Xây Dựng - Thiết Kế Đường ÔTô (Đường Cao Tốc) phần 1 doc

§¹I HäC §µ N½ng
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa
Bé m«n §−êng «t« - §−êng Thµnh phè










TS Phan Cao thä









ĐÀ NẴNG – 2006
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
Chng 12 : THIT K CU TO O NG

Đ12.1 YấU CU CHUNG V CU TO KT CU O
NG
12.1.1 Khỏi nim:
o ng l phn trờn ca nn ng c tng cng bng cỏc lp vt liu

khỏc nhau chu tỏc dng ca ti trng xe chy v cỏc iu kin t nhiờn (ma,
giú, nc ngm )
Kt cu ỏo ng (Structure pavement), vit tt: KCA
12.1.2 Cỏc yờu cu chung ca kt cu ỏo ng:
- Kt cu ỏo ng phi cng v n nh c
ng (cng ớt thay i
hoc khụng thay i khi chu tỏc dng ca cỏc iu kin bt li)
- Mt ng phi m bo bng phng nht nh :
+ Gim sc cn ln (tc xe chy tng cao, gim thi gian xe chy, gim
lng tiờu hao nhiờn liu).
+ Tng tui th ca phng tin (h giỏ thnh v
n chuyn).
- B mt ỏo ng phi m bo nhỏm nõng cao h s bỏm gia bỏnh
xe vi mt ng nhm tng mc an ton xe chy.
- o ng phi ớt sinh bi:
+ Tng tm nhỡn ca lỏi xe.
+ m bo v sinh mụi trng .
+ Tng tui th ca ng c cng nh tui th ca cụng trỡnh.
12.1.3 c im chu l
c ca kt cu ỏo ng :




z


x
Hình 12-1.

Sơ đồ phân bố ứn
g
suất tron
g
kết cấu áo đừơn
g
theo chiều sâu



z
-
ứ

n
g
suất do lực th
ẳ
n
g
đứn
g


x
-
ứ

n
g

suất do lực nằm n
g
an
g

Khi xe chy, lc tỏc dng lờn ỏo ng gm hai thnh phn:
- Lc thng ng P do ti trng xe chy gõy ra ng sut
z
- Lc nm ngang F gõy ra
x
: do lc kộo, lc hóm, lc ngang khi xe chy trờn
ng vũng, khi tng gim tc gõy ra.
Ti b mt ỏo ng:

z
= p ỏp lc thng ng do ti trng bỏnh xe nng nht tỏc dng
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 1
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP

x
= (0,2 - 0,3)p khi xe chy.

x
= (0,75 - 0,85)p khi xe hóm.
p : p lc thng ng do ti trng bỏnh xe nng nht truyn xung qua din tớch
vt tip xỳc gia lp xe vi mt ng.
p = (5 - 6)daN/cm2 tựy thuc loi xe (thng ly 3 giỏ tr : 5; 5,5; 6
daN/cm
2
)

Lc ngang ch yu tỏc dng trờn phn mt ca ỏo ng m khụng truyn
sõu xung cỏc lp phớa di nờn ch gõy trng thỏi ng sut (
x
) lp trờn cựng
ca kt cu ỏo ng, lm cho vt liu ti ú b xụ trt, bong bt, bo mũn dn
n phỏ hoi. Trỏi li lc thng ng thỡ truyn xung khỏ sõu cho mói ti nn
t. Nh vy v mt chu lc kt cu ỏo ng cn cú nhiu lp, cỏc lp cú
nhim v khỏc nhau ỏp ng nhu cu chu lc khỏc nhau.
12.1.4 Cu to k
t cu ỏo ng :
12.1.4.1 S cu to kt cu ỏo ng (hỡnh 12.2)
12.1.4.2 Vai trũ ca tng lp trong kt cu trong kt cu ỏo ng
Lp bo v
+ Lp bo v l mt lp dy 0,5 1,0cm thng bng vt liu cỏt, si nh ri
rc.
+ Tỏc dng : Bo v cho cỏc lp mt khụng chu tỏc dng trc tip ca bỏnh xe.
Tng bng ph
ng.Tng kớn cho tng mt.
Lp hao mũn :
+ Lp hao mũn l mt lp mng dy 1,0 - 3,0cm lm bng vt liu cú cht liờn
kt t trờn lp mt ch yu.
+ Tỏc dng : Bo v cho cỏc lp mt khụng chu tỏc dng trc tip ca bỏnh
xe
Tng bng phng.
Tng kớn cho mt ng .
Tng kh nng chng bo mũn cho mt ng
Cỏc lp tng m
t :
+ Chiu dy cỏc lp tng mt ph thuc vo vic tớnh toỏn cng , thng
lm bng cỏc loi vt liu cú gia c cht liờn kt hu c hoc vụ c.

+ Tng mt: L b phn trc tip chu tỏc dng ca ti trng bỏnh xe v nh
hng ca cỏc nhõn t t nhiờn (c bit ngoi tỏc dng ca lc thng ng cũn
chu tỏc dng c
a lc ngang ln). Do ú tng mt ũi hi c lm bng cỏc vt
liu cú cng v sc liờn kt tt, thng dựng vt liu cú kớch thc nh
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 2
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
Cỏc lp múng
Ch yu chu tỏc dng ca lc thng ng, truyn v phõn b lc thng ng
khi truyn xung nn t thỡ ng sut s gim n mt mc t nn ng cú
th chu ng c m khụng to nờn bin dng thng ng hoc bin dng trt
quỏ ln. Vỡ lc thng ng truyn xu
ng ngy cng bộ i tit kim, tng múng
cú th gm nhiu lp vt liu khỏc nhau cú cng gim dn t trờn xung. Cú
th cu to bng cỏc vt liu ri rc, kớch c ln, chu bo mũn kộm nhng phi cú
cng v cht nht nh.

Hỡnh 12.2 - S cu to kt cu ỏo ng
ỏy ỏo ng
cht ca lp ỏy ỏo ng theo TCVN 4054-98
v 22 TCN 211-93 :







Tầng mặt
Surfacing (couche
de surface)
Tầng móng
( Road Fondation)
áo đờng
Pavement
Kết
cấu áo
đờng
(0.9-
1.2m)
S.Pave
ment
Lớp mặt trên

Wearing course (couche
de roulement)

Lớp mặt dới: binder
course (couche de liaison)
Lớp móng trên
Base (couche de base)

Lớp móng dới: Sub -
base(couche de fondation)
Lớp đáy áo đờng: capping layer (couche
de forme) 30-50cm, K=0.98
Móng nền đất : nền đắp (embankment)
hoặc tự nhiên (Natural ground)
Subgrade
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 3
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
TCVN 4054 -2005
cht K
Loi cụng trỡnh
sõu tớnh
t A
ng
xung (cm)
ng ụ tụ
cú Vtt >=
40 Km/h
ng ụ tụ
cú Vtt < 40
Km/h

Khi ỏo ng dy trờn 60 cm 30 0,98 0,95
Khi ỏo ng dy di 60 cm 50 0,98 0,95 Nn
p
Bờn di chiu sõu k trờn 0,95 0,90
Nn o v nn khụng o khụng p 30 0,98 0,95
Chc nng :
+ To ra mt nn chu lc ng nht, cú sc chu ti cao.
+ Ngn chn v cú th ct t dũng m thm t trờn xung nn t hoc t di
lờn ỏo ng.
+ To hiu ng e thi cụng (lu lốn) cỏc lp mt ng phớa trờn t hiu
qu cao
+ To thun li cho xe, mỏy i li trong quỏ trỡnh thi cụng.
Múng nn t c coi l m
t b phn ca KCA, vỡ tuõn theo nguyờn tc thit
k tng th nn mt ng. Bn thõn nú cng tham gia chu lc thng ng ca ti
trng xe, c bit khi ỏo ng phớa trờn cú cng nh.
Lp cú chc nng t bit: Kt cu ngc (structure inverse) khụng tuõn theo
nguyờn tc mụun gim dn ca cỏc lp nhm tng hiu qu lu lốn cỏc lp trờn, ch
s dng khi cú yờu cu c bit.
Chỳ ý: khụng phi khi no KCA cng cú tt c cỏc lp nh s cu to
nh trờn, m tu thuc vo yờu cu xe chy, loi ỏo ng, cp ng, iu kin
c th khu vc xõy dng m cu to hp lý. Mt lp cú th cú nhiu chc nng
khỏc nhau (nh bờ tụng nha, bờ tụng xi mng).
Vớ d:
20 ữ 40 14 ữ18 9 ữ10
5
3
Bê tông nhựa hạt nhỏ
Bê tông nhựa hạt vừa
Bê tông nhựa rỗng

Cấp phối đá dăm
Cấp phối cuội sỏi
(hoặc đất gia cố)
14 ữ 16
22 ữ 24
Nền đất lèn chặt
Bê tông
ximăng M>300
Cát trộn nhựa hoặc
giấy dầu quét nhựa đừơng
Đất cát gia cố xi măng
a) Tầng mặt bê tông nhựa
b) Tầng mặt bê tông xi măng
Hình 10-3. Ví dụ kết cấu áo đừơng cấp cao

TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 4
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
12.1.5 Cu to ct ngang ca ỏo ng

1

:

m
1

:

m
b

B
1

:

m
1

:

m
b
2
a)
b)
c)
1

:

m
1

:

m
B
Hình 10-4. Bố trí áo đừơng trên nền đừơng
a) Cấu tạo áo đừơng hình máng trên phần xe chạy
b) Cấu tạo trắc ngang áo đừơng xây dựng phân kỳ (giai đoạn 2 mở rộng)

c) Cấu tạo hình lữơi liềm trên toàn bộ nền đừơng
a a
1
2


1
: 3
1
: 3
7,5m 7,5m
Hình 10-5. Cấu tạo áo đừơng trên đừơng cấp cao có dải phân cách

a) Thng ỏp dng cho tuyn ng cp thp cú s ln xe 2 - 6
b) p dng vi ng cp thp v GTNT, ỏp dng khi vt liu mt ng v vt
liu nn ng cựng loi.
c) p dng i vi ng cp cao, b rng mt ng nh hn trng hp d).
Kt cu phn l gia c : thng cựng vt liu vi lp mt

d
c ngang ỏo ng v l ng

Loi ỏo ng
Dc ngang
mt ng v
l gia c (%)
Dc ngang l
ng t (%)
Bờtụng ximng v bờtụng nha 1.5ữ2 6
Cỏc loi mt ng nha (tr bờ tụng nha) 2ữ3 6

ỏ dm, ỏ si 3ữ4 6
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 5
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
Đ12.2 PHN LOI KT CU O NG
12.2.1 Mc ớch phõn loi kt cu ỏo ng
12.2.2 Phõn loi theo cp ỏo ng (phm vi s dng):
12.2.2.1 o ng cp cao ch yu (A1) -CCCY High type pavement,
Chaussộe en haute qualitộ.
- L loi kt cu ỏo ng ỏp ng yờu cu xe chy khụng xut hin bin dng
d, (ỏo ng ch lm vic trong giai on n hi), mc d tr cng
cao. Mc an ton xe chy cao, t
c xe chy ln, tui th ỏo ng cao : t 15
- 25 nm.
+ T
PV
= 15 nm: bờtụng nha loi I (T
PV
l thi gian gia 2 ln i tu)
+ T
PV
= 20 25 nm: bờtụng ximng
- Thng dựng cho vi cỏc tuyn ng cú tc thit k V >= 60km/h
- Vt liu :
+ Bờtụng nha ri núng loi I (Atphalt Concret)
+ Bờtụng ximng (Ciment concret)
10.2.2.2 o ng cp cao th yu (A2)CCTY
- ỏp ng iu kin xe chy khụng
xut hin bin dng d, vt liu lm vic
trong giai on n hi nhng mc d tr cng nh hn ỏo ng cp
cao ch yu A1

- Tui th ca mt ng cp cao A2 t 8 - 12 nm
- p dng vi cỏc tuyn ng cú tc TK V< 60km/h
- Cỏc loi vt liu lm mt ng cp A2 :
+ Thm nhp nha ( tui th 10 nm)
+
ỏ dm en (tui th 12 nm)
+ Bờtụng nha loi II (tui th 12 nm)
+ Lỏng nha (ớt dựng, qui trỡnh c)
- Lu lng xe chy khụng cao chi phớ duy tu bo dng thng xuyờn ln hn
cp cao A1, tc xe chy ti a 60 70 km/h.
12.2.2.3 o ng cp quỏ ( B1 ) Intermediate type pavement, Chaussộe en
qualitộ intermediaire.
- Cho phộp xut hin bin dng d, chiu dy ca kt cu gim i rt nhiu, ỏp
ng yờu cu lu l
ng xe chy thp, tc xe chy khụng cao, chi phớ duy tu sa
cha, bo dng ln, tui th t (3 5) nm
- Phm vi ỏp dng : ỏp dng vi cỏc tuyn ng cú tc TK V<= 40 km/h.
- Cỏc loi vt liu lm mt ng cp B1 :
+ ỏ dm lỏng nha
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 6
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
+ Cp phi ỏ dm, CPD lỏng nha hoc nh tng; CPD gia c XM
+ Cp phi cui si lỏng nha
+ Cỏt gia c ximng lỏng nha
12.2.2.4 o ng cp thp (B2) -Low type pavement, Chaussộe en qualitộ
modeste.,
- Cho phộp xut hin bin dng d, lu lng xe chy rt thp, sinh bi nhiu,
tui th mt ng khụng cao (t 1 - 3 nm)
- p dng vi mt ng GTNT hoc ng t
m

10.2.3 Phõn loi theo vt liu s dng
10.2.3.1 o ng lm bng cỏc loi vt liu t, ỏ t nhiờn khụng cú cht
liờn kt :
- Cp phi ỏ dm.
- Cp phi t i.
- Cp phi si sn
10.2.3.2 o ng lm bng vt liu t, ỏ t nhiờn cú gia c cỏc cht liờn kt
vụ c :
- t gia c vụi, cỏt gia c ximng
- Cp phi
ỏ dm gia c ximng
- BTXM
10.2.3.3 o ng lm bng vt liu t, ỏ t nhiờn gia c cỏc cht liờn kt
hu c.
- Bờtụng nha
- Thm nhp nha
- ỏ trn nha
10.2.4 Phõn loi theo phng phỏp tớnh toỏn (tớnh cht chu lc)
o ng cng (Rigid Pav): BTXM
o ng mm( Flexible Pav):
o ng na cng na mm (Semirigid pav)
(Xem bng 12-2: Cỏc cp tng mt ỏo ng v phm vi s dng, trang 82 TK tp 2,
GS Dng Hc Hi v GS Nguyn Xuõn Trc, NXB Giỏo dc 2000)
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 7
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
Đ12.3 NGUYấN TC THIT K CU TO KT CU O
NG
12.3.1 Cỏc vn ln cn gii quyt khi thit k kt cu ỏo ng.
o ng l b phn t tin nht ca cụng trỡnh ng ụtụ. Vit Nam chi
phớ xõy dng ỏo ng chim ti (45- 65) % tng vn u t xõy dng ng i

vi cỏc d ỏn vựng ng bng v ụ th, (30- 45) % tng vn u t xõy dng
ng i vi cỏc d ỏn vựng i nỳi. Cỏc chi phớ duy tu, sa cha bóo trỡ trong
quỏ trỡnh khai thỏc cng chim t l rt ln trong tng vn u t
cho duy tu ng
núi chung. Do vy vic thit k mt kt cu ỏo ng hp lý v ỳng n cú ý
ngha ht sc to ln v kinh t v k thut.
3 vn ln cn phi gii quyt khi trin khai cụng tỏc thit k KCA
1. Thit k cu to KCA, õy l ni dung rt quan trng nh hng
cho bc sau, ũi hi s
sỏng to ca iu k s trờn c s mt s cỏc
phng ỏn cu to. Nu vic thit k cu to m khụng hp lý thỡ vic tớnh
toỏn cng cng nh lun chng kinh t chng cú ý ngha gỡ.
2. Tớnh toỏn cng (bin dng) ca KCA, õy cng l ni dung xỏc
nh chiu dy cỏc lp vt liu trong kt cu. Cụng vi
c ny liờn quan cht
ch vi cụng vic thit k cu to.
3. Lun chng hiu qu kinh t, so sỏnh chn phng ỏn ti u v kinh t
k thut ng vi tng iu kin c th ca tng d ỏn.
12.3.2 Nguyờn tc thit k cu to
Ni dung thit k cu to l: Xỏc nh tờn tui v sp xp th t trờn, di
ca cỏc lp vt liu trong cỏc phng ỏn kt cu ỏo ng trờn c s chc nng v
nhim v ca mi lp m bo c kt cu ỏo ng tho món c bn cỏc yờu
cu chung (nờu mc 12.1) cng nh cỏc iu kin v vt liu a phng, kh

nng cung cp vt liu, nng lc thi cụng v kh nng khai thỏc, duy tu bo dng
sau ny.
1. Tuõn th nguyờn tc thit k tng th nn mt ng nhm tng cng
ca nn ỏt, to iu kin thun li cho nn t cựng tham gia chu
lc vi mt ng mc ti a.
2. Cu to cỏc l

p tng mt trờn c s cp ng thit k, lu lng xe
chy, tc thit k v iu kin t nhiờn, iu kin khai thỏc.
Tng mt phi kớn chng thm nc, khụng c dựng kt cu h
Chu tỏc dng lc ngang tt, chng bo mũn, nhỏm cao v d
bng phng.
n nh nhit v nc.
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 8
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
Trong mi trng hp nờn cu to cỏc lp chng hao mũn v lp
bo v. Vi ng cao tc v cỏc ng hin i cú yờu cu cao v
cht lng b mt, c bit l nhỏm, cũn s dng cỏc lp hao mũn c bit nh
:
Va nha, hoc hn hp nha cc mng (<2cm) cú bn cao, to nhỏm v to
phng.
Lp hn hp thoỏt n
c (3-4)cm, cp phi h, ht cng trn vi bitum ci tin
3. Cu to cỏc lp tng múng.
Trờn c s tn dng vt liu a phng cú th cu to nhiu lp cú chiu
dy tng dn theo chiu sõu, nờn dựng vt liu ri rc, kớch c ln nh ỏ
dm, cp phi ỏ dm, t ỏ gia c vụ c

Khụng nờn dựng cỏt lm múng di (khớ hu nhit i nc ta) b tớch t
m. Nu ch dựng nh lp m thỡ nht thit phi lm rónh xng cỏ
thoỏt nc.
4. Kh nng chng bin dng (Mụuyn n hi, cng ) cỏc lp vt liu
trong kt cu gim dn theo chiu t trờn xung di phự hp vi trng
thỏi phõn b ng su
t, d h giỏ thnh xõy dng: E
trờn
: E

di
< 3ln to s
lm vic ng nht v cú hiu qu ca tng lp v ca c kt cu. Mụ un
n hi trờn mt lp:
- Nn ng E
0
200 daN/cm
2
hay CBR 6-7
- Lp ỏy ỏo ng E
0
500 daN/cm
2
hay CBR 10-15
- Lp múng di CBR 30
- Lp múng trờn CBR 80
Khụng nờn cu to quỏ nhiu lp gõy phc tp cho thi cụng.
5. Ci thin ch nhit m tng cng nn t trong phm vi tỏc
dng ca nn ng, tng E
múng
gim ng sut kộo un ỏy tng mt,
nờn b trớ h
múng
2d, chiu dy ca tng mt khụng nờn nm trong khong
(0,5 1,0)d; d l bỏn kớnh vũng trũn 1vt bỏnh tng ng =(10,5 -11)cm.
Khụng b trớ tng mt bờ tụng nha ch l 1 lp 4 - 6cm, nờn dựng 2 lp cú
chiu dy tng cng 10cm tr lờn i vi ng cp cao cú V 60km/h. Chỳ
ý khi thit k tng mt bờ tụng nha trờn lp múng cú cng (CPD, t
ỏ gia c vụ c) khụng c quỏ mng trỏnh phỏt sinh nt do cú s co
dón ca lp múng ny, qui

nh l 6-8cm cho 1 lp.
6. Nguyờn tc cu to chiu dy.
- Lp trờn mng ti thiu, lp di nờn tng chiu dy vỡ xột n tớnh
kinh t
- Theo chiu dy lu lốn cú hiu qu ca thit b v tớnh cht vt liu
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 9
TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN BM ÂÆÅÌNG ÄTÄ - ÂÆÅÌNG TP
- H
min
> (1,25-1,4)D
max
(Xem bảng 12-3: trang 90 TKĐ tập 2, GS Dương Học Hải và GS Nguyễn Xuân
Trục, NXB Giáo dục 2000)
TS Phan Cao Thọ Thiết kế đường ôtô (Phần 2) Trang: 10
TRặèNG AI HOĩC BAẽCH KHOA N BM ặèNG T - ặèNG TP
d d
D
H
ỡnh 13.1.
V
t tip xỳc ca bỏnh xe vi mt ng
Chng 13 : TNH TON CNG O NG MM

Đ13.1 C IM CA TI TRNG XE CHY TC DNG LấN
MT NG V NH HNG CA Nể N C CH LM VIC
CA KT CU O NG

13.1.1 c im ca ti trng xe chy tỏc dng lờn mt ng
ln (tr s) ca ti trng tỏc dng lờn mt ng ph thuc vo hai yu t:
+ ln ca ti trng trc P (T, daN).

Cỏc xe ti thng cú trng lng trc sau chim 3/4 trng lng ca ton b
xe. Do ú ln ca ti trng ph thuc vo tr
ng lng trc sau ca ụtụ.
+ Din tớch vt tip xỳc ca bỏnh xe vi mt ng (cm
2
) ph thuc vo kớch
thc v cng ca lp xe (ỏp lc hi).
Din tip xỳc ca bỏnh xe vi mt ng c xỏc nh nh sau:
p lc truyn xung mt ng (daN/cm
2
)
p=.p
0
(13.1)
Trong ú:
: H s k n cng
ca lp,
= 0,9 - 1,3 khi tớnh
toỏn ly =1,1
p
0
: p lc hi trong
xm xe.
D c tớnh nh sau:
D=
p
P
p
P
08,1

4
=

(cm) (13-2)
P: L 1/2 ti trng trc sau.
D: ng kớnh ca vt bỏnh xe tng ng
p: p lc ca bỏnh xe tỏc dng lờn mt ng.
Theo 22TCN 211-93 ti trng tớnh toỏn tiờu chun nh sau (bng 13.1) :
c im ti trng xe tỏc dng lờn mt ng :
- Ti trng ng
- Ti trng tỏc dng t ngt tc thi (xung kớch v ngn hn)
- Ti trng trựng phc lp i lp li nhiu l
n (phỏt sinh thin tng mi ca vt
liu).
TS Phan Cao Th Thit k ng ụtụ (Phn 2) Trang: 11