Thiết kế kết cấu áo đường mềm - Trương Quang Linh

2) Phương án đầu tư phân kỳ : a) Phương án IIa : Kết cấu áo đường cho 10 năm đầu (E10yc = 1294 daN/cm2) - 8cm BTN thô láng mặt - 35cm cấp phối đá dăm 8cm E0 = 570 daN/cm2 25cm E1 = 3000 daN/cm2 E2 = 3000 daN/cm2 STT Tên vật liệu Ei (daN/cm2) hi (cm) ti = hi = H (cm) Etb (daN/cm2) 1 BTN Hạt thô láng mặt 3000 8 1 0,229 43 3000 2 Cấp phối đá dăm 3000 35 Ta có : = = 1,303 = 1,114. = 1,114. = 1,15 Etttb = 1,15.Etb = 1,15.3000 = 3450 ( daN/cm2 ) Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,49 Ech = 0,49Etb = 0,49.3450 =1690 ( daN/cm2) Ta thấy : Ech > Eyc do đó kết cấu đảm bảo độ võng . Kết cấu áo đường cho 5 năm sau : (E10yc = 1795 daN/cm2) - 8cm BTN chặt rải nóng ấm Mặt đường củ 8cm E1 = 3500 daN/cm2 Eo = 0,95.Ech = 0,95.1690 = 1605 daN/cm2 Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,52 Ech = 0,52E1 = 0,52.3500 = 1820 ( daN/cm2) > Eyc = 1795 daN/cm2 Ta thấy : Ech > Eyc do đó kết cấu đảm bảo độ võng . b) Phương án IIb : Kết cấu áo đường cho 10 năm đầu : ( Eyc = 1294 daN/cm2) - 8cm BTN thô láng mặt - 34cm đất cát gia cố ximăng 8cm E0 = 570 daN/cm2 34cm E1 = 3000 daN/cm2 E2 = 2800 daN/cm2 STT Tên vật liệu Ei (daN/cm2) hi (cm) ti = hi = H (cm) Etb (daN/cm2) 1 BTN Hạt thô láng mặt 3000 8 1,07 0,235 42 2837 2 Đất cát gia cố XM 2800 34 Ta có : = = 1,273 = 1,114. = 1,114. = 1,147 Etttb = 1,147.Etb = 1,147.2837 = 3254 ( daN/cm2 ) Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,53 Ech = 0,53Etb = 0,53.3254 = 1724,62 ( daN/cm2) Ta thấy : Ech > Eyc do đó kết cấu đảm bảo độ võng . Kết cấu áo đường cho 5 năm sau : (E10yc = 1795 daN/cm2) - 8cm BTN chặt rải nóng ấm Mặt đường củ 8cm E1 = 3500 daN/cm2 Eo = 0,95.Ech = 0,95.1724,6 = 1638,4 daN/cm2 Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,52 Ech = 0,52E1 = 0,52.3500 = 1820 ( daN/cm2) > Eyc = 1795 daN/cm2 Ta thấy : Ech > Eyc do đó kết cấu đảm bảo độ võng . c) Phương án IIc Kết cấu áo đường cho 10 năm đầu : ( Eyc = 1294 daN/cm2) - Đá dăm thấm nhập nhựa 9cm - Đất cát gia cố XM 30cm 9cm E0 = 570 daN/cm2 30cm E1 = 3200 daN/cm2 E2 = 2800 daN/cm2 STT Tên vật liệu Ei (daN/cm2) hi (cm) ti = hi = H (cm) Etb (daN/cm2) 1 BTN Hạt thô láng mặt 3200 8 1,143 0,333 39 2895 2 Đất cát gia cố XM 2800 30 Ta có : = = 1,182 = 1,114. = 1,114. = 1,137 Etttb = 1,137.Etb = 1,137.2895 = 3292 ( daN/cm2 ) Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,51 Ech = 0,51Etb = 0,51.3292 = 1678,92 ( daN/cm2) Ta thấy : Ech > Eyc do đó kết cấu đảm bảo độ võng . Kết cấu áo đường cho 5 năm sau : (E10yc = 1795 daN/cm2) - 8cm BTN chặt rải nóng ấm Mặt đường củ 8cm E1 = 3500 daN/cm2 Eo = 0,95.Ech = 0,95.1678,92 = 1594,97 daN/cm2 Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,525 Ech = 0,525E1 = 0,525.3500 = 1837,5 ( daN/cm2) > Eyc = 1795 daN/cm2 Ta thấy : Ech > Eyc do đó kết cấu đảm bảo độ võng . III) Tính toán theo tiêu chuẩn trượt : ã Nguyên lý tính toán : ứng suất gây trượt lớn nhất trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính không được vượt quá , ứng suất cắt cho phép trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính + [] = k'.C Trong đó : - ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe chạy gây ra trong nền đất - ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm phía trên gây ra tại điểm đang xét C - lực dính của đất k' - hệ số tổng hợp - xét đến đặc điểm của kết cấu , điều kiện làm việc của áo đường 1) Kiểm tra nền đất theo tiêu chuẩn đảm bảo không trượt : a) Phương án đầu tư xây dựng 1 lần 15 năm : - Đổi các lớp kết cấu áo đường về 1 lớp tương đương ( như trên ) , ta tính Etttb của Ia , Ib , Ic ( phần II/) - Tính với Etttb của phương án nào nhỏ nhất để kiểm tra theo tiêu chuẩn đảm bảo không trượt Ta có : Etttb = 3521( daN/cm2) ( phương án Ia ) Ta có : = = 1,273 = = 6,177 = 220 Tra toán đồ " Tìm ứng suất chủ động ở lớp dưới của hệ khi 2 lớp cùng làm việc " ta có : = 0,033 = 0,033.6 = 0,198 daN/cm2 Từ H = 42cm , tra toán đồ " Tìm ứng suất hoạt động do trọng lượng bản thân ", ta xác định được : = - 0,005 daN/cm2 Vậy ứng suất cắt hoạt động trong đất = + = 0,198 - 0,005 = 0,0193 ( daN/cm2) - ứng suất cắt cho phép của nền đất [] = k'.C Trong đó : k' = . Với m - hệ số xét đến điều kiện tiếp xúc của các lớp kết cấu ( m = 0,65 ) n - hệ số xét đến sự trượt tải ( n = 1,15 ) k1- hệ số xét đến sự giảm sức chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục ( k1 = 0,6) k2- hệ số xét đến điều kiện làm việc không đồng nhất của kết cấu ( k2 = 0,80) ktr - hệ số cường độ xét đến độ bền vững và dự trữ cường độ , ktr = 1 Như vậy : k' = . = 0,642 [] = 0,642.0,38 = 0,244 (daN/cm2) Ta thấy : = + = 0,193 < 0,244 ( daN/cm2 ) Vậy nền đất đảm bảo chống trượt . b) Phương án đầu tư phân kỳ (IIb) Kiểm tra cho kết cấu 10 năm đầu : - Đổi các lớp áo đường về 1 lớp tương đương ( như trên ) Trong 3 phương án IIa , IIb , IIc ta chọn phương án có Etb nhỏ nhất để kiểm tra nếu đạt thì các phương án còn lại đương nhiên thoả mãn . - Ta có : Etb = 3254 (daN/cm2 ) (Phương án IIb) Ta có : = = 1,273 = = 5,709 = 220 Tra toán đồ " Tìm ứng suất chủ động ở lớp dưới của hệ khi 2 lớp cùng làm việc " ta có : = 0,041 = 0,041.6 = 0,246 daN/cm2 Từ H = 42cm , tra toán đồ " Tìm ứng suất hoạt động do trọng lượng bản thân ", ta xác định được : = - 0,005 daN/cm2 Vậy ứng suất cắt hoạt động trong đất = + = 0,246 - 0,005 = 0,241 ( daN/cm2) Ta thấy : = + = 0,241 < 0,244 ( daN/cm2 ) Vậy nền đất đảm bảo chống trượt . 2) Kiểm tra điều kiện trượt của các lớp bêtông nhựa ( Ia ) : a) Đổi lớp bêtông nhựa chặt rải nóng và bêtông nhựa thô láng mặt về 1 lớp tương đương ( xem BTN chặt % BTN thô có kết cấu như nhau ) - Đổi lớp CPDD & nền về 1 bán không gian đàn hồi Như vậy ta có : E0 = 570 daN/cm2 6cm 8cm 28cm E1 E2 E3 h1+h2 E12tb E3ch Ta có : E12tb = E2.()3 Trong đó : E2 = 3000 daN/cm2 t = = = 1,17 k = = = 0,75 Như vậy : E12tb = 3000 = 3068,4 9 (daN/cm2 ) Ta có : = 1,273 = 1,147 E12tb (t) = 1,147.3068,4 = 3519,45 (daN/cm2) Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,44 E3ch = 0,445.300 = 1320 ( daN/cm2) Bài toán trở thành : E3ch 14cm E12tb Ta có : = = 0,424 = = 2,67 Tra toán đồ xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất của lớp bêtông nhựa ta được : = 0,53 = 0,53.6 = 3,18daN/cm2 Đối với các lớp bêtông nhựa bỏ qua - ứng suất cắt cho phép : [] = k'.c trong đó : c , k' - lấy phụ thuộc loại bêtông nhựa do đó có : k' = 1,6 c = 3 daN/cm2 [] = 1,6.3 = 4,8 (daN/cm2) < [] nên lớp bêtông nhựa đảm bảo điều kiện chống trượt . b) Phương án đầu tư xây dựng phân kì : (IIb) Kết cấu 10 năm đầu : - 8cm BTN thô láng mặt - 34cm đất cát gia cố ximăng Ta dựa lớp đất gia cố ximăng % nền E0 về 1 bán không gian đàn hồi E2ch Ta có : Tra toán đồ KOGAN ta có = 0,48 E2ch = 0,48E2 = 0,48.2800 = 1344 ( daN/cm2) Bài toán trở thành : E2ch 8cm E1 Ta có : = = 0,242 = = 2,232 Tra toán đồ xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất của lớp bêtông nhựa ta được : = 0,41 = 0,41.6 = 2,46daN/cm2 Đối với các lớp bêtông nhựa bỏ qua - ứng suất cắt cho phép : [] = 4,8 daN/cm2 = 0,43.6 = 2,58 (daN/cm2) Ta thấy < [] = 4,8 daN/cm2 Vậy kết cấu đảm bảo điều kiện chống trượt . Kết cấu 5 năm sau : - 8cm BTN chặt rải nóng ấm Mặt đường củ 8cm E1 = 3500 daN/cm2 Eo = 1625,83 daN/cm2 Ta có : Tra toán đồ KOGAN Ta có = 0,43 = 0,43.6 = 2,586 (daN/cm2) Ta thấy < [] = 4,8 ( daN/cm2) Vậy kết cấu đảm bảo điều kiện chống trượt . IV. Tính toán theo tiêu chuẩn kéo uốn : ã Nguyên lý tính toán : ứng suất kéo uốn lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu toàn khối do tải trọng xe chạy gây ra không được vượt quá cường độ chịu kéo - uốn cho phép của vật liệu đó . kku. Rku Theo 22TCN 211-93 ta có : kku = 1 Rku = 1,15. .P ( , ) E1 E2 h1 h2 D E0 1) Phương án đầu tư xây dựng 1 lần : Theo trên ta có : = 3519,45 ( daN/cm2) E3ch = 1320 (daN/cm2 ) Ta có : Tra toán đồ xác đinh Ta được : = 0,85 = 0,85.1,15.6 = 5,856 (daN/cm2) Ta có : Ru = 12 daN/cm2 Rõ ràng < Ru Vậy đảm bảo điều kiện chịu kéo uốn . Kết cấu áo đường cho 10 năm đầu : E1 = 3000 E2 = 2800 h1 h2 E0 8cm 4cm Theo trên ta có : - 8cm BTN láng mặt - 34cm đất cát gia cố ximăng Ta đưa lớp đất cát gia cố ximăng & nền về 1 bán không gian đàn hồi E'0 Theo tính toán phần trên ta có : E'0 = 1344 (daN/cm2) Ta có : Tra toán đồ xác đinh Ta được : = 0,85 = 0,85.1,15.6 = 5,856 (daN/cm2) Ta có : Ru = 12 daN/cm2 Rõ ràng < Ru ( thoả mãn ) Kết cấu 5 năm sau : - 8cm BTN rải nóng Nền củ E0 = 1625,13 8cm E1 = 3500 Ta có : = = 0,242 = = 2,153 Tra toán đồ xác đinh , ta được : = 0,805 = 0,85.1,15.6 = 5,545 (daN/cm2) Ta có : Ru = 12 daN/cm2 Rõ ràng < Ru ( thoả mãn ) @ : Kết luận chung : Trong cả 2 phương án đều đảm bảo tất cả các điều kiện về cường độ . ã Phân tích so sánh : Loại bỏ những phương án không tốt : trước khi kiểm tra theo tiêu chuẩn chống trượt và chịu kéo uốn ta đánh giá sơ bộ giá thành cho 100m2 kết cấu với giá thành kết cấu bằng giá vật liệu , nhân công máy Bảng tính giá thành các phương án kết cấu áo đường : Mã hiệu Danh mục đơn giá Đơn vị Vật liệu Nhân công Máy Đơn giá ED3004 BTN hạt mịn 6cm 100m2 30.034 118648 148682 ED2000 BTN hạt thô 8cm 100m3 38558 201870 245298 EC4112 Đất cát gia cố XM 100m2 11485313 405870 2310669 14201851 EC5214 Đá dăm thấm nhập nhựa 100m2 1482931 172385 361537 2016853 EB2120 RB2220 CP đá dăm ( đường làm mới ) Lớp dưới Lớp trên 100m3 10575768 10575768 52763 59528 830028 671016 11458530 11306313 Chú thích : - Thấm nhập nhựa dùng tiêu chuẩn nhựa 12 16 kG/cm2 - BTN sản xuất tại trạm riêng , khối lượng tính theo tấn ta phải qui về 100m2 - Kết quả ghi vào bảng dưới . Với trạm trộn BTN 50 60 , ta có : Mã hiệu Danh mục đơn giá Đơn vị Vật Liệu Máy Đơn giá EE1220 EE1230 BTN hạt thô BTN hạt mịn Tấn Tấn 192944 208987 68827 68827 261771 277814 100m3 100m3 80393.102 87078.102 28678.102 28678.102 109071.102 115756.102 ã So sánh chọn phương án : a) Phương án đầu tư một lần : * Bảng phân tích đơn giá : Phương án Mã hiệu Danh mục đơn giá Đơn vị Vật liệu Nhân công Máy Đơn giá Ia ED3004 ED2000 EB2120 EB2220 BTN hạt mịn 6cm BTN hạt thô 8cm CP đá dăm 28cm Lớp trên 12cm Lớp dưới 16cm 100m2 100m2 100m2 100m2 522468 6433144 1269092 1692122,9 30034 38558 7143 844208 290716 2540093 805223 132804 843218 4117866 1365757 1833369 Tổng 5151210 Ib ED3004 ED2000 EB4112 BTN hạt mịn 6cm BTN hạt thô 8cm Đất gia cố XM 8% 30cm 100m2 100m2 100m2 522468 643144 3445594 30034 38558 121761 290716 2540093 6932007 843218 1117866 4260555 Tổng 6221639 Ic ED3004 EC5214 EB4112 BTN Hạt mịn 6cm Đá dăm thâm nhập nhựa 8cm Đất cát gia cố XM ( 30cm ) 100m2 100m2 100m2 522468 118634,5 3445594 30034 13790,8 121761 290716 28922,9 693200,7 843218 161348 4260555 Tổng 5265124 * So sánh chọn phương án : - Qua 3 phương án đã đề xuất , ta thấy các lớp mặt ( bêtông nhựa mịn , thô , đá dăm thấm nhập ) điều đảm bảo Eyc . - Các lớp móng đều tận dụng và cố gắng tận dụng triệt để vật liệu địa phương - Phương án Ia có lớp móng là đá dăm có ưu điểm là thi công đơn giản , đảm bảo cường độ mà giá thành chí phí xây dựng ban đầu nhỏ hơn so với các phương án khác - Chi phí xây dựng ban đầu của từng phương án cụ thể như sau : + Phương án Ia : 5.151.210 đ/100m2 + Phương án Ib : 6.221.639 đ/100m2 + Phương án Ic : 5.265.121 đ/100m2 Như vậy ta chọn phương án Ia cho phương án đầu tư 1 lần b) Phương án đầu tư phân kì : * Bảng phân tích đơn giá : Phương án Mã hiệu Danh mục đơn giá Đơn vị Vật liệu Nhân công Máy Đơn giá IIa ED2004 EB2120 EB2220 ED3004 *Kết cấu10 năm đầu - BTN hạt thô láng mặt 8cm - CPĐD 35cm Lớp trên 12cm Lớp dưới 16cm * Kết cấu 5 năm sau 8cm BTN hạt mịn 100m2 100m2 100m2 643144 1586365 211515,3 696624 38558 8929,2 10552,6 40046 2540093 100652,4 166005,6 42,4409 1117866 1695947 2291766 1161079 Tổng (10 năm đầu ) 5.105.519 IIb ED2000 EB4412 *Kết cấu10 năm đầu - BTN hạt thô 8cm - Đất cát gia cố XM 8% 34cm * Kết cấu 5 năm sau - BTN hạt mịn 8cm 100m2 100m2 100m2 643144 3905006 696624 38558 137996 40046 2540093 785627,5 424409 1117866 4828629 116.1079 Tổng 5.946.495 IIc EC5214 EB4112 ED3004 *Kết cấu10 năm đầu - Đá dăm thấm nhập 8cm - Đất cát gia cố XM 30cm * Kết cấu 5 năm sau - BTN hạt mịn 8cm 100m2 100m2 100m2 1482931 3445594 696624 172385 121761 40046 361537 693200,7 424409 2016853 4260555 1161079 Tổng 6277408 * So sánh chọn phương án : Qua tính toán giá thành xây dựng ban đầu , ta chọn phương án IIa cho phương án đầu tư phân kì .