NGUYỄN QUANG CHIẾU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁC KẾT CẤU MẶT ĐUỜNG ■ HƯỚNG DẪN KỸ THUẬT ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂ Y DựNG HÀ N Ộ I - L Ờ I G I Ớ I T H IỆ U Nước Pháp CÓ m ạng lưới đường ôtô dày đặc tốt vào loại Châu A u với tổng chiều dài 900.000km đường có m ặ t đường (trong có 8300 km đường cao tốc, 28.000 km quốc lộ, 350.000 km tỉn h lộ, đảm nhiệm m ột lượng vận chuyển trung bình vào khoảng 25.000 xe Ingày (có 20% xe nặng) đường cao tốc, 10.000 x e/n g y quốc lộ, 1500 xe Ị ngày tỉnh lộ 150 xe I ngày đường làng xã Thiết k ế kết cấu m ặt đường loại cho 900 000 km đường chịu lượng vận chuyển khác trạng thái tối với giá thành hợp lý việc không đơn giản, đòi hỏi phải giải đăn từ vấn đề thu nhập s ố liệu đầu vào việc chọn loại kết cấu, chọn phương pháp thiết k ế tính toán hợp lý cho loại m ặt đường Trong mà nhiều nước thiết k ế mặt đường theo phương pháp kinh nghiệm, từ 30 năm trở lại chuyên gia đường ôtô Pháp dần hoàn chírth phương pháp thiết k ế hợp lý dựa kết lý thuyết tính toán ứng suất biến dạng kết cấu nhiều lớp, kết hợp với kết th í nghiệm vật liệu m ặt đường điêu kiện khác nhau, đồng thời đôi chiếu với kết quan trắc thực nghiệm kết cấu m ặt đường có Có th ể nói phương pháp hoàn kết thừa kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm m ặt đường Pháp nước tiên tiến th ế giới, xét tới đầy đủ điều kiện làm việc m ặt đường loại tải trọng xe chạy khác n h a u , điều kiện môi trường khác nhau, yêu cầu p h ẩ m chất đường khác Phương pháp tập hợp lại đầy đủ tập H n g d â n k ĩ th u ậ t th iế t k ế tín h to n k ế t câ u m ă t đư ờng Với việc xuất tập sách quý , mong muốn cung cấp cho bạn đọc m ột phương pháp tiên tiến đ ể tham khảo kh i thiết k ế kết cấu m ặt đường, hạng m ục quan trọng khôi phục, cải tạo mạng lưới đường ôtô X in chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp Pháp Cảu lạc Phát triển Việt N am Hội Cựu sinh viên Trường quốc gia cầ u Đường Paris Tiến sĩ N guyễn Thành Long , Chủ tịch Câu lạc bộ, cộng tác giúp đỡ việc dịch xu ấ t sách GS V i ệ n sĩ Đ ặ n g Hữu LỜI NÓI ĐẦU Phương pháp thiết k ế m ặt đường Cục Đường sử dụng dạng Catalô kết câu mẫu (xuất lần đầu năm 1971 tái có bổ sung sửa chữa năm 1998) nhằm mục tiêu chính: - Xác đ ịn h chiến lược kinh t ế - kỹ thuật có giá trị cho toàn mạng lưới đường quốc gia bảo đảm đồng mức phục vụ; - Cung cấp giải pháp kỹ thuật xác định gần giống cho công tác đối ngoại m ạng lưới kỹ thuật nhà nước; - Tránh không đ ể người thiết k ế phải tính toán nhiều thời kỳ mà phương tiện tin học có địa phương hạn chế N hữ ng năm gần , bôĩ cảnh kinh tế - xã hội thay đổi sâu sắc, đòi hỏi phải biên soạn tài liệu làm rõ phương pháp thiết k ế kết cấu m ặt đường người làm đường chấp nhận Dưới s ố yếu tố phát triển quan trọng đó: * Việc tiêu chuẩn hóa sản phẩm vật liệu m ặt đường thay th ế khái niệm vật liệu m ẫu hướng dẫn, khái niệm cấp vật liệu đặc trưng tính học chúng S ự đa dạng hóa cấp tính đòi hỏi phải giải thích cách m ôđun hóa cấp theo chiều dày lớp m ặt đường; * Chính sách phân quyền cho địa phương làm phân hóa chiến lược chủ công trình lĩnh vực đường sá N hư , m ặt kỹ thuật đơn cần có phương pháp đ ể thống khái niệm sử dụng toàn lãnh th ổ quốc gia cung cấp công cụ chung cho phép đánh giá cách khách quan giải pháp chủ công trình x í nghiệp đ ề nghị; * S ự tăng nhanh nhịp độ phát triển kỹ thuật đường sá làm cho việc áp dụng đổi có th ể thích hợp xác định giải pháp kỹ thuật có th ể chấp nhận được; * Cuối khắp nơi có phương tiện tính toán cần thiết đ ể áp dụng phương pháp hợp lý vào thiết k ế kết cấu m ặt đường Tất nhiên , tập hướng dẫn không xác định việc phải lựa chọn thông s ố củng giá trị thông sô Việc lựa chọn (chiến lược đầu tư, tuổi thọ ban đầu, độ rủi ro tính toán, nguy gián đoạn phục vụ có thê chấp nhậnl ì) thuộc quyền chủ công trình chủ công trinh định Tài liệu thành lao động nhiều năm m ạng lưới công tác nghiên cứu kỹ thuật N hà nước, kết hợp chặt chẽ với x í nghiệp xây dựng đường N hóm Đường ôtô Tô chức Scétauroute Trong nhiều nước thiết k ế kết cấu m ặt đường theo phương pháp kinh nghiệm, th ì từ 30 năm lại Pháp khai thông dần phương pháp gọi "Phương p h p hợp lý" dựa kết môn học kết cấu Phương pháp hợp lý đạo việc xác lập tờ catalô phát hành năm 1977, chưa công bô' Tập hướng dẫn sửa chữa chậm trễ cách thêm vào kiến thức thu từ trở củng đ ế giới thiệu nước sở phương pháp Pháp Giám đốc Cục Đường Christian Leyrit PH Ạ M V I Á P D Ụ N G Các nguyên tắc trình bày tài liệu có liên quan với việc thiết kế kết cấu mặt đường ôtô (trừ mặt đường không rải mặt mặt đường lát) Từ nó, phương pháp tính toán áp dụng cho cấp đường khác từ mặt đường xe kết cấu đường cao tốc Nếu việc tính toán mật đường tiến hành theo điều kiện khí hậu tải trọng xe chạy hợp pháp lãnh thổ nước Pháp, phương pháp thiết kế hợp lý, mà nhân tố khác xử lý, cho phép chuyển nguyên tắc nói rõ tài liệu sang bối cảnh khác Ó không bàn đến trường hợp riêng cho yêu cầu đường bãng sân bay cho mạt công nghiệp Tuy nhiên, việc tiếp cận vế học cùa việc tính toán nét độc đáo phương pháp Pháp, số trường hợp, cung cấp yếu tố, từ thiết lập quy tác thích ứng với điều kiện riêng Tài liệu nêu rõ giai đoạn phương pháp tính toán dẫn đến xác dịnh chiều dày cùa lớp khác cùa kết cấu mặt đường phù hợp với chiến lược đầu tư bảo dưỡrig chọn tùy thuộc vào mục tiêu phục vụ, lượng giao thồng điều kiện nrồi trường Nó xác định thồng số tính toán ràng buộc với tính chất vật lý học vật liệu đỏi với kỹ thuật làm mặt đường khác Tuy nhiên, để xác định kết cấu mặt đường thích hợp với mạng lưới đường nhàt định, cẩn phải bổ sung cho quy định tài liệu liệu tập hợp quy tắc chủ công trình chọn Như có nghĩa chủ công trình phải xác định mục tiêu phục vụ, mục tiêu thể việc chọn thời gian phục vụ trước công tác bảo dưỡng tiến hành, chọn độ rủi ro gián đoạn phục vụ chấp nhận biến động thời tiết, v.v v ề điểm khồng thể có nguyên tắc thích hợp cho tình Phẩn sở CỦA PHƯUNG PHÁP TÍNH TOÁN MẶT m DUdNG 1.1 M Ô TẢ CHỨC N Ă N G C Ủ A CÁC LỚP M Ậ T ĐƯỜNG Mặt đường m ột kết cấu nhiều lóp (hình 1.1) rải m ột tổ hợp gọi đất gồm có đất đào đắp (gọi đất nền) phía thường có lớp đất Mặt đất Mặt lớp đất Lề Lớp mặt xe chạy - Ị Lớp liên kết ' J Lớp móng -Ị Lớp móng í / i /ứ J— — — ỉ-ĩần9 M ì I Tâng mong^ Lớp nén đất a r— V’ '.'é' Y.Y V *4i/ V V.”V-‘ • • & V Phần đát Nền đất H ình 1.1 Thuật ngữ Lớp đất (lớp xử lý) Lớp chuyển tiếp đất m óng mặt đường có m ột chức kép: - Trong giai đoạn thi côn g bảo vệ đất nền, bảo đảm cao trình cho phép xe cộ ch vật liệu xây dựng lớp mặt đường lại đó; - Đ ối vớí chức nãng học mặt đường, lớp bảo đảm đồng cải thiện tính chất phán tán vật liệu đắp đất chỗ V trò lớp tạo thành mặt đường: - Các lớp m óng (lớp m óng lớp m óng trên) - Lớp mặt Có thể phân định đóng góp vào chức mà mặt đường phải bảo đảm Các lớp móng Lớp m óng mặt đường thường gồm có hai lớp: lớp m óng lớp m óng Các lớp làm vật liệu gia côn g (với mặt đường chịu lượng vận chuyến cao) làm ch o mặt đường có cường độ học chịu tải trọng thẳng đứng xe chạy gây Các lớp m óng phân bố áp lực đất trì biến dạng đường nằm giới hạn cho phép Với mặt đường xe chạy s ố trường hợp vai trò lớp m óng bảo đảm việc xử lý đất chỗ Tầng mặt Tầng mặt gồm có: - Lớp mặt x e chạy, lớp kết cấu mặt đường, trực tiếp chịu phá hoại xe cộ khí hậu - Lớp liên kết (có thể có không) lớp mặt lớp m óng Tại mặt tiếp giáp lớp mặt lớp m óng ta tìm biện pháp để làm chậm truyền nứt từ lớp m ón g gia cố chất liên kết rắn nước lên lớp mặt Các đặc trưng bề mặt lớp mặt xe chạy phụ thuộc nhiều vào chất lượng sử dụng mặt đường N goài lớp mặt góp phần vào độ lâu bền kết cấu mặt đường, đặc biệt chức kín nước đỗi với lớp m óng Các chức mục tiêu xem xét để chọn lớp mặt nói phần III S ự L À M H Ư H Ỏ N G V IỆ C C Ủ A C Ủ A C Á C H Ọ M Ặ T Đ U Ờ N G K H Á C N H A U V À C Á C K lỂ U C H Ú N G Dưới tác dụng phối hợp lặp lại tải trọng xe chạy (giao thông), nhân tố khí hậu thời gian, mặt đường bị xuống cấp V iệc tìm hiểu tính chất hư h ỏn g cách tiến triển hư hỏng chủ yếu để: - Biết cách làm việc kết cấu mặt đường; - Chọn m ô hình tính toán thích ứng với kỹ thuật; - Hiệu chỉnh lần cuối kết tính toán điểm mà m ô hình học dùng để tính toán kết cấu mặt đường chưa xác định rõ Tùy theo tính chất chất lượng lớp khác mà thường gặp hư hỏng sau Lớp mặt xe chạy - Mài m òn ứng suất tiếp tải trọng bánh x e gây ra; - V ệt bánh xe rão điểu kiện nhiệt độ cao ứng suất xe chạy gây lớn; - Nứt m ỏi lớp mặt bitum dính bám với lớp móng; - Nứt truyền nứt từ lớp m óng lên; - Nứt m ỏi nhiệt bitụm hóa già Các lớp m óng gia cô - Nứt m ỏi lặp lại ứng suất kéo uốn tải trọng chạy qua; - Nứt c o rút đông cứng cấp phối đá gia c ố chất liên kết rắn nước; - Các bêtông bị đội lên cập kênh vị trí đường nứt khe nối, chất lượng truyền lực m óng bị xói mòn Các lớp m óng không gia c ố nên đường - Biến dạng dư kết cấu (lún, vệt hằn bánh x e) tích lũy biến dạng dẻo V ới m ỗi loại kết cấu mặt đường có khuyết tật bật thể cách làm việc riêng loại mặt đường 1.2.1 Các họ kết cấu mặt đường M ột đặc trưng mạng lưới đường ôtô nước Pháp tồn kết cấu mật đường đa dạng m phân thành họ sau đây: - Mặt đường m ềm ; - Mặt đường nhựa bitum dày; - Mặt đường có lớp m óng gia c ố chất liên kết rắn nước; - Mặt đường có kết cấu hỗn hợp; - Mặt đường có kết cấu đảo ngược; - Mặt đường bêtông xi măng Trong bối cảnh nước Pháp, nhóm mặt đường khác đặc ưưng tóm tắt hình 1.2 1.2.1.1 M ặt đường mềm Các kết cấu gồm m ột lớp mặt bitum tương đối m ỏng (dưới 15cm ) giảm xu ốn g lớp láng nhựa mặt đường xe chạy, đặt m ột nhiều lớp vật liệu hạt không gia cố Chiều dày tổng cộng mặt đường thường từ 30 đến 60cm 1.2.1.2 M ặt đường nhựa bitum dày Các kết cấu gồm m ột lớp mặt bitum m ột thân mặt đường (lớp m ỏng) vật liệu gia c ố chất liên kết hyđrôcácbon làm thành hai lớp (lớp m óng lớp m ón g dưới) Chiều đày lớp móng thường từ 15 đến 40cm Mặỉ đường mềm Lớp mặt vặt liệu bitum Vật liệu bitum lớp móng (< 15cm) Vt fs ỉ * ũ ụ tỉ Ỹ ////////////////Â Vật liệu hạt không gia cố (20 - 50cm) Mặt nén đất Mặt đường bitum dẩy Lớp mặt vật liệu bitum Vặt liệu bitum lớp móng (15 - 40cm) Mặt nén đất Mặt đường có lởp m óng gia c ố ch ất liên kết rắn nước Lớp mặt vật liệu bitum (6 - 14cm) Vật liệu gia cố chất liên kết rắn nước (20 - 50cm) Mặt nén đất /////////////////1 Mặt đường kết c ấu hỗn hợp Lớp mặt vặt liệu bitum Vật liệu bitum lớp móng (10 - 20cm) Vật liệu gia cố chất liên kết rắn nước (20 - 40cm) Mặt nén đất Mặt đường kết c ấu ngược Lớp mật vật liệu bitum Vật liệu bitum lớp móng (10 - 20cm) Ợ ////////////////A Vật liệu hạt không gia cố (~12cm) Vật liệu gia cố chất Hên kết rắn nước Mătnén đất MẶT DƯỜNG BÊ TÔNG XI MẦNG Tấm khòng truyền lực với lớp m óng Bê tông xi măng (20 - 28cm) Bé tỏng nghèo (12 - 18cm) vặt liệu gia cố chất liên kết rắn nước (15 - 20) Mặt nén đất Tấm có truyền lực với lớp móng Bê tông xi măng (17 - 23cm) Bê tỏng nghèo (14 - 22cm) Mật nến đất Tấm lớp m óng Bê tông xi măng (20 - 39cm) Lớp thoát nước Mật nén đất Bẻ tông cốt th ép lièn tụ c (1) Bè tòng xi măng (16 - 24cm) Bê tông nghèo (12 - 14cm) Mặt nén đất Bé tòng cốt thép liên tục (2) Bẽ tông xi mâng (18 - 24cm) Móng vật !iệu nhựa (5cm) Cát gia cố chất liên kết rắn nước (50 - 60cm; Mặt nén đất H ỉn h 1.2 Các loại kết cấu mặt đường 10 1.2.1.3 M ặt đường có lớp móng gia cố chất liên kết rắn nước Các kết cấu thường gọi "mặt đường nửa cứng" Chúng gồm m ột lớp mặt bitum m ón g làm vật liệu gia cố chất liên kết rắn nước làm thành m ột hai lớp (lớp m óng lớp m óng dưới) với chiều dày tổng cộn g vào khoảng từ đến 50cm 1.2.1.4 M ặt đường có kết cấu hỗn hợp C ác kết cấu gồm lớp mặt m ột lóp m óng vật liệu nhựa bitum (chiều dày lớp m óng 10 đến 20cm ) m ột lóp m óng vật liệu gia cố chất liên kết rắn nước (20 đến 40cm ) Các kết cấu gọi hỗn hợp kết cấu mà tỉ s ố ch iều dày vật liệu bitum chiều dày tổng cộn g mặt đường vào khoảng 1/2 1.2.1.5 M ặt đường kết cấu ngược Các kết cấu gồm lớp bitum chiều dày tổng cộn g khoảng 15cm đặt m ột lớp cấp phối không gia c ố (khoảng 12cm ), lớp đặt m ột lớp m ón g vật liệu gia c ố chất liên kết rắn nước Tổng chiều dày lớp lên đến - 80cm 1.2.1.6 M ặt đường bêtông ximãng Các kết cấu gồm lớp bêtông xi m ăng dày từ 15 đến 40cm thường phủ m ột lớp mặt m ỏng vật liệu bitum Lóp bêtông đặt lớp m ón g (có thể vật liệu gia c ố chất liên kết rắn nước, bêtông xim ăng vật liệu thoát nước không gia cố) đặt trực tiếp đường, trường hợp thường có m ột lớp bitum Tấm bêtông liên tục có tăng cường theo ch iều dọc (bêtông cốt thép liên tục) gián đoạn có thép liên kết khe 1.2.2 Sự làm việc hư hỏng họ kết cấu khác Chương m ô tả nét đặc trưng làm việc hư hỏng họ kết cấu mặt đường khác Sự m ô tả ngắn gọn không đầy đủ N ó không bao gồm trường hợp mà việc chọn thành phần phối hợp, việc c h ế tạo thi côn g có sai sót không thích hợp 1.2.2.1 M ặt đường mềm * ứ n g su ấ t d o xe ch ạy gây C ác vật liệu hạt không liên kết làm lớp m óng mặt đường c ó đ ộ cứng nhỏ phụ thuộc vào độ cứng đất chiều dày chúng V ì chiểu dày lớp bitum m ỏng nên ứng suất thẳng đứng xe chạy gây truyền xuống đất theo m ột góc phân bố ngang nhỏ úng suất thẳng đứng lớn lặp lặp lại gây biến dạng dẻo đất lớp cấp phối tạo thành biến dạng dư bể mặt mặt đường Đ y lớp mặt bitum chịu ứng suất kéo uốn lặp lại 11 *Ánh hưởng điiềuu Hiện môi trường Đ ộ cứng nhỏ kết cấm llàm cho kết cấu mặt đường đặc biệt nhạy cảm với thay đổi trạng tháii ẩẩrm ướt đất Đ iều thể qua "hiệu ứng cạnh": Sự giảm sức chịu tải ởfthời kỳ ẩm ướt làm lún sệ m ép nứt co thời kỳ khô hạn Chú ý: Việc giảm sức chịịu! tảỉi thay đổi trạng thái ẩm ướt đất nhạy cảm với nước rõ (vê mùa mưa vài tcan băng) điểu kiện thoát nước không thấm nước lớp mặt xấu Các kết cấu khác ciũnịg mhưvậy nên sau không nhắc lại * S ự tiến triể n cá c ihưc hiòng Sự phát triển thường thỉấyy mặt đường m ềm thể trước tiên xuất biến dạng dư kiểui việt bánh bán kính lớn, chỗ lõm lún làm giảm chất lượng m ặt cắt ngang Víà imậặt cắt dọc N hững biến dạng tiãmg lên theo lượng giao thông tích lũy chiều sâu chiều rộng tùy thuộc vào chất Uươ/ng trung bình kết cấu độ phân tán đặc trưng học thân m ặt đường wà (CÙa đất Các ứng suất uốn iặp hại trrong lớp mặt bitum gây phá hoại m ỏi dạng đường nứt, c ắ c điưcờng nứt riêng rẽ phát triển dần thành m ột m ạng đường nứt nhỏ Nước thấm xuống dè dlàmg làm tăng nhanh tượng: m rộng đường nứt, bong bật vật liệu tạo thiàrnhi ổ gà Nếu không bảo dưỡng kịp thời mặt đường bị h ỏng nhanh ch o đến khii íhoiàn toàn bị phá hỏng 1.2.2.2 M ặt đường bừiurrn (tíày * ứ n g su ấ t d o xe ch y g â y ira Đ ộ cứng độ bền chịiu lké',0 lớp m óng vật liệu bitum cho phép khuếch tán ứng suất thẳng đứng tiriryềìn xuống lớp giảm nhanh chúng N gược lại, tải trọng xe chạy gây ứng Sĩuẵít kéo uốn lớp có chất liên kết Các mặt đường thưrờmg có nhiều lớp Khi lớp dính chặt nhau, độ dãn dài lớn sinh đáy củ a liớp sâu Nhưng lớp không dính chặt với nhau, lớp chịu ứng suất Ikéio bị phá hoại m ỏi Như vậy, chất lượng mặt tiếp giáp có ảnh huiởmg lớn đến tình hình làm việc loại mặt đường Còn ứng suất tác dụng lê:n đất thường nhỏ không gây biến dạng dư lớp mặt trước lớp biturm Ibị phá hoại mỏi * Ả nh hưởng củ a c ú c điềm kúện môi trường Tương tự ảnh hưíởmg đãi nói mặt đường m ềm N ói chung xảy vết hằn bánh xe từ biến nhiệt độ cao tác dụng xe nặng chạy chậm , lớp mặt 12 (Nửa dính: tính với mặt tiếp giáp dính, lần thứ hai tính với mặt tiếp giáp trượt lấy 1/2 tổng đại lượng tính lần; trị số trung bình dùng để tính toán) Bảng 8.1 c Vật liệu hyđrôcacbon/nền X Lớp móng dưới/mặt nén X s G X Trườna hợp đặc biệt: nghiên cứu chung mặt đường/lớp nén đất Lớp móng dưới/lớp nến đất xử lý gia cố Kết cấu bitum X Tất lớp Kết cấu nửa cứng Lớp mặưlớp móng X Lớp móng trẽn/lớp móng dưới: X Cấp phối đá tro bay/cấp phối đá tro bay X Cấp phối đá -xi măng/cấp phối đá xi măng Cấp phối đá - xỉ lồ cao/ cấp phối đá - xỉ lồ cao X X Cát gia cô' Lớp móng dưới/nền (1) Kết cấu bê tỏng Lớp mặt (nếu có)/lớp móng trẽn X X lớp móng trẽn/lớp móng Lớp móng dưới/nén (1) Kết cấu ngược X Tất lớp Kết cấu hỗn hợp Lần tính thứ nhất: tất lớp X X Lần tính thứ hai: lớp móng trên/lớp móng Các lớp khác X ( ỉ) D ính trứ khi: - Lớ p trẽn liền đất gia cô' + lớp bảo dưỡng: lớp m óng dưới/lớp đất trượt - N g h iên cứu chung m ặt dường/lớp đất; Lớp m ó n g dưới/lớp đất lớp clất/dất nén trượt M ật nền, đất lớp vật liệu hạt M ặ t n ề n : K h ố i đ n g n hất Mồđun tính toán môđun giới hạn cấp: 209 Cấp PF1 Giới hạn (MPa) V 20 PF2 50 PF4 PF3 120 200 = 0,35 Các quy tắc tăng cấp sức chịu tải mặt (căn vào "Hướng dẫn kỹ thuật thi công đường lớp đất") 1.1 T ăng cấp PF i với lớp đ ấ t không gia cô'(Bảng 8.2) Bảng 8.2 ARi Vặt liệu lớp nén đát Lớp nén đất AR1 B31, C1B31, C2B31, D21, D31 0,80m** AF2 R21, R41, R61, C1B11* C2B11* R11\ R42*, R62* 0,50 PFi PF3 * Cần kiểm tra lại mặt mặt đường ** 0,1 đến 0,15m có lớp vải địa kỹ thuật thích hợp lớp đất nén đường 1.2 T ă n g cấp PFỈ với lớp đ ấ t đ ấ t dính gia cô' ch ỗ (Bảng 8.3) Bảng 8.3 Bé mặt đào đắp ARj Vật liệu lớp nén đát h lớp nén đất A3 gia cổ vôi 0,50m A1, A2, A3 gia cố vôi + xi măng xi măng 0,35m A3 gia cố vôi 0,70m A1, A2, A3 gia cố vôi + xi măng xi măng 0,50m A3 gia cố vôi 0,70 A1, A2, A3 gia cố vôi + xi măng xi măng 0,35m PFi PF2 AR1 PF3 AR2 G hi chú: Nếu h >0,50m lớp đất thi công thành lớp 1.3 T âng cấp P F i với lớp đ ấ t x lý vật liệu gia c ố chất liên kết rắn nước (Bảng 8.4) Bảng 8.4 Cấp học cùa vật liệu lớp nén đất * 0,30m 0,35m PF2 0,30m 0,35m 0,50m** PF3 0,40)71 0,45m** 0,55m PF4 0,25m 0,30m 0,35m PF3 0,30m 0,35m 0,45m** PF4 AR1 AR2 * hmi„ = 0,30m có th ể xếp vào cấp PF3 ** Thi công thành lớp 210 M ặ t n ê n : B ề m ặ t đ ấ t đào đắp + lớp n ề n đất Bề m ặ t đ ất đào đắp: Cấp AR1 Giới hạn (MPa) AR2 20 AR4 AR3 50 120 200 Lớp đất không gia cố: - Vật liệu đá nghiền, E chọn theo kết mặt nền; - Vật liệu tròn, xem hình vẽ 8.3 h Lớp nén đất (cm) -r-1 T T ĩ T r T 1 r ■ - r Ị- T ị EV2(mặt cào đắp) = 3MPa ' 10MIPa: " >^2ơMỉPa, ^ V MÌp£ - ỖOMÌPÌr - / u **t \ i ỉ -r ị-r -r Ó 50 100 150 200 EV; (mặt nén đường) (MPa) H ìn h 8.3 L p vật liệu h t (Bảng 8.5) Bảng 8.5 Mật dường xe (T< T3) Lớp móng Lớp móng (chia thành lớp nhỏ 0,25m) Cấp Egnt = &00 MPA Cấp Egnt = 400 MPA Cấp Egnt = 200 MPA Egnt (lớp 1) - k X Egnt i) = k x Egnt (lớp i -1) với: Loai k 2,5 Egnt bị chặn trị sổ lớp móng Mặt đường có lượng giao thông trung binh (T2 T3); kết cấu GB/GNT Lớp móng (chia thành lớp nhỏ 0,25m) ^GNT 1) X E^, nện Egnt i) = X Egnt (lớp i - i) Egnt bị chặn giá trị 360MPa Mặt đường kết cấu ngược Egnt = 480MPa 211 C ác giá trị củ a V với đất, lớp vật liệu h t lớp n ề n đ ấ t Vật liệu không gia cố: V = 0,35 Vật liệu gia cố: V = 0,25 Môđun vật liệu gia cô C ác trị sô' c h ỉ dẫn m ô đ u n h ệ s ố P o isso n đ ể tín h toán V ậ t liệu bitum (Bảng 8.6) Bảng 8.6 E (0°c 10Hz) (MPa) E(15°C) V -10 10 20 30 40 (MPa) BBSG 14800 12000 7200(1500) 3600(1000) 3600 (700) I 1000 5400 0,35 GB1 18000 14000 9000(1200) 5000 (800) 2000 (500) II 800 7000 0,35 GB2 23000 18800 12300 (900) 6300 (600) 2700 (400) III 1000 9300 0,35 GB3 23000 18800 12300 6300 2700 1000 9300 0,35 EME1 30000 24000 17000 11000 6000 3000 14000 0,35 EME2 30000 24000 17000 11000 6000 3000 14000 0,35 V ật liệu g ia c ố ch ất liên k ết rắn nước (Bảng 8.7) Bảng 8.7 E(MPa) V GC 23000 0,25 GCH 23000 0,25 Cấp phối đá - tro bay GCV 30000 0,25 Cấp phối đá - xỉ hạt GLg 15000 0,25 GLp 20000 0,25 GLp + vôi 15000 0,25 GLR 23000 0,25 Cát gia cố xi măng SC3 17200 0,25 Cát gia cố xi măng 2 12000 0,25 Cát gia c ố xi măng 1 5000 0,25 Cát gia cố xỉ ló cao SL3 12500 0,25 Cát gia cố xỉ lò cao 2 8500 0,25 Cát gia cố xỉ lò cao 1 3700 0,25 Bẽ tông lèn chặt lu BCc 28000 0,25 Cấp phối dá - xi măng 212 Bê tỏng x i măng (Báng 8.8) B ảng 8.8 Cấp E (MPa) V BC5 35000 ,2 24000 ,2 24000 ,2 20000 0,25 Lưựng giao thông S ô trục bánh tươ ng đương N E ( l + x )p - NE = MJA X 365 X - —— - X CAM X C ấp giao th ô n g trị s ố M J A Khi thông tin, lấy MJA = cấp (bảng 8.9) Bảng 8.9 Cấp T5 T4 Trị số (MJA) Trị sô' giới hạn (MƯA) 25 T3 T2 T1 TO TS 85 200 500 1200 3000 50 150 300 750 2000 TEX 5000 N tích lũy /t theo thời gian (hình 8.4) p (nàm ) • 2% - 4% 6% - 7% - 8% 10% 10 20 30 40 50 60 N tích lũy /t (phẩn nghìn) Hình 8.4 213 Các trường hợp riêng để tính MJA (bảng 8.10) Bảng 8.10 Mặt đường xe L < 5, L: chiéu rộng xe 100% 5m < L < 6m 75% Lượng giao thông theo hai hướng Mặt đường có Làn chạy chậm Làn Làn chạy nhainh X lản xe 90% - 10% X xe đô thị 65% 30% 5% X xe liên đỏ thị 80% 20% 0% Tổng lượng giao thông hướng Hệ số ph hoại CAM - Lượng giao thông nhỏ (ít xe) (bảng 8.1 la) M ọi vật liệu Bảng 8.11a Cấp T5 T4 T3- T3+ CAM 0,4 0,5 0,7 0,8 - Lượng giao thông trung bình lớn (bảng 8.1 lb bảng 8.1 lc) Bảng 8.11b Bảng g llc Kết cấu CAM Bitum h < 20cm 0,8 h>20cm 1,0 MB Kết cấu 0,8 Hỗn hợp MB MTLH 1,3 0,8 Ngược MB Nửa cúng 1,3 Bè tông 1,3 GRH 1,0 Đất, GNT, GRH 1,0 MTLH 1,3 Các ứng suất biến dạng cho phép V ật liệu bitum e tad - Ọ sịe V E(10°C) 106 ) £ (0 ^ ) X £ (i(1 oC ; H z ) x k„ X k, X k Vật liệu gia c ố chất liên kết rắn nước lớp m óng m ặt đường bê tông 'N E ^ b «,ad = * Bê tông xi m ăng (lớp m óng trên) a o 6, x k c x k d x k r x_ks L p đất gia cố: 0, ad = X ^NE^b 10' Đ ấ t, c ấ p p h ô i đ không gia c ố cấ p p h ố i đ trộn ẩm: E , ad - 0,222 = A x (N E )" ' Các hệ số k A xem bảng 8.12 Bảng 8.12 Hệ số' Hiện tượng Giá tri kc Điẻu chỉnh kd Không liên tục (mép cạnh đường nứt) gradien nhiệt (tấm bẽ tông) Xem mục sau 1/1,70 với bê tông xi măng 1/1,47 với bẽ tông cố thép liên tục BCg 0,80 với GCV không 10ubSvới kr u = biến số (xem sau) Bộ rủi ro độ phân tán ỏ= SN2 + (cSh/b)2 với PF3 ks Thiếu sức chịu tải PFi 1/1,1 với PF2 1/1,2 với PF1 A Biến dạng dư Đường có lượng giao thông lớn (Ti > T3) Đất 12000 Kết Gấu ngược 14000 Đường xe (Ti < T3) ĐấtvàGRH 16000 Các đặc trưng mỏi C ác trị s ố d ù n g đ ể tín h toán (Xem hướng dẫn tương quan kết thí nghiệm t^qng phòng thông số tính toán) V ật liệu bitum (Bảng 8.13) Bảng 8.13 e6(10°C.25Hz) X (10'6) -1/b SN Sh K Bê tỏng nhựa vừa đá dăm BBSG 100 0,25 (1) 1,1 Cấp phối đá - bitum GB1 70 0,40 (1) 1,3 Cấp phối đá - bitum GB2 80 0,30 (1) 1,3 Cấp phối đá - bitum GB3 90 0,30 (1) 1,3 Hỗn hợp mỏđun cao EME1 100 0,30 (1) 1,0 Hỗn hợp mỏđun cao EME2 130 0,25 (1) 1,0 : (l) Sh phụ thuộc vào chiều dày thi công: Sh = 0,01 h < 0,10m; Sh = 0,25 m h > 0,15m; Sh = 0,01 + 0,3 * (h - 0,10) 0,10 < h < 0,15m 215 V ậ t liệu gia cô'chất liên kết rắn nước (Bảng 8.14) B ảng 8.14 ơ6(MPa) -1/b SN Sh(2) kc GC 0,75 15 0,03 1,4 GCV 1,40 16 0,03 1,5 GLg 0,60 12,5 0,03 1,5 GLp 0,70 13,7 0,03 1,5 GLp + vôi 0,60 12,5 0,03 1,5 GLR 0,75 15 0,03 1,4 SC3 0,75 12 0,8 0,025 1,5 0,50 12 0,8 0,025 1,5 0,21 12 0,8 0,025 1,5 SL3 ,6 10 0,8 0,025 1,5 0,425 10 0,8 ,0 1,5 0,175 10 0,8 0,025 1,5 BCc 1,85 15 0,03 1,5 (2) Sh giảm xuống 0,02m mặt tốt (về kích thước sức chịu tải) Bê tông x ỉ m ăng (Bảng 8.15) Bảng 8.15 ơe(MPa) -1/b SN Sh kc BC 2,15 16 (3) 1,5 1,95 15 (3) 1,5 t,63 15 (3) 1,5 1,37 14 (3) 1,5 (3) Sh phụ thuộc vào thiết bị thi công Kiểu thiết bị Lớp móng A B 0,03m 0,01m 0,03m 0,03m lớp móng gia cố Các trường hợp khác 216 c trị sỏ củ a độ rủ i ro r(% ) (Báng 8.16) B ảng 8.16 TO T1 T2 T3 V ậ t liệu bitum M B ,0 ,0 12,0 25,0 V ậ t liệu gia cố chất liên kết rắn nước (M T LH ) ,5 5,0 ,5 12,0 C c kết cấu MB ,0 ,0 12,0 ,0 ngược MTLH 10,0 5,0 ,0 C c kết cấu MB ,0 ,0 12,0 ,0 hỗn hợp MTLH ,0 0,0 ,0 35,0 Lớp móng 2,8 ,0 ,5 11,5 Lớp móng trừ BAC BCg 5,6 10,0 15,0 23,0 Lớp móng BAC BCg 50,0 50,0 50,0 50,0 ị ị C c kết cấu thông thường Kết cấu bè tông C áe trị số cua u ứng với độ rủi ro r (Bảng 8.17) (Quy luật chuẩn) Bảng 8.17 r% u r% u r% u -2,326 5,6 -1,590 23 -0,739 1,5 -2,170 7,5 -1,439 24 -0,706 -2,054 10 -1,282 25 -0,674 2,5 -1,960 11,5 -1,200 30 -0,524 2,8 -1,911 12,0 -1,175 35 -0,385 3,0 -1,881 15 -1,036 40 -0,253 -1,645 20 -0,842 50 C ác tương quan khác (Bảng 8.18) Bảng 8.18 Vật liệu GC Trị số đặc trưng mỏi Trị số hệ số tương ứng chất liên kết rắn nước MTLH với tính học năm tuổi f/R, ơe/í, Ơs/R, Tuổi (ngày) ffy^t360 E/E360 1,8 0,525 0,95 28 0,60 0,65 60 0,65 0,70 GLR - - - GCH - - - 60 0,60 0,65 GLp 2,0 0,48 0,96 90 0,70 0,70 • 217 Vât liêu Trị số đặc trưng mỏi Trị số hệ số tưcmg ứng chất liên kết rắn nước MTLH với tính học năm tuổi VR, ơg/ff Ơg/R, Tuổi (ngày) R^Rt360 E/E36C1 GLp + vôi 2,0 0,48 0,96 90 0,70 0,70 GLp 2,0 0,50 1,0 90 0,70 0,70 GCV + vôi 1,8 0,53 0,95 90 0,65 0,75 BC-GHHP 1,8 0,525 0,95 - - - GPZ - - - 90 0,50 0,50 SL 2,0 0,42 0,85 180 0,85 0,85 sc 2,0 0,46 0,93 90 0,93 0,93 SCH - SLR 2,0 0,46 0,93 - - - s c v - SPz 2,0 0,46 0,93 - - ■- V Các trị sô' để tính toán: Cấp phối đá gia cố: = 0,7 Cát gia cố: Bê tông: 218 = 0,75 (ơg/R,) X X = 0,65f, X (ơ /R,) Rl360 X Rl360 E = 0,9 X E360 E = 0,7 X Eí60 MỤC LỤC Trang L i giớ i th iệu L i n ó i đầ u Phần Cơ sở phương pháp tính toán mặt đường 1.1 M ô tả chức lớp mặt đường 1.2 Sự làm việc họ mặt đường khác kiểu hư hỏng chúng 1.2.1 Các họ kết cấu mặt đường 1.2.2 Sự làm việc hư hỏng họ kết cấu khác 11 1.3 Lịch sử phát triển phương pháp tính toán Pháp 17 1.4 Những nét lớn phương pháp tính toán Pháp 20 1.4.1 Tính chất xác suất việc tính toán chiều dày 21 1.4.2 Các khái niệm tuổi thọ ban đầu độ rủi ro tính toán 22 1.4.3 Các yếu tố phải tính đến tính toán mặt đường 22 1.4.4 Xác định ứng suất cho phép 25 1.4.5 Xác định chiều dày lớp 27 Phẩn II Lién quan việc lựa chọn cách thiết kế mặt đường cách qu ản lý m ạng lưới đường 28 2.1 Từ việc phân cấp mạng lưới đường đến việc lựa chọn cách thiết k ế mặt đường 2.2 Lựa chọn mức phục vụ 29 29 2.2.1 Khái niộm mức phục vụ 29 2.2.2 Sự phát triển mức phục vụ theo thời gian 31 2.2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá mức phục vụ 31 2.2.4 Các tương quan với việc lựa chọn thiết k ế mặt đường 32 2.3 Lựa chọn chiến lược đầu tư bảo dưỡng 2.3.1 Tuổi thọ tín1’ toán để so sánh chiến lược 32 33 2.3.2 Các chiến ỉượe đả” tư - bảo dưỡng khác liên quan với việc chọn m^c phục vụ 33 219 2.3.3 Các yếu tố kinh tế để chọn chiến lược 36 2.3.4 Những liên quan lựa chọn kỹ thuật mặt đường 37 2.4 Nghiên cứu kinh tế - kỹ thuật tối ưu để lựa chọn cách tính toán 2.4.1 Nghiên cứu khả kết hợp lớp đất kết cấu mặt đường 2.4.2 Lựa chọn kỹ thuật mặt đường 37 38 38 2.4.3 Xét tới chất lượng đạt công trường việc bố trí kết cấu tính toán mật đường 2.4.4 Tính tổng giá thành xây dựng + bảo dưỡng Phần III T ầng m ặt 3.1 Cách chọn tầng mặt 39 39 45 45 3.1.1 Các chức mục tiêu phải xét tầng mặt 45 3.1.2 Chọn loại tầng mặt 52 3.1.3 Lựa chọn tiêu chuẩn vật liệu 52 3.2 Xác định bề dày tầng mặt Phần IV N ền đất 52 58 4.1 Các văn hữu quan Pháp 59 4.2 Các chức tiêu phân loại nén đất 59 4.3 Xác định đặc trưng phần đất 61 4.3.1 Nhận dạng vật liệu điều kiện sử dụng vật liệu 61 4.3.2 M ôi trường gây ẩm 62 4.3.3 Các trường hợp phần đất 63 4.3.4 Cấp hạng sức chịu tải mặt đất 63 4.3.5 Các đặc trưng học đất dùng để tính toán mặt đường 66 4.4 67 Lớp đất 4.4.1 Vai trò thiết kế lớp đất 67 4.4.2 Vật liệu làm lớp đất 67 4.5 Phân cấp đất để tính toán kết cấu mặt đường 68 4.5.1 Các cấp sức chịu tải lâu dài đất 68 4.5.2 Quy tắc nâng cấp sức chịu tải đất 68 4.5.3 Xác định đặc trưng học vật liệu lớp đất để nghiên cứu tính toán tổng thể mặt đường - lóp trèn đất 220 74 4-.5.4 Giải thích việc tính toán lớp đất xử lý bang vật liệu gia c ố thiết k ế tổng mặt đường - lớp đất Phan V C ác vật liệu mặt đường 5.11 Mớ đầu 77 79 79 -*)> 1.1 Các vãn hữu quan Pháp 79 5) 1.2 Mô tả vật liệu 80 51.1.3 Các yêu cẩu sử dụng 81 5.2 Các vật liệu thành phần 81 51.2.1 Cốt liệu 81 5».2.2 Các chất liên kết rắn nước puzôlan 82 5).2.3 Các chất liên kết hyđrôcácbon 82 5).2.4 Các vật liệu hợp thành khác 83 Cấp phối đá không gia cố (GNT) 84 51.3.1 Mô tả theo tiêu chuẩn 84 5).3.2, Các yêu cầu đối vói sử dụng 86 5Ĩ.3.3 - Tính nãng học để tính chiều dày 86 5.4 Các vật liệu gia c ố chất liên kết rắn nước 5).4.1 - Yếu tố chung vật liệu gia cố chất liên kết rắn nước 87 88 5>.4.2 Cấp phối đá gia cố chất liên kết rắn nước puzôlan bêtông lu lèn chặt 5>.4.3 Cát gia cố chất liên kết rắn nước 5.5 Vật liệu gia cố chất liên kết hyđrôcacbon trạng thái nóng 88 95 99 5.5.1 Yếu tố chưng vật liệu xử lý chất liên kết hvđrôcacbon tiêu chuẩn trạng thái nóng 100 5.5.2 Cấp phối đá - bitum 101 5.5.3 Hỗn hợp đá - bitum môđun cao 104 5.5.4 Các loại bê tông bitum hỗn hợp rải nóng tiêu chuẩn khác 106 5.5.5 C át-bitum 109 5.5.6 Hỗn hợp đá - bitum tái sinh nóng 110 5.6 Vật liệu xử lý nhũ tương bitum 5.6.1 Cấp phối đá - nhũ tương 112 112 221 5.7 Bê tông xi măng 115 5.7.1 Các đặc trưng bê tông theo tiêu chuẩn N FP98-170 115 5.7.2 Các yêu cầu việc sử dụng 116 5.7.3 Các quy định kỹ thuật việc thi công 116 5.7.4 Các tính học để tính chiều dày 117 Phần IV Tính toán m ặt đường 119 6.1 Vị trí việc nghiên cứu tính toán kết cấu mặt đường thiết kế đồ án đường 119 6.1.1 Quan hộ với thành phần khác đồ án đường 119 6.1.2 Các nghiên cứu sơ cần thiết 120 6.1.3 Các giai đoạn thiết kế đồ án mặt đường 121 6.1.4 Trường hợp kiến nghị kỹ thuật x í nghiệp làm để lập phương án để thi tuyển 122 6.2 Các số liệu cần thiết để tính toán kết cấu mặt đường 6.2.1 Lượng giao thông 123 6.2.2 Các thông số để tính toán 126 6.2.3 Các số liệu khí hậu m ôi trường 127 6.2.4 Các thông số mô tả đất 127 6.2.5 Vật liệu xây dựng lớp mặt đường 129 6.3 Trình tự tính toán 131 6.4 Tính toán họ kết cấu mặt đường khác 133 6.4.1 Kiểm tra chung với đường lớp móng không liên kết 133 6.4.2 Mặt đường mềm mặt đường nhựa dày 134 6.4.3 Mặt đường có lớp móng gia cố chấtliên kết rắn nước 141 6.4.4 Mặt đường có kết cấu hỗn hợp 150 6.4.5 Mặt đường có kết cấu ngược 156 6.4.6 Mặt đường bê tông xi măng 164 6.5 Xác định mặt cắt ngang mặt đường 222 172 6.5.1 Các đặc trưng hình học 172 6.5.2 Xây dựng đất 173 6.5.3 Cấu tạo mặt đường, lề đường dải phân cách 174 6.5.4 Bố trí độ dốc ngang 175 Phần VII Các phụ lục 177 Phụ lục 7.1 Chú giải ký hiệu 177 Phụ lục 7.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm sản phẩm 182 Phụ lục 7.3 Các tài liệu tham khảo 190 Phụ lục 7.4 Bảng tóm tắt cách phân loại đất vật liệu đá 193 Phụ lục 7.5 Tính toán tác dụng phá hoại giao thông 194 Phụ lục 7.6 Tính nhiệt độ tương đương mặt đường nhựabitum 197 Phụ lục 7.7 Tính kết cấu mặt đường có lớp đất xử lý cách gia cố đất 202 Phần V III Tóm tát thông sô dùng tính toán sách 206 223