LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CHỊU NGẬP NƯỚC TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG TỐI ƯU NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CÓ TẠI ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.15 MB, 330 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
———&–––
NGUYỄN HỮU TÀI
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CHỊU NGẬP NƯỚC
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG TỐI ƯU NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CĨ TẠI
ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG
LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Chuyên ngành: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60-58-30
(Tập 1: Phần thuyết minh)
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
———&–––
NGUYỄN HỮU TÀI
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CHỊU NGẬP NƯỚC
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG TỐI ƯU NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CĨ TẠI
ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG
LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Chuyên ngành: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60-58-30
(Tập 1: Phần thuyết minh)
Thầy hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
———&–––
NGUYỄN HỮU TÀI
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CHỊU NGẬP NƯỚC
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG TỐI ƯU NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CĨ TẠI
ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG
LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Chuyên ngành: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60-58-30
(Tập 2: Phụ lục đính kèm)
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009
Lời cảm ơn
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải Cơ sở II - được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của q Thầy Cơ; hơm nay em đã
hồn thành luận văn tốt nghiệp.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến q Thầy Cơ đã giúp đỡ em trong suốt thời
gian qua. Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS. Nguyễn Mạnh Hùng đã
tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm luận văn. Bên cạnh đó,
cho em chân thành cám ơn q Thầy phản biện khoa học đóng góp ý kiến khoa học
để luận văn phong phú và thực tiễn hơn.
Mặc dù em đã cố gắng rất nhiều trong quá trình nghiên cứu và thực hiện viết
luận văn, tuy nhiên do thời gian có hạn, kiến thức nhất định nên luận văn khơng thể
thiện rộng hơn nữa. Kính mong q Thầy Cô, các bạn đồng nghiệp hỗ trợ thêm kiến
thức để tác giả được chấp nối trí tuệ nhiều hơn và đi xa hơn trong lĩnh vực nghiên
cứu khoa học xây dựng cơng trình giao thơng.
Trân trọng kính chào!
Tiền Giang, tháng 12 năm 2009
Tác giả
Nguyễn Hữu Tài
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tiền Giang, tháng 12 năm 2009
Học viên
KS. NGUYỄN HỮU TÀI
Mục Lục
Phần mở đầu
Trang
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
2
PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỊA CHẤT ĐẤT VÀ KHÍ HẬU ẢNH
HƯỞNG TỚI CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ Ở ĐBSCL
3
1.1. Đặc điểm địa chất
3
1.2. Đặc điểm về khí hậu, thuỷ văn
5
1.3. Tác động của điều kiện khí hậu, địa chất và thủy văn tới cơng trình giao
thơng đường bộ
6
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM
VÀ CƠ SỞ CHỌN KIỂM TOÁN ÁO ĐƯỜNG CHỊU NGẬP NƯỚC
9
2.1. Tóm tắt nội dung các phương pháp thiết kế áo đường mềm đang hiện
hành trên thế giới
9
2.1.1. Tóm tắt quá trình phát triển
9
2.1.2. Phương pháp thiết kế của Liên Xô (cũ): SOJUZDORNII
16
2.1.3. Phương pháp thiết kế của Trung Quốc (JTJ 014-97)
25
2.1.4. Phương pháp thiết kế của SHELL
30
2.1.5. Phương pháp thiết kế của Pháp
33
2.1.5.1. Theo chương trình Alize III
33
2.1.5.2. Theo chương trình Alize V
35
2.1.5.3. Phương pháp của trung tâm thiết kế nhà và cơng trình Pháp
(CEBTP) kiến nghị cho các nưởc khu vực nhiệt đới
35
2.1.7. Phương pháp thiết kế của Tiệp Khắc (cũ)
39
2.1.8. Phương pháp thiết kế của AASHTO
43
2.1.8.1. Thí nghiệm của AASHTO và các phương pháp dựa trên kết quả của
thực nghiệm.
43
2.1.8.2. Phương pháp của ASSHTO
44
2.1.9. Phương pháp theo Việt Nam 22 TCN 211-06
46
2.1.9.1. Nội dung công tác thiết kế áo đường mềm chủ yếu như sau
46
2.1.9.2. Tính tốn cường độ kết cấu nền đường và kết cấu áo lề có gia cố theo
tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép
47
2.1.9.2.1. Tính tốn mơđun đàn hồi chung
47
2.1.9.2.2. Mơđun đàn hồi trung bình
49
2.1.9.2.3. Tính tốn cường độ kết cấu nền áo đường và kết cấu áo lề có gia cố
theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém
dính kết
50
2.1.9.2.4. Tính tốn cường độ kết cấu nền áo đường và kết cấu áo lề có gia cố
theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối
51
2.2. Một số ý kiến nhận xét về quy trình thiết kế mặt đường mềm hiện hành
tại Việt Nam
52
2.2.1. Tiêu chuẩn 22TCN 211-06
52
2.2.2. Tiêu chuẩn 22TCN 274-01
55
ựn 2.3. Xây dựng điều kiện kiểm toán kết cấu áo đường chịu ngập nước
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ
TIÊU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU Ở ĐBSCL DÙNG VÀO KẾT CẤU
ÁO ĐƯỜNG CHỊU NGẬP NƯỚC
56
58
3.1. Giải pháp kỹ thuật lựa chọn
58
3.2. Thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật, yêu cầu và phương pháp thực hiện
59
3.2.1. Thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật
59
3.2.2. Yêu cầu và phương pháp thực hiện
59
3.3. PHÂN NHÓM VẬT LIỆU ĐỂ THÍ NGHIỆM, KHẢO SÁT CÁC CHỈ
TIÊU KỸ THUẬT YÊU CẦU
60
3.3.1. Cát (tự nhiên).
60
3.3.2. Đất
60
3.3.3. Cấp phối đá
60
3.4. KẾT QUẢ TN CÁT MỊN Ở ĐBSCL GIA CỐ XI MĂNG
61
3.4.1. Nguồn vật liệu và các chỉ tiêu cơ lý của cát [13]
61
3.4.2. Tổng hợp kết quả TN cac mẫu cát mịn ở ĐBSCL gia cố ximăng
63
3.4.3. Nhận xét kết quả TN các mẫu
65
3.4.3.1. Về mô đun đàn hồi Egc
65
3.4.3.1.1. Mẫu bảo dưỡng ẩm
65
3.4.3.1.2. Mẫu bảo dưỡng và ngâm liên tục trong nước
65
3.4.3.1.3. Nhận xét và so sánh giá trị Egc của mẫu bảo dưỡng ẩm và ngâm
liên tục trong nước
65
3.4.3.2. Về cường độ nén Rn
68
3.4.3.2.1. Mẫu bảo dưỡng ngâm liên tục trong nước
68
3.4.3.2.2. Nhận xét và so sánh giá trị Rn của mẫu bảo dưỡng ẩm và ngâm liên
69
tục trong nước
3.4.3.3. Về độ bền ép chẻ Rec
72
3.4.3.3.1. Mẫu dưỡng ẩm
72
3.4.3.3.2. Mẫu bảo dưỡng ngâm liên tục trong nước
72
3.4.3.3.3. Nhận xét và so sánh giá trị Rec của mẫu bảo dưỡng ẩm và ngâm
liên tục trong nước
73
3.5. KẾT QUẢ TN CẤP PHỐI ĐÁ GIA CỐ XM
75
3.5.1. Thực trạng dùng đá dăm gia cố ximăng
75
3.5.2. Nguồn gốc mẫu
76
3.5.3. Các chỉ tiêu cơ lý của CPĐD 0-4
76
3.5.4. Nguyên tắc đúc mẫu CPĐD -4 gia cố và hàm lượng XM
76
3.5.5. Kết quả TN mẫu CPĐD 0-4 gia cố và hàm lượng XM
76
3.5.6. Nhận xét kết quả TN cấp phối đá 0 ÷ 4 gia cố XM
78
3.5.6.1. Về mơ đun đàn hồi Egc
78
3.5.6.2. Về cường độ chịu nén Rn
79
3.5.6.3. Về độ bền ép chẻ Rec
81
3.6. KẾT QUẢ TN ĐẤT Ở ĐBSCL GIA CỐ CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ
HOẶC VƠ CƠ KẾT HỢP PHỤ GIA HÓA CHẤT
83
3.6.1. Đất ở Tiền Giang
83
3.6.1. 1. Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất
83
3.6.1.2. Kết quả TN đất Tiền Giang gia cố XM
85
3.6.1.2.1. Nhận xét kết quả TN về mô đun đàn hồi Egc
87
3.6.1.2.2. Nhận xét kết quả TN về cường độ chịu nén Rn
89
3.6.1.2.3. Nhận xét kết quả TN về cường độ bền ép chẻ Rec
91
3.6.1.3. Kết quả TN đất Tiền Giang gia cố vôi
93
3.6.1.4. Kết quả TN đất Tiền Giang gia cố vôi + DZ33
95
3.6.2. Một số loại đất ở các địa phương khác
96
3.6.2.1. Mẫu đất ở tỉnh Đồng Tháp
96
3.6.2.2. Mẫu đất ở tỉnh Kiên Giang
97
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CHỊU NGẬP NƯỚC Ở
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
100
4.1. Nguyên lý lựa chọn và bố trí kết cấu áo đường.
100
4.2. Chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu dùng trong thiết kế nền và các lớp áo đường
101
4.3. Công nghệ thi công
103
4.4. Cơng trình thử nghiệm
105
4.5. Ví dụ tính kết cấu áo đường
110
4.5.1. Kết quả kiểm toán chiều dày áo đường theo 22TCN 211-06
111
4.5.2. Kiểm tốn theo chương trình Elize III
113
4.5.3. Nhận xét chung
115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
116
5.1.Ý nghĩa khoa học và phạm vi ứng dụng
116
5.2. Các tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp của đề tài
117
1
PHẦN MỞ ĐẦU:
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hàng năm, những trận bão biển và gió mùa Tây Nam đã gây nên những trận
mưa lớn làm mực nước sông Cửu Long dâng cao. Lũ lụt ở Đồng Bằng Sông Cửu
Long (ĐBSCL) bắt nguồn do nước lũ ở thượng lưu sông Cửu Long đổ về và mưa
lớn tại chính khu vực.
Ngồi ra, vào giữa thập niên 1980, các kinh dẫn nước đã có được mở rộng.
Một số lớn kinh chính và một mạng lưới kinh phụ đã được đào xuyên qua vùng Tứ
Giác Long Xuyên, Đồng Tháp Mười và các vùng khác trên khắp ĐBSCL, mục đích
chính là phục vụ thủy nơng nội đồng. Hệ thống kinh này là cơ sở tạo thành những
lòng lạch thuận lợi cho nước lũ từ thượng nguồn chảy vào ĐBSCL sớm hơn, nhanh
hơn và nhiều hơn. Bên cạnh đó, một hệ thống đê và đập ngăn mặn đã được xây
dựng ở cuối đường thoát lũ ở hạ lưu cùng với một hệ thống đường giao thông được
nâng cao. Vì khơng đủ khả năng thốt lũ, hệ thống đê đập ngăn mặn và đường giao
thông này đã làm cản trở nước lũ trong vùng ĐBSCL thoát ra biển Đông và vịnh
Thái Lan. Hậu quả là mực nước ngập trong vùng ĐBSCL ngày càng sâu hơn và thời
gian ngập ngày càng dài hơn (tới 3 tháng).
Hình MĐ1: Lũ lụt là một hiện tượng thiên nhiên xảy ra hàng năm tại vùng ĐBSCL
2
Hiện nay, biến đổi khí hậu là vấn đề nóng bỏng; Việt Nam thuộc các nước bị
ảnh hưởng nặng nhất do biến đổi khí hậu tồn cầu. “Nếu mực nước biển dâng 1 m
thì 61% diện tích ở ĐBSCL sẽ bị ngập” - là nhận định của GS-TS Trần Thục, Viện
trưởng Viện Khoa học Khí tượng và Mơi trường tại hội thảo quốc tế về tác động
biến đổi khí hậu và tình hình ngập lụt đơ thị, tổ chức tại TPHCM ngày 24-6-2008.
Hình MĐ2. Ngập và lụt sẽ gây phá hoại các cơng trình giao thơng đường bộ
Vì vậy, việc sống chung với lũ lụt và khắc phục nó sau lũ lụt là điều tất yếu
của khu vực ĐBSCL. Đó chính là lý do nghiên cứu đề tài của tác giả.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Xác lập các điều kiện kỹ thuật cho phép tính kết cấu áo đường mềm làm việc
trong điều kiện bất lợi về chế độ ẩm (ngập nước) trên cơ sở sử dụng tối đa nguồn
vật liệu sãn có ở các tỉnh thuộc khu vực ĐBSCL.
PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
- Tìm hiểu sâu lý thuyết tính tốn kết cấu áo đường mềm.
- Thí nghiệm trong phịng xác định các thơng số kỹ thuật dùng trong tính tốn
phục vụ mục tiêu nghiên cứu đề tài.
- Xây dựng hiện trường thử nghiệm.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỊA CHẤT ĐẤT VÀ KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG
TỚI CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ Ở ĐBSCL
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT
Địa chất vùng ĐBSCL chủ yếu là các lớp trầm tích sơng biển mềm yếu, có cấu
tạo phức tạp, độ ẩm cao và hàm lượng hữu cơ lớn, thường bao gồm á sét và sét ở
trạng thái dẻo cứng, dẻo mềm hay dẻo chảy phân bố từ mặt đất tự nhiên xuống
khoảng 5 đến 15m, thậm chí có nơi lên đến 35 – 40 m tùy từng vùng; góc ma sát
trong của lớp này thay đổi từ 2 đến 10 độ; lực dính từ 2,5*10-3 đến 6*10-3 MPa.
Hình 1-1 và hình 1-2 minh họa sự phức tạp của địa chất vùng này.
Mặt cắt địa chất
TUYẾN I - I
2
2
0
-6
-7,60
K1 - 7
14,0 -
-14
K1 - 8
16,0 -
-16
-17,10
K1 - 11
22,0 - 22,2
-22
K1 - 12
24,0 - 24,2
K1 - 13
26,0 - 26,2
K2 - 15
28,8 - 29,0
K1 - 15
29,8 - 30,0
30,00
1,50
-18
-20,80
Cao trình chân lớp (m)
K1 - 13
26,0 - 26,2
-20
-22
K - 13: Số hiệu lỗ khoan - Số hiệu mẫu; 26,0 - 26,2:
Chiều sâu lấy mẫu (m)
LIÊN ĐOÀN QH & ĐT TNN MIỀN NAM
-24
Người làm: KS Phạm Xuân Thành
TRƯỜNG TIỂU HỌC TÂN
HƯƠNG B
TÂN HƯƠNG, CHÂU THÀNH,
TIỀN GIANG
-26
CNNV:
KCS:
-28
KS
MẶT CẮT ĐCCT
Tiền Giang, ngày
tháng
Giám Đốc
30,
-30
HỒ SƠ
KHẢO SÁT ĐCCT
KS Huỳnh Văn Tồn
năm 2009
TỶ LỆ
Bản vẽ số: 08 20
1/200
K1
CAO TRÌNH (m)
Lớp 8- Cát hạt trung màu vàng
Kiểm tra: KS Nguyễn Thị Cẩm Chi
K2 - 14
27,0 27,2
K1 - 14
28,0 - 28,2
SỐ HIỆU HỐ KHOAN
Lớp 7- Sét màu nâu. Trạng thái nửa cứng
ĐOÀN QH & ĐT TNN 803
K2 - 13
25,0 - 25,2
-24
-30
-16
K2 - 10
19,0 19,2
K2 - 11
21,0 21,2
K2 - 12
23,0 - 23,2
-20
-28,40
Lớp 6- Sét pha màu nâu, xám trắng. Trạng thái dẻo cứng
-12
-14
K2 - 9
17,0 17,2
K1 - 10
20,0 - 20,2
-28
Lớp 5- Sét màu nâu, đốm xanh. Trạng thái nửa cứng
-10
K2 - 8
15,0 15,2
7
-18
-26
Lớp 4- Sét màu xám nâu, đốm đỏ. Trạng thái dẻo cứng
K2 - 7
113,0 13,2
K1 - 9
18,0 -
-19,40
-8
K2 - 6
11,0 11,2
K1 - 6
12,0 -11,70
-6
K2 - 5
9,0 - 9,2
5
-10
-12
Lớp 3- Bùn sét màu xám đen
K2 - 4
7,0 - 7,2
K1 - 4
8,0 - 8,2
K1 - 5
10,0 -
-4
Lớp 1- Cát bụi màu vàng
Lớp 2- Bùn cát pha màu xám nâu
K1 - 3
6,0 - 6,2
-5,50
-8
-2
K2 - 3
5,0 - 5,2
K1 - 2
4,0 - 4,2
-4,00
GHI CHUÙ
0
K2 - 2
3,0 - 3,2
K1 - 1
2,0 - 2,2
-1,10
-2
-4
K2 - 1
1,0 - 1,2
0,10
KHOAÛNG CÁCH (m)
Ký hiệu bản vẽ :
ĐC 09-20
Hình 1-1: Địa chất của một cơng trình tại khu vực huyện Châu Thành - Tiền Giang
(Nguồn: Đoàn Qui hoạch và Điều tra tài nguyên nước 803 – Năm 2009)
4
Mặt cắt địa chất cơng trình
GHI CHÚ
HK4 - 1
1,0 - 1,2
0
-0,15
HK1 - 1
1,8 - 2,0
-2
HK1 - 2
3,8 - 4,0
-4
0
HK4 - 2
2,8 - 3,0
-2
Lớp 1- Đất Đắp: Sét pha
HK4 - 3
4,8 - 5,0
-4
Lớp 2- Bùn sét pha màu xám đen
-6
Lớp 3- Bùn sét màu xám xanh
HK1 - 3
5,8 - 6,0
HK4 - 4
6,8 - 7,0
HK1 - 4
7,8 - 8,0
HK4 - 5
8,8 - 9,0
-8
Lớp 4- Sét pha màu nâu, đốm trắng. Trạng thái dẻo cứng
-10
HK1 - 5
9,8 - 10,0
HK4 - 6
10,8 -
-10
Lớp 5- Cát pha màu nâu vàng. Trạng thái dẻo
-12
HK1 - 6
11,8 - 12,0
HK4 - 7
12,8 - 13,0
-12
Lớp 6- Cát hạt nhỏ màu xám vàng
HK4 - 8
14,8 -
-14
-6
-8
-8,95
-14
HK1 - 7
13,8 - 14,0
-13,95
-16
HK1 - 8
15,8 - 16,0
-18
HK1 - 9
17,8 - 18,0
-20
HK1 - 10
19,8 - 20,0
-20,45
-22
-22,15
HK1 - 11
21,8 - 22,0
-26
HK1 - 13
25,8 - 26,0
-28
HK1 - 14
27,8 - 28,0
-28,95
HK1 - 15
29,8 - 30,0
30,00
-16
HK4 - 10
18,8 -
-18
HK4 - 11
20,8 - 21,0
-20
HK4 - 12
22,8 - 23,0
-22
-
HK4 - 13
24,8 - 25,0
HK1 - 12
23,8 - 24,0
-24
-30
HK4 - 9
16,8 - 17,0
-24
HK4 - 14
26,8 - 27,0
HK4 - 15
29,8 - 30,0
Cao trình chân lớp (m)
HK
413
24,
HK4 - 13: Số hiệu lỗ khoan - Số hiệu mẫu;
24,8 - 25,0: Chiều sâu lấy mẫu (m)
-26
-28
ĐOÀN QUY HOẠCH VÀ ĐIỀU TRA
TÀI NGUYÊN NƯỚC 803
Ngêi lµm: KS inh Th Hiờn
30,0
0
-32
-32
-34
-34
Kiểm tra:
KS Huỳnh Văn Toàn
KCS:
KS
HUYN Gề CễNG ễNG,
TNH TIN GIANG
KS Trn Thanh Cnh
CNNV:
-30
CU NG
NGUYN VN
Tiền Giang, ngày
tháng
H S
KHO ST CCT
MT CT CCT
TUYN I - I
năm 2009
Giám đốc
T L
1/100
S HIỆU HỐ KHOAN
KH1
CAO TRÌNH (m)
1,05
Bản vẽ số:
09 - 23
KHOẢNG CÁCH (m)
Ký hiệu bản vẽ :
Hình 1-2: Địa chất cơng trình tại khu vực huyện Gị Cơng Đơng - Tiền Giang
(Nguồn: Đoàn Qui hoạch và Điều tra tài nguyên nước 803 – Năm 2009)
ĐC 09-23
5
1.2. ĐẶC ĐIỂM VỀ KHÍ HẬU, THUỶ VĂN
Khu vực ĐBSCL nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, mỗi
năm có hai mùa mưa và nắng nóng, hướng gió chính thay đổi theo mùa. Số liệu về
khí hậu và thủy văn như sau:
-
Nhiệt độ khơng khí:
+
+
Nhiệt độ cao nhất trung bình: 31,2oC;
+
Nhiệt độ thấp nhất trung bình: 23,8oC;
+
Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối : 37,6oC;
+
-
Nhiệt độ trung bình: 27oC;
Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối: 17,8oC.
Độ ẩm khơng khí:
+
+
Độ ẩm cao nhất trung bình: 95%;
+
Độ ẩm thấp nhất trung bình: 61%;
+
-
Độ ẩm trung bình: 82%;
Độ ẩm thấp nhất tuyêt đối: 31%.
Mưa:
+
+
Lượng mưa năm lớn nhất: 2304 mm;
+
Lượng mưa năm nhỏ nhất: 1.115 mm;
+
Lượng mưa trung bình hàng tháng: 276 mm;
+
Lượng mưa ngày lớn nhất: 179,9 mm;
+
-
Lượng mưa trung bình hàng năm: 1.629 mm;
Lượng mưa liên tục 1 đợt lớn nhất: 90,5 mm.
Nắng:
+
Số giờ nắng trung bình một ngày: 7,1 giờ;
+
Số giờ nắng nhiều nhất 1 ngày: 11,8 giờ.
-
Bốc hơi: Lượng bốc hơi trung bình năm: 1.148 mm.
-
Gió: Hướng gió chủ đạo
+
Tây - Tây Nam vào mùa Hè;
6
+
Đơng - Đơng Nam vào mùa Đơng;
+
Tốc độ gió trung bình: 1,8 m/s;
+
Tốc độ gió mạnh nhất: 31m/s.
Nhìn chung, khí hậu khu vực ĐBSCL chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới - gió
mùa - nóng ẩm, hình thành 2 mùa rõ rệt trong năm:
+
Mùa mưa bắt từ tháng 5 đến tháng 10;
+
Mùa nắng bắt đầu tư tháng 11 đến tháng 4 năm sau.
1.3. TÁC ĐỘNG CỦA ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU, ĐỊA CHẤT VÀ THUỶ VĂN
TỚI CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐƯỜNG BỘ
ĐBSCL là vùng đất thấp ven biển của Việt Nam, sẽ là khu vực bị tác hại nặng
nề nhất do biến đổi khí hậu (BĐKH) tồn cầu gây ra.
Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới, Việt Nam là một trong những quốc gia
bị ảnh hưởng nhiều khi mực nước biển dâng cao do tác động của BĐKH. Trên 12%
bờ biển của Việt Nam sẽ bị ngập sâu dưới mực nước biển 1 mét. ĐBSCL là những
vùng trũng nên bị ảnh hưởng nhiều nhất khi xảy ra ngập lụt, xâm nhập mặn và các
hiện tượng thời tiết xấu.
Theo dự đoán của Chương trình phát triển Liên Hiệp Quốc (UNDP), các tác
động trên sẽ gây thiệt hại khoảng 17 tỉ đồng mỗi năm và khiến khoảng 17 triệu
người khơng có nhà. Còn Văn phòng quản lý điều tra tài nguyên biển và môi trường
(thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường) dự báo: Mực nước biển ở Việt Nam sẽ dâng
cao từ 3 - 15 cm vào năm 2010, dâng từ 15 - 90 cm vào năm 2070.
Ngành Khí tượng Thuỷ văn các tỉnh ĐBSCL cho biết: Trong các đợt triều
cường từ cuối năm 2008 đến đầu năm 2009 đã làm cho vùng ngoài đê bao 8 tỉnh,
thành vùng lũ gồm: An Giang, Kiên Giang, Hậu Giang, Đồng Tháp, Long An, Tiền
Giang, Vĩnh Long, Cần Thơ bị ngập.
Lũ lụt đã làm ngập 25 km đường tỉnh lộ, hơn 16 km đường liên huyện và hơn
4 km bờ bao, 66 ha đất bị sạt lở xuống sông (Đồng Tháp 11,49 ha, An Giang 45,04
ha, Hậu Giang 9,96 ha)…
7
Hình 1-3: Khu vực bị ngập theo kịch bản nước biển dâng (Nguồn: Viện Khoa học
Khí tượng Thủy văn và Môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường – Năm 2009).
Đợt triều cường kết hợp mưa nhiều thời điểm giữa tháng 12/2008 làm 100.000
ha nằm ngoài các đê bao tại ĐBSCL bị ngập từ 10-:- 40 cm. Tình trạng sạt lở sâu
vào đất liền tại nhiều nơi ở hai bờ sông Tiền, sông Hậu đã làm cho việc đi lại, cuộc
sống của hàng ngàn người dân quen lấy bờ sơng làm nơi ở trở nên hết sức khó khăn.
Hình 1-4: Sạt lở đất nền một đoạn đường liên xã ở huyện Thanh Bình, Đồng Tháp
8
Hình 1-5: Nhiều khu dân cư cũng ngập tràn nước lũ
Hình 1-6: Lũ làm ngập và phá hoại hệ thống giao thông ở đồng ĐBSCL
9
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM VÀ
CƠ SỞ CHỌN KIỂM TOÁN ÁO ĐƯỜNG CHỊU NGẬP NƯỚC
2.1. TÓM TẮT NỘI DUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG
MỀM ĐANG HIỆN HÀNH TRÊN THẾ GIỚI
2.1.1. Tóm tắt q trình phát triển
Ngày nay, khi khoa học và cơng nghệ trong lĩnh vực nghiên cứu và xây dựng
đường bộ đã đạt đến đỉnh cao, lẽ tất nhiên, các phương pháp thiết kế cũng phản ảnh
đúng hơn trạng thái làm việc của mặt đường khi xe lưu thông. Và “cơ học mặt
đường” đã được hiểu theo khái niệm rộng hơn, khơng chỉ ngừng ở việc tính tốn
trạng thái ứng suất và biến dạng trong nội tại kết cấu áo đường đặt trên nền bán
không gian đàn hồi vô tận mà đề cập sâu hơn tới các nội dung liên quan như [1]:
- Ảnh hưởng của tải trọng vận chuyển;
- Tính chất của các vật liệu làm đường và đất nền khi chịu tải;
- Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu trong năm đến kết cấu áo đường và nền
đường đang khai thác.
Nhìn lại quá trình phát triển xây dựng phương pháp tính tốn kết cấu áo đường
mềm ta thấy:
Đầu tiên, dưới bánh xe, tải trọng phân bố xuống nền đường được giả thiết là
góc 450. Như vậy, ứng suất thẳng đứng σz tác dụng xuống nền đường phải không
vượt quá ứng suất cho phép σz,chf (Hình 2-1):
P
h
σ
Hình 2-1: Phân bố đều ứng suất thẳng đứng nén xuống nền đường
10
σ =
z
P
(2.1)
π. ( a + h )2
Tải trọng phân bố đều trên diện tích đường trịn tương đương có bán kính
(a+h). Khi σ ≤ σ
z,chf
, suy ra:
h≥
P
-a
π.σ z,chf
(2.2)
Khơng lâu sau, giả thiết phân bố không đều ứng suất thẳng đứng tác dụng
xuống nền đường đã được chứng minh và ứng suất thẳng đứng lớn nhất có giá trị
(xem Hình 2-2):
σ
max
= δ.σ
z
P
σ
σ
Hình 2-2: Phân bố khơng đều ứng suất thẳng đứng nén xuống nền đường
Chiều dày kết cấu áo đường được xác định theo cơng thức:
h≥
δ.P
−a
π.σ z,chf
(2.3)
Trong đó:
h: Chiều dày áo đường, (mm);
δ: Hệ số phân bố không đều ứng suất thẳng đứng tác dụng xuống nền đường, thông
thường lấy δ = 2;
P: Tải trọng truyền qua đường tròn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (N);
σz,chf: Ứng suất thẳng đứng cho phép của nền đường, (MPa);
11
σz, σmax: Ứng suất trung bình và lớn nhất (theo phương thẳng đứng) tác dụng
xuống nền đường, (MPa);
a: Bán kính diện tích đường trịn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (mm).
Năm 1941, công thức thực nghiệm xác định chiều dày kết cấu áo đường đã
được đưa vào sử dụng cho vùng Bắc Mỹ và gọi là phương pháp CBR (California
Bearing Raito). Vào thời điểm đó, PELTIER đã đưa ra cơng thức xác định [1]:
H=
100+150 P
CBR
.
(2.4)
Trong đó:
H: Tổng chiều dày kết cấu áo đường, (cm);
P: Tải trọng phân bố lên bánh xe, (tấn);
CBR: Giá trị sức chịu tải của đất nền xác định cho điều kiện thiết kế, (%).
Cách tính kết cấu áo đường theo phương pháp CBR được minh họa ở hình 2-3.
Các lớp vật liệu đưa vào kết cấu có chỉ số CBR tăng dần. Mỗi trị số đều tính được
chiều dày áo đường cịn lại. Hiệu hai chiều dày liên tiếp nhau (trước và sau) chính là
chiều dày của lớp vật liệu lựa chọn mới. Lớp trên cùng là chiều dày bố trí cho
bêtơng nhựa (BTN).
C BR = 25
C BR = 12
CBR = 6
P = 5 .0 t
CBR = 2
Hình 2-3: Trình tự thiết kế các lớp kết cấu áo đường theo phương pháp CBR
12
Để hoàn thiện phương pháp CBR, KERKHOVEN và DORMON đã đưa ra
công thức xác định chiều dày H phụ thuộc vào bán kính đường trịn tương đương
vệt tiếp xúc bánh xe (r) và tổng trục xe thiết kế (tải trọng lặp):
H=r
p(1,56 + 1, 09log N C )
−1
0,1.CBR
(2.5)
Trong đó:
H: Tổng chiều dày kết cấu áo đường, (cm);
CBR: Giá trị sức chịu tải của đất nền xác định cho điều kiện thiết kế, (%).
r: Bán kính đường trịn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (cm);
p: Áp lực vệt tiếp xúc bánh xe, (MPa);
Nc: Tổng tải trọng lặp của xe tải nặng, (tấn).
Năm 1943, IVANOV đã xây dựng phương pháp tính tốn kết cấu áo đường
mềm và được sử dụng chính thức tại Liên Xô (cũ) dưới tên gọi phương pháp
DORNII. Phương pháp này đã tạo một tiếng vang rất lớn ở các nước trong khối Xã
hội Chủ nghĩa lúc bấy giờ.
Nền tảng chính của DORNII là giá trị mơđun biến dạng tương đương yêu cầu
và xác định theo công thức [2]:
E ekv,potr =
π p
.
.K.μ
2 λ kr
(2.6)
Trong đó:
Eekv,potr: Mơ đun biến dạng yêu cầu của kết cấu áo đường, (MPa);
p: Áp lực tiếp xúc của bánh xe, (MPa);
λkr: Biến dạng tương đối giới hạn và có giá trị:
λ kr =
ΔZ kr
D
(2.7)
ΔZkr :Độ võng giới hạn của mặt đường, (mm);
D :Đường kính đường tròn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (cm);
K:Hệ số xét tới ảnh hưởng của tải trọng lặp, có giá trị:
K = 0,5 + 0,65 log(γ.Nn)
γ: Hệ số xét tới phân bố tải trọng theo làn xe, có giá trị:
(2.8)
13
γ = 2,0 đối với mặt đường một làn xe;
γ = 1,0 đối với mặt đường hai làn xe;
γ = 0,75 đối với mặt đường bốn làn xe.
Nn: Tổng trục xe thiết kế chạy cả hai chiều trong 24 giờ.
Qui đổi các loại xe thứ i khác nhau về xe tiêu chuẩn:
logN n,i =
Pi .Di
(logN i +0,77)-0,77
Pn .D n
(2.9)
Pi, Pn: Áp lực tiếp xúc của bánh xe qui đổi (thứ i) và bánh xe tiêu chuẩn;
Di, Dn: Đường kính đường tròn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe qui đổi (thứ i) và
xe tiêu chuẩn;
μ: Hệ số an toàn về cấp đường, có giá trị:
μ = 1,0 đối với đường quá độ;
μ = 1,1 đối với đường tải trọng trung bình;
μ = 1,2 đối với đường tải trọng nặng.
Tổng trục xe thiết kế Nn trong ngày (24 giờ) giúp xác định hệ số ảnh hưởng
của tải trọng lặp được tính căn cứ vào thành phần dòng xe:
k
N n = ∑ N n,i =N n,1 +N n,2 +N n,i +...N n,k
(2.10)
i=1
Hình 2-4 giới thiệu cách thay thế xác định môđun biến dạng tương đương của
hai lớp một cho hệ nhiều lớp theo DORNII.
E4
E3
E2
E1
E
1
ekv
ekv
E2
E1
ekv
E3
E2
ekv
E4
E3
ekv
ekv
ekv
E0
Hình 2-4: Tính đổi kết cấu áo đường về một lớp tương đương
(Phương pháp DORNII)
14
Môđun biến dạng tương đương của hệ hai lớp xác định từ công thức:
E1,ekv =
E1
h
2
1
n 2,5 [1- (1- 3,5 ).arctg 1 .n]
π
n
D
(2.11)
Trong đó:
E1,ekv: Mơđun biến dạng tương đương của hai lớp kề sát nhau; nền đường có
E0 (MPa), lớp trên nền đường có E1 (MPa) và h1, (mm),
n: Đặc trưng biến dạng của hệ, có giá trị:
n = 2,5
E1
E0
(2.12)
D: Đường kính đường trịn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (cm).
Để giảm thời gian tính mơđun biến dạng tương đương của tồn bộ kết cấu áo
đường, Ei,ekv thường được tính theo toán đồ.
Xác định trạng thái ứng suất và biến dạng của bán không gian đàn hồi khi chịu
tải trên diện tích trịn (thường là tải trọng đều) có ý nghĩa rất lớn về phương diện cơ
học mặt đường. Ứng suất tại một điểm cụ thể trong bán không gian được xác định
về mặt lý thuyết từ các phương trình tích phân của Boussinesq. Biểu thức tính ứng
suất thẳng đứng có dạng:
σ z = ∫ dσ z =
3z 3 P(x,y)
ds
2π ∫ r 5
(2.13)
Trong đó, P(x,y) là phương trình biểu thị tải trọng trên diện tích S (xem hình 2.5):
x
x
z
dP
M
y
P (x ,y )
dS
S
y
xM
yM
z
M
Hình 2-5: Bán khơng gian chịu tải trọng nén trên diện tích tấm trịn
