ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG PHẦN MỞ ĐẦU.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (452.09 KB, 54 trang )
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG
PHẦN MỞ ĐẦU.
*********
1. Nội dung:
- Thiết kê nền mặt đường và tính các chỉ tiêu khai thác của tuyến.
2. Tiêu chuẩn thiết kế:
- 22TCN 211-2006
3. Các số liệu ban đầu:
- Bình đồ tỉ lệ: 1/20.000.
- Khu vực thiết kế thuộc tỉnh- thành phố: Quảng Ngãi.
- Đường đồng mức chênh nhau: 10m.
- Đường cấp: IV,Đồng bằng
- Vận tốc thiết kế : Vtk=60 (Km/h)
- Lưu lượng xe hỗn hợp năm khảo sát: N2013=388(xhh/ng.đ).
- Thành phần dòng xe:
Trọng lượng trục
Loại cụm bánh
Thành
Pi(kN)
phần
Loại xe
Trục
Trục
(%)
Trục sau
Trục sau
trước
trước
Xe con
21
5
7
Xe tải nhẹ
23
18
58
Bánh đơn Bánh đơn
Xe tải
41
26
65
Bánh đơn Bánh đôi
trung
Xe tải nặng
10
50
100
Bánh đơn Bánh đôi
Xe bus
5
25
60
Bánh đơn Bánh đôi
(36 chỗ)
- Hệ số tăng xe: q=11(%)
- Năm đưa vào khai thác: 2016.
- Các số liệu khác: tự giả định.
Trang 1
Số trục
sau
1
1
2 (L<3m)
1
PHẦN I: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM.
CHƯƠNG I: THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG.
1. Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm.
1.1.Yêu cầu.
a/ Yêu cầu chung đối với kết cấu áo đường:
- Áo đường phải đủ cường độ và ổn định cường độ (cường độ ít thay đổi hoặc
không thay đổi khi chịu tác dụng của các điều kiện bất lợi).
- Mặt đường phải đảm bảo đủ độ bằng phẳng nhất định để:
+ Hệ số sức cản lăn giảm (tốc độ xe chạy tăng cao, giảm thời gian xe chạy,
giảm lượng tiêu hao nhiên liệu).
+ Tăng tuổi thọ của phương tiện (hạ giá thành vận chuyển).
- Bề mặt áo đường phải đủ độ nhám để nâng cao hệ số bám giũa bánh xe với mặt
đường nhằm tăng mức độ an toàn xe chạy.
- Áo đường càng ít sinh bụi càng tốt để:
+ Tầm nhìn của người lái xe tăng.
+ Đảm bảo vệ sinh môi trường.
b/ Yêu cầu riêng đối với kết cấu áo đường:
- Các lớp mặt:
+ Là bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng bánh xe và chịu ảnh hưởng
của các nhân tố tự nhiên. Do đó tầng mặt đòi hỏi được làm bằng các vật liệu có cường
độ cao.
+ Chiều dày các lớp mặt phụ thuộc vào tính toán cường độ, thường làm bằng
các vật liệu có gia cố chất liên kết, có kích thước hạt nhỏ.
- Các lớp móng:
+ Chủ yếu chịu tác dụng của lực thẳng đứng, truyền và phân bố lực thẳng đứng
để khi truyền xuống nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến mức độ đất nền đường có thể
chịu đựng được.
+ Chiều dày các lớp móng phụ thuộc vào tính toán cường độ, thường làm bằng
các vật liệu rời rạc, có kích thước lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết.
- Lớp đáy áo đường:
+ Vật liệu: đất cấp phối thiên nhiên, đất gia cố vôi hoặc xi măng.
+ Độ chặt: K=0.98-1.02.
+ Chiều dài tối thiểu sau lu lèn 30cm.
+ Chiều rộng: phải rộng hơn lớp móng mỗi bên 15cm ( nên làm cả nền đường)
+ Mô đun đàn hồi: vật liệu làm lớp đáy áo đường phải có mô đun đàn hồi tối
thiểu 500daN/cm2(50 Mpa)
Trang 2
1.2.Nguyên tắc thiết kế cấu tạo áo đường:
- Tuân thủ nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường nhằm tăng cường độ của nền
đất, tạo điều kiện thuận lợi để nền đất cùng tham gia chịu lực với áo đường ở mức tối
đa.
- Cấu tạo các lớp tầng mặt trên cơ sở cấp đường, lưu lượng xe chạy, tốc độ thiết kế,
điều kiện tự nhiên, điều kiện khai thác …
1.2.1: Nguyên tắc thiết kế tầng mặt:
- Căn cứ:
+ Cấp đường (Vtk),để cân nhắc chọn loại mặt đường (A1, A2, B1, B2)
+ Vật liệu địa phương.
+ Tải trọng, thành phần xe tải nặng...để chọn lớp mặt cho hợp lý.
+ Chọn vật liệu tầng mặt có khả năng chống trượt, chống bong bật...
+ Tầng mặt phải kín (không thấm nước).
- Đủ cường độ và ổn định cường độ.
- Chọn vật liệu tầng mặt có khả năng chống trượt, chống bong bật(vật liệu hạt nhỏ và
có chất liên kết).
- Tầng mặtít sinh bụi,phải kín (ít hoặc không thấm nước )
- Tầng mặt phải đảm bảo độ bằng phẳng ,đảm bảo hệ số bám giữa bánh xe và mặt
đường.
* Trong điều kiện không đảm bảo các yêu cầu phải có lớp bảo vệ ,lớp hao mòn.
* Đối với tầng mặt không yêu cầu các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều
sâu như tầng móng.
1.2.2: Nguyên tắc thiết kế tầng móng:
- Căn cứ:
+ Điều kiện địa hình, điều kiện địa chất, điều kiện thuỷ văn.
+ Điều kiện vật liệu địa phương, trên tuyến cho phép sử dụng các đoạn tuyến khác
nhau có các tầng móng khác nhau.
-Đủ cường độ và đẩm bảo cường độ.
-Tầng móng có thể chọn vật liệu rời rạc, hạt lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết.
-Chọn vật liệu sao cho cường độ (mođun đàn hồi) phải giảm dần theo chiều sâu(không
giảm đột ngột).
* Chú ý : Khi xác định chiều dày các lớp vật liệu phải đảm bảo chiều dày tối thiểu
(hmin=1,4Dmax ).
- Tỷ số mođun đàn hồi giữa hai lớp liên tiếp không lớn hơn 3 lần.
1.3.Quy trình tính toán và tải trọng tính toán:
- Quy trình thiết kế tính toán theo: 22TCN 211-06: Áo Đường Mềm-Các Yêu
Cầu Và Chỉ Dẫn Thiết Kế. [1]
- Tải trọng tính toán tiêu chuẩn:
Trang 3
+ Tải trọng trục tính toán(trục đơn-bánh đôi) Q=10T
+ Áp lực bánh xe tính toán lên mặt đường p =6(daN/cm2) =0,6 (MPa).
+ Đường kính vệt bánh xe là D=33cm.
1.4.Xác định Môđun đàn hồi yêu cầu:
1.4.1:Xác định số trục xe tính toán /làn xe sau khi quy đổi về trục tiêu chuẩn:
1.4.1.1 Đối với phần xe chạy:
-Số trục xe tính toán trên 1 làn xe N tt là tổng số trục xe đã được qui đổi về trục tính
toán tiêu chuẩn sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế trong 1 ngày đêm trên
1 làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kì bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế tùy thuộc
loại tầng mặt dự kiến chọn cho KCAĐ .
Dự kiến chọn KCAĐ cấp A1, mặt đường bê tông nhựa chặt hai lớp lớp mặt
bêtông nhựa chặt C12,5 (hàm lượng đá dăm >50%). Tuổi thọ công trình 15 năm kể từ
năm khai thác.
-Xác định lưu lượng tính toán trên 1 làn xe theo biểu thức:
P
C1.C2 .N i . i
N tt = f ∑
I =1
Ptt
k
4.4
(trục xe/ngày đêm.làn)
Trong đó:
Ntt là lưu lượng trục xe tính toán, trên 1 làn xe, trong 1 ngày đêm ở năm tính
toán. (xe/ng.đêm).
Ni là lưu lượng của loại xe i theo cả 2 chiều ở năm tính toán (xe/ng.đêm).
k số trục xe tính toán (những trục nhỏ hơn 2,5T thì bỏ qua).
pi tải trọng trục của loại xe i (chỉ tính với những trục tính toán >= 2,5T)
ptt tải trọng trục của loại xe tính toán.
C1 hệ số xét đến số trục trong 1 cụm trục .
C1=1+1,2 (m-1)
Với: m là số trục của cụm trục i
C2 là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh.
Cụm bánh xe chỉ có 1 bánh thì lấy C2=6,4.
Cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì lấy C2=1,0.
Cụm bánh có 4 bánh thì lấy C2=0,38.
f: là hệ số xét đến số làn xe.
Trường hợp tính toán
f
Đường 1 làn xe
1
Đường 2-3 làn không có dải phân cách giữa
0,55
Đường 4 làn có dải phân cách giữa
0,35
Đường ≥ 6 làn, có dải phân cách giữa
0,30
Đường cấp 4, 2 làn xe, không có dải phân cách giữa lấy f=0,55.
Trang 4
-Bảng tính trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn.
Bảng 1.1:Tính số trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn ở năm khảo sát(2013).
Loại xe
Xe
con
Xe tải
nhẹ
Xe tải
trung
Xe tải
nặng
Xe
bus
Pi (T)
Trục
trướ
c
0,5
Trục
sau
0,7
Trục
trướ
c
1,8
Trục
sau
5,2
Trục
trướ
c
Trục
sau
Loại
bánh
Bán
h
đơn
Bán
h
đơn
m
C1
C2
Ni
P
( i ) 4,4
Ptt
1
1
6,4
81.48
-
(*)
1
1
6,4
81.48
-
(*)
1
6,4
89.24
-
(*)
1
1
89.24
0.0563
5.023
Bán
1
h
đơn
Bán
1
h đôi
C1.C2.Ni.(
)4,4
2,6
Bán
h
đơn
1
1
6,4
159.0
8
0.0027
2.714
6,5
Bán
h đôi
1
1
1
159.0
8
0.1503
23.902
Trục
trướ
c
5,0
Bán
h
đơn
1
1
6,4
38.80
0.0474
11.762
Trục
sau
10,0
Bán
h đôi
2
2.2
1
38.80
1.00
85.360
2,5
Bán
h
đơn
1
1
6,4
19.4
0.0022
0.279
Trục
trướ
c
Trục
Bán
6,0
1
1
1
19.4
0.1056
sau
h đôi
Lưu lượng trục xe tính toán chưa xét hệ số làn xe ở năm khảo sát
(trục xe/ng.đ)
Lưu lượng trục xe tính toán đã xét hệ số làn xe f ở năm khảo sát
Trang 5
Pi
Ptt
2.050
131.090
72.10
N tt2013
(trục xe/ng.đ)
Ghi chú: (*) Vì tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 T) nên không xét đến khi quy đổi
-Lưu lượng trục xe tính toán đã xét hệ số làn xe ở năm khai thác (2016) (trục xe/ng.đ).
Ntt2016
× N tt
2016-2013
2013
=(1+q)
×
(trục xe/ng.đ)
= (1+0,11)3 72.10 = 98.61 (trục xe/ng.đ)
-Mặt đường bê tông nhựa có tuổi thọ 15 năm ,đưa công trình vào khai thác năm 2016
nên ta xác định được năm tính toán là 2031.
-Lưu lượng trục xe tính toán đã xét hệ số làn xe ở năm tính toán (2031) (trục xe/ng.đ)
Ntt2031
× N tt
2031-2013
2013
=(1+q)
×
(trục xe/ng.đ)
= (1+0,11)18 72.10= 471.79(trục xe/ng.đ).
* Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế Ne:
Trường
số trục dự báo ở năm đầu của thời hạn thiết kế N tt
(1
+ q )t − 1hợp biết
0
Ne =
.365.N tt
(trục/làn.ngày
q đêm) thì tính Ne theo biểu thức:
Trong đó
+ N0tt :lưu lượng trục xe tính toán ở năm đầu tiên.
+ Ne: số trục xe tiêu chuẩn tích lũy ở cuối thời hạn thiết kế.
+ Hệ số tăng xe hằng năm: q =11%.
+ Thời gian khai thác của áo đường (năm).
- Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy năm thứ 15 ở phần xe chạy là:
Ta có: Vận tốc thiết kế v=60(km/h)và cấp đường là cấp IV (Đồng bằng) nên ta chọn
kết cấu áo đường cấp cao A1.
1.4.1.2 Đối với phần lề gia cố:
Theo 3.3.3 (22TCN 211-2006): Số trục xe tính toán N tt để thiết kế KCAĐ trong trường
hợp giữa phần xe chạy và lề đường không có dải phân cách bên ,được lấy bằng 3050% số trục xe tính toán của làn xe cơ giới liền kề tùy thuộc vào việc bố trí phần xe
chạy chính.
Trang 6
Ntt(t=15 năm) =472. 0,5= 236 (trục/làn.ng.đ)
1.4.2:Xác định Eyc:
Tương ứng với tải trọng tiêu chuẩn thiết kế.Trị số mođun đàn hồi yêu cầu được xác
định theo bảng 3.4(22TCN 211-2006) tùy thuộc vào số trục xe tính toán N tt và loại
tầng mặt của KCAĐ thiết kế .Trị số tối thiểu mođun đàn hồi được xác định tùy thuộc
vào loại tầng mặt của kết cấu áo đường thiết kế.
Trị số Eyc thiết kế :Eyc = max { Eycmin , Eyc llxc }
+ Xác định Eycmin :
Dựa vào bảng3.5 của [1] (với Đường cấp IV) ta có :
Eycmin( cấp cao A1) = 130 (Mpa) cho phần xe chạy.
= 110 (Mpa) cho phần lề gia cố.
+ Xác định Eycllxc :
Sau khi biết tải trọng xe tính toán, cấp áo đường, lưu lượng trục xe tính toán trên một
làn xe trong một ngày đêm ta tra bảng 3.4 (22TCN 211-06) xác định được Eycllxc.
Bảng 1.2 : Mô đun đàn hồi yêu cầu.
Vị trí
Phần xe chạy
Phần lề gia cố
Năm
thiết
kế
15
15
Ntt
(Trục/làn. ngày
đêm)
472
236
Loại tầng
mặt
Cấp cao A1
Cấp cao A1
E ycmin
E ycllxc
(MPa)
130
110
(MPa)
176
162
Eycchọn
(MPa)
176
162
Nhận xét: Môdun đàn hồi phần lề gia cố và phần mặt đường chênh lệch nhau không
nhiều. Mặc khác, để dễ dàng trong quá trình thi công một cách đồng bộ. Hơn nữa, đôi
khi xe có thể chạy vào phần lề gia cố trong 1 số trường hợp bất lợi. Chính vì thế mà ta
thiết kế đồng bộ phần chiều dày kết cấu áo đường của cả phần xe chạy và phần lề gia
cố
1.5. Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường.
1.5.1:Quan điểm thiết kế cấu tạo :
- Xác định tên tuổi và sắp xếp thứ tự trên, dưới của các lớp vật liệu trong các
phương án kết cấu áo đường trên cơ sở chức năng và nhiệm vụ của mỗi lớp để đảm
bảo cả kết cấu áo đường thoả mãn cơ bản các yêu cầu chung.
- Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường, tạo điều kiện để nền
đất tham gia chịu lực cùng với kết cấu áo đường đến mức tối đa.
- Cấu tạo lớp mặt và trong một số trường hợp còn có lớp bảo vệ trên lớp mặt
Trang 7
nhằm hạn chế tác hại của ngoại lực đến lớp chịu lực chủ yếu của tầng mặt.
- Phải chú ý sử dụng tối đa các vật liệu tại chỗ, phế thải công nghiệp.
- Phải phù hợp với khả năng thi công thực tế, tăng nhanh tốc độ dây chuyền thi
công, cơ giới hóa, công nghiêp hóa trong quá trình xây dựng áo đường, góp phần giảm
giá thành xây dựng.
- Kết cấu nên được phân chia thành nhiều tầng lớp để phù hợp với điều kiện chịu
lực và tận dụng vật liệu rẻ tiền để làm lớp dưới.
- Chiều dày của mỗi lớp vật liệu không nhỏ hơn chiều dày tối thiểu để thi công dể
dàng và vật liệu không bị gãy vỡ cục bộ trong quá trình lu lèn và chịu tải trọng sau này
1.5.2 Đề xuất các phương án cấu tạo áo đường:
Đầu tư xây dựng một lần. Eyc = 176(Mpa).
+ Phương ánI-a:
Trang 8
PHÖÔNG AÙN IA
Kcññv.Eyc=193,6(Mpa)
E =189(MPa)
chm3
4
E =181(MPa)
chm2
3
E4=420Mpa
2
E =112(MPa)
chm1
E2=350Mpa
17
6
E3=350Mpa
E0=53Mpa
c0=0,028
34
E1=200Mpa
1
0
5
Ech=194 (MPa)
=210
Hình 1.1.5.2. Phương án I-a
0.Đất nền á sét lẫn sỏi sạn đầm chặt K98,c=0,028,ϕ=21(độ)
1.Cấp phối thiên nhiên loại A ,dày 34cm.
2. cát gia cố xi măng 8% ,dày 17 cm.
3.Bê tông nhựa chặt loại I (đá dăm >=30%), dày 6cm.
4.Bê tông nhựa chặt loại I (đá dăm >=50%), dày 5cm.
Trang 9
a=0,65
+ Phương ánI-b:
PHÖÔNG AÙN IB
Kcññv.Eyc=193,6(Mpa)
3
E3=350Mpa
14
E2=350Mpa
2
E0=53Mpa
c0=0,028
28
E1=250Mpa
1
0
5
E4=420Mpa
6
4
Ech=196 (MPa)
=210
a=0,65
Hình 1.1.5.2.Ib Phương án I-b
0.Đất nền á sét lẫn sỏi sạn đầm chặt K98,c=0,028,ϕ=21(độ)
1.Cấp phối đá dăm loại 2,dmax37.5, dày 28cm
2. cát gia cố xi măng 8% ,dày 14 cm
3.Bê tông nhựa chặt loại I (đá dăm >=30%), dày 6cm
4.Bê tông nhựa chặt loại I (đá dăm >=50%), dày 5cm
Trang 10
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG.
2.1. Đặc trưng tính toán của đất nền:
Đất nền là loại đất á sét lẫn sỏi sạn.Tra bảng B-3 phụ lục B [1] có độ ẩm tương đối
a= 0,65; mođun đàn hồi Eo=53 Mpa; c=0,028; ϕ = 210.
2.2.Các đặc trưng tính toán của vật liệu áo đường và nền đất:
STT
1
2
STT
3
4
Bảng2.1:Các đặc trưng cường độ của hai lớp bê tông nhựa.
Modul đàn hồi
Cường độ
E(Mpa) ở nhiệt độ
chịu kéo
Vật liệu
uốn Rku
10-150C
300C
600C
(Mpa)
Bê tông nhựa chặt loại I,
2000
420
300
2,6
C12 (đá dăm >=50%)
Bê tông nhựa chặt loại I,
1800
350
250
1,8
C19,5(đá dăm >=35%)
Bảng2.2:Các đặc trưng cường độ của các lớp áo đường.
Modul đàn hồi
Ru
C
Vật liệu
E
(Mpa) (Mpa)
(Mpa)
Cấp phối đá dăm loại I
300
(Dmax=25)
Cấp phối đá dăm loại II
250
(Dmax=37,5)
ϕ
(độ)
-
5
Cấp phối thiên nhiên loại A
200
-
-
-
6
Cát gia cố xi măng 8 %
350
0,7
-
-
53
-
0,028
21
7
Đất nền lẫn sỏi sạn a=0,65
2.3: Tính toán phương án Ia:
2.3.1: Tính toán theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi.
* ) Xác định Etb của các lớp áo đường:
Bảng 2.3: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương án Ia:
Lớp vật liệu
Ei
t= E2/E1
Trang 11
hi (cm) k= h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)
Cấp phối thiên nhiên
loại A
Đá dăm gia cố xi măng
Bê tông nhựa chặt loại I
(đá dăm >=35%)
Bê tông nhựa chặt loại I
(đá dăm >=50%)
200
32
32
200
600
3
11
0.344
43
275.895
350
1.27
6
0.14
49
284.41
420
1.477
5
0.1
54
295.315
H 54
= =
D 33
-Xét đến hệ số:
1,636⇒β = 1,19
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 62cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 295.315x1,19= 351.42(Mpa)
-Tính mô đun đàn hồi chung Ech của cả kết cấu bằng cách sử dụng toán đồ KOGAN.
E0
H
53
c
=
=
E
tb
D
351.42
Từ tỷ số:
1,636;
=
0,15
Ech
Etbc
- Theo toán đồ KOGAN ⇒
=0,55
Vậy Ech = 0,55x352,05=193.28 MPa
Chọn độ tin cậy thiết kế theo cấp đường K= 0,90
dv
cd
Từ độ tin cậy thiết kế xác định được hệ số cường độ về độ võng là K
=1,10
dv
cd
Vậy: Ech = 193.28(Mpa) >K
x Eyc = 1,10x176=193.6 (Mpa) =>Đạt.
2.3.2: Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt
trong nền đất.
-Kết cấu nền áo đường có tầng mặt là loại A1, A2 và B1 được xem là đủ cường
độ khi thoả mãn biểu thức :
Tax + Tav≤
Ctt
K cdtr
a)Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiểu chuẩn tính toán gây ra
trong nền đất:
+) Tính Etb của cả 4 lớp kết cấu:
Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách đổi các lớp kết cấu áo đường lần lượt
Trang 12
hai lớp một từ dưới lên theo công thức:
1 + k.t1/ 3
.
1+ k
3
Etb= E1
h1
E1
h2
E2
Trong đó: k = ; t =
;
Bảng 2.4: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương án Ia.
Lớp vật liệu
Cấp phối thiên nhiên
loại A
Đá dăm gia cố xi măng
Bê tông nhựa chặt loại I
(đá dăm >=35%)
Bê tông nhựa chặt loại I
(đá dăm >=50%)
Ei
t= E2/E1
hi (cm) k= h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)
200
32
32
200
600
3
11
0.344
43
275.895
250
0.906
6
0.14
49
272.62
300
1.1
5
0.1
54
275.027
H 54
= =
D 33
-Xét đến hệ số:
1,636⇒β = 1,19
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 62 cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 275,027 x1,2= 330.03(Mpa)
+)Tính ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong
nền đất Tax :
ϕ
τ ax
H
→ τ ax
→ Tra... toán... đô →
D
p
Etb
Echm
Trong đó :
+ φ : Góc nội ma sát của nền đất .
ϕ = 210
+ H : Tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán.
+ Echm : Mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí
tính toán, Echm = E0 = 53 Mpa.
Trang 13
+ Etb : Mô đun đàn hồi của các lớp áo đường phía trên vị trí tính toán.
ϕ = 21
τ
H 54
→
=
= 1, 636
.. → ax = 0, 017 → τ ax = 0, 021× 0, 6 = 0, 0126(Mpa )
→ tra..toánđò
D 33
p
Etb
330.03
=
= 6.22
Echm
53
0
τ av
b) Xác định
:
ϕ = 210
....
→ tra...toánđô
H = 54
→ τ av = 0, 0007(
Mpa
)
c) Xác định trị số lực dính tính toán Ctt:
Trị số Ctt được xác định theo biểu thức
Ctt = C. K1. K2 . K3
Trị số lực dính tính toán Ctt:
Ctt =0,028x0,6x0,8x1,5=0,0202 (Mpa)
d) Kiểm tra điều kiện.
K cdtr × ( τ ax + τ av )
=0,94x(0,0126+0,0007) =0,0133(Mpa) ≤ Ctt =0,0202(Mpa)
Thỏa mãn.
2.5.3:Tính toán cường độ kết cấu nền áo đường theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
trong các lớp vật liệu liền khối.
a) Điều kiện tính toán :
Theo tiêu chuẩn này, kết cấu được xem là đủ cường độ khi thỏa mãn điều kiện (3.9)
dưới đây:
σ ku ≤
Rttku
K cdku
(3.9)
σ ku
b) xác định
:
σ ku
-Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
định theo công thức (3.10):
Trang 14
được xác
σ ku = σ ku . p.kb
(3.10)
- Tính toán ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức(3.10):
*) Đối với bê tông nhựa lớp dưới :
+ Độ dày và moodul đàn hồi của khối bê tông nhựa:
Hbt=5+6=11(cm)
Ebt=
1600 × 6 + 1800 × 5
11
=1690.9(Mpa)
Tính echm của các lớp cấp phối dưới bê tông nhựa:
Bảng 2.5: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương án Ia .
Lớp vật liệu
Cấp phối thiên nhiên
loại A
Đá dăm gia cố xi măng
Ei
t= E2/E1
200
hi (cm) k= h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)
32
600
3
11
0.344
32
200
11
275.895
H 43
=
=
D 33
-Xét đến hệ số:
1,3⇒β = 1,2
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 51 cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 275.895x 1,2 = 331,07(Mpa)
-Tính mô đun đàn hồi chung Echm của cả kết cấu bằng cách sử dụng toán đồ KOGAN.
E0
H
53
c
=
=
E
tb
D
331.07
Từ tỷ số:
1,3 ;
=
0,16
Echm
Etbc
- Theo toán đồ KOGAN ⇒
=0.51
Vậy Echm = 0,51x 331.07=168.85( MPa)
-Tìm
σ ku
ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ:
Etb 1690.9
H tb 11
=
Echm 168.85 = 10.01
D
33
Từ tỷ số:
=0,33;
=
σ ku
Kết quả tra toán đồ hình 3-5 được
=1.96và với p=0,6 Mpa theo (3.10) ta có:
Trang 15
σ ku
=1.95x0,6x0,85=0.99 (Mpa)
**) Đối với lớp bê tông nhựa trên cùng.
+ Độ dày và moodul đàn hồi của khối bê tông nhựa:
Hbt=5 (cm)
Ebt=1800 (Mpa)
+Tính echm của các lớp cấp phối dưới bê tông nhựa:
Bảng 2.6: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương án Ia .
Lớp vật liệu
Cấp phối thiên nhiên
loại A
Đá dăm gia cố xi măng
Bê tông nhựa chặt loại I
(đá dăm >=35%)
Ei
t= E2/E1
200
hi (cm) k= h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)
32
32
200
600
3
11
0.343
43
275.895
1600
5.8
6
0.14
49
365.06
H 49
= =
D 33
-Xét đến hệ số:
1,48⇒β = 1,17
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 57 cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 365.06 x1,17= 427.12 (Mpa)
-Tính mô đun đàn hồi chung Echm của cả kết cấu bằng cách sử dụng toán đồ KOGAN.
E0
H
53
c
=
=
E
tb
D
427.12
Từ tỷ số:
1,48 ;
=
0,124
Echm
Etbc
- Theo toán đồ KOGAN ⇒
=0,47
Vậy Echm = 0,47x427.12=200.74( MPa)
-Tìm
σ ku
ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ:
Etb
H tb
5
1800
=
= 8.97
E
chm
D
33
200.74
Từ tỷ số:
=0,152;
=
Kết quả tra toán đồ hình 3-5 được
σ ku
=2.1 và với p=0,6 Mpa theo (3.10) ta có:
σ ku
=2.1x0,6x0,85=1.071 (Mpa)
Trang 16
Rttku
c)Xác định
:
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác định theo biểu
thức (3.11):
Rttku = k1 × k2 × Rku
(3.11)
Trong đó:
+Rku: cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán,
Rku =1,8 đối với lớp bê tông nhựa dưới.
Rku = 2,6 đối với lớp bê tông nhựa trên.
+k2:hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các nhân tố khí hậu thời
tiết, với bê tông nhựa chặt loại I lấy k2 =1,0.
+k1: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng
trùng phục;k1 được lấy theo biểu thức dưới đây:
-Đối với vật liệu bê tông nhựa:
k1 =
11,11
11,11
=
= 0.52
0,22
Ne
(1.149.106 )0,22
Vậy cường độ chịu kéo uốn tính toán của bê tông nhựa lớp dưới là :
Rttku
=0,52x1,0x1,8=0.936 (Mpa)
Vậy cường độ chịu kéo uốn tính toán của bê tông nhựa lớp trên là :
Rttku
=0,52x1,0x2,6=1,352 (Mpa)
d) Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu
thức:
Rttku
σ ku ≤ ku
K cd
(3.9)
+ Đối với lớp bê tông nhựa dưới :
σ ku = 0.99( Mpa) <
0.936
= 1( Mpa)
0,94
(thỏa mãn)
+ Đối với lớp bê tông nhựa trên:
Trang 17
σ ku = 1.071( Mpa) <
1,342
= 1, 428( Mpa )
0,94
(thỏa mãn)
Vậy kết cấu áo đường thỏa mãn điều kiện chịu kéo uốn đối với 2 lớp bê tông
nhựa.
***) Đối với đá gia cố xi măng :
Đổi các lớp phía trên(kể từ mặt lớp đá gia cố xi măng trở lên về 1 lớp) ta có:
h1=5+6=11cm
E1=
1600 × 6 + 1800 × 5
= 1690.9
11
Mpa
-Tính Ech của các lớp phía dưới lớp đá gia cố xi măng:
Tra toán đồ 3-1 để tìm Echm với
Tra toán đồ hinh 3-1 ta được
H 32
=
= 0.97
D 33
E1
Echm
và
E0
E1
=
53
200
=0.265
=0.55 vậy được
Echm=0.55.200=110 Mpa
σ ku
Tìm
ở đáy lớp đá gia cố xi măng bằng cách tra toán đồ hinh 3-6 với
H 22
=
= 0.667
D 33
E1 1690.9
E 600
=
= 2.82 2 =
= 5.45
E2
600
E3 110
:
;
Kết quả tra toán đồ hình 3.6 được
σ ku
=0.465
Với p=0.6 tính ứng suất kéo uốn lớn nhật phát sinh ở đáy lớp đá gia cố xi măng theo
công thức:
σ ku
=0.465x0,6x0,85=0.237 (Mpa)
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối của tầng móng được xác định
theo biểu thức (3.11):
Rttku = k1 × k2 × Rku
(3.11)
Trong đó:
Trang 18
.k1=
2.86
= 0.62
(1.149 ×106 ) 0.11
K2=1,
Rtt ku = k1 × k2 × Ru
Vậy
=0.62x1x0.8=0.4986Mpa
σ ku = 0, 237( Mpa) <
0, 496
= 0,528( Mpa)
0,94
Như vậy,
(thỏa mãn)
Kết cấu dự kiến thiết kế đảm bảo đủ cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với
lớp đá gia cố xi măng.
Kếtluận:
Kết cấu dự kiến đảm bảo được tất cả các điều kiện kiểm tra,do đó có thể chấp nhận
làm kết cáu thiết kế.
2.4: Tính toán phương án Ib:
2.6.1: Tính toán theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi.
* ) Xác định Etb của các lớp áo đường:
Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách đổi các lớp kết cấu áo đường lần lượt hai
lớp một từ dưới lên theo công thức:
1 + k.t1/ 3
.
1+ k
3
Etb= E1
h1
E1
h2
E2
Trong đó: k = ; t =
;
Bảng 2.7: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương ánIb:
Lớp vật liệu
Cấp phối đá dăm loại II
(Dmax=37,5)
Cát gia cố xi măng (8%)
Bê tông nhựa chặt loại I
C19 (đá dăm >=35%)
Bê tông nhựa chặt loại I
C12,5 (đá dăm >=50%)
Ei
t= E2/E1
hi (cm)
k= h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)
32
32
250
250
350
1.4
11
0.344
43
273.48
350
1.28
7
0.163
50
283.46
420
1.482
5
0.1
55
294.43
Trang 19
H 55
=
=
D 33
-Xét đến hệ số:
1,667⇒β = 1,19
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 55cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 294.43x1,19= 350.37 (Mpa)
-Tính mô đun đàn hồi chung Ech của cả kết cấu bằng cách sử dụng toán đồ KOGAN.
E0
H
53
c
=
=
E
tb
D
350.37
Từ tỷ số:
1,667;
=
0,151
Ech
Etbc
- Theo toán đồ KOGAN ⇒
=0,565
Vậy Ech = 0,565x350.37 =197.96 MPa
Chọn độ tin cậy thiết kế theo cấp đường K= 0,90
dv
cd
Từ độ tin cậy thiết kế xác định được hệ số cường độ về độ võng là K
=1,10
dv
cd
Vậy: Ech = 197,96(Mpa) >K
x Eyc = 1,10x176=193,6 (Mpa) =>Đạt.
2.4.2: Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt
trong nền đất.
-Kết cấu nền áo đường có tầng mặt là loại A1, A2 và B1 được xem là đủ cường
độ khi thoả mãn biểu thức :
Tax + Tav≤
Ctt
K cdtr
a)Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiểu chuẩn tính toán gây ra
trong nền đất:
+) Tính Etb của cả 4 lớp kết cấu:
Moodun đàn hồi Ei của các lớp được lấy ở 60oC .
Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp bằng cách đổi các lớp kết cấu áo đường lần lượt
hai lớp một từ dưới lên theo công thức:
Etb= E1
1 + k.t1/ 3
.
1+ k
3
Trang 20
h1
h2
E1
E2
Trong đó: k = ; t =
;
Bảng 2.8: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương ánIb.
Lớp vật liệu
Cấp phối đá dăm loại II
(Dmax=37,5)
Cát gia cố xi măng (8%)
Bê tông nhựa chặt loại I
C19 (đá dăm >=35%)
Bê tông nhựa chặt loại I
C12,5 (đá dăm >=50%)
Ei
t= E2/E1
hi (cm)
k= h2/h1 Htb(cm) Etb(Mpa)
32
32
250
250
350
1.4
11
0.344
43
273.48
250
0.914
7
0.163
50
270.1
300
1.11
5
0.1
55
272.72
H 55
=
=
D 33
-Xét đến hệ số:
1,667⇒β = 1,19
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 55cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 272,72x1,19= 324,53(Mpa)
+)Tính ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong
nền đất Tax (Tra toán đồ hình 3-2 trang 46 22TCN211-06)
ϕ
H
→
D
Etb
Echm
o
⇒
Tax
⇒ Tax
p
Tra toán đồ:
Trong đó :
+ φ : Góc nội ma sát của nền đất .
ϕ = 210
+ H : Tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán.
Trang 21
+ Echm : Mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí
tính toán, Echm = E0 = 53 Mpa.
+ Etb : Mô đun đàn hồi của các lớp áo đường phía trên vị trí tính toán.
21
H 55
→
=
= 1, 667 →
D 33
Etb
324,53
=
= 6,123
Echm
53
o
⇒
Tax
= 0, 018 ⇒ Tax = 0,018.0,6 = 0, 0108( Mpa)
p
Tra toán đồ:
b) Xác định Tav :
ϕ = 210
→
H = 55
Tra toán đồ:Tav=0,0007(Mpa)
c) Xác định trị số lực dính tính toán Ctt:
Trị số Ctt được xác định theo biểu thức
Ctt = C. K1. K2 . K3
Trị số lực dính tính toán Ctt:
Ctt =0,028x0,6x0,8x1,5=0,0202 (Mpa)
d) Kiểm tra điều kiện.
K cdtr × ( τ ax + τ av )
=0,94x(0,018+0,0007) =0,0176(Mpa) ≤ Ctt =0,0202(Mpa)
Thỏa mãn.
2.4.3:Tính toán cường độ kết cấu nền áo đường theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
trong các lớp vật liệu liền khối.
a) Điều kiện tính toán :
Trang 22
Theo tiêu chuẩn này, kết cấu được xem là đủ cường độ khi thỏa mãn điều kiện (3.9)
dưới đây:
Rttku
σ ku ≤ ku
K cd
(3.9)
σ ku
b) xác định
:
σ ku
-Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
được xác
định theo công thức (3.10):
σ ku = σ ku . p.kb
(3.10)
- Tính toán ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức(3.10):
*) Đối với bê tông nhựa lớp dưới :
+ Độ dày và moodul đàn hồi của khối bê tông nhựa:
Hbt=7+5=12(cm)
Ebt=
1600 × 7 + 1800 × 5
7+5
=1683.3 (Mpa)
+Tính echm của các lớp cấp phối dưới bê tông nhựa:
Bảng 2.9: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương án Ib .
Lớp vật liệu
Cấp phối đá dăm loại II
(Dmax=37,5)
Cát gia cố xi măng (8%)
Ei
t= E2/E1
hi (cm)
250
350
k= h2/h1
32
1.4
H 43
= =
D 33
11
0.344
Htb(cm)
Etb(Mpa)
32
250
43
273.48
-Xét đến hệ số:
1,3⇒β = 1,144
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 43 cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 273.48 x 1,144= 312, 86(Mpa)
-Tính mô đun đàn hồi chung Echm của cả kết cấu bằng cách sử dụng toán đồ KOGAN.
E0
53
H
=
c
=
Etb 312,86
D
Từ tỷ số:
1,3 ;
=
0,169
Trang 23
Echm
Etbc
- Theo toán đồ KOGAN ⇒
=0,51
Vậy Echm = 0,51 x312,86=159,56 ( MPa)
σ ku
-Tìm
ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán đồ hình 3.5 trang 50
22TCN211-06:
Etb 1683.3
H tb 11
=
=
Echm 159,56
D
33
Từ tỷ số:
=0,333
=
10.55
Kết quả tra toán đồ hinh 3-5 được
σ ku
=1,81 và với p=0,6 Mpa theo (3.10) ta có:
σ ku
=1,81x0,6x0,85=0,923(Mpa)
**) Đối với lớp bê tông nhựa trên cùng.
+ Độ dày và moodul đàn hồi của khối bê tông nhựa:
Hbt=5 (cm)
Ebt=1800 (Mpa)
+Tính echm của các lớp cấp phối dưới bê tông nhựa:
Bảng 2.10: Tính đổi Etb của các lớp vật liệu phương án Ib .
Lớp vật liệu
Cấp phối đá dăm loại II
(Dmax=37,5)
Cát gia cố xi măng (8%)
Bê tông nhựa chặt loại I
C19 (đá dăm >=35%)
Ei
t= E2/E1
hi (cm)
250
k= h2/h1
32
Htb(cm)
Etb(Mpa)
32
250
350
1.4
11
0.344
43
273.48
1800
6.581
7
0.163
50
386.8
H 50
= =
D 33
-Xét đến hệ số:
1,52⇒β = 1,180
-Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 48 cm có môđul
đàn hồi trung bình :
Ectb = Etb x β = 386,8x1,180= 456,424(Mpa)
-Tính mô đun đàn hồi chung Echm của cả kết cấu bằng cách sử dụng toán đồ KOGAN.
E0
H
53
c
=
=
E
tb
D
456.424
Từ tỷ số:
1,52;
=
0,116
Trang 24
Echm
Etbc
- Theo toán đồ KOGAN ⇒
=0,45
Vậy Echm = 0,45x456,424=205,39 ( MPa)
σ ku
-Tìm
ở đáy lớp bê tông nhựa lớp trên bằng cách tra toán đồ:
Etb
1800
H tb
5
=
=
Echm 205,39
D
33
Từ tỷ số:
=0,151;
=
8.76
Kết quả tra toán đồ hình 3-5 được
σ ku
=1,87 và với p=0,6 Mpa theo (3.10) ta có:
σ ku
=1,87x0,6x0,85=0,95 (Mpa)
Rttku
c)Xác định
:
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác định theo biểu
thức (3.11):
Rttku = k1 × k2 × Rku
(3.11)
Trong đó:
+Rku: cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán,
Rku =1,8 đối với lớp bê tông nhựa dưới.
Rku = 2,6 đối với lớp bê tông nhựa trên.
+k2:hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các nhân tố khí hậu thời
tiết, với bê tông nhựa chặt loại I lấy k2 =1,0.
+k1: hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng
trùng phục;k1 được lấy theo biểu thức dưới đây:
-Đối với vật liệu bê tông nhựa:
k1 =
11,11
11,11
=
= 0,52
0,22
Ne
(1.149.106 )0,22
Vậy cường độ chịu kéo uốn tính toán của bê tông nhựa lớp dưới là :
Rttku
=0,52x1,0x1,8=0.936(Mpa)
Vậy cường độ chịu kéo uốn tính toán của bê tông nhựa lớp trên là :
Rttku
=0,52x1,0x2,6=1,352(Mpa)
Trang 25
