CBR để xác định năng lực chịu tải của nền đường
- Các phương pháp lý thuyết dựa trên lời giải của bài toán :tấm trên nền đàn hồi):
+ Phương pháp của Liên Xô cũ, sử dụng mô đun đàn hồi để đặc trưng cho cường độ của nền đường.
+ Phương pháp Westergaard – Shekter, Mednicov là phương pháp được sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm 22TCN 223-95
- Phương pháp thiết kế mặt đường bê tông của Pháp, sử dụng lời giải của bài toán “bán không gian nhiều lớp đàn hồi” của Burmister.
2.3.1 Phương pháp thiết kế mặt đường cứng của Anh (Theo Road Note29): 29):
Mặt đường BTXM có thể xuất hiện các ứng suất do các nguyên nhân sau đây: - Do mặt đường bị co rút khi đông cứng và xuất hiện các đường nứt dẻo. Có thể không chế không xuất hiện các đường nứt bất kỳ bằng cách làm khe co, bằng
cách làm tốt công tác bảo dưỡng bê tông, giảm tỷ lệ mất nước trong tấm bê tông trong thời gian đầu.
- Tác dụng của nhiệ độ, sinh ra ứng suất do việc co, dãn tự do của tấm (khi nhiệt độ giảm hoặc tăng so với nhiệt độ lúc đổ bê tông) bị cản trở và ứng suất uốn vồng sinh ra khi có sự chênh lệch ở đỉnh và đáy tấm bê tông. Có thể khống chế bằng cách bố trí các khe co, dãn và khe uốn vồng trong mặt đường bê tông.
- Ứng suất do tải trong gây ra:
+ Tấm không bị phá hoại khi ứng suất của bánh xe gây ra một lần trong một tấm bê tông lớn hơn cường độ giới hạn của bê tông mà phá hoại sau nhiều lần tác dụng lặp lại của tải trọng. Thường thì tấm bị phá hoại khoảng 5.000 lần tác dụng của tải trọng gây ra ứng suất bằng khoảng 60% cường độ giới hạn của bê tông. Khi ứng suất do tải trọng gây ra nhỏ hơn 50% cường độ giới hạn thì sự phá hoại do mỏi của tấm bê tông ít xảy ra.
+ Tuy nhiên việc xác định ứng suất của các nguyên nhân trên gây ra và so sánh chúng với cường độ của bê tông thường khá phức tạp và đôi khi cho kết quả thiếu chính xác. Vì vậy ở Anh thường thiết kế theo phương pháp gần đúng dựa theo kinh nghiệm sử dụng của các kết cấu mặt đường hiện hữu.
+ Chiều dày của tấm bê tông thường hoặc của tấm bê tông có tăng cường cốt thép được xác định theo toán đồ lập sẵn ở hình 3-4 phụ thuộc vào loại nền đường và tổng số trục bánh xe tiêu chuẩn tích lũy tác dụng lên mặt đường trong suốt cuộc đời của nó. Chiều dày tra được lấy tròn đến 1m.
Tiêu chuẩn kỹ thuật các công trình cầu đường của Anh đã phân loại năng lực chịu tải của các kết cấu mặt đường cứng khác nhau như ở bảng 2.8
Phân loại năng lực chịu tải của các kết cấu mặt đường cứng Chiều dày tấm (mm) khi CBR của nền, % Số trục bánh tiêu chuẩn tích lũy (triệu lần) Lượng cốt thép tối thiểu (chỉ với các tấm tăng cường cốt thép) ≤2 2<CBR≤15 >15 Lưới thép (kg/m2) Thanh thép (mm2/m rộng) 305 280 255 ≥60 5,3 620 290 265 240 40-60 4,9 570 270 245 220 20-40 4,34** 500 250 225 200 11-20 3,9 450 235 210 185 2-11 2,41* 390 215 190 165 2,5**-5 3,1 340 Chiều dày lớp móng (mm)** Khi CBR của nền (%) 3 4 180 ÷ 4 6 130 ÷ 6 15 80 ÷ 15 0 >
Kích thước thanh truyền lực (mm)
Chiều dày tấm Khe dãn Khe co φ L φ L (thanh đặt trước) trên giá dỡ L (thanh chấn động trong bê tông ướt) ≥240 32 750 25 650 400 190÷239 25 650 20 550 400 Chú thích:
* - Ký hiệu của lưới thép tiêu chuẩn – các lưới thép khác dung dây thép
φ5mm, cách nhau 400mm theo hướng ngang.
** - Khi số trục bánh xe tiêu chuẩn tích lũy dưới 2,5 triệu thì chiều dày xác định theo hình 11 Road Note 29
***- Nếu nền đất nhạy cảm với bảng giá trị thì có thể tăng chiều dày lớp móng cho đến khi tổng chiều dày kết cấu mặt đường bằng 450mm.
Ảnh hưởng của nền đường đối với mặt đường cứng không lớn so với mặt đường mềm, Vì vậy nền đường dưới mặt đường BTXM được chia thành 03 cấp với phạm vi tương đối rộng như sau:
Xấu: Tất cả các nền đường có CBR ≤2%.
Bình thường: Các nền đường khác không phụ thuộc loại xấu và loại ổn định
Rất ổn định: Tất cả các nền đường có CBR ≥15%, kể cả loại móng đường không phá hoại kết cấu.
Nếu CBR của nền đường bằng hoặc nhỏ hơn 2% thì phải làm một lớp nền đường cải thiện bằng cát thiên nhiên có thành phần hạt tốt nhất, bằng sỏi sạn, đá dăm dày 280mm cùng với chiều dày lớp móng là 130mm.
Chiều dày lớp móng ứng với các nền đất có CBR khác nhau cho ở bảng 2-9 Bảng 2-9 Chiều dày của lớp móng
CBR (%) của nền đất Chiều dày lớp móng (mm)
≤2 130*
Trên 2-4 180
4-6 130
6-15 80
>15 0
Với tấm bê tông có tăng cường lưới thép hoặc cốt thép, trọng lượng nhỏ nhất của thép tăng cường thay đổi theo số lần tác dụng của trục bánh xe tiêu chuẩn lên tấm bê tông trong suốt đời của nó. Lớp bê tông phủ trên lưới thép phải là 60±100mm, trừ trường hợp tấm dày 150mm thì lớp phủ là 50±100mm. Trọng lượng tối thiểu của cốt thép xác định theo toán đồ 3-5. Khoảng cách giữa các khe trong tấm bê tông có tăng cường lưới thép (hoặc cốt thép) phụ thuộc vào trọng lượng thép tăng cường sủ dụng (và không nhỏ hơn số lượng xác định ở toán đồ 2- 7 tra được ở toán đồ 2-8)
Cứ 03 khe thì bố trí 01 khe dãn, các khe còn lại là khe co. Nếu đổ bê tông trong các tháng mùa hè thì không làm khe dãn, trừ các khe tiếp giáp với các kết cấu cố định. Nếu cốt liệu của bê tông là đá vôi thì có thể tăng khoảng cách giữa các khe lên 20%.
Khi chiều rộng của tấm bê tông lớn hơn 4,65m thì phải bố trí khe dọc, trù trường hợp có bố trí cốt thép ngang trong tấm bê tông.
Khoảng cách lớn nhất giữa các khe dãn trong tấm bê tông không cốt thép dày ≥ 200mm là 60m, với các tấm bê tông mỏng hơn là 40m; khoảng cách giữa các khe có trung gian là 5m. Với cốt liệu đá vôi thì khoảng cách tương ứng giữa các khe dãn là 72m và 48m và khoảng cách giữa các khe co là 6m.
Hình 2.8 Khoảng cách giữa các khe trong tấm BTCT (theo Road Note 29)