33 cm gây líp mãng cÊp phèi thiªn nhiªn Theo kết tính trên, sơ đồ tính đợc đa hệ hai lớp để áp dụng toán đồ Hình 3.2 gồm lớp trên là lớp cấp phối đá dăm có E 1=350 MPa dày 16 cm, phía dới là lớp bán không gian có E 2=115,5 MPa, c=0,05 MPa vµ = 40o Do vËy víi = 40o, ==0,485 vµ = đợc 300 =2,60 tra toán đồ Hình 3-2 115,5 T ax · =0,065; và từ đó tìm đợc Tax =0,065 x 0,6 = 0,0390 MPa p c/ Tính ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân lớp cấp phối đá dăm dày 16cm trên lớp móng díi b»ng cÊp phèi thiªn nhiªn tra toán đồ Hình 3-4 đợc av = -0,0013 MPa d/ Xác định trị số ctt lớp móng cấp phối thiên nhiên: Tơng tự nh đất có k1= 0,6, k2=0,8 và k3=1,5 Vậy: ctt= 0,05 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,036 MPa (65) tr k cd =0,94 tơng ứng với độ tin cậy yêu e/ Kiểm toán theo điều kiện (3-7) với hệ số cờng độ cắt trợt cÇu b»ng 0,9 ta cã: ax +av =0,0390 – 0,0013 = 0,0377 MPa nhá h¬n c tt K tt cd = , 036 =0 , 0383 MPa Nh vËy theo ®iÒu , 94 kiện này lớp móng cấp phối thiên nhiên gần nh vừa đủ khả chống cắt trợt KÕt luËn chung Các kết kiểm toán theo trình tự nh trên cho thấy kết cấu áo đờng dự kiến bảo đảm đợc các điều kiện yêu cầu cờng độ, có điều kiện thừa cờng độ nhng có điều kiện vừa đủ cờng độ Vậy chấp nhận kết cấu này làm kết cấu áo đờng thiết kế PHụ LụC F : Biểu thức giải tích gần đúng tính mô đun đàn hồi E ch và ứng suất kéo uốn đơn vị σ ❑ hệ hai lớp ku F.1 Biểu thức giải tích gần đúng tính mô đun đàn hồi Ech F.1.1 Công thức gần đúng Toán đồ Hình 3-1 có thể đợc thể gần đúng công thức Bacberơ tính mô đun đàn hồi chung Ech hệ bán không gian đàn hồi lớp nh dới đây: (66) 1,05 E1 1+ Ech = √ 1+ E0 E1 H Eo D E1 − 0,67 ( )( ) + Eo E1 ; (F-1) Các ký hiệu công thức này chính là các ký hiệu sơ đồ tính toán đồ Hình 3-1 đó: Ech - mô đun đàn hồi chung hệ hai lớp; Eo - mô đun đàn hồi đất bán không gian vô hạn; E1 - mô đun đàn hồi lớp kết cấu áo đờng có bề dày H; D - đờng kính vệt bánh xe tính toán F.1.2 Sai sè vµ ph¹m vi sö dông cña c«ng thøc F-1 Theo c¸c kÕt qu¶ tÝnh thö th× c«ng thøc F-1 cho kÕt qu¶ tÝnh Ech cña hÖ hai líp sai kh¸c víi kÕt qu¶ tra toán đồ Hình 3-1 khoảng 5-10% Do việc tính toán cờng độ kết cấu áo đờng mềm tiêu chuẩn này dựa vào cách tra toán đồ Hình 3-1 Chỉ trờng hợp kết cấu áo đờng có chiều dày lớn (H/D >2) thì đợc dùng công thức F-1 Muốn biết Ech tính theo công thức F-1 có xu hớng nhỏ hay lớn trị số Ech tra theo toán đồ ta có thể vừa tính thử theo F-1 vừa tra toán đồ Hình 3-1 cùng với cặp biến số H/D = 2.0 và Eo/E=a dự kiến thiết kế, từ đó tự phán đoán đánh giá suy cho trờng hợp H/D>2.0 Ví dụ với H/D=1,909, Eo/E1=0,098 thì kết tra toán đồ đợc Ech/E1=0,49 tính theo G-1 đợc Ech/E1 =0,450, tức là Ech tính theo công thức cho kết nhỏ theo toán đồ gần 8% F.2 Biểu thức giải tích gần đúng để tính ứng suất kéo uốn đơn vị σ ku Để tiện cho việc tính toán trên máy tính, Liên Xô (cũ) đã có sử dụng các biểu thức giải tích dới đây để mô tả gần đúng các toán đồ Hình 3-5 và Hình 3-6 F.2.1 Tính ứng suất kéo uốn đơn vị cho các lớp tầng mặt (mô tả gần đúng toán đồ Hình 3-5) h π h1 E1 D σ ku = (1− acrtg td ) acrtg D E ch.m π D htd ; (F-2) Các ký hiệu (F-2) có ý nghĩa nh mục 3.6.2 và nh sơ đồ tính toán trên toán đồ 3-5 Riêng ký hiệu htđ đợc tính theo công thức (F-3): √ E1 Ech m E1 E2 − 0,185 ht® = 1,1 h1 F.2.2 Tính ứng suất kéo uốn đơn vị toán đồ Hình3-6) = (F-3) σ ku các lớp móng vật liệu liền khối (mô tả gần đúng [ ( ) 1,29 σ ku ; E 9,3 +0,83 E2 E D −0,203 − 0,283 h E1 ] ; (F-4) Các ký hiệu (F-4) có ý nghĩa nh đã nêu sơ đồ tính toán trên toán đồ Hình 3-6 Khi sử dụng các biểu thức (F-2) và (F-4) nên đối chiếu lại với kết tra toán đồ để đánh giá mức độ sai số mắc phải, từ đó tự tổng kết đa các hệ số điều chỉnh cẩn thiết Đối với kết cấu H/D 2 không cần kiểm tra trợt đất và vật liệu cấp phối móng dới (67)