Lớp kết cấu
Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5%
Bê tông nhựa chặt 12.5
Xét đến hệ số điều chỉnh:
t = E2/E1
2.400 6.669
Mô đun đàn hồi trung bình điểu chỉnh:
Etbdc. Etb' 1.165 431.75 502.99 MPa
Với:
19
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Ech.m 0.387 Etbdc 0.387 502.99 194.66 MPa
Tìm kuở đáy bê tông nhựa lớp trên bằng cách tra toán đồ Hình 3-5 [5]
H 1 Với: D E1 E ch . m
Như vậy ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối σku
là:
ku ku. p.k b 2.586 0.6 0.85 1.32
- Đối với lớp bê tông nhựa dưới: E1 Bảng 2-21. Kết quả tính đổi tầng 2 lớp móng về 1 lớp Lớp kết cấu Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% Xét đến hệ số điều chỉnh:f
Mô đun đàn hồi trung bình điểu chỉnh của tầng móng:
Etbdc .Etb' 1.14 329.87 376.05
Với
tb
Ech .m 0.411 Etbdc 0.411 376.05 154.56
Tìm kuở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ Hình 3-5 [5]
20
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
H1
Với:
D E1
ch . m
Như vậy ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối σku
là:
kuku. p.kb 2.638 0.6 0.85 1.345 MPa
b. Xác định cường độ kéo uốn của vật liệu
- Cường độ kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối xác định theo công thức:
Rttku k1 .k2 .Rku
Trong đó:
Rku – cường độ chịu kéo uốn tính toán kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán và ở tuổi mẫu tính toán.
k2 – hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khi hậu thời tiết.
k1 – hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục. Lấy đối với bê tông nhựa : k
1
xe tính toán tích lũy trong suối thời hạn thiết kế thông qua trên một làn xe, thời hạn thiết kế lấy bằng 15 năm đối với lớp bê tông nhựa chặt loại I. (Ne = 1.1×106).
Bảng 2-22. Cường độ kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối
Lớp
BTN lớp trên BTN lớp dưới
- Hệ số cường độ về chịu kéo uốn Kcdku = 0.94 (hệ số tin cậy = 0.9) 2.3.3.2. Kết luận
- Đối với bê tông nhựa lớp trên:
1.32
ku
- Đối với bê tông nhựa lớp dưới:
21
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
1.345
ku
Như vậy kết cấu áo đường đạt điều kiện cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn kéo uốn đối với cả hai lớp bê tông nhựa.
2.4. PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ PHÂN KỲ
2.4.1. Các yêu cầu chung khi lựa chọn phương án đầu tư phân kì
Trước khi xét đến các phương án phân kỳ đầu tư, phải căn cứ vào quy hoạch mạng lưới đường ô tô đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt để quyết định cấp đường trong tương lai và tuân thủ TCVN 5729:2012 để thiết kế tổng thể hoàn chỉnh cho tương lai nhằm đảm bảo các giải pháp thiết kế phân kỳ tạo được mọi điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng giai đoạn sau và đảm bảo ở giai đoạn sau vẫn sử dụng được các hạng mục công trình đã được phân kỳ làm trước.
Chỉ nên thiết kế phân kỳ xây dựng nền đường ở những nơi có điều kiện địa chất công trình ổn định và việc thi công mở rộng sau này không ảnh hưởng đến an toàn giao thông và khai thác bình thường của đường oto.
Thời gian khai thác đường oto xây dựng theo phương án đầu tư phân kỳ (thời gian phân kỳ) nên từ 5 năm đến 10 năm hoặc lớn hơn. Thời gian này được áp dụng để điều tra dự báo quy mô giao thông làm căn cứ cho việc thiết kế và tổ chức giao thông đường oto theo phương án phân kỳ. Trong thời gian phân kỳ có thể chấp nhận cho hạn chế tốc độ khai thác thấp hơn tốc độ tính toán (tốc độ thiết kế) của đường oto trong tương lai (khi đã được xây dựng hoàn chỉnh) và có thể đề xuất việc hạn chế tải trọng trục xe nặng (phân kỳ tải trọng trục khai thác).
Kết cấu tầng mặt của kết cấu áo đường mềm là phần đắt nhất của đường oto, thường chiếm 40-60% kinh phí xây dựng đối với vùng đồng bằng và đồi núi, 30-40% đối với vùng núi.
2.4.2. Đề xuất các giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ tầng mặt
Đối với phương án đầu tư xây dựng phân kỳ, kiến nghị đầu tư xây dựng làm hai giai đoạn đầu tư xây dựng cho tầng mặt, vì nếu phân nhiều giai đoạn đầu tư sẽ rất phức tạp trong việc điều động máy móc thi công cũng như phải tổ chức điều chỉnh giao thông để có mặt bằng thi công. Thời gian giai đoạn I không quá 10 năm, do so sánh với phương án đầu tư tập trung 15 năm thì giai đoạn I có thời gian sử dụng kết cấu áo đường cấp A1 quá dài, thời gian sử dụng kết cấu áo đường cấp A2 ngắn, chi phí vận doanh sẽ lớn. So sánh với thời gian duy tu bảo dưỡng kết cấu áo đường để phân giai đoạn đầu tư phù hợp tránh ngay sau khi cải tạo nâng cấp sang giai đoạn II lại phải duy tu bảo dưỡng.
22
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
Lựa chọn kết cấu áo đường giai đoạn I sao cho đáp ứng đủ yêu cầu cường độ giai đoạn I và tận dụng tốt được ở giai đoạn II.
- Giai đoạn I: Đầu tư xây dựng sau 5 năm, mặt đường cấp cao A2.
- Giai đoạn II: Đầu tư nâng cấp trong 10 năm còn lại, lên mặt đường cấp cao A1.
2.4.3. Tính toán kết cấu áo đường giai đoạn I
2.4.3.1. Số liệu về thành phần dòng xe, lưu lượng xe năm thứ 5 của giai đoạn I
Lưu lượng xe năm thứ 5 của giai đoạn I:
N5No 1 q5 580 1 0 . 075 813 (xe/ngđ) Với thành phần dòng xe:
Xe con: 35%
Xe tải nhẹ: 25% (trục trước 18 kN; trục sau 56 kN; cụm bánh đôi)
Xe tải trung: 15% (trục trước 25,8 kN; trục sau 69,6 kN; cụm bánh đôi) Xe tải nặng: 25% (trục trước 48,2 kN; trục sau 100 kN; cụm bánh đôi)
Bảng 2-23. Phân bố tải trọng các trục xe và dự báo lưu lượng xe năm thiết kế thứ 5 của giai đoạn I đầu tư xây dựng phân kỳ.
Loại xe
Xe con Xe tải nhẹ Xe tải trung
Xe tải nặng 2.4.3.2. Tính số trục xe tính toán quy đổi về trục tiêu chuẩn
Khi tính toán cường độ của kết cấu nền áo đường theo 3 tiêu chuẩn nêu ở mục 3.1.2 của 22TCN-211-06, tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100 kN đối với tất cả các loại áo đường mềm trên đường cao tốc, trên đường ô tô các cấp thuộc mạng lưới chung và cả trên các đường đô thị từ cấp khu vực trở xuống.
23
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
Bảng 2-24. Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn
Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn, P (kN)
Mục tiêu quy đổi ở đây là quy đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục i về số lần thông qua của tải trọng trục tính toán trên cơ sở tương đương về tác dụng phá hoại đối với kết cấu áo đường:
Việc quy đổi phải được thực hiện đối với từng cụm trục trước và cụm trục sau của mỗi loại xe khi nó chở đầy hàng với các quy định sau:
Cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m =1, 2, 3); Chỉ cần xét đến (tức là chỉ cần quy đổi) các trục có trọng lượng trục từ 25 kN trở lên;
Bất kể loại xe gì khi khoảng cách giữa các trục ≥ 3,0m thì việc quy đổi được thực hiện riêng rẽ đối với từng trục;
Khi khoảng cách giữa các trục < 3,0m (giữa các trục của cụm trục) thì
quy đổi gộp m trục có trọng lượng bằng nhau như một trục với việc xét đến hệ số trục C1 như ở biểu thức (2-27) và
Theo các quy định trên, việc quy đổi được thực hiện theo biểu thức sau :
k
NC1C2
i 1
Trong đó :
N: là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán sẽ thông qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên cả 2 chiều (trục/ngày đêm);
ni: là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục pi
cần được quy đổi về tải trọng trục tính toán 100 kN (trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng nhất). Trong tính toán quy đổi thường lấy ni bằng số lần của mỗi loại xe i sẽ thông qua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm cho cả 2 chiều xe chạy;
C1 là hệ số số trục được xác định theo biểu thức C1 1 1.2 ( m 1) Với m là số trục của cụm trục i; C2 là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh: Cụm bánh chỉ có 1 bánh thì lấy C2=6.4; Cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì lấy C2=1.0; 24
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Cụm bánh có 4 bánh thì lấy C2=0.38. Kết quả tính thể hiện dưới Bảng 2-25:
Bảng 2-25. Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN
Loại xe Tải nhẹ Trục trước Trục sau Tải Trục trước trung Trục sau Tải nặng Trục trước Trục sau
2.4.3.3. Số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe Ntt
Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe được quy đổi về trục xe tính toán tiêu chuẩn sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế quy định tuỳ thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu áo đường. Xác định Ntt theo biểu thức:
N tt N fi (trục/ng.đ/làn) Trong đó :
Ntk: là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán trong một ngày đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế. Trị số Ntk được xác định theo biểu thức trên nhưng ni của mỗi loại tải trọng trục i đều được lấy số liệu ở năm cuối của thời hạn thiết kế và được lấy bằng số trục i trung bình ngày đêm trong khoảng thời gian mùa mưa hoặc trung bình ngày đêm trong cả năm (nếu ni trung bình cả năm lớn hơn ni trung bình trong mùa mưa);
fi: là hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe, mặt đường có 2 làn xe chạy, fi = 0.55.
Ntt 299 0.55 164 (trục/ng.đ/làn)
2.4.3.4. Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán 15 năm
Ne 1q 1 q
25
KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Trong đó :
q : hệ số tăng trưởng xe mỗi năm, q=8% ;
Ntt : Số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe;
Ne
2.4.3.5. Lựa chọn tầng mặt cho giai đoạn 1
Giai đoạn 1 thì tầng móng vẫn sẽ lấy số liệu từ phương án đầu tư tập trung và và tầng mặt sẽ là tầng mặt cấp cao A2 bằng cách láng nhựa 2 lớp với chiều dày là 2.5 (cm) lựa chọn theo TCVN 8863:2011- mặt đường láng nhựa nóng – thi công và nghiệm thu.
Bảng lựa chọn các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ 5 năm đầu: Bảng 2-26. Các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ 5 năm đầu
Lớp kết cấu
(từ dưới lên)
Đất nền loại sét Cấp phối đá dăm loại II
Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% Láng nhựa 2 lớp Góc ma sát trong (độ) 24 - - 0
2.4.4. Kiểm toán phương án kết cấu áo đường cho giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ 5 năm đầu dựng phân kỳ 5 năm đầu
2.4.4.1. Kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép đàn hồi cho phép
Xác định module đàn hồi yêu cầu:
Cấp đường
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Theo tiêu chuẩn này kết cấu được xem là đủ cường độ khi trị số mô đun đàn hồi chung của cả kết cấu nền áo đường (hoặc của kết cấu áo lề có gia cố) Ech
lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với một hệ số dự trữ cường độ về độ võng Kcddv được xác định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn.
E
ch
Trong đó :
Kcddv : phụ thuộc vào hệ số độ tin cậy theo Bảng 3-2 - 22TCN-211-06, Kcddv =1.10 (hệ số độ tin cậy bằng 0.85); Eyc = 130.32 (MPa),
Ech K cddv E yc 1.10 130.32 143.35( Mpa)
a. Xác định Ech
Quy đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp với trị số module đàn hồi trung bình E’tb với biểu thức:
E'
tb
Trong đó:
k=h2/h1, t=E1/E2, với h1 và h2 là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường, E1 và E2 là modun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới.
- Việc đổi hệ nhiều lớp và hệ 2 lớp được tiến hành từ dưới lên, có hai lớp vật liệu quy đổi về một lớp bề dày H’ = h1 + h2 và có trị số mô đun đàn hồi Etb'
tính theo (2-32).
- Sau đó lại xem lớp H’ (với Etb' ) là lớp dưới và tiếp tục quy đổi nó cùng với lớp trên nó thành một lớp có bề dày H = H’+ h3 và Etb' tính theo (2-32) nhưng với Etb' lớp này đóng vai trò E1 và K = h3/H’, t=E3/ Etb' .
- Sau khi quy đổi nhiều lớp áo đường về một lớp thì cần nhân thêm với Etb'
một hệ số điều chỉnh β xác định theo Bảng 3-6-22TCN-211-06 để được trị số Etbdc :
dc
E
tb
27
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Hệ số điều chỉnh:1.114 H / D0.12 , tra theo bảng 3-6 của 22TCN-
211-06;
H: là bề dày toàn bộ của kết cấu áo đường; D: đường kính vệt bánh xe tính toán;
Tỷ số H/D và tra theo theo Bảng 3-6-22TCN-211-06
- Xác định module đàn hồi chung của hệ kết cấu theo quan hệ trên toán đồ Kogan:
E
ch
E1
Trong đó:
E1: là mondule đàn hồi trung bình đã điều chỉnh E1 Etbdc
Kết quả quy đổi hệ nhiều lớp về một lớp được thể hiện ở bảng dưới đây: Bảng 2-27. Kết quả quy đổi hệ nhiều lớp về 2 lớp từ dưới lên để tìm
Loại kết cấu
Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm gia cố
xi măng Láng nhựa 2 lớp - Xét hệ số điều chỉnh: 250 600 0 H D 44 33.5 1.351.15
- Module đàn hồi trung có điều chỉnh: Etbdc Etb' 1.15 276.97 318.52( Mpa)
- Module đàn hồi trung của cả kết cấu: E ch (cm) (Mpa) 30 250 42 329.87 44.5 276.97 (cm) 30 12 2.5
E
tb
Ech 0.479 Etbdc 0.461 318.52 146.84( Mpa) .
b. Kết luận và nhận xét
Kết quả kiểm toán: Ech 146.84 Kcddv Eyc 143.35( Mpa)
28
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Kết luận: Vậy có thể thấy cấu tạo kết cấu áo đường dự kiến đảm bảo đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép. 2.4.4.2. Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết
Kết cấu áo đường có tầng mặt cấp cao loại A1 được xem là đủ cường độ khi thỏa mãn điều kiện sau:
T T
ax av
Trong đó:
Tax: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa);
Tav: ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa);
K cdtr : hệ số cường độ chịu cắt trượt (tra theo bảng 3-7 của 22TCN-211-06).
a. Xác định các đại lượng