Thiết kế đường miền núi - chương 6

Chia sẻ: Van Hao | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

226
lượt xem 71
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Áo đường mềm hoàn chỉnh gồm có tầng mặt và tầng móng, mỗi tầng có thể gồm nhiều lớp. Tầng mặt của kết cấu áo đường là bộ phận chịu đựng trực tiếp tác dụng phá hoại của xe cộ (đặc biệt là dưới tác dụng phá hoại bề mặt) và của các yếu tố bất lợi về thời tiết, khí hậu. Yêu cầu thiết kế tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, đủ độ nhám, chống thấm nước, chống được biến dạng dẻo trong điều kiện nhiệt độ của môi trường thay...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế đường miền núi - chương 6

ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 6.1. Giới thiệu chung 6.1.1. Cấu tạo Áo đường mềm hoàn chỉnh gồm có tầng mặt và tầng móng, mỗi tầng có thể gồm nhiều lớp. Tầng mặt của kết cấu áo đường là bộ phận chịu đựng trực tiếp tác dụng phá hoại của xe cộ (đặc biệt là dưới tác dụng phá hoại bề mặt) và của các yếu tố bất lợi về thời tiết, khí hậu. Yêu cầu thiết kế tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, đủ độ nhám, chống thấm nước, chống được biến dạng dẻo trong điều kiện nhiệt độ của môi trường thay đổi, chống được nứt, phải có khả năng chịu mài mòn tốt, không bong bật…. Tầng móng ở dưới có tác dụng phân bố ứng suất do tải trọng xe xuống nền đường. Vật liệu tầng móng có thể dùng loại rời rạc nhưng phải đảm bảo có độ cứng nhất định, không bị lún, trượt, bảo đảm ổn định trong suốt quá trình sử dụng…. 6.1.2. Các yêu cầu cơ bản Trong kết cấu áo đường, tầng mặt là đắt tiền nhất nên khi sử dụng phải thiết kế sau cho các lớp của tầng mặt là có chiều dày tối thiểu nhưng phải đảm bảo đ ược các yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu mỹ thuật trong suốt quá trình sử dụng. Đối với tầng móng phải tận dụng được tối đa vật liệu địa phương. 6.2. Xác định lưu lượng xe chạy tính toán trên một làn xe: Theo các số liệu ở chương II : - Đường thuộc địa hình miền núi. - Số làn xe: 2 làn. - Cấp thiết kế của đường: cấp III. Theo 22TCN 211-06 ta chọn loại tầng mặt thiết kế: - Cấp cao A1 (bảng 2.1). - Thời hạn thiết kế 15 năm (tương ứng với điều 3.3.1 TCVN 4054-05). - Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn 100 KN (điều3.2). 6.2.1. Số liệu ban đầu Thµnh phÇn xe n¨m th nht sau khi ®ng ®ỵc ®a vµo khai th¸c sư dơng nh b¶ng 6-1 sau. B¶ng 6-1 Tỷ Trg.lỵng trơc Pi (kN) Lỵng xe Lo¹i xe S S b¸nh cđa K.c¸ch lệ trơc mçi cơm b¸nh gi÷a c¸c ni Trang 32 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI trơc sau xe/ngµy Trơc tríc Trơc sau trơc sau (%) sau (m) ®ªm Cơm b¸nh T¶i nhĐ 13 16,00 37,50 1 - 92,0 (GAZ-51A) ®«i Cơm b¸nh T¶i va 35 25,75 69,50 1 - 249,0 (ZIL-130) ®«i T¶i nỈng Cơm b¸nh 9 42,25 100,00 1 - 64,0 (MAZ-500) ®«i T¶i 3 trơc Cơm b¸nh 8 27,96 93,45 2 1,4
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI §ng c 2 lµn xe th× fL = 0,55 (theo ®iỊu 3.3.2). Ntk - s trơc xe tiªu chun trung b×nh ngµy ®ªm cđa n¨m th 15. 6.2.3. Tính số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn thiết kế Số trục xe tính toán tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên một làn xe với mức tăng xe hằng năm là 5% : (1 + q ) t − 1 (1 + 0,05)15 − 1 Ne = × 365 × N tt = × 365 × 251 q 0,05 Ne = 1,976920 x106 (trơc xe tiªu chun/ngµy ®ªm 1 lµn xe) Vy ta chn lo¹i bỊ dµy ti thiĨu tÇng mỈt A1 nh sau: 1x106 < Ne = 1,98x106 < 2x106 ni suy t b¶ng 2.2; ta ®ỵc hmin = 9,98cm. Vy ta chn h = 10cm 6.3. Xác định module đàn hồi chung yêu cầu Mô đun đàn hồi chung yêu cầu: yc E dh = a + b.lgNtt (MPa). Tải trọng trục xe tiêu chuẩn 100KN, mặt đường xe chạy cấp A1, lớp mặt đường là bê tông nhựa chặt rải nóng . Vì Ntt = 251 trơc xe tiªu chun/ngµy ®ªm 1 lµn xe nên khi tra bảng 3.4 22TCN 211- 06, ta phải nội suy như sau : Với Ntt = 200 thì a + b.lg200 = 160 MPa. Với Ntt = 500 thì a + b.lg500 = 178 MPa. Giải ra ta được a = 56,50 ; b = 45,00 Ntt= 251 ⇒ Eyc = 56,50 + 45*lg251 = 164,48 ≈ 164,50 MPa. Theo bảng 3.5 22TCN 211-06, ta có trị số tối thiểu của môđun đàn hồi yêu cầu: min Mặt đường cấp cao A1, đường cấp III : E yc = 140 MPa min Eyc = 164,50 MPa > E yc = 140 MPa vậy ta chọn Eyc = 164,50 MPa. Ta thấy: §iỊu kiƯn tÝnh to¸n cng ® kt cu nỊn ¸o ®ng theo tiªu chun ® vng ®µn hi cho phÐp (®iỊu 3.4.1; 22 TCN 221- 06): dv Ech ≥ K cd .E yc Theo tiªu chun 22 TCN 221-06 : ®ng cp III, 2 lµn xe, theo B¶ng 3-3 chn ® tin cy thit dv k lµ 0,90, do vy, theo B¶ng 3-2 x¸c ®Þnh ®ỵc K cd =1,1 dv Vy Ech ≥ K cd .Eyc=1,1 x 164,50 = 180,95 ≈ 181 MPa. Vy ta chn Ech = 181 MPa ®Ĩ thit k ¸o ®ng. 6.4. Xác định cấp mặt đường và chọn sơ bộ kết cấu áo đường 6.4.1. Xác định cấp mặt đường Theo số liệu tính toán ở trên ta chọn loại tầng mặt thiết kế: - Cấp cao A1. - Thời hạn thiết kế 15 năm. - Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn 100 KN. - Áp lực bánh xe lên mặt đường : P = 0,6 MPa. - Đường kính vệt bánh xe : D = 33 cm. - Số làn xe: 2 làn xe. 6.4.2. Chọn sơ đồ kết cấu áo đường Trang 34 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI Việc lựa chọn kết cấu áo đường ngoài việc phải dựa vào cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường, ta cần xét đến các điều kiện khác như: Vật liệu xây dựng sẵn có ở đ ịa phương, điều kiện và phương tiện thi công, đồng thời phải điều tra khí hậu địa chất thuỷ văn… của khu vực tuyến đi qua. Dựa vào điều kiện của khu vực tuyến xây dựng có các điều kiện sau: + Đá dăm các loại (gần xí nghiệp khai thác). + Đất cấp phối sỏi cuội, cát (trữ lượng lớn phân bố dọc theo tuyến đường). Đất nền: Vì không có số liệu thực nghiệm nên ta giả thiết nền đường có các đặc trưng sau: Đất nền là loại á sét. Độ ẩm tương đối : a = W/WP = 60% . Hệ số đầm chặt : K = 0,95. Vậy theo Bảng B.3; 22TCN 211-06, ta có: Module đàn hồi của đất nền: En = 42 MPa. ϕ = 24%. Góc ma sát : Lực dính: c = 0,032 MPa. Chọn vật liệu tầng mặt (2.2 ;22TCN 211-06) 6.4.2.1. Bê tông nhựa chặt rải nóng 2 lớp h4 = 4cm, h3 = 6cm. Vật liệu bê-tông nhựa được chọn theo yêu cầu của quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đ ường bê tông nhựa 22TCN 249-98. Lớp trên: BTNC15 AI Chọn vật liệu là bê-tông nhựa chặt hạt nhỏ 15 (BTNC15). Có độ rỗng còn dư là 3%÷6% theo thể tích. Cỡ hạt lớn nhất danh định 15mm. Có hàm lượng đá dăm từ 65÷75% tính theo khối lượng. Có các chỉ tiêu cơ lý theo bảng II-2a; 22TCN 249-98. Lớp dính bám giữa lớp 3 và lớp 4: dùng nhựa đặc 60/70 pha dầu hỏa theo tỷ l ệ dầu hỏa trên nhựa đặc là 25/100 (theo trọng lượng), tưới ở nhiệt độ 110 oC±10oC. Phải chờ nhựa lỏng đông đặc lại rồi mới được thi công nhựa lớp trên. Hàm lượng 0,8 lít/m2. Lớp dưới: BTNC 25AII Chọn vật liệu là bê-tông nhựa chặt hạt trung 25 (BTNC25). Có độ rỗng còn dư là 3%÷6% theo thể tích. Cỡ hạt lớn nhất danh định 25mm. Có hàm lượng đá dăm từ 76÷84% tính theo khối lượng. Có các chỉ tiêu cơ lý theo bảng II-2a; 22TCN 249-98. Lớp thấm bám giữa lớp 2 và lớp 3: dùng nhựa đặc 60/70 pha dầu hỏa theo tỷ lệ dầu hỏa trên nhựa đặc là 80/100 (theo trọng lượng), tưới ở nhiệt độ 45 oC±10oC. Phải chờ nhựa lỏng đông đặc lại rồi mới được thi công nhựa lớp trên. Hàm lượng 1,3 lít/m2. 6.4.2.2. Chọn vật liệu tầng móng (2.3 ;22TCN 211-06) Lớp móng trên: Chọn vật liệu là CPĐD loại I. Vật liệu đá dăm tầng móng trên được chọn theo yêu cầu của quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu l ớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ôtô 22TCN 334-06. Cấp phối đá dăm nghiền loại I có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25mm (cỡ hạt lớn nhất 37,5mm 4cm, đá cấp phối 0x4). Có thành phần hạt cấp phối như sau. Kích cỡ sàng 37,5 25 19 9,5 6,75 2,36 0,425 0,075 vuông Tỉ lệ lọt sàng % 100 79-90 67-83 49-64 34-54 25-40 12-24 2-12 theo khối lượng Trang 35 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI Lớp móng dưới Chọn vật liệu cấp phối thiên nhiên loại A. Vật liệu cấp phối thiên nhiên tầng móng dưới được chọn theo yêu cầu của quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu các lớp kết cấu áo đường bằng cấp phối thiên nhiên 22TCN 304-03. Cấp phối thiên nhiên được chọn có thành phần hạt như sau. Thành phần lọt qua mắt sàng vuông (%) Loại cấp 50,0mm 25,0mm 9,5mm 6,75mm 2,0mm 0,425mm 0,075mm phối (N04) (N010) (N040) (N0200) (2'') (1'') (3/8'') A 100 - 30-65 25-55 15-40 8-20 2-8 Sơ đồ các lớp : Ech ≥ Eyc =181 MPa. h4 BTNC 15AI; E4 = 300 MPa. h3 BTNC 25AII; E3 = 300 MPa. Cấp phối đá dăm loại I ; E2 = 275 MPa.. h2 Cấp phối thiên nhiên (sỏi cuội) ; h1 E1 = 200 MPa. Á sét Eo=42 MPa. 6.5. Giải bài toán móng kinh tế Trình tự tính toán móng kinh tế : - Chọn cố định bề dày tối thiểu tầng mặt bêtông nhựa điều kiện bề dày tối thiểu h3+ h4 = 6 + 4 = 10cm - Ứng với mỗi trị số của h2 sẽ tính được chiều dày cần thiết của lớp 1 (h1 ). - Vẽ biểu đồ chi phí xây dựng của các lớp vật liệu (lớp 1 và lớp 2 ) theo các chiều dày h1 và h2 đã tính. - Xác định Gmin ,từ đó suy ra chiều dày kinh tế của lớp 1 và lớp 2 tương ứng. - Các đặc trưng cường độ của các vật liệu làm áo đường và nền đường theo bảng 6-3 sau. Bảng 6-3 Vật liệu Chiều Module đàn hồi (MPa) ϕ Ru C dày MPa MPa Tính về Tính về Tính về Độ trượt độ võng kéo uốn Trang 36 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI (60oC) (30oC) (15oC) BTNC 15 loại AI h4 300 420 1.800 2,8 BTNC 25 loại AII h3 300 420 1.800 2,4 Cấp phối đá dăm h2 275 275 275 loại I (0x4) Cấp phối thiên h1 200 200 200 0,050 40 nhiên loại A Đất nền á sét 42 42 42 0,032 24 6.5.1. Tính toán chiều dày mỗi lớp Cho trước h2 = hmin (vì giá trị h2 dao động trong một khoảng lớn nên ta lấy giá trị thường sử dụng từ 15-24cm; như Bảng 2.4). Đổi các lớp đã chọn về một lớp có môđun đàn hồi trung bình (Etbk) bằng cách đổi các lớp kết cấu áo đường lpần lượt hai lớp một từ dưới lên trên theo công thức 6-1 và 6-2 ở dưới, thử dần từng giá tr ị của h 2 để tìm giá trị của h1 cho kết cấu có Ech≥Eyc, ta được kết quả tính toán như bảng 6-4 sau: Bảng 6-4 Chiều dày (cm) hk Etbk hk Etbk hk Etbk h4 4 4 420 4 420 h3 6 6 420 67 243,16 h2 15 63 236,31 57 218,20 h1 42 Áp dụng công thức : 3   1/ 3  1 + hk +1  E k +1     hk  E k      = Ek   (6-1) Etbk hk +1   1+   hk    E 0  H  1,05 − 0,10 ×   × 1 − 3 dc  D  Etbk      (6-2) E ch = Etbk × dc D   1,35 × htd  Etbk 2 dc E0 × × arctg   0,71 × 3 dc × acrtg  + h  D  E0 π E tbk   td  Hệ số điều chỉnh : 0 ,12 0 ,12 H   67  β = 1,114  = β = 1,114  = 1,213 D  33  Etbk = β × E tbk = 1,213 x 242,92 = 294,95 MPa . dc Sao cho: Ech ≥ Eyc = 181 MPa. Trang 37 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI dc n E tbk H = ∑ ( h1 + h2 + ... + hn ) = 67cm; htd = 2 H × 3 = 141,171. 6 × E0 i =1 Ech = 181,64 MPa > Eyc = 181 MPa.. Thay đổi giá trị h2, tiến hành tương tự ta được bảng giá trị của h 2 và h1 như bảng 6-5 sau: Bảng 6-5 Ehctbk Etbk Echung h2 (cm) h1 (cm) htđ (cm) (MPa) (MPa) (MPa) 15 42 243,16 1,213 294,95 141,22 181,64 16 41 242,72 1,213 294,42 141,13 181,46 17 40 247,18 1,213 299,83 141,99 183,90 17 39 246,95 1,211 299,06 139,75 181,91 18 38 246,51 1,211 298,52 139,67 181,79 19 37 250,52 1,211 303,38 140,42 183,53 19 36 249,83 1,208 301,79 138,05 181,39 20 35 249,17 1,208 301,00 137,93 181,19 21 34 252,72 1,208 305,29 138,58 182,73 21 33 252,50 1,206 304,52 136,34 181,34 23 32 248,58 1,208 300,28 137,82 181,04 24 31 254,29 1,208 307,18 138,87 183,13 24 30 254,11 1,206 306,46 136,63 181,74 6.5.2. Tính toán giá thành Giá trị xây dựng các lớp vật liệu áo đường kham khảo theo đơn giá xây dựng c ơ bản khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Cho lớp cấp phối thiên nhiên 6.5.2.1. Đơn vị tính : đ/100m2. Mã hiệu Công tác xây lắp Đơn vị Vật liệu Nhân công Xe máy Chiều dày đã lèn ép 100m2 AD.21221 - 6cm 342.800 67.013 189.160 100m2 AD.21222 - 8cm 456.800 74.459 260.253 100m2 AD.21223 - 10cm 571.200 81.905 315.748 100m2 AD.21224 - 12cm 685.600 89.351 386.360 100m2 AD.21225 - 14cm 799.600 96.797 449.414 100m2 AD.21226 - 16cm 914.000 103.904 504.908 100m2 AD.21227 - 18cm 1.028.000 111.350 575.521 100m2 AD.21228 - 20cm 1.142.400 118.796 661.252 Trang 38 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI Đối với các lớp vật liệu có chiều dày lớn hơn 20cm (theo 22TCN 304-03) thì ta chia thành nhiều lớp để thi công. Kết quả giá thành từng lớp như bảng 6-6 sau. Bảng 6-6 h1 (cm) Phân lớp Vật liệu G1 (đồng) Nhân công Xe máy 10 571.200 81.905 315.748 42 4.052.612 12 685.600 89.351 386.360 20 1.142.400 118.796 661.252 9 514.000 78.182 288.001 41 3.963.942 12 685.600 89.351 386.360 20 1.142.400 118.796 661.252 20 1.142.400 118.796 661.252 40 3.844.896 20 1.142.400 118.796 661.252 19 1.085.200 115.073 618.387 39 3.741.108 20 1.142.400 118.796 661.252 18 1.028.000 111.350 575.521 38 3.637.319 20 1.142.400 118.796 661.252 17 971.000 107.627 540.215 37 3.541.290 20 1.142.400 118.796 661.252 16 914.000 103.904 504.908 36 3.445.260 20 1.142.400 118.796 661.252 15 856.800 100.351 477.161 35 3.356.760 20 1.142.400 118.796 661.252 14 799.600 96.797 449.414 34 3.268.259 20 1.142.400 118.796 661.252 13 742.600 93.074 417.887 33 3.176.009 20 1.142.400 118.796 661.252 13 742.600 93.074 417.887 32 3.072.221 19 1.085.200 115.073 618.387 13 742.600 93.074 417.887 31 2.968.432 18 1.028.000 111.350 575.521 12 685.600 89.351 386.360 30 2.876.182 18 1.028.000 111.350 575.521 Cho lớp cấp phối đá dăm 6.5.2.2. Đơn vị tính : đ/100m2. Đơn Mã hiệu Công tác xây lắp Vật liệu Nhân công Xe máy vị Trang 39 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI AD.22311 Mặt đường đã lèn ép dày 10cm 100m2 1.570.850 242.935 230.187 Đối với các lớp vật liệu có chiều dày lớn hơn 15cm (theo 22TCN 334-06) thì ta chia thành nhiều lớp để thi công. Kết quả giá thành từng lớp như bảng 6-7 sau. Bảng 6-7 Vật liệu G2 (đồng) h2 (cm) Nhân công Xe máy 15 1.780.650 191.216 218.618 2.190.484 16 1.899.360 203.963 233.192 2.336.515 17 2.018.070 216.711 247.767 2.482.548 18 2.136.780 229.459 262.341 2.628.580 19 2.255.490 242.206 276.916 2.774.612 20 2.374.200 254.954 291.490 2.920.644 21 2.492.910 267.702 306.065 3.066.677 23 2.730.330 293.197 335.214 3.358.741 24 2.849.040 305.945 349.788 3.504.773 Từ đây lập bảng tính giá thành cho 100m , tương ứng với cặp h1 và h2 đã tính toán ở 2 trên. Kết quả trong bảng 6-8 sau. Bảng 6-8 G2 (đồng) G1 (đồng) G (đồng) h2 (cm) h1 (cm) 15 42 2.190.484 4.052.612 6.243.096 16 41 2.336.515 3.963.942 6.300.457 17 40 2.482.548 3.844.896 6.327.444 17 39 2.482.548 3.741.108 6.223.656 18 38 2.628.580 3.637.319 6.265.899 19 37 2.774.612 3.541.290 6.315.902 19 36 2.774.612 3.445.260 6.219.872 20 35 2.920.644 3.356.760 6.277.404 21 34 3.066.677 3.268.259 6.334.936 21 33 3.066.677 3.176.009 6.242.686 23 32 3.358.741 3.072.221 6.430.962 24 31 3.504.773 2.968.432 6.473.205 24 30 3.504.773 2.876.182 6.380.955 Dựa vào bảng trên, ta chọn được Gmin= 6.219.872 đồng/100m2 móng áo đường, tương cặp h1= 36cm và h2= 19cm.Vậy bề dày áo đường H = 65cm. Vậy kết cấu thỏa điều kiện Ech ≥ Eyc, với chi phí xây dựng nhỏ nhất là : - Bêtông nhựa chặt 15 loại IA, dày 4cm. - Bêtông nhựa chặt 25 loại IIA, dày 6cm. - Cấp phối đá dăm loại I, dày 19cm. Trang 40 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI - Cấp phối thiên nhiên loại B, dày 36cm. 6.6. Kiểm tra kết cấu áo đường đã chọn 6.6.1. Kiểm tra cường độ áo đường theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất và lớp vật liệu kém dính ( ở t=60oC) Để đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong nền đất và trong l ớp vật liệu kém dính, cấu tạo kết cấu áo đường phải thỏa mãn điều kiện sau: Ctt Tax + Tav ≤ tr K cd Tax : ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra. Tav : ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên lớp đang xét gây ra. Ctt = C x K1 x K2 x K3 : lực dính tính toán của đất và vật liệu kém dính ở trạng thái độ ẩm. C : lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính. K1 : hệ số xét đến sự suy giảm sức sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động. K2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu. K3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hay vật liệu kém dính. tr K cd : hệ số cường độ về cắt trượt tùy thuộc vào độ tin cậy thiết kế. Trong nền đất: 6.6.1.1. a. Tính ứng suất cắt hoạt động lớn nhất Tax Đổi 4 lớp trên đất nền về 1 lớp. Kết quả trong bảng 6-9 sau. Bảng 6-9 Ei +1 hi +1 hitb t= k= Lớp vật liệu Ei(60oC) (MPa) hi (cm) Etb (MPa) (cm) Ei hi Lớp 4 300 1,302 4 0,066 65 237,97 Lớp 3 300 1,337 6 0,109 61 231,49 Lớp 2 275 1,375 19 0,528 55 225,40 Lớp 1 200 36 H 65 = = 1,97 Tỷ số : D 33 0 ,12 H ⇒ β = 1,114 ×   = 1,208 D hc ⇒ Etbk =β x Etbk = 1,208 x 237,97 = 287,47 MPa. Trị số Tax tra toán đồ hình 3-3, 22TCN 211-06. Nền đường là nền đất dính á sét, có C= 0,032 MPa, j = 24o, h=65cm. H 65 = = 1,97 D 33 Trang 41 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI hc Etb 287,47 = = 6,84 Eo 42 Tax = 0,012 ⇒ τ ax = 0,012 × 0,6 = 0,0072 MPa. ⇒ p b. Tính ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân Tav Với chiều dày tổng cộng h=65cm của các lớp nằm trên tính toán và tr ị s ố góc ma sát trong của đất nền là j = 24o . Ta có : Tav= 10-4 × (5-0,3j) × h × 10-1 = 10-4 × (5 - 0,3× 24) × 65 × 10-1 = -0,00143 MPa. (Tra toán đồ hình 3-4, 22TCN 211-06 ; được kết quả Tav ≈ -0,0015 MPa.) c. Xác định trị số lực dính tính toán Ctt Ctt=C.K1.K2.K3 = 0,032x0,6x0,8x1,5=0,02304 MPa. Trong đó : C= 0,032 MPa (của đất nền). K1 = 0,6 ; Do ở đây đang tính toán áo đường phần xe chạy. K2 = 0.8 ; Vì số trục xe tính toán ở đây là 251 trụcxe /1 làn ngày đêm. K3 = 1.5 ; Vì đất là nền á sét. d. Xác định hệ số cường độ về cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy thiết kế tr K cd Với độ tin cậy thiết kết là 0,90. Theo bảng 3-7; 22TCN211-06 vậy K cd = 0,94 tr C tt 0,02304 = = 0,0245 MPa. tr 0,94 K cd Kiểm toán cường độ áo đường theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt 6.6.1.2. C tt Ta có: Tax + Tav =0,0072 – 0,00143 = 0,00577 MPa < tr = 0,02450 MPa. K cd ⇒ Thỏa điều kiện chịu cắt trượt trong nền đất. 6.6.2. Kiểm tra cường độ áo đường theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong lớp cấp phối thiên nhiên ( ở t=60oC) Để đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong nền đất và trong l ớp vật liệu kém dính, cấu tạo kết cấu áo đường phải thỏa mãn điều kiện sau: Ctt Tax + Tav ≤ tr K cd Tax : ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra. Tav : ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên lớp đang xét gây ra. Ctt = C x K1 x K2 x K3 : lực dính tính toán của đất và vật liệu kém dính ở trạng thái độ ẩm. C : lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính. K1 : hệ số xét đến sự suy giảm sức sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động. K2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu. Trang 42 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI K3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hay vật liệu kém dính. tr K cd : hệ số cường độ về cắt trượt tùy thuộc vào độ tin cậy thiết kế. a. Tính ứng suất cắt hoạt động lớn nhất Tax Đổi 3 lớp trên đất nền về 1 lớp. Kết quả trong bảng 6-10 sau. Bảng 6-10 Ei(60oC) MPa hitb (cm) Etb MPa L ôù vaälieä ptu hi (cm) L ôù 4 p 300 4 29 283,03 L ôù 3 p 300 6 25 280,78 L ôù 2 p 275 19 H 29 = = 0,879 Tỷ số : D 33 0 ,12 H ⇒ β = 1,114 ×   = 1,097 D hc ⇒ Etbk =β x Etbk = 1,097 x 283,03 = 310,48 MPa. Đổi lớp cấp phối thiên nhiên và đất nền về 1 lớp. Kết quả trong bảng 6-11 sau. Bảng 6-11 Ei(60oC) MPa hitb (cm) Etb MPa Lôù vaälieä ptu hi (cm) Lôù 2 p 275 36 36 264,43 Ñaáneà tn 42 0 ,12 H 36 = 1,09 ; ⇒ β = 1,114 ×   H = = 1,126 Tỷ số :  D 33 D hc ⇒ Etbk =β x Etbk = 1,126 x 294,43 = 297,75 MPa. E0 42 E1 = = 0,141 ; htd = 2 H × 3 = 76,117 cm. 6 × E0 hc Etbk 297,75 ⇒ Ech 0-1 = 128,44 MPa. Trị số Tax tra toán đồ hình 3-2, 22TCN 211-06. Cấp phối thiên nhiên có C= 0,05 MPa, j = 40o, h=36cm. H 36 = = 1,09 D 33 hc Etb 310,48 = = 2,42 E ch 0−1 128,44 Tax = 0,032 ⇒ τ ax = 0,032 × 0,6 = 0,0192 MPa. ⇒ p b. Tính ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân Tav Với chiều dày tổng cộng h=29cm của các lớp nằm trên tính toán và tr ị số góc ma sát trong của đất nền là j = 40o . Ta có : Tav= 10-4 × (5-0,3j) × h × 10-1 = 10-4 × (5 - 0,3× 40) × 29 × 10-1 = -0,00203 MPa. (Tra toán đồ hình 3-4, 22TCN 211-06 ; được kết quả Tav ≈ -0,00205 MPa.) Trang 43 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI c. Xác định trị số lực dính tính toán Ctt Ctt=C.K1.K2.K3 = 0,05x0,6x0,8x1,5=0,036 MPa. Trong đó : C= 0,05 MPa (của cấp phối thiên nhiên). K1 = 0,6 ; Do ở đây đang tính toán áo đường phần xe chạy. K2 = 0.8 ; Vì số trục xe tính toán ở đây là 251 trục xe /1 làn ngày đêm. K3 = 1.5 ; Vì đất là sỏi cuội có sét. d. Xác định hệ số cường độ về cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy thiết kế tr K cd Với độ tin cậy thiết kết là 0,90. Theo bảng 3-7; 22TCN211-06 vậy K cd = 0,94 tr C tt 0,036 = = 0,0383 MPa. tr K cd 0,94 Kiểm toán cường độ áo đường theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt 6.6.2.1. C tt Ta có: Tax + Tav =0,0192 – 0,00203 = 0,01717 MPa < tr = 0,0383 MPa. K cd ⇒ Vậy lớp cấp phối thiên nhiên thỏa điều kiện chống cắt trượt . 6.6.3. Kiểm tra cường độ áo đường theo điều kiện chịu kéo uốn tại đáy tầng mặt (ở t=15oC) 6.6.3.1. Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê-tông nhựa a. Cường độ chịu kéo uốn tính được xác định theo biểu thức sku=kb × p × σ ku = 0,85 × 0,6 × σ ku p = 0,6 MPa. kb = 0,85; là hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi. b. Tại đáy lớp bê-tông nhựa lớp dưới - Quy đổi hai lớp trên bêtông nhựa về một lớp theo công thức 6-1. Kết quả trong bảng 6-10 sau Bảng 6-12 Ei(15oC) MPa hitb (cm) Etb MPa Lôù vaälieä ptu hi (cm) Lôù 4 p 1.800 4 4 1.800,00 Lôù 3 p 1.800 6 - Quy đổi hai lớp cấp phối sỏi cuội và cấp phối đá dăm về một lớp và xác đ ịnh môđun đàn hồi chung của lớp móng trên theo công thức 6-1 và 6-2. Kết quả trong bảng 6- 11 sau. Bảng 6-13 Ei(15oC) MPa hitb (cm) Etb MPa Lôù vaälieä ptu hi (cm) Lôù 2 p 275 19 55 225,40 Lôù 1 p 200 36 Trang 44 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI H 55 = = 1,67 Tỷ số : D 33 0 ,12 H β = 1,114 ×   = 1,185 ⇒ D hc ⇒ Etbk =β x Etbk = 1,185 x 225,4 = 267,10 MPa. E0 42 = = 0,157 hc Etbk 267,1 E1 htd = 2 H × 3 = 112,15 cm. 6 × E0 ⇒ Ech 1-2 = 154,86 MPa. Tính ứng suất kéo uốn đơn vị tại đáy tầng mặt áo đường sku: H 10 = = 0,30 D 33 mat E tb 1.800 = = 11,62 E ch1− 2 154,86 Tra toán đồ hình 3.5 ; 22TCN211-06, ta có : σ ku = 1,98 ⇒ sku= 0,85 × 0,6 × σ ku = 0,85 × 0,6 × 1,98 = 1,0098 MPa. c. Tại đáy lớp bê-tông nhựa lớp trên - Lớp trên bêtông nhựa có h1 = 4cm, Etb = 1.800 MPa. - Quy đổi ba lớp cấp phối sỏi cuội, cấp phối đá dăm và bê-tông nhựa lớp dưới về một lớp và xác định môđun đàn hồi chung của lớp móng trên theo công thức 6-1 và 6-2. Kết quả trong bảng 6-12 sau. Bảng 6-14 Ei(15oC) MPa hitb (cm) Etb MPa Lôù vaälieä ptu hi (cm) Lôù 3 p 1.800 6 61 296,27 Lôù 2 p 275 19 55 223,60 Lôù 1 p 200 36 0 ,12 H 61 H = = 1,85 ; ⇒ β = 1,114 ×   = 1,199 Tỷ số : D 33 D hc ⇒ Etbk =β x Etbk = 1,199 x 296,27 = 355,23 MPa. E0 42 E1 = = 0,118 ; htd = 2 H × 3 = 136,79 cm. 6 × E0 hc Etbk 355,23 ⇒ Ech 1-3 = 193,22 MPa. Tính ứng suất kéo uốn đơn vị tại đáy tầng mặt áo đường sku: H 4 = = 0,12 D 33 mat E tb 1.800 = = 9,32 E ch1−3 193,22 Tra toán đồ hình 3.5 ; 22TCN211-06, ta có : σ ku = 2,00 Trang 45 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102
ÑAMH THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG MIEÀN NUÙI GVHD : ThS. CAO NGOÏC HAÛI ⇒ sku= 0,85 × 0,6 × σ ku = 0,85 × 0,6 × 2,00 = 1,02 MPa. 6.6.3.2. Kiểm toán tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê-tông nhựa a. Cường độ chịu kéo uốn tính được xác định theo biểu thức ku Rtt σ ku ≤ K cdu k σ ku : ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của tải trọng bánh xe, đã được tính ở trên. ku K cd : hệ số xét cường độ về chịu kéo uốn được chọn tùy thuộc độ tin cậy thiết kế. Với độ tin cậy thiết kết là 0,90. Theo bảng 3-7; 22TCN211-06 vậy K cd = 0,94. ku ku Xác định Rtt b. Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác định như sau: Rtt = k1 x k2 x Rku = 0,47 x 1 x 2,4 = 1,128 MPa (BT nhựa lớp dưới). ku Rtt = k1 x k2 x Rku = 0,47 x 1 x 2,8 = 1,316 MPa (BT nhựa lớp trên). ku Rku : cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán. Do không có kết quả thí nghiệm nên ta chọn giá trị như trong bảng C-1; 22TCN 211-06. Với bê-tông nhựa lọai I (lớp trên) thì Rku = 2,80; bê-tông nhựa lọai II (lớp dưới) thì Rku = 2,40. k1 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục. 11,11 11,11 k1 = = = 0,47 ( ) 0 , 22 0 , 22 Ne 1,81152 × 10 6 Ne : số trục xe tính toán tích lũy trong suốt thời hạn thiết kế trên 1 làn xe. k2 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết. Đối với bê tông nhựa chặt loại I lấy k2=1. c. Kiểm toán cường độ áo đường theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn - Với lớp bê-tông nhựa lớp dưới : ku Rtt 1,128 σ ku = 1,0098 MPa < = =1,20 MPa ku K cd 0,94 - Với lớp bê-tông nhựa lớp trên : ku Rtt 1,316 σ ku = 1,02 MPa < = =1,40 MPa ku K cd 0,94 Vậy các lớp bê tông nhựa đảm bảo điều kiện chịu kéo uốn. 6.6.4. Kết luận Kết cấu áo đường đã chọn thõa mãn tất cả các điều kiện về thiết kế áo đường mềm. Trang 46 SVTH : ÑOAØN MINH QUANG MSSV : 21098102