Mục Lục CHơng Quy định chung 29 1.1 Phạm vi áp dụng 29 1.1.1 Tiêu chuẩn quy định yêu cầu thiết kế cấu tạo 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 làm trờng hợp nâng cấp, cải tạo áo đờng cũ với định nghĩa áo đờng mềm nh mục 1.2.1 (áp dụng cho loại kết cấu áo đờng làm loại vật liệu khác nhau, không áp dụng cho trờng hợp kết cấu áo đờng cứng có tầng mặt làm bê tông xi măng) 29 1.1.2 Tiêu chuẩn đợc dùng làm sở tính toán đánh giá khả làm việc kết cấu áo đờng mềm tuyến đờng hữu nhằm phục vụ cho việc tổ chức khai thác, sửa chữa, bảo trì đờng 29 1.1.3 Cùng với tiêu chuẩn này, thiết kế áo đờng mềm áp dụng tiêu chuẩn quy trình khác đợc chấp thuận chủ đầu t quan có thẩm quyền định 29 1.1.4 Khi áp dụng quy trình đồng thời phải tuân thủ yêu cầu thiết kế nêu Điều TCVN 4054 : 2005 yêu cầu vật liệu tiêu chuẩn ngành công nghệ thi công nghiệm thu loại lớp kết cấu áo đờng vật liệu khác 29 1.2 Các thuật ngữ 29 1.2.1 Kết cấu áo đờng mÒm .29 1.2.2 Khu vực tác dụng đờng 30 1.2.3 Kết cấu áo đờng (H×nh 1-1) 30 KÕt cấu áo đờng hay kết cấu tổng thể mặt đờng gồm kết cấu áo đờng phần khu vực tác dụng đờng dới Thiết kế tổng thể mặt đờng có nghĩa việc trọng giải pháp thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng phải trọng đến giải pháp nhằm tăng cờng cờng độ độ ổn định cờng độ khu vực tác dụng cđa nỊn ®êng 30 Trong mét sè trêng 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 lớp đáy móng trở thành phần khu vực t¸c dơng) 30 1.2.4 Lớp đáy móng .30 Líp đáy móng có chức sau: 30 1.2.5 Mãng mÒm 31 1.2.6 Mãng nöa cøng 31 1.2.7 VËt liƯu h¹t 31 1.2.8 Tầng mặt cÊp cao A1 32 1.2.9 Tầng mặt cấp cao thứ yếu A2 32 1.2.10 Tầng mặt cÊp thÊp B1 .32 1.2.11 Tầng mặt cấp thấp B2 .32 1.2.12 Sè trơc xe tiªu chuẩn tích luỹ xe suốt thời h¹n thiÕt kÕ 32 1.2.13 Lợng giao thông gia tăng bình thờng .32 1.2.14 Lợng giao thông hấp dẫn 32 1.2.15 Lợng giao thông phát sinh 32 1.3 Yêu cầu kết cấu áo đờng mềm phần lề ®êng cã gia cè .33 1.3.1 Các yêu cầu 33 Trong suèt thêi h¹n thiÕt kÕ quy định mục 1.3.2, áo đờng phải có đủ cờng độ trì đợc cờng độ để hạn chế đợc tối đa trờng hợp phá hoại xe cộ yếu tố môi trờng tự nhiên (sự thay đổi thời tiết, khí hậu; xâm nhập nguồn ẩm) Cụ thể 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 bào mòn bong tróc bề mặt, hạn chế đợc nguồn ẩm xâm nhập vào lớp kết cấu phần đờng phạm vi khu vực tác dụng, phải đảm bảo lợng nớc xâm nhập vào đợc thoát cách nhanh (định nghĩa khu vực tác dụng đờng xem mục 1.2.2) .33 BÒ mặt kết cấu áo đờng mềm phải đảm bảo phẳng, đủ nhám, dễ thoát nớc mặt gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an toàn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác dụng xấu đến môi trờng hai bên đờng Tuỳ theo quy mô giao thông tốc độ xe chạy cần thiết, tuỳ theo ý nghĩa 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 cao khả bảo đảm kết cấu áo đờng mềm làm việc trạng thái đàn hồi khiến cho chất lợng sử dụng khai thác vận doanh cao, thời hạn sử dụng lâu bền chi phí cho tu, sửa chữa định kỳ giảm Về chất lợng bề mặt, mức độ yêu cầu khác đợc thể qua việc lựa chọn vật liệu làm tầng mặt nh Bảng 2-1 Riêng độ phẳng độ nhám mức độ yêu cầu khác đợc thể mục1.3.3 1.3.4 Chất lợng bề mặt áo đờng mềm tốt chi phí vận doanh giảm thời hạn định kỳ sửa chữa vừa trình khai thác đợc tăng lên 33 1.3.2 Thời hạn thiết kế áo đờng mỊm 34 1.3.3 Yªu cầu độ phẳng .34 1.3.4 Yêu cầu độ nhám 34 §èi víi đờng cao tốc loại, cấp theo TCVN 5729 : 1997 đờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 : 2005 (là đờng chiều xe chạy có xe 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 Htb 0,55mm 35 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 tèc ®é thiÕt kÕ nh ë mơc 3.5.1 TCVN 4054 : 2005) 35 1.3.5 Về độ lún cho phép kết cấu áo đờng 35 Sau thi c«ng xong kết cấu áo đờng, độ lún cố kết cho phép lại thời hạn thiết kế 15 năm tính từ đa kết cấu áo đờng vào khai thác sử dụng tim đờng đợc quy định B¶ng 1-3 35 Đối với đoạn đờng có loại tầng mặt cấp cao A1 nêu Bảng 1-3, độ lún lại thời hạn 15 năm kể từ làm xong áo đờng vợt trị số quy định Bảng 1-3 cần phải có biện pháp xử lý đất yếu để giảm độ lún lại đạt yêu cầu Bảng 3-1 36 Đối với đờng có tốc độ thiết kế từ 40Km/h trở xuống nh đờng thiết kế kết cấu áo đờng mềm cấp cao A1 cấp thấp không cần đề cập đến yêu cầu độ lún cố kết lại thiết kế (Điều cho phép vận dụng để thiết kế kết cấu áo đờng theo nguyên tắc phân kỳ đờng cấp III trở xuống nh đề cập ë mơc 2.1.5 nh»m gi¶m chi phÝ xư lý nỊn ®Êt yÕu) 36 1.4 Nội dung công tác thiết kế áo đờng mềm .36 ThiÕt kÕ cÊu t¹o kÕt cấu áo đờng: Nội dung chọn bố trí hợp lý lớp vật liệu phù hợp với chức yêu cầu tầng, lớp áo đờng nh nêu Chơng 2, chọn giải pháp tăng cờng cờng độ ổn định cờng độ khu vực tác dụng (bao gồm giải pháp thoát nớc cần, cho lớp kết cấu áo đờng) 37 Tính toán kiểm tra cờng độ chung cờng độ lớp kết cấu áo đờng xác định bề dày lớp kết cấu áo đờng theo tiêu chuẩn giới hạn cho phép (đợc quy định dẫn Chơng tiêu chuÈn nµy) .37 Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp thành phần hạt tỷ lệ phối hợp vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho loại vật liệu sử dụng kiểm nghiệm đặc trng học vật liệu để đa yêu cầu cụ thể vật liệu sử dụng cho lớp kết cấu Chú ý phải đa đợc tỷ lệ phối hợp thành phần vật liệu nhằm đạt mục tiêu thiết kế mà phải đa đợc tỷ lệ phối hợp thành phần vật liệu chế thử sản xuất đại trà tiến hành thiết kế kỹ thuật thiết kế vẽ thi công 37 Tại đoạn đờng có bố trí siêu cao 6%, trạm thu phí, điểm dừng đỗ xe cần thiết kế tăng cờng cờng độ kết cấu áo đờng 37 1.5 Nội dung yêu cầu công tác điều tra thu thập số liệu thiÕt kÕ 37 1.5.1 Néi dung ®iỊu tra 37 1.5.2 §iỊu tra dự báo lu lợng giao thông .38 Trên tuyến đờng, phải điều tra dự báo đợc lợng giao thông cho đoạn đờng; đoạn đờng đợc phân chia theo điểm có lu lợng giao thông tăng giảm vào tuyến nhiều khác (giữa nút giao lớn, trung tâm kinh tế, trị, văn hoá, bến tàu xe, đờng thuỷ, cảng hàng kh«ng…) 38 Phải dự báo đợc cách xác đáng số lợng trục xe quy đổi trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm (trong năm tháng mùa ma mùa bất lợi nhất) chiều xe chạy năm cuối thời hạn thiết kế (với thời hạn thiết kế quy định mục 1.3.2 với cách quy đổi trục xe tiêu chuẩn quy định mục 3.2.3) Để đảm bảo đạt đợc yêu cầu cần trọng điều tra dự báo số liệu sau: 38 Trên sở số liệu dự báo nêu điểm 2, phải xác định số lợng trục xe tiêu chuẩn tích luỹ xe suốt thời hạn thiết kế để làm lựa chọn loại tầng mặt bề dày tối thiểu lớp mặt bê tông nhựa thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng mềm .39 Sè liÖu dù báo cần phải bao gồm lợng giao thông gia tăng bình thờng, lợng giao thông hấp dẫn lợng giao thông phát sinh (xem mục 1.2.13, 1.2.14, 1.2.15) .39 1.5.3 Yêu cầu việc điều tra khả tác động nguồn g©y Èm 39 1.5.4 Yêu cầu việc điều tra loại đất đặc trng lý đất 39 Ph¹m vi đối tợng điều tra: .39 Những đặc trng phải điều tra, thử nghiệm xác định: .39 1.5.5 Yêu cầu việc điều tra thử nghiệm vật liệu làm lớp áo đờng: 40 Phải điều tra xác định nguồn cung cấp, chất lợng, trữ lợng loại vật liệu hạt loại vật liệu dùng làm chất liên kết; 40 Đối với loại vật liệu hạt (đất, cát, sỏi cuội, đá nghiền, cấp phối loại, tro bay xỉ phế thải công nghiệp) dùng riêng rẽ dùng để gia cố với chất liên kết phải thử nghiệm đánh giá chất lợng sử dụng chúng theo tiêu yêu cầu phù hợp với tiêu chuẩn thi công nghiệm thu lớp kết cấu áo đờng mềm hành tơng ứng với loại vật liệu Trờng hợp cha có tiêu chuẩn quy định t vấn thiết kế tự nghiên cứu tham khảo tài liệu nớc để đề xuất tiêu yêu cầu nhng tiêu phải đợc xét duyệt chấp thuận quan quản lý kỹ thuËt cã thÈm quyÒn .40 Đối với loại chất liên kết hữu (các loại nhựa đờng) chất liên kết vô (xi măng, vôi) thơng phẩm có xuất xứ rõ ràng, có chứng kèm tiêu chất lợng sản phẩm quen dùng phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đờng cha cần thử nghiệm đánh giá; loại vật liệu địa phơng, vật liệu tận dụng cá biệt phải thử nghiệm đánh giá theo đề cơng đợc chủ đầu t cấp có thẩm quyền phê duyệt trớc định sử dụng chúng dự án thiết kế kết cấu áo đờng 40 Sau ngời thiết kế định thành phần vật liệu lớp kết cấu (quyết định tỷ lệ cỡ vật liệu hạt / tỷ lệ chất liên kết so với vật liệu hạt) trách nhiệm ngời thiết kế phải tiến hành thử nghiệm xác định trị số mô đun đàn hồi chúng theo dẫn phụ lục C để đảm bảo thành phần vật liệu thiết kế dùng cho lớp kết cấu tơng thích với trị số thông số thiết kế đợc đa vào tính toán cờng độ kết cấu áo đờng 41 CH¬ng ThiÕt kÕ cÊu tạo kết cấu áo đờng 41 2.1 Nguyên tắc thiết kế 41 2.1.1 Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể áo đờng, tức trờng hợp phải trọng biện pháp nâng cao cờng độ ổn định cờng độ khu vực tác dụng để tạo điều kiện cho đất tham gia chịu lực với áo đờng đến mức tối đa, từ giảm đợc bề dày áo đờng hạ giá thành xây dựng Đồng thời, phải sử dụng biện pháp tổng hợp khác (biện pháp sử dụng vật liệu tổ hợp thành phần vật liệu, biện pháp thoát nớc cho lớp có khả bị nớc xâm nhập) để hạn chế tác dụng ẩm nhiệt đến cờng độ độ bền tầng, lớp kết cấu áo đờng đặc biệt biện pháp hạn chế tợng phá hoại bề mặt lớp mặt xe chạy gây 41 2.1.2 Phải chọn bố trí tầng, lớp vật liệu kết cấu áo đờng cho phù hợp với chức tầng, lớp bảo đảm kết cấu đáp ứng đợc yêu cầu theo mục 1.3.1 đồng thời phù hợp với khả cung ứng vật liệu, khả thi công khả khai thác tu, sửa chữa, bảo trì sau 41 2.1.3 Cần đề xuất từ đến phơng án cấu tạo kết cấu áo đờng Khi đề xuất phơng án thiết kế cần phải trọng đến yêu cầu bảo vệ môi trờng, yêu cầu bảo đảm an toàn giao thông yêu cầu bảo vệ sức khoẻ, bảo đảm an toàn cho ngời thi công 41 2.1.4 Cần xét đến phơng án phân kỳ đầu t thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng Trên sở phơng án cho quy hoạch tơng lai cần dự tính biện pháp tăng cờng bề dày để tăng khả phục vụ áo đờng phù hợp với yêu cầu xe chạy tăng dần theo thời gian Riêng áo đờng cao tốc đờng cấp I cấp II không nên xét đến phơng án phân kỳ xây dựng áo đờng 41 2.1.5 §èi víi đoạn đờng có tầng mặt loại cấp cao A1 nhng qua vùng đất yếu có khả phát sinh độ lún lớn kéo dài thiết kế kết cấu áo đờng theo nguyên tắc phân kỳ xây dựng sở đảm bảo cho tầng mặt cấp cao A1 không bị h hại lún Lúc thiết kế phải dựa vào lợng giao thông cuối thời hạn thiết kế để thiÕt kÕ kÕt cÊu vµ bỊ dµy nhng thi công giảm bớt bề dày tầng mặt tơng ứng với thời gian phân kỳ, đợi sau đờng vào ổn định rải tiếp lớp mặt bê tông nhựa cấp cao A1 lớp tạo phẳng, tạo nhám 42 2.2 Cấu tạo tầng mặt yêu cầu thiết kế .42 2.2.1 Chức phân loại tầng mặt: 42 2.2.2 Chọn loại tầng mặt: 42 2.2.3 Bè trÝ líp tạo nhám tầng mặt cấp cao A1 44 Trên tầng mặt cấp cao A1 phải bố trí lớp tạo nhám kiêm chức lớp hao mòn tạo phẳng dầy 1,5 3,0 cm bê tông nhựa có độ nhám cao (theo 22 TCN 345 - 06) lớp tạo nhám hỗn hợp nhựa thoát nớc dày 4cm trờng hợp sau đây: 44 Trên tầng mặt cấp cao A1 đoạn đờng đặc biệt nguy hiểm có tốc độ thiết kế từ 60 Km/h trở lên nên xem xét việc bố trí thêm lớp tạo nhám nêu (nh đoạn dốc dài có độ dốc lớn 5% đoạn đắp cao qua vùc s©u…) .44 2.2.4 Bè trÝ líp hao mòn, tạo nhám, tạo phẳng tầng mặt cấp cao A2 44 2.2.5 Bè trÝ líp hao mòn lớp bảo vệ mặt đờng cấp thấp: 44 Trên loại tầng mặt cấp thấp B1 Bảng 2-1 phải bố trí lớp hao mòn cấp phối hạt nhỏ lớp bảo vệ rời rạc; đờng quan trọng bố trí lớp hao mòn lớp bảo vệ Trên mặt đờng cấp phối thiên nhiên thờng rải lớp hao mòn; mặt đờng đá dăm nớc cấp phối đá dăm thờng rải lớp bảo vệ rời rạc Các lớp phải đợc tu cách bổ sung vật liệu thờng xuyên, san gạt phủ kín bề mặt tầng mặt để hạn chế tác dụng phá hoại xe cộ tầng mặt để tạo phẳng cho mặt đờng; 44 Lớp hao mòn thờng dày từ 4cm đợc làm cấp phối hạt nhỏ có thành phần hạt nh loại C, D, E 22 TCN 304 nhng nên có số dẻo từ 15-21 Có thể trộn cát sỏi để tạo cấp phối hạt loại này; 45 Líp b¶o vƯ thờng dày 0,5-1,0cm cát thô, cát lẫn đá mi, đá mạt với cỡ hạt lớn 4,75mm; 45 Đối với mặt đờng cấp thấp B2 có điều kiện nên rải trì lớp bảo vệ rời rạc .45 2.2.6 Bè trÝ c¸c líp tầng mặt cấp cao A1 45 Đây lớp chủ yếu với tầng móng khu vực tác dụng đất tạo cờng độ chung kết cấu áo đờng Trong trờng hợp tầng mặt cấp cao A1, lớp phải hỗn hợp vật liệu hạt có sử dụng nhựa đờng lớp phải bê tông nhựa chặt loại I trộn nóng Các lớp phía dới làm bê tông nhựa loại II, bê tông nhựa rỗng, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội (trộn nhựa lỏng nhũ tơng nhựa) thấm nhập nhựa 45 Trờng hợp đờng cao tốc, ®êng cÊp I, cÊp II hc ®êng cÊp III cã quy mô giao thông lớn tầng mặt cấp cao A1 bố trí thành lớp líp .45 Trờng hợp đờng cấp III có quy mô giao thông vừa phải đờng cấp IV đồng bố trí tầng mặt gồm lớp gồm lớp bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ hạt trung Dù bố trí thành lớp lớp tổng bề dày tầng mặt nhựa (là tổng bề dày lớp mặt có sử dụng nhựa) trờng hợp không đợc dới 6cm không nên cm Nếu bố trí thành lớp trờng hợp lớp dới không thiết phải bê tông nhựa nóng mà loại đề cập điểm nêu nhng lớp phải bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ hạt trung theo 22 TCN 249 NÕu dïng líp thÊm nhËp nhùa lµm lớp mặt dới không cần tới lớp nhựa chèn đá mạt phía 45 2.2.7 Bố trí tầng mặt cấp cao A2 .46 2.2.8 Bè trÝ tÇng mỈt cÊp thÊp B1, B2 .46 2.2.9 Bề dày tối thiểu tầng mặt cấp cao A1 .46 Khi đặt lớp móng cấp phối đá dăm tổng bề dày lớp tầng mặt cấp cao A1 đề cập mục 2.2.6 cộng với bề dày lớp tạo nhám đề cập mục 2.2.3 (nếu có) phải lớn trị số quy định Bảng 2-2 46 NÕu c¸c líp tầng mặt nhựa cấp cao A1 đợc đặt trực tiếp lớp móng nửa cứng để hạn chế tợng nứt phản ảnh, tổng bề dày tối thiểu tầng mặt có sử dụng nhựa phải bề dµy líp mãng nưa cøng vµ tèi thiĨu b»ng 14 18cm đờng thiết kế đờng cao tốc theo TCVN 5729 đờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 phải 10 12 cm ®êng thiÕt kÕ lµ ®êng cÊp III, cÊp IV theo TCVN 4054 Trờng hợp tầng mặt có sử dụng nhựa bi tum polime hỗn hợp đá nhựa có tỷ lệ nhựa đờng tối u lớn ( %) bề dày tối thiểu lấy trị số nhỏ trị số trung bình phạm vi nêu 47 2.2.10 Líp nhùa dÝnh b¸m 47 2.2.11 Líp nhùa thÊm b¸m 47 2.3 Thiết kế cấu tạo tầng móng .47 2.3.1 Nguyên tắc bố trí cấu tạo tầng móng: .48 Nên gồm nhiều lớp, lớp vật liệu có cờng độ khả chống biến dạng cao lớp dới để phù hợp với trạng thái phân bố ứng suất hạ giá thành xây dựng Tỷ số mô đun đàn hồi lớp so với lớp dới liền nên dới lần (trừ trờng hợp lớp móng dới loại móng nửa cứng) tỷ số mô đuyn đàn hồi lớp móng dới với mô đuyn đàn hồi đất nên phạm vi 2,5 10 lần Số lớp không nên nhiều để tránh phức tạp cho thi công kéo dài thời gian khai triển dây chun c«ng nghƯ thi c«ng 48 Cì h¹t lín nhÊt cđa vËt liƯu làm lớp móng phía nên chọn loại nhỏ so với cỡ hạt lớn lớp dới Vật liệu hạt dùng làm lớp móng cần có trị số CBR 80 dùng làm lớp móng díi cÇn cã CBR30 48 KÕt cÊu tÇng mãng (vỊ vật liệu bề dày) nên thay đổi đoạn tuỳ thuộc điều kiện đất tình hình vật liệu chỗ sẵn có Trong trờng hợp nên tận dụng vật liệu chỗ (gồm phế thải công nghiệp) để làm lớp móng díi 48 2.3.2 Chọn loại tầng móng 48 §èi với đờng cao tốc, đờng cấp I, II đờng có xe trở lên cần sử dụng lớp móng nửa cứng để tăng mức độ đồng cờng độ bề rộng phần xe chạy, chẳng hạn nh bố trí lớp móng dới cát đất gia cố chất liên kết vô bố trí lớp móng cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng .48 ë đoạn đờng bị ảnh hởng ẩm mao dẫn từ nớc ngầm phía dới lớp móng dới nên sử dụng vật liệu đất gia cố chất liên kết vô hữu với bề dày tèi thiĨu lµ 15cm 48 NÕu lớp móng có thêm chức thấm thoát nớc khỏi kết cấu áo đờng lựa chọn vật liệu cho độ rỗng sau đầm nén chặt khoảng 15 20%, cấp phối hạt không đợc chứa cỡ hạt 0,074m hệ số thấm phải lớn 3m/ngày đêm 49 Trong trêng hỵp đặc biệt khó khăn (thiếu phơng tiện gia công đá thiếu phơng tiện xe máy thi công) sử dụng lớp móng đá ba xếp có chêm chèn chặt cho loại mặt đờng cấp thấp B1, B2 Đá ba có kích cỡ lớn lµ 18 – 24cm 49 Ph¶i thiÕt kÕ lớp láng nhựa móng cấp phối đá dăm đá dăm nớc để chống thấm nớc xuống chống xe cộ thi công lại phá hoại móng trờng hợp làm móng trớc để thời gian trớc thi công tiếp lớp 49 2.3.3 BỊ réng c¸c líp mãng 51 BÒ rộng lớp móng phải rộng bề rộng tầng mặt bên 20cm; 51 BỊ réng líp mãng dới nên rộng bề rộng lớp móng bªn 15cm; 51 BỊ réng cđa líp mãng kiªm chức thấm thoát nớc từ kết cấu áo đờng nên rải hết toàn bề rộng đờng phải có biện pháp chống h hại xói lở hai bên mép sát taluy đờng, không phải thiết kế bố trí rãnh xơng cá ống thoát nớc ra, hào thấm, rãnh thấm 51 2.4 Bề dày cấu tạo lớp kết cấu áo đờng 51 2.4.1 Nguyên tắc thiết kế bề dày 51 10 Rc cờng độ ép chẻ đợc xác định theo công thức: Rc = K (MPa) (C-4) Với P tải trọng ép chẻ mẫu bị nứt tách; d, h- Đờng kính chiều cao mÉu; K – HƯ sè, lÊy b»ng 1,0 ®èi víi vật liệu có chất liên kết hữu cơ, 2/ vật liệu có chất liên kết vô C.3.3 Xác định lực dính c hệ số góc ma sát vật liệu đợc thí nghiệm phòng cách cắt phẳng theo mặt định tríc hc b»ng thÝ nghiƯm nÐn trơc Víi vËt 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 theo yêu cầu giống nh mẫu kéouốn nêu Víi thÝ nghiƯm nÐn trơc thêng dïng mÉu trßn chiều cao gấp đôi đờng kính tùy theo cỡ hạt lín nhÊt D max (Dmax = 5mm dïng ®êng kÝnh d=5cm, Dmax = 25mm dïng ®êng kÝnh mÉu d=10cm, Dmax = 40mm dùng đờng kính mẫu d=15cm) Phải tiến hành thí nghiệm mẫu có trạng thái ẩm, nhiệt độ nh ng chịu trị số tải trọng thẳng đứng khác (tải trọng lớn không v ợt 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 góc ma sát theo phơng trình Coulomb: = c + p.tgϕ ; ( MPa) (C-5) ®ã: τ sức chống cắt giới hạn; p: áp lực thẳng ®øng thÝ nghiƯm c¾t, MPa C.4 Thư nghiƯm phòng để xác định trị số mô đun đàn 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 mơc B.5.2 Phơ lơc B víi tÊm Ðp cøng có đờng kính cm khuôn tròn có đờng kính chiều cao 15 ữ 20cm (có thể lợi dụng dụng cụ làm thí nghiệm xác định CBR) Khi áp dụng phơng pháp để xác định mô đun đàn 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) 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 p=0,5-0,6 MPa Tính toán kết theo biểu thức B-8 dùng trị số tính theo B-8 làm trị số mô đun đàn hồi tính toán vật liệu loại (không nhân hệ số Kn=1,30 biểu thøc B-7 nh ®èi víi ®Êt nỊn) 105 PHơ LơC D : PHƯƠNG PHáP THử NGHIệM XáC ĐịNH MÔ ĐUN ĐàN HồI CủA ĐấT Và VậT LIệU áO Đờng trờng máng thí nghiệm D.1 Xác định thí nghiệm đo ép ép lớn Trong trờng hợp mô đun đàn hồi đất vật liệu đợc xác định theo công thức: E= π p.D(1− μ ) ; (MPa ) l (D-1) đó: l biến dạng hồi phục đo đợc thực nghiệm tơng ứng với cấp tải trọng p Khi thùc nghiƯm thêng dïng p=0,5 ÷ 0,6 MPa trờng hợp đo ép mặt lớp vật liệu 0,20 ữ 0,25 MPa mặt đất D đờng kính ép, điều kiện hiƯn cho phÐp dïng tÊm Ðp cøng ®êng kÝnh từ 30-40cm đất vật liệu (nếu có điều kiện nên dùng ép đờng kính 76cm) hệ số Poisson, đợc lấy 0,35 đất nền; 0,25 vật liệu 0,30 kết cấu áo đờng Thời gian đo ép tiến hành thực nghiệm trờng phải lúc kết cấu mặt đờng vào trạng thái bất lợi ẩm nhiệt nh nêu mục 3.1.5 Kết đo ép thời điểm khác năm có giá trị tham khảo; trờng hợp muốn sử dụng đợc kết cần kết hợp với thí nghiệm phòng theo cách hớng dẫn Phụ lục B 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 ngành 22 TCN 251-98 Trong trờng hợp sử dụng máng thí nghiệm tạo nên kết cấu thí nghiƯm gièng hƯt kÕt cÊu thùc tÕ vỊ vËt liƯu bề dày tầng lớp công nghệ thi công nhng đồng thời lại tạo đợc đất lớp vật liệu có trạng thái ẩm nhiệt bất lợi Trong máng thí nghiệm cấu tạo kết cấu áo đờng hoàn chỉnh (gồm đất đủ lớp vật liệu) cấu tạo riêng đất, riêng vật liệu muốn thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi riêng chúng Yêu cầu phải bảo đảm đồng cấu tạo lớp Trong trờng hợp, máng thí nghiệm tối thiểu phải bảo đảm kích thớc mặt 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 hoàn chỉnh trình tự đo ép thực nghiệm đợc tiến hành nh sau: - Đo ép mặt áo đờng để xác định biến dạng hồi phục kết cấu áo đờng, từ xác định mô đun đàn hồi chung kết cấu theo công thức D-1 - Tiếp tục đo mô đun đàn hồi tơng ứng mặt lớp vật liệu áo đờng khác cách đào bóc dần lớp để đo chiều dày lớp đo ép mặt lớp từ xuống dới Phải đào bóc mặt có kích thớc không đợc nhỏ lần đờng kính ép vị trí đặt ép lớn Cứ nh cuối ép mặt đất 106 - 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 dày lớp, biết trị số mô đun đàn hồi tơng đơng mặt áo đờng mặt tầng lớp vật liệu áp dụng toán đồ 3.3.1 để tính ngợc trị số mô đun đàn hồi lớp vật liệu: mô đun đàn 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 ®Ĩ tÊm Ðp cã thĨ tiÕp xóc tèt víi ®Êt vật liệu (có thể xoa lớp cát mỏng 1-2 mm, loại cát cho lọt qua lỗ sàng đờng kính 0,5 mm) Sau bố trí kích thiết bị đo ép nh sơ đồ Hình D-1 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 mà mũi đợc đặt bàn ép (trong trờng hợp 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 Hình D-1: Sơ đồ lắp đặt thiết ép (đặt đối xứng); trờng hợp bị đo ép trờng chuyển vị kế phải đợc lắp dầm cøng m¸ng thÝ nghiƯm cã gèi tùa xng nỊn cách xa ép bánh xe khoảng cách không nhỏ 4D) Trớc thử nghiệm phải chèn chặt bánh trớc ô tô suốt thời gian thử nghiệm phải khóa chặt nhíp ô tô - Sau lắp đặt xong thiết bị nh trên, tiến hành gia tải đến tải trọng p lớn giữ tải trọng phút dỡ tải chờ đến biến dạng hồi phục hết (bớc bớc gia tải chuẩn bị) - Bớc vào thử nghiệm thức, việc gia tải đợc thực với 3-4 cấp tải trọng p cấp cuối cùng, gia tải cấp, đợi biến dạng ổn định (tốc độ biến dạng không 0,02 mm/phút) lại dỡ tải 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 dỡ tải cấp - Vẽ biểu đồ quan hệ biến dạng hồi phục tải trọng; đờng biểu diễn quan hệ phải đờng cong đều, điểm gẫy gần với đờng thẳng - Tính trị số mô đun đàn 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 dùng làm trị số mô đun đàn hồi tính toán (Chênh lệch lần đo không đợc 20%) D.2 Xác định phơng pháp dùng cần đo võng Benkelman 107 Có thể sử dụng phơng pháp để đo độ võng đàn hồi trực tiếp dới bánh xe mặt kết cấu áo đờng đất để từ tính trị số mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đờng mô đun đàn hồi đất theo dẫn quy trình 22 TCN 251 - 98 (kể phân đoạn đánh giá, cách đo, cách xử lý số liệu công thức tính mô đun đàn hồi) Phơng pháp không áp dụng đợc trờng hợp sau: - Lớp mặt loại vật liệu rời rạc, dính kết nh dá dăm nớc, cấp phối đá dăm, lớp mặt thấm nhập nhựa láng nhựa cha hình thành hoàn toàn (đá cha chìm hết vào nhựa); - Đất đờng cát cha có lớp phủ đất dính PHụ LụC E : Các ví dụ tÝnh to¸n E.1 VÝ dơ I: ThiÕt kÕ kÕt cÊu 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 xe, có dải phân cách có dải phân cách bên tách riêng dành cho xe đạp 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 thành 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 Trục sau Số trục sau Số bánh cụm bánh trục sau Khoảng cách trục sau (m) Lợng xe chiều ni (xe/ngày đêm) 1800 26,4 56,0 45,2 95,8 1 108 Cụm bánh đôi - 500 50 Loại lớn 3/ Xe tải loại Nhẹ Vừa Nặng Nặng 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 Cụm bánh đôi 1,40 1800 1250 600 200 E.1.2 Trình tự tính toán thiết kế: Tính số trục xe tính toán 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 ngày đêm năm cuối thời hạn thiết kế (năm cuối thời kỳ khai thác Ntk=1637 trục/ngày đêm chiều) Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn xe N tt Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có xe có dải phân cách nên theo 3.3.2 f L= 0,35 VËy Ntt = 1637 x 0,35 = 573 (trơc/lµn.ngµy ®ªm) TÝnh sè trơc xe tiªu chn tÝch lòy thời hạn tính toán 15 năm Theo biểu thức (A-3) Phụ lục A tính đợc: Ne = 15 [(1+ 0,06) − 1] 365.573 = 2,16.10 (trôc) 14 0,06(1 + 0,06) Dù kiÕn cÊu t¹o kÕt cÊu áo đờng - Chọn móng đá dăm gia cố xi măng có cờng độ chịu nén theo 22 TCN 245 b»ng 4Mpa vµ mãng díi b»ng cÊp phèi đá dăm loại I theo 22 TCN 334 06; - Tầng mặt lớp bê tông nhựa chặt loại I, tổng bề dày tối thiểu tầng mặt phải tuân thủ quy định mục 2.2.9: Nếu theo tỉng sè trơc xe tiªu chn tÝch lòy 15 năm xe N e=2,16.106 tổng bề dày tối thiểu lớp bê tông nhựa phải 10 cm (Bảng 2.2 mục 2.2.9) chúng đợc đặt lớp móng nửa cứng nên tối thiểu phải 12-18 cm nhng không nhỏ bề dày lớp móng nửa cứng; - Các đặc trng tính toán đất lớp vật liệu xác định theo dẫn mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 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 dày tối thiểu lớp kết cấu Bảng E-2: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trng tính toán lớp kết cấu Lớp kết cấu (từ dới lên) Bề dày líp (cm) E (Mpa) TÝnh vỊ ®é 109 TÝnh vỊ trỵt TÝnh vỊ kÐo n Rku (Mpa) C (MPa) (đ ộ) - Đất sét độ ẩm tơng đối tính toán 0,6 - Cấp phối đá dăm loại II - Cấp phối đá dăm loại I 42 0,032 18 250 250 250 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 24 Tính toán kiểm tra cờng độ chung kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a/ Việc đổi tầng lớp từ dới lên đợc thực theo biểu thức (3.5): + k t 1/  Etb ' = E1    1+ k  Víi k= vµ t = ; Kết tính đổi tầng nh Bảng E-3 Bảng E-3: Kết tính đổi tầng lớp từ dới lên để tìm Etb Lớp kết cÊu Ei (MPa) t= hi (cm) k= Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 - Cấp phối đá dăm loại II 250 - Cấp phối đá dăm loại I 300 =1,200 17 =0,944 35 274 - Đá gia cố xi măng 600 = 2,189 14 =0,400 49 350 - Bê tông nhùa líp díi 350 =1,000 =0,163 57 350 - Bê tông nhựa lớp 420 =1,200 =0,105 63 356,3 18 b/ XÕt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β = (): Với = = 1,909 Tra Bảng 3.6 đợc = 1,206 Vậy kết cấu nhiều lớp đợc đa kết cấu lớp với lớp dc dày 63 cm có mô đun đàn hồi trung bình Etb =β Etb’=356,3 x 1,206 = 429,6 (Mpa) c/ TÝnh Ech kết cấu: sử dụng toán đồ Hình 3.1 = = 1,909; = = 0,098 Tõ tû sè tra toán đồ Hình 3-1 đợc = 0,495; Vậy Ech= 429,6 x 0,495 = 212,6 Mpa d/ NghiƯm l¹i ®iỊu kiƯn (3-4) theo mơc 3.4.1; ph¶i cã: dv Ech≥ K cd E yc 110 - - V× sè trơc xe tính toán ngày đêm xe 574 trục/ làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 (nội suy Ntt= 500 Ntt= 1000) tìm đợc Eyc =180 Mpa (lớn Eyc tối thiểu với đờng cấp II theo Bảng 3-5 157 MPa) lấy Eyc = 180 MPa để kiểm toán Đờng cấp II, xe nên theo Bảng 3-3, chọn độ tin cËy thiÕt kÕ lµ 0,95, dv dv vËy, theo Bảng 3-2 xác định đợc K cd =1,17 K cd Eyc=1,17 x 180 = 210,6 MPa KÕt qu¶ nghiƯm to¸n: dv Ech= 212,6 > K cd E yc = 210,6 MPa Cho thÊy víi cÊu t¹o kÕt cÊu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn 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 Ei (MPa) - Cấp phối đá dăm loại II - Cấp phối đá dăm loại I 300 - Đá gia cố xi măng 600 - Bê tông nhựa lớp 250 - Bê tông nhựa lớp dới t= hi (cm) 250 300 k= Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 =0,944 35 274 18 =1,200 17 =2,189 14 =0,400 49 350 =0,714 =0,163 57 334,6 300 =0,8 334,6 97 =0,105 63 331,2 Ghi chó B¶ng E-4: trõ sè cã thể phép tính, số khác giống nh Bảng E-3 Xét đến hệ số điều chỉnh = (=) tơng tự nh tính điểm nêu Do vËy : 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 nỊn ®Êt Tax: = =1,909; = = = 9,51; Theo biểu đồ Hình 3-3, với góc nội ma sát ®Êt nỊn ϕ =24o ta tra ®ỵc Tax = p 0,0113 Vì áp lực mặt đờng bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = daN/cm = 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): - Ctt= C k1.k2.k3 Theo B¶ng E-2: C = 0,032 MPa 111 - Theo môc 3.5.4 cã k1 = 0,6; k2 = 0,8 v× sè trơc xe tÝnh toán 574 trục/làn.ngày đêm < 1000 trục, k3 = 1,5 (đất 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 ®Êt (biĨu thøc 3.7): tr Víi ®êng cÊp II, ®é tin cậy yêu cầu Bảng 3-3 0,95 theo Bảng 3-7 k cd =1,0 với trị số ax av tính đợc ta cã: Τax + Τav =0,0068 – 0,002 = 0,0048 MPa ==0,023 MPa 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 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 líp díi: h1=14 cm; E1 ===1686 MPa TrÞ sè Etb’ lớp móng cấp phối đá dăm II, cấp phối đá dăm I đá gia cố xi măng Etb = 350 MPa (theo kết tính Bảng V -3) với bề dày lớp H= 18+17+14 = 49 cm trị số phải xét đến hệ số điều chỉnh theo (3-7): với ==1,485 tra Bảng 3- đợc =1,17; Vậy theo (3.7), Etbdc =1,1755 350 = 411,4 MPa Víi ==0,102, tra toán đồ Hình 3-1 đợc =0,43 Vậy đợc: Ech.m = 411,4 x 0,43 = 176,9 MPa T×m σ ku đáy lớp bê tông nhựa lớp dới cách tra toán đồ Hình 3.5 với: ==0,424 ; ==9,53 Kết tra toán đồ đợc ku =1,50 với p = 0,6 MPa theo (3.11) ta cã: σ ku =1,50 x 0,6 x 0,85 = 0,765 MPa §èi víi bê tông nhựa lớp trên: h1= 6cm; E1 = 1800 MPa trÞ sè Etb’ cđa líp phÝa díi nã 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 600 - - Bê tông nhựa hạt trung 1600 t= hi (cm) k= 18 =1,200 17 =0,944 =2,189 14 =0,400 =4,571 =0,163 Htb (cm) Etb’ (Mpa) 18 250 35 274 49 350 57 456,3 XÐt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β = ƒ ( = = 1,727) ta cã Etbdc = 456,3 x 1,146 = 545,8 MPa m áp dụng toán đồ Hình 3-1 để tìm Ech đáy lớp bê tông nhựa hạt nhỏ: 112 Với = = 1,727 = = 0,077 m Tra toán đồ Hình 3-1 ta đợc = 0,41 VËy cã Ech =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 == 0,182; = = 8,043 Kết tra toán đồ đợc ku =1,81 với p = 0,6 MPa Ta cã: σ 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 (312) K1 = 11,11 11,11 0,22 = 0,22 = 0,449 Ne 2,16.10 [ ] Theo mục 3.6.3 trờng hợp lấy k2=1,0; Vậy cờng độ chịu kéo uốn tính toán lớp bê tông nhựa lớp dới là: Rttku = k1.k Rku = 0,449 x 1,0 x 2,0 = 0,898 MPa Và lớp BTN lớp là: Rttku = k1.k Rku = 0,449 x 1,0 x 2,8 = 1,251 MPa - ku Kiểm toán điều kiện theo biĨu thøc (3.9) víi hƯ sè K dc =1,0 lÊy theo Bảng 37 cho trờng hợp đờng cấp II ứng với độ tin cậy 0,95 Với lớp bê tông nhựa líp díi σ ku = 0,765 MPa < - 0,898 =0,898 MPa Với lớp bê tông nhựa hạt nhỏ σ 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 E1===1686 MPa - m Tính Ech lớp phía dới lớp đá gia cố xi măng: theo kết Bảng E-5 có E tb’ = 274 vµ Htb = 35 cm (cđa lớp cấp phối đá dăm) Xét thêm hệ số ®iÒu chØnh β=ƒ (==1,061) ta cã Etbdc =274 x 1,114 = 305,25 MPa m Tra toán đồ 3-1 để tìm Ech víi = = 1,061 vµ = = 0,138 Tra toán đồ Hình 3-1 ta đợc =0,38 Vậy có Echm =0,38 x 305,25 = 116 MPa T×m σ ku ë đáy lớp gia cố xi măng cách tra toán ®å H×nh 3.6 víi 113 ==0,848 ; E1 E 600 1585,71 == = = 5,14 =2,81 vµ E2 E 116 600 Kết tra toán đồ đợc ku =0,38 - Víi p = 0,6 MPa, tÝnh øng 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 - ku KiĨm to¸n theo điều kiện (3-9) với Rtt xác định theo (3-11_ hệ số cờng ku độ K cd =1,0 (điều 3.6.1) (3-11) theo mục 3.6.3 xác định đợc k1 = 2,86 = 0,575 (công (2,16.106 ) 0,11 thức 3.13) k2 = 1; từ đó: Rttku = k1.k Rku = 0,575 x 1,0 x 0,8 = 0,46 MPa Nh vËy σ ku =0,1938 < Rttku 0,46 = = 0,46, kÕt cÊu dù kiÕn thiÕt kÕ b¶o đảm đủ cK cdku 1,0 ờng độ theo tiêu 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 kiƯn vỊ cêng ®é, ®ã cã thĨ chÊp nhËn nã lµm kÕt cÊu thiÕt kÕ E.2 VÝ dơ II: Thiết kế kết cấu áo đờng mềm cho đờng cấp IV có hai 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) 226 trục/ngày đêm/ 2chiều Đất loại cát, có độ chặt đạt độ đầm nén K=0,95 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 xe phần xe chạy Ntt = Ntk.fL Vì đờng thiết kế có xe nên theo 3.3.2 trị số fL = 0,55 Do vậy: Ntt = 226 x 0,55=124 trục/ngày đêm.làn Chọn loại tầng mặt dự kiến cấu tạo kết cấu gồm lớp mặt loại láng nhựa lớp dày 2cm (theo 22 TCN 271), lớp móng cấp phối đá dăm loại I dày 16cm tầng móng dới cấp phối thiên nhiên loại A theo quy trình 22 TCN 304 - 03 dày 34cm Các đặc trng tính toán đất lớp vật liệu xác định theo dẫn mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 3.6.4 đợc tập hợp Bảng E-6 dới đây: Bảng E-6: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trng tính toán lớp kết cấu Lớp kết cấu (từ dới lên) Bề dày lớp (cm) 114 Mô đun đàn hồi E (Mpa) Tính độ võng Tính trợt C (MPa) (đ ộ) - 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) 42 42 0,018 26 34 200 200 0,050 40 16 300 300 KiĨm tra cêng ®é cđa kÕt cÊu dự kiến theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a/ Đổi tầng lớp từ dới lên theo biÓu thøc (3.5) 1 + kt / Etb ' = E1 đợc liệt kê Bảng E-7 1+ k Bảng E-7: Tính đổi tầng lớp từ dới lên để tÝnh Etb’ Líp kÕt cÊu - CÊp phèi thiªn nhiªn - - Cấp phối đá dăm loại I Láng nhựa líp Ei (MPa) t= hi (cm) 200 300 k= 34 300 =1,5 200 16 = 0,471 Htb (cm) Etb’ (Mpa) 34 200 50 229 00 Kh«ng tÝnh 52 b/ XÐt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β = ƒ (=)=1,17) ta cã Etbdc = 229 x 1,17 = 268,2 MPa c/ Tính mô đun đàn hồi chung E ch kết cấu cách sử dụng toán đồ Hình 3-1: == 1,515 Tra toán đồ Hình 3-1 ®ỵc Eo 42 = = 0,157 dc E tb 268,2 E ch = 0,53 VËy Ech=0,53 x 268,2 =142,2 MPa E1 d/ Theo mục 3.4.1, nghiệm lại điều kiện (3.4): dv Ech ≥ K cd E yc - V× sè trục xe tính toán 124 trục /làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 đợc E=125 MPa (nội suy N tt = 100 Ntt = 200 tơng ứng với tầng mặt cấp cao yc toihieu A2) Trị số lớn E yc tối thiểu Bảng 3-5 ( E yc = 100 MPa) VËy lÊy Eyc=125 MPa ®Ĩ kiểm toán Với đờng cấp IV, chọn độ tin cậy thiÕt kÕ b»ng 0,90 (theo B¶ng 3-3), vËy tra Bảng 3-2 tìm đợc hệ số cờng độ tơng ứng Kcd=1,1 Vậy kết kiểm toán là: Ech = 142,2 > 1,1 x 125 =137,5 Điều cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép (không giảm đợc 1-2 cm móng dới; 115 nhiên cần phải đợi kết kiểm toán với tiêu chuẩn chịu cắt trợt điều chỉnh bề dày thể) Kiểm tra cờng độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trợt đất: Theo kết tính Bảng E-7, sơ đồ tính đợc đa toán lớp với lớp dc có Etb =285 MPa dày 50 cm ®Êt cã E o=42 MPa, c=0,018 MPa vµ ϕ=26o ViƯc 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 D=33 cm gây đất theo toán đồ Hình 3-3 cã: E1 E dc 268,2 = tb = = 6,39 = = 1,515 vµ E2 Eo 42 ; VËy 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 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 môc 3.5.4 cã k1=0,6, k2 = 0,8 (Bảng 3-8) k3=1,5 Vậy ctt = 0,018 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,01296 MPa d/ KiĨm to¸n 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 0,90; từ tr theo Bảng 3-7 tìm đợc hệ số cờng độ cắt trợt tơng ứng k cd =0,94 kết kiểm toán theo (3.7) nh sau: ax +av = 0,0126 – 0,0012 = 0,0114 MPa nhá h¬n ctt 0,01296 = = 0,01378MPa tt K cd 0,94 Nh vËy theo điều kiện 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 đàn hồi chung Ech.m líp cÊp phèi thiªn nhiªn - Víi = = 1,03 = = 0,21 Tra toán đồ Hình 3-1 đợc = 0,52 VËy Ech’ = 0,52 x 200 = 104 MPa XÐt ®Õn hƯ sè ®iỊu chØnh β=ƒ (==1,03) ®ã β=1,11 m VËy Ech =β.Εch’= 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 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 lớp cấp phối đá dăm có E 1=350 MPa dày 16 cm, phía dới lớp bán không gian có E2=115,5 MPa, c=0,05 MPa vµ ϕ = 40o Do vËy víi = 40o, ==0,485 = đợc 300 =2,60 tra toán đồ Hình 3-2 115,5 Tax ã =0,065; từ tìm đợc Tax =0,065 x 0,6 = 0,0390 MPa p 116 c/ Tính ứng suất cắt hoạt động trọng lợng thân lớp cấp phối đá dăm dày 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 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 cã: Τax +Τav =0,0390 – 0,0013 = 0,0377 MPa nhá h¬n ctt 0,036 = = 0,0383MPa Nh vËy tt K cd 0,94 theo điều kiện 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 ®é nhng cã ®iỊu kiƯn chØ võa ®đ cêng ®é Vậy chấp nhận kết cấu làm kết cấu áo ®êng thiÕt kÕ 117 PHơ LơC F : BiĨu thøc giải tích gần tính mô đun đàn hồi Ech ứng suất kéo uốn đơn vị ku hệ hai lớp F.1 Biểu thức giải tích gần tính mô đun đàn hồi Ech F.1.1 Công thức gần Toán đồ Hình 3-1 đợc thể gần công thức Bacberơ tính mô đun đàn hồi chung Ech hệ bán không gian đàn hồi lớp nh dới đây: Ech = 1,05.E E0 1+ E1 H 1+ 4.   D E   o   E1  − 0,67 + Eo E1 ; (F-1) Các ký hiệu công thức ký hiệu sơ đồ tính toán đồ Hình 3-1 đó: Ech - mô ®un ®µn håi chung cđa hƯ hai líp; Eo - mô đun đàn hồi đất bán không gian vô hạn; E1 - mô đun đàn hồi lớp kết cấu áo đờng có bề dày H; D - ®êng kÝnh cđa vƯt b¸nh xe tÝnh to¸n F.1.2 Sai số phạm vi sử dụng công thức F-1 Theo kết tính thử công thức F-1 cho kÕt qu¶ tÝnh Ech cđa hƯ hai líp 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 dựa vào cách tra toán đồ Hình 3-1 Chỉ trờng hợp kết cấu áo đờng có chiều dày 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 cã thĨ võa tÝnh thư theo F-1 võa tra toán đồ Hình 3-1 với cặp biến số H/D = 2.0 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 G-1 đợc Ech/E1 =0,450, tức 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 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) h1 E1 htd D σ ku = D E (1− π acrtg D ).acrtgh ; ch.m td (F-2) C¸c ký hiƯu (F-2) cã ý nghÜa nh ë mơc 3.6.2 nh sơ đồ tính toán toán đồ 3-5 Riêng ký hiệu htđ đợc tính theo công thøc (F-3): 118 ht® = 1,1.h1.3 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) ku −0,185   E1  E D   1,29  − 0,203 − 0,283 h E1   E2   =  ; E3 9,3 + 0,83 E2 (F-4) C¸c ký hiƯu (F-4) cã ý nghĩa nh nêu sơ đồ tính toán toán đồ Hình 3-6 Khi sử dụng biểu thức (F-2) (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 Đối với kết cấu H/D không cần kiểm tra trợt đất vµ vËt liƯu cÊp phèi mãng díi 119