Đồ Án Thiết Kế Đường 2 - Theo Tiêu Chuẩn Mới

Tớnh toỏn kết cấu ỏo đường: -Tính toán kết cấu áo đờng là tìm ra các phơng án áo đờng thoả mãn các yêucầu kỹ thuật sau đó trên cơ sở lựa chọn KT- KT để chọn ra phơng án có giáthành xây d

Chơng iLựa chọn đề xuất giảI pháp thiết kế

Kết cấu áo đờng

1.1 Kết cấu ỏo đường

1.1.1. Yờu cầu kết cấu ỏo đường

Các yêu cầu khi thiết kế áo đờng:

 Áo đờng phải đảm bảo cờng độ yêu cầu và ổn định về cờng độ trong suốt thờigian sử dụng

 Mặt đờng phải đảm bảo độ bằng phẳng tạo êm thuận cho xe chạy

 Bề mặt áo đờng phải đủ độ nhám để nâng cao hệ số bám giữa bánh xe và mặt

1.1.2. Cỏc yờu cầu thiết kế :

 Tiêu chuẩn thiết kế đờng ô tô TCVN 4054 – 2005 [1]

 Aó đờng mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế 22 TCN 211 – 06 [2]

 Các tiêu chuẩn liên quan đến yêu cầu về vật liệu và các tiêu chuẩn về thínghiệm [3]

 Các tài liệu tham khảo khác:

 Thiết kế đờng ô tô tâp II, IV,[4]; Thiết kế mạng lới đờng và luận chứng kinh tế[5]; Xây dựng mặt đờng ô tô - tập1[6]

1.1.3. Tớnh toỏn kết cấu ỏo đường:

-Tính toán kết cấu áo đờng là tìm ra các phơng án áo đờng thoả mãn các yêucầu kỹ thuật sau đó trên cơ sở lựa chọn KT- KT để chọn ra phơng án có giáthành xây dựng và vận doanh rẻ nhất

-Khi thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng mềm, trớc hết cần căn cứ vào cấp hạngcủa đờng để chọn loại cấp hạng mặt đờng

-Căn cứ vào thời hạn thiết kế và tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trênmột làn xe trong suốt thời hạn thiết kế để chọn loại tầng mặt thiết kế Ta có thểtham khảo bảng 2-1 trong tài liêu [2] để chọn loại tầng mặt thiết kế

 Đối với áo đờng có các phơng án đầu t:

 Đầu t một lần: Giá thành xây dựng đắt nhng giá thành vận doanh rẻ.

 Đầu t phân kì: Gá thành xây dựng rẻ nhng giá thành vận doanh đắt

Phải luận chứng so sánh hai phơng án trên để lựa chọn phơng án tối u nhất

1.2 Cỏc số liệu thiết kế

1.2.1 Tải trọng tớnh toỏn tiờu chuẩn:

_Khi tính toán cờng độ của kết cấu áo đờng theo 3 trạng thái giới hạn về cờng

độ, tải trọng trục tính toán đợc quy định là trục đơn của ô tô có trọng lợng 100KN

đối với tất cả các loại áo đờng mềm

Tải trọng trục tính toán

K/c giữa 2trục( m )

K/c giữacác trục sau( m )

1.2.2. Tớnh toỏn lưu lượng xe từ năm thứ 1 đến năm thứ 15

- Mục tiêu quy đổi ở đây là quy đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục

i về số lần thông qua của tải trọng trục tính toán trên cơ sở tơng đong về tácdụng phá hoại đối với kết cấu áo đờng:

1 Việc quy đổi phải đợc thực hiện với từng cụm trục trớc và cụm trục sau của mỗiloại xe khi nó chở đầy hàng với các quy định sau:

- Cụm trục có thể gồm m trục có trọng lợng mỗi trục nh nhau với các cụm bánh

đơn hoặc cụm bánh đôi ( m = 1,2,3 );

- Chỉ cần xét đến ( tức là chỉ cần quy đổi ) các trục có trọng lợng từ 25 kN trởlên;

- Bất kể loại xe gì khi khoảng cách giữa các trục  3,0 m thì việc quy đổi đợcthực hiện riêng rẽ đối với từng trục;

- Khi khoảng cách giữa các trục < 3,0 m ( giữc các trục của cụm trục ) thì quy

đổi gộp m trục có trọng lợng bằng nhau nh một trục với việc xét đến hệ số trục

C1 nh ở biểu thức dới

2, Theo các quy định trên việc quy đổi đơc thực hiện theo các biểu thức sau:

4 4 1 2

1

1 ( )

tt i k

P n C C



 Trong đó:

 N là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán

sẽ thông qua đoạn đờng thiết kế trong một ngày đêm trên cả 2 chiều ( trục /ngày đêm );

 ni : là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lợng trục pi cần đợcquy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt ( trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng nhất ).Trong tính toán quy đổi thờng lấy ni bằng số lần của mỗi loại xe i sẽ thôngqua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đờng thiết kế trong một ngày đêmcho cả 2 chiều xe chạy;

 C1 là hệ số trục đợc xác định theo biểu thức sau:

C1= 1 + 1.2(m-1);

 Với m là số trục của cụm trục i

 C2 là hệ số có xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh của trụcsau: với các cụm bánh chỉ có 1 bánh thì lấy C2 = 6,4; với các cụm bánh

đôi ( 1 cụm bánh gồm 2 bánh ) thì chỉ lấy C2 = 1.0 ; với cụm bánh có 4bánh thì lấy C2 = 0.38

Việc tính toán đựơc thực hiện nh ở bảng dới:

 Cho năm thứ nhất N1= C1.C2.ni.(Pi/100)4.4 = 121 (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm)

1.2.3. Số trục xe tớnh toỏn trờn một làn xe và trờn kết cấu ỏo lề gia cố :

 Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe đã đợc quy đổi về trục xe tính toántiêu chuẩn ( hoặc trục xe nặng nhất tính toán) sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn

đờng thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kỳ

GVHD:Hoàng Tùng 4

bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế quy định tuỳ thuộc vào loại tầng mặt dựkiến chọn cho kết cấu áo đờng.

 Xác định theo biểu thức:

Ntt = Ntk  fL (trục / làn.ngày đêm )_ Với đờng cấp IV, trong phần xe chạy có 2 làn xe nhng không có dải phâncách thì lấy fL = 0,55

_ Ntk : là tổng số trục xe quy đổi từ k loại xe khác nhau về trục xe tính toántrong một ngày đêm trên cá 2 chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế, ởtrong đồ án này lấy là N15.vậy ta có:

Ntt = 252  0.55 = 138.6 (trục / làn.ngày đêm )

Ta có bảng sau:

1.3. Xỏc định cấp hạng mặt đường và cỏc yờu cầu cường độ:

Theo bảng 2-1 và bảng 2-2 trong tài liệu [2]

Kiến nghị chọn cấp hạng mặt đờng là mặt đờng cấp cao A1 có bề dày tối thiểucủa tầng mặt là 10 cm

1.4. Đề xuất phương ỏn kết cấu ỏo đường:

1.4.1. Đề xuất 2 phương ỏn kết cỏu ỏo đường hoàn chỉnh:

 Dựa theo bảng 2-1 và bảng 2-2 trong tài liệu [2] kiến nghị chọn mặt đờng cấpcao A1 ( bề dày tối thiểu là 10 cm) gồm 2 lớp bê tông nhựa (BTN): Lớp trên

là lớp BTN hạt nhỏ chiều dày là 5cm ( bảng 2-4 tài liệu [2] ) ; lóp dới là lớpBTN hạt trung có bề dày là 7 cm ( bảng 2-4 tài liệu [2] ) Vậy tổng chiều dày

2 lớp BTN lớp mặt của kết cấu áo đờng kiến nghị chọn có bề dày là 12cm ( >

bề dày tối thiều là 10cm )

 Với tầng mặt đã chọn, ta đa ra 3 phơng án kết cấu tầng móng để đa vào sosánh lựa chọn phơng án tốt hơn ( căn cứ theo mục 2.3.2 và bảng 2-3 tài liệu[2] ):

 Ph ơng án I :

BTN hạt mịn chiều dày 5cmBTN hạt trung chiều dày 7cmCấp phối đá dăm loại ICấp phối thiên nhiên ( sỏi cuội )

 Ph ơng án II :

BTN hạt mịn chiều dày 5cmBTN hạt trung chiều dày 7cmCấp phối đá dăm loại ICấp phối đá dăm loại II

 Ph ơng án III :

BTN hạt mịn chiều dày 5cmBTN hạt trung chiều dày 7cmCấp phối đá dăm gia cố XM 6%

Cấp phối đá dăm loại II

- Các đặc trng tính toán của các lớp vật liệu và nền đất xác định theo chỉ dẫn ở cácmục 3.4.6; 3.5.5; 3.4.7 và 3.6.4 đợc tập hợp ở bảng dới

Ta có bảng đăc trng tính toán của mỗi lớp kết cấu thiết kế :

tr-Tính vềkéo uốnBTN chặt loại I ( hạt

Cấp phối đá dăm gia

1.4.2. Xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc:

1 Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu đợc xác định theo bảng 3-4 tài liêu[2] tuỳ thuộc vào số trục xe tính toán Ntt xác định theo mục 1.2.4 vàtuỳ thuộc vào loại tầng mặt của lớp kết cấu áo đòng thiết kế Số trục

xe tính toán Ntt để thiết kế kết cấu áo lề gia cố trong trờng hợp giữaphần xe chạy chính và lề không có dải phân cách bên đợc lấy bằng35-50% số trục xe tính toán của làn xe cơ giới liền kề tuỳ thuộc việc

bố trí phần xe chạy chính

Ntt = 138.6 (trục/ làn.ngày đêm ) tra bảng 3-4  Eyc = 151.8MPa

2 Trị số mô đun đàn hồi xác định theo bảng 3-4 không đợc nhỏ hơn trị

số tối thiểu quy định trong bảng 3-5( tài liêu [2] ) :

- Với đờng cấp IV, mặt đờng cấp cao A1 ta có trị số Eyc min là 130MPa và đối với kết cấu lề gia cố là 110 MPa

3 Vậy ta chọn Echọn = max E min& Eyc= max ( 151.8MPa & 130MPa ) = 151.8 MPa

1.4.3. Hệ số độ tin cậy K cd ( theo cấp hạng đ ờng ):

Dựa theo bảng 3-3 trong tài liêu [2] ta lựa chọn độ tin cậy thiết kế theo loại

và cấp hạng đờng:

- Với đờng ôtô cấp IV ta kiên nghị chọn hệ số độ tin cậy thiết kế là 0.85( cho cả 3 phơng pháp tính toán theo trạng thái giới hạn )

Ta giả thiết bề dày của các lớp kết cấu móng đờng theo điều kiện độ võng

135.2

1212 0 33

126

1818 0 33

Mô đuyn đàn hồi yêu cầu của lớp móng E ch2 =112.5 (MPa)

1.4.4. Cấu tạo tầng móng và chọn phơng án móng kinh tế

a. Phơng án I

 Lớp 3 Cấp phối đá dăm loại I E3=300 (MPa);

 Lớp 4 Cấp phối thiên nhiên (sỏi cuội ) E4=200 (MPa);

Thay đổi chiều dày lớp 3 tính toán chiều dày lớp 4 để đáp ứng

Ech2=112.5(MPa);

Các bớc tính toán và lựa chọn chiều dày lớp 4 ta làm tơng tự phần trên và

tra Toán đồ 3.1 tài liệu [2] Từ đó ta có bảng tính toán lựa chọn:

Mã hiệu Danh mục đơn

ĐơngiáEB.2220

Làm móng CP đá

dăm Đờng làmmới

100

m3 15180000 59528 671016 15910544

Ta có giá thành 1 m2 đờng cấp phối đá dăm có chiều dày 1cm là 1591.0544(đ)

Tơng tự tra đơn giá XDCB thành phố Hà Nội 1999 ta có giá thành của lớp cấp phốisỏi cuội nh sau:

Bề dày hi Bề dày các lớp khi thi

 Lớp 3 Cấp phối đá dăm loại I E3=300 (MPa);

 Lớp 4 Cấp phối đá dăm loại II E4=250 (MPa);

Thay đổi chiều dày lớp 3 tính toán chiều dày lớp 4 để đáp ứng

Ech2=112.5(MPa);

Các bớc tính toán và lựa chọn chiều dày lớp 4 ta làm tơng tự phần trên và

tra Toán đồ 3.1 tài liệu [2] Từ đó ta có bảng tính toán lựa chọn:

EB.2220

Làm móng CP đá

dăm Đờng làmmới

100

m3 15180000 59528 671016 15910544

Ta có giá thành 1 m2 đờng cấp phối đá dăm có chiều dày 1cm là 1591.0544

(đ)

Tơng tự tra đơn giá XDCB thành phố Hà Nội 1999 ta có giá thành của lớp cấp

phối đá dăm( lớp móng dới ) nh sau:

Mã hiệu Danh mục đơn

Đơngiá

EB.2120

Làm móng CP đá

dăm Đờng làmmới

Vậy kiên nghị chọn phơng án I là phơng án có chi phí xây dựng cho 1m2 là nhỏ

1.5. Kiểm toán kết cấu áo đ ờng theo 3 trạng thái giới hạn :

1.5.1. kiểm tra c ờng độ chung của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng

đàn hồi:

a Việc đổi tầng 2 lớp một từ dới lên đợc thực hiện theo biểu thức:

3 3 / 1 1

'

1

1

Kết quả tính đổi đợc tính toán ở bảng dới:

Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 Htb(cm) Etb’(Mpa)Cấp phối thiên

Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đợc β = 1.114( H/D)0.12 = 1.153

Vậy kết cấu nhiều lớp đựơc đa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 43 cm có mô

đun đàn hồi trung bình là dc . tb'

tb E

E   = 1.153  269.99 = 309.3 (MPa)

c Tính Ech của cả kết cấu:

Sử dụng toán đồ hình 3-1 trong tài liệu [2]:

E E

d Nghiệm lại điều kiện 3-4 theo mục 3.4.1 tài liệu [2]

Ta phải có Ech K cd dv.Eyc = 0.85 159 = 135.2 MPa

Ta thấy Ech = 143.08 (MPa) > dv

cd

K Eyc = 135.2 MPa

2 , 135

2 , 135 08 , 143







Có thể chấp nhận đợc!

Nh vậy kết cấu dự kiến thoả mãn điều kiện về cờng độ theo tiêu chuẩn

độ võng đàn hồi cho phép.

1.5.2. Tính kiểm tra c ờng độ kết cấu dự kiến theo điều kiện cắt tr ợt trong nền đất:

a Tính Etb của cả 4 lớp kết cấu:

Việc tính đổi tầng từ hệ 2 lớp đợc thực hiện nh theo bảng :

Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 Htb(cm) Etb’(Mpa)

Cấp phối đá dăm loại

GVHD:Hoàng Tùng 12

b. Việc xét đên hệ số điều chỉnh β=f(H/D):f(H/D):

Với H/D = 43/33 = 1,303

Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đợc β = 1.114( H/D)0.12 = 1.153

Vậy kết cấu nhiều lớp đựơc đa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 44 cm có mô

đun đàn hồi trung bình là dc . tb'

tb E

E   = 1.153  248.26 = 284.9 (MPa)

toán gây ra trong nền đất ax :

áo đờng gây ra trong nền đất T av :

Tra toán đồ hình 3-4 ta có Tav = - 0.001 MPa

e Xác định trị số Ctt theo 3-8:

Ctt = C.K1.K2.K3

Với C của nền đất C = 0,032 MPa

Theo mục 3.5.4 thi ta có K1 = 0.6; K2 = 0.8 vì số trục xe tính toán dới 1000trục / làn.ngày đêm, và K3 = 1.5 ( vì nền đất là nền đất á sét )

Ctt = 0.0320.6 0.81.5 = 0.023 MPa

trong nền đất ( biểu thức 3-7):

Với đờng cấp IV, độ tin cậy khi sử dụng là 0,85 do vậy theo bảng 3-7 ta có giátrị Kcdtr = 0.9 và với các trị số Tax và Tav tính đợc ở trên ta có :

Tax + Tav = 0.01314 – 0.001 = 0.01214 MPa

02555 , 0 9 0

023 0





tr cd

Do đó nền đất đảm bảo điều kiện trợt.

1.5.3. Tính kiểm tra c ờng độ kết cấu dự kiến theo điều kiện cắt tr ợt trong cấp phối thiên nhiên:

a Tính Etb của cả 3 lớp kết cấu bên trên lớp CPSC:

Việc tính đổi tầng từ hệ 2 lớp đợc thực hiện nh theo bảng :

Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 Htb(cm) Etb’(Mpa)Cấp phối đá dăm loại

Với H/D = 25/33 = 0.7576

Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đợc β = 1.114( H/D)0.12 = 1.077

Vậy kết cấu nhiều lớp đựơc đa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 25 cm có mô

đun đàn hồi trung bình là dc . tb'

tb E

E   = 1.077  287.44 = 309.7 (MPa)

Theo biểu đồ hình 3-3 , với góc nội ma sát của cấp phối thiên nhiên là φ = 400

Tra toán đồ hình 3-4 vói chiều dày lớp trên là 25 cm ta có Tav = - 0.0018 MPa

d. Xác định trị số C tt theo 3-8:

Ctt = C.K1.K2.K3

Với C của cấp phối thiên nhiên C = 0,05 MPa

Theo mục 3.5.4 thi ta có K1 = 0.6; K2 = 0.8 vì số trục xe tính toán dới 1000trục / làn.ngày đêm, và K3 = 1.5 ( vì nền đất là nền đất á sét )

Ctt = 0.05 0.6 0.81.5 = 0.036 MPa

e Kiểm toán lại điều kiện tính toán cơng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt

trong cấp phối thiên nhiên ( biểu thức 3-7):

Với đờng cấp IV, độ tin cậy khi sử dụng là 0,85 do vậy theo bảng 3-7 ta có giátrị Kcdtr = 0.9 và với các trị số Tax và Tav tính đợc ở trên ta có :

Tax + Tav = 0.01704 – 0.0018 = 0.01524 MPa

040 , 0 9 , 0

036 , 0





tr cd

Kết luận: Cấp phối thiên nhiên đảm bảo điều kiện trợt

1.5.4. Tính kiểm tra c ờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp BTN:

a Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu

thức 3-10:

- Đối với lớp BTN dới:

H1 = 10cm; E1 = 1680

10

4 1800 6

Với 1 0

33

33 '

E E

Tra toán đồ hình 3-1 ta đợc 0 425



dc tb

m tb

E

E

do đó:

dc tb m

E .  0 425  = 0.425  268.03 = 113.91 (MPa)

Tìm ku ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dới bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với:

303 0 33

Kết quả tra toán đồ đợc ku = 1.52 và với p = 6 MPa theo ( 3.11) ta có :

ku

 = 1.520.60.85 = 0.7752 MPa

Đối với lớp BTN trên:

h1 = 4cm; E1 = 1800 MPa

Trị số E’tb của 3 lớp phía dới nó đợc xác đình nh trong bảng dới:

Lớp kết cấu Ei(MPa) t=E2/E1 hi(cm) k=h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)

Cấp phối đá dăm loại

GVHD:Hoàng Tùng 16

Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β theo 3-6:

Với 1 1818

33

39 '

E E

Ta xác định đợc 0 382



dc tb

m tb

E

E

tb m

E .  0 425  = 0.382  402 =153.56 (MPa)

Tìm ku ở đáy lớp bê tông nhựa lớp trên bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với:

1212 0 33

Kết quả tra toán đồ đợc ku = 2.6 và với p = 6 MPa theo ( 3.11) ta có :

10 73 0 [

11 , 11 11

, 11

22 0 6 22

0

Theo muc 3.6.3 trong trờng hợp này lấy k2 = 1.0

Vậy cờng độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN lớp dới là :

Với lớp bê tông nhựa dới :

MPa MPa

9 0

14 1 7752

9 0

596 1 326

,





Vậy kết cấu dự kiến đạt đợc điều kiện 3.9 đối với cả hai lớp bê tông nhựa

1.6. Cỏc yờu cầu về cấu tạo :

1.6.1. Yờu cầu về độ nhỏm :

Đờng là đờng cấp thiết kế là cấp IV, tốc độ thiết kế là 60 Km/h bố trí tầng mặt

là mặt đờng cấp cao A1 theo 2.2.3 trong tài liệu [2] phải bố trí lớp tạo nhám kiêm chức năng lớp hao mòn tạo phẳng dày 1,5 – 3 cm bằng bê tông nhựa có

độ nhám cao ( theo 22 TCN 345 – 06 )

1.6.2. Yờu cầu về độ bằng phẳng :

Aó đờng phần xe chạy cho ôtô và áo lề đờng gia cố có cho xe thô sơ đi phải

đảm bảo bề mặt đạt đựơc độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đa đờng vào khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI

Tốc độ xe chạy 60Km/h Với đờng xây dựng mới chỉ số IRI yêu cầu 

Thời gian cho phơng án đầu t phân kỳ ở đây có thể từ 4 – 7 năm ; Khi đó ta

sử dụng 2 lớp móng dới nh đã chọn của phơng án đầu t tập trung, còn lớp mặt taláng nhựa 3 cm:

Năm tính

toán

Ntt(trục/ngđ)

Cấp mặt ờng

đ-Eyêu cầu(MPa)

Emin(MPa)

Echọn(MPa)

'

1

1

Kết quả tính đổi đợc tính toán ở bảng dới: