22 TCN 211 - 06 áo đờng mềm - Các yêu cầu v dẫn thiết kế Mục Lục CHơng Quy định chung 1.1 Phạm vi áp dụng 1.2 Các thuật ngữ 1.3 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm v phần lề đờng có gia cố .8 1.4 Nội dung công tác thiết kế áo đờng mềm 11 1.5 Nội dung v yêu cầu công tác điều tra thu thập số liệu thiết kế 12 CHơng Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng 16 2.1 Nguyên tắc thiết kế 16 2.2 Cấu tạo tầng mặt v yêu cầu thiết kế .16 2.3 Thiết kế cấu tạo tầng móng 21 2.4 Bề dy cấu tạo lớp kết cấu áo đờng 24 2.5 Yêu cầu thiết kế khu vực tác dụng đờng: 25 2.6 Thiết kế thoát nớc cho kết cấu áo đờng v lề đờng 29 2.7 Kết cấu áo đờng phần lề gia cố, lớp phủ dải phân cách v phận khác .32 CHơng Tính toán cờng độ v bề dy kết cấu áo đờng 35 3.1 Các yêu cầu v nguyên tắc tính toán: 35 3.2 Tải trọng trục tính toán v cách quy đổi số trục xe khác số tải trọng trục tính toán .36 3.3 Số trục xe tính toán ln xe v kết cấu áo lề có gia cố 38 3.4 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng v kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn độ võng đn hồi cho phép .39 3.5 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng v kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất v lớp vật liệu dính kết 46 3.6 Tính toán cờng độ kết cấu áo đờng v kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp vật liệu liền khối 50 CHơng Thiết kế tăng cờng, cải tạo áo đờng cũ 54 4.1 Các nội dung, yêu cầu v nguyên tắc thiết kế .54 4.2 Yêu cầu việc thiết kế cấu tạo tăng cờng v mở rộng kết cấu áo đờng cũ 55 4.3 Điều tra thu thập số liệu phục vụ thiết kế tăng cờng, cải tạo áo đờng cũ 57 4.4 Tính toán cờng độ (bề dy) kết cấu tăng cờng cải tạo 59 PHụ LụC A : Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác số trục xe tính toán, tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy v cách tính tải trọng trục tơng đơng nặng xe nhiều trục 60 A.1 Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác số trục xe tính toán 60 A.2 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế 61 A.3 Cách xác định tải trọng trục tính toán xe nặng (hoặc rơ mooc) có nhiều trục theo mục 3.2.2: 61 PHụ LụC B : Xác định đặc trng tính toán đất phạm vi khu vực Tác dụng 63 B.1 Xác định độ ẩm tơng đối tính toán phạm vi khu vực tác dụng đất .63 B.2 Các trị số tham khảo đặc trng dùng tính toán đất 64 B.3 Xác định số sức chịu tải CBR v sức chịu tải trung bình CBRtb đặc trng cho phạm vi khu vực tác dụng đất 65 B.4 Các tơng quan thực nghiệm mô đun đn hồi Eo với số sức chịu tải CBR .65 B.5 Các phơng pháp xác định trị số mô đun đn hồi EO đất cách thử nghiệm phòng (theo mục 3.4.6) 66 B.6 Xác định đặc trng sức chống cắt đất (theo mục 3.5.5) 67 PHụ LụC C : Xác định đặc trng tính toán vật liệu lm lớp kết cấu áo đờng 68 C.1 Các đặc trng tính toán bê tông nhựa v hỗn hợp đá nhựa .68 C.2 Các đặc trng tính toán loại vật liệu khác 68 C.3 Thí nghiệm phòng để xác định đặc trng tính toán vật liệu có sử dụng chất liên kết .69 C.4 Thử nghiệm phòng để xác định trị số mô đun đn hồi vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên ) 71 PHụ LụC D : PHƯƠNG PHáP THử NGHIệM XáC ĐịNH MÔ ĐUN ĐN HồI CủA ĐấT V VậT LIệU áO Đờng trờng máng thí nghiệm 72 D.1 Xác định thí nghiệm đo ép ép lớn 72 D.2 Xác định phơng pháp dùng cần đo võng Benkelman 73 PHụ LụC E : Các ví dụ tính toán 74 E.1 Ví dụ I: Thiết kế kết cấu áo đờng có tầng mặt cấp cao A1 74 E.2 Ví dụ II: Thiết kế kết cấu áo đờng mềm cho đờng cấp IV có hai ln xe, mặt đờng cấp cao A2 79 PHụ LụC F : Biểu thức giải tích gần tính mô đun đn hồi Ech v ứng suất kéo uốn đơn vị ku hệ hai lớp 83 F.1 Biểu thức giải tích gần tính mô đun đn hồi Ech 83 F.2 Biểu thức giải tích gần để tính ứng suất kéo uốn đơn vị ku 83 cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc 22 TCN 211 - 06 áo đờng mềm - Các yêu cầu v dẫn thiết kế Bộ giao thông vận tải Có hiệu lực từ ngy ./ /2007 (Ban hnh kèm theo định số 52 /2006/QĐ-BGTVT ngy 28 / 12 / 2006 Bộ trởng Bộ Giao thông vận tải) CHơng Quy định chung 1.1 Phạm vi áp dụng 1.1.1 Tiêu chuẩn ny quy định yêu cầu thiết kế cấu tạo v tính toán cờng độ áo đờng mềm đờng ô tô cao tốc, đờng ô tô cấp hạng thiết kế khác nhau, đờng đô thị, đờng ô tô chuyên dụng trờng hợp áo đờng lm v trờng hợp nâng cấp, cải tạo áo đờng cũ với định nghĩa áo đờng mềm nh mục1.2.1 (áp dụng cho loại kết cấu áo đờng lm loại vật liệu khác nhau, không áp dụng cho trờng hợp kết cấu áo đờng cứng có tầng mặt lm bê tông xi măng) Ngoi áo đờng phần xe chạy, tiêu chuẩn ny quy định yêu cầu thiết kế kết cấu áo đờng phần lề có gia cố v kết cấu áo đờng đờng bên bố trí dọc đờng cao tốc dọc đờng ô tô cấp I, cấp II 1.1.2 Tiêu chuẩn ny đợc dùng lm sở tính toán đánh giá khả lm việc kết cấu áo đờng mềm tuyến đờng hữu nhằm phục vụ cho việc tổ chức khai thác, sửa chữa, bảo trì đờng 1.1.3 Cùng với tiêu chuẩn ny, thiết kế áo đờng mềm áp dụng tiêu chuẩn quy trình khác đợc chấp thuận chủ đầu t quan có thẩm quyền định 1.1.4 Khi áp dụng quy trình ny đồng thời phải tuân thủ yêu cầu thiết kế nêu Điều TCVN 4054 : 2005 v yêu cầu vật liệu tiêu chuẩn ngnh công nghệ thi công v nghiệm thu loại lớp kết cấu áo đờng vật liệu khác 1.2 Các thuật ngữ 1.2.1 Kết cấu áo đờng mềm Kết cấu áo đờng mềm (hay gọi l áo đờng mềm) gồm có tầng mặt lm vật liệu hạt vật liệu hạt có trộn nhựa hay tới nhựa đờng v tầng móng lm loại vật liệu khác đặt trực tiếp khu vực tác dụng đờng lớp đáy móng Tầng mặt áo đờng mềm cấp cao có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo phẳng lớp bảo vệ, lớp hao mòn (đây l lớp không tính vo bề dy chịu lực kết cấu m l lớp có chức hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt v trực tiếp tạo chất lợng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đờng) đến lớp mặt v lớp mặt dới l lớp chịu lực quan trọng tham gia vo việc hình thnh cờng độ kết cấu áo đờng mềm Tầng móng thờng gồm lớp móng v lớp móng dới (các lớp ny kiêm chức lớp thoát nớc) Tùy loại tầng mặt, tuỳ cấp hạng đờng v lợng xe thiết kế, kết cấu áo đờng đủ tầng lớp nêu nhng gồm một, hai lớp đảm nhiệm nhiều chức Do kết cấu áo đờng mềm l đối tợng tiêu chuẩn ny nên số điều mục viết kết cấu áo đờng (hoặc áo đờng) đợc hiểu l l kết cấu áo đờng mềm (hoặc áo đờng mềm) 1.2.2 Khu vực tác dụng đờng Khu vực ny l phần thân đờng phạm vi 80-100cm kể từ đáy kết cấu áo đờng trở xuống Đó l phạm vi đờng với kết cấu áo đờng chịu tác dụng tải trọng bánh xe truyền xuống Đờng có nhiều xe nặng chạy nh đờng cao tốc, cấp I, cấp II v đờng chuyên dụng dùng trị số lớn Trong TCVN 4054 : 2005 mục 7.1.2.1 khu vực ny đợc xác định chung l 80cm kể từ đáy áo đờng trở xuống Thuật ngữ ny tơng đơng với từ subgrade tiếng Anh chuyên ngnh 1.2.3 Kết cấu áo đờng (Hình 1-1) Kết cấu áo đờng hay kết cấu tổng thể mặt đờng gồm kết cấu áo đờng v phần khu vực tác dụng đờng dới Thiết kế tổng thể mặt đờng có nghĩa l ngoi việc trọng giải pháp thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng phải trọng đến giải pháp nhằm tăng cờng cờng độ v độ ổn định cờng độ khu vực tác dụng đờng Trong số trờng hợp (xem mục 8.3.7 TCVN 4054 : 2005) cần bố trí lớp đáy móng (hay lớp đáy áo đờng) thay cho 30cm phần đất khu vực tác dụng đờng (có nghĩa l lớp đáy móng trở thnh phần khu vực tác dụng) 1.2.4 Lớp đáy móng Lớp đáy móng có chức sau: - Tạo lòng đờng chịu lực đồng (đồng theo bề rộng), có sức chịu tải tốt; - Ngăn chặn ẩm thấm từ xuống đất v từ dới lên tầng móng áo đờng; - Tạo hiệu ứng đe để bảo đảm chất lợng đầm nén lớp móng phía trên; - Tạo điều kiện cho xe máy lại trình thi công áo đờng không gây h hại đất phía dới (nhất l thời tiết xấu) Thuật ngữ lớp đáy móng tơng đơng với từ capping layer improved subgrade tiếng Anh (Kết cấu tổng thể mặt đờng) (Subgrade) Lớp đáy móng (Capping layer) Kết cấu áo đờng Lớp móng dới (Sub-base) (Pavement structure) Lớp mặt (Surfacing) áo đờng (hay kết cấu áo đờng) Tầng mặt Tầng móng Lớp móng (Base) Khu vực tác dụng 80-100 cm Lớp tạo nhám (nếu có) Hình 1-1: Sơ đồ tầng, lớp kết cấu áo đờng mềm v kết cấu - áo đờng 1.2.5 Móng mềm L lớp móng lm loại vật liệu hạt nh cấp phối đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải công nghiệp; đá dăm; đất lớp móng lm loại vật liệu hạt có gia cố loại nhựa đờng 1.2.6 Móng nửa cứng L lớp móng lm vật liệu hạt có gia cố chất liên kết vô (xi măng, vôi, vôi v tro bay) 1.2.7 Vật liệu hạt Vật liệu hạt l tập hợp hạt rời có kích cỡ từ đến D (D l kích cỡ hạt lớn nhất) cờng độ liên kết hạt nhỏ nhiều so với cờng độ thân hạt v cờng độ chung lớp vật liệu hạt đợc đặc trng sức chống cắt trợt lớp Lớp kết cấu vật liệu hạt tính liền khối 1.2.8 Tầng mặt cấp cao A1 L loại tầng mặt có lớp mặt bê tông nhựa chặt loại I trộn nóng (theo Quy trình công nghệ thi công v nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa, 22 TCN 249) 1.2.9 Tầng mặt cấp cao thứ yếu A2 L loại tầng mặt có lớp mặt bê tông nhựa chặt loại II trộn nóng (theo Quy trình công nghệ thi công v nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa, 22 TCN 249) bê tông nhựa nguội có láng nhựa, đá dăm đen có láng nhựa lớp thấm nhập nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công v nghiệm thu mặt đờng đá dăm thấm nhập nhựa", 22 TCN 270) hay lớp láng nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công v nghiệm thu mặt đờng láng nhựa", 22 TCN 271) 1.2.10 Tầng mặt cấp thấp B1 L loại tầng mặt có lớp mặt cấp phối đá dăm, đá dăm nớc, cấp phối tự nhiên với điều kiện l phía chúng phải có lớp bảo vệ rời rạc đợc thờng xuyên tu bảo dỡng (thờng xuyên rải cát bù v quét phủ kín bề mặt lớp) 1.2.11 Tầng mặt cấp thấp B2 L loại tầng mặt có lớp mặt đất cải thiện hay đất, đá chỗ gia cố phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô với điều kiện l phía chúng phải có lớp hao mòn v lớp bảo vệ đợc tu bảo dỡng thờng xuyên 1.2.12 Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ ln xe suốt thời hạn thiết kế L tổng số trục xe quy đổi trục xe tiêu chuẩn 100 kN chạy qua mặt cắt ngang ln xe đoạn đờng thiết kế suốt thời hạn thiết kế kết cấu áo đờng Cách xác định thông số ny đợc nêu Khoản A.2 Phụ lục A 1.2.13 Lợng giao thông gia tăng bình thờng L lợng giao thông gia tăng hng năm môi trờng kinh tế - xã hội có từ trớc, cha thực dự án lm nâng cấp, cải tạo đờng v kết cấu áo đờng 1.2.14 Lợng giao thông hấp dẫn L lợng giao thông có từ trớc nhng vốn sử dụng phơng tiện vận tải khác (đờng sắt, đờng thuỷ) hay vốn tuyến đờng ô tô khác nhng sau lm đờng sau nâng cấp, cải tạo kết cấu áo đờng cũ trở nên tốt chuyển sang sử dụng đờng 1.2.15 Lợng giao thông phát sinh L lợng giao thông phát sinh thêm nhờ thuận tiện tạo việc lm đờng (lm kết cấu áo đờng tốt hơn) v đờng có tác dụng thúc đẩy thêm phát triển kinh tế - xã hội vùng 1.3 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm v phần lề đờng có gia cố 1.3.1 Các yêu cầu Kết cấu áo đờng mềm ln xe chạy v kết cấu phần lề gia cố phải đợc thiết kế đạt yêu cầu dới đây: Trong suốt thời hạn thiết kế quy định mục 1.3.2, áo đờng phải có đủ cờng độ v trì đợc cờng độ để hạn chế đợc tối đa trờng hợp phá hoại xe cộ v yếu tố môi trờng tự nhiên (sự thay đổi thời tiết, khí hậu; xâm nhập nguồn ẩm ) Cụ thể l hạn chế đợc tợng tích luỹ biến dạng dẫn đến tạo vệt hằn bánh xe mặt đờng, hạn chế phát sinh tợng nứt nẻ, hạn chế bo mòn v bong tróc bề mặt, hạn chế đợc nguồn ẩm xâm nhập vo lớp kết cấu v phần đờng phạm vi khu vực tác dụng, phải đảm bảo lợng nớc xâm nhập vo đợc thoát cách nhanh (định nghĩa khu vực tác dụng đờng xem mục 1.2.2) Bề mặt kết cấu áo đờng mềm phải đảm bảo phẳng, đủ nhám, dễ thoát nớc mặt v gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an ton, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác dụng xấu đến môi trờng hai bên đờng Tuỳ theo quy mô giao thông v tốc độ xe chạy cần thiết, tuỳ theo ý nghĩa v cấp hạng kỹ thuật đờng, kết cấu áo đờng thiết kế cần thoả mãn hai yêu cầu nêu mức độ tơng ứng khác Về cờng độ, mức độ yêu cầu khác đợc thể thiết kế thông qua mức độ dự trữ cờng độ khác Mức độ dự trữ cờng độ cng cao khả bảo đảm kết cấu áo đờng mềm lm việc trạng thái đn hồi khiến cho chất lợng sử dụng khai thác vận doanh cng cao, thời hạn sử dụng cng lâu bền v chi phí cho tu, sửa chữa định kỳ cng giảm Về chất lợng bề mặt, mức độ yêu cầu khác đợc thể qua việc lựa chọn vật liệu lm tầng mặt nh Bảng 2-1 Riêng độ phẳng v độ nhám mức độ yêu cầu khác đợc thể mục1.3.3 v 1.3.4 Chất lợng bề mặt áo đờng mềm cng tốt chi phí vận doanh cng giảm v thời hạn định kỳ sửa chữa vừa trình khai thác đợc tăng lên 1.3.2 Thời hạn thiết kế áo đờng mềm Thời hạn ny đợc xác định tuỳ thuộc loại tầng mặt đợc lựa chọn cho kết cấu nh Bảng 2-1 1.3.3 Yêu cầu độ phẳng áo đờng phần xe chạy cho ô tô v áo lề gia cố có cho xe thô sơ phải đảm bảo bề mặt đạt đợc độ phẳng yêu cầu thời điểm bắt đầu đa đờng vo khai thác đánh giá số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo dẫn 22 TCN 277) nh Bảng 1-1 Bảng 1-1: Yêu cầu độ phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km) Đờng xây dựng Đờng cải tạo, nâng cấp 120 v 100 2,0 2,5 80 2,2 2,8 60 2,5 3,0 Từ 40 đến 20 (mặt đờng nhựa) 4,0 5,0 Từ 40 đến 20 (mặt đờng cấp thấp) 6,0 8,0 Độ phẳng đợc đánh giá thớc di 3m theo tiêu chuẩn ngnh 22 TCN 16 - 79 Quy trình xác định độ phẳng mặt đờng Đối với mặt đờng cấp cao A1 (bê tông nhựa) 70% số khe hở phải dới 3mm v 30% số khe hở lại phải dới 5mm Đối với mặt đờng cấp cao A1, tất khe hở phải dới 5mm v mặt đờng cấp thấp ( B1, B2) tất khe hở phải dới 10mm áo phần lề gia cố cho xe máy / v cho xe thô sơ phải đạt độ phẳng yêu cầu nh áo đờng phần xe chạy cho ôtô liền kề 1.3.4 Yêu cầu độ nhám Độ nhám bề mặt kết cấu áo đờng l bê tông nhựa phải đạt đợc yêu cầu tối thiểu quy định thông qua tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu v mức độ nguy hiểm đoạn đờng thiết kế nh Bảng 1-2 dới theo quy trình 22 TCN - 278: Bảng 1-2: Yêu cầu độ nhám mặt đờng Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Hoặc mức độ nguy hiểm Chiều sâu rắc cát trung bình Htb (mm) V< 60 Htb 0,25 60 V < 80 Htb 0,35 80 V 120 Htb 0,45 Đờng qua địa hình khó khăn nguy hiểm (đờng vòng quanh co, đờng cong bán kính dới 150m m không hạn chế tốc độ, đoạn có dốc dọc >5%, chiều di dốc >100m Htb 0,80 Ghi Bảng 1-2: Đối với đờng cao tốc loại, cấp theo TCVN 5729 : 1997 v đờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 : 2005 (l đờng chiều xe chạy có ln xe v có giải phân cách giữa) trừ đoạn có cắm biển hạn chế tốc độ nên thiết kế lớp mặt tạo nhám đạt chiều sâu rắc cát trung bình Htb0,55mm Nếu biển báo hạn chế tốc độ tốc độ xe chạy yêu cầu lấy 1,25 lần tốc độ thiết kế tơng ứng với cấp hạng đờng thiết kế (với định nghĩa tốc độ thiết kế nh mục 3.5.1 TCVN 4054 : 2005) 1.3.5 Về độ lún cho phép kết cấu áo đờng Trong trờng hợp kết cấu áo đờng đoạn đờng qua vùng đất yếu có khả phát sinh độ lún lớn v kéo di phải bảo đảm yêu cầu thiết kế sau độ lún cho phép : Sau thi công xong kết cấu áo đờng, độ lún cố kết cho phép lại thời hạn 15 năm tính từ đa kết cấu áo đờng vo khai thác sử dụng tim đờng đợc quy định Bảng 1-3 10 Các mẫu phải đợc chế bị với thực tế thi công tỷ lệ thnh phần, độ chặt, độ ẩm khoan lấy mẫu vật liệu vừa đợc rải v lu lèn nh thực tế trờng Thờng với mẫu đất gia cố chất liên kết vô đợc chế bị độ chặt lớn v độ ẩm tốt nhất, mẫu bê tông nhựa thuờng chế bị với áp lực khoảng 30 Mpa v trì áp lực ny phút Mẫu vật liệu gia cố chất liên kết vô phải ủ mạt ca ẩm hng ngy có tới nớc bảo dỡng truớc thí nghiệm (28 v 90 ngy), trớc ép phải bão ho mẫu cách ngâm chìm mẫu nớc 1-2 ngy dùng máy hút chân không Có thể dùng tơng quan thực nghiệm tích luỹ đợc để suy từ trị số 28 ngy 90 ngy nhng phải lu mẫu kiểm tra lại Mẫu bê tông nhựa v vật liệu gia cố chất liên kết hữu phải đợc bảo dỡng nhiệt độ phòng 16 v trớc thí nghiệm ép phải giữ nhiệt độ tính toán (quy định mục 3.1.4) 2,5 để đảm bảo ton khối đạt đến nhiệt độ (giữ tủ nhiệt ngâm nớc có nhiệt độ cao nhiệt độ tính toán vi độ) Mẫu đem ép với chế độ gia tải lần Giữ áp lực p mẫu biến dạng lún ổn định, cụ thể đợc xem l ổn định tốc độ biến dạng 0,01mm/phút (trong phút) Sau dỡ tải v đợi biến dạng phục hồi đạt đợc ổn định nh đọc thiên phân kế để xác định trị số biến dạng đn hồi L Đối với vật liệu gia cố chất liên kết vô trị số mô đun đn hồi thí nghiệm tính đợc theo (B-1) phải giảm nhỏ vi lần (2-3 lần) thực tế vật liệu ny phát sinh khe nứt lm giảm hẳn khả phân bố tải trọng chúng v chất lợng thi công đảm bảo nh lúc chế bị mẫu Do kinh nghiệm thử thách nhiều năm kết cấu áo đờng thực tế không dùng trị số mô đun đn hồi thí nghiệm đợc cao trị số Bảng C-2, trị số thí nghiệm nhỏ phải dùng trị số nhỏ Khi ép thử, vât liệu gia cố chất liên kết hữu nên dùng loại máy nén thủy lực có tốc độ gia tải nhanh (tạo tốc độ từ 50mm/phút trở lên để nhiệt độ mẫu không bị giảm gia tải) vật liệu gia cố chất liên kết vô dùng loại máy nén no, kể máy nén kiểu đòn bẩy với tốc độ 3mm/phút Thử nghiệm phải lm với tổ mẫu từ 3-6 mẫu (gia cố nhựa v bê tông nên lm mẫu) C.3.2 Xác định cờng độ chịu kéo - uốn vật liệu gia cố chất kết dính vô v hữu (kể bê tông nhựa) đợc thực với mẫu kiểu dầm với kích thớc không nhỏ 4x4x16 cm (chẳng hạn nh dùng mẫu di 25cm, rộng 30cm v cao 35cm với khoảng cách đặt gối 20cm) Chế bị mẫu khuôn có bề dy 20mm Yêu cầu chế bị v bảo dỡng với loại vật liệu khác giống nh mẫu để thí nghiệm mô đun đn hồi nêu mục C.3.1 (khuôn để đúc mẫu bê tông nhựa phải sấy nóng đến nhiệt trộn hỗn hợp) Mẫu phải chế bị với độ xác kích thớc l mm, không bảo đảm độ xác ny phải loại bỏ v trớc thí nghiệm phải đo lại kích thớc mẫu thớc kẹp xác đến 0,1mm Thí nghiệm uốn mẫu cách đặt mẫu gối tựa 14 cm (1 gối cố định, gối di động) v cự ly hai gối phải bảo đảm sai số dới 0,5mm Phần gối tiếp xúc với mẫu có dạng mặt trụ với bán kính 5mm Chất tải mẫu khắp bề ngang mẫu thông qua đệm thép có dạng mặt trụ bán kính 10 mm có dạng mặt phẳng dy mm Khi gia tải phải theo dõi độ võng đầm chuyển vị kế đặt ngợc dới lên đáy v gối (để sau loại trừ đợc biến dạng cục vật liệu gối) Tốc độ gia tải máy nén l mm/phút với đất, đá gia cố chất liên kết vô v 100- 200 mm/phút với bê tông nhựa phá hoại Riêng với bê tông nhựa v vật liệu gia cố chất liên kết hữu ton thời gian kể tới lúc lấy mẫu khỏi tủ nhiệt (ở 10oC 15oC) để đem thí nghiệm đến thí nghiệm xong không đợc 45 giây Cờng độ chịu kéo uốn giới hạn Rku vật liệu đợc xác định theo công thức: Rku = 3.P.L 2b.h (C-2) đó: P l tải trọng phá hoại mẫu; L l khoảng cách hai gối tựa; b, h l chiều rộng v chiều cao mẫu Cờng độ chịu kéo uốn đợc xác định gần phơng pháp ép chẻ theo 22 TCN 73 - 84 mẫu trụ tròn đờng kính d v chiều cao h: - Với loại vật liệu gia cố vô đúc mẫu theo dẫn tiêu chuẩn ngnh 22 TCN 246 - 98 v 22 TCN 245 - 98 cỡ vật liệu hạt lớn 5mm dùng mẫu d=5cm v h=5cm; - Với bê tông nhựa v hỗn hợp gia cố nhựa dùng mẫu Marshall tiêu chuẩn d=101,6 mm 0,25mm, h=63,5mm 1,3mm Mẫu đợc chế bị v bảo dỡng với yêu cầu nh với mẫu 70 kéo uốn ép với tốc độ gia tải nh mẫu kéo uốn kiểu dầm Theo cách ny, cờng độ kéo uốn giới hạn đợc tính theo biểu thức sau: (C-3) Rku = Kn.Rc đó: Kn hệ số quan hệ thực nghiệm loại cờng độ: số liệu kinh nghiệm tích lũy đợc tạm sử dụng Kn=1,6 ữ 2,0 vật liệu gia cố vô v Kn = với vật liệu có liên kết hữu (cỡ hạt vật liệu cng lớn hệ số Kn cng nhỏ) Rc l cờng độ ép chẻ đợc xác định theo công thức: P (MPa) (C-4) Rc = K.dh Với P l tải trọng ép chẻ mẫu bị nứt tách; d, h- Đờng kính v chiều cao mẫu; K Hệ số, lấy 1,0 vật liệu có chất liên kết hữu cơ, 2/ vật liệu có chất liên kết vô C.3.3 Xác định lực dính c v hệ số góc ma sát vật liệu đợc thí nghiệm phòng cách cắt phẳng theo mặt định trớc thí nghiệm nén trục Với vật liệu chứa cỡ hạt lớn nhỏ 40mm phải dùng khuôn đờng kính 30cm (nếu có cỡ hạt lớn 40mm cho phép thay cỡ hạt từ 10-40mm theo khối lợng có vật liệu) Thờng chế mẫu trực tiếp khuôn ny theo yêu cầu giống nh mẫu kéouốn nêu Với thí nghiệm nén trục thờng dùng mẫu tròn chiều cao gấp đôi đờng kính tùy theo cỡ hạt lớn Dmax (Dmax = 5mm dùng đờng kính d=5cm, Dmax = 25mm dùng đờng kính mẫu d=10cm, Dmax = 40mm dùng đờng kính mẫu d=15cm) Phải tiến hnh thí nghiệm mẫu có trạng thái ẩm, nhiệt độ nhng chịu trị số tải trọng thẳng đứng khác (tải trọng lớn không vợt ứng suất xẩy áo đờng) Dùng máy nén lắp thêm phụ tùng để cắt với tốc độ biến dạng không đổi khoảng 0,1 cm/phút Khi cắt, theo dõi biến dạng trợt qua khoảng thời gian tốc độ biến dạng tăng vọt đọc áp lực kế để xác định trị số cờng độ chống cắt giới hạn Có trị số cờng độ chống cắt giới hạn tơng ứng với trị số tải trọng thẳng đứng khác nhau, xác định trị số lực dính c v góc ma sát theo phơng trình Coulomb: = c + p.tg ; (MPa) (C-5) đó: l sức chống cắt giới hạn; p: áp lực thẳng đứng thí nghiệm cắt, MPa C.4 Thử nghiệm phòng để xác định trị số mô đun đn hồi vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên ) Để xác định áp dụng phơng pháp ép lún có hạn chế nở hông nh đất theo mục B.5.2 Phụ lục B với ép cứng có đờng kính cm v khuôn tròn có đờng kính v chiều cao 15 ữ 20cm (có thể lợi dụng dụng cụ lm thí nghiệm xác định CBR) Khi áp dụng phơng pháp ny để xác định mô đun đn hồi vật liệu hạt cần ý điểm sau: - Có thể tham khảo quy trình Đầm nén đất, đá dăm phòng thí nghiệm 22 TCN 333 - 06 (kể vật liệu hạt có chiếm hạt cỡ) v quy trình Xác định số CBR đất, đá dăm phòng thí nghiệm 22 TCN 332 - 06 để chế bị mẫu ép thử đạt độ ẩm, độ chặt nh thực tế thi công - Quá trình thử nghiệm thực gia tải cấp nh nêu II.5.2 nhng cấp lớn l p=0,5-0,6 MPa - Tính toán kết theo biểu thức B-8 v dùng trị số tính theo B-8 lm trị số mô đun đn hồi tính toán vật liệu loại ny (không nhân hệ số Kn=1,30 biểu thức B-7 nh đất nền) 71 PHụ LụC D : PHƯƠNG PHáP THử NGHIệM XáC ĐịNH MÔ ĐUN ĐN HồI CủA ĐấT V VậT LIệU áO Đờng trờng máng thí nghiệm D.1 Xác định thí nghiệm đo ép ép lớn Trong trờng hợp ny mô đun đn hồi đất vật liệu đợc xác định theo công thức: E= p.D(1 ) ; (MPa ) l (D-1) đó: l l biến dạng hồi phục đo đợc thực nghiệm tơng ứng với cấp tải trọng p Khi thực nghiệm thờng dùng p=0,5 ữ 0,6 MPa trờng hợp đo ép mặt lớp vật liệu v 0,20 ữ 0,25 MPa mặt đất D l đờng kính ép, điều kiện cho phép dùng ép cứng đờng kính từ 3040cm đất v vật liệu (nếu có điều kiện nên dùng ép đờng kính 76cm) l hệ số Poisson, đợc lấy 0,35 đất nền; 0,25 vật liệu v 0,30 kết cấu áo đờng Thời gian đo ép tiến hnh thực nghiệm trờng phải l lúc kết cấu mặt đờng vo trạng thái bất lợi ẩm v nhiệt nh nêu mục 3.1.5 Kết đo ép thời điểm khác năm có giá trị tham khảo; trờng hợp ny muốn sử dụng đợc kết cần kết hợp với thí nghiệm phòng theo cách hớng dẫn Phụ lục B v Phụ lục C mẫu chế bị với trạng thái ẩm nhiệt bất lợi áp dụng hệ số quy đổi mùa bất lợi theo tiêu chuẩn ngnh 22 TCN 251-98 Trong trờng hợp sử dụng máng thí nghiệm tạo nên kết cấu thí nghiệm giống hệt kết cấu thực tế vật liệu bề dy tầng lớp v công nghệ thi công nhng đồng thời lại tạo đợc đất v lớp vật liệu có trạng thái ẩm nhiệt bất lợi Trong máng thí nghiệm cấu tạo kết cấu áo đờng hon chỉnh (gồm đất v đủ lớp vật liệu) cấu tạo riêng đất, riêng vật liệu muốn thực nghiệm xác định mô đun đn hồi riêng chúng Yêu cầu l phải bảo đảm đồng cấu tạo lớp Trong trờng hợp, máng thí nghiệm tối thiểu phải bảo đảm kích thớc mặt v chiều sâu lần đờng kính D ép Trên kết cấu áo đờng cũ khai thác máng thí nghiệm có cấu tạo kết cấu áo đờng hon chỉnh trình tự đo ép thực nghiệm đợc tiến hnh nh sau: -Đo ép mặt áo đờng để xác định biến dạng hồi phục kết cấu áo đờng, từ xác định mô đun đn hồi chung kết cấu theo công thức D-1 -Tiếp tục đo mô đun đn hồi tơng ứng mặt lớp vật liệu áo đờng khác cách đo bóc dần lớp để đo chiều dy lớp v đo ép mặt lớp từ xuống dới Phải đo bóc mặt có kích thớc không đợc nhỏ lần đờng kính ép vị trí đặt ép lớn Cứ nh cuối l ép mặt đất -Từ xuống dới, áp lực đo ép lớn p giảm dần từ 0,50 MPa ép mặt áo đờng 0,02- 0,025 MPa ép mặt đất -Biết chiều dy lớp, biết trị số mô đun đn hồi tơng đơng mặt áo đờng v mặt tầng lớp vật liệu áp dụng toán đồ 3.3.1 để tính ngợc trị số mô đun đn hồi lớp vật liệu: mô đun đn hồi đất đợc xác định trực công thức D-1 Các thao tác đo ép thực nghiệm mặt lớp đợc thực nh sau: Tại chỗ đặt ép phải tạo sửa bề mặt cho thật phẳng để ép tiếp xúc tốt với đất vật liệu (có thể xoa lớp cát mỏng 1-2 mm, loại cát cho lọt qua lỗ sng đờng kính 0,5 mm) Sau bố trí kích v thiết bị đo ép nh sơ đồ Hình D-1 72 Hình D-1: Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo ép trờng máng thí nghiệm Kích đợc đặt dới khung xe tải (hoặc dầm khung giá ép máng thí nghiệm) để truyền tải xuống ép Chuyển vị thẳng đứng đo cần đo độ võng Benkelman m mũi đợc đặt bn ép (trong trờng hợp ny kích phải đợc đặt giá truyền tải có trụ đứng, giá Tải trọng ép đợc đo áp lực kế Cũng đo chuyển vị thẳng đứng máy thủy bình xác Ni : 004 chuyển vị kế đặt bên gần mép ép (đặt đối xứng); trờng hợp ny chuyển vị kế phải đợc lắp dầm cứng có gối tựa xuống cách xa ép v bánh xe khoảng cách không nhỏ 4D) Trớc thử nghiệm phải chèn chặt bánh trớc ô tô v suốt thời gian thử nghiệm phải khóa chặt nhíp ô tô - Sau lắp đặt xong thiết bị nh trên, tiến hnh gia tải đến tải trọng p lớn v giữ tải trọng phút dỡ tải chờ đến biến dạng hồi phục hết (bớc ny l bớc gia tải chuẩn bị) - Bớc vo thử nghiệm thức, việc gia tải đợc thực với 3-4 cấp tải trọng p l cấp cuối cùng, gia tải cấp, đợi biến dạng ổn định (tốc độ biến dạng không 0,02 mm/phút) lại dỡ tải v đợi biến dạng hồi phục ổn định (tốc độ biến dạng nh trên) ghi số dọc chuyển vị kế để tính trị số biến dạng hồi phục tơng ứng với tải trọng Sau tiếp tục gia tải v dỡ tải cấp - Vẽ biểu đồ quan hệ biến dạng hồi phục v tải trọng; đờng biểu diễn quan hệ ny phải l đờng cong đều, điểm gẫy gần với đờng thẳng - Tính trị số mô đun đn hồi theo công thức D-1 Thờng đo ép thử nghiệm lần phạm vi 10-15 m đờng có phạm vi 1-2 m máng thí nghiệm Sau tính trị số trung bình kết đo ép lần v dùng lm trị số mô đun đn hồi tính toán (Chênh lệch lần đo không đợc 20%) D.2 Xác định phơng pháp dùng cần đo võng Benkelman Có thể sử dụng phơng pháp ny để đo độ võng đn hồi trực tiếp dới bánh xe mặt kết cấu áo đờng v đất để từ tính trị số mô đun đn hồi chung kết cấu áo đờng v mô đun đn hồi đất theo dẫn quy trình 22 TCN 251 - 98 (kể phân đoạn đánh giá, cách đo, cách xử lý số liệu v công thức tính mô đun đn hồi) Phơng pháp ny không áp dụng đợc trờng hợp sau: -Lớp mặt l loại vật liệu rời rạc, dính kết nh dá dăm nớc, cấp phối đá dăm, lớp mặt thấm nhập nhựa láng nhựa cha hình thnh hon ton (đá cha chìm hết vo nhựa); -Đất đờng l cát cha có lớp phủ đất dính 73 PHụ LụC E : Các ví dụ tính toán E.1 Ví dụ I: Thiết kế kết cấu áo đờng có tầng mặt cấp cao A1 E.1.1 Số liệu ban đầu: thiết kế sơ kết cấu áo đờng mềm phần xe chạy cho tuyến đờng cấp II đồng ln xe, có dải phân cách v có dải phân cách bên tách riêng ln dnh cho xe đạp v xe thô sơ Theo kết điều tra dự báo năm cuối thời hạn thiết kế 15 năm nh Bảng E-1 với quy luật tăng trởng xe trung bình năm q = 6% năm Bảng E-1: Dự báo thnh phần xe năm cuối thời hạn thiết kế Loại xe Trọng lợng trục Pi (kN) Trục trớc 1/ Xe loại 2/Xe buýt loại - Loại nhỏ - Loại lớn 3/ Xe tải loại - Nhẹ - Vừa - Nặng - Nặng Trục sau Số trục sau Số bánh cụm bánh trục sau Khoảng cách trục sau (m) Lợng xe chiều ni (xe/ngy đêm) 1800 26,4 56,0 45,2 95,8 1 Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi - 500 50 18,0 25,8 48,2 45,2 56,0 69,6 100,0 94,2 1 Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi 1,40 1800 1250 600 200 E.1.2 Trình tự tính toán thiết kế: Tính số trục xe tính toán ln xe phần xe chạy sau quy đổi trục chuẩn 100 kN Theo cách quy đổi phần A.1.2 (Phụ lục A) xác định đợc số trục xe tiêu chuẩn 100 kN cho chiều ngy đêm năm cuối thời hạn thiết kế (năm cuối thời kỳ khai thác Ntk=1637 trục/ngy đêm chiều) Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn ln xe Ntt Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có ln xe v có dải phân cách nên theo 3.3.2 fL= 0,35 Vậy Ntt = 1637 x 0,35 = 573 (trục/ln.ngy đêm) Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn tính toán 15 năm Theo biểu thức (A-3) Phụ lục A tính đợc: Ne = [(1 + 0,06)15 1] 365.573 = 2,16.10 (trục) 0,06(1 + 0,06) 14 Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đờng - Chọn móng đá dăm gia cố xi măng có cờng độ chịu nén theo 22 TCN 245 4Mpa v móng dới cấp phối đá dăm loại I theo 22 TCN 334 - 06; - Tầng mặt lớp bê tông nhựa chặt loại I, tổng bề dy tối thiểu tầng mặt ny phải tuân thủ quy định mục 2.2.9: Nếu theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy 15 năm ln xe Ne=2,16.106 tổng bề dy tối thiểu lớp bê tông nhựa phải l 10 cm (Bảng 2.2 mục 2.2.9) v chúng đợc đặt lớp móng nửa cứng nên tối thiểu phải l 12-18 cm nhng không nhỏ bề dy lớp móng nửa cứng; - Các đặc trng tính toán đất v lớp vật liệu xác định theo dẫn mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 v 3.6.4 đợc tập hợp Bảng E-2 với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đợc quy định mục 2.4.2 bề dy tối thiểu lớp kết cấu 74 Bảng E-2: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế v đặc trng tính toán lớp kết cấu Bề dy lớp (cm) Lớp kết cấu (từ dới lên) - Đất sét độ ẩm tơng đối tính toán 0,6 E (Mpa) Tính độ võng Tính trợt Rku (Mpa) Tính kéo uốn 42 - Cấp phối đá dăm loại II 18 250 250 250 - Cấp phối đá dăm loại I 17 300 300 300 - Đá dăm gia cố xi măng 14 600 600 600 0,8 - Bê tông nhựa chặt loại I (lớp dới) 350 250 1600 2,0 - Bê tông nhựa chặt loại I (lớp trên) 420 300 1800 2,8 C (MPa) (độ) 0,032 24 Tính toán kiểm tra cờng độ chung kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đn hồi a/ Việc đổi tầng lớp từ dới lên đợc thực theo biểu thức (3.5): + k t 1/ Etb ' = E1 1+ k h E Với k=h2 v t = E2 ; Kết tính đổi tầng nh Bảng E-3 1 Bảng E-3: Kết tính đổi tầng lớp từ dới lên để tìm Etb Lớp kết cấu Ei (MPa) hi (cm) E t = E2 h k = h2 Htb (cm) Etb (Mpa) 18 250 - Cấp phối đá dăm loại II 250 18 - Cấp phối đá dăm loại I 300 300 250 =1,200 17 17 18 =0,944 35 274 - Đá gia cố xi măng 600 600 274 = 2,189 14 14 35 =0,400 49 350 - Bê tông nhựa lớp dới 350 350 350 =1,000 8 49 =0,163 57 350 - Bê tông nhựa lớp 420 420 350 =1,200 6 57 =0,105 63 356,3 H 63 H b/ Xết đến hệ số điều chỉnh = (D ): Với D = 33 = 1,909 Tra Bảng 3.6 đợc =1,206 Vậy kết cấu nhiều lớp đợc đa kết cấu lớp với lớp dy 63 cm có mô đun đn hồi trung bình Etbdc = Etb=356,3 x 1,206 = 429,6 (Mpa) c/ Tính Ech kết cấu: sử dụng toán đồ Hình 3.1 H 63 Eo 42 D = 33 = 1,909; E dc = 429.6 = 0,098 tb 75 E Từ tỷ số tra toán đồ Hình 3-1 đợc Ech = 0,495; Vậy Ech= 429,6 x 0,495 = 212,6 Mpa d/ Nghiệm lại điều kiện (3-4) theo mục 3.4.1; phải có: Ech K dv cd E yc - - Vì số trục xe tính toán ngy đêm ln xe l 574 trục/ ln.ngy đêm nên tra Bảng 3-4 (nội suy Ntt= 500 v Ntt= 1000) tìm đợc Eyc =180 Mpa (lớn Eyc tối thiểu với đờng cấp II theo Bảng 3-5 l 157 MPa) lấy Eyc = 180 MPa để kiểm toán Đờng cấp II, ln xe nên theo Bảng 3-3, chọn độ tin cậy thiết kế l 0,95, vậy, theo Bảng 3-2 xác định đợc K cddv =1,17 v K cddv Eyc=1,17 x 180 = 210,6 MPa Kết nghiệm toán: Ech= 212,6 > K dv cd E yc = 210,6 MPa Cho thấy với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đn hồi cho phép Tính kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất a/ Tính Etb lớp kết cấu: - Việc đổi tầng hệ lớp đợc thực nh Bảng E-4 Bảng E-4: Kết tính đổi tầng lớp từ dới lên để tìm Etb Lớp kết cấu - Cấp phối đá dăm loại II - Cấp phối đá dăm loại I - Đá gia cố xi măng - Bê tông nhựa lớp - Bê tông nhựa lớp dới Ei (MPa) E t = E2 hi (cm) 250 Htb (cm) Etb (Mpa) 18 250 17 18 =0,944 35 274 h k = h2 18 17 300 300 250 =1,200 600 600 274 =2,189 14 14 35 =0,400 49 350 250 250 350 =0,714 8 49 =0,163 57 334,6 300 =0,897 334,6 6 57 =0,105 63 331,2 300 Ghi Bảng E-4: trừ số phép tính, số khác giống nh Bảng E-3 H 63 - Xét đến hệ số điều chỉnh =(D =33 ) tơng tự nh tính điểm nêu Do : Etb= 1,206 x 331,2 = 399,4 MPa b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây đất Tax: H 63 E1 Etb 399.4 D = 33 =1,909; E2 = Eo = 42 = 9,51; Theo biểu đồ Hình 3-3, với góc nội ma sát đất =24o ta tra đợc Tax = 0,0113 Vì áp lực p mặt đờng bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = daN/cm2 = 0,6 MPa Tax= 0,0113 x 0,6 = 0,0068 MPa c/ Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân lớp kết cấu áo đờng gây đất Tav: Tra toán đồ Hình 3-4 ta đợc av= -0,002 MPa d/ Xác định trị số Ctt theo (3-8): 76 Ctt= C k1.k2.k3 - Theo Bảng E-2: C = 0,032 MPa Theo mục 3.5.4 có k1 = 0,6; k2 = 0,8 số trục xe tính toán l 574 trục/ln.ngy đêm < 1000 trục, v k3 = 1,5 (đất l sét) Vậy Ctt = 0,032 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,023 MPa e/ Kiểm toán lại điều kiện tính toán cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất (biểu thức 3.7): tr Với đờng cấp II, độ tin cậy yêu cầu Bảng 3-3 0,95 theo Bảng 3-7 k cd =1,0 v với trị số ax v av tính đợc ta có: ax + av =0,0068 0,002 = 0,0048 MPa Ctt 0.023 = =0,023 MPa k tr cd Kết kiểm toán cho thấy 0,0048 < 0,023 nên điều kiện (3.7) đợc bảo đảm Tính kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn lớp bê tông nhựa v đá gia cố xi măng a/ Tính ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-10): - Đối với bê tông nhựa lớp dới: 1600x8+1800x6 12800+10800 h1=14 cm; E1 = = =1686 MPa 8+6 14 Trị số Etb lớp móng cấp phối đá dăm II, cấp phối đá dăm I v đá gia cố xi măng l Etb = 350 MPa (theo kết tính Bảng V -3) với bề dy lớp ny l H= 18+17+14 = 49 cm trị số ny phải xét đến hệ số điều chỉnh theo (3-7): H' 49 với D =33 =1,485 tra Bảng 3- đợc =1,17; Vậy theo (3.7), Etbdc =1,1755 350 = 411,4 MPa E 42 E Với nềndcđất =411.4 =0,102, tra toán đồ Hình 3-1 đợc ch.m =0,43 Vậy đợc: E E dc tb tb Ech.m = 411,4 x 0,43 = 176,9 MPa Tìm ku đáy lớp bê tông nhựa lớp dới cách tra toán đồ Hình 3.5 với: H1 14 E1 1686 D =33 =0,424 ; Ech.m =176.9 =9,53 Kết tra toán đồ đợc ku =1,50 v với p = 0,6 MPa theo (3.11) ta có: ku =1,50 x 0,6 x 0,85 = 0,765 MPa - Đối với bê tông nhựa lớp trên: h1= 6cm; E1 = 1800 MPa trị số Etb lớp phía dới đợc xác định nh Bảng E-5: Bảng E-5: Tính đổi tầng lớp từ dới lên để tính Etb Lớp kết cấu Ei (MPa) - Cấp phối đá dăm loại II 250 - Cấp phối đá dăm loại I 300 - - Đá gia cố xi măng Bê tông nhựa hạt trung 600 1600 E t = E2 hi (cm) h k=h2 Htb (cm) Etb (Mpa) 18 250 18 300 250 =1,200 17 17 18 =0,944 35 274 600 274 =2,189 14 14 35 =0,400 49 350 1600 350 =4,571 8 49 =0,163 57 456,3 77 H 57 Xét đến hệ số điều chỉnh = (D =33 = 1,727) ta có Etbdc = 456,3 x 1,146 = 545,8 MPa áp dụng toán đồ Hình 3-1 để tìm Echm đáy lớp bê tông nhựa hạt nhỏ: Với H' 57 Enền đất 42 D = 33 = 1,727 v E dc = 545.8 = 0,077 tb Tra toán đồ Hình 3-1 ta đợc Ech.m Etbdc = 0,41 Vậy có Echm =0,41 x 545,8 = 223,8 MPa Tìm ku đáy lớp bê tông nhựa lớp bẳng cách tra toán đồ Hình 3.5 với H1 E1 1800 D =33 = 0,182; Ech.m = 223.8 = 8,043 Kết tra toán đồ đợc ku =1,81 v với p = 0,6 MPa Ta có: ku =1,81 x 0,6 x 0,85 = 0,923 MPa b/ Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đáy lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3.9): - Xác định cờng độ chịu kéo uốn tính toán lớp bê tông nhựa theo (3-12) K1 = 11,11 11,11 = = 0,449 0,22 0,22 Ne 2,16.10 [ ] Theo mục 3.6.3 trờng hợp ny lấy k2=1,0; Vậy cờng độ chịu kéo uốn tính toán lớp bê tông nhựa lớp dới l: Rttku = k1.k Rku = 0,449 x 1,0 x 2,0 = 0,898 MPa V lớp BTN lớp l: Rttku = k1.k Rku = 0,449 x 1,0 x 2,8 = 1,251 MPa - ku Kiểm toán điều kiện theo biểu thức (3.9) với hệ số K dc =1,0 lấy theo Bảng 3-7 cho trờng hợp đờng cấp II ứng với độ tin cậy 0,95 Với lớp bê tông nhựa lớp dới ku = 0,765 MPa < - 0,898 =0,898 MPa Với lớp bê tông nhựa hạt nhỏ ku = 0,923 MPa < 1,251 =1,251 MPa Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt đợc điều kiện (3.9) hai lớp bê tông nhựa c/ Kiểm toán theo điều kiện chịu kéo uốn đáy lớp móng đá gia cố xi măng - Đổi lớp phía (kể từ mặt lớp đá gia cố xi măng trở lên) lớp ta có: h1 = 6+8 = 14 cm 1600x8+1800x6 12800+10800 = =1686 MPa E 1= 8+6 14 - Tính Echm lớp phía dới lớp đá gia cố xi măng: theo kết Bảng E-5 có Etb = 274 v Htb = 35 cm (của lớp cấp phối đá dăm) Xét thêm hệ số điều H 35 chỉnh =(D =33 =1,061) ta có Etbdc =274 x 1,114 = 305,25 MPa 78 Tra toán đồ 3-1 để tìm Echm với H 35 Enền đất 42 D = 33 = 1,061 v E dc = 305.25 = 0,138 tb Tra toán đồ Hình 3-1 ta đợc Ech.m Etbdc =0,38 Vậy có Echm =0,38 x 305,25 = 116 MPa Tìm ku đáy lớp gia cố xi măng cách tra toán đồ Hình 3.6 với E1 E 600 1686 H1 28 D =33 =0,848 ; E = = 600 =2,81 v E = 116 = 5,17 Kết tra toán đồ đợc ku =0,38 - Với p = 0,6 MPa, tính ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp đá gia cố xi măng theo biểu thức (3.11): ku = 0,38.0,6.0,85 = 0,1938 MPa - Kiểm toán theo điều kiện (3-9) với Rttku xác định theo (3-11_ v hệ số cờng độ K cdku =1,0 (điều 3.6.1) (3-11) theo mục 3.6.3 xác định đợc k1 = 2,86 = 0,575 (công thức 3.13) v k2 = (2,16.106 ) 0,11 1; từ đó: Rttku = k1.k Rku = 0,575 x 1,0 x 0,8 = 0,46 MPa Nh ku =0,1938 < Rttku 0,46 = 0,46, kết cấu dự kiến thiết kế bảo đảm đủ cờng độ theo tiêu = K cdku 1,0 chuẩn chịu kéo uốn lớp đá gia cố xi măng Kết luận Các kết kiểm toán theo trình tự tính toán nh cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đợc tất điều kiện cờng độ, chấp nhận lm kết cấu thiết kế E.2 Ví dụ II: Thiết kế kết cấu áo đờng mềm cho đờng cấp IV có hai ln xe, mặt đờng cấp cao A2 E.2.1 Số liệu ban đầu Số liệu điều tra dự báo xe cộ Từ số liệu điều tra dự báo, theo cách quy đổi dẫn Phụ lục A tính đợc số trục xe tính quy đổi trục 100 kN năm cuối thời kỳ khai thác (năm cuối thời hạn thiết kế) l 226 trục/ngy đêm/ 2chiều Đất l loại cát, có độ chặt đạt độ đầm nén K=0,95 v độ ẩm tơng đối 0,65 (loại II chịu tác động nguồn ẩm) E.2.2 Trình tự tính toán thiết kế Tính số trục xe tiêu chuẩn tính toán ln xe phần xe chạy Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có ln xe nên theo 3.3.2 trị số fL = 0,55 Do vậy: Ntt = 226 x 0,55=124 trục/ngy đêm.ln Chọn loại tầng mặt v dự kiến cấu tạo kết cấu gồm lớp mặt l loại láng nhựa lớp dy 2cm (theo 22 TCN 271), lớp móng cấp phối đá dăm loại I dy 16cm v tầng móng dới cấp phối thiên nhiên loại A theo quy trình 22 TCN 304 - 03 dy 34cm Các đặc trng tính toán đất v lớp vật liệu xác định theo dẫn mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 v 3.6.4 đợc tập hợp Bảng E-6 dới đây: 79 Bảng E-6: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế v đặc trng tính toán lớp kết cấu Lớp kết cấu (từ dới lên) - Bề dy lớp (cm) Mô đun đn hồi E (Mpa) Tính độ võng Tính trợt 42 42 0,018 26 34 200 200 0,050 40 16 300 300 Đất cát, a=0,66, k=0,95 Cấp phối thiên nhiên loại A (22 TCN 304) Cấp phối đá dăm loại I (22 TCN 334) (độ) C (MPa) Kiểm tra cờng độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đn hồi a/ Đổi tầng lớp từ dới lên theo biểu thức (3.5) + kt / Etb ' = E1 v đợc liệt kê Bảng E-7 1+ k Bảng E-7: Tính đổi tầng lớp từ dới lên để tính Etb Lớp kết cấu Ei (MPa) - Cấp phối thiên nhiên 200 - Cấp phối đá dăm loại I 300 - Láng nhựa lớp hi (cm) E t = E2 h k = h2 Htb (cm) 34 300 =1,500 200 Không tính 16 16 34 = 0,471 Etb (Mpa) 34 200 50 229 52 H 50 b/ Xét đến hệ số điều chỉnh = (D =33 )=1,17) ta có Etbdc = 229 x 1,17 = 268,2 MPa c/ Tính mô đun đn hồi chung Ech kết cấu cách sử dụng toán đồ Hình 3-1: H 50 Eo 42 D =33 = 1,515 v E dc = 268,2 = 0,157 tb Tra toán đồ Hình 3-1 đợc E ch = 0,53 Vậy Ech=0,53 x 268,2 =142,2 MPa E1 d/ Theo mục 3.4.1, nghiệm lại điều kiện (3.4): Ech K dv cd E yc - Vì số trục xe tính toán l 124 trục /ln.ngy đêm nên tra Bảng 3-4 đợc Eyc=125 MPa (nội suy Ntt = 100 v Ntt = 200 tơng ứng với tầng mặt cấp cao A2) Trị số ny lớn Eyc tối thiểu Bảng toihieu = 100 MPa) Vậy lấy Eyc=125 MPa để kiểm toán 3-5 ( E yc - Với đờng cấp IV, chọn độ tin cậy thiết kế 0,90 (theo Bảng 3-3), tra Bảng 3-2 tìm đợc hệ số cờng độ tơng ứng Kcd=1,1 Vậy kết kiểm toán l: Ech = 142,2 > 1,1 x 125 =137,5 80 Điều ny cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đn hồi cho phép (không giảm đợc 1-2 cm móng dới; nhiên cần phải đợi kết kiểm toán với tiêu chuẩn chịu cắt trợt điều chỉnh bề dy thể) Kiểm tra cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất: Theo kết tính Bảng E-7, sơ đồ tính đợc đa bi toán lớp với lớp có Etbdc =285 MPa v dy 50 cm đất có Eo=42 MPa, c=0,018 MPa v =26o Việc tính toán đợc tiếp tục nh dới đây: a/ Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán có p=0,6 MPa v D=33 cm gây đất theo toán đồ Hình 3-3 có: E1 E dc 268,2 H 50 = = 1,515 v = tb = = 6,39 D 33 E2 Eo 42 ; Vậy tra toán đồ Hình 3-3 đợc: Tax = 0,021 p Vậy tìm đợc ax= 0,021 x 0,6 = 0,0126 MPa b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân lớp kết cấu áo đờng gây đất Tra toán đồ Hình 3-4 với = 26o v H=50 cm, ta đợc: av = - 0,0012 MPa c/ Xác định trị số ctt theo (3.8) Ctt = c.k1.k2.k3 - Theo Bảng E-6 đất có c=0,018 MPa - Theo mục 3.5.4 có k1=0,6, k2 = 0,8 (Bảng 3-8) v k3=1,5 Vậy ctt = 0,018 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,01296 MPa d/ Kiểm toán lại theo (3.7) điều kiện cờng độ chịu cắt trợt - Với đờng cấp IV, yêu cầu độ tin cậy thiết kế theo Bảng 3-3 l 0,90; từ theo Bảng 3-7 tìm đợc tr hệ số cờng độ cắt trợt tơng ứng l k cd =0,94 v kết kiểm toán theo (3.7) nh sau: ax +av = 0,0126 0,0012 = 0,0114 MPa nhỏ ctt 0,01296 = = 0,01378MPa tt K cd 0,94 Nh theo điều kiện ny đất có đủ khả chống cắt trợt Kiểm toán cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt lớp cấp phối thiên nhiên: a/ Xác định mô đun đn hồi chung Ech.m lớp cấp phối thiên nhiên h 34 E 42 - Với D1 = 33 = 1,03 v Eo = 200 = 0,21 E ' Tra toán đồ Hình 3-1 đợc Ech = 0,52 Vậy Ech = 0,52 x 200 = 104 MPa H 34 - Xét đến hệ số điều chỉnh =(D =33 =1,03) =1,11 Vậy Echm =.ch= 1,11 x 104 = 115,5 MPa b/ Tính ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán có p=0,6 MPa v D=33 cm gây lớp móng cấp phối thiên nhiên Theo kết tính trên, sơ đồ tính đợc đa hệ hai lớp để áp dụng toán đồ Hình 3.2 gồm lớp l lớp cấp phối đá dăm có E1=350 MPa dy 16 cm, phía dới l lớp bán không gian có E2=115,5 MPa, H 16 E 300 =2,60 tra toán đồ Hình 3-2 c=0,05 MPa v = 40o Do với = 40o, D =33 =0,485 v E1 = 115,5 81 đợc Tax ã =0,065; v từ tìm đợc Tax =0,065 x 0,6 = 0,0390 MPa p c/ Tính ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân lớp cấp phối đá dăm dy 16cm lớp móng dới cấp phối thiên nhiên tra toán đồ Hình 3-4 đợc av = -0,0013 MPa d/ Xác định trị số ctt lớp móng cấp phối thiên nhiên: Tơng tự nh đất có k1= 0,6, k2=0,8 v k3=1,5 Vậy: ctt= 0,05 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,036 MPa tr e/ Kiểm toán theo điều kiện (3-7) với hệ số cờng độ cắt trợt k cd =0,94 tơng ứng với độ tin cậy yêu cầu 0,9 ta có: ax +av =0,0390 0,0013 = 0,0377 MPa nhỏ ctt 0,036 = = 0,0383MPa Nh theo điều tt K cd 0,94 kiện ny lớp móng cấp phối thiên nhiên gần nh vừa đủ khả chống cắt trợt Kết luận chung Các kết kiểm toán theo trình tự nh cho thấy kết cấu áo đờng dự kiến bảo đảm đợc điều kiện yêu cầu cờng độ, có điều kiện thừa cờng độ nhng có điều kiện vừa đủ cờng độ Vậy chấp nhận kết cấu ny lm kết cấu áo đờng thiết kế 82 PHụ LụC F : Biểu thức giải tích gần tính mô đun đn hồi Ech v ứng suất kéo uốn đơn vị ku hệ hai lớp F.1 Biểu thức giải tích gần tính mô đun đn hồi Ech F.1.1 Công thức gần Toán đồ Hình 3-1 đợc thể gần công thức Bacberơ tính mô đun đn hồi chung Ech hệ bán không gian đn hồi lớp nh dới đây: Ech = 1,05.E E 1+ E1 H + 4. D E o E1 ; + 0,67 (F-1) Eo E1 Các ký hiệu công thức ny l ký hiệu sơ đồ tính toán đồ Hình 3-1 đó: Ech - mô đun đn hồi chung hệ hai lớp; Eo - mô đun đn hồi đất bán không gian vô hạn; E1 - mô đun đn hồi lớp kết cấu áo đờng có bề dy H; D - đờng kính vệt bánh xe tính toán F.1.2 Sai số v phạm vi sử dụng công thức F-1 Theo kết tính thử công thức F-1 cho kết tính Ech hệ hai lớp sai khác với kết tra toán đồ Hình 3-1 khoảng 5-10% Do việc tính toán cờng độ kết cấu áo đờng mềm tiêu chuẩn ny dựa vo cách tra toán đồ Hình 3-1 Chỉ trờng hợp kết cấu áo đờng có chiều dy lớn (H/D >2) đợc dùng công thức F-1 Muốn biết Ech tính theo công thức F-1 có xu hớng nhỏ hay lớn trị số Ech tra theo toán đồ ta vừa tính thử theo F-1 vừa tra toán đồ Hình 3-1 với cặp biến số H/D = 2.0 v Eo/E=a dự kiến thiết kế, từ tự phán đoán đánh giá suy cho trờng hợp H/D>2.0 Ví dụ với H/D=1,909, Eo/E1=0,098 kết tra toán đồ đợc Ech/E1=0,49 tính theo F-1 đợc Ech/E1 =0,450, tức l Ech tính theo công thức cho kết nhỏ theo toán đồ gần 8% F.2 Biểu thức giải tích gần để tính ứng suất kéo uốn đơn vị ku Để tiện cho việc tính toán máy tính, Liên Xô (cũ) có sử dụng biểu thức giải tích dới để mô tả gần toán đồ Hình 3-5 v Hình 3-6 F.2.1 Tính ứng suất kéo uốn đơn vị cho lớp tầng mặt (mô tả gần toán đồ Hình 3-5) h E h D ku = (1 acrtg td ).acrtg2 ; D E ch.m D h td (F-2) Các ký hiệu (F-2) có ý nghĩa nh mục 3.6.2 v nh sơ đồ tính toán toán đồ 3-5 Riêng ký hiệu htđ đợc tính theo công thức (F-3): htđ = 1,1.h E1 E ch.m ; (F-3) F.2.2 Tính ứng suất kéo uốn đơn vị ku lớp móng vật liệu liền khối (mô tả gần toán đồ Hình3-6) 83 ku 0,185 E1 D E 1,29. 0,203 0,283 h E1 E2 = ; E 9,3 + 0,83 E2 (F-4) Các ký hiệu (F-4) có ý nghĩa nh nêu sơ đồ tính toán toán đồ Hình 3-6 Khi sử dụng biểu thức (F-2) v (F-4) nên đối chiếu lại với kết tra toán đồ để đánh giá mức độ sai số mắc phải, từ tự tổng kết đa hệ số điều chỉnh cẩn thiết 84 [...]... gia cố với các chất liên kết đều phải thử nghiệm đánh giá chất lợng sử dụng của chúng theo các chỉ tiêu yêu cầu phù hợp với tiêu chuẩn thi công v nghiệm thu các lớp kết cấu áo đờng mềm hiện hnh tơng ứng với mỗi loại vật liệu đó Trờng hợp cha có tiêu chuẩn quy định thì t vấn thiết kế có thể tự nghiên cứu tham khảo các ti liệu trong v ngoi nớc để đề xuất các chỉ tiêu yêu cầu nhng các 14 chỉ tiêu ny phải... tuân theo các nguyên tắc, yêu cầu cũng nh các chỉ dẫn khác có liên quan đến các điều kiện nêu trên đã đề cập trong tiêu chuẩn ny 34 CHơng 3 Tính toán cờng độ v bề dy kết cấu áo đờng 3.1 Các yêu cầu v nguyên tắc tính toán: 3.1.1 Yêu cầu tính toán Sau khi căn cứ vo các quy định v chỉ dẫn ở Chơng 2 để đa ra các phơng án cấu tạo kết cấu nền áo đờng thì yêu cầu của việc tính toán l kiểm tra xem các phơng... tại các nút giao thông v đờng nhánh ra vo các khu dịch vụ dọc tuyến 1 Phải dự báo đợc số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngy đêm ở năm tính toán trên một ln xe v cả số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn thiết kế để lm căn cứ thiết kế kết cấu áo đờng riêng cho mỗi trờng hợp v mỗi đoạn cụ thể trên tuyến v việc thiết kế vẫn theo đúng các chỉ dẫn của tiêu chuẩn ny Không nhất thiết phải thiết kế kết... tác thiết kế áo đờng mềm Công tác thiết kế áo đờng mềm gồm các nội dung chủ yếu sau: 1 Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đờng: Nội dung chính ở đây l chọn v bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng v yêu cầu của các tầng, lớp áo 11 đờng nh nêu ở Chơng 2, chọn các giải pháp tăng cờng cờng độ v sự ổn định cờng độ của khu vực tác dụng (bao gồm cả các giải pháp thoát nớc nếu cần, cho các lớp kết... pháp xử lý đất yếu để giảm độ lún còn lại đạt yêu cầu ở Bảng 3-1 3 Đối với các đờng có tốc độ thiết kế từ 40Km/h trở xuống cũng nh các đờng chỉ thiết kế kết cấu áo đờng mềm cấp cao A2 hoặc cấp thấp thì không cần đề cập đến yêu cầu về độ lún cố kết còn lại khi thiết kế (Điều ny cho phép vận dụng để thiết kế kết cấu áo đờng theo nguyên tắc phân kỳ đối với các đờng cấp III trở xuống nh đề cập ở mục 2.1.5... loại tầng mặt: Khi thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng mềm, trớc hết phải căn cứ vo cấp hạng đờng, thời hạn thiết kế v tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một ln xe trong suốt thời hạn thiết kế để chọn loại tầng mặt thiết kế Nếu chủ đầu t không có các yêu cầu đặc biệt gì khác thì có thể tham khảo ở Bảng 2-1 để chọn loại tầng mặt thiết kế Trong Bảng 2-1 cùng một cấp thiết kế đờng cũng có thể... xét duyệt v chấp thuận của các cơ quan quản lý kỹ thuật có thẩm quyền 3 Đối với các loại chất liên kết hữu cơ (các loại nhựa đờng) v chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi) l những thơng phẩm có xuất xứ rõ rng, có chứng chỉ kèm các chỉ tiêu chất lợng sản phẩm quen dùng phù hợp với yêu cầu trong các tiêu chuẩn thì khi thiết kế kết cấu áo đờng cha cần thử nghiệm đánh giá; còn nếu l các loại vật liệu địa phơng,... tra thu thập số liệu thiết kế 1.5.1 Nội dung điều tra Để thiết kế áo đờng mềm đạt đợc các yêu cầu nêu ở Khoản 1.3, t vấn thiết kế trớc hết phải tổ chức điều tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập v xác định đủ các số liệu về quy mô giao thông, về loại đất v các đặc trng cơ lý của nền đất, về các yếu tố tác động môi trờng có ảnh hởng đến các đặc trng cơ học của nền đất v các lớp kết cấu áo đờng, về khả năng... trong dự án thiết kế kết cấu áo đờng 4 Sau khi ngời thiết kế quyết định thnh phần vật liệu của mỗi lớp kết cấu (quyết định tỷ lệ các cỡ vật liệu hạt hoặc / v tỷ lệ chất liên kết so với vật liệu hạt) thì trách nhiệm của ngời thiết kế phải tiến hnh các thử nghiệm xác định trị số mô đun đn hồi của chúng theo chỉ dẫn ở phụ lục C để đảm bảo rằng thnh phần vật liệu thiết kế dùng cho mỗi lớp kết cấu l tơng... dy mỗi lớp kết cấu áo đờng theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép (đợc quy định v chỉ dẫn ở Chơng 3 trong tiêu chuẩn ny) 3 Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thnh phần hạt v tỷ lệ phối hợp giữa vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm các đặc trng cơ học của các vật liệu đó để đa ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu sử dụng cho mỗi lớp kết cấu Chú ý rằng ... trục xe tiêu chuẩn tích luỹ thời hạn thiết kế để lm thiết kế kết cấu áo đờng riêng cho trờng hợp v đoạn cụ thể tuyến v việc thiết kế theo dẫn tiêu chuẩn ny Không thiết phải thiết kế kết cấu áo đờng... 1.3 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm v phần lề đờng có gia cố 1.3.1 Các yêu cầu Kết cấu áo đờng mềm ln xe chạy v kết cấu phần lề gia cố phải đợc thiết kế đạt yêu cầu dới đây: Trong suốt thời hạn thiết. .. thủ yêu cầu thiết kế nêu Điều TCVN 4054 : 2005 v yêu cầu vật liệu tiêu chuẩn ngnh công nghệ thi công v nghiệm thu loại lớp kết cấu áo đờng vật liệu khác 1.2 Các thuật ngữ 1.2.1 Kết cấu áo đờng mềm