Đồ án Thiết kế kỹ thuật giao thông đường D6, xã Vĩnh Lộc 2, huyện Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh

; K (5) (m) ; nếu S2 < K (6) Trong đó: R’ : bán kính quỹ đạo xe chạy. Quỹ đạo xe chạy cách mép bó vỉa 1.50m. K: chiều dài đường cong quỹ đạo xe chạy R = 300m: R’ = 286m; K = 220m; α = 67.457o à theo (6) thì: h = 0.11 (m) 19. Tổng hợp chỉ tiêu kỹ thuật cho tuyến đường Bảng tổng hợp chỉ tiêu kỹ thuật của đường D6 STT CHỈ TIÊU KĨ THUẬT ĐV TÍNH SỐ LIỆU THEO TÍNH TOÁN THEO QUY TRÌNH 104-2007 GIÁ TRỊ LỰA CHỌN 1 Cấp đường IV IV IV 2 Vận tốc thiết kế (VTK) (km/h) 60 60 60 3 Phần xe chạy Số làn xe 0.22 6 6 Bề rộng làn xe (m) - 3.50 3.50 Bề rộng lề đường / Dải mép (m) - 1.5 / 0.5 1.5 / 0.5 4 Phần phân cách / Dải phân cách (m) - 3.0 / 2.0 3.0 / 2.0 5 Hè đường (m) - 4.0 4.0 6 Độ dốc dọc tối đa (id.max) (%) - 6 6 7 Độ dốc dọc tối thiểu (id.min) (%) - 0.3 0.3 8 Bán kính đường cong nằm tối thiểu Có siêu cao Rmin.SC (m) 300 125 300 Không siêu cao Rmin.KSC (m) - 1500 1500 9 Tầm nhìn Hãm xe (S1) (m) 76 75 76 Ngược chiều (S2) (m) 151 150 151 Vượt xe (Sxv) (m) 360 350 360 10 Độ dốc ngang mặt đường (in) (%) 2 2 2 11 Độ dốc siêu cao trong đường cong (isc) (%) −6 2 2 12 Chiều dài dốc dọc lớn nhất ứng với id = 6% (m) - 600 600 13 Chiều dài dốc dọc tối thiểu ứng với id = 6% (m) - 100 100 14 Chiều dài đoạn nối siêu cao (Lnsc) (m) 42.4 50 50 15 Chiều dài đường cong chuyển tiếp (Lct) (m) 30.63 - 50 16 Độ mở rộng làn xe trong đường cong (m) 1.2 1.0 1.2 II - PHƯƠNG ÁN TUYẾN TRÊN BÌNH ĐỒ: 1. Căn cứ để xác định bình đồ : - Dựa vào quy hoạch giao thông của khu ta xác định được phương án của từng tuyến . - Tôn trọng theo quy hoạch đã được duyệt, tuy nhiên vẫn có những thay đổi về bán kính cong trên bình đồ tại những đoạn cong hay những thay đổi về độ dốc dọc nhằm đảm bảo khối lượng đào đắp tối ưu nhất. - Ngoài ra cũng cần phải tuân thủ theo những nguyên tắc vạch tuyến trên bình đồ : Đảm bảo được khi xe chạy phải an toàn và êm thuận. Đảm bảo quá trình xây dựng tuyến là tốt nhất, rẻ nhất và thuận tiện cho việc duy tu bảo dưỡng trong quá trình khai thác . Đảm bảo tốt các yêu cầu về kinh tế, kĩ thuật và quốc phòng . 2. Thiết kế bình đồ : a. Chọn bán kính cong trên bình đồ: Các điểm chủ yếu của đường cong tròn bao gồm : - Điểm nối đầu : NĐ - Điểm tiếp đầu : TĐ - Điểm tiếp cuối : TC - Điểm nối cuối : NC - Điểm giữa : P - Các góc hướng : a - Bán kính đường cong : R Các yếu tố cơ bản của đường cong được tính theo công thức : - Tiếp tuyến: - Phân cự: - Chiều dài đường vòng: Các giá trị trên của từng đường cong được thể hiện trong bản vẽ thiết kế kèm theo và mục b dưới đây. b. Bảng tổng hợp các yếu tố đường cong: α R T P K isc Lct W H 67.457o 300m 200.3m 133m 353m 2% 50m 1.0m c. Xác định đường cong trên bình đồ: Xác định góc ngoặc a trên bình đồ bằng thước đo độ. Chọn bán kính đường cong R. Tính các yếu tố cơ bản của đường cong bằng các công thức trên. Từ đỉnh đường cong đo theo hai cánh tuyến một đoạn chiều dài bằng T xác định được hai điểm TĐ và TC. Xác định tia phân giác của góc bù với góc chuyển hướng. Từ tiếp đầu TĐ hoặc từ tiếp cuối TC dựng đường vuông góc cắt đường phân giác tại điểm O (đỉnh đường cong). Từ điểm O mở khẩu độ compa với bán kính R sẽ xác định được cung tròn. Điểm P chính là giao điểm của cung tròn với đường phân giác. Điểm nối đầu (NĐ) và nối cuối (NC) cách 2 điềm TĐ và TC khoảng cách là 50m (max Lct và Lsc). d. Xác định đường cong ngoài thực địa: Trên thực địa ta đặt máy kinh vĩ tại đỉnh Đ kiểm tra góc ngoặt a . Quay máy ngắm theo đỉnh trước hoặc đỉnh sau dùng thước đo theo hướng ngắm một đoạn T thì sẽ xác định được TĐ hoặc TC . Đặt máy tại đỉnh Đ ngắm về TĐ hoặc TC, sau đó quay máy một góc(180-a)/2 ta được hướng đường phân giác. Trên hướng đó từ đỉnh đo ra một đoạn P ta xác định được điểm P. Các điểm chi tiết trên đường cong có thể xác định theo phương pháp tọa độ vuông góc, phương pháp tọa độ cực hay phương pháp dây cung kéo dài. III - THIẾT KẾ TRẮC DỌC: 1. Nguyên tắc thiết kế trắc dọc: Trên trắc dọc, tim đường thể hiện thành một đường gãy khúc, ở những chỗ gãy khúc này ta bố trí các đường cong đứng lồi, lõm là những yếu tố cơ bản của trắc dọc. Trắc dọc của con đường thiết kế tính theo mép nền đường gọi là đường thiết kế (đường đỏ). Trắc dọc của mặt đất thiên nhiên tính theo tim đường gọi là đường đen. Cao độ các điểm của đường thiết kế gọi là cao độ thiết kế (cao độ đỏ), cao độ các điểm của đất thiên nhiên gọi là cao độ đen. Hiệu số giữa cao độ đỏ và cao độ đen gọi là cao độ thi công biểu thị chiều cao đào hay chiều cao đắp. Vì trắc dọc của đường có ảnh hưởng rất lớn tới an toàn vận chuyển và năng suất của ôtô. Công việc của thiết kế trắc dọc không thể nào giới hạn hết được. Tuy nhiên, để đảm bảo sự vận chuyển của ôtô được an toàn, êm thuận, giá thành vận chuyển và xây dựng kinh tế nhất đòi hỏi phải biết sử dụng hợp lý các quy tắc và yêu cầu khi thiết kế đường đỏ và tuân theo các chỉ dẫn theo quy định hiện hành. Những nguyên tắc thiết kế dường đỏ : Để khối lượng công tác làm đất nhỏ và để đảm bảo cho nền đường ổn định nên cố gắng cho đường đỏ đi gần mặt đất tự nhiên. Ở những đoạn tuyến có địa hình bằng phẳng có thể thiết kế đường đỏ nhỏ và bằng. Độ dốc rãnh dọc thường lấy bằng độ dốc của mép đường thiết kế và phải đảm bảo nước chảy thông suốt. Độ dốc dọc của rãnh nhỏ nhất bằng 0,5%. Trong trường hợp đặc biệt có thể lấy bằng 0,3%. Ở những nơi địa hình núi có thể thiết kế đường đỏ với độ dốc lớn hơn trong quy phạm nhưng không qúa 10% . Chiều dài tối thiểu của các đoạn dốc dọc phải tuân theo quy phạm ứng với từng cấp kỹ thuật (vận tốc). Đỉnh của đường cong đứng nên thiết kế trùng với đỉnh của đường cong bằng. Hai đỉnh này không lệch nhau quá ¼ trị số bán kính đường cong nhỏ hơn. Đối với cống chiều cao đất đắp trên cống phải lớn hơn hoặc bằng 0,5 m tính từ đỉnh cống hoặc từ mực nước dâng lên trước cống. Để vẽ được đường đỏ cần xác định các cao độ khống chế, cao độ khống chế ở đây là cao độ khi qua cầu cống, cao độ ở các điểm đầu và cuối tuyến… Khi kẻ đường đỏ chú ý không được kẻ các đoạn quá bé để tạo điều kiện thuận lợi cho thi công cơ giới. 2. Thiết kế dường đỏ: - Vẽ đường đen (cao độ đường đen được lấy từ bình đồ địa hình, đối với những điểm cao độ không rõ ràng thì phải thị sát ngoài hiện trường). - Vẽ trắc ngang thiên nhiên cho các cọc. - Xác định cao độ các điểm khống chế. - Dựa vào bình đồ, cao độ các điểm khống chế trắc ngang thiên nhiên của từng cọc, các nguyên tắc khi thiết kế đường đỏ và quy phạm thiết kế hiện hành để thiết kế đường đỏ. - Không nên bố trí những đoạn có độ dốc lớn trùng với đường cong trên bình đồ. Những điểm đổi dốc không nên trùng với đường cong bằng. Trường hợp nếu trùng nên bố trí trong khoảng giữa đường cong bằng. PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG I - PHƯƠNG ÁN 1: 1. Số liệu ban đầu: (Quy trình tính toán theo Tiêu chuẩn 22 TCN-211-06) Thiết kế sơ bộ kết cấu áo đường mềm của phần xe chạy cho một tuyến đường cấp IV đồng bằng 4 làn xe, có dải phân cách. Theo kết quả điều tra dự báo tại năm cuối của thời hạn thiết kế 15 năm như ở Bảng 3 với quy luật tăng trưởng xe trung bình năm q = 7% năm. Bảng 1: Dự báo thành phần xe ở năm cuối thời hạn thiết kế Loại xe Trọng lượng trục Pi (kN) Số trục sau Số bx của mỗi K/c giữa các LL xe 2 chiều Trục trước Trục sau (trục) cụm bánh ở trục sau trục sau (m) ni (xe/n.đêm) Xe con các loại: 400 Xe buýt các loại: + Loại nhỏ 26.40 45.20 1 2 64 + Loại lớn 56.00 95.80 1 2 75 Xe tải các loại: + Tải nhẹ 18.00 56.00 1 2 12 + Tải nặng 1 48.20 100.00 2 2 64 + Tải nặng 2 45.20 94.20 3 2 1.4 64 2. Trình tự tính toán: Tính số trục xe tính toán trên một làn xe của phần xe chạy sau khi quy đổi về trục trên chuẩn 100 kN: Việc tính toán quy đổi được thực hiện như mục 3.2.3 theo biểu thức (3.1) và (3.2); cụ thể là: C1 là hệ số số trục được xác định theo biểu thức (3-2): 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: với các cụm bánh chỉ có 1 bánh thì lấy C2=6,4; với các cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì lấy C2=1,0; với cụm bánh có 4 bánh thì lấy C2=0,38. Việc tính toán được thực hiện như ở Bảng 4: Loại xe Pi (kN) Số bánh xe của mỗi cụm bánh xe Số trục (trục) K/c giữa các trục sau (m) C1 C2 ni C1.C2.ni.(Pi/100)4,4 Xe buýt nhỏ Trục trước 26.40 1 1 0 1 6.40 64 1 Trục sau 45.20 2 1 0 1 1.00 64 2 Xe buýt lớn Trục trước 56.00 1 1 0 1 6.40 75 37 Trục sau 95.80 2 1 0 1 1.00 75 62 Tải nhẹ Trục trước 18.00 1 1 0 1 6.40 12 0 Trục sau 56.00 2 1 0 1 1.00 12 1 Tải nặng 1 Trục trước 48.20 1 1 0 1 6.40 64 17 Trục sau 100.00 2 2 0 2.2 1.00 64 141 Tải nặng 2 Trục trước 45.20 1 1 0 1 6.40 64 12 Trục sau 94.20 2 3 1.4 3.4 1.00 64 167 * Với tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến khi quy đổi (xem mục 3.2.3) => Năm cuối của thời kỳ khai thác Ntk = 139 trục/ngày đêm. 2 chiều b. Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe Ntt: Ntt = Ntk.fL Vì đường thiết kế có 4 làn xe nên theo mục 3.3.2 Tiêu chuẩn 211-06 có fL= 0,35 Vậy: Ntt = 139 x 0,35 = 48 (trục/làn.ngày đêm) c. Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán 15 năm: Trường hợp biết số trục dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế Ntt (trục/ngày đêm), tính Ne theo biểu thức: trong đó: Ntt: là số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm của năm đầu đưa đường vào khai thác sử dụng (trục/ngày đêm): (trục) d. Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường: Chọn móng trên bằng đá dăm gia cố xi măng có cường độ chịu nén theo 22 TCN 245 bằng từ 2-4Mpa và móng dưới bằng cấp phối đá dăm loại I theo 22 TCN 334 - 06; Tầng mặt bằng 2 lớp bê tông nhựa chặt loại I, tổng bề dày tối thiểu của tầng mặt này phải tuân thủ quy định ở mục 2.2.9: Nếu theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên 1 làn xe Ne=1,71.105 thì tổng bề dày tối thiểu 2 lớp bê tông nhựa phải là 12 cm (Bảng 2.2 mục 2.2.9) và vì chúng được đặt trên lớp móng nửa cứng nên tối thiểu phải là 10-12 cm. Các đặc trưng tính toán của nền đất và các lớp vật liệu xác định theo chỉ dẫn ở các mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 và 3.6.4 được tập hợp ở Bảng 3 cùng với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm được quy định ở mục 2.4.2 về bề dày tối thiểu mỗi lớp kết cấu. Bảng 5: Bảng kết cấu dự kiến và các đặc trưng tính toán của mỗi lớp kết cấu Các lớp kết cấu Bề dày lớp Moduyn đàn hồi E (MPa) Cường độ kéo uốn Lực dính C Góc masat trong (tính từ dưới lên) (cm) Tính độ võng Tính trượt Tính k.uốn Rku (MPa) (MPa) j (độ) Đất nền sỏi đỏ, W=0,6 60 0.038 27 CPDD loại 2 20 250 250 250 CPDD loại 1 15 300 300 300 BTN chặt, hạt trung 8 350 250 1800 2.00 BTN chặt, hạt mịn 6 280 200 1400 1.60 Đất nền á sét ở độ ẩm tương đối tính toán 0,6 tra theo phụ lục B bảng B3 Bê tông nhựa chặt các loại tra theo phụ lục C bảng C1 Cấp phối đá dăm các loại, đá dăm gia cố xi măng tra theo phụ lục C bảng C2 e. Tính toán kiểm tra cường độ chung của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi: - Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức (3.5): Với k= và t = ; Kết quả tính đổi tầng như ở Bảng 6 Bảng 6: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb' Lớp kết cấu Ei (MPa) t = E2/E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) Etb' (MPa) CPDD loại 2 250 20 20 250.0 CPDD loại 1 300 1.200 15 0.750 35 270.7 BTN chặt, hạt trung 350 1.293 8 0.229 43 284.4 BTN chặt, hạt mịn 280 0.984 6 0.140 49 283.9 - Xét đến hệ số điều chỉnh: β = f(H/D): Với H/D =41/33= 1.242 Tra Bảng 3.6 trong 22TCN 211-06, được hệ số điều chỉnh β =1.135 Vậy kết cấu có mô đun đàn hồi trung bình Edctb = β. Etb' = 333.69 (MPa) - Tính Ech của cả kết cấu: sử dụng toán đồ Hình 3.1 Ta có: H/D = 1.242 Eo/Edctb = 0.168 Từ 2 tỷ số trên tra toán đồ Hình 3-1 được = 0.46 Vậy Ech = 333.69x 0.57 = 190.20 (Mpa) - Nghiệm lại điều kiện (3-4) theo mục 3.4.1; phải có: Ech ³ Vì số trục xe tính toán trong 1 ngày đêm trên 1 làn xe là 48 trục/ làn.ngày.đêm nên tra Bảng 3-4 tìm được Eyc =147.71 MPa (lớn hơn Eyc tối thiểu với đường cấp IV theo Bảng 3-5 là 130 MPa) do vậy lấy Eyc = 155 MPa để kiểm toán. Đường cấp IV, 4 làn xe nên theo Bảng 3-3, chọn độ tin cậy thiết kế là 0,95. Do vậy, theo Bảng 3-2 xác định được =1,17 và .Eyc = 1,17 x 155= 181.35 MPa - Kết quả nghiệm toán: Ech = 190.20 MPa > = 181.35 MPa Cho thấy với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép. f. Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất: - Tính Etb của cả 5 lớp kết cấu: Việc đổi tầng về hệ 2 lớp được thực hiện như ở Bảng 7 Bảng 7: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb' Lớp kết cấu Ei (MPa) t = E2/E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) Etb' (MPa) CPDD loại 2 250 20 20 250.0 CPDD loại 1 300 1.200 15 0.750 35 270.7 BTN chặt, hạt trung 250 0.924 8 0.229 43 266.8 BTN chặt, hạt mịn 200 0.750 6 0.140 49 257.9 - Xét đến hệ số điều chỉnh β = f(H/D): Với H/D =41/33= 1.242 Tra Bảng 3.6 trong 22TCN 211-06, được hệ số điều chỉnh β =1.135 Vậy kết cấu có mô đun đàn hồi trung bình Edctb = β. Etb' = 1.135 x 331.6 = 376.38 (MP - Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất Tax: Ta có: H/D = 1.242 E1/E2 = Edctb/Eo = 376.38 / 60 = 6.273 φ = 27° Theo biểu đồ Hình 3-3, với góc nội ma sát của đất nền φ = 27° ta tra được = 0,0257. Với áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 6 daN/cm2 = 0,6 MPa Tax= 0,0257 x 0,6 = 0,01542 MPa - Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất Tav: Tra toán đồ Hình 3-4 ta được Tav= -0,001271 MPa Xác định trị số Ctt theo (3-8): Ctt = C. k1.k2.k3 Theo Bảng 3: C = 0.038 MPa Theo mục 3.5.4 có k1 = 0.6; k2 = 1.0 (tra theo số trục xe tính toán ở đây là 54 trục/làn.ngày đêm bảng 3-8 TCN 211-06), và k3 = 1,5 (đất nền là á sét) Vậy Ctt = 0.038 x 0.6 x 1.0 x 1.5 = 0.0342 MPa - Kiểm toán lại điều kiện tính toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất: Với đường cấp IV, độ tin cậy yêu cầu ở Bảng 3-3 bằng 0,95 do vậy theo Bảng 3-7 =1,0 và với các trị số Tax và Tav tính được ở trên ta có: Tax + Tav = 0,01542 + -0,001271 = 0,014149 MPa = 0,0342 MPa Kết quả kiểm toán cho thấy Tax + Tav < nên điều kiện (3.7) được bảo đảm. g. Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp bêtông nhựa và đá gia cố xi măng: Bảng 8: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb' Lớp kết cấu Ei (MPa) t = E2/E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) Etb' (MPa) CPDD loại 2 250 20 20 250.00 CPDD loại 1 300 1.200 15 0.750 35 270.69 BTN chặt, hạt trung 1800 6.650 8 0.229 43 426.69 BTN chặt, hạt mịn 1400 3.281 6 0.140 49 507.48 - Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-10): Đối với lớp BT nhựa lớp dưới: Tìm Ech.m ở mặt lớp dưới lớp BTN lớp dưới: Tính Etbdc của các lớp KC dưới lớp BTN lớp dưới Module đàn hồi các lớp KC dưới lớp BTN Etb' = 311.5 (MPa) Tổng bề dày các lớp dưới lớp BTN lớp dưới H = 29 cm à H/D = 29/33 = 0.88 (1) à Hệ số điều chỉnh β = 1.0886 à Etbdc = Etb' x β = 311.5 x 1.0886 = 339.06 (MPa) Với Eo/Etbdc = 60 / 339.06 = 0.177 (2) Từ 2 tỉ số (1) và (2) tra toán đồ Hình 3-1 - 22TCN211-06, ta được: Ech.m/Etbdc = 0.415 Vậy Ech.m = 339.06 x 0.415 = 140.71 (MPa) Tìm ở đáy lớp BTN lớp dưới bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với: h1 = 12 cm E1 = = 1516.67 (MPa) h1/D = 12/33 = 0.36 (3) E1/Ech.m = 1516.67 / 140.71 = 10.78 (4) Từ (3) và (4) Tra toán đồ hình 3-5: = 1.91, chọn kb = 0.85 Vậy σku = 1.91 x 0.6 x 0.85 = 0.9741 (MPa) Đối với bê tông nhựa lớp trên: Tìm Ech.m ở mặt lớp dưới lớp BTN lớp trên: Module đàn hồi các lớp KC dưới lớp BTN: Etb' = 462.7 (MPa) Tổng bề dày các lớp dưới lớp BTN lớp dưới H = 36 cm à H/D = 36/33 = 1.09 (5) à HS điều chỉnh β = 1.1175 à Etbdc = Etb' x β = 462.7 x 1.1175 = 517.14 (MPa) Với Eo/Etbdc = 60 / 517.14 = 0.0941 (6) Từ 2 tỉ số (5) và (6) tra toán đồ Hình 3-1 - QT 211-06, ta được: Ech.m/Etbdc = 0.37 Vậy Ech.m = 0.37 x 517.14 = 191.34 (MPa) Tìm ở đáy lớp BTN lớp trên bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với: h1 = 5 cm E1 = 1400 (MPa) h1/D = 5/33 = 0.15 (7) E1/Ech.m = 1400 / 191.34 = 7.31 (8) Từ (7) và (8) Tra toán đồ hình 3-5: = 1.95, chọn kb=0.85 Vậy σku = 1.95 x 0.6 x 0.85 = 0.9945 (MPa) - Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3.9): Xác định cường độ chịu kéo uốn tính toán của các lớp bê tông nhựa theo (3-12): k1 = = = 0.7845 Theo mục 3.6.3 trong trường hợp này lấy k2 = 1,0 Vậy cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới là: = 0.7845 x 1.0 x 2.0 = 1.569 MPa Và của lớp BTN lớp trên là: = 0.7845 x 1.0 x 1.6 = 1.255 MPa Kiểm toán điều kiện theo biểu thức (3.9) với hệ số =1,0 lấy theo Bảng 3-7 cho trường hợp đường cấp IV ứng với độ tin cậy 0,95. Với lớp bê tông nhựa lớp dưới: = 0.9741 MPa < = 1.569 MPa Với lớp bê tông nhựa lớp trên: = 0.9945 MPa < = 1.255 MPa Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt được điều kiện (3.9) đối với cả hai lớp bê tông nhựa. - Kiểm toán theo điều kiện chịu kéo uốn ở đáy lớp móng bằng đá gia cố ximăng: Đổi các lớp từ mặt lớp đá gia cố xi măng trở lên về 1 lớp, ta có: h = 12 cm E1 = 1517 MPa Tính Ech của các lớp phía dưới lớp đá gia cố xi măng: Ta có Etb' = 250 MPa và Htb' = 16 cm. H/D = 0.485 à Hệ số điều chỉnh β = 1.031 à Etbdc = Etb' x β = 257.75 (MPa) Tra toán đồ 3-1 để tìm Echm với : H/D = 0.485 và Enền đất/Edctb = 60 / 257.75 = 0.2328 Tra toán đồ 3-1 ta được Echm/Edctb = 0.36 Vậy Ech.m = 257.75 x 0.36 = 92.79 Mpa Tìm ở đáy lớp gia cố ximăng bằng cách tra toán đồ Hình 3.6 với: H1/D = 25/33 = 0.758 E1/E2 = 1517/400 = 3.79 E2/E3 = 600/92.79 = 4.31 Kết quả tra toán đồ được: = 0.37 Với p = 0.6 Mpa, tính ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp đá gia cố xi măng theo biểu thức 3.10 σku = 0.37 x 0.6 x 0.85 = 0.1887 MPa Kiểm toán điều kiện 3.9 với Rkutt xác định theo 3.11 và hệ số cường độ Kkucd = 1.0 (điều 3.6.1) Ở đây trong 3.11 theo mục 3.6.3 xác định được 0.76 k2 = 1.0 Từ đó Rkutt = k1.k2.Rku = 0.76 x 1.0 x 0.8 = 0.61 MPa Như vậy σku = 0.1887 < = 0.61 à Kết cấu đảm bảo cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với lớp đá gia cố xi măng. Kết luận Các kết quả kiểm toán theo trình tự tính toán như trên cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm được tất cả các điều kiện về cường độ, do đó có thể chấp nhận nó làm kết cấu thiết kế. II - PHƯƠNG ÁN 2: 1. Số liệu tính toán: tương tự như phương án 1 2. Trình tự tính toán: a. Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường: Chọn móng trên bằng đá dăm gia cố xi măng có cường độ chịu nén theo 22 TCN 245 bằng từ 2-4Mpa và móng dưới bằng cấp phối đá dăm loại I theo 22 TCN 334 - 06; Tầng mặt bằng 2 lớp bê tông nhựa chặt loại I, tổng bề dày tối thiểu của tầng mặt này phải tuân thủ quy định ở mục 2.2.9: Nếu theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên 1 làn xe Ne=1,92.105 thì tổng bề dày tối thiểu 2 lớp bê tông nhựa phải là 12 cm (Bảng 2.2 mục 2.2.9) và vì chúng được đặt trên lớp móng nửa cứng nên tối thiểu phải là 10-12 cm. Các đặc trưng tính toán của nền đất và các lớp vật liệu xác định theo chỉ dẫn ở các mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 và 3.6.4 được tập hợp ở Bảng 3 cùng với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm được quy định ở mục 2.4.2 về bề dày tối thiểu mỗi lớp kết cấu. Bảng 9 – Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế và các đặc trưng tính toán của mỗi lớp kết cấu Loại xe Trọng lượng trục Pi (kN) Số trục sau Số bánh xe của mỗi K/c giữa các LL xe 2 chiều Trục trước Trục sau (trục) cụm bánh ở trục sau trục sau (m) ni (xe/n.đêm) Xe con các loại: 400 Xe buýt các loại: + Loại nhỏ 26.40 45.20 1 2 64 + Loại lớn 56.00 95.80 1 2 75 Xe tải các loại: + Tải nhẹ 18.00 56.00 1 2 12 + Tải nặng 1 48.20 100.00 2 2 64 + Tải nặng 2 45.20 94.20 3 2 1.4 64 Đất nền á sét ở độ ẩm tương đối tính toán 0,6 tra theo phụ lục B bảng B3 Bê tông nhựa chặt các loại tra theo phụ lục C bảng C1 Cấp phối đá dăm các loại, đá dăm gia cố xi măng tra theo phụ lục C bảng C2 b. Tính toán kiểm tra cường độ chung của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi: - Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức (3.5): Với k= và t = ; Kết quả tính đổi tầng như ở Bảng 6 Bảng 10 – Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb' Lớp kết cấu Ei (MPa) t = E2/E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) Etb' (MPa) CPDD loại 2 250 25 25 250.0 Đá dăm gia cố xi măng 6% 600 2.400 14 0.560 39 352.8 BTN chặt, hạt trung 350 0.992 8 0.205 47 352.3 BTN chặt, hạt mịn 280 0.795 6 0.128 53 343.6 - Xét đến hệ số điều chỉnh: β = f(H/D): Với H/D =53/33= 1.606 Tra Bảng 3.6 trong 22TCN 211-06, được hệ số điều chỉnh β =1.186 Vậy kết cấu có mô đun đàn hồi trung bình Edctb = β. Etb' = 407.63 (MPa) - Tính Ech của cả kết cấu: sử dụng toán đồ Hình 3.1 Ta có: H/D = 1.606 Eo/Edctb = 0.147 Từ 2 tỷ số trên tra toán đồ Hình 3-1 được = 0.464 Vậy Ech = 350.41 x 0.464 = 189.14 (Mpa) - Nghiệm lại điều kiện (3-4) theo mục 3.4.1; phải có: Ech ³ Vì số trục xe tính toán trong 1 ngày đêm trên 1 làn xe là 48 trục/ làn.ngày.đêm nên tra Bảng 3-4 tìm được Eyc =148.71 MPa (lớn hơn Eyc tối thiểu với đường cấp IV theo Bảng 3-5 là 130 MPa) do vậy lấy Eyc = 155 MPa để kiểm toán. Đường cấp IV, 4 làn xe nên theo Bảng 3-3, chọn độ tin cậy thiết kế là 0,95. Do vậy, theo Bảng 3-2 xác định được =1,17 và .Eyc = 1,17 x 155 = 181.35 MPa - Kết quả nghiệm toán: Ech = 189.14 MPa > = 181.35 MPa Cho thấy với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ vừng đàn hồi cho phép. c. Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất: - Tính Etb của cả 5 lớp kết cấu: Việc đổi tầng về hệ 2 lớp được thực hiện như ở Bảng 7 Bảng 11 – Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb’ Lớp kết cấu Ei (MPa) t = E2/E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) Etb' (MPa) CPDD loại 2 250 25 25 250.0 Đá dăm gia cố xi măng 6% 600 2.400 14 0.560 39 352.8 BTN chặt, hạt trung 250 0.709 8 0.205 47 333.6 BTN chặt, hạt mịn 200 0.600 6 0.128 53 316.2 - Xét đến hệ số điều chỉnh β = f(H/D): Với H/D =53/33= 1.606 Tra Bảng 3.6 trong 22TCN 211-06, được hệ số điều chỉnh β =1.186 Vậy kết cấu có mô đun đàn hồi trung bình Edctb = β. Etb' = 1.186 x 270.6 = 321.05 (MPa) - Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất Tax: Ta có: H/D = 1.606 E1/E2 = Edctb/Eo = 321.05 / 60 = 5.35 φ = 27 ° Theo biểu đồ Hình 3-3, với góc nội ma sát của đất nền φ = 27° ta tra được = 0,0245. Với áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 6 daN/cm2 = 0,6 MPa Tax= 0,0245 x 0,6 = 0,0147 MPa - Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất Tav: Tra toán đồ Hình 3-4 ta được Tav= -0,001643 MPa Xác định trị số Ctt theo (3-8): Ctt = C. k1.k2.k3 Theo Bảng 3: C = 0.038 MPa Theo mục 3.5.4 có k1 = 0.6; k2 = 1.0 (tra theo số trục xe tính toán ở đây là 54 trục/làn.ngày đêm bảng 3-8 TCN 211-06), và k3 = 1,5 (đất nền là á sét) Vậy Ctt = 0.038 x 0.6 x 1.0 x 1.5 = 0.0342 MPa - Kiểm toán lại điều kiện tính toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất: Với đường cấp IV, độ tin cậy yêu cầu ở Bảng 3-3 bằng 0,95 do vậy theo Bảng 3-7 =1,0 và với các trị số Tax và Tav tính được ở trên ta có: Tax + Tav = 0,0147 + -0,00163 = 0,013057 MPa = 0,0342 MPa Kết quả kiểm toán cho thấy Tax + Tav < nên điều kiện (3.7) được bảo đảm. d. Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp bêtông nhựa và đá gia cố xi măng: Bảng 12: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb' Lớp kết cấu Ei (MPa) t = E2/E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) Etb' (MPa) CPDD loại 2 250 25 25 250.00 Đá dăm gia cố xi măng 6% 600 2.400 14 0.560 39 352.78 BTN chặt, hạt trung 1800 5.102 8 0.205 47 499.38 BTN chặt, hạt mịn 1400 2.803 6 0.128 53 572.21 - Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3-10): Đối với lớp BT nhựa lớp dưới: Tìm Ech.m ở mặt lớp dưới lớp BTN lớp dưới: Tính Etbdc của các lớp KC dưới lớp BTN lớp dưới Module đàn hồi các lớp KC dưới lớp BTN Etb' = 287.22 (MPa) Tổng bề dày các lớp dưới lớp BTN lớp dưới H = 39 cm à H/D = 39/33 = 1.18 (1) à Hệ số điều chỉnh β = 1.1281 à Etbdc = Etb' x β = 287.22 x 1.1281 = 342.02 (MPa) Với Eo/Etbdc = 60 / 342.02 = 0.1852 (2) Từ 2 tỉ số (1) và (2) tra toán đồ Hình 3-1 - 22TCN211-06, ta được: Ech.m/Etbdc = 0.39 Vậy Ech.m = 342.02 x 0.39 = 126.37 (MPa) Tìm ở đáy lớp BTN lớp dưới bằng cách tra toán đồ hình 3-5 với: h1 = 14 cm E1 = = 1628.57 (MPa) h1/D = 12/36 = 0.42 (3) E1/Ech.m = 16