Giáo trình phân tích và hướng dẫn thi công bao phủ mặt đường phần 1 potx

2.2.5.1 Mục ñích của việc thiết kế ñường cong chuyển tiếp: Khi xe chạy từ ñường thẳng vào ñường cong, phải chịu các thay ñổi: - Bán kính từ ∞ chuyển bằng R.. Công trình ñng ôtô - B môn

Lấy ip = 0,5% khi V ( 60 km/h

* Việc chuyển hóa ñược tiến hành như sau :

Trước khi vào ñoạn nối siêu cao, cần một ñoạn 10m ñể vuốt cho lề ñường có cùng ñộ dốc ngang của mặt ñường in sau ñó tiến hành theo 1 trong 3 phương pháp sau :

1 Quay mái mặt ñường và lề ñường phái lưng ñường cong quanh tim ñường cho mặt ñường trở thành một mái với ñộ dốc tối thiểu rồi tiếp tục quay quanh tim cho tới khi cả mặt ñường ñạt ñộ dốc siêu cao (thường dùng với ñường thành phố có bề rộng phần xe chạy hẹp)

2 Quay mặt ñường và lề ñường phái lưng ñường cong quanh tim ñường cho mặt ñường trở thành một mái với ñộ dốc tối thiểu, sau ñoú quay quanh mép trong mặt ñường cho ñến khi ñạt ñến ñộ dốc siêu cao (phương pháp này khối lượng ñào ñắp nhiều nên thường dùng cho ñường ngoài thành phố)

3 Khi phần xe chạy lớn hơn 7m có thể thực hiện bằng cách quay quanh 1 trục ảo cách mép phần xe chạy 7m

2.2.5 ðƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP (Transition curve or courbe de transition)

2.2.5.1 Mục ñích của việc thiết kế ñường cong chuyển tiếp:

Khi xe chạy từ ñường thẳng vào ñường cong, phải chịu các thay ñổi:

- Bán kính từ ∞ chuyển bằng R

- Lực ly tâm tăng từ 0 ñến C

- Góc δ hợp giữa trục bánh xe trước và trục sau xe từ 0 ñến δ

Những biến ñổi ñột ngột ñó gây cảm giác khó chịu cho người lái xe và hành khách ðể ñảm bảo có sự chuyển biến ñiều hòa về lực ly tâm, về góc ( và về cảm giác của hành khách cần phải có một ñường cong chuyển tiếp giữa ñường thẳng và ñường cong tròn ðồng thời làm cho tuyến hài hòa hơn, tầm nhìn ñảm bảo hơn

phủ mặt đường

Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph

R=

S C

y

x

s

2.2.5.2 Xác ñịnh chiều dài của ñường cong chuyển tiếp:

* Các giả thiết: Giả thiết 1 là tốc ñộ xe chạy trên ñường cong chuyển tiếp không ñổi và bằng tốc ñộ thiết kế Giả thiết 2 là trên chiều dài ñường cong chuyển tiếp, gia tốc ly tâm thay ñổi từ 0 ñến v2 /R ñồng thời bán kính ñường cong thay ñổi ñều từ

ρ =0 tới R, tỷ lệ bậc nhất với chiều dài ñường cong chuyển tiếp

- Gọi I là ñộ tăng gia tốc ly tâm trên ñường cong chuyển tiếp I = const

- t là thời gian xe chạy trên ñường cong chuyển tiếp

t

R

V2

(m/s3)

t =

V

Lct (s)

I

⇒ =

ct

3

L R v

ct L

I.

R

v3

[ V (m/s)] (2-41)

Lct =

I

R 47

V3

[V(km/h)] (2-42)

Trong ñó:

- V: tốc ñộ xe chạy [km/h]

- R: Bán kính ñường cong nằm

- I: ðộ tăng gia tốc ly tâm (m/s3)

Theo quy trình Mỹ : I = 0,3(0,9 m/s3

Theo quy trình Pháp : I = 0,65(1 m/s3

Theo quy trình Việt Nam : I = 0,5 m/s3

Lct =

R 5 , 23

V3

(2-43)

* L ưu ý:

Khi ñường cong vừa có Ln, Lct thì bố trí ñoạn vuốt nối và chuyển tiếp trùng nhau và lấy cùng một chiều dài: L = max [ Lct , Ln]

Phương trình của ñường cong chuyển tiếp:

Xét một ñiểm bất kỳ trên ñường cong chuyển tiếp Có chiều dài tính từ gốc tọa

ñộ S, bán kính ρ:

S =

I

47

V3

Gọi C= v3/ I = const ⇒ S =

ρ

C hay ρ C

S

=

ðây là phương trình ñường cong clothoide hay còn gọi là ñường xoắn ốc

Euler

ðặt C = A2 = R.Lct

⇒ S =

ρ

2

A

Trong ñó:

A: Gọi là thông số của ñường cong clothoide:

A = R.Lct (m) (2-46)

A lớn: ñường cong thoải

A nhỏ: ñường cong gấp

A quyết ñịnh dạng của ñường cong

Phương trình thông số ở hệ tọa ñộ Descarte:

Phương trình ρ =C/S là phương trình trong hệ tọa ñộ ñộc cực, chuyển sang dạng tọa ñộ vuông góc ðềcác:

A 3456

S A

40

S

S− 5 4 + 9 8 −

y = S3 − S7 + S11 − (2-47)

Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph

ðây là chuỗi có tính hội tụ nhanh chỉ cần tính với hai số hạng ñầu là ñủ

Phương pháp cắm ñường cong chuyển tiếp: ( 7 bước- xem GT TKð 1-GS ðỗ Bá Chương – NXB GD 2006 )

1/ Tính các y ếu tố cơ bản của ñường cong tròn theo góc α và bán kính R:

- Tiếp tuyến của ñường cong

- Chiều dài ñường cong

- Phân cự

3/ Tính góc k ẹp giữa ñường thẳng và tiếp tuyến ở cuối ðCCT:

R

2

Lct

0 =

ϕ phải thỏa mãn ñiều kiện α ≥ 2 ϕ0 Nếu không thỏa mãn thì phải tăng R hoặc giảm chiều dài ñường cong chuyển tiếp

4/ Xác ñịnh tọa ñộ ñiểm cuối của ñường cong chuyển tiếp:

Hoặc tra bảng (3-8)

A 3456

S A

40

S

S− 5 4 + 9 8 −

A 42240

S A

336

S A

6

S

10

11 6

7 2

3

− +

− Với AĽ

e Xác ñịnh các chuyển dịch p’ và t:

0 0

0 0

sin x t

) cos 1 ( R y ' p

ϕ

−

=

ϕ

−

−

=

p’ nhỏ ít ảnh hưởng và thực tế không có ý nghĩa (ñiều kiện p > R/100)

5/ Xác ñịnh ñiểm bắt ñầu và ñiểm kết thúc của ñường cong chuyển tiếp Nð,NC

m ới với T = t +T

- Xác ñịnh các phần còn lại của ñường cong chuyển tiếp:

α

TC

TÂ y0 α

P’

NÂ

ϕ0

x0

parabol clothoide lemniscate

2 tg

0

α

K0=

180

R α0 1 π

P0=R1

























−1 2 cos

1

0

α

Tọa ñộ ñiểm ñầu và ñiểm cuối:

TðT1 = ND = ð - ( t + T)

TCT1 = NC = Nð + K0 + 2Lct

K0: Chiều dài ñường cong cơ bản :

K0=

180

R α0 1 π

6/ C ắm các ñiểm trung gian của ñường cong chuyển tiếp:

Khi có khoảng cách S

xs = S - + 8 −

9 4

5

A 3456

S A

40

S

ys = − + 10 −

11 6

7 2

3

A 42240

S A

336

S A

6

S

Công vi ệc tính toán phức tạp nên có thể sử dụng bảng 3-8/P50/TKð Tập 1 hoặc 7-5/P193/TK ð Tập 4

Các dạng ñường cong thay thế :

Nếu trong phương trình ñộc cực:

- Thay S = a ( a là dây cung) ta sẽ ñược

phương trình lemniscate:

ρ = 3.C.sin2ω

- Thay S = x (x là hoành ñộ ) ta sẽ có

phương trình parabol bậc 3:

Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph

c)

1:3

1:3

a)

b)

3.2.1.6 Cấu tạo cắt ngang của áo ñường

+ Cấu tạo trắc ngang có mấy kiểu như hình vẽ sau :

Hình 3.6: C ấu tạo áo ñường trên ñường cấp cao có dải phân cách

+ ðộ dốc ngang áo ñường và lề ñường

B ảng3.2: ðộ dốc ngang tối thiểu mặt ñường

Yếu tố mặt cắt ngang ðộ dốc ngang (%)

Phần mặt ñường và phần lề gia cố :

- Các loại mặt ñường khác cấp cao A2 2,0 – 3,0

- Mặt ñường ñá dăm, cấp phối, mặt ñường cấp

Phần dải phân cách Tuỳ vật liệu phủ và lấy như trên

Hình 3.5 : Bố trí áo ñường trên nền ñường a) C ấu tạo áo ñường hình máng trên phần xe chạy (thường hay dùng)

b) C ấu tạo trắc ngang áo ñường xây dựng phân kì ( giai ñoạn 2 mở rộng) c) C ấu tạo hình lưỡi liềm trên toàn bộ nền ñường (dùng cho mặt ñường cấp

ph ối hay ñất cải thiện

Blgc

1:m

a)

1:m

b)

1:m

Blgc

c)

1:m

in il

+ Người ta thường thiết kế gia cố lề ñể tránh mép áo ñường bị phá hoại, chống thấm nước, tăng an toàn, tăng hiệu suất sử dụng bề rộng phần xe chạy, làm nới ñậu xe tạm thời (nếu lề gia cố rộng)

Hình 3.7 : C ấu tạo gia cố lề ñường dọc mép áo ñường

Hình 3.8 : C ấu tạo dạng mặt ñường hay dùng nhất

3.2.2 PHÂN LOẠI KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG

Có 3 cách phân loại chính:

+ Phân loại theo vật liệu sử dụng + Phân loại theo phương pháp tính toán + Phân loại theo cấp áo ñường (phạm vi sử dụng)

3.2.2.1 Phân loại theo cấp áo ñường (phạm vi sử dụng):

Áo ñường cấp cao chủ yếu (A1) - (High type pavement)

- Là loại kết cấu áo ñường ñáp ứng yêu cầu xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, (áo ñường chỉ làm việc trong giai ñoạn ñàn hồi), mức ñộ dự trữ cường ñộ cao Mức ñộ

an toàn xe chạy cao, tốc ñộ xe chạy lớn

- Tuổi thọ áo ñường cao ≥ 10năm

- Thường dùng cho với các tuyến ñường có tốc ñộ thiết kế V ≥ 60km/h

- Vật liệu :

a) Bằng dải ñất gia cố (Blgc=50cm) b) Gia cố bằng ñá lát, cuội sỏi (Blgc=50cm) c) Gia cố bằng lớp vật liệu tầng mặt của KCA ð

Công trình ựng ôtô - B môn ựng ôtô Ờ ựng thành ph

+ Bêtông nhựa chặt loại I rải nóng (Atphalt Concret) + Bêtông ximăng (Ciment concret)

Áo ựường cấp cao thứ yếu (A2)

- đáp ứng ựiều kiện xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, vật liệu làm việc trong giai ựoạn ựàn hồi nhưng mức ựộ dự trữ cường ựộ nhỏ hơn áo ựường cấp cao chủ yếu A1

- Tuổi thọ của mặt ựường cấp cao A2 từ 4 - 8 năm

- Các loại vật liệu làm mặt ựường cấp A2 :

+ Bêtông nhựa nguội + Bêtông nhựa chặt loại II + Láng nhựa

- Lưu lượng xe chạy không cao, chi phắ duy tu bảo dưỡng thường xuyên lớn hơn mặt ựường cấp cao A1

Áo ựường cấp thấp B1 Ờ Intermediate type pavement

- Cho phép xuất hiện biến dạng dư, chiều dày của kết cấu giảm ựi rất nhiều, ựáp ứng yêu cầu lưu lượng xe chạy thấp, tốc ựộ xe chạy không cao, chi phắ duy tu sửa chữa, bảo dưỡng lớn

- Tuổi thọ của mặt ựường cấp thấp B1 từ (3 Ờ 4) năm

- Các loại vật liệu làm mặt ựường cấp B1 :

+ đá dăm nước + Cấp phối ựá dăm, CPđD láng nhựa hoặc nhũ tương; CPđD gia cố XM + Cấp phối cuội sỏi láng nhựa

+ Cát gia cố ximăng láng nhựa

Áo ựường cấp thấp B2 ( cấp quá ựộ) ) - Low type pavement

- Cho phép xuất hiện biến dạng dư, lưu lượng xe chạy rất thấp, sinh bụi nhiều

- Tuổi thọ mặt ựường không cao (từ 2 - 3 năm)

- Các loại vật liệu làm mặt ựường cấp B1 :

+ đất cải thiện

+ đất ựá tại chỗ, phế liệu công nghiệp gia cố

3.2.2.2 Phân loại theo vật liệu sử dụng

1 Áo ựường bằng các loại vật liệu ựất, ựá tự nhiên không có chất liên kết

Có cấu trúc theo nguyên lắ ựá chèn ựá hoặc nguyên lắ cấp phối

Vắ dụ: - Cấp phối ựá dăm, cấp phối ựất ựồi, cấp phối sỏi sạn

- đá dăm macadam ( còn gọi là ựá dăm nước, ựá dăm trắng)

2 Áo ựường làm bằng vật liệu ựất, ựá tự nhiên có gia cố các chất liên kết

vô cơ (vôi, ximăng) :

Có cấu trúc theo nguyên lắ ựá chèn ựá, nguyên lắ cấp phối hoặc nguyên lắ gia cố ựất

Vắ dụ : - đá dăm thấm nhập vữa ximăng cát

- Cấp phối ựá dăm gia cố ximăng, Bêtông ximăng

- đất gia cố vôi, cát gia cố ximăng

3 Áo ựường làm bằng vật liệu ựất, ựá tự nhiên gia cố các chất liên kết hữu cơ ( bitum,

gruựông)

Có cấu trúc theo nguyên lắ ựá chèn ựá hoặc nguyên lắ cấp phối

- Thấm nhập nhựa

- Bêtông nhựa

- đá trộn nhựa

3.2.2.3 Phân loại theo phương pháp tắnh toán (tắnh chất chịu lực)

Ớ Áo ựường mềm (Flexible Pavement ): là kết cấu có ựộ cứng nhỏ, khả năng chịu kéo, chịu uốn không ựáng kể, trạng thái chịu lực chủ yếu là chịu nén và chịu cắt Cường ựộ và khả năng chống biến dạng phụ thuộc vào nhiệt ựộ và ựộ ẩm

Vắ dụ : Mặt ựường BTN, thấm nhập nhựa

Ớ Áo ựường cứng (Rigid Pavement): là kết cấu có ựộ cứng lớn, khả nanưg chịu nén , chịu kéo, chịu uốn ựều tốt, trạng thái chịu lực chủ yếu là chịu kéo uốn Cường ựộ chịu uốn và môựun ựàn hồi không thay ựổi theo nhiệt ựộ và ựộ ẩm

Vắ dụ: Mặt ựường bêtông ximăng

Ớ Áo ựường nửa cứng nửa mềm (Semirigid pavement): là loại mặt ựường trung gian, có ựộ cứng tương ựối lớn, có khả năng chịu nén, chịu kéokhi uốn, trạng thái chịu lực chủ yếu là chịu nén, cắt và chịu kéo khi uốn

Vắ dụ : + Mặt ựường cấp phối ựá dăm gia cố ximăng + Mặt ựường ựá dăm thấm nhập vữa ximăng

3.2.2.4 Phân loại theo tắnh chất cơ học

- Vật liệu mặt ựường có tắnh toàn khối: Khả năng chịu nén lớn, có khả năng chịu kéo khi uốn ( BTXM, ựá dăm gia cố ximăng, BTN, cát gia cố ximăng, ựất gia cố vôi )

- Vật liệu mặt ựường không có tắnh toàn khối: Khả năng chịu lực kém hơn, có khả năng chịu kéo khi uốn không ựáng kể (cấp phối ựất tự nhiên, cấp phối sỏi cuội)

Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph

3.2.2.5 Phân loại theo ñộ rỗng

- Mặt ñường kín: ðộ rỗng còn dư nhỏ ( <6%), hạn chế nước thấm qua ( BTN, BTXM, cấp phối ñá dăm gia cố ximăng, cấp phối ñá dăm, ñất gia cố vôi hoặc ximăng )

- Mặt ñường hở: ñộ rỗng còn dư lớn ( 6÷25)%, không hạn chế ñược nước thấm qua ( ñá dăm macadam, thấm nhập nhựa)

3.2.3 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG

3.2.3.1 Nội dung của việc thiết kế kết cấu áo ñường

Áo ñường là bộ phận ñắt tiền nhất của công trình ñường ôtô Ở Việt Nam chi phí xây dựng áo ñường chiếm tới (45- 65) % tổng vốn ñầu tư xây dựng ñường ñối với các dự

án vùng ñồng bằng và ñô thị, (30- 45) % tổng vốn ñầu tư xây dựng ñường ñối với các dự

án vùng ñồi núi Các chi phí duy tu, sửa chữa bão trì trong quá trình khai thác cũng chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng vốn ñầu tư cho duy tu ñường nói chung Do vậy việc thiết

kế một kết cấu áo ñường hợp lý và ñúng ñắn có ý nghĩa hết sức to lớn về kinh tế và kỹ thuật

3 nội dung lớn cần phải giải quyết khi triển khai công tác thiết kế KCAð

Thiết kế cấu tạo KCAð, tức là chọn ñúng và bố trí ñúng cấc tầng, lớp vật liệu trong kết cấu áo ñường sao cho:

+ Phù hợp với chức năng của mỗi tầng lớp

+ ðảm bảo kết cấu phải có ñủ cường ñộ và duy trì ñược cường ñộ ñể hạn chế

tối ña các trường hợp phá hoại của xe cộ và của các yếu tố môi trường tự nhiên

+ Bề mặt KCAð phải ñảm bảo bằng phẳng, ñủ nhám, dễ thoát nước mặt và ít sinh bụi ñể ñáp ứng yêu cầu giao thông an toàn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu các tác dụng xấu ñến môi trường hai bên ñường

+ Phù hợp với khả năng cung ứng vật liệu, khả năng thi công và khả năng khai thác duy tu, sửa chữa, bảo trì sau này

Tính toán cường ñộ (biến dạng) của KCAð, ñây cũng là nội dung xác ñịnh chiều dày các lớp vật liệu trong kết cấu Công việc này liên quan chặt chẽ với công việc thiết kế cấu tạo

Luận chứng hiệu quả kinh tế, so sánh chọn phương án tối ưu về kinh tế kỹ thuật ứng với từng ñiều kiện cụ thể của từng dự án