Đồ Án Thiết Kế Đường 2 - Theo Tiêu Chuẩn Mới
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (306.45 KB, 28 trang )
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Chơng i
Lựa chọn đề xuất giảI pháp thiết kế
Kết cấu áo đờng
1.1. Kt cu ỏo ng
1.1.1. Yờu cu kt cu ỏo ng
Các yêu cầu khi thiết kế áo đờng:
o đờng phải đảm bảo cờng độ yêu cầu và ổn định về cờng độ trong suốt thời
gian sử dụng.
Mặt đờng phải đảm bảo độ bằng phẳng tạo êm thuận cho xe chạy.
Bề mặt áo đờng phải đủ độ nhám để nâng cao hệ số bám giữa bánh xe và mặt
đờng.
Tạo điều kiện cho nền đất đợc tham gia chịu lực cùng với kết cấu áo đờng ở
mức tối đa.
Giảm tối đa lợng bụi do áo đờng gây ra, tránh ô nhiễm, áo đờng phải có sức
chịu bào mòn tốt.
Đề ra các giảp pháp luận chứng kinh tế kỹ thuật, chọn áo đờng đảm bảo các
yêu cầu trên.
1.1.2. Cỏc yờu cu thit k :
Tiêu chuẩn thiết kế đờng ô tô TCVN 4054 2005 [1]
Aó đờng mềm Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế 22 TCN 211 06 [2]
Các tiêu chuẩn liên quan đến yêu cầu về vật liệu và các tiêu chuẩn về thí
nghiệm [3]
Các tài liệu tham khảo khác:
Thiết kế đờng ô tô tâp II, IV,[4]; Thiết kế mạng lới đờng và luận chứng kinh tế
[5]; Xây dựng mặt đờng ô tô - tập1[6]
1.1.3. Tớnh toỏn kt cu ỏo ng:
-Tính toán kết cấu áo đờng là tìm ra các phơng án áo đờng thoả mãn các yêu
cầu kỹ thuật sau đó trên cơ sở lựa chọn KT- KT để chọn ra phơng án có giá
thành xây dựng và vận doanh rẻ nhất.
GVHD:Hoàng Tùng
1
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
-Khi thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng mềm, trớc hết cần căn cứ vào cấp hạng
của đờng để chọn loại cấp hạng mặt đờng
-Căn cứ vào thời hạn thiết kế và tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên
một làn xe trong suốt thời hạn thiết kế để chọn loại tầng mặt thiết kế. Ta có thể
tham khảo bảng 2-1 trong tài liêu [2] để chọn loại tầng mặt thiết kế
Đối với áo đờng có các phơng án đầu t:
Đầu t một lần: Giá thành xây dựng đắt nhng giá thành vận doanh rẻ.
Đầu t phân kì: Gá thành xây dựng rẻ nhng giá thành vận doanh đắt.
Phải luận chứng so sánh hai phơng án trên để lựa chọn phơng án tối u nhất.
1.2. Cỏc s liu thit k
1.2.1. Ti trng tớnh toỏn tiờu chun:
_Khi tính toán cờng độ của kết cấu áo đờng theo 3 trạng thái giới hạn về cờng
độ, tải trọng trục tính toán đợc quy định là trục đơn của ô tô có trọng lợng 100KN
đối với tất cả các loại áo đờng mềm
Tải trọng trục tính toán
tiêu chuẩn, P ( kN )
p lực tính toán trên mặt
đờng
D ( cm )
p ( Mpa )
100
1.2.2
ờng kính vệt bánh xe
0.6
33
Cu to v kớch thc ca cỏc loi xe ti trng thnh phn dũng xe:
(m)
6.4
<3
_
37.5
<3
_
P trục sau
( kN )
( kN )
Xe con ( 30 %)
6.4
Tải nhẹ ( 10 %)
GVHD:Hoàng Tùng
16
Kích thớc
2
K/c giữa 2
trục
K/c giữa
các trục sau
(m)
P trục trớc
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Tải trung ( 40% )
21
61.5
<3
_
Ti nng ( 20% )
35.65
100.6
<3
_
Quy luật tăng xe hàng năm là Nt = N0(1+q)t (xe/ngđ)
Trong đó, tỷ lệ tăng thành phần dòng xe tải là q = 5%
Lu lợng xe tính toán năm thứ 15:N15 = 925 xe/nđ
Lu lợng xe năm thứ nhất (N0)
925
N15 = N0 (1+q)15 N0 = (1 + 0,05)15 = 445 xeqđ/nđ
1.2.1. Tớnh toỏn lu lng xe t nm th 1 n nm th 15
Nt = N0(1+q)t
Bảng lu lợng xe các năm
Bảng 1.1
Năm
1
5
10
15
N (x/ngđ)
467
568
725
925
Số xe tai nhẹ
46
56
72
92
Số xe tải trung
187
227
290
370
Số xe tải nặng
93
114
145
185
Tiến hành xác định quy đổi tải trọng trục cho các năm tính toán ở
cuối của năm thứ 1,5,10,15:
- Quy đổi số tải trọng trục xe khác về số tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn
( hoặc quy đổi về tải trọng tính toán của xe nặng nhất )
- Mục tiêu quy đổi ở đây là quy đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục
i về số lần thông qua của tải trọng trục tính toán trên cơ sở tơng đong về tác
dụng phá hoại đối với kết cấu áo đờng:
GVHD:Hoàng Tùng
3
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
1. Việc quy đổi phải đợc thực hiện với từng cụm trục trớc và cụm trục sau của mỗi
loại xe khi nó chở đầy hàng với các quy định sau:
-
Cụm trục có thể gồm m trục có trọng lợng mỗi trục nh nhau với các cụm bánh
đơn hoặc cụm bánh đôi ( m = 1,2,3 );
-
Chỉ cần xét đến ( tức là chỉ cần quy đổi ) các trục có trọng lợng từ 25 kN trở
lên;
-
Bất kể loại xe gì khi khoảng cách giữa các trục 3,0 m thì việc quy đổi đợc
thực hiện riêng rẽ đối với từng trục;
-
Khi khoảng cách giữa các trục < 3,0 m ( giữc các trục của cụm trục ) thì quy
đổi gộp m trục có trọng lợng bằng nhau nh một trục với việc xét đến hệ số trục
C1 nh ở biểu thức dới.
2, Theo các quy định trên việc quy đổi đơc thực hiện theo các biểu thức sau:
k
N = C1 .C 2 .ni .(
i =1
P1 4.4
) ;
Ptt
Trong đó:
N là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán
sẽ thông qua đoạn đờng thiết kế trong một ngày đêm trên cả 2 chiều ( trục /
ngày đêm );
ni : là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lợng trục pi cần đợc
quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt ( trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng nhất ).
Trong tính toán quy đổi thờng lấy ni bằng số lần của mỗi loại xe i sẽ thông
qua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đờng thiết kế trong một ngày đêm
cho cả 2 chiều xe chạy;
C1 là hệ số trục đợc xác định theo biểu thức sau:
C1= 1 + 1.2(m-1);
Với m là số trục của cụm trục i
C2 là hệ số có xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh của trục
sau: với các cụm bánh chỉ có 1 bánh thì lấy C 2 = 6,4; với các cụm bánh
GVHD:Hoàng Tùng
4
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
đôi ( 1 cụm bánh gồm 2 bánh ) thì chỉ lấy C 2 = 1.0 ; với cụm bánh có 4
bánh thì lấy C2 = 0.38.
Việc tính toán đựơc thực hiện nh ở bảng dới:
Cho năm thứ nhất N1= C1.C2.ni.(Pi/100)4.4 = 121 (trục xe tiêu chuẩn/ngày đêm)
Loại xe
Tải nhẹ
Trục trớc
Trục sau
Tải trung
Trục trớc
Trục sau
Tải nặng
Trục trớc
Trục sau
Pi(kN)
16
37.5
21
61.5
35.65
100.6
ni
(xe/ng.đêm)
46
46
187
187
93
93
C1
1
1
1
1
1
1
C2
6.4
1
6.4
1
6.4
1
N1
Không qui đổi
0.8
Không quy đổi
11.7
6.8
101.6
Tơng tự ta tính cho các năm thứ 5, 10, 15. kết quả đợc thể hiện ở bảng sau:
Năm thứ
N
1
121
5
154
10
197
15
252
1.2.2. S trc xe tớnh toỏn trờn mt ln xe v trờn kt cu ỏo l gia c :
Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe đã đợc quy đổi về trục xe tính toán
tiêu chuẩn ( hoặc trục xe nặng nhất tính toán) sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn
đờng thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kỳ
bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế quy định tuỳ thuộc vào loại tầng mặt dự
kiến chọn cho kết cấu áo đờng.
Xác định theo biểu thức:
Ntt = Ntk ì fL (trục / làn.ngày đêm )
_ Với đờng cấp IV, trong phần xe chạy có 2 làn xe nhng không có dải phân
cách thì lấy fL = 0,55.
GVHD:Hoàng Tùng
5
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
_ Ntk : là tổng số trục xe quy đổi từ k loại xe khác nhau về trục xe tính toán
trong một ngày đêm trên cá 2 chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế, ở
trong đồ án này lấy là N15.vậy ta có:
Ntt = 252 ì 0.55 = 138.6 (trục / làn.ngày đêm )
Ta có bảng sau:
Năm thứ
Trục/lan .ngđ.
1
66.6
5
84.7
10
108.4
15
138.6
1.3. Xỏc nh cp hng mt ng v cỏc yờu cu cng :
Theo bảng 2-1 và bảng 2-2 trong tài liệu [2]
Kiến nghị chọn cấp hạng mặt đờng là mặt đờng cấp cao A1 có bề dày tối thiểu
của tầng mặt là 10 cm.
1.4. xut phng ỏn kt cu ỏo ng:
1.4.1. xut 2 phng ỏn kt cỏu ỏo ng hon chnh:
Dựa theo bảng 2-1 và bảng 2-2 trong tài liệu [2] kiến nghị chọn mặt đờng cấp
cao A1 ( bề dày tối thiểu là 10 cm) gồm 2 lớp bê tông nhựa (BTN): Lớp trên
là lớp BTN hạt nhỏ chiều dày là 5cm ( bảng 2-4 tài liệu [2] ) ; lóp dới là lớp
BTN hạt trung có bề dày là 7 cm ( bảng 2-4 tài liệu [2] ). Vậy tổng chiều dày
2 lớp BTN lớp mặt của kết cấu áo đờng kiến nghị chọn có bề dày là 12cm ( >
bề dày tối thiều là 10cm )
Với tầng mặt đã chọn, ta đa ra 3 phơng án kết cấu tầng móng để đa vào so
sánh lựa chọn phơng án tốt hơn ( căn cứ theo mục 2.3.2 và bảng 2-3 tài liệu
[2] ):
Phơng án I :
BTN hạt mịn chiều dày 5cm
GVHD:Hoàng Tùng
6
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
BTN hạt trung chiều dày 7cm
Cấp phối đá dăm loại I
Cấp phối thiên nhiên ( sỏi cuội )
Phơng án II :
BTN hạt mịn chiều dày 5cm
BTN hạt trung chiều dày 7cm
Cấp phối đá dăm loại I
Cấp phối đá dăm loại II
Phơng án III :
BTN hạt mịn chiều dày 5cm
BTN hạt trung chiều dày 7cm
Cấp phối đá dăm gia cố XM 6%
Cấp phối đá dăm loại II
- Các đặc trng tính toán của các lớp vật liệu và nền đất xác định theo chỉ dẫn ở các
mục 3.4.6; 3.5.5; 3.4.7 và 3.6.4 đợc tập hợp ở bảng dới
Ta có bảng đăc trng tính toán của mỗi lớp kết cấu thiết kế :
E ( MPa )
Các lớp kết cấu
Tính về Tính về tr- Tính
độ võng ợt
kéo uốn
BTN chặt loại I ( hạt
mịn đá dăm > 50% )
GVHD:Hoàng Tùng
420
300
7
1800
Rku(MPa) C(MPa
)
về
2.8
(độ)
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
BTN chặt loại I ( hạt
trung đá dăm >
35% )
350
250
1600
2.0
Cấp phối đá dăm gia
cố XM 6%
600
600
600
0.8
Cấp phối đá dăm loại
I
300
300
300
Cấp phối đá dăm loại
II
250
250
250
Cấp phối thiên nhiên(
sỏi cuội )
200
200
200
Đất nền á sét ở độ ẩm
tơng đối tính toán 0,6
42
0.03
40
0.032
24
1.4.2. Xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc:
1. Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu đợc xác định theo bảng 3-4 tài liêu [2]
tuỳ thuộc vào số trục xe tính toán Ntt xác định theo mục 1.2.4 và tuỳ
thuộc vào loại tầng mặt của lớp kết cấu áo đòng thiết kế. Số trục xe
tính toán Ntt để thiết kế kết cấu áo lề gia cố trong trờng hợp giữa
phần xe chạy chính và lề không có dải phân cách bên đợc lấy bằng
35-50% số trục xe tính toán của làn xe cơ giới liền kề tuỳ thuộc việc
bố trí phần xe chạy chính.
Ntt = 138.6 (trục/ làn.ngày đêm ) tra bảng 3-4 Eyc = 151.8
MPa
2. Trị số mô đun đàn hồi xác định theo bảng 3-4 không đợc nhỏ hơn trị
số tối thiểu quy định trong bảng 3-5( tài liêu [2] ) :
GVHD:Hoàng Tùng
8
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
- Với đờng cấp IV, mặt đờng cấp cao A1 ta có trị số E yc min là 130
MPa và đối với kết cấu lề gia cố là 110 MPa
3. Vậy ta chọn Echọn = max { E min& Eyc} = max ( 151.8MPa & 130
MPa ) = 151.8 MPa
1.4.3. Hệ số độ tin cậy Kcd ( theo cấp hạng đờng ):
Dựa theo bảng 3-3 trong tài liêu [2] ta lựa chọn độ tin cậy thiết kế theo loại
và cấp hạng đờng:
- Với đờng ôtô cấp IV ta kiên nghị chọn hệ số độ tin cậy thiết kế là 0.85
( cho cả 3 phơng pháp tính toán theo trạng thái giới hạn )
Ta giả thiết bề dày của các lớp kết cấu móng đờng theo điều kiện độ võng
phải thoả mãn
Ech K cddv .Eyc = 0.85 ì 151.8 = 135.2 MPa
Giả sử Ech= K cddvEyc 15= 135.2 (MPa);
4
= 0.1212
E ch1
D 33
= 0.3(Tra toán đồ 3.1 - 22 TCN 211-06)
E ch 135.2
E1
=
= 0.322
420
E1
h1
=
Ech1 = 0.3 x 420=126 (MPa);
h2
=
D
E ch1
E2
6
= 0.1818
E ch 2
33
= 0.3213(Tra toán đồ 3.1 - 22 TCN 211-06)
E2
126
=
= 0.36
350
Ech2 = 0.3213 x 350=112.5(MPa);
Mô đuyn đàn hồi yêu cầu của lớp móng Ech2 =112.5 (MPa)
1.4.4. Cấu tạo tầng móng và chọn phơng án móng kinh tế
a. Phơng án I
Lớp 3 Cấp phối đá dăm loại I
Lớp 4 Cấp phối thiên nhiên (sỏi cuội )
Nền đất á sét
GVHD:Hoàng Tùng
9
E3=300 (MPa);
E4=200 (MPa);
E0=42 (MPa);
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Cấp
phối
đá
E3=300 (MPa);
dăm
Cấp phối thiên nhiên
E4=200 (MPa);
Đất nền á sét
Ech2 =112.5 (MPa)
loại
I
( sỏi cuội )
E0=42 (MPa)
Thay đổi chiều dày lớp 3 tính toán chiều dày lớp 4 để đáp ứng
Ech2=112.5(MPa);
Các bớc tính toán và lựa chọn chiều dày lớp 4 ta làm tơng tự phần trên và
tra Toán đồ 3.1 tài liệu [2]. Từ đó ta có bảng tính toán lựa chọn:
h3
h3/D
Ech2/E3 Ech3/E3
15
17
19
0.455
0.515
0.576
0.375
0.375
0.375
Ech3
Ech3/E4
E0/E4
0.2358 70.74 0.3537
0.2187 65.61 0.32805
0.2018 60.54 0.3027
0.21
0.21
0.21
h4
Giá thành
chọn
0.5239 17.29 18 37618.176
0.435 14.36 15 38508.225
0.3613 11.92 12 39398.274
h4/D
h4
Tra đơn giá XDCB thành phố Hà Nội 1999 ta có giá thành của lớp cấp phối đá
dăm( lớp móng trên ) nh sau:
Mã hiệu
Danh mục đơn
giá
EB.2220
Làm móng CP đá
dăm. Đờng làm
mới.
GVHD:Hoàng Tùng
VL
100
m3
NC
M
Đơn
giá
15180000 59528 671016 15910544
10
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Ta có giá thành 1 m2 đờng cấp phối đá dăm có chiều dày 1cm là 1591.0544
(đ).
Tơng tự tra đơn giá XDCB thành phố Hà Nội 1999 ta có giá thành của lớp cấp phối
sỏi cuội nh sau:
Bề dày hi
Bề dày các lớp khi thi
công
Giá
thành
(đ/m2)
18
1 lớp 18 (cm)
13752.36
15
1 lớp 15 (cm)
11460.30
12
1 lớp 12 (cm)
9168.24
Lấy giá thành trên cộng với giá của lớp cấp phối đá dăm ta đợc giá thành tính
toán cho từng phơng án bề dày nh trong bảng trên.
b. Phơng án II
Lớp 3 Cấp phối đá dăm loại I
Lớp 4 Cấp phối đá dăm loại II
Nền đất á sét
E3=300 (MPa);
E4=250 (MPa);
E0=42 (MPa);
Cấp
phối
đá
E3=300 (MPa);
dăm
loại
Ech2 =112.5 (MPa)
I
Cấp phối đá dăm loại II
E4=250 (MPa);
Đất nền á sét
(MPa);
E 0=42
Thay đổi chiều dày lớp 3 tính toán chiều dày lớp 4 để đáp ứng
Ech2=112.5(MPa);
GVHD:Hoàng Tùng
11
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Các bớc tính toán và lựa chọn chiều dày lớp 4 ta làm tơng tự phần trên và
tra Toán đồ 3.1 tài liệu [2]. Từ đó ta có bảng tính toán lựa chọn:
h4
Giá thành
chọn
0.2358 70.74 0.2830 0.168 0.433 14.289
15 47960.003
0.2187 65.61 0.2624 0.168 0.3695 12.1935 13 47929.553
0.2018 60.54 0.2422 0.168 0.3078 10.1574 11 47899.104
h3
h3/D
Ech2/E3 Ech3/E3
15
17
19
0.455
0.515
0.576
0.375
0.375
0.375
Ech3
Ech3/E4
E0/E4
h4/D
h4
Tra đơn giá XDCB thành phố Hà Nội 1999 ta có giá thành của lớp cấp phối đá
dăm( lớp móng trên ) nh sau:
Mã hiệu
Danh mục đơn
giá
EB.2220
Làm móng CP đá
dăm. Đờng làm
mới.
VL
100
m3
NC
M
Đơn
giá
15180000 59528 671016 15910544
Ta có giá thành 1 m2 đờng cấp phối đá dăm có chiều dày 1cm là 1591.0544
(đ).
Tơng tự tra đơn giá XDCB thành phố Hà Nội 1999 ta có giá thành của lớp cấp
phối đá dăm( lớp móng dới ) nh sau:
Mã hiệu
Danh mục đơn
giá
EB.2120
Làm móng CP đá
dăm. Đờng làm
mới.
VL
100
m3
NC
M
Đơn
giá
15180000 52763 830028 16062791
Ta có giá thành 1 m2 đờng cấp phối đá dăm có chiều dày 1cm là 1606.2791
(đ).
GVHD:Hoàng Tùng
12
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Lấy giá thành trên nhân với chiều dày của từng lớp kết cấu móng đờng ta có giá
thành xây dựng của từng phơng án móng nh bảng trên.
c. Xác định phơng án móng kinh tế:
Phơng án I: Chi phí nhỏ nhất là 37618.176 (đ/m2).
Phơng án II: Chi phí nhỏ nhất là 47899.104 (đ/m2).
Vậy kiên nghị chọn phơng án I là phơng án có chi phí xây dựng cho 1m2 là nhỏ
nhất cho 2 phơng án ( Phơng án I ):
Eyc=135.2 (MPa);
BTN hạt mịn
E3=300 (MPa);
chiều
dày
4cm
BTN hạt trung chiều dày 6cm
E3=250 (MPa);
Cấp phối đá dăm loại I dày 15 cm
E3=300 (MPa);
Cấp phối thiên nhiên ( sỏi cuội ) 18 cm
E4=200 (MPa);
Đất nền á sét
E0=42
(MPa);
1.5. Kiểm toán kết cấu áo đờng theo 3 trạng thái giới hạn :
1.5.1. kiểm tra cờng độ chung của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng
đàn hồi:
a. Việc đổi tầng 2 lớp một từ dới lên đợc thực hiện theo biểu thức:
E tb
GVHD:Hoàng Tùng
'
1 + k .t 1 / 3
= E1
1+ k
13
3
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Với k = h2/h1 và t =
Đồ án thiết kế đờng 2
E2
. Kết quả tính đổi đợc tính toán ở bảng dới:
E1
Lớp kết cấu
Cấp phối thiên
nhiên
Cấp phối đá dăm
loại I
Ei(MPa) t=E2/E1
hi(cm)
200
k=h2/h1
Htb(cm) Etb(Mpa)
18
18
200
300
1.50
15
0.833
33
242.12
BTN hạt trung
350
1.45
6
0.182
39
257.02
BTN hạt mịn
420
1.63
4
0.103
43
269.99
b. Việc xét đên hệ số điều chỉnh =f(H/D):
Với H/D = 43/33 = 1.333
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đợc = 1.114( H/D)0.12 = 1.153.
Vậy kết cấu nhiều lớp đựơc đa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 43 cm có mô
đun đàn hồi trung bình là E tbdc = .E tb' = 1.153 ì 269.99 = 309.3 (MPa)
c. Tính Ech của cả kết cấu:
Sử dụng toán đồ hình 3-1 trong tài liệu [2]:
Ta có :
H 43
=
= 1.303 ;
D 33
Tra toán đồ ta có:
E0
42
=
= 0.136
dc
309.3
E tb
E ch
= 0.4626 ; Vậy ta có Ech = 0.4626 ì 309.3 = 143.08
E tbdc
(MPa)
d. Nghiệm lại điều kiện 3-4 theo mục 3.4.1 tài liệu [2]
Ta phải có Ech K cddv .Eyc = 0.85 ì 159 = 135.2 MPa
Ta thấy Ech = 143.08 (MPa) > K cddv .Eyc = 135.2 MPa
Sai số là
143,08 135,2
ì 100 = 5,7% Có thể chấp nhận đợc!
135,2
GVHD:Hoàng Tùng
14
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Nh vậy kết cấu dự kiến thoả mãn điều kiện về cờng độ theo tiêu chuẩn
độ võng đàn hồi cho phép.
1.5.2. Tính kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo điều kiện cắt tr ợt trong
nền đất:
a. Tính Etb của cả 4 lớp kết cấu:
Việc tính đổi tầng từ hệ 2 lớp đợc thực hiện nh theo bảng :
Lớp kết cấu
Ei(MPa) t=E2/E1
hi(cm) k=h2/h1
Cấp phối thiên nhiên
Cấp phối đá dăm loại
I
200
300
1.50
15
BTN hạt trung
250
1.03
300
1.23
BTN hạt mịn
Htb(cm) Etb(Mpa)
18
18
200
0.833
33
242.12
6
0.182
39
243.32
4
0.103
43
248.26
b. Việc xét đên hệ số điều chỉnh =f(H/D):
Với H/D = 43/33 = 1,303
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đợc = 1.114( H/D)0.12 = 1.153.
Vậy kết cấu nhiều lớp đựơc đa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 44 cm có mô
đun đàn hồi trung bình là E tbdc = .E tb' = 1.153 ì 248.26 = 284.9 (MPa)
c. Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính
toán gây ra trong nền đất ax :
Ta có :
H 43
=
= 1,303 ;
D 33
GVHD:Hoàng Tùng
E tb 284,9
=
= 6,783
42
E0
15
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Theo biểu đồ hình 3-3 , với góc nội ma sát của nền đất là = 240 ta tra đợc
Tax
= 0,0219.
p
Vì áp lực của bánh xe tiêu chuẩn trên mặt đờng tính toán là p = 6 daN/cm2 =
0.6 MPa
Tax =0.0219 ì 0.6 = 0.01314 MPa
d. Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lợng bản thân các lớp kết cấu
áo đờng gây ra trong nền đất Tav:
Tra toán đồ hình 3-4 ta có Tav = - 0.001 MPa
e. Xác định trị số Ctt theo 3-8:
Ctt = C.K1.K2.K3
Với C của nền đất C = 0,032 MPa
Theo mục 3.5.4 thi ta có K1 = 0.6; K2 = 0.8 vì số trục xe tính toán dới 1000
trục / làn.ngày đêm, và K3 = 1.5 ( vì nền đất là nền đất á sét )
Ctt = 0.032 ì 0.6 ì 0.8 ì 1.5 = 0.023 MPa
f. Kiểm toán lại điều kiện tính toán cơng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt
trong nền đất ( biểu thức 3-7):
Với đờng cấp IV, độ tin cậy khi sử dụng là 0,85 do vậy theo bảng 3-7 ta có giá
trị Kcdtr = 0.9 và với các trị số Tax và Tav tính đợc ở trên ta có :
Tax + Tav = 0.01314 0.001 = 0.01214 MPa
C tt
0.023
=
= 0,02555 MPa
tr
0 .9
K cd
Ta thấy Tax + Tav = 0.01214 MPa <
C tt
= 0,02555 MPa
K cdtr
Do đó nền đất đảm bảo điều kiện trợt.
GVHD:Hoàng Tùng
16
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
1.5.3. Tính kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo điều kiện cắt tr ợt trong
cấp phối thiên nhiên:
a. Tính Etb của cả 3 lớp kết cấu bên trên lớp CPSC:
Việc tính đổi tầng từ hệ 2 lớp đợc thực hiện nh theo bảng :
Lớp kết cấu
Ei(MPa) t=E2/E1
Cấp phối đá dăm loại
300
I
hi(cm) k=h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)
15
15
300.00
BTN hạt trung
250
0.83
6
0.400
21
285.09
BTN hạt mịn
300
1.05
4
0.190
25
287.44
Với H/D = 25/33 = 0.7576
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đợc = 1.114( H/D)0.12 = 1.077.
Vậy kết cấu nhiều lớp đựơc đa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 25 cm có mô
đun đàn hồi trung bình là E tbdc = .E tb' = 1.077 ì 287.44 = 309.7 (MPa)
b. Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính
toán gây ra trong móng cấp phối thiên nhiên Tax:
Ta có :
H 25
=
= 0,7576 ;
D 33
E tb 309.7
=
= 7,374
42
E0
Theo biểu đồ hình 3-3 , với góc nội ma sát của cấp phối thiên nhiên là = 400
ta tra đợc
Tax
= 0.0284.
p
GVHD:Hoàng Tùng
17
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Vì áp lực của bánh xe tiêu chuẩn trên mặt đờng tính toán là p = 6 daN/cm2 =
0.6 MPa
Tax =0.0284 ì 0.6 = 0.01704 MPa.
c. Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lợng bản thân các lớp kết cấu
áo đờng gây ra trong lớp cấp phối thiên nhiên Tav:
Tra toán đồ hình 3-4 vói chiều dày lớp trên là 25 cm ta có Tav = - 0.0018 MPa.
d. Xác định trị số Ctt theo 3-8:
Ctt = C.K1.K2.K3
Với C của cấp phối thiên nhiên C = 0,05 MPa
Theo mục 3.5.4 thi ta có K1 = 0.6; K2 = 0.8 vì số trục xe tính toán dới 1000
trục / làn.ngày đêm, và K3 = 1.5 ( vì nền đất là nền đất á sét )
Ctt = 0.05 ì 0.6 ì 0.8 ì 1.5 = 0.036 MPa
e. Kiểm toán lại điều kiện tính toán cơng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt
trong cấp phối thiên nhiên ( biểu thức 3-7):
Với đờng cấp IV, độ tin cậy khi sử dụng là 0,85 do vậy theo bảng 3-7 ta có giá
trị Kcdtr = 0.9 và với các trị số Tax và Tav tính đợc ở trên ta có :
Tax + Tav = 0.01704 0.0018 = 0.01524 MPa
C tt
0,036
=
= 0,040 MPa
tr
0,9
K cd
Ta thấy Tax + Tav = 0.01524 MPa <
C tt
= 0,040 MPa
K cdtr
Kết luận: Cấp phối thiên nhiên đảm bảo điều kiện trợt
GVHD:Hoàng Tùng
18
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
1.5.4. Tính kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
trong các lớp BTN:
a. Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu
thức 3-10:
- Đối với lớp BTN dới:
H1 = 10cm; E1 =
1600 ì 6 + 1800 ì 4
= 1680 MPa
10
Trị số Etb của 2 lớp móng cấp phối đá dăm loại I và của lớp cấp phối thiên nhiên
( đã tính toán ở trên ) là 242.12 MPa với bề dày 2 lớp này là H= 18 + 15 = 33 cm
Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh theo 3-6:
Với
H ' 33
=
= 1.0 tra bảng 3-6 đợc = 1.107; Theo 3-7 ta có
D 33
E tbdc = .E tb' = 1.107 ì 242.12 = 268.03 (MPa)
Ta có :
H 33
=
= 1.0 ;
D 33
Tra toán đồ hình 3-1 ta đợc
E0
42
=
= 0.1567
dc
268.03
E tb
E tb.m
E tbdc
= 0.425 do đó:
E ch.m = 0.425 ì E tbdc = 0.425 ì 268.03 = 113.91 (MPa)
Tìm ku ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dới bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với:
E1
1680
H 1 10
=
= 5.97
=
= 0.303 ;
E ch.m 113.90
D 33
Kết quả tra toán đồ đợc ku = 1.52 và với p = 6 MPa theo ( 3.11) ta có :
ku = 1.52 ì 0.6 ì 0.85 = 0.7752 MPa
Đối với lớp BTN trên:
GVHD:Hoàng Tùng
19
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
h1 = 4cm; E1 = 1800 MPa
Trị số Etb của 3 lớp phía dới nó đợc xác đình nh trong bảng dới:
Lớp kết cấu
Ei(MPa
)
t=E2/E
1
hi(cm
)
Cấp phối thiên nhiên
200
Cấp phối đá dăm loại
I
300
1.50
15
BTN hạt trung
1600
6.61
6
k=h2/h
1
18
Htb(cm
Etb(Mpa)
)
18
200.00
0.833
33
242.12
0.182
39
353.88
Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh theo 3-6:
Với
H ' 39
=
= 1.1818 tra bảng 3-6 đợc = 1.136 ; Theo 3-7 ta có:
D 33
E tbdc = .E tb' = 1.136 ì 353.88 = 402 (MPa)
Tra toán đồ hình 3-1 để tìm E ch.m ở đáy lớp BTN hạt mịn:
E0
42
=
= 0.1045
dc
402
E tb
H 39
=
= 1.1818 ;
D 33
Ta xác định đợc
E tb.m
= 0.382 vậy E ch.m = 0.425 ì E tbdc = 0.382 ì 402 = 153.56
E tbdc
(MPa)
Tìm ku ở đáy lớp bê tông nhựa lớp trên bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với:
E1
1800
H1 4
=
= 11.72
=
= 0.1212 ;
E ch.m 153.56
D 33
Kết quả tra toán đồ đợc ku = 2.6 và với p = 6 MPa theo ( 3.11) ta có :
ku = 2.6 ì 0.6 ì 0.85 = 1.326 MPa
GVHD:Hoàng Tùng
20
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
b. Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp BTN theo biểu
thức 3-9:
- Xác định cờng độ chịu kéo uốn tính toán của các lớp bê tông nhựa theo 3-12:
K1 =
11,11
Ne
0.22
=
11,11
= 0.57
[0.73 ì 10 6 ] 0.22
Theo muc 3.6.3 trong trờng hợp này lấy k2 = 1.0
Vậy cờng độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN lớp dới là :
R kutt = k1 .k 2 .R ku = 0.57 ì 1.0 ì 2.0 = 1.14 MPa
Và cờng độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN lớp trên là :
R kutt = k1 .k 2 .R ku = 0.57 ì 1.0 ì 2.8 = 1.596 MPa
Kiểm toán điều kiện theo biểu thức ( 3.9 ) với hệ số K cdtr = 0.9 ứng với trờng hợp độ
tin cậy = 0.85
Với lớp bê tông nhựa dới :
ku = 0,7752 MPa <
1.14
= 1,267 MPa
0.9
Với lớp bê tông nhựa trên :
ku = 1,326 MPa <
1.596
= 1,773MPa
0.9
Vậy kết cấu dự kiến đạt đợc điều kiện 3.9 đối với cả hai lớp bê tông nhựa .
1.6. Cỏc yờu cu v cu to :
1.6.1. Yờu cu v nhỏm:
Đờng là đờng cấp thiết kế là cấp IV, tốc độ thiết kế là 60 Km/h bố trí tầng mặt
là mặt đờng cấp cao A1 theo 2.2.3 trong tài liệu [2] phải bố trí lớp tạo nhám
GVHD:Hoàng Tùng
21
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
kiêm chức năng lớp hao mòn tạo phẳng dày 1,5 3 cm bằng bê tông nhựa có
độ nhám cao ( theo 22 TCN 345 06 )
1.6.2. Yờu cu v bng phng:
Aó đờng phần xe chạy cho ôtô và áo lề đờng gia cố có cho xe thô sơ đi phải
đảm bảo bề mặt đạt đựơc độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đa đờng
vào khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI
Tốc độ xe chạy 60Km/h
Với đờng xây dựng mới chỉ số IRI yêu cầu
2.5 ( m/Km)
Kết luận : Kiến nghị chọn kết cấu áo đờng :
Eyc=143.08 (MPa);
BTN hạt mịn chiều dày 4cm
E3=300 (MPa);
BTN hạt trung chiều dày 6cm
E3=250 (MPa);
Cấp phối đá dăm loại I dày 15 cm
E3=300 (MPa);
Cấp phối thiên nhiên ( sỏi cuội ) 18 cm
E4=200 (MPa);
Đất nền á sét (a =0.6)
E0=42 (MPa);
2. Gii phỏp u t phõn k:
Cần xét đến phơng án phân kỳ đầu t trong thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng.
Trên cơ sở phơng án cho quy hoạch tơng lai cần dự tính biện pháp tăng cờng bề
dày đê tăng khả năng phục vụ của áo đờng phù hợp với yêu cầu xe chạy tăng
dần theo thời gian.
GVHD:Hoàng Tùng
22
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Thời gian cho phơng án đầu t phân kỳ ở đây có thể từ 4 7 năm ; Khi đó ta
sử dụng 2 lớp móng dới nh đã chọn của phơng án đầu t tập trung, còn lớp mặt ta
láng nhựa 3 cm:
Năm tính
toán
1
5
10
15
Ntt
(trục/ngđ)
85.05
107.38
143.70
192.30
Cấp mặt đờng
B1
A2
A1
A1
Eyêu cầu
(MPa)
90.40
122.96
152.68
159.00
Emin
(MPa)
75.0
100
130
130
Echọn
(MPa)
90.40
122.96
152.68
159.00
Chọn phơng án đầu t phân kỳ, ta chọn kết cấu nh sau:
Làng nhựa 3 lớp dày 3 cm
Cấp phối đá dăm loại I dày 15 cm
E3=300 (MPa);
Cấp phối thiên nhiên ( sỏi cuội ) 18 cm
E4=200 (MPa);
Đất
nền
á
sét
(a
=0.6)
E0=42 (MPa);
a. Việc đổi tầng 2 lớp một từ dới lên đợc thực hiện theo biểu thức:
E tb
Với k = h2/h1 và t =
'
1 + k .t 1 / 3
= E1
1+ k
3
E2
. Kết quả tính đổi đợc tính toán ở bảng dới:
E1
Lớp kết cấu
Ei(MPa)
Cấp phối thiên
nhiên
200
GVHD:Hoàng Tùng
t=E2/E1
hi(cm)
18
23
k=h2/h1
Htb(cm) Etb(Mpa)
18
200
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
Đồ án thiết kế đờng 2
Cấp phối đá dăm
loại I
300
Láng nhựa 2 lớp
Không
tính
1.50
15
0.833
3
33
242.12
36
b. Việc xét đên hệ số điều chỉnh =f(H/D):
Với H/D = 33/33 = 1.0
Tra bảng 3-6 tài liệu [2] ta đợc = 1.114( H/D)0.12 = 1.107.
Mô đun đàn hồi trung bình là E tbdc = .E tb' = 1.107 ì 242.12 = 268.03 (MPa)
c. Tính Ech của cả kết cấu:
Sử dụng toán đồ hình 3-1 trong tài liệu [2]:
Ta có :
H 13
=
= 1,0 ;
D 33
Tra toán đồ ta có:
E0
42
=
= 0.1567
dc
268.03
E tb
E ch
= 0.425 ; Vậy ta có Ech = 0.425 ì 268.03 = 113.91
E tbdc
(MPa)
d. Nghiệm lại điều kiện 3-4 theo mục 3.4.1 tài liệu [2]
Ta phải có Ech K cddv .Eyc = 0.85 ì 122.96 = 104.52 MPa
Ta thấy Ech = 113.91 (MPa) > K cddv .Eyc = 104.52 MPa
Với Eyc ở đây ta lấy ở năm thứ 5 Eyc = 122.96 MPa.
Kiểm tra ta thấy thoả mãn. Chọn phơng án đầu t phân kỳ mặt đờng
Vẽ đồ thị biểu đồ Eyc các năm:
Năm tính
toán
1
Ntt
(trục/ngđ)
85.05
GVHD:Hoàng Tùng
Cấp mặt đờng
B1
Eyêu cầu
(MPa)
90.40
24
Emin
(MPa)
75.0
Echọn
(MPa)
90.40
Trờng Đại Học Xây Dựng
Khoa Cầu Đờng
5
10
15
Đồ án thiết kế đờng 2
107.38
143.70
192.30
Eyc
A2
A1
A1
122.96
152.68
159.00
100
130
130
10
15
122.96
152.68
159.00
(MPa)
159.00
152.68
Eyc pk = 122.96
90.40
1
5
Nam
Ta chọn phơng án đầu t phân kỳ đến hết năm thứ 5; sau năm thứ 5 ta lại
chọn kết cấu áo đờng nh đã chọn ở phơng án đầu t tập trung ( áo đờng cấp
cao A1 và các chiều dày đã tính toán ở trên) .Tức là sau năm thứ 5 ta cần bổ
sung vốn để đầu t xây dng thêm lớp kết cấu mặt đờng trong phơng án đầu t
tầp trung để đáp ứng đợc lu lợng xe thiết kế năm thứ 15 ( Eyc = 159 MPa )
H1 = 4 cm
BTN hạt mịn
H2= 6 cm
BTN hạt trung
Láng nhựa tiêu chuẩn 3 lớp 3 cm
H3 = 15 cm
Cấp phối đá dăm loại I
H4 = 18 cm
Cấp phối thiên nhiên
GVHD:Hoàng Tùng
25
GĐ II
GĐ I
