CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 6.1 Yêu cầu chung áo đường cấu tạo kết cấu áo đường 6.1.1 Yêu cầu chung áo đường Áo đường cơng trình xây dựng đường nhiều tầng lớp vật liệu khác nhau, trực tiếp chịu tác dụng tải trọng xe chạy phá hoại thường xuyên nhân tố thiên nhiên mưa, gió, thay đổi nhiệt độ,… Do thiết kế xây dựng áo đường phải đạt yêu cầu sau đây: - Áo đường phải có đủ cường độ chung biểu thị qua khả chống lại biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn chịu kéo uốn thay đổi nhiệt độ Ngoài ra, cường độ áo đường phải thay đổi theo điều kiện thời tiết, khí hậu, tức phải ổn định mặt cường độ - Mặt đường phải đảm bảo đạt độ phẳng định để giảm sức cản lăn, giảm xóc xe chạy Do nâng cao tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiện liệu kéo dài tuổi thọ xe, giảm giá thành vận tải Để đảm bảo độ phẳng thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp ý đến biện pháp kỹ thuật thi công - Bề mặt áo đường phải có đủ độ nhám định để nâng cao hệ số bám bánh xe với mặt đường, tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao trường hợp cần thiết dừng xe nhanh chóng Để đảm bảo độ nhám thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM - Áo đường sản sinh bụi tốt, áo đường phải kín nước Vì bụi làm giảm tầm nhìn, gây tác dụng xấu cho hành khách, hàng hóa gây nhiễm môi trường 6.1.2 Cấu tạo kết cấu áo đường Cấu tạo kết cấu áo đường hồn chỉnh gồm có tầng mặt tầng móng, tầng lại gồm nhiều lớp vật liệu (Hình 1.1) - Tầng mặt : chịu tác dụng trực tiếp tải trọng xe chạy (lực thẳng đứng lực nằm ngang) tác dụng nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, thay đổi nhiệt độ, …) Tầng mặt phải đủ bền suốt thời kỳ sử dụng, phải phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống nứt, có khả chịu mài mòn tốt, khơng bụi bong bật Tầng mặt gồm lớp tạo nhám kiêm chức lớp hao mòn bảo vệ( có) lớp chịu lực: gồm 1, lớp phụ thuộc cấp đường, quy mơ giao thơng - Tầng móng: bố trí lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất tải trọng bánh xe truyền xuống đường Như tận dụng vật liệu chỗ + Lớp móng : tiếp nhận áp lực tầng mặt truyền xuống móng đất, có tác dụng phân bố lực thẳng đứng để truyền xuống đất ứng suất giảm đến mức độ mà đất chịu Tầng móng làm vật liệu gia cố chất kết dính vơ hữu cơ, vật liệu rời rạc Ngoài nên cố gắng sử dụng vật liệu chỗ để làm lớp móng + Lớp móng có chức tương tự, lớp móng ngồi chức chịu lực, số trường có số chức đặc biệt: nước làm khơ đường, cách nước cách hơi, tuỳ theo chức làm vật liệu thoát nước tốt vật liệu cách nước cách hơi; ( vải địa kỹ thuật, đất sét, đất gia cố đất đầm chặt cường độ cao ) (Kết cấu tổng thể mặt đ ờng) (Subgrade) Lớ p đá y móng (C apping layer) Kết cấu ¸ o ® êng Lí p mãng d í i (Sub-base) (Pavement structure) Lớ p mặt (Surfacing) o đ ờng (hay kết cấu o đ ờng) Tầng mặt Lớ p móng trê n (Base) Khu vực tá c dụng 80-100 cm Lớ p tạ o nhá m (nếu cã) TÇng mãng Hình 1.1 Sơ đồ tầng, lớp kết cấu áo đường mềm kết cấu - áo đường Cấu tạo trắc ngang áo đường 6.2 Phân loại áo đường 6.2.1 Phân loại theo vật liệu cấu trúc vật liệu 1) Các tầng lớp áo đường làm vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá nguyên lý cấp phối: - Theo nguyên lý đá chèn đá: mặt đường đá dăm nước (hay đá dăm macadam) cấu trúc đá dăm có kích cỡ đồng đều, hình dạng sần sùi sắc cạnh có cường độ tương đối cao Thơng qua q trình vừa lu lèn (khi lu có tưới nước để đá dễ chặt khỏi vỡ) vừa chèn thêm cỡ đá dăm kích thước nhỏ so với đá bản, cường độ lớp áo đường hình thành sở ma sát, chèn móc đá với Ưu điểm: công nghệ thi công đơn giản Nhược điểm: đòi hỏi q cao hình dạng, kích cỡ cường độ đá, tốn công lu lèn, sức chịu bong bật nên thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp thấp làm lớp móng cho đường cấp cao - Theo nguyên lý cấp phối: mặt đường cấp phối cấu trúc hỗn hợp đá, sỏi, cuội, cát, đất từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ trộn với theo tỷ lệ định để đảm bảo sau lu lèn hỗn hợp có độ rỗng nhỏ, tức đạt độ chặt lớn Cường độ hình thành lực dính lực ma sát hạt tăng lên Yêu cầu khống chế tỷ lệ phối hợp thành phần hạt số dẻo (thông qua hàm lượng hạt nhỏ – đất dính) Nếu hàm lượng sét nhiều làm cho mặt đường ổn định với nước, q khơng đủ dính kết Ưu điểm: tạo thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu địa phương, cường độ hạt khơng đòi hỏi q cao, tốn cơng lu lèn Nhược điểm: ổn định nước, mùa mưa lầy lội, mùa khơ nhiều bụi 2) Các tầng lớp áo đường làm vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá nguyên lý cấp phối có trộn thêm chất kết dính vơ (xi măng, vơi,…): nhờ có chất kết dính nên cường độ tính ổn định nước loại mặt đường tăng lên rõ rệt Điển hình cho loại mặt đường lớp: đất đá có gia cố vơi, xi măng,… thường dùng làm lớp móng cho đường cấp cao Áo đường bê tông xi măng thuộc loại cấu trúc đặc biệt tốt thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp cao, chịu bào mòn bề mặt, khả chịu kéo uốn lớn Tax + Tav  C tt tr K cd (*) Trong đó: Tax ứng suất cắt hoạt động lớn tải trọng xe chạy gây đất lớp vật liệu dính; Tav ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp vật liệu phía gây điểm xét K (Kcđtr ) hệ số cường độ chịu cắt trượt chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế Bảng 3-7 Bảng 3-7: Chọn hệ số cường độ cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy Độ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80 Hệ số K 1,10 1,00 0,94 0,90 0,87 Việc chọn độ tin cậy thiết kế thực cho kết cấu áo đường kết cấu áo lề theo dẫn Bảng 3-3 Ctt : Lực dính tính tốn đất vật liệu dính (MPa) trạng thái độ ẩm, độ chặt tính tốn Xác định theo phương pháp thí nghiệm cắt nhanh dẫn Phụ lục B với hệ số xét đến số yếu tố ảnh hưởng khác xem mục 3.5.4 1) Xác định  ax: nhờ toán đồ hình 3.2, 3.3 QT  D E2 h E1 E1/E2 0 p C h/D ax/p Hình 1.5 Toá n đồxá c đònh ax - Khi kiểm tra trượt đất, để áp dụng toán đồ phải đổi hệ nhiều lớp hệ lớp; lúc trị số Etb tính đóng vai trò E1 E0 đất đóng vai trò E2 toán đồ - Khi kiểm tra trượt lớp vật liệu dính trị số E2 toán đồ phải thay Ech mặt lớp (trong C  dùng trị số tính tốn lớp đó), trị số E1 phải thay Etb lớp nằm 2) Xác định  av: thực với tốn đồ hình 3.4 QT tùy thuộc vào bề dày tổng cộng h lớp nằm lớp tính tốn trị số góc ma sát  vật liệu lớp av mang dấu âm dương av  h av Hình 1.6 Toá n đồtìm av 3) Xác định trị số lực dính tính tốn Ctt: Ctt = C K1 K2 K3 Trong đó: C: lực dính đất vật liệu dính xác định từ kết thí nghiệm cắt nhanh với mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính tốn (MPa); với đất phải tiêu biểu cho sức chống cắt trượt phạm vi khu vực tác dụng đường; K1 : hệ số xét đến suy giảm sức chống cắt trượt đất vật liệu dính chịu tải trọng động gây dao động Với kết cấu áo đường phần xe chạy lấy K1=0,6; với kết cấu áo lề gia cố lấy K1 = 0,9 để tính tốn; K2 : hệ số xét đến yếu tố tạo làm việc không đồng kết cấu; yếu tố gây ảnh hưởng nhiều lưu lượng xe chạy lớn, K xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng ngày đêm Bảng 3-8 Bảng 3-8: Xác định hệ số K2 tuỳ thuộc số trục xe tính tốn Số trục xe tính toán, trục xe/ngày đêm/làn