CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG – CÔNG TÁC THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ QUẢN LÝ BẢO TRÌ
2.2. Thiết kế mặt đường bê tông xi măng – mối liên hệ giữa thiết kế và hư hỏng mặt đường bê tông xi măng
2.2.2. Ví dụ về thực tế thực hiện thiết kế mặt đường bê tông giao thông nông thôn tại Bình Định
Thiết kế mặt đường bê tông xi măng đường giao thông nông thôn trên địa bàn tỉnh Bình Định, đối với các tuyến đường đang khai thác, được thực hiện theo tiêu chuẩn đường giao thông nông thôn trước đây 22TCN 210:1992 (hiện nay là TCVN 10380:2014), với việc sử dụng trình tự và các công thức tính toán theo 22TCN 223:95 (hiện nay theo hướng dẫn tạm thời 3232/QĐ/BGTVT).
Sau đây là ví dụ về trình tự thiết kế mặt đường bê tông xi măng cho một tuyến đường giao thông nông thôn trên địa bàn tỉnh Bình Định.
Ví dụ 1:
Yêu cầu thiết kế:
- Mặt đường bê tông xi măng loại A1, A2 với tải trọng trục P = 6 tấn.
Đường thiết kế qua khu vực đất tự nhiên là đất yếu, không ngập nước.
Tính toán chiều dày tấm bêtông:
Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường bao gồm:
- Tấm bê tông xi măng mác 250 dày 20cm - Móng cấp phối đồi đầm chặt K98 dày 30cm
- Nền đất tự nhiên, đất yếu không ngập nước
MẶT ĐƯỜNG BTXM M250 ĐÁ 2X4 DÀY 20CM
20LÓT LỚP GIẤY BẠT ĐÁY KHUÔN
ĐẮP ĐẤT CPĐ ĐẦM CHẶT K98 DÀY 30 CM 30
ĐẤT NỀN YẾU, KHÔNG NGẬP NƯỚC
Theo công thức :
PII
h .
Trong đó :
h- Chiều dày tấm (cm), giả định chiều dày tấm h = 20 cm;
Ptt – Tải trọng bánh xe tính toán trục xe 6T hệ số xung kích = 1.2
Ptt = 3000 x 1.2 = 3600 daN
[Rku] – Cường độ chịu uốn cho phép của bêtông xi măng mác 250 [Rku] = 35 daN/cm2
với hệ số chiết giảm n = 0.6
[ ] = [Rku].n = 35 x 0.6 = 21 daN/cm2
- Hệ số có trị số thay đổi tuỳ theo vị trí của tải trọng, tỉ số m
Ech
E và
R h
với : E = 29 x 104 daN/cm2
Echm = 650 daN/cm2 (mô đun đàn hồi trên bề mặt nền đường được cải thiện bằng cấp phối sỏi đồi đầm chặt ở độ ẩm tối ưu, đạt tối thiểu K 0.98)
R = 16.5 cm (bán kính diện tích vệt bánh xe tính toán) Ta có : m
Ech
E =
29 104
446.15 650
x
R
h = 20 1.21
16.5 tra bảng 4.1, 4.2, 4.3 ta được :
1= 1.29 ; 2= 2.25 ; 3= 1.98 , chọn 2= 2.25 để tính toán, ta có:
. tt
tt
h P
= 2.25 3600 19.64
21
x cm ;
Ta thấy htt = 19.64 cm (tính toán) < h = 20cm (giả định), vậy kết cấu đã chọn đạt chiều dày, chọn chiều dày tấm bê tông xi măng h = 20 cm.
Như vậy, với đường giao thông nông thôn, mặt đường bê tông xi măng được thiết kế với tải trọng trục P = 6 tấn, loại mặt đường A 1, A2, kết cấu mặt đường bao gồm: tấm bê tông xi măng mác 250 có chiều dày 20cm đặt trên nền móng cấp phối sỏi đồi đầm chặt K98.
Ví dụ 2: Tính toán mặt đường BTXM loại A3, A4 tương ứng tải trọng trục P=6 tấn, trên nền đắp bằng đất cấp phối, đầm nén K95.
Kết cấu áo đường được đề xuất bao gồm:
- Tấm bê tông xi măng mặt đường mác 250, dày 20cm - Lớp giấy dầu chống mất nước
- Nền đất cấp phối đầm chặt K95, mô đun đàn hồi 480 daN/cm2. Tính toán chiều dày tấm bê tông xi măng theo công thức:
PII
h .
Trong đó :
h- Chiều dày tấm (cm), giả định chiều dày tấm h = 18 cm;
Ptt – Tải trọng bánh xe tính toán trục xe 6T hệ số xung kích = 1.2
Ptt = 3000 x 1.2 = 3600 daN
[Rku] – Cường độ chịu uốn cho phép của bêtông xi măng mác 250 [Rku] = 35 daN/cm2
với hệ số chiết giảm n = 0.6
[ ] = [Rku].n = 35 x 0.6 = 21 daN/cm2
- Hệ số có trị số thay đổi tuỳ theo vị trí của tải trọng, tỉ số m
Ech
E và
R h
với : E = 29 x 104 daN/cm2 Echm = 480 daN/cm2
R = 16.5 cm (bán kính diện tích vệt bánh xe tính toán) Ta có : m
Ech
E =
29 104
604.17 480
x
R
h = 20 1.21
16.5 tra bảng 4.1, 4.2, 4.3 ta được :
1= 1.38 ; 2= 2.32 ; 3= 2.04 , chọn 2= 2.32 để tính toán, ta có:
. tt
tt
h P
= 2.32 3600 19.94
21
x cm ;
Ta thấy htt = 19.94 cm (tính toán) < h = 20cm (giả định), vậy kết cấu đã chọn đạt chiều dày, chọn chiều dày tấm bêtông ximăng h = 20 cm.
Ví dụ 3: Thiết kế mặt đường BTXM đường giao thông nông thôn, loại B1, B2, tải trọng trục P = 2.5 tấn.
Kết cấu mặt đường được đề xuất như sau:
MẶT ĐƯỜNG BTXM M250 ĐÁ 2X4 DÀY 18CM
18LÓT LỚP GIẤY BẠT ĐÁY KHUÔN
ĐẮP ĐẤT CPĐ ĐẦM CHẶT K98 DÀY 30 CM 30
ĐẤT NỀN YẾU, KHÔNG NGẬP NƯỚC
Tính toán chiều dày tấm bê tông xi măng theo công thức:
PII
h .
Trong đó :
h- Chiều dày tấm (cm), giả định chiều dày tấm h = 18 cm;
Ptt – Tải trọng bánh xe tính toán trục xe 2.5T
hệ số xung kích = 1.2
Ptt = 1250 x 1.2 = 1500 daN
[Rku] – Cường độ chịu uốn cho phép của bêtông xi măng mác 250 [Rku] = 35 daN/cm2
với hệ số chiết giảm n = 0.6
[ ] = [Rku].n = 35 x 0.6 = 21 daN/cm2
- Hệ số có trị số thay đổi tuỳ theo vị trí của tải trọng, tỉ số m
Ech
E và
R h
với : E = 26.5 x 104 daN/cm2
Echm = 650 daN/cm2 (trên bề mặt lớp móng cấp phối sỏi đồi dày 30cm).
R = 13.5 cm (bán kính diện tích vệt bánh xe tính toán) Ta có: m
Ech
E =
26.5 104
407.69 650
x
R
h = 18 1.33
13.5 tra bảng 4.1, 4.2, 4.3 ta được :
1= 1.92 ; 2= 4.16 ; 3= 4.09 , chọn 2= 4.16 để tính toán, ta có:
. tt
tt
h P
= 4.16 1500 17.23
21
x cm ;
Ta thấy htt = 17.23 cm (tính toán) < h = 18cm (giả định), vậy kết cấu đã chọn đạt chiều dày, chọn chiều dày tấm bêtông ximăng h = 18 cm.
Ví dụ 4: Thiết kế mặt đường BTXM đường giao thông nông thôn, loại B3, B4, tải trọng trục P = 2.5 tấn.
- Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường như sau:
MẶT ĐƯỜNG BTXM M250 ĐÁ 2X4 DÀY 18CM
18LÓT LỚP GIẤY BẠT ĐÁY KHUÔN
ĐẮP ĐẤT CPĐ ĐẦM CHẶT K95
Tính toán chiều dày tấm bê tông xi măng theo công thức :
PII
h .
Trong đó :
h- Chiều dày tấm (cm), giả định chiều dày tấm h = 18 cm;
Ptt – Tải trọng bánh xe tính toán trục xe 2.5T hệ số xung kích = 1.2
Ptt = 1250 x 1.2 = 1500 daN
[Rku] – Cường độ chịu uốn cho phép của bêtông xi măng mác 250 [Rku] = 35 daN/cm2
với hệ số chiết giảm n = 0.6
[ ] = [Rku].n = 35 x 0.6 = 21 daN/cm2
- Hệ số có trị số thay đổi tuỳ theo vị trí của tải trọng, tỉ số m
Ech
E và
R h
với : E = 26.5 x 104 daN/cm2 Echm = 480 daN/cm2
R = 13.5 cm (bán kính diện tích vệt bánh xe tính toán) Ta có: m
Ech
E =
26.5 104
552.08 480
x
R
h = 18 1.33
13.5 tra bảng 4.1, 4.2, 4.3 ta được :
1= 1.95 ; 2= 4.24 ; 3= 4.32 , chọn 3= 4.32 để tính toán, ta có:
. tt
tt
h P
= 4.32 1500 17.57
21
x cm ;
Ta thấy htt = 17.57 cm (tính toán) < h = 18cm (giả định), vậy kết cấu đã chọn đạt chiều dày, chọn chiều dày tấm bêtông ximăng h = 18 cm.
Ví dụ 5: Thiết kế mặt đường BTXM loại C3, C4 dày 16cm, tải trọng trục P=2.5 Tấn.
Thiết kế cấu tạo mặt đường bê tông xi măng như sau:
MẶT ĐƯỜNG BTXM M200 ĐÁ 2X4 DÀY 16CM
16LÓT LỚP GIẤY BẠT ĐÁY KHUÔN
ĐẮP ĐẤT CPĐ ĐẦM CHẶT K98 DÀY 30 CM 30
ĐẤT NỀN YẾU, KHÔNG NGẬP NƯỚC
Tính toán chiều dày tấm theo công thức :
PII
h .
Trong đó :
h- Chiều dày tấm (cm), giả định chiều dày tấm h = 16 cm;
Ptt – Tải trọng bánh xe tính toán trục xe 2.5T hệ số xung kích = 1.2
Ptt = 1250 x 1.2 = 1500 daN
[Rku] – Cường độ chịu uốn cho phép của bêtông xi măng mác 200 [Rku] = 30 daN/cm2
với hệ số chiết giảm n = 0.6
[ ] = [Rku].n = 30 x 0.6 = 18 daN/cm2
- Hệ số có trị số thay đổi tuỳ theo vị trí của tải trọng, tỉ số m
Ech
E và
R h
với : E = 26.5 x 104 daN/cm2
Echm = 650 daN/cm2 (mô đun đàn hồi chung trên bề mặt móng cấp phối sỏi đồi đầm nền đất cấp phối đầm chặt K98, dày 30cm).
R = 13.5 cm (bán kính diện tích vệt bánh xe tính toán) Ta có: m
Ech
E =
26.5 104
407.69 650
x
R
h = 16 1.19
13.5 tra bảng 4.1, 4.2, 4.3 ta được :
1= 1.57 ; 2= 2.78 ; 3= 2.71 , chọn 2= 2.78 để tính toán, ta có:
. tt
tt
h P
= 2.78 1500 15.22
18
x cm ;
Ta thấy htt = 15.22 cm (tính toán) < h = 16cm (giả định), vậy kết cấu đã chọn đạt chiều dày, chọn chiều dày tấm bêtông ximăng h = 16 cm.
Ví dụ 6: Thiết kế mặt đường BTXM loại C3, C4 dày 16cm, tải trọng trục P=2.5 Tấn.
Thiết kế cấu tạo mặt đường bê tông xi măng như sau:
MẶT ĐƯỜNG BTXM M200 ĐÁ 2X4 DÀY 16CM
16LÓT LỚP GIẤY BẠT ĐÁY KHUÔN
ĐẮP ĐẤT CPĐ ĐẦM CHẶT K95
Theo công thức, tính toán chiều dày tấm bê tông như sau:
PII
h .
Trong đó :
h- Chiều dày tấm (cm), giả định chiều dày tấm h = 16 cm;
Ptt – Tải trọng bánh xe tính toán trục xe 2.5T hệ số xung kích = 1.2
Ptt = 1250 x 1.2 = 1500 daN
[Rku] – Cường độ chịu uốn cho phép của bêtông xi măng mác 200 [Rku] = 30 daN/cm2
với hệ số chiết giảm n = 0.6
[ ] = [Rku].n = 30 x 0.6 = 18 daN/cm2
- Hệ số có trị số thay đổi tuỳ theo vị trí của tải trọng, tỉ số m
Ech
E và
R h
với : E = 26.5 x 104 daN/cm2
Echm = 480 daN/cm2
R = 13.5 cm (bán kính diện tích vệt bánh xe tính toán) Ta có: m
Ech
E =
26.5 104
552.08 480
x
R
h = 16 1.19
13.5 tra bảng 4.1, 4.2, 4.3 ta được :
1= 1.61 ; 2= 2.79 ; 3= 2.73 , chọn 2= 2.79 để tính toán, ta có:
. tt
tt
h P
= 2.79 1500 15.24
18
x cm ;
Ta thấy htt = 15.24 cm (tính toán) < h = 16cm (giả định), vậy kết cấu đã chọn đạt chiều dày, chọn chiều dày tấm bêtông ximăng h = 16 cm.
Nhận xét:
- Các dạng kết cấu áo đường với tấm bê tông xi măng chiều dày khác nhau đặt trên nền – móng chủ yếu là đất cấp phối và cấp phối sỏi đồi như các ví dụ tính toán ở trên chính là các loại kết cấu chủ yếu được áp dụng cho đường giao thông nông thôn trên địa bàn tỉnh Bình Định.
- Việc tính toán với tải trọng nhẹ (trục 6T và 2.5 T), với nền đường đắp bằng đất cấp phối độ chặt K95, hay nền đất yếu với lớp móng cấp phối sỏi đổi dày 30cm đầm nén K98, cơ bản phù hợp với hầu hết điều kiện khai thác của đường giao thông nông thôn trên địa bàn tỉnh Bình Định. Tuy nhiên, đây cũng là một nguyên nhân cho rủi ro nứt mặt đường bê tông xi măng khi có tải trọng nặng hơn lưu hành, rất dễ xảy ra trong điều kiện phát triển kinh tế của địa phương hiện nay.
- Thiết kế khe nối và yêu cầu khe nối mặt đường trong trường hợp thiết kế mặt bê tông xi măng cho đường giao thông nông thôn trên địa bàn tỉnh Bình Định hoàn toàn chưa được quan tâm. Đây là nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ thiết kế, làm hư hỏng mặt đường đặc biệt đối với các đoạn không có thiết kế thoát nước hoặc thiết kế thoát nước mặt đường không tốt.
- Lớp móng chưa được chú trọng để thiết kế rộng hơn tấm mặt đường để đảm bảo sự chuyển tiếp hợp lý giữa tấm mặt đường cứng và lề đường. Vấn
đề này trong thiết kế làm tăng nguy cơ nứt (do kết cấu) dọc theo cạnh tấm, là hiện tượng hư hỏng nghiêm trọng phổ biến đối với mặt đường bê tông xi măng không có lớp lề, hoặc có nhưng không sử dụng loại vật liệu phù hợp.