LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TÍNH TOÁN HẰN VỆT BÁNH XE MẶT ĐƯỜNG BTN ĐANG KHAI THÁC VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG MÃ SỐ: 60 58 02 05 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS ĐỖ NGỌC VIỆN GS, TS PHẠM CAO THĂNG HỌC VIÊN THỰC HIỆN: KS NGUYỄN VĂN NAM HÀ NỘI - 2015 NỘI DUNG LUẬN VĂN PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG DẺO VÀ CHIỀU SÂU HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG ĐƯỜNG Ô TÔ CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HẰN LÚN VỆT BÁNH XE KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ĐẶT VẤN ĐỀ Từ thực tế khai thác áo đường mềm Việt Nam cho thấy tăng trưởng nhanh lưu lượng giao thông công tác quản lý khai thác nhiều bất cập, tình trạng khai thác trục xe tải xảy hầu hết tuyến đường, giải pháp kỹ thuật kết cấu, vật liệu chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam, công tác kiểm soát chất lượng thi công chưa chặt chẽ Đây nguyên nhân gây hư hỏng công trình đường, có tình trạng hư hỏng HLVBX Biến dạng HLVBX xuất làm mỹ quan giao thông, giảm chất lượng khai thác đường, HLVBX lớn gây nguy hiểm cho người phương tiện tham gia giao thông Tình trạng HLVBX tuyến quốc lộ, tỉnh lộ vấn đề nhức nhối cấp bách hoàn cảnh lưu lượng giao thông ngày tăng, đòi hỏi phải có nghiên cứu chuyên sâu để đưa giải pháp cụ thể nhằm kiểm soát HLVBX MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu nguyên nhân xuất hằn lún vệt bánh xe - Lý thuyết tính toán hằn lún vệt bánh xe cụ thể tính toán chiều sâu hằn lún vệt bánh xe - Đề xuất số giải pháp khắc phục hằn lún vệt bánh xe CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Khái niệm hằn lún vệt bánh xe HLVBX hiểu tích lũy biến dạng KCAĐ tác dụng tải trọng lặp, làm cho bề mặt trắc ngang đường không giữ nguyên hình dạng thiết kế ban đầu Mặt đường bị lún, chủ yếu vị trí vệt bánh xe tác dụng, khu vực lân cận mặt đường bị trồi lên HLVBX quốc lộ 1A HLVBX đường Mai Chí Thọ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ 1.2 Phân loại hằn lún vệt bánh xe Căn vào hình dạng chiều sâu HLVBX mà chia làm loại bản: HLVBX có gờ HLVBX gờ HLVBX có gờ HLVBX có gờ: Do lớp BTN có cường độ kháng trượt thấp, ứng suất tải trọng bánh xe gây vượt khả ứng xử cho phép vật liệu gây biến dạng dẻo lớp BTN, lớp móng không bị biến dạng Khi vật liệu BTN bị đùn trồi sang bên tạo thành gờ song song với tim tuyến CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ HLVBX gờ HLVBX gờ: Do lớp lớp kết cấu phía lớp kết cấu phía lớp trình thi công, lu lèn không đảm bảo độ chặt yêu cầu Trong trình khai thác, lớp vật liệu tiếp tục tái lu lèn tải trọng xe chạy, gây lún dư cho lớp vật liệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ 1.3 Các nguyên nhân gây HLVBX Sự xuất biến dạng HLVBX mặt đường BTN nhiều nguyên nhân khác gây Cần vào đặc điểm, hình dạng HLVBX để xác định xác nguyên nhân gây Các nguyên nhân thường gặp bao gồm: - Về vật liệu: Thiết kế hỗn hợp, lựa chọn thành phần cốt liệu, chất lượng cốt liệu chưa phù hợp với điều kiện thực tế lưu lượng tải trọng xe chạy - Về chất lượng thi công: Lu lèn lớp vật liệu chưa đảm bảo độ chặt theo quy định, lớp vật liệu tiếp tục bị lún không hồi phục trình khai thác, góp phần gây HLVBX - Về quản lý khai thác: Việc khai thác trục xe tải số nguyên nhân làm xuất HLVBX Tải trọng trục xe tải làm tăng diện tích truyền tải trọng bánh xe xuống kết cấu mặt đường CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ Trong số trường hợp lái xe tăng áp suất bánh làm tăng áp lực bánh xe tác dụng xuống kết cấu mặt đường, làm tăng ứng suất gây trượt, vượt sức kháng cắt vật liệu BTN - Về điều kiện môi trường: Theo kết nghiên cứu cho thấy, Việt Nam, nhiệt độ bề mặt lớp BTN vào ngày nắng nóng mùa hè cao, đạt 65 -700C nhiệt độ cao thường trì từ đến liên tục Nhiệt độ cao trì thời gian dài làm suy giảm sức kháng trượt vật liệu BTN làm tăng khả xuất biến dạng dẻo lớp BTN - Về quy trình thiết kế: Theo quy trình thiết kế kết cấu áo đường mềm Việt Nam 22TCN211-06, chưa quy định cần kiểm toán tiêu biến dạng dẻo lớp BTN, hạn chế quy trình CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ TÍNH TOÁN BD DẺO VÀ HLVBX MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ 2.1 Mô hình học vật liệu bê tông asphalt - TH tính với tác dụng tải trọng động: Sử dụng mô hình đàn nhớt dẻo gồm nhóm phần tử I II: G σ MÔ HÌNH ĐÀN NHỚT DẺO η1 η2 I II + Nhóm I: Đặc trưng cho tính đàn nhớt BTN gồm phần tử lò xo σ (đặc trưng cho tínhGđàn hồi BTN có mô đun trượt G) mắc song song với phần tử pit tông ( phần tử Newton, đặc trưng cho tính nhớt tuyến tính BTN) có số nhớt η1 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ TÍNH TOÁN BD DẺO VÀ HLVBX MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ + Chiều sâu hằn lún dư lớp móng tái lu lèn xe chạy gây hk,m,hk,n : Trong thi công lớp vật liệu chưa đạt độ chặt yêu cầu, trình khai thác lớp vật liệu tái lu lèn tải trọng xe chạy, lớp vật liệu bị lún, chiều sâu hằn lún tính theo (2.15): n k yc − ktt h = ∑h( ), (2.15) k i=1 i ktt ( đại lượng xem 2.15) + Chiều sâu mài mòn mặt đường hmm : Hiện tượng mài mòn làm gia tăng thêm chiều sâu HLVBX, chiều sâu mài mòn tính theo (2.1): hmm = a + b N , (2.1) 1000 ( đại lượng xem 2.1) CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ TÍNH TOÁN BD DẺO VÀ HLVBX MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ 2.4 Điều kiện nhiệt độ khai thác thực tế Việt Nam CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX 3.1 Tính toán chiều sâu HLVBX theo thời gian khai thác 3.1.1 Các số liệu đầu vào Tính toán chiều sâu HLVBX theo thời gian khai thác cho kết cấu áo đường gồm lớp vật liệu sau: Bảng 3.1 Số liệu kết cấu áo đường thí dụ Chiều dày lớp, TT Lớp vật liệu cm Bê tông asphalt chặt, nóng, cốt liệu nhỏ loại A Bê tông asphalt chặt, nóng, cốt liệu nhỏ loại B Móng đá cố xi măng 14 Móng CPĐD loại 17 Móng CPĐD loại 18 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX Giá trị mô đun đàn hồi động lớp kết cấu 600C lấy theo [1] [11] sau: Bảng 3.2 Số liệu mô đun đàn hồi động kết cấu áo đường thí dụ Mô đun đàn hồi động, Mpa BTN chặt, nóng, cốt liệu nhỏ loại A, bitum 60/90 460 BTN chặt, nóng, cốt liệu nhỏ loại B, bitum 60/90 460 Móng đá cố xi măng 600 Móng CPĐ D loại 300 Móng CPĐ D loại 250 Nền đất sét, độ ẩm tương đối 0,6 42 Lưu lượng trục đơn tiêu chuẩn 573 trục/ng.đ, loại trục 10T Nền đất có mô đun đàn hồi 42MPa, góc ma sát 240 TT Lớp vật liệu CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX 3.1.2 Kết tính toán chiều sâu HLVBX với tải trọng trục 10T -Hằn lún lớp BTN tác dụng động tải trọng tính theo (2.12): Bảng 3.6 Chiều sâu hằn lún lớp BTN ứng với tải trọng trục 10T thí dụ Tải trọng trục, T Thời gian dự báo, năm Tổng lưu lượng trục quy đổi, Ntt Chiều sâu hằn lún lớp asphalt hbtn, cm P = 10, Q = 0,15P 82225 172673 501994 0,45 0,65 1,12 - Nhận xét: Kết tính toán chiều sâu HLVBX với kết cấu trên, ứng với tải trọng trục 10T cho thấy chiều sâu HLVBX có giá trị nhỏ, sau năm khai thác, chiều sâu hằn lún đảm bảo khai thác an toàn cho xe chạy với vận tốc đến 100 km/h bảng 2.5 quy định CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX -HLVBX biến dạng không hồi phục lớp đất: Trong kết cấu sử dụng lớp móng đá gia cố xi măng CPĐD, tính toán HLVBX biến dạng dẻo lớp vật liệu bỏ qua không tính HLVBX biến dạng dẻo lớp tính theo (2.14) tra toán đồ hình 2.4, kết tính xem bảng 3.7: Bảng 3.7 Kết hằn lún đất ứng với tải trọng trục 10T thí dụ Tải Số năm Lưu lượng Chiều sâu trọng khai thác, tích lũy trục hằn lún hn0, trục, T năm tiêu chuẩn cm 209145 1,00 P = 10T 418290 1,15 1045725 1,35 Chiều sâu Hệ số Hệ số hằn lún h , n k1 k2 cm 1,22 1,0 1,22 1,22 1,0 1,40 1,22 1,0 1,64 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX - Hằn lún lớp vật liệu lu lèn không đáp ứng yêu cầu: Theo quy định 22TCN211-06, đường đắp, kết cấu áo đường có chiều dày 60cm, chiều sâu tự nhiên phạm vi 30cm cần đảm bảo lu lèn đạt độ chặt K98, chiều sâu lại (lấy 70cm ứng với chiều sâu hoạt tải 1,0m) hệ số đầm chặt cần đạt đến K95 Đối với lớp CPĐD 22TCN252-98 quy định độ chặt K98 Trong tính toán giả thiết độ chặt lớp theo thực tế thi công sau: Cho lớp móng CPĐD đạt k96, lớp đất dày 30cm đạt k92, lớp phía đạt k90 Lớp CPĐD loại 1: 17.( 0,98 − 0,96) = 0,35cm; 0,96 Lớp CPĐD loại 2: 18.( 0,98 − 0,96) = 0,38cm; 0,96 Lớp 30 cm: 30.( 0,98 − 0,92) =1,96cm; 0,92 Lớp 70 cm: 70.( 0,95 − 0,90 ) = 3,9cm; 0,90 Tổng độ lún không hồi phục độ chặt không thỏa mãn đạt: 6,59 cm CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX - Chiều sâu mài mòn mặt đường: Chiều sâu mài mòn tính theo (2.1) với đại lượng a = b = 0,5, kết tính toán xem bảng 3.8: Bảng 3.8 Chiều sâu mài mòn theo lưu lượng trục xe 10T thí dụ Tải trọng trục, T P = 10 Thời gian dự báo, năm Tổng lưu lượng trục quy đổi, N 209145 418290 1045725 Tổng chiều sâu mài mòn hmm, cm 0,06 0,08 0,17 - Tổng chiều sâu hằn lún tính theo (2.11), kết xem bảng 3.9 Bảng 3.9 Tổng chiều sâu HLVBX với tải trọng trục 10T thí dụ Tổng chiều sâu hằn lún vệt bánh xe Thời gian dự báo, năm hbtn,cm hn,cm hk,n+hk,m,cm hmm,cm htt,cm 0,45 0,65 1,12 1,22 1,40 1,64 6,59 6,59 6,59 0,06 0,08 0,17 8,32 8,72 9,52 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX Tổng chiều sâu hằn lún có xét tới độ tin cậy tính theo 2.16 với t=1,04, Cv = 0,30 ta có: + Chiều sâu hằn lún sau năm khai thác: hhl = 8,32.(1+1,04.0,30) = 10,91 (cm) + Chiều sâu hằn lún sau năm khai thác: hhl = 8,72.(1+1,04.0,30) = 11,44 (cm) + Chiều sâu hằn lún sau năm khai thác: hhl = 9,52.(1+1,04.0,30) = 12,49 (cm) CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX 3.1.2 Kết tính toán chiều sâu HLVBX với tải trọng trục tải Tính toán HLVBX với trục tải 14T trục 18T tương tự với trục 10T Kết HLVBX thể bảng 3.13 bảng 3.17: Bảng 3.13 Tổng chiều sâu HLVBX với tải trọng trục 14T thí dụ Thời gian dự báo, năm Tổng chiều sâu hằn lún vệt bánh xe hbtn,cm hn,cm hk,n+hk,m,cm hmm,cm htt,cm 0,95 1,77 6,59 0,11 9,31 1,40 2,14 6,59 0,22 10,13 3.17 Tổng 2,37 chiều sâu2,54 6,59trọng trục 18T 0,56 thí dụ 111,50 Bảng HLVBX với tải Tổng chiều sâu hằn lún vệt bánh xe Thời gian dự báo, năm hbtn,cm hn,cm hk,n+hk,m,cm hmm,cm htt,cm 1,66 2,4 4,12 2,4 2,9 3,5 6,59 6,59 6,59 0,24 0,48 1,2 10,65 11,89 14,21 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX Nhận xét: Khi tăng tải trọng trục xe từ 10T lên 14T 18T có xét đến lực ngang Q=0,15P với lưu lượng 573 trục xe/ng.đ làm tăng đáng kể chiều sâu HLVBX: trục xe 14T làm tăng lên lần, với trục 18T gần lần sau năm khai thác, chiều sâu HLVBX riêng lớp BTN vượt trị số quy định bảng 2.5 HLVBX lớp BTN HLVBX lớp Từ kết tính toán cho thấy, chiều sâu HLVBX lớp BTN chủ yếu trùng phục tải trọng gây CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX 3.2 Các giải pháp khắc phục -Thay đổi quan điểm thiết kế kết cấu áo đường mềm:Tác giả kiến nghị sử dụng hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng cốt liệu có kích cỡ lớn làm lớp mặt thay cho hỗn hợp BTN sử dụng cốt liệu kích cỡ nhỏ để tăng sức kháng cắt lớp BTN Bảng 3.33 Kết đo hằn lún bê tông nhựa TT 3 Dmax cốt liệu, mm Dmax 19 Dmax 12,5 Dmax 9,5 Độ ổn định động DS, lần/mm 3104 2879 2993 2358 2096 1985 1126 1387 1084 Chiều sâu lún, mm 2.6 3.1 2.8 3.4 3.7 3.9 4.4 4.1 4.7 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX -Quản lý tải trọng xe: Phải có biện pháp quản lý tải trọng xe, không để xảy tình trạng xe tải lưu thông đường, việc tăng cường công tác kiểm tra, giám sát, bố trí trạm cân xe vị trí hợp lý, yêu cầu lái xe cam kết không trở tải Tăng nặng hình thức xử phạt xử lý mạnh tay với xe cố tình trở tải cho phép Hình ảnh trạm cân xe lưu động KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Nghiên cứu ban đầu đưa kết sau: Tổng quan bê tông UHPC Việt Nam sau: + N/X=0.2 + Xi măng: PC 40 + Phụ gia 3000-20 Sika Việt Nam + Sợi thép: Dramix D=0.2mm, L=13mm + Cát quart + Bột quart: lượng 0-30% + Nước sạch: 160-170 lít + Muội Silic: (10-30%)X Ở Việt Nam, chế tạo bê tông UHPC với nguồn vật liệu nước có cường độ nén 120-150MPa, cường độ chịu kéo uốn 9-25MPa, mô đun đàn hồi 48-60GPa Phân tích mô hình học vật liệu bê tông UHPC Đánh giá ứng xử vùng kéo, nén, uốn bê tông UHPC Phân tích ứng xử uốn dầm cầu chữ I sử dụng bê tông UHPC, từ tính toán so sánh khả chịu tải so với dầm chữ I sử dụng bê tông truyền thống, cho phép giảm chiều cao dầm từu 1,65m xuống 1,10m II KIẾN NGHỊ Cần nghiên cứu thêm vật liệu nước để nâng cao tính cường độ bê tông UHPC Cần chế tạo công trình cầu sử dụng bê tông UHPC điều kiện cho phép Biên soạn tài liệu, thiết kế kết cấu mới, đưa kết nghiên cứu vào chuyển giao công nghệ cho ngành xây dựng, giao thông ... sâu hằn lún vệt bánh xe - Đề xuất số giải pháp khắc phục hằn lún vệt bánh xe CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Khái niệm hằn lún vệt bánh xe HLVBX hiểu... SỞ TÍNH TOÁN BD DẺO VÀ HLVBX MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ 2.4 Điều kiện nhiệt độ khai thác thực tế Việt Nam CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC HLVBX 3.1 Tính. .. TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG Ô TÔ CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG DẺO VÀ CHIỀU SÂU HLVBX TRÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM ĐƯỜNG ĐƯỜNG Ô TÔ CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU HẰN LÚN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI