TKD CHUONG 7 thiet ke ao duong cung 1

Tác dụng: ngăn không cho móng cát hút nước của tấm bê tông khi bê tông mới đổ và làm giảm ma sát của tấm bê tông với đáy móng, làm cho tấm bê tông có thể di chuyển khi nhiệt độ thay đổi

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG

CỨNG

7.1 Đặc điểm và cấu tạo kết cấu áo đường cứng

7.1.1 Đặc điểm kết cấu áo đường cứng:

7.1 Đặc điểm và cấu tạo kết cấu áo đường cứng

7.1.1 Đặc điểm kết cấu áo đường cứng:

7.1.2 u i mƯ đ ể

Hệ số bám giữa bánh xe & mặt đường cao

Kho ng cách tr ả ượ t dài khi d ng g p o ừ ấ đ đượ c c a 2 lo i xe ôtô trên ủ ạ đườ ng bêtông

xi m ng và ă đườ ng asphalt t c ở ố độ 100 km/h

7.1.2 Ư đ ể u i m

–Ổn định nhiệt

–Ổn định nước

–Ổn định với thời tiết

–Độ hao mòn không đáng kể, mặt đường sinh bụi rất ít  

7.1.2 Ư đ ể u i m

Ưu điểm

– Tuổi thọ rất cao (30-40 năm).

– Có thể cơ giới hoá toàn bộ khâu thi công.

– Công tác duy tu, bảo dưỡng không đáng kể  

– Sử dụng ximăng nên thi công ít gây ô nhiễm môi trường.

(s n l ả ượ ng xi-m ng kho ng 70 tri u t n và có th t ng lên g n 90 tri u t n) ă ả ệ ấ ể ă ầ ệ ấ

Ưu điểm

–Mặt đường có màu sáng, định hướng xe chạy về ban đêm

tốt.

Tiết kiệm nhiên liệu

tiết kiệm được nhiên liệu

vì giảm được độ sâu của bánh xe ép xuống mặt đường

•Các khe biến dạng làm cho mặt đường kém bằng phẳng,

hạn chế xe chạy tốc độ cao.

• Chi phí xây dựng ban đầu thường rất lớn (2 - 2,5 lần mặt

đường mềm)

7.1.3 Nh ượ đ ể c i m

Nhược điểm

•Mặt đường có độ cứng quá lớn, xe chạy không êm thuận, gây tiếng

ồn nhiều.

Thi công tương đối phức tạp, đòi hỏi có thiết bị chuyên dùng

–Yêu cầu phải có thời gian bảo dưỡng sau khi thi công xong.

Đường BTXM: hơn 22.227 km

7.1.4 Ph m vi s d ng ạ ử ụ

PHẠM VI SỬ DỤNG

– Đường BTXM: hơn 22.227 km

(Số liệu của tổng cục đường bộ)

PHẠM VI SỬ DỤNG

– Đường BTXM: hơn 22.227 km

(Số liệu của tổng cục đường bộ)

PHẠM VI SỬ DỤNG

– Đường tuần tra biên giới đang được triển khai:11.000km

PHẠM VI SỬ DỤNG

Mỹ: MĐ BTXM chiếm khoảng 9% của 4,901,790 km đường đô thị

và 4% của 1,028,491 km đường ngoài đô thị.

“Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada” FHWA 2007

PHẠM VI SỬ DỤNG

Đức: MĐ BTXM khoảng 25% MLĐ cao tốc.

“Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada” FHWA 2007

PHẠM VI SỬ DỤNG

Áo: MĐ BTXM chiếm 2/3 ML đường cao tốc (14000 km)

“Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada” FHWA 2007

PHẠM VI SỬ DỤNG

Bỉ: MĐ BTXM chiếm khoảng 17% (134000 km )

“Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada” FHWA 2007

PHẠM VI SỬ DỤNG

Hà Lan: BTXM chiếm khoảng 4% MLĐ ô tô (113000 km )

“Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada” FHWA 2007

PHẠM VI SỬ DỤNG

Úc: MĐ BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc

“Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada” FHWA 2007

PHẠM VI SỬ DỤNG

Trung Quốc : chiếm 60% đường cao tốc

“Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada” FHWA 2007

– Đường cao tốc

– Các đoạn đường có chế độ thuỷ nhiệt bất lợi.

– Các tuyến đường ít có điều kiện duy tu bảo dưỡng. – Bến, bãi đỗ xe.

– Đường tràn

– Đường trong các khu công nghiệp nhiều xe nặng

– Đường bãi trong các hải cảng

– Đường trong các mỏ

– Trạm thu phí

– Đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ máy bay 

Phân loại

Mặt đường BTXM thông thường (JPCP)

Mặt đường BTXM cốt thép mối nối tăng cường (JRCP)

Mặt đường BTXM cốt thép liên tục (CRCP)

Mục đích của việc bố trí cốt thép : hạn chế việc mở rộng khe nứt, giảm các mối nối ngang mặt đường (khe co, giãn)

Hàm lượng lưói thép thiết kế khoảng 0,54%, bao gồm cốt thép dọc (thép All, 16 mm), cốt thép ngang (thép All, 12 mm)

bố trí liên tục suốt chiều dài đường và đặt ở vị trí 1/3 - ½ bề

dày tấm BTXM

Mặt đường BTXM cốt sợi

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

Mặt đường BTXM cốt thép ƯST.

Khắc phục các vết nứt của mặt đường BTXM thông thường

Tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu dạng tấm

Mặt đường BTXM cốt thép dự ứng lực có phạm vi áp dụng hạn chế vì công nghệ thi công phức tạp

Phạm vi áp dụng ở Việt Nam trong giai đoạn hiện

nay Phạm vi áp dụng ở Việt Nam trong giai đoạn hiện

nay

7.1.2 Cấu tạo kết cấu áo đường cứng:

Cấu tạo theo SMEC

TẤM BÊ TÔNG

•B ộ phận chủ yếu của mặt

đường bê tông xi măng.

•Tấm bê tông có thể là BT không

cốt thép, BTCT BTCT dự ứng

lực

•Cường độ chịu uốn giới hạn của

lớp mặt không nhỏ hơn 4 Mpa

(chịu nén giới hạn không nhỏ

hơn 30 Mpa).

•Chiều dày của tấm bê tông xi

măng do tính toán thiết kế quyết

định Thông thường nó biến đổi

khoảng 18 - 24 cm Với đường sân

• Tấm bê tông phải có cấu tạo chiều dày không đổi

• Tại vị trí góc tấm, là vị trí yếu nhất, có thể tăng cường bằng cách

bố trí các thanh thép ở góc tấm

B dày t m BTXM t i thi u theo b ng 2.1 ề ấ ố ể ả

Quy trình 22 TCN 223-95

Có thể làm bằng các vật liệu:

•Giấy dầu

•Cát trộn nhựa

LỚP NGĂN CÁCH

Cát trộn nhựa: dày 2-5cm

(thường dùng nhựa lỏng từ

2-4% theo khối lượng hoặc nhũ tương từ 4-8% theo khối lượng) Lớp cát trộn nhựa được làm khi các lớp móng là đá dăm, đá dăm gia cố xi măng, đất gia cố

Tác dụng: tạo phẳng và làm giảm

ma sát của tấm bê tông với đáy

móng

Giấy dầu: thường dùng khi lớp

móng hở, có khả năng thấm

nước (cát, đá dăm, cấp phối )

Tác dụng: ngăn không cho

móng cát hút nước của tấm bê tông khi bê tông mới đổ và làm giảm ma sát của tấm bê tông

với đáy móng, làm cho tấm bê tông có thể di chuyển khi nhiệt

độ thay đổi mà không gây nứt

bề mặt

•Thường bằng đất gia cố, cát

gia cố xi măng, cấp phối đá

dăm, cấp phối đá dăm gia cố

xi măng, bê tông nghèo hoặc

•Nên bố trí lớp thoát nước trên

chiều rộng còn lại của nền

đường (tránh đọng nước ở

cạnh tấm BTXM).

LỚP MÓNG

• Chiều dày lớp móng do tính toán xác định

• Bề rộng lớp móng trong mọi trường hợp nên rộng hơn mặt mỗi bên 0.3-0.5m

Loại vật liệu móng Hmin (cm)

Bê tông nghèo

Đất, cát hoặc đá gia cố

Cát hạt trung, hạt to

14

15 – 16 20

• Tầng móng phải tiếp xúc tốt với tấm BTXM và ít tích lũy biến

dạng

KHE NỐI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

Mục đích làm khe nối:

•Bảo đảm khả năng biến dạng

bình thường của tấm bê tông

•Bảo đảm sự tiếp xúc bình

thường giữa các tấm bê tông khi

không thể thi công cùng thời

điểm

KHE NỐI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

Bảo đảm khả năng biến dạng

bình thường của tấm bê tông

Có 3 loại khe nối trong mặt đường bê tông xi măng:

Khe nối dọc

Khe co

Khe dãn (khe ngang)

Có 3 loại khe nối trong mặt

đường bê tông xi măng:

Khe nối dọcKhe co

Khe dãn (khe ngang)

Sơ đồ bố trí khe co, giãn, và khe dọc

(1- Khe dãn, 2- Khe co, 3- Khe dọc

4- Thanh truyền lực)

Bố trí thanh truyền lực để truyền lực giữa các tấm.

Φ = 28 ÷ 40, l = 40 - 60 cm,

a = 25 ÷ 40cm (khe co, giãn)

a = 70 ÷ 120cm (khe uốn vồng)

Không có thanh truyền lực.

Có thanh truyền lực

TÁC DỤNG CỦA THANH TRUYỀN LỰC.

KHE DÃN

Mục đích: làm cho tấm bê tông có thể dãn ra khi nhiệt độ tăng

Có 3 loại khe dãn:

Khe dãn có thanh truyền lực

Khe dãn có tấm đỡ bê tông

Khe dãn kiểu ngàm

KHE DÃN

Khe dãn có tấm đỡ BT

Cho phép chuyển động theo cả 3

trục

Sử dụng tại các mố cầu, nút giao

KHE CO

Mục đích: làm cho tấm bê tông có thể co vào khi nhiệt độ giảm

Khi đổ bê tông liên tục theo từng vệt, thường làm khe co giả, khi

đổ bê tông từng tấm theo phương pháp thủ công thường dùng khe

co kiểu ngàm (đổ bêtông cách tấm)

Có 3 loại khe co thường dùng:

•Khe co kiểu ngàm

•Khe co có thanh gỗ giảm yếu tiết diện

•Khe co xẻ trong bê tông đã đông cứng

Khe co kiểu ngàm.

2-Ma tít nhựa

3-Quét nhựa bi tum

Khe co có thanh gỗ giảm yếu tiết diện

1 -Thanh truyền lực

2 -Ma tít nhựa

3 -Quét nhựa bi tum

4 -Thanh gỗ để giản yếu tiết diện

Khe co xẻ trong bê tông đã đông

cứng

1 -Thanh truyền lực

2 -Ma tít nhựa

3 -Quét nhựa bi tum

• Khoảng cách từ thanh truyền lực đến mép mặt đường (khe dãn và

co) không được lớn hơn 1/2 - 1/4 khoảng cách giữa 2 thanh truyền lực

• Chiều rộng lớp nhựa matit trám vào khe hở thống nhất là 1.5cm,

chiều sâu là h/4 (đối với khe kiểu ngàm có thể lấy bằng 4cm)

ĐK thanh truyền lực theo 22TCN 223-95

ĐK thanh truyền lực theo AASHTO

Khe co giả: làm giảm yếu

tiết diện ngang của tấm bê tông đi

ít nhất là 1/3 chiều dày tấm

Máy xẻ trong bê tông đã đông cứng.

Khe sau khi cắt.

• Khi bê tông chịu kéo do co ngót

thì mặt đường bị nứt tại vị trí

khe và tách ra thành từng tấm

riêng rẽ

• Có thể dùng máy xẻ khe hoặc

đặt trước một thanh gỗ xuống

dưới trước khi đổ bê tông, tại vị

trí này tiết diện mặt đường sẽ bị

thu hẹp lại

•Khe dọc là một dạng của khe co và có thể bố trí

theo kiểu khe co giả khi đổ tấm bê tông liên tục

theo dải hoặc kiểu ngàm khi đổ thủ công từng tấm

một

Để tránh cho cho khe dọc không mở rộng miệng,

các thanh truyền lực trong khe dọc được đặt cố định

trong bê tông, tạo nền những khớp mềm trong mặt

đường

KHE DỌC

Đường kính thanh liên kết là 12 mm, dài 1m.

Bố trí tại chính giữa chiều dày tấm ở các khe nối.

• Bố trí cự ly khe dọc: căn cứ vào điều kiện thi công, bề rộng mặt

đường mà ta chia tấm cho phù hợp Thường, khoảng cách giữa các khe dọc không được quá 4.5m và thường bằng bề rộng một làn xe

KHE DỌC

Thường tồn tại cuối ca thi công và nên bố trí trùng khe dãn hoặc co.

Khe thi công

N i dung thi t k áo ộ ế ế

ng c ng

TC thi t k áo ế ế đườ ng c ng ứ

TC thi t k áo ế ế

ng c ng

7.2 Các tham số thiết kế áo đường cứng

7.2.1 Tải trọng tính toán tiêu chuẩn: đối với kết cấu áo đường cứng được quy định

thống nhất như khi thiết kế áo đường mềm nhưng khi tính toán tải trọng bánh xe được nhân thêm với hệ số xung kích

7.2.2 Hệ số chiết giảm cường độ n:

Khi tính toán cường độ kết cấu áo đường cứng, cường độ chịu kéo uốn cho phép của bê tông xi măng được xác định bằng cường độ chịu uốn giới hạn nhân với hệ

số chiết giảm cường độ n quy định tùy thuộc tổ hợp tải trọng tính toán

7.2.3 Cường độ của bê tông xi măng:

Các chỉ tiêu về cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông được quy định như bảng 2.3.

7.3 Các hiện tượng phá hoại kết cấu AĐC và các tiêu chuẩn tính toán:

7.3.1 Các hiện tượng phá hoại của mặt đường BTXM:

Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, do sự thay đổi của nhiệt độ, mặt đường BTXM

có thể gặp những hư hỏng sau:

+ Tại vị trí các khe nối, mặt đường bị vỡ dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, do đó nước sẽ dễ dàng thấm vào các khe hở làm cường độ đất nền giảm xuống, điều kiện tiếp xúc giữa tấm BTXM và đất nền không tốt.

+ Để khắc phục hiện tượng này khi thiết kế chiều dày của tấm BTXM nếu chịu tác dụng của bánh xe đặt ở giữa tấm thì có thể chọn chiều dày nhỏ hơn so với trường hợp bánh xe đặt ở cạnh tấm.

+ Dưới tác dụng của sự thay đổi nhiệt độ, ứng suất trong tấm BTXM sẽ đổi dấu liên tục, sự chênh lệch nhiệt độ này có thể là theo mùa hoặc theo chu kỳ ngày đêm gây nên hiện tượng mỏi do nhiệt độ làm tấm dễ bị phá hoại Như vậy, tấm BTXM được xem là phá hoại khi trong suốt thời kỳ khai thác, sử dụng tấm bị nứt, bị mất tính toàn khối ban đầu dẫn đến năng lực chịu tải giảm xuống đến dưới mức cần thiết.

7.3.2 Các tiêu chuẩn tính toán về cường độ:

7.3.2.1 Trường hợp đối với tấm BTXM:

Trong đó: σ ku – ứng suất kéo uốn do tải trọng bánh xe tính toán gây ra.

R ku – cường độ chịu kéo uốn giới hạn của BT.

k – hệ số chiết giảm về cường độ (hệ số dự trữ về cường độ).

Khi kiểm toán với tổ hợp tải trọng là xe tiêu chuẩn và sự thay đổi của nhiệt độ Điều kiện:

7.3.2.2 Kiểm toán đối với lớp móng của mặt đường BTXM:

Lớp móng được coi là đảm bảo về mặt cường độ khi tại bất kỳ điểm nào trong nền đất cũng không được phát sinh biến dạng dẻo.

7.4 Tính toán cường độ (bề dày) tấm BTXM toàn khối dưới

tác dụng của tải trọng xe chạy

1.Tính toán chiều dày tấm xi măng theo công thức sau:

Trong đó :

H : chiều dày tấm Ptt – tải trọng bánh xe tính toán (đã nhân với hệ số xung kích) daN/cm2 [σ] – cường độ chịu uốn cho phép của bê tông xi măng daN/cm2

α – hệ số có trị số thay đổi tùy theo vị trí tải trọng và tỷ số và Với: E – mô đun đàn hồi của bê tông, daN/cm2

E m

ch – mô đun đàn hồi chung trên lớp móng

R – bán kính của tiết diện vệt bánh xe tính toán

Khi tinh chiều dày cho trường hợp tải trọng tác dụng ở giữa tấm, cạnh tấm và góc tầm thì phân biệt dùng các hệ số a1, a2, a3 trong ba trị số a1, a2, a3 phải chọn trị số lớn nhất để tính chiều dày h

h/R E/E m

h/R E/E m

2 Kiểm toán chiều dày bê tông dưới tác dụng của xe nặng cá biệt

Khi kiểm toán tác dụng của xe nặng cá biệt hoặc của các trục xe nhiều bánh thì chiều dày tấm bê tông được tính theo công thức

Trong đó

H – chiều dày tấm [σ] – cường độ chịu uốn cho phép của bê tông xi măng daN/cm2

∑M – tổng mo men uốn

Mo men uốn hướng tâm và tiếp tuyến do tải trọng phân bố đều trên diện tích vòng tròn vệt bánh tương đương R sinh ra ngay dưới bánh xe:

C – các tham số xác định theo aR

Mô men uốn hướng tâm và tuyến do tải trọng tập trung của bánh xe bên cạnh

MF = (A+mB)Ptt

MT = (B+mA)Ptt

A, B các tham số xác định theo tích số ar

r – khoảng cách giữa điểm tác dụng tải trọng đến điểm cần tìm momen, (cm)

a – hệ số có liên quan đến độ cứng hình trụ của tấm, tính theo công thức:

Trong đó:

E m

ch – Mô đun đàn hồi chung trên mặt lớp móng.

E – Mô đun đàn hồi của bê tông, (daN/cm2)

Mm – hệ số Poisson chung của móng và nền đất Nếu lấy mb = 0,15 mm = 0,3 – 0,4; thì có thể tính gần đúng

Giá trị của các hệ số A, B, C

-0.050 0.287 0.208 0.091 2.000 0.021 -0.021 0.263 0.100 0.232 0.153 0.147 2.200 0.017 -0.019 - 0.200 0.178 0.099 0.220 2.400 0.014 -0.018 - 0.300 0.147 0.068 0.275 2.600 0.012 -0.017 - 0.400 0.124 0.047 0.313 2.800 0.010 -0.016 - 0.600 0.093 0.021 0.352 3.000 0.008 -0.014 - 0.800 0.075 0.004 0.387 3.200 0.007 -0.013 - 1.000 0.058 -0.006 0.364 3.400 0.006 -0.012 - 1.200 0.047 -0.013 0.353 3.600 0.005 -0.011 -

-1.600 0.031 -0.019 0.309 4.000 0.003 -0.008

-3 Kiểm toán chiều dày bê tông dưới tác dụng của xe xích

3 Kiểm toán chiều dày bê tông dưới tác dụng của xe xích

M x = M F cos 2 α + M T sin 2 α

M y = M F sin 2 α + M F cos 2 α

3 Kiểm toán chiều dày bê tông dưới tác dụng của xe xíchTrong đó:

α – góc kẹp giữa lực của hướng tìm momen với đường nối liền

điểm tác dụng lực với điểm tìm

momen

Khi a < 20 0 trị số sin 2 α rất nhỏ nên có thể bỏ qua

4 Kiểm toán chiều dày bê tông dưới tác dụng của

nhiệt độ

Trong công thức trên:

σ 1 - ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở giửa tấm, daN/cm2

σ n - ứng suất uốn vồng theo hướng ngang ở giữa tấm, daN/cm2

σ c - ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở cạnh tấm, daN/cm2 Khi nhiệt độ ở mặt trên và mặt dưới của tấm bê tông chênh nhau Δ t (độ C) thì trong tấm bê tông sẽ sinh ra ứng suất uốn vồng theo các công thức:

Δ t (°C ) – chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm bê tông, có thể lấy Δ t = 0.84h, với h là chiều dày tấm, cm

μ - hệ số Poisson của bê tông, thường lấy bằng 0,15.

C x , C y – các hệ số có trị số theo tỉ số L/l và B/l.

E t – mô đun đàn hồi của bê tôngkhi chịu tác dụng của sự chênh lệch nhiệt

độ lâu dài (từ 6 ÷ 9 giờ), thường lấy bằng 0.6E b , E b là mô đun đàn hồi của bê tông, daN/cm².

Trong đó L là chiều dài tấm bê tông ( tức khoảng cách giữa hai khe co );

B là chiều rộng tấm ;

l là bán kính độ cứng của tấm bê tông, tính theo công thức:

l = 0.6h

và 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

C x , y 0,19 0,42 0,70 0,91 1,01 1,07 1,08

7.5 THIẾT KẾ LỚP MÓNG CỦA ÁO ĐƯỜNG CỨNG.

• Giảm nhỏ được áp lực của hoạt tải tác dụng lên nền đất

• Ổn định với nước

• Không tích lũy biến dạng dẻo

• Ngăn được nước thấm xuống nền đất

• Tiếp xúc tốt với tấm BTXM

• Không để cho nước có thể bị kẹt lại giữa đáy tấm và mặt móng

• Không để nước kẹt lại giữa thành tấm và lề đường