Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực cho đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm trần hồng quân luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật loại mặt đường Bê tông cốt thép dự ứng lực cho các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân trên địa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LÂM TẤN ĐẠT

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BTCT – DƯL CHO ĐƯỜNG NỘI BỘ NHÀ MÁY ĐIỆN PHÂN NHÔM TRẦN HỒNG QUÂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH – 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LÂM TẤN ĐẠT

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BTCT – DƯL CHO ĐƯỜNG NỘI BỘ NHÀ MÁY ĐIỆN PHÂN NHÔM TRẦN HỒNG QUÂN

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện Các số liệu

và kết quả nêu trong luận văn chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình!

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 09 năm 2016

Tác giả

Lâm Tấn Đạt

Em xin cảm ơn sự động viên, giúp đỡ, góp ý nhiệt tình của người thân, bạn bè và đồng nghiệp trong thời gian học và làm luận văn

Đề tài thể hiện một góc nhìn của em về vấn đề nghiên cứu, chính vì vậy

em chân thành cảm ơn và sẽ tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp để hoàn thành đề tài

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về các loại kết cấu mặt đường hiện nay 4

1.1.1 Mặt đường bê tông nhựa 5

1.1.2 Mặt đường bê tông xi măng 7

1.2 Tổng quan về mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 14

1.2.1 Giới thiệu mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 14

1.2.2 Tình hình sử dụng mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực trên thế giới 16

1.2.3 Cấu tạo 18

1.3 Tổng quan về các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân [8] 21

1.3.1 Vị trí, phạm vi công trình 21

1.3.2 Điều kiện tự nhiên khu vực tuyến 23

1.3.3 Quy mô mặt cắt ngang các tuyến đường 25

1.3.4 Giải pháp kết cấu 26

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 31

2.1 Lý thuyết tính toán mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 31

2.1.1 Tổng quan 31

2.1.2 Lựa chọn mô hình tính toán 31

2.1.3 Mô hình tính toán tấm nhiều lớp trên nền đàn hồi [11] 32

2.1.4 Phân tích kết cấu tấm mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 36

2.2 Lý thuyết tính toán hiệu quả kinh tế 38

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BTCT - DƯL CHO ĐƯỜNG NỘI BỘ NHÀ MÁY ĐIỆN PHÂN NHÔM TRẦN HỒNG QUÂN 39

3.1 Lựa chọn mô hình bài toán phân tích kết cấu PPCP 39

3.2 Thông số đầu vào bài toán tính toán mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực cho đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân 39

3.3 Tính toán mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực cho đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân 41

3.3.1 Tính toán mất mát ứng suất do căng cáp dự ứng lực trước trong quá trình chế tạo [1] 43

3.3.2 Xác định ứng suất hữu hiệu trong tấm theo phương ngang đường 48

3.3.3 Kiểm toán tấm BTCT - DƯL trong giai đoạn chế tạo 49

3.3.4 Tính toán mất mát ứng suất do căng cáp hậu áp trong quá trình lắp đặt (cấu kiện kéo sau) [6] [1] 55

3.3.5 Xác định ứng suất hữu hiệu trong tấm theo phương dọc đường 62

3.3.6 Kiểm tra chiều dày tấm trong quá trình khai thác dưới tác dụng của tải trọng, nhiệt độ 63

CHƯƠNG 4: SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTCT DỰ ỨNG LỰC VỚI CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG KHÁC 75

4.1 Về mặt tuổi thọ 75

4.2 Phương pháp thi công 75

4.3 Về hiệu quả kinh tế 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Quy mô mặt cắt ngang các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân

nhôm Trần Hồng Quân [8] 25

Bảng 3.1 Xác định hệ số K và  57

Bảng 3.2 Chọn độ tin cậy và hệ số độ tin cậy thiết kế γr 65

Bảng 3.3 Hệ số dãn nở nhiệt αc của BTXM 69

Bảng 4.1 So sánh các chỉ tiêu giữa mặt đường BTCT – DƯL với Bê tông xi măng tại chỗ 78

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu tạo mặt đường BTCT DUL 16

Hình 1.2 Đường BTCT - DƯL dài 35km ở Indonesia hoàn thành năm 2011 17

Hình 1.3 Dự án đường I-35 ở Texas – Mỹ, dài 701m, hoàn thành năm 2001 17

Hình 1.4 Kết cấu mặt đường BTCT - DƯL 18

Hình 1.5 Cấu tạo một đoạn mặt đường BTCT - DƯL tiêu biểu 19

Hình 1.6 Cấu tạo tấm cơ bản 19

Hình 1.7 Cấu tạo tấm nối 20

Hình 1.8 Cấu tạo tấm căng cáp 21

Hình 1.9 Mặt bằng các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân 23

Hình 1.10 Xe chuyên dùng hoạt động trong các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân 28

Hình 1.11 Thông số cấu tạo của xe chuyên dùng hoạt động trong các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân 29

Hình 3.1 Sơ đồ khối tính toán mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực 41

Hình 3.2 Sơ đồ tính toán cẩu lắp 49

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán ứng suất hữu hiệu trong tấm theo phương dọc đường 55

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sau hơn 10 năm tách tỉnh, nền kinh tế xã hội của tỉnh Đắk Nông có nhiều khởi sắc, tuy nhiên vẫn còn thấp so với những tỉnh khác ở Tây Nguyên Nền kinh tế phát triển chủ yếu hiện nay là nền kinh tế Nông lâm nghiệp, công nghiệp chế biến Nông lâm sản và dịch vụ song vẫn còn chậm chạp chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển của xã hội

Để thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, trong thời gian qua, ngành công nghiệp của tỉnh đã có những chuyển biến đáng kể nhưng hiệu quả đầu tư còn thấp và phân tán, cơ sở kỹ thuật hạ tầng thấp kém, công nghệ lạc hậu Nhằm tạo sức hút đầu tư, thực hiện chủ trương công nghiệp hoá trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội của tỉnh, cần hình thành sớm các cụm công nghiệp, các khu công nghiệp tập trung, làm động lực phát triển và khai thác triệt để tiềm năng phát triển công nghiệp và dự án nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân thuộc Khu công nghiệp Nhân Cơ là một trong những chính sách thu hút đúng đắn của tỉnh

Trong các hạng mục đầu tư của nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân thì hạng mục đường giao thông nội bộ cần phải được đầu tư trước một bước để phục vụ cho việc xây dựng, sản xuất, phát triển nhà máy Các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân dự kiến sẽ có nhiều

xe chuyên dụng tải trọng nặng qua lại làm việc, do đó việc lựa chọn loại mặt đường hợp lý, hiệu quả khai khác cao đóng vai trò vô cùng quan trọng

Với đặc điểm về tính chất khai thác các tuyến đường, đặc điểm địa lý, đặc điểm về chế độ thủy nhiệt, tình hình sử dụng vật liệu ở tỉnh Đăk Nông, điều kiện và yêu cầu về tiến độ thi công nên cần nghiên cứu kỹ, lựa chọn loại mặt đường hợp lý cho các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân để đáp ứng các yêu cầu nói trên và mang lại hiệu quả kinh tế cao

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đã có nhiều loại kết cấu mặt đường như Bê tông xi măng, Bê tông nhựa, láng nhựa, thấm nhập nhựa được sử dụng ở nước ta hiện nay nhưng trên thực tế những loại mặt đường này vẫn chưa đáp ứng được hiệu quả về kinh tế, tuổi thọ thấp, dễ bị bong tróc, nứt gãy, Một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra các loại hư hỏng trên là do điều kiện tự nhiên ở nước ta rất khắc nghiệt, chế độ thủy nhiệt thay đổi Do đó cần phải nghiên cứu ra một loại mặt đường khắc phục được tình trạng trên Hiện tại nhiều tuyến đường trong cả nước, để nâng cao tuổi thọ và chất lượng, chúng ta phải sử dụng loại bê tông nhựa polime, hoặc phải dùng bê tông xi măng rất dày Khi đó, tính toán đầy

đủ thì chi phí xây dựng loại mặt đường nhựa hay mặt đường bê tông thông thường, không thấp hơn loại mặt đường Bê tông cốt thép dự ứng lực, mà tuổi

thọ lại ngắn hơn Do đó, việc xây dựng đường Bê tông cốt thép dự ứng lực sẽ

rất thích hợp trong điều kiện nước ta, đặc biệt là cho các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân Đây là giải pháp tốt đem lại hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đảm bảo chất lượng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật loại mặt đường Bê tông cốt thép dự ứng lực cho các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân trên địa bàn tỉnh Đăk Nông

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp tính toán trên lý thuyết kết hợp với thực nghiệm bằng các phần mềm chuyên ngành và các số liệu thu thập được để đánh giá hiệu quả kinh tế của đường Bê tông cốt thép dự ứng lực

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Việc nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực cho các tuyến đường tải trọng nặng nói chung, với các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân nói riêng sẽ giúp chúng ta tiếp cận được công nghệ của thế giới đã nghiên cứu sử dụng, đồng thời làm tăng hiệu

quả khai thác của các tuyến đường nội bộ trong nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân, từ đó góp phần cho sự phát triển của nhà máy, thúc đẩy sự

tăng trưởng kinh tế của tỉnh Đăk Nông nói riêng và cả nước nói chung

Vì vậy ” Nghiên cứu ứng dụng mặt đường BTCT - DƯL cho đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân” có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật và thực tiễn đối với xây dựng công trình giao thông hiện nay

6 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn kết cấu gồm 04 chương:

Chương 1: Tổng quan;

Chương 2: Lý thuyết tính toán;

Chương 3: Tính toán ứng dụng mặt đường BTCT - DƯL cho đường nội

bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân;

Chương 4: So sánh hiệu quả kinh tế của mặt đường Bê tông cốt thép dự

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về các loại kết cấu mặt đường hiện nay

Hiện nay, ở nước ta đang sử dụng nhiều loại mặt đường khác nhau cho các tuyến đường khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng, phục vụ mỗi nhu cầu giao thông, vận tải mà sử dụng loại mặt đường phù hợp Trong đó phân chia thành 2 loại mặt đường chính: Mặt đường mềm và mặt đường cứng (phân loại theo độ cứng)

Mặt đường mềm: Gồm có lớp mặt và các lớp móng Lớp mặt là lớp chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng, các yếu tố môi trường Mặt đường mềm có hai loại: Mặt đường mềm có lớp móng bằng vật liệu hạt và mặt đường mềm

có móng bằng vật liệu hạt gia cố Mặt đường mềm là loại mặt đường được sử dụng rộng rãi ở nước ta, cũng như trên thế giới Mặt đường mềm được sử dụng phổ biến nhất đó là mặt đường bê tông nhựa

 Mặt đường mềm có lớp móng bằng vật liệu hạt: Lớp móng bằng vật liệu hạt không gia cố chất kết dính, làm cho độ cứng của kết cấu mặt đường nhỏ, phụ thuộc vào cường độ đất nền, và chiều dày lớp móng

Vì độ cứng của mặt đường nhỏ, chiều dày mỏng nên lực tác dụng thẳng đứng do tải trọng bánh xe truyền xuống nền theo một góc phân

bố ngang nhỏ Dưới tác dụng của ứng suất thẳng đứng lớn và trùng phục sẽ gây biến dạng dẻo trong nền móng, trong kết cấu mặt đường tạo thành các vệt lún, các vệt trồi trên mặt đường

 Mặt đường mềm có móng bằng vật liệu gia cố nhựa: Mặt đường này

có nhiều lớp nhựa, thường xây dựng trên các tuyến đường có nhiều tải trọng nặng, hoặc làm trên các kết cấu mặt đường tăng cường Mặt đường cứng: Mặt đường sử dụng các tấm bê tông xi măng, bê tông cốt thép liên tục hoặc không liên tục, các tấm bê tông cốt thép dự ứng lực, với

cường độ bê tông lớn, độ cứng lớn Mặt đường này có độ cứng rất lớn nên thu nhận hầu hết tải trọng do xe gây ra và truyền xuống lớp móng trên một diện tích rộng nên ứng suất tác dụng lên lớp móng là nhỏ Do tấm bê tông xi măng chịu lực chủ yếu nên tấm phải có cường độ chịu uốn cao, đồng thời có độ dự trữ cao chịu được tác dụng trùng phục của tải trọng, và tấm phải chịu được sự bào mòn Lớp móng trong mặt đường cứng không chịu lực chính trong kết cấu, nhưng phải được cấu tạo đồng đều, ổn định Lớp móng trong mặt đường cứng thường sử dụng các vật liệu hạt gia cố như cát, đá gia cố xi măng, bê tông nghèo [2]

1.1.1 Mặt đường bê tông nhựa

1.1.1.1 Giới thiệu mặt đường bê tông nhựa

Mặt đường bê tông nhựa là loại mặt đường phổ biến trong kết cấu áo đường mềm, sử dụng hỗn hợp bê tông nhựa làm lớp mặt Bê tông nhựa (gồm

bê tông polyme, bê tông asphalt) là hỗn hợp đá – nhựa rải đường chế tạo bằng cấp phối khoáng vật liên kết với nhựa Thường thì chất liên kết là bitum, một hợp chất hữu cơ được chế tạo từ dầu mỏ Cốt liệu khoáng vật chủ yếu dùng trong bê tông nhựa thường là đá xay, xỉ quặng xay, thêm cát hay cát xay và bột khoáng

Tùy theo yêu cầu và mục đích sử dụng cụ thể mà người ta sẽ xác định tỉ

lệ hợp lý các thành phần rồi nhào trộn, gia công thành một hỗn hợp đồng nhất Thông thường, bê tông nhựa được chế tạo nóng, nhiệt độ sử dụng (trộn) khoảng1630C và dùng nhựa có độ nhớt cao Người ta hay dùng nhựa đặc có

độ kim lún 50-:-60, 60-:-70, và 85-:-100 là các loại nhựa khá mềm nhằm cung ứng một mặt đường có khả năng chống oxy hóa cũng như ảnh hưởng của thời tiết khá cao, ít bị rạn nứt Bê tông nhựa thường chứa hơn 90% về khối lượng

là cốt liệu là khoáng vật, nhựa chỉ chiếm từ 3-:-9% (trừ vữa nhựa bê tông nhựa dẻo có thể chứa tới 12% nhựa)

Áo đường mềm là thuật ngữ dùng để mô tả câu trúc mềm của vật liệu làm áo đường, phổ biến là mặt đường bê tông nhựa Theo quan điểm thiết kế kết cấu áo đường thông thường, khi các phương tiện xe cộ lưu thông trên đường thì tải trọng của chúng sẽ truyền xuống nền đất thông qua các lớp kết cấu, bao gồm tầng mặt (có một đến ba phân lớp nhỏ) và tầng móng (lớp móng trên và móng dưới) Đối với mặt đường bê tông nhựa, diện truyền tải bé nên tác động sâu hơn tới các lớp bên dưới [5]

Mặt đường bê tông nhựa chi phí giá thành không đắt, chịu được tải trọng tương đối lớn nên được sử dụng phổ biến ở hầu hết các tuyến đường ở nước ta hiện nay Tuy nhiên mặt đường bê tông nhựa với độ cứng thấp, tính ổn định với môi trường kém (đặc biệt là nhiệt độ và nước) nên thường xuất hiện nhiều

hư hỏng mặt đường, dẫn đến hư hỏng các lớp móng bên dưới Các hư hỏng chủ yếu của mặt đường bê tông nhựa

Về mặt giao thông: Mặt đường mềm có độ cứng thấp nên lưu thông êm thuận

b Nhược điểm

Ở nhiệt độ thấp, mặt đường bê tông nhựa tiệm cận nhiệt độ hóa cứng làm cho kết cấu áo đường trở nên cứng, dòn, dễ gãy khi chịu tác dụng của tải trọng

Ở nhiệt độ cao, kết cấu mặt đường bê tông nhựa trở nên mềm, dẻo làm cho mặt đường dễ bị các biến dạng khi chịu tác dụng tải tải trọng, đặc biệt ở nước

ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới có nền nhiệt cao thì kết cấu áo đường mềm càng trở nên không phù hợp

Tuổi thọ bình quân khai thác thấp, độ bền kém Mặt đường áo đường mềm chịu ảnh hưởng lớn của các yếu tố thủy nhiệt (nhiệt độ, độ ẩm) làm cho kết cấu áo đường mau chóng hư hỏng, độ bền khai thác kém

Chi phí duy tu, sửa chữa cao Vì kết cấu áo đường mềm có độ bền kém,

dễ hư hỏng nên chi phí duy tu sửa chữa lớn

Mặt đường mềm hấp thụ ánh sáng mạnh nên khi đi vào ban đêm giảm độ

an toàn cho người và phương tiện tham gia giao thông

1.1.2 Mặt đường bê tông xi măng

1.1.2.1 Giới thiệu mặt đường bê tông xi măng

Mặt đường bê tông xi măng (mặt đường bê tông xi măng đổ tại chỗ, mặt đường bê tông xi măng cốt thép, mặt đường bê tông xi măng cốt thép dự ứng lực, mặt đường tấm bê tông xi măng tự chèn), mặt đường bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp bê tông xi măng làm mặt đường Bê tông xi măng là hỗn hợp được tạo từ tỷ lệ các loại vật liệu xi măng, cát, đá, nước, chất phụ gia (nếu có); tùy vào yêu cầu mà các tỷ lệ thành phần vật liệu thay đổi phù hợp

Trên thế giới, mặt đường bê tông xi măng cũng đã được đưa vào nhiều tuyến đường Ở Việt Nam, mặt đường bê tông xi măng chiếm tỷ lệ rất thấp, chủ yếu được sử dụng cho các công trình nông thôn với bê tông xi măng sử dụng cường độ không cao, đường sân bay, tại các trạm thu phí, trạm dừng chân

1.1.2.2 Phát triển mặt đường Bê tông xi măng trên thế giới

Mặt đường BTXM xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu ở Anh vào những năm 1950, sau đó lan dần sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga…Trong suốt hơn 100 năm qua, mặt đường BTXM đã được tiếp tục xây dựng và phát triển

ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở các nước có nền kinh

tế phát triển như: Canada, Hoa Kỳ, CHLB Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia, Trung Quốc…

Mặt đường BTXM (mặt đường cứng) cùng với mặt đường mềm là 2 loại hình mặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia

Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường

bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường cao tốc Mặt đường BTXM cũng thường được sử dụng ở hầu hết các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các bãi đỗ xe

Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu các nhà quản lý rất quan tâm Hệ thống Tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại Hàng năm, những hội nghị tổng kết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới

về loại hình mặt đường BTXM của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM ngày càng được mở rộng

Khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước (trích rừ Báo cáo Long - Life Concrete Pavements in Europe and Canada” của Cục Đường bộ Liên bang Mỹ - FHWA công bố năm 2007) được thống kê dưới đây:

 Mỹ, mặt BTXM chiếm khoảng 9% của 490179 km đường đô thị và 4% của 1028491 km đường ngoài đô thị

 Tỉnh Québec, Canada có 1239 km (đường 2 làn xe) trong tổng số

29000 km đường (khoảng 4%) là mặt đường BTXM nhưng lại phục

vụ tới 75% lượng giao thông ở Québec

 Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao

 Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia (14000 km), trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc

 Bỉ, mạng lưới đường khoảng 134000 km, gồm đường cao tốc, đường tỉnh, đường địa phương và đường nông thôn Trong đó, đường cao tốc có khoảng 1700 km, tức là chỉ hơn 1% Mặt đường BTXM chiếm 40% của những đường cao tốc và 60% đường nông thôn Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 17%

 Hà Lan, mạng lưới đường ô tô có khoảng 113000 km Khoảng 2300

km là đường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài, nhưng những con đường cao tốc này phục vụ 38% lưu lượng giao thông 5% đường cao tốc là mặt đường BTXM, trong đó một nửa là mặt đường BTCT liên tục và một nửa là BTXM không cốt thép, phân tấm Hà Lan còn

có khoảng 140 km đường khu vực có mặt BTXM không cốt thép, phân tấm Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ô tô Ngoài ra, Hà Lan còn có 20000 km đường xe đạp, trong

đó 10% là mặt đường BTXM

 Vương quốc Anh, mạng lưới đường có khoảng 285000 km, trong đó

có 1500 km là mặt đường BTXM Cho tới đầu những năm 1980, mặt đường BTXM phân tấm, không hoặc có cốt thép vẫn là loại chủ yếu

Từ giữa những năm 1980 đến giữa những năm năm 1990, mặt đường BTXM điển hình lại là BTCT liên tục Từ cuối những năm 1990, do

yêu cầu về giảm tiếng ồn, mặt đường BTXM buộc phải có lớp mặt

bê tông nhựa mỏng, nhưng yêu cầu này mới chỉ là bắt buộc trong phạm vi xứ Anh (England), chứ chưa bắt buộc đối với các xứ khác (Scotland, Wales và Bắc Ailen)

 Ngoài ra, mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc

và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc

Về phân loại mặt đường BTXM Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đường BTXM được phân ra một số loại như sau:

 Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ (thông thường);

kể cốt thép dùng làm thanh truyền lực giữa các tấm) sử dụng cho hầu hết đường ô tô các cấp, các bãi đỗ, bến cảng và sân bay Móng của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là đất, cát gia cố, vôi, xi

măng; đá gia cố xi măng; đôi khi là đá gia cố nhựa đường, BTN hoặc chính là BTXM Rất ít khi sử dụng móng là cát hoặc đá dăm

 Mặt đường BTXM cốt thép thường được sử dụng đối với những tuyến đường có tải trọng lớn như sân bay, đường chuyên dụng, đường có lưu lượng xe lớn và các công trình đặc biệt có yêu cầu tuổi thọ cao Về cơ bản, kích thước tấm mặt đường BTXM cốt thép tương

tự như BTXM phân tấm thông thường nhưng được tăng cường thêm

2 lớp cốt thép (thép All) chịu lực (trong tính toán thiết kế có kể đến khả năng cùng chịu lực của cốt thép)

 Mặt đường BTXM lưới thép ra đời chủ yếu nhằm khắc phục và hạn chế các vết nứt do co ngót của bê tông và nứt do nhiệt Trên cơ sở tính toán thiết kế như vậy mặt đường BTXM thông thường, lưới thép (thép All: 10 - 14 mm, @: 10 - 20cm) được bổ sung và bố trí cách bề mặt mặt đường từ 6 - 10 cm nhằm hạn chế các vết nứt trong quá trình

bê tông hình thành cường độ và trong khai thác Mặt đường BTXM lưới thép xuất hiện chậm hơn BTXM thông thường và phạm vi áp dụng của nó tương tự như phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM thông thường

 Mặt đường BTXM cốt thép liên tục ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm cố hữu của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là giảm thiểu các mối nối ngang mặt đường (khe co, giãn) Hàm lượng lưới thép thiết kế khoảng 0,54%, bao gồm cốt thép dọc (thép All, 16 mm), cốt thép ngang (thép All, 12 mm) được bố trí liên tục suốt chiều dài đường và đặt ở vị trí 1/3 - ½ bề dày tấm BTXM Mục đích của việc bố trí cốt thép này không phải là ngăn ngừa vết nứt do tải trọng và ứng suất nhiệt, mà chỉ nhằm hạn chế việc mở rộng khe nứt Theo yêu cầu, khoảng cách khe nứt nằm trong khoảng 3,5 - 8,0 feets (1,05 - 2,4m), độ mở rộng khe nứt không được quá 0,04 inch (1,0

mm) nhằm hạn chế nước thấm qua khe nứt phá huỷ cốt thép và bảo đảm mặt đường khai thác được bình thường Phạm vi áp dụng của mặt người BTXM cốt thép liên tục là khắc phục nhược điểm không

êm thuận chạy xe do các khe của mặt đường BTXM phân tấm, áp dụng chủ yếu đối với các tuyến đường có lưu lượng xe lớn, đường cao tốc, đường băng sân bay và kinh phí đầu tư ban đầu lớn hơn

 Mặt đường BTXM cốt phân tán (cốt sợi) chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt có khả năng chịu lực rất lớn và chống mài mòn cao Trong khi trộn bê tông tươi, ngoài cốt liệu đá và cát thông thường người ta bổ sung thêm và trộn đều với các loại cốt sợi: thuỷ tinh, kim loại, tổng hợp (acrylic, aramid, cacbon, nylon, polyester, polyethylene, polyproplene) và cốt sợi tự nhiên BTXM cốt phân tán

có cường độ và khả năng chống mài mòn

 Mặt đường BTXM lu lèn là loại mặt đường sử dụng bê tông khô, thi công liên tục (không có mối nối) và bằng thiết bị lu thông thường

Do mặt đường BTXM lu lèn được đổ dài liên tục nên trên đó phải làm thêm lớp đá dăm láng nhựa (lớp láng nhựa) nhằm khắc phục các vết nứt do co ngót và do nhiệt độ, hoạt tải gây ra Chiều dày của lớp BTXM lu lèn dao động trong khoảng 20 cm, móng của nó có thể là các vật liệu gia cố hoặc đá dăm Mặt đường BTXM lu lèn được áp dụng có hiệu quả cho các tuyến đường có lưu lượng xe không cao và làm lớp móng cho mặt đường BTXM hoặc mặt đường bê tông nhựa

 Mặt đường BTXM ứng suất trước ra đời cũng nhằm khắc phục các vết nứt của mặt đường BTXM thông thường đồng thời tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu dạng tấm Có loại mặt đường BTXM ứng suất trước sử dụng các sợi thép căng trước và mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước căng sau Mặt đường BTXM cốt thép dự ứng

lực thích hợp với các tuyến đường tải trọng nặng, đường chuyên dụng…

 Mặt đường BTXM lắp ghép là loại mặt đường BTXM có hoặc không

có cốt thép được chế tạo sẵn tại xưởng và vận chuyển đến công trường lắp ghép thành mặt đường Các tấm BTXM đúc sẵn có thể đặt trực tiếp trên nền đất, nền cát hoặc móng đá dăm Phạm vi áp dụng đối với các đường lâm nghiệp, đường có thời hạn sử dụng ngắn, công

vụ và các tấm BTXM có thể được sử dụng lại

1.1.2.3 Phát triển mặt đường BTXM ở Việt Nam

Mặt đường BTXM cốt thép được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nội năm 1975 Trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên - Bắc Cạn xây dựng 30km đường BTXM vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ (bắc cầu Chương Dương) Tiếp theo là trên Quốc lộ 1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30km vào năm 1999 tại các đoạn ngập lụt Đường Hồ Chí minh nhánh phía Đông với chiều dài 86 km, nhánh phía Tây với tổng chiều dài trên 300km Quốc lộ 12A Quảng Bình với chiều dài 12 km Quốc lộ 70, đoạn thành phố Lào Cai…

Mặt đường BTXM được sử dụng hầu hết tại các sân bay như: Sân Vàng, Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài… Ngoài ra, loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục lần đầu tiên được ứng dụng 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình và sau

đó khoảng 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy

Hệ thống đường giao thông nông thôn ở một số tỉnh như Thái Bình, Thanh Hoá, Hưng Yên,… cũng có sử dụng mặt đường BTXM với kết cấu đơn giản, đáp ứng nhu cầu giao thông ở địa phương với tải trọng nhỏ và lưu lượng thấp

1.2 Tổng quan về mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực

1.2.1 Giới thiệu mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực

Kết cấu mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT - DƯL) là kết

cấu mặt đường có lớp mặt làm bằng các tấm BTCT đúc sẵn có căng cáp dự ứng lực, được lắp ghép ở công trường tạo thành mặt đường Việc tạo dự ứng lực được thực hiện theo cả hai phương dọc và ngang tấm Mặt đường BTCT - DƯL tập hợp được các ưu điểm của mặt đường bê tông xi măng, ưu điểm của mặt đường bê tông cốt thép lắp ghép và ưu điểm của công nghệ dự ứng lực

Nó được phân tích và chứng minh là có hệ số an toàn cao hơn, tuổi thọ dài hơn và chất lượng khai thác tốt hơn so với mặt đường bê tông cốt thép đổ tại chỗ vẫn thường được sử dụng ở Việt Nam từ trước đến nay

Mặt đường BTCT - DƯL thích hợp với các công trình có mật độ giao thông cao, chịu tải trọng nặng như đường cao tốc, đường quốc lộ, sân bay, các tuyến đường trục chính đô thị, đường trong các khu công nghiệp, kho tàng, bến bãi, nhà ga, trạm thu phí và bến xe Nó còn đặc biệt phù hợp trong trường hợp nâng cấp cải tạo vì tốc độ thi công nhanh và ít ảnh hưởng đến việc khai thác bình thường của công trình

Mặt đường BTCT - DƯL thuộc loại mặt đường cứng, đúc sẵn, ứng suất trước Do vậy nó hội tụ đầy đủ các ưu điểm của 3 thuộc tính này [13][15][16][14]:

* Ưu điểm của mặt đường cứng:

 Ổn định với thời tiết, môi trường Thích hợp với điều kiện nóng ẩm mưa nhiều của Việt Nam

 Phân bố tải trọng đồng đều trên nền đất, có thể áp dụng trong những điều kiện mật độ xe lưu thông cao hoặc nhiều xe nặng

 Tiết kiệm chi phí đầu tư dài hạn do chi phí duy tu, sửa chữa thấp, tuổi thọ vật liệu cao

 Dễ dàng nâng cấp mở rộng mặt đường khi cần thiết

* Ưu điểm của mặt đường đúc sẵn lắp ghép:

 Thi công nhanh, dễ sửa chữa: Công tác đúc sẵn thực hiện trong nhà máy, công tác hiện trường nhanh và ít phụ thuộc điều kiện thời tiết,

dễ dàng tháo lắp & tái tận dụng vật liệu

 Chất lượng tốt: Giám sát chất lượng trong nhà máy, khối lượng công việc hiện trường ít

 Ít tác động cộng đồng: Sản xuất tấm trong nhà máy không ảnh hưởng đến dân cư ở công trường, lắp đặt nhanh

* Ưu điểm của việc tạo ứng suất trước:

 Tận dụng khả năng chịu nén tốt của bê tông để chịu lực trong vùng nén của tiết diện

 Khắc phục khả năng chịu kéo kém của bê tông bằng cách nén trước cấu kiện (ứng suất trước), qua đó làm tăng khả năng chịu tải

 Kết quả là cấu kiện chịu lực tốt hơn, tăng độ bền theo thời gian, mỏng hơn, ít tốn vật liệu, ít nứt, ít mối nối do vậy ít tốn chi phí duy

tu sửa chữa và cuối cùng là kinh tế hơn

 Hiệu quả kính tế xã hội lớn nữa của mặt đường BTCT - DƯL là giảm tác động giao thông do có thể chỉ lắp đặt vào thời gian ít xe nhất trong ngày

 Tuổi thọ của mặt đường BTCT - DƯL cũng gấp 5-8 lần BTCT thường

 Ít mối nối hơn do vậy sẽ êm thuận và ít ồn hơn; giảm chi phí mối nối đắt tiền và ít hư hỏng

Hình 1.1 Cấu tạo mặt đường BTCT DUL 1.2.2 Tình hình sử dụng mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực trên thế giới

Mặt đường BTCT - DƯL được Mỹ nghiên cứu hơn 10 năm qua và bắt đầu đưa vào áp dụng đại trà ở Mỹ từ năm 2012 Indonesia đã áp dụng cho một tuyến đường dài 35km hoàn thành vào năm 2011 Ở Việt Nam chưa có một báo cáo nghiên cứu nào, cũng chưa có một dự án nào áp dụng công nghệ này

-Đang triển khai Meanwhile ở Southern California dài 15km với

4300 tấm Indonesia

-Dự án Kanci Pejagan Tol, 2007-2011: 35 km

Hình 1.2 Đường BTCT - DƯL dài 35km ở Indonesia

hoàn thành năm 2011

Hình 1.3 Dự án đường I-35 ở Texas – Mỹ, dài 701m,

hoàn thành năm 2001

1.2.3 Cấu tạo

1.2.3.1 Tổng thể

Mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực được cấu tạo từ các tấm đúc sẵn trong nhà xưởng, sau đó được vận chuyển tới công trường và thì công lắp

ghép lại và căng cáp hậu áp để liên kết các tấm với nhau thành từng đoạn

Mỗi đoạn thông thường dài khoảng 75m, bao gồm các tấm cơ bản, tấm nối, tấm căng cáp Chiều dài phân đoạn càng lớn thì thi công càng nhanh, chất lượng khai thác càng cao, nhưng hiệu quả ứng suất trước càng giảm Mỗi loại tấm có cấu tạo khác nhau

Hình 1.4 Kết cấu mặt đường BTCT - DƯL

Kích thước tấm: Chiều rộng tấm thông thường khoảng 3m, chiều dài tấm phụ thuộc vào bề rộng mặt đường, chiều dày tấm phụ thuộc vào tải trọng trên tuyến, thông thường khoảng từ 16-24cm tùy thuộc vào tải trọng xe Chiều dài

tấm chính là phương ngang của đường

Các tấm được tạo ứng suất trước bằng cáp dự ứng lực trong nhà xưởng

Hình 1.5 Cấu tạo một đoạn mặt đường BTCT - DƯL tiêu biểu

1.2.3.2 Tấm cơ bản

Trên phân đoạn tấm, tấm cơ bản được bố trí giữa tấm nối và tấm căng

cáp

Số lượng tấm cơ bản trên mỗi phân đoạn phụ thuộc vào chiều dài phân đoạn

Tấm cơ bản có các khớp nối theo kiểu âm – dương để khi lắp ghép các tấm được khớp nối với nhau Trên tấm có đặt sẵn ống gen dọc theo phương ngang

tấm để sau này căng cáp hậu áp khi thi công

Hình 1.6 Cấu tạo tấm cơ bản

Tấm nối Tấm cơ bản Tấm căng cáp Tấm cơ bản Tấm nối

Khe dãn

Cáp DƯL căng trước

Khớp nối âm - dương

Ống gen chờ

Móc cẩu lắp

1.2.3.3.Tấm nối

Tấm nối có cấu tạo gần tương đồng với tấm cơ bản, nhưng tấm nối được cấu tạo từ 2 tấm khác nhau, giữ 2 tấm có khe co giãn, trên tấm được bố trí các

hố công tác phục vụ cho căng cáp hậu áp

Hình 1.7 Cấu tạo tấm nối

1.2.3.4 Tấm căng cáp

Tấm nối có cấu tạo gần tương đồng với tấm cơ bản, nhưng tấm căng cáp được cấu tạo từ 2 tấm khác nhau, giữa 2 tấm có khe co giãn, trên tấm được bố trí các hố căng phục vụ cho căng cáp hậu áp

Cáp DƯL căng trước Khe co giãn

Hình 1.8 Cấu tạo tấm căng cáp

1.3 Tổng quan về các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân [8]

1.3.1 Vị trí, phạm vi công trình

Dự án Nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân nằm trong Khu công nghiệp Nhân Cơ thuộc địa phận xã Nhân Cơ, huyện Đăk RLấp, cách thị xã Gia Nghĩa khoảng 10 km về phía Tây Nam và được giới hạn như sau:

 Phía Bắc: giáp khu cây xanh ven suối Đăk Yao

 Phía Nam: giáp khu cây xanh ven suối Đăk Tih

 Phía Đông: giáp khu đất trồng cây công nghiệp

 Phía Tây: giáp khu đất trồng cây công nghiệp

Hệ thống đường nội bộ bao gồm 11 đường với tổng chiều dài khoảng 7.5km Bao gồm:

 Đường số 1: dài khoảng 510m, là đường trục khu công nghiệp, kết nối khu công nghiệp với bên ngoài

Cáp DƯL căng trước

 Đường số 2: dài khoảng 280m, là đường trục khu công nghiệp, nối tiếp đường số 1 vào sân kho bãi

 Đường số 3: dài khoảng 510m, kết nối từ kho bãi vào đường bao nhà máy chính luyện nhôm

 Đường số 4: dài khoảng 610m, đường bao khu nhà điều hành, nhà chuyên gia và kết nối với đường số 1

 Đường số 5: dài khoảng 470m, kết nối khu sân bãi với nhà máy chính, trên đường này có bố trí trạm cân

 Đường số 6: dài khoảng 2630m, đường bao nhà máy chính

 Đường số 7: dài khoảng 160m, đường nội bộ xuyên ngang nhà máy chính

 Đường số 8: dài khoảng 930m, kết nối nhà máy chính với khu nhà máy phụ

 Đường số 9, 10, 11: dài khoảng 590m, 580m và 310m, dẫn vào khu công nghiệp khu trợ

Hình 1.9 Mặt bằng các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm

Trần Hồng Quân 1.3.2 Điều kiện tự nhiên khu vực tuyến

1.3.2.1 Địa hình

Khu vực thuộc cao nguyên Đăk RLấp, địa hình đồi núi tương đối phức tạp, bị chia cắt bởi các khe tụ thuỷ hệ thống suối Đăk Tih, Nếu lấy trục đường liên xã qua khu vực làm điểm quan sát thì địa hình có hướng thấp dần về hai phía Bắc, Nam

1.3.2.2 Các yếu tố khí hậu

- Nằm trên cao nguyên mát mẻ, nhiệt đới ẩm

- Tính chất khí hậu ở khu vực được thể hiện bởi các đặc trưng cơ bản sau:

* Nhiệt độ:

 Nhiệt độ không khí trung bình năm 220C

 Nhiệt độ thấp tuyệt đối 7,40C

 Nhiệt độ cao tuyệt đối 39,40C

* Độ ẩm:

 Độ ẩm trung bình năm 82%

 Độ ẩm cao tuyệt đối 92%

 Độ ẩm thấp tuyệt đối 75%

* Gió: Gió thịnh hành về mùa mưa là hướng gió Tây - Nam, hướng gió Đông

- Bắc thường thịnh hành vào mùa khô, Vận tốc gió trung bình từ 2,4 - 5,4 m/giây, Khu vực hầu như không chịu ảnh hưởng của bão

* Mưa: Lượng mưa trung bình năm là 2339 mm, trong các tháng mùa mưa

(Tháng 4 - tháng 10) thì tháng 8 có lượng mưa lớn nhất, khoảng 500mm - 550mm

* Nắng: Số giờ nắng trung bình một năm từ 1600h - 2300h, vào mùa khô số

giờ nắng trong ngày trung bình từ 6h - 7h

1.3.3 Quy mô mặt cắt ngang các tuyến đường

Quy mô mặt cắt ngang các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân được mô tả theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Quy mô mặt cắt ngang các tuyến đường nội bộ nhà máy điện

phân nhôm Trần Hồng Quân [8]

STT Tên đường Đơn

1.3.4.1 Kết cấu mặt đường Bê tông nhựa

Áp dụng cho các tuyến đường không có xe tải trọng nặng lưu thông cụ thể là các tuyến: đường số 3 từ nút số 06 đến nút số 05, đường số 4, đường số

9, đường số 10, đường số 11, nút giao số 06, nút giao số 14, nút giao số 15, điểm quay đầu xe và và các khu đường nội bộ, sân bãi lô số 5

1.3.4.2 Kết cấu mặt đường Bê tông xi măng

- Áp dụng cho các đường có xe chuyên dụng tải trọng nặng đi qua Cụ thể

là các tuyến: đường số 1, đường số 2, đường số 3 từ nút giao 05 đến nút giao

09, đường số 5, đường số 6, đường số 7, đường số 8, nút giao 01, nút giao 02,

nút giao 03, nút giao 04, nút giao số 05, nút giao 07, nút giao 08, nút giao 09, nút giao 10, nút giao 11, nút giao 12, nút giao 13, khu vực trạm cân và các khu đường nội bộ, sân bãi có xe chuyên dụng lưu thông như lô 2A, 2B, 3 và 3B

- Để phục vụ việc tính toán, thiết kế mặt đường BTXM cần điều tra, dự báo lưu lượng xe tải và xe khách loại ngày đêm trung bình năm theo cả 2 chiều trong năm đầu tiên đưa vào khai thác (ký hiệu là ADTT) Xe tải và xe khách loại nặng là các xe có 2 trục, 6 bánh trở lên Các xe khách và xe chở hàng loại có 2 trục 4 bánh đều không cần tính đến, tức là trong ADTT sẽ loại

Hình 1.10 Xe chuyên dùng hoạt động trong các tuyến đường nội bộ nhà

máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân

Hình 1.11 Thông số cấu tạo của xe chuyên dùng hoạt động trong các tuyến đường nội bộ nhà máy điện phân nhôm Trần Hồng Quân

a Phương án 1: Mặt đường bê tông xi măng đổ tại chỗ

Kết cấu áo đường phương án 1 từ trên xuống như sau:

 Bê tông xi măng đổ tại chỗ M420, dày 31cm;

 Láng nhựa một lớp, dày 1cm;

 Cấp phối đá dăm loại I gia cố xi măng 5% dày 15cm;

 Cấp phối đá dăm loại II, Dmax 37.5mm, dày 28cm;

 Lớp nền thượng K0.98, dày 30cm;

 Bên dưới là nền đất đắp K0.95, hoặc nền đào K0.93

b Phương án 2: Mặt đường bê tông xi măng dự ứng lực đúc sẵn

Kết cấu áo đường phương án 2 từ trên xuống như sau:

 Bê tông xi măng dự ứng lực M600, dày 20cm;

 Láng nhựa một lớp, dày 1cm;

 Cấp phối đá dăm loại I gia cố xi măng 5% dày 15cm;

 Cấp phối đá dăm loại II, Dmax 37.5mm, dày 28cm;

 Lớp nền thượng K0.98, dày 30cm;

 Bên dưới là nền đất đắp K0.95, hoặc nền đào K0.93

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 2.1 Lý thuyết tính toán mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực

2.1.1 Tổng quan

Việc thiết kế tấm panel mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực bao gồm xem xét, phân tích sự làm việc của tấm panel trong quá trình chế tạo và khai thác, bao gồm các nội dung chính sau đây

 Lựa chọn và lập mô hình phân tích kết cấu phù hợp

 Phân tích nội lực, ứng suất của tấm panel dưới tác dụng của dự lực trong quá trình chế tạo

 Phân tích nội lực, ứng suất của tấm panel dưới tác dụng của hoạt tải trong quá trình khai thác

2.1.2 Lựa chọn mô hình tính toán

Hiện nay, trên thế giới có nhiều mô hình phân kết cấu dạng tấm cứng đặt trên trên nền đất, tiêu biểu trong số đó như:

 Mô hình tấm cứng như mạng dầm trực giao đặt trên nền đàn hồi

 Mô hình tấm cứng như một kết cấu tấm trên nền đàn hồi

Dù là mô hình nào thì nền đất được mô tả như một nửa không gian đàn hồi Với đặc điểm cấu tạo kết cấu, điều kiện làm việc, chênh lệch độ cứng lớn giữa tấm mặt đường và nền đất bên dưới, có thể thấy mô hình tấm cứng trên nền đàn hồi là phù hợp Cụ thể là mô hình tấm nhiều lớp trên nền đàn hồi và

mô hình tính toán này cũng hoàn toàn phù hợp với điều 8.2.1 của Quyết định 3230/QĐ-BGTVT ngày 14 tháng 12 năm 2012 của Bộ giao thông vận tải về việc ban hành quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông [3]

2.1.3 Mô hình tính toán tấm nhiều lớp trên nền đàn hồi [11]

Khi tính toán mặt đường bê tông xi măng nhiều lớp, phụ thuộc liên kết giữa các lớp mà tiến hành theo một trong các trường hợp: các lớp không liên kết với nhau và các lớp có liên kết với nhau Trường hợp tính toán thứ nhất được áp dụng khi thi công lớp trên liên kết trực tiếp hoặc có lớp cách ly, cho phép lớp trên trượt tự do trên bề mặt lớp dưới Trường hợp tính toán thứ hai là khi thi công lớp trên đổ trực tiếp lên bề mặt lớp dưới, loại trừ khả năng trượt

tự do giữa các lớp

Mặt đường bê tông cốt thép dự ứng lực lắp ghép tương ứng với trường hợp liên kết trực tiếp hoặc có lớp cách ly, cho phép lớp trên trượt tự do trên bề mặt lớp dưới

2.1.3.1 Trường hợp các lớp tiếp xúc trực tiếp

Trường hợp khi các lớp tiếp xúc trực tiếp nhưng không dính với nhau (có tồn tại lực ma sát giữa các lớp), trường hợp bất lợi là giữa các lớp không tồn tại lực ma sát hoặc có giá trị rất nhỏ

Tương tự cách viết phương trình vi phân cân bằng mặt võng cho tấm một lớp, ta có thể viết phương trình vi phân cho hệ mặt đường nhiều lớp, trường hợp mặt đường n lớp , ta xem các lớp dưới nền là của lớp trên, khi đó theo lời giải của Nguyễn Văn Liên [6], ta có: