TÌNH HÌNH VÀ ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA TUYẾN THIẾT KẾ
Vị trí tuyến đường, mục đích, ý nghĩa của tuyến và nhiệm vụ thiết kế
Tuyến đường thiết kế nối xã Phương Đình và xã Thọ An thuộc huyện Đan Phƣợng, thành phố Hà Nội
Phương Đình là một xã thuộc huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội, Việt Nam
Xã Phương Đình nằm ở phía bắc huyện, giáp với thị trấn Phùng ở phía đông nam, xã Thanh Đa (huyện Phúc Thọ) ở phía tây bắc và xã Thọ Xuân ở phía bắc Qua QL32 cũ, xã Phương Đình tiếp giáp với xã Đồng Tháp ở phía tây, xã Song Phương ở phía đông bắc và xã Thượng Mỗ ở phía đông.
1.1.2 Mục đích ý nghĩa của tuyến
Tuyến đường mới do UBND huyện Đan Phượng làm chủ đầu tư sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường giao lưu buôn bán và phát triển kinh tế khu vực Việc xây dựng tuyến đường này không chỉ cải thiện cơ sở hạ tầng mà còn phát huy thế mạnh của hai địa phương, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất và lưu thông hàng hóa Đồng thời, nó còn giúp hạn chế tai nạn giao thông và hỗ trợ các hoạt động giao lưu văn hóa.
An ninh chính trị và quốc phòng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định xã hội và củng cố an ninh khu vực Tuyến đường này có khả năng thực hiện các nhiệm vụ quân sự và quốc phòng, góp phần bảo vệ an toàn cho khu vực.
- Tuyến đường thiết kế nối xã Phương Đình và xã Thọ An thuộc huyện Đan Phƣợng, thành phố Hà Nội
- Lưu lượng xe chạy năm đưa công trình vào khai thác: N 0 xhh/ngđ
- Hệ số tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm : q = 10%
Bảng 1.1: Thành phần dòng xe
(kN) Loại cụm bánh Số trục
Trục trước Trục sau Trục trước Trục sau sau
Xe tải nhẹ 28 26 60 Bánh đơn Bánh đôi 1
Xe tải trung 38 50 70 Bánh đơn Bánh đôi 1
Xe tải nặng 12 55 100 Bánh đơn Bánh đôi 2 (L 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997
Cấp I > 15 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước Quốc lộ
Cấp II > 6 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước Quốc lộ
Cấp III > 3 000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước, của địa phương Quốc lộ hay đường tỉnh
Cấp IV > 500 Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, các khu dân cư Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện
Cấp V > 200 Đường phục vụ giao thông địa phương Đường tỉnh, đường huyện, đường xã
Cấp IV < 200 Đường huyện, đường xã
– Căn cứ vào mục đích và ý nghĩa phục vụ của tuyến: Là đường phục vụ giao thông địa phương thuộc huyện Đan Phượng, t.p Hà Nội
– Căn cứ vào địa hình khu vực tuyến đi qua với độ dốc ngang sườn Vậy, ta chọn S I = 75 m
2.2.4.2 Tầm nhìn hai chiều (S II )
Hình 2.3: Sơ đồ tầm nhìn khi hai xe chạy ngược chiều cùng trên một làn
Với: l pư : Đoạn đường xe chạy được trong thời gian lái xe phản ứng tâm lý
S h : Chiều dài đoạn đường hãm xe l 0 : Đoạn đường dự trữ an toàn l 0 = 5-10 m, chọn l 0 = 10 m
Để tính toán tốc độ xe tải chạy 60 km/h, cần lưu ý các yếu tố sau: hệ số sử dụng phanh (k) được xác định là 1,4; hệ số bám dọc (φ) trên đường hãm trong điều kiện bất lợi với mặt đường ẩm và sạch là 0,5; và độ dốc dọc (i) trên đường được giả định là 0%.
60 1, 4.60 0,5 1,8 127.0,5 10 = 122.7 m Theo tài liệu [1] (Mục 5.1-bảng 10) với V` km/h thì S II = 150 m
S II = max(S II tt ; S II tc ) = max(122.7;150) = 150 (m)=> Vậy, ta chọn S II = 150m
2.2.4.3 Tầm nhìn vượt xe (S IV )
Hình 2.4: Sơ đồ tầm nhìn vượt xe Để đơn giản có thể tính tầm nhìn vượt xe theo 2 trường hợp:
Theo tài liệu [1] (Mục 5.1-bảng 10) với V` km/h thì S IV 50 m
S IV = max(S IV tt ; S IV tc ) = max(360;350) = 360 (m) => Vậy, ta chọn S IV = 360 m
2.2.5 Bán kính tối thiểu của đường cong nằm
2.2.5.1 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất có bố trí siêu cao
Tốc độ thiết kế V được xác định là 60 km/h, trong khi độ dốc siêu cao lớn nhất (i sc max) tương ứng với tốc độ này là 7% theo tài liệu [1] Hệ số lực ngang lớn nhất (μ) trong trường hợp địa hình khó khăn, khi sử dụng đường cong nằm có bán kính nhỏ, được chọn là 0.15, tương ứng với mặt đường có độ dốc siêu cao tối đa, khi hành khách bắt đầu cảm nhận sự cong của đường.
Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo siêu cao
Theo bảng 11 tài liệu [1], với vận tốc V = 60 km/h trên đường cấp IV, bán kính đường cong tối thiểu là 125m và bán kính đường cong thông thường là R min sc = 250m Do đó, lựa chọn R min sc = 250m là hợp lý, phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô.
Bảng tổng hợp kết quả tính toán
Kết quả tính toán thể hiện tại phụ lục 1.2.1
THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN
Nguyên tắc thiết kế
Thiết kế sơ bộ tuyến đường trên bản đồ có đường đồng mức bao gồm việc lập bình đồ hướng tuyến, quy hoạch hệ thống thoát nước, cùng với thiết kế trắc dọc và trắc ngang cho đường ôtô.
Thiết kế bình đồ phải tuân thủ các nguyên tắc:
+ Vạch tuyến phải đi qua các điểm khống chế
+ Thiết kế bình đồ đảm bảo phối hợp giữa các yếu tố trên bình đồ: giữa các đoạn thẳng – đoạn cong và giữa các đoạn cong với nhau
+ Phải thiết kế phối hợp giữa bình đồ – trắc dọc – trắc ngang
+ Phối hợp giữa tuyến và công trình
+ Phối hợp giữa tuyến và cảnh quan.
Trình tự thực hiện
4.2.1 Xác định các điểm khống chế trên bình đồ:
Hai vị trí A và B, nằm trong khu vực quy hoạch, là hai điểm khống chế quan trọng của tuyến Khu vực tuyến có điều kiện địa chất thủy văn thuận lợi, không có đầm lầy, đất yếu và mực nước ngầm hoạt động cao, do đó không có điểm nào cần tránh Điểm đầu tuyến tại A có cao độ 140m, trong khi điểm cuối tuyến tại B có cao độ 150.43m.
- Vạch tuyến trên bình đồ bắt đầu từ việc xây dựng các đường dẫn hướng tuyến chung cho toàn tuyến và cho từng đoạn tuyến cục bộ
- Cố gắng bám sát đường chim bay để giảm chiều dài tuyến
Để đảm bảo độ dốc theo hướng tuyến nhỏ hơn độ dốc dọc lớn nhất, cần triển tuyến theo địa hình, xác định bước compa , tức là khoảng cách tối đa giữa hai đường đồng mức Việc này giúp thỏa mãn điều kiện độ dốc dọc tự nhiên luôn nhỏ hơn độ dốc dọc lớn nhất.
Trong đó: h : Chênh lệch cao độ giữa hai đường đồng mức gần nhau, h = 10m
Độ dốc dọc tối đa cho phép đối với cấp đường (0 / 00) được xác định bằng công thức I d = (0,90,95)i dmax Để đảm bảo an toàn, có thể lấy i d i dmax = 0,02 nhằm phòng trường hợp tuyến vào đường cong bị rút ngắn chiều dài, dẫn đến việc tăng độ dốc dọc thực tế khi xe chạy.
Thay các số liệu vào công thức: 10000 1 26.31
Đường dẫn hướng tuyến được xác định bằng bước compa là một đường gãy khúc cắt các đường đồng mức với độ dốc không đổi Để vạch các đường dẫn hướng tuyến một cách hiệu quả, cần xem xét kỹ các yếu tố địa hình Từ đường dẫn này, ta có thể vạch một tuyến đường bao gồm các đoạn thẳng và đoạn cong Các đoạn cong cần được xác định với bán kính đáp ứng yêu cầu tối thiểu và phù hợp với các yếu tố xung quanh, đồng thời đảm bảo độ dốc dọc cho phép của cấp đường Ngoài ra, cần đảm bảo chiều dài tối thiểu của đoạn chêm giữa hai đường cong ngược chiều có bố trí siêu cao, với bán kính đường cong được ưu tiên lấy càng lớn càng tốt.
Gới thiệu sơ bộ về các phương án tuyến
Chiều dài nối A–B theo đường chim bay là: 3305,92m
Đường dẫn hướng tuyến 1 từ xã Phương Đình đi theo hướng đông bắc, men theo phía bên trái ngọn đồi và chạy dọc theo đường đồng mức chân đồi Sau đó, đường dẫn này sẽ vòng theo hướng tây bắc, rồi rẽ phải theo hướng đông bắc để tới xã Thọ An Trong khi đó, đường dẫn hướng tuyến 2 bắt đầu từ xã Phương Đình, đi theo hướng tây bắc, ven theo phía bên phải ngọn đồi, sau đó rẽ phải theo hướng đông bắc và tiếp tục đi thẳng Cuối cùng, đường này rẽ trái theo hướng tây bắc và tiếp tục đi theo hướng đông bắc để đến xã Thọ An.
Từ đường dẫn hướng tuyến,các điểm khống chế và quan điểm thiết kế ta vạch được phương án tuyến như sau:
Bắt đầu từ xã Phương Đình, di chuyển theo hướng đông bắc khoảng 1215.86m, sau đó rẽ trái vào đường cong và tiếp tục đi 500m Tiếp theo, hướng tây bắc khoảng 1201.72m, rẽ trái vào đường cong và đi thẳng 1500m Cuối cùng, tiếp tục theo hướng đông bắc 1302.48m để đến xã Thọ An.
Xuất phát từ xã Phương Đình, đi theo hướng tây bắc 434.15m, sau đó rẽ phải vào đường cong 400m Tiếp tục theo hướng đông bắc 568.56m, rẽ trái vào đường cong 400m, rồi đi thẳng theo hướng tây bắc 471.77m Rẽ phải vào đường cong 400m và tiếp tục đi theo hướng đông bắc 1236.91m, rẽ trái vào đường cong 1500m Cuối cùng, đi theo hướng bắc 1020.78m để đến xã Thọ An.
Phương án 3 bắt đầu từ xã Phương Đình, di chuyển theo hướng đông bắc 830.94 m, tiếp tục đi thẳng 645.05 m, sau đó rẽ trái vào đường cong 500 m Tiếp tục đi thẳng 1386.62 m, rẽ phải vào đường cong 500 m và cuối cùng di chuyển theo hướng đông bắc 1137.38 m để đến xã Thọ An.
Phương án 4 bắt đầu từ xã Phương Đình, di chuyển theo hướng tây bắc 781.05m, sau đó rẽ phải vào đường cong 500m Tiếp tục đi theo hướng đông bắc 481.08m, rẽ phải vào đường cong 500m và đi thẳng 1543.41m Cuối cùng, rẽ trái vào đường cong 1500m và tiếp tục di chuyển theo hướng đông bắc 894.33m để đến xã Thọ An.
So sánh sơ bộ chọn các phương án tuyến
Bảng I.4.1 Bảng so sánh các chỉ tiêu của các phương án tuyến
STT Chỉ tiêu so sánh Đơn vị P án 1 P án 2 P án 3 P án 4
2 Hệ số triển tuyến Lần 1,125 1,128 1,21 1,14
3 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất/số lần m/lần 500/1 400/3 500/2 500/2
4 Bán kính đường cong nằm trung bình m 1000 675 566 833
5 Số lƣợng công trình cống cái 7 6 6 7
6 Số lần chuyển hướng Lần 2 4 3 3
7 Góc chuyển hướng trung bình Độ 40 0 58’17” 54 0 33’36” 37 0 33’48” 30 0 15’22”
Bảng I.4.2 Bảng so sánh các ưu, nhược điểm của các phương án tuyến
P.ÁN Ƣu Điểm Nhƣợc Điểm
- Bám theo đường đồng mức, thỏa mãn bước compa
- Trị số R đcn trung bình lớn
-Tuyến ngắn hơn 3 phương án còn lại
- Góc chuyển hướng không đều đặn
- Số lượng công trình thoát nước nhiều
- Bám theo đường đồng mức, thỏa mãn bước compa
- Số lượng công tình thoát nước ít hơn phương án 1 và 4
- Trị số R đcn trung bình nhỏ
- tuyến dài hơn phương án 1
3 - Thoả mãn các điều kiện đề ra, thoả mãn bước compa
- Số lượng công trình thoát nước ít hơn phương án 1 và 4
- chiều dài tuyến lớn, dài hơn nhiều so với 3 phương án còn lại
4 - Thoả mãn các điều kiện đề ra, thoả mãn bước compa
- Tuyến giao cắt với nhiều đường đồng mức
- Trị số Rđcn trung bình nhỏ
- Số lượng công trình thoát nước nhiều
Kết luận: Từ so sánh trên ta chọn phương án 1 hoặc 2 để thiết kế cơ sở cho tuyến đường.
THIẾT KẾ TRẮC DỌC TUYẾN
Nguyên tắc thiết kế
Sau khi xác định hai phương án tuyến trên bản đồ đường đồng mức, chúng ta tiến hành trắc dọc tại các cọc 100m, cọc địa hình và cọc khống chế Việc này giúp nghiên cứu kỹ lưỡng địa hình để vạch đường đỏ phù hợp với các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật, tuân thủ các nguyên tắc cơ bản.
Đối với mọi cấp đường, cần thiết kế đường đỏ với độ lượn đều và độ dốc hợp lý Khi địa hình cho phép, nên áp dụng các chỉ tiêu kỹ thuật cao để đảm bảo chất lượng công trình.
+ Khi địa hình thật khó khăn mới sử dụng tới tiêu chuẩn giới hạn
+ Khi chọn các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế cho từng đoạn tuyến phải phải so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật
+ Nên tránh dùng những đoạn dốc ngƣợc chiều khi tuyến đang liên tục lên hoặc liên tục xuống
Để đảm bảo thoát nước mặt hiệu quả mà không cần làm rãnh sâu, nền đường đào và nền nửa đào, nửa đắp nên được thiết kế với độ dốc dọc không nhỏ hơn 5‰, trong một số trường hợp có thể chấp nhận độ dốc 3‰.
+ Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật ban đầu (chương II), độ dốc, R lôi min , R lom min
+ Đường cong đứng phải được bố trí ở những chỗ đường đỏ đổi dốc mà hiệu đại số giữa hai độ dốc: ω|i 1 i 2 |1%
+ Đường cong đứng thiết kế dạng đường cong tròn hay dạng parabol bậc hai + Phải đảm bảo cao độ của những điểm khống chế
Khi vạch đường đỏ, cần bám sát các cao độ mong muốn để đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật và điều kiện thi công Cao độ của các điểm này được xác định dựa trên biểu đồ H = f (giá thành F) Việc xác định chiều cao kinh tế cho từng cọc hoặc từng đoạn tuyến cần dựa vào địa hình có độ dốc ngang sườn và đặc điểm địa chất tương đồng.
5.2 Xác định cao độ các điểm khống chế
5.2.1 Cao độ khống chế đường đỏ phải đi qua:
Xác định cao độ các điểm khống chế là yêu cầu bắt buộc cho đường đỏ, đảm bảo rằng đường đỏ phải vượt qua cao độ tối thiểu quy định, bao gồm cao độ điểm đầu và điểm cuối của tuyến Ngoài ra, cần chú ý đến cao độ giao nhau với các đường ôtô khác, cao độ mặt cầu và cao độ đất đắp tối thiểu trên cống.
Vậy trong 2 phương án đã chọn có các điểm khống chế:
THIẾT KẾ TRẮC NGANG – NỀN ĐƯỜNG
Nguyên tắc thiết kế
Khi thiết kế trắc ngang nền đường, cần tuân thủ nguyên tắc đảm bảo nền đường luôn ổn định, với kích thước và hình dáng không thay đổi dưới tác động bất lợi trong quá trình khai thác.
+ Chỉ giới xây dựng của đường bao gồm phần xe chạy, phần lề đường, dải cây xanh Với cấp đường là cấp IV, chỉ giới xây dựng là 19m
+ Theo nội dung số 11/2010/NĐ-CP, tĩnh không tối thiểu của cấp đường là cấp
IV đƣợc quy định ở Hình I.6.1:
Hình 6.1: Khoảng không gian khống chế
Các đặc trưng mặt cắt ngang của nền đường thay đổi tùy thuộc vào cấp đường và vận tốc thiết kế Sự biến đổi địa hình địa chất dẫn đến sự khác biệt về hình dạng và kích thước của mặt cắt ngang, như ở những khu vực đào sâu, đắp cao hoặc có đường cong với bán kính nhỏ.
+ Mặt cắt ngang của đường cấp IV, tốc độ thiết kế là 60km/h gồm các yếu tố sau:
+ Phần lề có gia cố : 2×0,5 m
+ Bề rộng nền đường: 9,0 m + Rãnh biên sâu: 0,4m - Dốc taluy 1:1 + Dải đất dự trữ
Hình 6.2: M t cắt ngang đường đắp
Hình 6.3: M t cắt ngang đường đào
Trên mặt cắt ngang của đường, có thể xuất hiện các đoạn tránh xe, làn xe phụ cho xe tải leo dốc và hành lang bảo vệ, tùy thuộc vào yêu cầu phục vụ giao thông.
+ Độ dốc ngang của đường, độ dốc ngang của mặt đường và lề gia cố là: 2% (Theo
+ Độ dốc ngang của lề đất: 6%
Mái dốc taluy nền đào và nền đắp được xác định dựa vào chiều cao taluy và địa chất khu vực tuyến Cụ thể, với chiều cao đào H dưới 12m, taluy nền đào được chọn là 1:1; trong khi đó, với chiều cao đắp H dưới 6m, taluy nền đắp được chọn là 1:1,5.
Từ các yêu cầu trên, các giải pháp thiết kế đƣợc đƣa ra nhƣ sau:
+ Dạng nền đường đào: Độ dốc mái ta luy là 1:1, rãnh dọc hình thang có kích thước đáy rãnh là 0,4 m, chiều sâu rãnh là 0,4 m, taluy rãnh là 1:1
+ Dạng nền đắp: Độ dốc mái taluy là 1:1,5 + Dạng nền nửa đào - nửa đắp: taluy đào là 1:1, taluy đắp là 1:1,5.
Thiết kế một số mặt cắt ngang điển hình
Thể hiện tại phụ lục 1.6.3: Trắc ngang điển hình
THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
Quy trình tính toán – tải trọng tính toán
Quy trình thiết kế áo đường mềm được thực hiện theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06, bao gồm các yêu cầu và chỉ dẫn cụ thể Tải trọng tính toán cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.
- Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P (trục đơn): 100 kN
- Áp lực tính toán lên mặt đường p : 0,6 MPa
- Đường kính vệt bánh xe tương đương D: 33 cm.
Xác định lưu lượng xe tính toán
7.2.1 Số trục xe tích lũy ở thời điểm năm tương lai
Lưu lượng xe thiết kế ở năm tương lai thứ 15 sau khi đưa đường vào khai thác : +) Lưu lượng xe chạy năm đưa công trình vào khai thác N2019 = 180 xhh/ngđ
Bảng I.7.1 Dự báo thành phần giao thông ở năm đầu khi đưa đường vào khai thác
Trọng lƣợng trục Pi (kN) Số trục sau
Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau
Khoảng cách giữa các trục sau (m)
Lƣợng xe n i xe/ngày đêm
Tải nhẹ 28 26 60 1 Cụm bánh đôi 50.40
Tải trung 38 50 70 1 Cụm bánh đôi 68.40
Tải nặng 12 55 100 2 Cụm bánh đôi 2(L= 2,5T)
P tt : tải trọng trục của loại xe tính toán.( P tt Tấn)
C 1 hệ số xét đến số trục trong 1 cụm trục
Với: m là số trục của cụm trục 1
C 2 là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh
Cụm bánh xe chỉ có 1 bánh thì lấy C 2 =6,4
Cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì lấy C 2 =1,0
Cụm bánh có 4 bánh thì lấy C 2 =0,38
Việc tính toán số trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn nhƣ ở Bảng 1.7.2
Bảng 1.7.2: Tính số trục xe qui đổi về trục xe tiêu chuẩn 100kN ở năm đầu tiên
Loại xe Loại trục Pi (kN) C 1 C 2 n i C 1 C 2 n i (
Xe tải nhẹ Trục trước 26 1 6.4
Xe tải trung Trục trước 50 1 6.4
Xe tải nặng Trục trước 55 1 6.4
C C n P = 98.64 trục tiêu chuẩn/ngày đêm
Số trục xe tiêu chuẩn 100kN ở năm cuối thời gian thiết kế được tính theo công thức N tk t = N tk 0 (1+q) t Để tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên một làn xe và trên kết cấu lề gia cố, cần áp dụng đúng phương pháp và các yếu tố liên quan.
- Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe:
N tt = N tk f L (trục/làn.ngày đêm)
Vì đường thiết kế có 2 làn xe và không có dải phân cách giữa nên f L = 0,55
Kết quả tính toán N tk t và N tt t đƣợc thể hiện ở bảng 1.7.3
- Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên lề gia cố:
Số trục xe tính toán Ntt được sử dụng để thiết kế kết cấu áo lề gia cố, đặc biệt khi không có dải phân cách giữa phần xe chạy chính và lề Tỷ lệ số trục xe này được xác định là từ 35% đến 50% số trục xe tính toán của làn xe cơ giới liền kề, tùy thuộc vào cách bố trí phần xe chạy chính.
Vậy: N tt lan = 0,55 N tk (trục/làn.ngày đêm)
- Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên lề gia cố:
Vậy: Ntt gia cố = 0,5 N tt lan (trục/làn.ngày đêm) c Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế N e
N 0 tt : lưu lượng trục xe tính toán ở năm đầu tiên đã xét hệ số làn xe ở năm khai thác
N tt =(1+q) t N 0 tk = (1+0,1) 1 98.64×0.55 = 59.68 (trục/ làn.ngđêm)
N e : số trục xe tiêu chuẩn tích lũy ở cuối thời hạn thiết kế
Hệ số tăng xe hằng năm: q % t: Thời gian khai thác của áo đường (năm)
Bảng 1.7.3 :Tổng hợp trục xe thiết kế, tính toán, tích lũy qua từng năm:
Năm tính toán (cuối năm) N tk (trục/ngđêm) N tt mặt
N tt gia cố (trục/ làn.ngđêm) N e (trục)
7.2.2 Xác định số trục xe tính toán cần thiết tại các năm tính toán kết cấu áo đường
- Số trục xe tích lũy trong thời hạn khai thác 15 năm là N e = 0,692 10 6 > 0.1×10 6 (trục)
Ta tham khảo bảng 2.1 (22TCN 211-06) => chọn loại mặt đường cấp cao A2 Chiều dày tầng mặt tham khảo bảng 2.2.7 (22TCN 211-06)
Xác định môđun đàn hồi yêu cầu cho phần xe chạy và cho phần lề gia cố
E yc = max (E yc min , E yc tt )
7.3.1 Xác định môđun đàn hồi tối thiểu E yc min :
- Căn cứ vào cấp thiết kế của đường : Cấp IV, vận tốc thiết kế 60 km/h
- Căn cứ vào loại mặt đường : A2
Tra bảng 3-5[2] ta có giá trị E min yc tương ứng thể hiện kết quả bảng 1.7.4
Bảng 1.7.4: Môđun đàn hồi tối thiểu của kết cấu áo đường
Loại đường và cấp đường Loại tầng mặt của kết cấu áo đường
Cấp cao A2 (Mpa) Đường cấp IV 100(80)
7.3.2 Xác định môđun đàn hồi theo số trục xe tính toán E tt yc : a Xác định môđun đàn hồi yêu cầu cho xe chạy :
Với tải trọng trục tính toán 100 kN và loại mặt đường A2, cùng với số trục xe tính toán, chúng ta xác định trị số mô đun đàn hồi tính toán E tt yc dựa vào bảng 3.4 trong tài liệu [2].
Xác định Eyc= max (E yc min , E yc tt ) Kết quả đƣợc thể hiện bảng 1.7.5 b Xác định môđun đàn hồi yêu cầu cho phần lề gia cố :
- Số trục xe tính toán N tt để thiết kế kết cấu áo lề gia cố đƣợc lấy bằng 50% số trục xe tính toán của làn xe cơ giới
Bảng I.7.5: Môđun đàn hồi yêu cầu ở các năm tính toán cho phần xe chạy
N Trị số mô đun yêu cầu E yc (Mpa)
(trục/ làn.ngđêm) Cấp cao Cấp cao Cấp cao
Xác định các điều kiện cung cấp vật liệu, bán thành phẩm, cấu kiện
Các điều kiện thi công đã trình bày ở mục 1.4.1 và mục 1.4.2
Xác định các điều kiện thi công
Các điều kiện thi công đã trình bày ở mục 1.4.5, 1.4.6 và 1.4.7
Quan điểm thiết kế cấu tạo – thiết kế
Tuân thủ nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đường là rất quan trọng, với sự chú trọng đến các biện pháp nâng cao cường độ và ổn định của khu vực tác dụng Điều này giúp tối đa hóa khả năng chịu lực của nền đất, cho phép nó cùng với áo đường phân phối tải trọng một cách hiệu quả.
Để hạn chế ảnh hưởng của ẩm và nhiệt đến cường độ và độ bền của từng lớp trong kết cấu áo đường, cần áp dụng các biện pháp tổng hợp hiệu quả.
- Sử dụng biện pháp hạn chế các hiện tƣợng phá hoại bề mặt đối với lớp mặt trên cùng do xe chạy gây ra
Để đảm bảo hiệu quả trong kết cấu áo đường, việc chọn lựa và bố trí các tầng, lớp vật liệu là rất quan trọng Cần phải cân nhắc chức năng của từng tầng, lớp, khả năng cung ứng vật liệu, cũng như khả năng thi công và quản lý duy tu, sửa chữa, bảo trì sau này.
Khi đề xuất phương án thiết kế, cần chú trọng đến việc bảo vệ môi trường, đảm bảo an toàn giao thông, và sức khỏe cũng như an toàn cho người thi công.
Đề xuất các phương án kết cấu áo đường : 45 7.8 Xác định các đặc trưng tính toán của nền đường và các lớp vật liệu mặt đuờng: 46
Số trục xe tích lũy trong thời hạn khai thác ở năm thứ 15 là Ne = 0,692×10 6
Dựa vào cấp hạng của tuyến đường cấp IV với vận tốc thiết kế V` km/h, đề xuất kết cấu mặt đường là mặt đường thấm nhập nhựa, loại tầng mặt cấp cao A2 Thời hạn thiết kế là 8 năm, sau đó cần thiết kế thêm lớp tăng cường cho các năm tiếp theo theo hình thức đầu tư một lần.
Số liệu về tính chất của các lớp vật liệu được cung cấp bởi các đơn vị thí nghiệm và dự kiến sẽ nằm trong các PA kết cấu áo đường đề xuất Đất nền, như đã đề cập ở mục 1.2.3, là loại đất á sét lẫn sỏi sạn với các chỉ tiêu cụ thể: E0 = 42 Mpa, φ = 24°, c = 0,032 Mpa.
Với tầng mặt lựa chọn :
1-Lớp mặt : Bê tông nhựa chặt loại I ( Đá dăm >50%) dày 7cm Với tầng móng lựa chọn :
2-Lớp móng dưới : CPĐD loại I dày 16 cm 3-Lớp móng dưới : Cấp phối thiên nhiên loại A dày 22 cm b Phương án 2 :
Với tầng mặt lựa chọn :
1-Lớp mặt : Bê tông nhựa chặt loại I (Đá dăm >50%) dày 7 cm Với tầng móng lựa chọn :
2-Lớp móng dưới : CPĐD loại I Dmax 37,5 dày 15 cm 3-Lớp móng dưới : CPĐD loại II Dmax 37,5 dày 20 cm c Phương án 3 :
Với tầng mặt lựa chọn :
1-Lớp mặt : Bê tông nhựa chặt loại I (Đá dăm >50%) dày 7 cm Với tầng móng lựa chọn :
2-Lớp móng dưới : CPĐD loại I dày 18 cm 3-Lớp móng dưới : Cấp phối thiên nhiên loại A dày 20 cm d Phương án 4 :
Với tầng mặt lựa chọn :
1-Lớp mặt : Bê tông nhựa chặt loại I (Đá dăm >50%) dày 7 cm Với tầng móng lựa chọn :
2-Lớp móng dưới : CPĐD loại I dày 17 cm 3-Lớp móng dưới : CPĐD loại II dày 18 cm
Sau 5 năm, ta thiết kế lớp mặt tăng cường cho phương án chọn như sau: Lớp 1: Bê tông nhựa chặt loại I hạt trung ( đá dăm ≥50 %), dày 7 cm
7.8 Xác định các đặc trưng tính toán của nền đường và các lớp vật liệu mặt đuờng:
Bảng 1.7.6 Các đ c trưng tính toán của nền đường và các lớp v t liệu
Mô đun đàn hồi E (Mpa)
1 Bê tông nhựa chặt loại I hạt mịn 294 210 1540 1.96 - -
2 Câp phối đá dăm loại I Dmax 25 300 300 300 - - -
3 Câp phối đá dăm loại II Dmax 37,5 250 250 250 - - -
4 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 200 200 - 40 0.05
5 Đất nền á sét lẫn sỏi sạn, a = 0,6 42 42 42 - 24 0.032
Kiểm Toán
7.9.1 Kiểm toán đối với kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi
- Điều kiện tính toán: E ch ≥ K d v cd E yc
E ch : môđun đàn hồi chung của cả kết cấu áo đường
E yc : môđun đàn hồi yêu cầu
Hệ số cường độ về độ võng K d v cd được xác định dựa trên độ tin cậy thiết kế Đối với đường cấp IV với tốc độ thiết kế 60 km/h, độ tin cậy thiết kế được chọn là 0,95, từ đó K d v cd là 1,17 theo bảng 3.2 và 3.3 trong tài liệu [2].
Do kết cấu áo đường bao gồm nhiều lớp, cần thực hiện quy đổi về hệ 2 lớp Quy trình này được tiến hành từ lớp dưới lên, từ đó xác định được E tb của các lớp KCAĐ.
Sau khi quy đổi nhiều lớp vật liệu áo đường thành một lớp, cần nhân giá trị E tb với hệ số điều chỉnh β được xác định theo bảng 3-6 trong tài liệu [2].
Từ dc ch tb ch dc tb
Với: +E 0 : mođun đàn hồi của đất nền
+ Chiều dày của lớp tương đương: H = h t + h d
+ Đường kính vệt bánh xe tính toán D = 33cm
+ Xe có tải trọng trục tính toán 10 T
td td td d td tb k t
Trong đó : d t td h k h ; d t td E t E h t , h d : Là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường
E t , E d : Là môđun đàn hồi lớp trên và dưới của vật liệu
Hình 7.1: Sơ đồ tính toán E ch.m của hệ 2 lớp với lớp dưới là nền đất
7.9.2 Kiểm toán cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém kết dính
- Kết cấu nền áo đường có tầng mặt là loại A1, A2 được xem là đủ cường độ khi thoả mãn điều kiện :
T ax + T av tr cd tt
Thuật ngữ "Tax" đề cập đến ứng suất cắt tối đa do tải trọng bánh xe gây ra trong nền đất hoặc lớp vật liệu kém dính, được đo bằng đơn vị MPa Giá trị Tax được xác định theo tiêu chuẩn tại mục 3.5.2.
T av là ứng suất cắt do trọng lượng của các lớp vật liệu tác động tại điểm đang xét, được đo bằng đơn vị MPa Giá trị T av được xác định theo hướng dẫn tại mục 3.5.3.
Hệ số cường độ chịu cắt trượt (K tr cd) được xác định dựa trên độ tin cậy thiết kế, theo bảng 3-7 Đối với độ tin cậy 0,90, giá trị của K tr cd là 0,94.
Lực dính tính toán (Ctt) của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) được xác định dựa trên trạng thái độ ẩm và độ chặt tính toán Giá trị Ctt được tính toán theo biểu thức cụ thể.
C: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tƣng ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán (MPa); với đất nền phi tiêu biểu cho sức chống cắt trượt của c phạm vi khu vực tác dụng của nền đường
Hệ số K1 được sử dụng để xem xét sự suy giảm sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính dưới tác động của trọng lực và dao động Đối với kết cấu nền áo đường phần xe chạy, giá trị K1 được lấy là 0,6, trong khi với kết cấu áo lề gia cố, giá trị K1 là 0,9 để phục vụ cho các tính toán.
K2 là hệ số phản ánh các yếu tố gây ra sự không đồng nhất trong làm việc của kết cấu, đặc biệt ảnh hưởng mạnh mẽ khi lưu lượng xe tăng cao Do đó, giá trị của K2 được xác định dựa trên số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong một ngày đêm, như được trình bày trong Bảng 3-8 của tài liệu [2].
Hệ số K3 phản ánh sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện làm việc khác với mẫu thử Hệ số này cũng xem xét sự khác biệt về điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo đường và nền đất so với điều kiện dính kết chặt Cụ thể, trị số K3 được xác định theo loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường: đối với đất dính (sét, á sét, á cát) là K3 = 1,5; đất cát nhỏ là K3 = 3,0; đất cát trung là K3 = 6,0; và đất cát thô là K3 = 7,0.
Hình 7.2: Sơ đồ tính toán τ ax của hệ 2 lớp với lớp dưới là nền đất
Hình 7.3: Sơ đồ tính toán τ ax của hệ 2 lớp với lớp v t liệu kém dính
7.9.3 Kiểm toán cường độ kết theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối
Hình 7.4: Sơ đồ tính toán cường độ kéo uốn trong các lớp v t liệu liền khối
Kết cấu được xem là đủ cường độ khi thỏa mãn điều kiện:
K cd ku ku R tt ku
Ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất, ký hiệu là σku, phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của tải trọng bánh xe Giá trị của σku được xác định theo mục 3.6.2.
R tt : cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối R tt ku được xác định theo mục 3.6.3 tài liệu [2] ku
K cd : hệ số cường độ về chịu kéo uốn được chọn tỳ thuộc độ tin cậy thiết kế Bảng 3-7[1] Với độ tin cậy 0.9 ta có K ku cd =0.94
Xác định ku : ku ku p k b
Áp lực bánh (p) là lực do tải trọng trục tính toán tác động lên bề mặt đường, trong khi hệ số (k b) phản ánh đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới ảnh hưởng của tải trọng tính toán.
Khi kiểm tra với cụm bánh đôi k b =0.85
Khi kiểm tra với cụm bánh đơn k b =1.0
ku : ứng suất kéo uốn đơn vị.
Phương án 1
7.10.1 Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đà hồi đối với kết cấu áo đường a Quy đổi về hệ 2 lớp
Bảng I.7.7 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb phương án 1
Lớp kết cấu E i (MPa) t = E 2 /E 1 h i (cm) k = h 2 /h 1 H tb
(cm) E' tb (MPa) BTN chặt loại II hạt mịn
Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.500 16 0.727 38 238.82 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 22 0.000 22 200.00 b Tính E đc tb (MPa)
Xét đến hệ số hiệu chỉnh = : với 45 1.364
Từ bảng kết quả tính trên ta có: E'tb= 246.90 (Mpa)
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về kết cấu hai lớp có môđuyn đàn hồi trung bình:
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về 2 lớp, với lớp trên có:
+ Mô đun đàn hồi trung bình: E tb dc = 285.17 (MPa) c Tính E ch.m của kết cấu
Ta có: E 0 = 42 Mpa; E 1 = E tb đc = 285.17 Mpa
Tra toán đồ 3-1-tài liệu [2] với các thông số H/D và E 0 /E 1 ở trên ta xác định đƣợc:
E E ch.m = 0.493 285.17 = 140.59 (MPa) d Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi Độ tin cậy thiết kế là 0.9 => Kđc đv
Kết lu n: Vậy kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi
7.10.2 Kiểm toán cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém kết dính
Kiểm tra đất nền a Tính Etb của cả các lớp kết cấu:
Bảng I.7.8 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 1
STT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E i
1 BTN chặt loại II hạt mịn
2 Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.500 16 0.727 38 238.82
3 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 22 0.000 22 200.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.155
Từ bảng tính đổi trên ta có: E'tb = 234.17 (Mpa) tb dc tb E'
Mô đun đàn hồi trung bình được tính toán bằng công thức E tb = β× E' tb, với giá trị E tb là 270.46 MPa, trong đó β là 1.155 và E' tb là 234.17 Đồng thời, cần xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn gây ra trong nền đất.
Sử dụng toán đồ hình 3-2 tài liệu [2] với các thông số sau:
Vậy ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:
T ax Mpa c Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất
Tra toán đồ hình 3-4 của tài liệu [2] ta đƣợc 24 0, 0010( )
H d Xác định lực dính tính toán của đất nền
C : Lực dính tính toán của lớp đất nền : C = 0,032 Mpa
K 1 : Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K 1 =0,6
Số trục xe tính toán 227 trục/làn.ngày đêm K 2 = 0,8 Đối với các loại đất dính (sét, á sét, á cát) :K 3 = 1,5
C tt được tính bằng công thức C tt = 0,032×0,6×0,8×1,5, cho kết quả là 0,023 MPa Để kiểm tra điều kiện chống cắt, độ tin cậy thiết kế được xác định là 0,9 Theo bảng 3-7 của tài liệu [2], giá trị K cd tr là 0,94 Dựa trên các trị số đã tính toán, chúng ta có thể tiếp tục phân tích.
Kết lu n: đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt
Kiểm tra lớp cấp phối thiên nhiên loại A a Tính Etb của cả các lớp kết cấu:
Bảng 1.7.9 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 1
STT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E i
1 BTN chặt loại II hạt mịn
2 Cấp phối đá dăm Dmax25 300 0.000 16 0.000 16 300.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.061
Từ bảng tính đổi trên ta có: E'tb = 270.31 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình dùng để tính toán: E tb đc = β× E' tb = 1.061×270.31 286.80(Mpa) Đối với đất nền:
E b.Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất
Sử dụng toán đồ hình 3-2 tài liệu [2] với các thông số sau:
Vậy ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:
T ax Mpa c.Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất
Tra toán đồ hình 3-4 của tài liệu [2] ta đƣợc 40 0, 0016( )
H d Xác định lực dính tính toán của đất nền
C : Lực dính tính toán của lớp cấp phối thiên nhiên loại A : C = 0,005 Mpa
K 1 : Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K 1 =0,6
S ố trục xe tính toán 227 trục/làn.ngày đêm K 2 = 0,8 Đối với các loại đất dính (sét, á sét, á cát) :K 3 = 1,5
C tt được tính toán bằng công thức C tt = 0,005×0,6×0,8×1.5 = 0.036 (Mpa) Để kiểm tra điều kiện chống cắt, độ tin cậy thiết kế được xác định là 0,9 Theo bảng 3-7 của tài liệu [2], giá trị K cd tr là 0,94 Với các trị số đã tính toán ở trên, ta có thể xác định được các thông số cần thiết cho thiết kế.
Kết lu n: cấp phối thiên nhiên loại A đảm bảo điều kiện cân bằng trượt
7.10.3 Kiểm toán cường độ kết theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối a.Kiểm tra lớp 1: BTN ch t loại 1I hạt mịn (đá dăm ≥50%)
Xác định E ch.m ở trên lớp m t cấp phối đá dăm loại I D max 25
Bảng 1.7.10 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 1
STT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E ku
1 Cấp phối đá dăm Dmax25 300 1.500 16 0.727 38 238.83
2 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 22 0.000 22 200.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.125
Từ bảng tính đổi trên ta có: E' tb = 238.83 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình dùng để tính toán: E tb đc = β× E' tb = 1.125×238.83 268.69(Mpa)
Tra toán đồ 3-1 tài liệu [2] ta đƣợc:
V y: Mô đun đàn hồi chung của kết cấu: E ch.m = 0.465×268.69 = 124.94 (Mpa)
Tra toán đồ 3-5 tài liệu [2] với các thông số sau:
=> ứng suất kéo uốn đơn vị ku = 2.599
Tải trọng tác dụng là cụm bánh đôi ( tải trọng tục tiêu chuẩn) do đó k b = 0.85 với p = 0.6 MPa ku 2.599 0.6 0.85 1.325 MPa
Vật liệu kiểm tra là lớp BTN chặt loại 1 hạt mịn có hệ số k 1 nhƣ sau:
Với độ tin cậy 0.9 ta có K ku cd =0.94
=>Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I hạt mịn là:
Kết lu n: kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
Lớp 1: Bê tông nhựa ch t loại II hạt mịn ( đá dăm ≥50 %), dày 7 cm
7.10.4 Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đà hồi đối với kết cấu áo đường a.Quy đổi về hệ 2 lớp
Bảng 1.7.11 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb phương án 1
(MPa) BTN chặt loại II hạt mịn
(đá dăm ≥50%) ( lớp móng mới ) 294 1.191 7 0.156 52 252.94 BTN chặt loại II hạt mịn
(đá dăm ≥50%) ( lớp móng cũ ) 294 1.231 7 0.184 45 246.90 Cấp phối đá dăm Dmax25 300 1.500 16 0.727 38 238.82 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 22 0.000 22 200.00 b.Tính E đc tb (MPa)
Xét đến hệ số hiệu chỉnh = : với 52 1.576
Từ bảng kết quả tính trên ta có: E' tb = 252.94 (Mpa)
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về kết cấu hai lớp có môđuyn đàn hồi trung bình:
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về 2 lớp, với lớp trên có:
+ Mô đun đàn hồi trung bình: E tb dc = 299.49 (MPa) c.Tính E ch.m của kết cấu
Ta có: E 0 = 42 Mpa; E 1 = E tb đc = 299.49 Mpa
Tra toán đồ 3-1-tài liệu [2] với các thông số H/D và E 0 /E 1 ở trên ta xác định đƣợc:
E E ch.m = 0.525 299.49= 157.23 (MPa) d.Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi Độ tin cậy thiết kế là 0.9 => Kđc đv
Kết lu n: Vậy kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi
7.10.5 Kiểm toán cường độ kết theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối
Kiểm tra lớp 1: BTN ch t loại II hạt mịn(đá dăm ≥50%) ( lớp móng mới )
Xác định E ch.m ở trên lớp m t BTN ch t loại 1I hạt mịn (đá dăm ≥50%) của móng cũ
Bảng 1.7.12 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 1
STT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E ku
BTN chặt loại II hạt mịn
(đá dăm ≥50%) ( của lớp móng cũ)
2 Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.500 16 0.727 38 238.83
3 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 22 0.000 22 200.00 tb dc tb E'
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.155
Từ bảng tính đổi trên ta có: E' tb = 348.26 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình dùng để tính toán: E tb đc = β× E' tb = 1.155×348.26 402.24(Mpa)
Tra toán đồ 3-1 tài liệu [2] ta đƣợc:
V y: Mô đun đàn hồi chung của kết cấu: Ech.m Móng cũ
Sau 10 năm khai thác thì cường độ lớp bề m t đường cũ có thể lấy bằng 90% cường độ ban đầu, trong trường hợp này ta có:
E ch.m Móng mới = 90% ×E ch.m Móng cũ = 0,9×166.93 = 150.237 Mpa
Tra toán đồ 3-5 tài liệu [2] với các thông số sau:
=> ứng suất kéo uốn đơn vị ku = 2.282
Tải trọng tác dụng là cụm bánh đôi ( tải trọng tục tiêu chuẩn) do đó k b = 0.85 với p 0.6 MPa ku 2.282 0.6 0.85 1.163 MPa
Vật liệu kiểm tra là lớp BTN chặt loại 1 hạt mịn có hệ số k 1 nhƣ sau:
Với độ tin cậy 0.9 ta có K ku cd =0.94
=>Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I hạt mịn là:
RKKết lu n: kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn.
Phương án 2
7.11.1 Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đà hồi đối với kết cấu áo đường a Quy đổi về hệ 2 lớp
Bảng 1.7.13 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb phương án 2
E' tb (MPa) BTN chặt loại II hạt mịn
Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.200 15 0.750 35 270.69 Cấp phối đá dăm Dmax37.5 250 0.000 20 0.000 20 250.00 b Tính E đc tb (MPa)
Xét đến hệ số hiệu chỉnh = : với 42 1.273
Từ bảng kết quả tính trên ta có: E'tb= 274.48 (Mpa)
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về kết cấu hai lớp có môđuyn đàn hồi trung bình:
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về 2 lớp, với lớp trên có:
+ Mô đun đàn hồi trung bình: Etb đc
= 312.90 (MPa) c Tính E ch.m của kết cấu
Ta có: E 0 = 42 Mpa; E 1 = E tb đc = 312.90 Mpa
Tra toán đồ 3-1-tài liệu [2] với các thông số H/D và E0/E 1 ở trên ta xác định đƣợc:
E E ch.m = 0.454 312.90 = 142.06 (MPa) d Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi Độ tin cậy thiết kế là 0.9 => Kđc đv
Kết lu n: Vậy kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi
7.11.2 Kiểm toán cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém kết dính
Kiểm tra đất nền a.Tính Etb của cả các lớp kết cấu:
Bảng 1.7.14 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 2
STT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E i
1 BTN chặt loại II hạt mịn
2 Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.200 15 0.750 35 270.69
3 Cấp phối đá dăm Dmax37.5 250 0.000 20 0.000 20 250.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.140
Từ bảng tính đổi trên ta có: E' tb = 259.86 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình được tính toán bằng công thức Etb đc = β× E'tb, với β là 1.140 và E'tb là 259.86, cho kết quả là 296.24 MPa Đồng thời, cần xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn gây ra trong nền đất.
Sử dụng toán đồ hình 3-2 tài liệu [2] với các thông số sau:
Vậy ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:
T ax Mpa c.Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất
Tra toán đồ hình 3-4 của tài liệu [2] ta đƣợc 24 0, 0009( )
H d.Xác định lực dính tính toán của đất nền
C : Lực dính tính toán của lớp đất nền : C = 0,032 Mpa
K 1 : Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K 1 =0,6
S ố trục xe tính toán 227 trục/làn.ngày đêm K 2 = 0,8 Đối với các loại đất cát thô :K 3 = 7.0
Để kiểm tra điều kiện chống cắt, ta tính toán giá trị C tt = 0,032×0,6×0,8×7 = 0,108 Mpa Độ tin cậy thiết kế được xác định là 0,9, do đó theo bảng 3-7 trong tài liệu [2], giá trị K cd tr là 0,94 Sử dụng các trị số đã tính toán, ta có thể đánh giá tính khả thi của thiết kế.
Kết lu n: đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt
7.11.3 Kiểm toán cường độ kết theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối
Kiểm tra lớp 1: BTN ch t loại 1I hạt mịn (đá dăm ≥50%)
Xác định E ch.m ở trên lớp m t cấp phối đá dăm loại I D max 25
Bảng 1.7.15 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 2
TT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E ku
1 Cấp phối đá dăm Dmax25 300 1.200 15 0.750 35 270.69
2 Cấp phối đá dăm Dmax37.5 250 0.000 20 0.000 20 250.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.114
Từ bảng tính đổi trên ta có: E'tb = 270.69 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình dùng để tính toán: E tb đc = β× E' tb = 1.114×270.69 301.54(Mpa)
Tra toán đồ 3-1 tài liệu [2] ta đƣợc:
V y: Mô đun đàn hồi chung của kết cấu: E ch.m = 0.417×301.54 = 125.74 (Mpa) Tra toán đồ 3-5 tài liệu [2] với các thông số sau:
=> ứng suất kéo uốn đơn vị ku = 2.590
Tải trọng tác dụng là cụm bánh đôi ( tải trọng tục tiêu chuẩn) do đó kb = 0.85 với p = 0.6 MPa ku 2.590 0.6 0.85 1.321 MPa
Vật liệu kiểm tra là lớp BTN chặt loại 1 hạt mịn có hệ số k 1 nhƣ sau:
Với độ tin cậy 0.9 ta có K ku cd =0.94
=>Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại I hạt mịn là:
RKKết lu n: kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn.
Phương án 3
7.12.1 Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đà hồi đối với kết cấu áo đường a Quy đổi về hệ 2 lớp
Bảng 1.7.16 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb phương án 3
(cm) E' tb (MPa) BTN chặt loại II hạt mịn
Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.500 18 0.900 38 244.01 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 20 0.000 20 200.00 b Tính E đc tb (MPa)
Xét đến hệ số hiệu chỉnh = : với 45 1.364
Từ bảng kết quả tính trên ta có: E' tb = 251.38 (Mpa)
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về kết cấu hai lớp có môđuyn đàn hồi trung bình:
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về 2 lớp, với lớp trên có:
+ Mô đun đàn hồi trung bình: Etb đc
= 290.35 (MPa) c Tính E ch.m của kết cấu
Ta có: E 0 = 42 Mpa; E 1 = E tb đc = 290.35 Mpa
Tra toán đồ 3-1-tài liệu [2] với các thông số H/D và E0/E 1 ở trên ta xác định đƣợc:
E E ch.m = 0.490 290.35 = 142.27 (MPa) d Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi Độ tin cậy thiết kế là 0.9 => Kđc đv
Kết lu n: Vậy kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi
7.12.2 Kiểm toán cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém kết dính
Kiểm tra đất nền a Tính E tb của cả các lớp kết cấu:
Bảng I.7.17 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 3
TT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E i
1 BTN chặt loại II hạt mịn
2 Cấp phối đá dăm Dmax25 300 1.500 18 0.900 38 244.01
3 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 20 0.000 20 200.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.155
Từ bảng tính đổi trên ta có: E' tb = 238.52 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình được tính bằng công thức E tb = β× E'tb = 1.155×238.52, cho kết quả là 275.49 MPa Bên cạnh đó, cần xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn gây ra trong nền đất.
Sử dụng toán đồ hình 3-2 tài liệu [2] với các thông số sau:
Vậy ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:
T ax Mpa c Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất
Tra toán đồ hình 3-4 của tài liệu [2] ta đƣợc 24 0, 0010( )
H d Xác định lực dính tính toán của đất nền
C : Lực dính tính toán của lớp đất nền : C = 0,032 Mpa
K 1 : Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K 1 =0,6
Số trục xe tính toán 227 trục/làn.ngày đêm K 2 = 0,8 Đối với các loại đất cát thô :K3 = 7
Để kiểm tra điều kiện chống cắt, ta tính giá trị C tt = 0,032×0,6×0,8×7 = 0,108 (Mpa) Độ tin cậy thiết kế được xác định là 0,9, do đó theo bảng 3-7 của tài liệu [2], ta có K cd tr = 0,94 Với các trị số đã tính toán ở trên, ta có thể đánh giá điều kiện chống cắt một cách chính xác.
Kết lu n: đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt
Kiểm tra lớp cấp phối thiên nhiên loại A a Tính Etb của cả các lớp kết cấu:
Bảng I.7.18 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 3
1 BTN chặt loại II hạt mịn
2 Cấp phối đá dăm Dmax25 300 0.000 18 0.000 18 300.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.070
Từ bảng tính đổi trên ta có: E' tb = 272.62 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình dùng để tính toán: E tb đc = β× E' tb = 1.070×272.62 291.71 (Mpa) Đối với đất nền:
Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất
Sử dụng toán đồ hình 3-2 tài liệu [2] với các thông số sau:
Vậy ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:
T ax Mpa b Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất
Tra toán đồ hình 3-4 của tài liệu [2] ta đƣợc 40 0, 0018( )
H c Xác định lực dính tính toán của đất nền
C : Lực dính tính toán của lớp cấp phối thiên nhiên loại A : C = 0,005 Mpa
K 1 : Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K 1 =0,6
S ố trục xe tính toán 227 trục/làn.ngày đêm K 2 = 0,8 Đối với các loại đất cát :K 3 = 7
Để tính toán sức chịu cắt, ta có công thức C tt = 0,005×0,6×0,8×7 = 0,168 (Mpa) Với độ tin cậy thiết kế là 0,9, theo bảng 3-7 trong tài liệu [2], K cd tr = 0,94 Sử dụng các trị số đã tính toán, chúng ta có thể đánh giá điều kiện chống cắt một cách chính xác.
Kết lu n: cấp phối thiên nhiên loại A đảm bảo điều kiện cân bằng trượt
7.12.3 Kiểm toán cường độ kết theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối
Kiểm tra lớp 1: BTN ch t loại I1 hạt mịn (đá dăm≥50%)
Xác định E ch.m ở trên lớp m t cấp phối đá dăm loại I D max 25
Bảng 1.7.19 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 3
1 Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.500 18 0.900 38 244.01
2 Cấp phối thiên nhiên loại A 200 0.000 20 0.000 20 200.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.125
Từ bảng tính đổi trên ta có: E'tb = 244.01 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình dùng để tính toán: E tb đc = β× E' tb = 1.125×244.01 274.51(Mpa)
Tra toán đồ 3-1 tài liệu [2] ta đƣợc:
V y: Mô đun đàn hồi chung của kết cấu: E ch.m = 0.461×274.51 = 126.55 (Mpa) Tra toán đồ 3-5 tài liệu [2] với các thông số sau:
=> ứng suất kéo uốn đơn vị ku = 2.581
Tải trọng tác dụng là cụm bánh đôi ( tải trọng tục tiêu chuẩn) do đó k b = 0.85 với p = 0.6 MPa ku 2.581 0.6 0.85 1.316 MPa
Vật liệu kiểm tra là lớp BTN chặt loại 1 hạt mịn có hệ số k1 nhƣ sau:
Với độ tin cậy 0.9 ta có K ku cd =0.94
=>Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại 1 hạt mịn là:
RKKết lu n: kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn.
Phương án 4
7.13.1 Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đà hồi đối với kết cấu áo đường a Quy đổi về hệ 2 lớp
Bảng 1.7.20 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb phương án 4
(cm) E’tb (Mpa) BTN chặt loại II hạt mịn
Cấp phối đá dăm Dmax25 300 1.200 17 0.944 35 273.52 Cấp phối đá dăm D max 37.5 250 0.000 18 0.000 18 250.00 b Tính E đc tb (Mpa)
Xét đến hệ số hiệu chỉnh = : với 42 1.273
Từ bảng kết quả tính trên ta có: E’ tb = 276.87 (Mpa)
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về kết cấu hai lớp có môđuyn đàn hồi trung bình:
Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa về 2 lớp, với lớp trên có:
+ Mô đun đàn hồi trung bình: E tb đc = 315.63 (Mpa) c Tính E ch.m của kết cấu
Ta có: E 0 = 42 Mpa; E 1 = E tb đc = 315.63 Mpa
Tra toán đồ 3-1-tài liệu [2] với các thông số H/D và E 0 /E 1 ở trên ta xác định đƣợc:
E E ch.m = 0.453 315.63 = 142.98 (Mpa) d Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi Độ tin cậy thiết kế là 0.9 => Kđc đv
Kết lu n: Vậy kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi
7.13.2 Kiểm toán cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém kết dính
Kiểm tra đất nền a Tính Etb của cả các lớp kết cấu:
Bảng 1.7.21 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 4
STT Lớp vật liệu (từ trên xuống) E i
1 BTN chặt loại II hạt mịn
2 Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.200 17 0.944 35 273.52
3 Cấp phối đá dăm D max 37.5 250 0.000 18 0.000 18 250.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.140
Từ bảng tính đổi trên ta có: E' tb = 262.16 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình được tính bằng công thức E tb = β× E' tb, với β là 1.140 và E' tb là 262.16, cho kết quả là 298.87 MPa Đồng thời, cần xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn gây ra trong nền đất.
Sử dụng toán đồ hình 3-2 tài liệu [2] với các thông số sau:
Vậy ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:
T ax Mpa c Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất
Tra toán đồ hình 3-4 của tài liệu [2] ta đƣợc 24 0, 0009( )
H d Xác định lực dính tính toán của đất nền
C : Lực dính tính toán của lớp đất nền : C = 0,032 Mpa
K 1 : Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K 1 =0,6
S ố trục xe tính toán 227 trục/làn.ngày đêm K2= 0,8 Đối với các loại đất cát thô :K 3 = 7.0
Để kiểm tra điều kiện chống cắt, ta tính toán giá trị C tt = 0,032×0,6×0,8×7 = 0,108 (Mpa) Độ tin cậy thiết kế được xác định là 0,9, vì vậy theo bảng 3-7 của tài liệu [2], ta có K cd tr = 0,94 Sử dụng các trị số đã tính toán, ta có thể đánh giá khả năng chống cắt của thiết kế.
Kết lu n: đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt
7.13.3 Kiểm toán cường độ kết theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối
Kiểm tra lớp 1: BTN ch t loại II hạt mịn (đá dăm ≥50%)
Xác định E ch.m ở trên lớp m t cấp phối đá dăm loại I D max 25
Bảng 1.7.22 Kết quả tính đổi các lớp bên trên về một lớp tìm E’ tb phương án 4
1 Cấp phối đá dăm D max 25 300 1.200 17 0.944 35 273.53
2 Cấp phối đá dăm D max 37.5 250 0.000 18 0.000 18 250.00
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đƣợc β = 1.114
Từ bảng tính đổi trên ta có: E'tb = 273.53 (Mpa)
Mô đun đàn hồi trung bình dùng để tính toán: E tb đc = β× E' tb = 1.114×273.53 304.71(Mpa)
Tra toán đồ 3-1 tài liệu [2] ta đƣợc:
V y: Mô đun đàn hồi chung của kết cấu: E ch.m = 0.415×304.71 = 126.45 (Mpa) Tra toán đồ 3-5 tài liệu [2] với các thông số sau:
=> ứng suất kéo uốn đơn vị ku = 2.582
Tải trọng tác dụng là cụm bánh đôi ( tải trọng tục tiêu chuẩn) do đó k b = 0.85 với p = 0.6 MPa ku 2.582 0.6 0.85 1.317 MPa
Vật liệu kiểm tra là lớp BTN chặt loại 1 hạt mịn có hệ số k 1 nhƣ sau:
Với độ tin cậy 0.9 ta có K ku cd =0.94
=>Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt loại 1 hạt mịn là:
RKKết lu n: kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn.