Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS.. Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS... Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS.. e_ Chọn bể dày h:,h¡ theo điều kiện kĩ thuật và kinh tế: >
Trang 1CHƯƠNG 4 : THIẾT KE AO DUONG MEM
ceaca ll sos 4.1 Xác định tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn:
4.1.1 Số liệu ban đầu:
Bảng] Kết quả qui đổi các loại xe ra xe con: (Bảng 2 TCVN 4054:2005)
Loại xe Kí hiệu xe | Thành phần xe | Số lượng năm đâu | Hệ số qui | Số xe con qui đổi,
chạy, (%) khai thác (xe/nđ) doi, k No (xcqd/nd)
Trong đó:
Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai:
- Số lượng năm đâu khai thác = Thành phan xe chay x No (xe/nd)
- $6 xe con qui déi = Số lượng năm đâu khai thác x k (xcqđ/nđ)
-_ k= hệ số qui đổi từ các loại xe ra xe con
N.=No (1 +p } '(xcqđ/nđ)
Trong đó:
- Nọ= 1564.94(xcqđ/nđ): Lưu lượng xe chạy bình quân của
năm đầu khai thác đ ường ô tô
- p=8.5 %: Mitc ting xe hàng năm
- t= 15 nam: D ung c&p III(Điều 3.3.1 TCVN 4054:2005)
=> Ny = 1564.94(1 + 0.085)'°~ | = 4904(xcqd/nd)
Theo Bang 3 — TCVN 4054:2005, ứng với lưu lượng xe thiết kế N, = 4904(xcqd/nd) >
3000(xcqđ/nđ)
= Cấp thiết kế của đường: Cấp II
Theo Bang 26 — TCVN 4054:2005, ứng với đường cấp III, miễn núi:
= Chọn loại tầng mặt cấp cao AI
Đặc trưng tải trọng trục tiêu chuẩn tác dụng lên mặt đường: Bảng 3.1, 22TCN 211- 06
o_ Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn : P= 100 KN
©_ Áp lực tính toán lên mặt đường :p=0.6 MPa
o©_ Đường kính vệt bánh xe :D=33cm
Trang 2Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
4.1.2 Xác định lưu lượng xe chạy tính toán:
- Lưu lượng xe chạy ở cuối thời kỳ khai thác(Công thức 1.1, Sách Công trình giao thông, Phần I, Trang 7):
N, = N, (1+ p) ` =676x(I+0.085) `” = 2118.2 (xe/nđ)
Trong đó:
N':= lưu lượng xe chạy bình quân của năm khai thác thứ t (xe/nđ)
N'o= lưu lượng xe chạy bình quân của năm đầu khai thác đường ô tô
(xe/nd)
p = mtfc tang xe hang nam(%)
- Dự báo thành phần xe ở năm cuối thời hạn thiết kế:
(KN) Số bánh của |K/c giữa phần xe Lượng xe
Loại xe | Kí hiệu mỗi cụm bánh |các trục chạy ni
xe Trục trước | Trục sau Số trục | ở trục sau (m) | sau(m) (%) (xe/ng.đ)
xe
Tải 3 trục | KRAZ-257 45.20 94.20 2 Bánh đôi 1.4 15 317.73
Lượng xe n¡= Thành phần xe chạy xN',
4.1.3 Tính số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác về trục tiêu chuẩn 100 kN:
Mục tiêu qui đổi ở đây là qui đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục
¡ 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 được thực hiện theo Biểu thức (3.1) - 22TCN 211 - 06 :
e C,=1+ 1.2(m -1) ; v6i m 1 s6 truc cla cum truc i
e Cạ= 6.4 cho các trục trước và trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có I bánh va C = 1.0 cho các cụm trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh ( cụm bánh đôi)
Các tải trọng trục dươi 25 KN không xét đến khi quy đổi
Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN'
Trang 3
4.1.4 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn thiết kế tính trên 1 làn:
-_ Tính số trục xe tiêu chuẩn trên I làn :
N, =N, xÍ (trục TTTC / làn.ngày đêm) (Biểu thức (3-3) - 22TCN 211 -
06)
Trong đó :
f¡: hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe
Với phần xe chạy có 2 làn xe, f¡ = 0.55
Theo Bảng 2-2, 22TCN 211- 06, số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán
15 năm kể từ khi đưa mặt đường vào khai thác trên 1 làn xe : N =2.110943x10°(truc
xe TTTC / làn.ngày đêm) > 2x10 (trục xe TTTC / làn.ngày đêm)
= Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1: h = 10em
4.2 Xác định module đàn hôi yêu cầu:
Module đàn hồi yêu cầu:
E} =a+bxlIgNj” Man Theo Bảng 3.4 22TCN 211- 06, với tải trục xe TT tiêu chuẩn là100 KN,mặt đường cấp cao AI( bêtông nhựa chặt rải nóng) ta có:
Nrrrc= 1000 trục xe TT tiêu chuẩn/nđ/làn > Ej, =192 MPa
Nrrrc= 500 truc xe TT tiéu chuan/nd/lan > Ey, =178 MPa
Thế vào phương trình trên, ta có:
178= a+bxIg500 > a=52.48
160 = a+bxlg200 b=46.5I
Trang 4Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
Vậy: Ƒ =55.92+ 45.23 xIg252.996= 183.045 MPa
Theo Bảng 3.5 - 22TCN 211- 06,với mặt đường cấp cao A1, đường cấp II:
E™" =140 MPa
=> Eye = 183.045MPa > E™" =140MPa
Vay: Chon Eye = 183.045 Mpa
4.3 Chọn sơ bộ kết cấu áo đường:
Căn cứ vào cấp hạng kỹ thuật của đường - cấp III, miễn núi — cùng loại tầng mặt cấp cao AI và các yếu tố khác như: vật liệu, thiết bị chế tạo vật liệu, thiết bị thi công;
trình độ tổ chức thi công: thời hạn thi công cùng các yêu câu về mỹ quan và vệ sinh ta có
thể đưa ra 2 phương án sơ bộ thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường như sau:
Phuong an T:
e_ Kết cấu áo đường :
4 Tang mit: (Bang 2 - 1, 22TCN 211 - 06)
> Lớp trên :Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ rải nóng, có độ còn dư bằng
& Tang mong : (Bảng 2-3, 22TCN 211-06)
Trang 5e_ Kết cấu áo đường :
& Tang mit: (Bang 2 - 1, 22TCN 211 - 06)
> Lớp trên :Bê tông nhựa chặt hạt trung rải nóng, có độ còn dư bằng 3% +6%, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 20mm(BTNC 20), có hàm
lượng đá dăm từ 50+57% (BTN loại A), có chất lượng loại I
> Nhựa lỏng thấm bam: MC 70 (1.2 lit+0.1/m’, tiv 30-65°C )
>> Lớp móng dưới : Cấp phối thiên nhiên loại A (22TCN334 - 06 ) e_ Đặc trưng nên đường :
Nên á sét có độ ẩm tương đối a= 0.6, độ chặt K = 0.95(Bang B-1, 22TCN 211- 06)
- Đặc trưng cường độ vật liệu (Bảng C-1, Bang C-2 - Phu luc C, Bang B-1, Bang
B-3 ( 22TCN211-06)
Trang 6Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
4.4 Giải bài toán móng kinh tế:
Cả 2 phương án đều có tâng mặt giống nhau nên sẽ trình bày chung, chỉ có tầng
móng là khác nhau nên sẽ tính riêng
Trình tự tính toán:
e_ Chọn cố định bể dày các lớp BTNC theo điều kiện bể dày tối thiểu,bể dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao AI, h = 10cm, trong đó:
hạ = 4cm ; hạ = 6cm(Theo Bảng 2-4, 22TCN 211- 06) e_ Chọn bể dày h:,h¡ theo điều kiện kĩ thuật và kinh tế:
> Theo điều kiện kĩ thuật :Chọn trước trị số hạ Bằng cách quy tất cả
các lớp áo đường, từng cặp một, từ dưới lên trên, rồi chỉnh thành
một lớp tương đương, theo công thức E,n, thử dần giá trị h¡ để đảm bảo Z„>K$xE, Biểu thức ( 3.4) - 22TCN 211- 06
Trong đó :
"K2 :hệ số cường độ về độ võng, được chọn tùy thuộc vào độ tin cậy
thiết kế Theo 22 TCN 251-98, với đường thiết kế cấp II thì hệ số
suất bảo đảm K = I.3, với giả thiết trị số mô đun đàn hồi chung của nền và kết cấu áo đường E‹ có hàm mật độ là phân bố chuẩn, ta có
độ tin cậy thiết kế R = 0.9
> Tra bang ta có hệ số cường độ K = I,1
Trang 7= E: modun dan hồi đã hiệu chỉnh của lớp tương đương sau khi quy đổi, được xác định theo công thức :
> Theo điều kiện kinh tế : ứng với mỗi cặp giá trị ha, hị tính đựơc từ
yêu cầu về kĩ thuật ở trên ta tính toán được chỉ phí xây dựng tương ứng Cặp giá trị h; , h¡ được chọn để thiết kế là cặp giá trị thỏa mãn yêu câu về kĩ thuật với chi phí xây dựng nhỏ nhất
Trang 8
Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
Tăng và giảm dân giá trị ha, tiến hành tương tự ta được bảng giá trị sau:
Trang 9s* Bảng tổng hợp giá tiền (Chỉ tính cho trường hợp E„„ thỏa điều kiện):
e _ Cấp phối đá dăm loại I, Dạ¿y = 25mm: (Ga), Đơn giá xây dựng cơ bản, trang
e Cap phéi thién nhién loai A : (Gi)
Đơn giá xây dựng cơ bản, Trang 201 G,= YS (VatLieu + NhanCong + May) G¡, G› : giá thành xây dựng được tính theo đơn giá xây dựng cơ bản khu vực
Trang 10
Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
Trang 12
Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô
MPa
Tăng và giảm dần giá trị hạ, tiến hành tương tự ta được bảng giá trị sau:
* Bảng tổng hợp giá tiền (Chỉ tính cho trường hợp E„„ thỏa điều kiện):
e _ Bê tông nhựa rỗng hạt trung (G› ), Đơn giá xây dựng cơ bản, trang 204
e_ Cấp phối thiên nhiên loại A : (G¡ị)
Đơn giá xây dựng cơ bản, Trang 201
G,= Ð`(VatLieu + NhanCong + May)
Trang 13G¡, G› : giá thành xây dựng được tính theo đơn giá xây dựng cơ bản khu vực
Thành phố Hồ Chí Minh 2006
Chiểu Phân Nhân
day, cm lớp Mã hiệu | Vật liệu công Máy G,, VND
Dựa vào bang trén ta chon dudc Gin = 12382906VND ứng với :
Vậy: Kết cấu thỏa man diéu kién E
BTNC 20 loai IA day:
BTNC 25 loai IA day:
chun,
4cm 6cm
hy = 35cm, hz = 29cm, Echung = 201.61MPa
22 Kix E,, với chỉ phí xây dựng nhỏ nhất
Trang 14Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
e BTNR 25 loai I day: 6cm
e_ Cấp phối thiên nhiên loại A dày: 73 cm
4.5 Kiểm tra kết cấu áo đường :
4.5.1 Kiểm tra cường độ áo đường theo điều kiện không trượt trong nên đất và trong lớp vật liệu kém dính khi nhiệt độ của lớp bê tông nhựa là : t= 60°C
Để bảo dim không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong nền đất và các lớp vật liệu
kém dính, cấu tạo nền đường phải thoả mãn Biểu thức ( 3.7 ) - 22TCN 2I I- 06 :
T, +1, < & ae Tay or
cả
Trong đó :
e Tạ, :ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe chạy gây ra trong đất nên
hoặc trong lớp vật liệu kém dính ( MPa)
e Tạ, : ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó
gây ra cũng tại thời điểm đang xét( MPa)
se K : hệ số cường độ về chịu cắt trượt được chọn tùy thuộc độ tin cậy thiết kế
(Bang 3-7, 22TCN 211- 06) Với độ tin cậy 0.9 = K", = 0.94
© Cú : lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái
độ ẩm, độ chặt tính toán Xác định theo phương pháp thí nghiệm cắt nhanh với
Trang 15h=74cm : chiều dày tổng cộng của các lớp nằm trên lớp tính toán
= 24° : trị số góc ma sát trong của lớp đất tính toán
6 Xác định lực dính tính toán : (3.8) - 22TCN 2I1- 06
Cụ = C.Ki.K:.Ka Trong đó :
"ỐC : lực đính đất nên hoặc vật liệu kém dính, C = 0.032MPa
" Kị : hệ số xét đến khả năng giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động Với kết cấu nên áo đường phần xe chạy lấy K¡ = 0.6
" K; : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu, được xác định tùy thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu
đựng trong I ngày đêm (Bảng 3-8, 22TCN 211- 06) Vì số trục xe tính toán
ở đây là 641.88 trục/làn.ngày đêm, dưới 1000
=> kK,=0.8
= K3 :hệ số xét đến sự gia tăng chống trượt của đất hoặc vật liệu kém
dính , được xác định tùy thuộc vào loại đất trong khu vực tác dụng của nên đường Với đất là nền á sét, K3=1.5
= C,, = 0.032 x 0.6 x 0.8 x 1.5 = 0.023 MPa
Ta có: 7„+7„ =0.0084-0.00163=0.00677 — MPa
Cụ = 0.023 _ 0.0256 MPa K", cả 0.94
Tax + Tay= 0.00677MPa <
Vậy: Đất nên thỏa điều kiện không trượt
s* Trong lớp cấp phối thiên nhiên:
Trang 16Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
EƑ° = Øx E,„ =1.128x300 =338.4MPa
Do EX > Eimax = 300MPa nên Ey được tính theo phương pháp bình quân gia quyển:
Trang 174.5.2.Tính toán cường độ áo đường theo điều kiện kéo uốn ở t = 15° tại đáy lớp mặt:
Kết cấu đựơc xem là đủ cường độ khi thỏa mãn điều kiện (3.9) - 22TCN 2I1- 06 :
" RƑ"_: cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối
= K* : hệ số cường độ về chịu kéo uốn được chọn tùy thuộc độ tin cậy thiết kế giống như với trị số K" (Bảng 3-7, 22TCN 21I- 06) Với độ tin
Trang 18Luận Văn Tốt Nghiệp Đường Ô Tô GVHD: KS Nguyễn Đình Huân
Tra Toán đồ hình 3.5 - 22TCN 211-06= ơ,, = 2.03
e Ung suất kéo uốn phát sinh ở lớp vật liệu liền khối được xác định theo Biểu
thtfc (3.10) - 22TCN 211-06:
Guy = Oy XPXk,
Trong đó :
=p : áp lực bánh của tải trọng trục tính toán
= ky : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dứơi tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh đơn
Khi kiểm tra với cụm bánh đôi ( là trường hợp tính với tải trọng trục
tiêu chuẩn ), lấy = 0.85
" o,, :ứng suất kéo uốn đơn vị
"R,„: cường độ kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán và ở tuổi mẫu tính toán
dứơi tác dụng của tải trọng tác dụng | lan, R,, = 2.8(BTNC 25 loai IA)
"k, : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về
khí hậu thời tiết Với bê tông nhựa chặt loại I k,= 1
"_ k, :hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dứơi tác dụng của
tải trọng trùng phục Đối với vật liệu bê tông nhựa :
Vậy: Lớp bê tông nhựa thỏa điều kiện kéo uốn
KẾT LUẬN: Kết cấu áo đường đã chọn thõa mãn tất cả các điều kiện về thiết kế áo đường mêm
Trang 19phần xe chạy chính Trường hợp phần xe chạy chỉ có 2 làn xe trở xuống thì nên lấy trị số
lớn trong phạm vi quy định trên
> Nite =0.5x N,, = 0.5x 252.996 = 320.94 (trục /ñlàn.ngày
đêm)
4.7 Xác định module đàn hồi yêu cầu:
Module đàn hồi chung yêu cầu:
TXTT Niven
EX =a+bxlg
Theo Bang 3.4 22TCN 211- 06, với tải trục xe tiêu chuẩn 100KN, mặt đường cấp cao AI,
bêtông nhựa rải nóng ta có:
Nrrrc=500_ trục xe tiêu chuẩn/nđ> E = 178 MPa Nrrrc=200 trục xe tiêu chuẩn/nđ > E}*= 160 MPa Thế vào phương trình trên, ta có:
178=a+bxIg500 5 a=55.92 160=a+bxIg200 b=45.23 Vậy: E7, = 55.92+ 45.23xIg126.498= 169.29MPa
Theo Bảng 3.5 - 22TCN 211- 06,với mặt đường cấp cao A1, đường cấp quản lý IV :
E?" = 110 MPa
=>Ey = 151 > EX" = 110
Vay: Chon Eye = 169.29Mpa
4.8 Chọn sơ bộ kết cấu áo đường:
©e_ Kết cấu áo đường :
Theo Diéu 2.7.1 - 22TCN 211- 06 : trường hợp giữa phần xe chạy
dành cho xe cơ giới và lễ gia cố không có dải phân cách bên hoặc dải phân
cách bên chỉ bằng 2 vạch kẻ, tức là trường hợp xe cơ giới vẫn có thể đi lấn
ra hoặc dừng đỗ trên phần lễ gia cố thường xuyên, ta chọn sơ bộ kết cấu áo
đường như sau :
%+ Tâng mat:
> Lớp trên :Bê tông nhựa chặt hạt nhỏ rải nóng, có độ còn dư bằng
3% +6%, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 15mm (BTNC 15), có hàm lương đá đăm từ 50+57% (BTN loại A), có chất lượng loại I