Áo đường mềm - Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế

Nội dung text: Áo đường mềm - Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế

1. 22 TCN 211 - 06 áo đ−ờng mềm - Các yêu cầu vμ chỉ dẫn thiết kế 1
2. Mục Lục CH−ơng 1. Quy định chung 5 1.1 Phạm vi áp dụng 5 1.2 Các thuật ngữ 5 1.3 Yêu cầu đối với kết cấu áo đ−ờng mềm vμ phần lề đ−ờng có gia cố 8 1.4 Nội dung công tác thiết kế áo đ−ờng mềm 11 1.5 Nội dung vμ yêu cầu đối với công tác điều tra thu thập số liệu thiết kế 12 CH−ơng 2. Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đ−ờng 16 2.1 Nguyên tắc thiết kế 16 2.2 Cấu tạo tầng mặt vμ các yêu cầu thiết kế 16 2.3 Thiết kế cấu tạo tầng móng 21 2.4 Bề dμy cấu tạo các lớp trong kết cấu áo đ−ờng 24 2.5 Yêu cầu thiết kế đối với khu vực tác dụng của nền đ−ờng: 25 2.6 Thiết kế thoát n−ớc cho kết cấu nền áo đ−ờng vμ lề đ−ờng 29 2.7 Kết cấu áo đ−ờng của phần lề gia cố, của lớp phủ dải phân cách giữa vμ của các bộ phận khác 32 CH−ơng 3. Tính toán c−ờng độ vμ bề dμy kết cấu áo đ−ờng 35 3.1 Các yêu cầu vμ nguyên tắc tính toán: 35 3.2 Tải trọng trục tính toán vμ cách quy đổi số trục xe khác về số tải trọng trục tính toán 36 3.3 Số trục xe tính toán trên một lμn xe vμ trên kết cấu áo lề có gia cố 38 3.4 Tính toán c−ờng độ kết cấu nền áo đ−ờng vμ kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn độ võng đμn hồi cho phép 39 3.5 Tính toán c−ờng độ kết cấu nền áo đ−ờng vμ kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu cắt tr−ợt trong nền đất vμ các lớp vật liệu kém dính kết. 46 3.6 Tính toán c−ờng độ kết cấu nền áo đ−ờng vμ kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối 50 CH−ơng 4. Thiết kế tăng c−ờng, cải tạo áo đ−ờng cũ 54 4.1 Các nội dung, yêu cầu vμ nguyên tắc thiết kế 54 4.2 Yêu cầu đối với việc thiết kế cấu tạo tăng c−ờng vμ mở rộng kết cấu áo đ−ờng cũ 55 4.3 Điều tra thu thập số liệu phục vụ thiết kế tăng c−ờng, cải tạo áo đ−ờng cũ 57 4.4 Tính toán c−ờng độ (bề dμy) kết cấu tăng c−ờng hoặc cải tạo 59 2
3. PHụ LụC A : Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác về số trục xe tính toán, tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy vμ cách tính tải trọng trục t−ơng đ−ơng nặng nhất của xe nhiều trục 60 A.1. Ví dụ tính toán quy đổi số trục xe khác về số trục xe tính toán 60 A.2. Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế 61 A.3. Cách xác định tải trọng trục tính toán của xe nặng (hoặc rơ mooc) có nhiều trục theo mục 3.2.2: 61 PHụ LụC B : Xác định các đặc tr−ng tính toán của nền đất trong phạm vi khu vực Tác dụng 63 B.1. Xác định độ ẩm t−ơng đối tính toán trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đất 63 B.2. Các trị số tham khảo đối với các đặc tr−ng dùng trong tính toán của đất nền 64 B.3. Xác định chỉ số sức chịu tải CBR vμ sức chịu tải trung bình CBRtb đặc tr−ng cho phạm vi khu vực tác dụng của nền đất 65 B.4. Các t−ơng quan thực nghiệm giữa mô đun đμn hồi Eo với chỉ số sức chịu tải CBR 65 B.5. Các ph−ơng pháp xác định trị số mô đun đμn hồi EO của đất nền bằng cách thử nghiệm trong phòng (theo mục 3.4.6) 66 B.6. Xác định các đặc tr−ng sức chống cắt của nền đất (theo mục 3.5.5) 67 PHụ LụC C : Xác định các đặc tr−ng tính toán của vật liệu lμm các lớp kết cấu áo đ−ờng 68 C.1. Các đặc tr−ng tính toán của bê tông nhựa vμ hỗn hợp đá nhựa 68 C.2. Các đặc tr−ng tính toán của các loại vật liệu khác 68 C.3. Thí nghiệm trong phòng để xác định các đặc tr−ng tính toán của vật liệu có sử dụng chất liên kết 69 C.4. Thử nghiệm trong phòng để xác định trị số mô đun đμn hồi của vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên ) 71 PHụ LụC D : PHƯƠNG PHáP THử NGHIệM XáC ĐịNH MÔ ĐUN ĐμN HồI CủA ĐấT Vμ VậT LIệU áO Đ−ờng tại hiện tr−ờng hoặc tại máng thí nghiệm. 72 D.1. Xác định bằng thí nghiệm đo ép trên tấm ép lớn 72 D.2. Xác định bằng ph−ơng pháp dùng cần đo võng Benkelman 73 PHụ LụC E : Các ví dụ tính toán 74 E.1. Ví dụ I: Thiết kế kết cấu áo đ−ờng có tầng mặt cấp cao A1 74 3
4. E.2. Ví dụ II: Thiết kế kết cấu áo đ−ờng mềm cho đ−ờng cấp IV có hai lμn xe, mặt đ−ờng cấp cao A2 79 PHụ LụC F : Biểu thức giải tích gần đúng tính mô đun đμn hồi Ech vμ ứng suất kéo uốn đơn vị của hệ hai lớp 83 σ ku F.1. Biểu thức giải tích gần đúng tính mô đun đμn hồi Ech 83 F.2. Biểu thức giải tích gần đúng để tính ứng suất kéo uốn đơn vị σ ku 83 4
5. cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam 22 TCN 211 - 06 Độc lập - Tự do - Hạnh phúc áo đ−ờng mềm - Các yêu cầu vμ chỉ dẫn thiết kế Có hiệu lực từ Bộ giao thông vận tải ngμy / /2007. (Ban hμnh kèm theo quyết định số 52 /2006/QĐ-BGTVT ngμy 28 / 12 / 2006 của Bộ tr−ởng Bộ Giao thông vận tải) CH−ơng 1. Quy định chung 1.1 Phạm vi áp dụng 1.1.1. Tiêu chuẩn nμy quy định các yêu cầu về thiết kế cấu tạo vμ tính toán c−ờng độ áo đ−ờng mềm trên đ−ờng ô tô cao tốc, đ−ờng ô tô cấp hạng thiết kế khác nhau, trên các đ−ờng đô thị, đ−ờng ô tô chuyên dụng trong cả tr−ờng hợp áo đ−ờng lμm mới vμ tr−ờng hợp nâng cấp, cải tạo áo đ−ờng cũ với định nghĩa về áo đ−ờng mềm nh− ở mục1.2.1 (áp dụng cho mọi loại kết cấu áo đ−ờng lμm bằng mọi loại vật liệu khác nhau, chỉ không áp dụng cho tr−ờng hợp kết cấu áo đ−ờng cứng có tầng mặt lμm bằng bê tông xi măng). Ngoμi áo đ−ờng trên phần xe chạy, trong tiêu chuẩn nμy cũng quy định các yêu cầu thiết kế đối với kết cấu áo đ−ờng trên phần lề có gia cố vμ kết cấu áo đ−ờng trên các đ−ờng bên bố trí dọc các đ−ờng cao tốc hoặc dọc các đ−ờng ô tô cấp I, cấp II. 1.1.2. Tiêu chuẩn nμy cũng đ−ợc dùng lμm cơ sở tính toán đánh giá khả năng lμm việc của kết cấu áo đ−ờng mềm trên các tuyến đ−ờng hiện hữu nhằm phục vụ cho việc tổ chức khai thác, sửa chữa, bảo trì đ−ờng bộ. 1.1.3. Cùng với tiêu chuẩn nμy, khi thiết kế áo đ−ờng mềm có thể áp dụng các tiêu chuẩn hoặc quy trình khác nếu đ−ợc sự chấp thuận của chủ đầu t− hoặc các cơ quan có thẩm quyền quyết định. 1.1.4. Khi áp dụng quy trình nμy đồng thời phải tuân thủ các yêu cầu thiết kế đã nêu trong Điều 8 của TCVN 4054 : 2005 vμ yêu cầu về vật liệu trong các tiêu chuẩn ngμnh về công nghệ thi công vμ nghiệm thu đối với mỗi loại lớp kết cấu áo đ−ờng bằng vật liệu khác nhau. 1.2 Các thuật ngữ 1.2.1. Kết cấu áo đ−ờng mềm Kết cấu áo đ−ờng mềm (hay gọi lμ áo đ−ờng mềm) gồm có tầng mặt lμm bằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay t−ới nhựa đ−ờng vμ tầng móng lμm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của nền đ−ờng hoặc trên lớp đáy móng. Tầng mặt áo đ−ờng mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng (đây lμ các lớp không tính vμo bề dμy chịu lực của kết cấu mμ lμ các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại bề mặt vμ trực tiếp tạo ra chất l−ợng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đ−ờng) rồi đến lớp mặt trên vμ lớp mặt d−ới lμ các lớp chịu lực quan trọng tham gia vμo việc hình thμnh c−ờng độ của kết cấu áo đ−ờng mềm. 5
6. Tầng móng cũng th−ờng gồm lớp móng trên vμ lớp móng d−ới (các lớp nμy cũng có thể kiêm chức năng lớp thoát n−ớc). Tùy loại tầng mặt, tuỳ cấp hạng đ−ờng vμ l−ợng xe thiết kế, kết cấu áo đ−ờng có thể đủ các tầng lớp nêu trên nh−ng cũng có thể chỉ gồm một, hai lớp đảm nhiệm nhiều chức năng. Do kết cấu áo đ−ờng mềm lμ đối t−ợng của tiêu chuẩn nμy nên ở một số điều mục khi viết kết cấu áo đ−ờng (hoặc áo đ−ờng) thì cũng đ−ợc hiểu lμ đó chỉ lμ kết cấu áo đ−ờng mềm (hoặc áo đ−ờng mềm). 1.2.2. Khu vực tác dụng của nền đ−ờng Khu vực nμy lμ phần thân nền đ−ờng trong phạm vi bằng 80-100cm kể từ đáy kết cấu áo đ−ờng trở xuống. Đó lμ phạm vi nền đ−ờng cùng với kết cấu áo đ−ờng chịu tác dụng của tải trọng bánh xe truyền xuống. Đ−ờng có nhiều xe nặng chạy nh− đ−ờng cao tốc, cấp I, cấp II vμ đ−ờng chuyên dụng thì dùng trị số lớn. Trong TCVN 4054 : 2005 ở mục 7.1.2.1 khu vực nμy đ−ợc xác định chung lμ 80cm kể từ đáy áo đ−ờng trở xuống. Thuật ngữ nμy t−ơng đ−ơng với từ subgrade trong tiếng Anh chuyên ngμnh. 1.2.3. Kết cấu nền áo đ−ờng (Hình 1-1) 1. Kết cấu nền áo đ−ờng hay kết cấu tổng thể nền mặt đ−ờng gồm kết cấu áo đ−ờng ở trên vμ phần khu vực tác dụng của nền đ−ờng ở d−ới. Thiết kế tổng thể nền mặt đ−ờng có nghĩa lμ ngoμi việc chú trọng các giải pháp thiết kế cấu tạo kết cấu áo đ−ờng còn phải chú trọng đến các giải pháp nhằm tăng c−ờng c−ờng độ vμ độ ổn định c−ờng độ đối với khu vực tác dụng của nền đ−ờng. 2. Trong một số tr−ờng hợp (xem mục 8.3.7 ở TCVN 4054 : 2005) còn cần bố trí lớp đáy móng (hay lớp đáy áo đ−ờng) thay thế cho 30cm phần đất trên cùng của khu vực tác dụng của nền đ−ờng (có nghĩa lμ lớp đáy móng trở thμnh một phần của khu vực tác dụng). 1.2.4. Lớp đáy móng Lớp đáy móng có các chức năng sau: - Tạo một lòng đ−ờng chịu lực đồng nhất (đồng đều theo bề rộng), có sức chịu tải tốt; - Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất vμ từ d−ới lên tầng móng áo đ−ờng; - Tạo “hiệu ứng đe” để bảo đảm chất l−ợng đầm nén các lớp móng phía trên; - Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đ−ờng không gây h− hại nền đất phía d−ới (nhất lμ khi thời tiết xấu). Thuật ngữ lớp đáy móng t−ơng đ−ơng với các từ capping layer hoặc improved subgrade trong tiếng Anh. 6
7. Lớp tạo nhám (nếu có) Lớp mặt (Surfacing) ờng) − Tầng mặt ờng Lớp móng trên (Base) − ờng) − áo đ ờng Lớp móng d−ới (Sub-base) − Tầng móng (Pavement structure) (hay kết (hay kết đ cấu áo Lớp đáy móng (Capping layer) Kết cấu nền áo đ áo nền cấu Kết (Kết cấu đ nền (Kết mặt cấu thể tổng (Subgrade) Khu vực tác Khu vực 80-100 cmdụng Hình 1-1: Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đ−ờng mềm vμ kết cấu nền - áo đ−ờng 1.2.5. Móng mềm Lμ các lớp móng lμm bằng các loại vật liệu hạt nh− cấp phối đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải công nghiệp; đá dăm; đất hoặc các lớp móng lμm bằng các loại vật liệu hạt có gia cố các loại nhựa đ−ờng. 1.2.6. Móng nửa cứng Lμ các lớp móng lμm bằng vật liệu hạt có gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi, vôi vμ tro bay ) 1.2.7. Vật liệu hạt Vật liệu hạt lμ một tập hợp các hạt rời có kích cỡ từ 0 đến D (D lμ kích cỡ hạt lớn nhất) trong đó c−ờng độ liên kết giữa các hạt luôn nhỏ hơn nhiều so với c−ờng độ bản thân mỗi hạt vμ do đó c−ờng độ chung của một lớp vật liệu hạt đ−ợc đặc tr−ng bằng sức chống cắt tr−ợt của lớp. Lớp kết cấu bằng vật liệu hạt không có tính liền khối. 1.2.8. Tầng mặt cấp cao A1 Lμ loại tầng mặt có lớp mặt trên bằng bê tông nhựa chặt loại I trộn nóng (theo “Quy trình công nghệ thi công vμ nghiệm thu mặt đ−ờng bê tông nhựa”, 22 TCN 249). 1.2.9. Tầng mặt cấp cao thứ yếu A2 Lμ loại tầng mặt có lớp mặt bằng bê tông nhựa chặt loại II trộn nóng (theo “Quy trình công nghệ thi công vμ nghiệm thu mặt đ−ờng bê tông nhựa”, 22 TCN 249) hoặc bê tông nhựa nguội trên có láng nhựa, đá dăm đen trên có láng nhựa hoặc bằng lớp thấm nhập nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công vμ nghiệm thu mặt đ−ờng đá dăm thấm 7
8. nhập nhựa", 22 TCN 270) hay lớp láng nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công vμ nghiệm thu mặt đ−ờng láng nhựa", 22 TCN 271). 1.2.10. Tầng mặt cấp thấp B1 Lμ loại tầng mặt có lớp mặt bằng cấp phối đá dăm, đá dăm n−ớc, cấp phối tự nhiên với điều kiện lμ phía trên chúng phải có lớp bảo vệ rời rạc đ−ợc th−ờng xuyên duy tu bảo d−ỡng (th−ờng xuyên rải cát bù vμ quét đều phủ kín bề mặt lớp). 1.2.11. Tầng mặt cấp thấp B2 Lμ loại tầng mặt có lớp mặt bằng đất cải thiện hay bằng đất, đá tại chỗ gia cố hoặc phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô cơ với điều kiện lμ phía trên chúng phải có lớp hao mòn vμ lớp bảo vệ đ−ợc duy tu bảo d−ỡng th−ờng xuyên. 1.2.12. Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một lμn xe trong suốt thời hạn thiết kế Lμ tổng số trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn 100 kN chạy qua một mặt cắt ngang trên một lμn xe của đoạn đ−ờng thiết kế trong suốt thời hạn thiết kế kết cấu áo đ−ờng. Cách xác định thông số nμy đ−ợc nêu ở Khoản A.2 Phụ lục A. 1.2.13. L−ợng giao thông gia tăng bình th−ờng Lμ l−ợng giao thông gia tăng hμng năm trong môi tr−ờng kinh tế - xã hội đã có từ tr−ớc, khi ch−a thực hiện các dự án lμm mới hoặc nâng cấp, cải tạo đ−ờng vμ kết cấu áo đ−ờng. 1.2.14. L−ợng giao thông hấp dẫn Lμ l−ợng giao thông có từ tr−ớc nh−ng vốn sử dụng các ph−ơng tiện vận tải khác (đ−ờng sắt, đ−ờng thuỷ ) hay vốn đi bằng các tuyến đ−ờng ô tô khác nh−ng sau khi lμm đ−ờng mới hoặc sau khi nâng cấp, cải tạo kết cấu áo đ−ờng cũ trở nên tốt hơn sẽ chuyển sang sử dụng đ−ờng mới. 1.2.15. L−ợng giao thông phát sinh Lμ l−ợng giao thông phát sinh thêm nhờ sự thuận tiện tạo ra do việc lμm đ−ờng mới (lμm kết cấu áo đ−ờng mới tốt hơn) vμ do đ−ờng mới có tác dụng thúc đẩy thêm sự phát triển kinh tế - xã hội trong vùng. 1.3 Yêu cầu đối với kết cấu áo đ−ờng mềm vμ phần lề đ−ờng có gia cố 1.3.1. Các yêu cầu cơ bản Kết cấu áo đ−ờng mềm trên các lμn xe chạy vμ kết cấu phần lề gia cố phải đ−ợc thiết kế đạt các yêu cầu cơ bản d−ới đây: 1. Trong suốt thời hạn thiết kế quy định ở mục 1.3.2, áo đ−ờng phải có đủ c−ờng độ vμ duy trì đ−ợc c−ờng độ để hạn chế đ−ợc tối đa các tr−ờng hợp phá hoại của xe cộ vμ của các yếu tố môi tr−ờng tự nhiên (sự thay đổi thời tiết, khí hậu; sự xâm nhập của các nguồn ẩm). Cụ thể lμ hạn chế đ−ợc các hiện t−ợng tích luỹ biến dạng dẫn đến tạo vệt hằn bánh xe trên mặt đ−ờng, hạn chế phát sinh hiện t−ợng nứt nẻ, hạn chế bμo mòn vμ bong tróc bề mặt, hạn chế đ−ợc các nguồn ẩm xâm nhập vμo các lớp kết cấu vμ phần trên của nền đ−ờng trong phạm vi khu vực tác dụng, hoặc phải đảm bảo l−ợng n−ớc xâm nhập vμo đ−ợc thoát ra 8
9. một cách nhanh nhất (định nghĩa về khu vực tác dụng của nền đ−ờng xem ở mục 1.2.2). 2. Bề mặt kết cấu áo đ−ờng mềm phải đảm bảo bằng phẳng, đủ nhám, dễ thoát n−ớc mặt vμ ít gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an toμn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác dụng xấu đến môi tr−ờng hai bên đ−ờng. Tuỳ theo quy mô giao thông vμ tốc độ xe chạy cần thiết, tuỳ theo ý nghĩa vμ cấp hạng kỹ thuật của đ−ờng, kết cấu áo đ−ờng thiết kế cần thoả mãn hai yêu cầu cơ bản nêu trên ở những mức độ t−ơng ứng khác nhau. Về c−ờng độ, mức độ yêu cầu khác nhau đ−ợc thể hiện trong thiết kế thông qua mức độ dự trữ c−ờng độ khác nhau. Mức độ dự trữ c−ờng độ cμng cao thì khả năng bảo đảm kết cấu áo đ−ờng mềm lμm việc ở trạng thái đμn hồi khiến cho chất l−ợng sử dụng trong khai thác vận doanh sẽ cμng cao, thời hạn sử dụng cμng lâu bền vμ chi phí cho duy tu, sửa chữa định kỳ cμng giảm. Về chất l−ợng bề mặt, mức độ yêu cầu khác nhau đ−ợc thể hiện qua việc lựa chọn vật liệu lμm tầng mặt nh− ở Bảng 2-1. Riêng về độ bằng phẳng vμ độ nhám mức độ yêu cầu khác nhau đ−ợc thể hiện ở các mục1.3.3 vμ 1.3.4. Chất l−ợng bề mặt áo đ−ờng mềm cμng tốt thì chi phí vận doanh sẽ cμng giảm vμ thời hạn định kỳ sửa chữa vừa trong quá trình khai thác sẽ đ−ợc tăng lên. 1.3.2. Thời hạn thiết kế áo đ−ờng mềm Thời hạn nμy đ−ợc xác định tuỳ thuộc loại tầng mặt đ−ợc lựa chọn cho kết cấu nh− ở Bảng 2-1 1.3.3. Yêu cầu về độ bằng phẳng áo đ−ờng phần xe chạy cho ô tô vμ áo lề gia cố có cho xe thô sơ đi phải đảm bảo bề mặt đạt đ−ợc độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đ−a đ−ờng vμo khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo chỉ dẫn ở 22 TCN 277) nh− ở Bảng 1-1. Bảng 1-1: Yêu cầu về độ bằng phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km) Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Đ−ờng xây dựng mới Đ−ờng cải tạo, nâng cấp 120 vμ 100 ≤ 2,0 ≤ 2,5 80 ≤ 2,2 ≤ 2,8 60 ≤ 2,5 ≤ 3,0 Từ 40 đến 20 (mặt đ−ờng nhựa) ≤ 4,0 ≤ 5,0 Từ 40 đến 20 (mặt đ−ờng cấp thấp) ≤ 6,0 ≤ 8,0 Độ bằng phẳng cũng đ−ợc đánh giá bằng th−ớc dμi 3m theo tiêu chuẩn ngμnh 22 TCN 16 - 79 “Quy trình xác định độ bằng phẳng mặt đ−ờng”. 9
10. Đối với mặt đ−ờng cấp cao A1 (bê tông nhựa) 70% số khe hở phải d−ới 3mm vμ 30% số khe hở còn lại phải d−ới 5mm. Đối với mặt đ−ờng cấp cao A1, tất cả các khe hở phải d−ới 5mm vμ đối với các mặt đ−ờng cấp thấp ( B1, B2) tất cả các khe hở phải d−ới 10mm. áo phần lề gia cố cho xe máy hoặc / vμ cho xe thô sơ đi cũng phải đạt độ bằng phẳng yêu cầu nh− đối với áo đ−ờng phần xe chạy cho ôtô liền kề. 1.3.4. Yêu cầu về độ nhám Độ nhám của bề mặt kết cấu áo đ−ờng lμ bê tông nhựa phải đạt đ−ợc yêu cầu tối thiểu quy định thông qua chỉ tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu vμ mức độ nguy hiểm của đoạn đ−ờng thiết kế nh− ở Bảng 1-2 d−ới đây theo quy trình 22 TCN - 278: Bảng 1-2: Yêu cầu về độ nhám mặt đ−ờng Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Chiều sâu rắc cát trung bình H (mm) Hoặc mức độ nguy hiểm tb V 5%, chiều dμi dốc >100m Ghi chú Bảng 1-2: 1. Đối với đ−ờng cao tốc các loại, các cấp theo TCVN 5729 : 1997 vμ đối với đ−ờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 : 2005 (lμ các đ−ờng mỗi chiều xe chạy có 2 lμn xe vμ có giải phân cách giữa) thì trừ các đoạn có cắm biển hạn chế tốc độ nên thiết kế lớp mặt tạo nhám đạt chiều sâu rắc cát trung bình Htb≥0,55mm. 2. Nếu không có biển báo hạn chế tốc độ thì tốc độ xe chạy yêu cầu có thể lấy bằng 1,25 lần tốc độ thiết kế t−ơng ứng với cấp hạng đ−ờng thiết kế (với định nghĩa về tốc độ thiết kế nh− ở mục 3.5.1 TCVN 4054 : 2005). 1.3.5. Về độ lún cho phép của kết cấu áo đ−ờng Trong tr−ờng hợp kết cấu áo đ−ờng trên đoạn nền đ−ờng qua vùng đất yếu có khả năng phát sinh độ lún lớn vμ kéo dμi thì phải bảo đảm các yêu cầu thiết kế sau đây về độ lún cho phép : 1. Sau khi thi công xong kết cấu áo đ−ờng, độ lún cố kết cho phép còn lại trong thời hạn 15 năm tính từ khi đ−a kết cấu áo đ−ờng vμo khai thác sử dụng tại tim đ−ờng đ−ợc quy định ở Bảng 1-3 10
11. Bảng 1-3: Độ lún cho phép còn lại trong thời hạn 15 năm tại tim đ−ờng sau khi thi công xong kết cấu áo đ−ờng: Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Cấp hạng đ−ờng vμ loại tầng mặt kết cấu áo đ−ờng Gần mố Chỗ có cống Các đoạn nền cầu hoặc cống chui đắp thông th−ờng 1. Đ−ờng cao tốc các loại, đ−ờng cấp I, đ−ờng cấp II hoặc đ−ờng cấp III vùng đồng bằng vμ đồi ≤10cm ≤20cm ≤30cm (tức lμ các cấp đ−ờng có tốc độ thiết kế từ 80Km/h trở lên) có tầng mặt lμ loại cấp cao A1 2. Đ−ờng cấp III hoặc cấp IV có tốc độ thiết kế từ 60Km/h trở lên ≤20cm ≤30cm ≤40cm vμ có tầng mặt lμ loại cấp cao A1 Ghi chú Bảng 1-3: - Độ lún của kết cấu áo đ−ờng ở đây cũng chính bằng độ lún của nền đ−ờng đắp trên đất yếu; - Độ lún còn lại lμ phần lún ch−a hết sau khi lμm xong kết cấu áo đ−ờng; độ lún còn lại nμy bằng độ lún tổng cộng dự báo đ−ợc trong thời hạn nêu trên trừ đi độ lún đã xảy ra trong qua trình kề từ khi bắt đầu thi công nền đắp cho đến khi lμm xong kết cấu áo đ−ờng ở trên; - Chiều dμi đoạn đ−ờng gần mố cầu đ−ợc xác định bằng 3 lần chiều dμi móng mố cầu liền kề. Chiều dμi đoạn có cống thoát n−ớc hoặc cống chui qua đ−ờng ở d−ới đ−ợc xác định bằng 3 - 5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng cống chui qua đ−ờng. 2. Đối với các đoạn đ−ờng có loại tầng mặt lμ cấp cao A1 nêu ở Bảng 1-3, nếu độ lún còn lại trong thời hạn 15 năm kể từ khi lμm xong áo đ−ờng v−ợt quá trị số quy định ở Bảng 1-3 thì mới cần phải có các biện pháp xử lý đất yếu để giảm độ lún còn lại đạt yêu cầu ở Bảng 3-1. 3. Đối với các đ−ờng có tốc độ thiết kế từ 40Km/h trở xuống cũng nh− các đ−ờng chỉ thiết kế kết cấu áo đ−ờng mềm cấp cao A2 hoặc cấp thấp thì không cần đề cập đến yêu cầu về độ lún cố kết còn lại khi thiết kế (Điều nμy cho phép vận dụng để thiết kế kết cấu áo đ−ờng theo nguyên tắc phân kỳ đối với các đ−ờng cấp III trở xuống nh− đề cập ở mục 2.1.5 nhằm giảm chi phí xử lý nền đất yếu). 1.4 Nội dung công tác thiết kế áo đ−ờng mềm Công tác thiết kế áo đ−ờng mềm gồm các nội dung chủ yếu sau: 1. Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đ−ờng: Nội dung chính ở đây lμ chọn vμ bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng vμ yêu cầu của các tầng, lớp áo 11
12. đ−ờng nh− nêu ở Ch−ơng 2, chọn các giải pháp tăng c−ờng c−ờng độ vμ sự ổn định c−ờng độ của khu vực tác dụng (bao gồm cả các giải pháp thoát n−ớc nếu cần, cho các lớp kết cấu nền áo đ−ờng). Việc thiết kế cấu tạo nμy có ý nghĩa hết sức quan trọng vì thực tế có nhiều yêu cầu nêu trong Khoản 1.3 không thể giải quyết bằng biện pháp tính toán, đặc biệt lμ để hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt do xe cộ vμ do các tác nhân môi tr−ờng thì chỉ có thể giải quyết bằng biện pháp cấu tạo thích hợp. 2. Tính toán kiểm tra c−ờng độ chung vμ c−ờng độ trong mỗi lớp kết cấu áo đ−ờng xác định bề dμy mỗi lớp kết cấu áo đ−ờng theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép (đ−ợc quy định vμ chỉ dẫn ở Ch−ơng 3 trong tiêu chuẩn nμy). 3. Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thμnh phần hạt vμ tỷ lệ phối hợp giữa vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm các đặc tr−ng cơ học của các vật liệu đó để đ−a ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu sử dụng cho mỗi lớp kết cấu. Chú ý rằng không những phải đ−a ra đ−ợc tỷ lệ phối hợp các thμnh phần vật liệu nhằm đạt mục tiêu thiết kế mμ còn phải đ−a ra đ−ợc tỷ lệ phối hợp các thμnh phần vật liệu trong chế thử vμ trong sản xuất đại trμ khi tiến hμnh thiết kế kỹ thuật vμ thiết kế bản vẽ thi công. 4. Tại các đoạn đ−ờng có bố trí siêu cao ≥6%, trạm thu phí, điểm dừng đỗ xe thì cần thiết kế c−ờng độ kết cấu áo đ−ờng với mức độ tin cậy cao hơn đoạn đ−ờng thông th−ờng liền kề. 1.5 Nội dung vμ yêu cầu đối với công tác điều tra thu thập số liệu thiết kế 1.5.1. Nội dung điều tra Để thiết kế áo đ−ờng mềm đạt đ−ợc các yêu cầu nêu ở Khoản 1.3, t− vấn thiết kế tr−ớc hết phải tổ chức điều tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập vμ xác định đủ các số liệu về quy mô giao thông, về loại đất vμ các đặc tr−ng cơ lý của nền đất, về các yếu tố tác động môi tr−ờng có ảnh h−ởng đến các đặc tr−ng cơ học của nền đất vμ các lớp kết cấu áo đ−ờng, về khả năng cung cấp vật liệu vμ các đặc tr−ng của vật liệu có thể sử dụng lμm các lớp áo đ−ờng, về điều kiện thi công, giá vật liệu xây dựng áo đ−ờng vμ điều kiện duy tu, sửa chữa, khai thác đ−ờng trên tuyến thiết kế. Đối với dự án cải tạo, tăng c−ờng áo đ−ờng cũ thì ngoμi các nội dung nêu trên còn phải tổ chức đo đạc xác định bề dμy vμ vật liệu các lớp kết cấu cũ, quan trắc đánh giá c−ờng độ của kết cấu nền áo đ−ờng cũ vμ đánh giá các chỉ tiêu khai thác khác của áo đ−ờng cũ (xem Khoản 4.3). 1.5.2. Điều tra dự báo l−u l−ợng giao thông Để phục vụ cho việc thiết kế kết cấu áo đ−ờng mềm, số liệu điều tra, dự báo l−ợng giao thông phải đạt đ−ợc các yêu cầu sau: 1. Trên một tuyến đ−ờng, phải điều tra dự báo đ−ợc l−ợng giao thông cho từng đoạn đ−ờng; các đoạn đ−ờng nμy có thể đ−ợc phân chia theo các điểm có l−u l−ợng giao thông tăng giảm hoặc ra vμo tuyến nhiều ít khác nhau (giữa các nút 12
13. giao lớn, giữa các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá, bến tμu xe, đ−ờng thuỷ, cảng hμng không ). Cần tránh tình trạng trên một tuyến dμi hμng trăm cây số vẫn chỉ tính toán kết cấu với cùng một quy mô giao thông. 2. Phải dự báo đ−ợc một cách xác đáng số l−ợng trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn trung bình ngμy đêm (trong cả năm vμ trong các tháng mùa m−a lμ mùa bất lợi nhất) trên mỗi chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế (với thời hạn thiết kế quy định ở mục 1.3.2 vμ với cách quy đổi về trục xe tiêu chuẩn quy định ở mục 3.2.3). Để đảm bảo đạt đ−ợc yêu cầu nμy cần chú trọng điều tra dự báo đúng số liệu sau: - Thμnh phần dòng xe: Không cần quan tâm đến xe máy, thô sơ, xe ô tô du lịch các loại vμ các xe tải trục nhẹ có trọng l−ợng trục d−ới 25 kN nh−ng lại phải đặc biệt chú trọng điều tra dự báo đ−ợc số trục xe (cả trục tr−ớc vμ trục sau) có trọng l−ợng trục từ 25 kN trở lên vμ các loại xe có nhiều trục sau (2 trục hoặc 3 trục sau); - Đối với các xe tải nặng vμ xe đặc chủng cần điều tra xác định đ−ợc số trục tr−ớc, số trục sau, trọng l−ợng các trục đó khi có chở hμng, khoảng cách giữa các trục của chúng thông qua cân, đo trực tiếp; - Phải dự báo đúng năm cuối của thời hạn thiết kế thông qua dự báo đúng năm đầu tiên sẽ đ−a kết cấu áo đ−ờng vμo khai thác sử dụng, tức lμ phải dự tính đúng thời gian khảo sát thiết kế dự án cho đến khi hoμn thμnh các thủ tục để khởi công công trình vμ sau đó lμ dự báo đúng thời gian thi công xây dựng đ−ờng. Phải tuyệt đối tránh tình trạng lấy năm đ−ợc giao nhiệm vụ thiết kế lμm năm đầu tiên để từ đó dự báo ra l−ợng giao thông nằm ở năm cuối của thời hạn thiết kế; - Phải phân tích dự báo đúng đ−ợc tỷ lệ tăng tr−ởng l−ợng giao thông trung bình năm q. 3. Trên cơ sở số liệu dự báo nêu ở điểm 2, phải xác định ra số l−ợng trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một lμn xe trong suốt thời hạn thiết kế để lμm căn cứ lựa chọn loại tầng mặt vμ bề dμy tối thiểu lớp mặt bằng bê tông nhựa khi thiết kế cấu tạo kết cấu áo đ−ờng mềm. 4. Số liệu dự báo cần phải bao gồm cả l−ợng giao thông gia tăng bình th−ờng, l−ợng giao thông hấp dẫn vμ l−ợng giao thông phát sinh (xem các mục 1.2.13, 1.2.14, 1.2.15). 1.5.3. Yêu cầu đối với việc điều tra khả năng tác động của các nguồn gây ẩm Phải điều tra xác định đ−ợc các mức n−ớc ngầm cao nhất d−ới nền đμo vμ nền đắp, mức n−ớc ngập cao nhất hai bên taluy nền đắp cũng nh− thời gian ngập trong mùa bất lợi nhất (mùa m−a) để phục vụ cho việc dự báo độ ẩm tính toán (độ ẩm bất lợi nhất) trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đ−ờng vμ để phục vụ cho việc chọn các giải pháp thiết kế nhằm hạn chế sự xâm nhập của các nguồn ẩm vμo khu vực nμy hoặc phục vụ 13
14. cho việc chọn các giải pháp bố trí hệ thống thoát n−ớc nhanh cho cả các lớp móng áo đ−ờng bằng vật liệu hạt (xem thêm ở Khoản 2.5 vμ Phụ lục B). 1.5.4. Yêu cầu đối với việc điều tra loại đất nền vμ các đặc tr−ng cơ lý của đất nền 1. Phạm vi vμ đối t−ợng điều tra: Đối với đoạn nền đắp, đối t−ợng điều tra lμ các loại đất dùng để đắp trong phạm vi khu vực tác dụng . Đối với đoạn nền đμo, đối t−ợng điều tra lμ các lớp đất tự nhiên trong phạm vi khu vực tác dụng (sau khi dự kiến đ−ờng đỏ thiết kế cần điều tra từng lớp 20cm trong phạm vi 100cm kể từ cao độ đáy áo đ−ờng trở xuống để phát hiện sự không đồng nhất của các lớp đất trong nền đμo). 2. Những đặc tr−ng phải điều tra, thử nghiệm xác định: - Loại đất; - Dung trọng khô lớn nhất γkmax vμ độ ẩm tốt nhất Wop xác định thông qua thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn; - Chỉ số dẻo, giới hạn nhão, độ tr−ơng nở của đất; - Độ ẩm t−ơng đối Wtn/ Wnh vμ độ chặt γtn /γkmax của đất nền đμo ở trạng thái tự nhiên trong thời gian mùa m−a (trong đó Wtn, Wnh, γtn lμ độ ẩm tự nhiên, độ ẩm giới hạn nhão vμ dung trọng khô của đất nền đμo ở trạng thái tự nhiên; γkmax lμ dung trọng khô của đất đó sau đầm nén tiêu chuẩn); - Các đặc tr−ng cho c−ờng độ chịu cắt tr−ợt (lực dính C vμ góc nội ma sát ϕ) t−ơng ứng ở trạng thái chặt, ẩm dự kiến thiết kế đối với đất đắp vμ t−ơng ứng ở trạng thái tự nhiên ở mùa bất lợi nhất đối với đất nền đμo; - Chỉ số sức chịu tải CBR trong điều kiện có ngâm mẫu bão hoμ n−ớc 4 ngμy đêm vμ trị số mô đun đμn hồi E0 thí nghiệm (trong phòng hoặc hiện tr−ờng) t−ơng ứng ở trạng thái chặt, ẩm tự nhiên bất lợi nhất đối với nền đμo vμ t−ơng ứng với độ ẩm tính toán đối với đất nền đắp. Các đặc tr−ng nêu trên phải đ−ợc xác định theo các tiêu chuẩn Nhμ n−ớc hoặc tiêu chuẩn ngμnh hiện hμnh. 1.5.5. Yêu cầu về việc điều tra vμ thử nghiệm vật liệu lμm các lớp áo đ−ờng: 1. Phải điều tra xác định nguồn cung cấp, chất l−ợng, trữ l−ợng các loại vật liệu hạt vμ các loại vật liệu dùng lμm chất liên kết; 2. Đối với các loại vật liệu hạt (đất, cát, sỏi cuội, đá nghiền, cấp phối các loại, tro bay hoặc xỉ phế thải công nghiệp ) dùng riêng rẽ hoặc dùng để gia cố với các chất liên kết đều phải thử nghiệm đánh giá chất l−ợng sử dụng của chúng theo các chỉ tiêu yêu cầu phù hợp với tiêu chuẩn thi công vμ nghiệm thu các lớp kết cấu áo đ−ờng mềm hiện hμnh t−ơng ứng với mỗi loại vật liệu đó. Tr−ờng hợp ch−a có tiêu chuẩn quy định thì t− vấn thiết kế có thể tự nghiên cứu tham khảo các tμi liệu trong vμ ngoμi n−ớc để đề xuất các chỉ tiêu yêu cầu nh−ng các 14
15. chỉ tiêu nμy phải đ−ợc xét duyệt vμ chấp thuận của các cơ quan quản lý kỹ thuật có thẩm quyền. 3. Đối với các loại chất liên kết hữu cơ (các loại nhựa đ−ờng ) vμ chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi ) lμ những th−ơng phẩm có xuất xứ rõ rμng, có chứng chỉ kèm các chỉ tiêu chất l−ợng sản phẩm quen dùng phù hợp với yêu cầu trong các tiêu chuẩn thì khi thiết kế kết cấu áo đ−ờng ch−a cần thử nghiệm đánh giá; còn nếu lμ các loại vật liệu địa ph−ơng, vật liệu tận dụng cá biệt thì phải thử nghiệm đánh giá theo đề c−ơng đ−ợc chủ đầu t− hoặc cấp có thẩm quyền phê duyệt tr−ớc khi quyết định sử dụng chúng trong dự án thiết kế kết cấu áo đ−ờng. 4. Sau khi ng−ời thiết kế quyết định thμnh phần vật liệu của mỗi lớp kết cấu (quyết định tỷ lệ các cỡ vật liệu hạt hoặc / vμ tỷ lệ chất liên kết so với vật liệu hạt) thì trách nhiệm của ng−ời thiết kế phải tiến hμnh các thử nghiệm xác định trị số mô đun đμn hồi của chúng theo chỉ dẫn ở phụ lục C để đảm bảo rằng thμnh phần vật liệu thiết kế dùng cho mỗi lớp kết cấu lμ t−ơng thích với trị số các thông số thiết kế đ−ợc đ−a vμo tính toán c−ờng độ của kết cấu áo đ−ờng. 15
16. CH−ơng 2. Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đ−ờng 2.1 Nguyên tắc thiết kế 2.1.1. Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đ−ờng, tức lμ trong mọi tr−ờng hợp phải chú trọng các biện pháp nâng cao c−ờng độ vμ sự ổn định c−ờng độ của khu vực tác dụng để tạo điều kiện cho nền đất tham gia chịu lực cùng với áo đ−ờng đến mức tối đa, từ đó giảm đ−ợc bề dμy áo đ−ờng vμ hạ giá thμnh xây dựng. Đồng thời, còn phải sử dụng các biện pháp tổng hợp khác nhau (biện pháp sử dụng vật liệu vμ tổ hợp các thμnh phần vật liệu, biện pháp thoát n−ớc cho các lớp có khả năng bị n−ớc xâm nhập) để hạn chế các tác dụng của ẩm vμ nhiệt đến c−ờng độ vμ độ bền của mỗi tầng, lớp trong kết cấu áo đ−ờng vμ đặc biệt lμ biện pháp hạn chế các hiện t−ợng phá hoại bề mặt đối với lớp mặt trên cùng do xe chạy gây ra. 2.1.2. Phải chọn vμ bố trí đúng các tầng, lớp vật liệu trong kết cấu áo đ−ờng sao cho phù hợp với chức năng của mỗi tầng, lớp vμ bảo đảm cả kết cấu đáp ứng đ−ợc những yêu cầu cơ bản theo mục 1.3.1 đồng thời phù hợp với khả năng cung ứng vật liệu, khả năng thi công vμ khả năng khai thác duy tu, sửa chữa, bảo trì sau nμy. Phải sử dụng tối đa các vật liệu vμ phế thải công nghiệp tại chỗ (sử dụng trực tiếp hoặc có gia cố chúng bằng chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ). Ngoμi ra, phải chú trọng vận dụng các kinh nghiệm về xây dựng vμ khai thác áo đ−ờng trong điều kiện cụ thể của địa ph−ơng đ−ờng đi qua. 2.1.3. Cần đề xuất từ 2 đến 3 ph−ơng án cấu tạo kết cấu áo đ−ờng. Khi đề xuất các ph−ơng án thiết kế cần phải chú trọng đến yêu cầu bảo vệ môi tr−ờng, yêu cầu bảo đảm an toμn giao thông vμ cả yêu cầu về bảo vệ sức khoẻ, bảo đảm an toμn cho ng−ời thi công. 2.1.4. Cần xét đến ph−ơng án phân kỳ đầu t− trong thiết kế cấu tạo kết cấu áo đ−ờng. Trên cơ sở ph−ơng án cho quy hoạch t−ơng lai cần dự tính biện pháp tăng c−ờng bề dμy để tăng khả năng phục vụ của áo đ−ờng phù hợp với yêu cầu xe chạy tăng dần theo thời gian. Riêng đối với áo đ−ờng cao tốc vμ đ−ờng cấp I hoặc cấp II thì không nên xét đến ph−ơng án phân kỳ xây dựng áo đ−ờng. 2.1.5. Đối với các đoạn đ−ờng có tầng mặt lμ loại cấp cao A1 nh−ng qua vùng đất yếu có khả năng phát sinh độ lún lớn vμ kéo dμi thì có thể thiết kế kết cấu nền áo đ−ờng theo nguyên tắc phân kỳ xây dựng trên cơ sở đảm bảo cho tầng mặt cấp cao A1 ở trên không bị h− hại do lún. Lúc thiết kế vẫn phải dựa vμo l−ợng giao thông ở cuối thời hạn thiết kế để thiết kế kết cấu vμ bề dμy nh−ng khi thi công có thể giảm bớt bề dμy tầng mặt t−ơng ứng với thời gian phân kỳ, đợi sau khi nền đ−ờng đi vμo ổn định mới rải tiếp lớp mặt bê tông nhựa cấp cao A1 hoặc các lớp tạo phẳng, tạo nhám trên cùng. 2.2 Cấu tạo tầng mặt vμ các yêu cầu thiết kế 2.2.1. Chức năng vμ phân loại tầng mặt: 1. Tầng mặt của kết cấu áo đ−ờng lμ bộ phận phải chịu đựng trực tiếp tác dụng phá hoại của xe cộ (đặc biệt lμ d−ới tác dụng phá hoại bề mặt) vμ của các yếu tố bất lợi về thời tiết, khí hậu. Yêu cầu thiết kế cấu tạo tầng mặt lμ vật liệu vμ bề dμy các lớp trong tầng mặt phải bảo đảm chịu đựng đ−ợc các tác dụng phá hoại trực tiếp nêu trên đồng thời phải bảo đảm đ−ợc các yêu cầu sử dụng khai thác đ−ờng 16
17. về độ bằng phẳng vμ độ nhám. Vật liệu lμm các lớp tầng mặt phải có tính ổn định nhiệt, ổn định n−ớc vμ không thấm n−ớc (hoặc hạn chế thấm n−ớc). 2. Tuỳ theo mức độ đảm bảo đ−ợc các yêu cầu nêu trên lμ cao hay thấp, tầng mặt kết cấu áo đ−ờng mềm đ−ợc phân thμnh 4 loại cấp cao A1, cấp cao A2, cấp thấp B1 vμ cấp thấp B2 với định nghĩa về mỗi loại đã nêu ở các mục 1.2.8, 1.2.9, 1.2.10 vμ 1.2.11. 2.2.2. Chọn loại tầng mặt: Khi thiết kế cấu tạo kết cấu áo đ−ờng mềm, tr−ớc hết phải căn cứ vμo cấp hạng đ−ờng, thời hạn thiết kế vμ tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một lμn xe trong suốt thời hạn thiết kế để chọn loại tầng mặt thiết kế. Nếu chủ đầu t− không có các yêu cầu đặc biệt gì khác thì có thể tham khảo ở Bảng 2-1 để chọn loại tầng mặt thiết kế. Trong Bảng 2-1 cùng một cấp thiết kế đ−ờng cũng có thể cân nhắc chọn loại tầng mặt khác nhau; trên cơ sở đó có thể hình thμnh các ph−ơng án thiết kế kết cấu áo đ−ờng khác nhau (kể cả ph−ơng án phân kỳ đầu t−) vμ để đi đến quyết định cuối cùng thì phải tiến hμnh phân tích so sánh tổng chi phí xây dựng, khai thác vμ vận doanh giữa các ph−ơng án. T−ơng tự, khi l−ợng giao thông còn ch−a lớn nh−ng đ−ờng có chức năng vμ ý nghĩa kinh tế, xã hội quan trọng thì vẫn có thể chọn loại tầng mặt cấp cao hơn căn cứ vμo kết quả phân tích so sánh kinh tế vμ kết quả đánh giá tác động môi tr−ờng. Bảng 2-1: Chọn loại tầng mặt Cấp thiết Số trục xe tiêu Thời kế đ−ờng chuẩn tích lũy Loại tầng hạn (theo Vật liệu vμ cấu tạo tầng mặt trong thời hạn mặt thiết kế TCVN thiết kế (trục xe (năm) 4054) tiêu chuẩn/lμn) Bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ, hạt trung lμm lớp mặt trên; Cấp I, II, III Cấp cao hạt trung, hạt thô (chặt hoặc hở ≥10 > 4.106 vμ cấp IV A1 loại I hoặc loại II) lμm lớp mặt d−ới - Bê tông nhựa chặt loại II, đá 8-10 > 2.106 dăm đen vμ hỗn hợp nhựa nguội trên có láng nhựa Cấp III, IV Cấp cao - Thấm nhập nhựa 6 vμ cấp V A2 5-8 > 1.10 - Láng nhựa (cấp phối đá dăm, đá dăm tiêu chuẩn, đất đá 4-7 > 0.1.106 gia cố trên có láng nhựa) Cấp phối đá dăm, đá dăm n−ớc, hoặc cấp phối thiên nhiên trên Cấp IV, V Cấp thấp có lớp bảo vệ rời rạc (cát) hoặc 3-4 ≤ 0,1.106 vμ VI B1 có lớp hao mòn cấp phối hạt nhỏ 17
18. Cấp thiết Số trục xe tiêu Thời kế đ−ờng chuẩn tích lũy Loại tầng hạn (theo Vật liệu vμ cấu tạo tầng mặt trong thời hạn mặt thiết kế TCVN thiết kế (trục xe (năm) 4054) tiêu chuẩn/lμn) - Đất cải thiện hạt - Đất, đá tại chỗ, phế liệu Cấp V vμ Cấp thấp công nghiệp gia cố (trên có lớp 2-3 < 0,1.106 cấp VI B2 hao mòn, bảo vệ) Ghi chú Bảng 2-1: - Về định nghĩa các loại tầng mặt xem thêm ở các mục 1.2.8, 1.2.9, 1.2.10 vμ 1.2.11; - Trị số số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ chỉ để tham khảo (tức lμ không có ý nghĩa quyết định đến việc chọn loại tầng mặt); - Về lớp hao mòn vμ lớp bảo vệ rời rạc xem ở mục 2.2.5. 2.2.3. Bố trí lớp tạo nhám trên tầng mặt cấp cao A1 1. Trên tầng mặt cấp cao A1 phải bố trí lớp tạo nhám kiêm chức năng lớp hao mòn tạo phẳng dầy 1,5 – 3,0 cm bằng bê tông nhựa có độ nhám cao (theo 22 TCN 345 - 06) hoặc lớp tạo nhám bằng hỗn hợp nhựa thoát n−ớc dμy 3 – 4cm trong các tr−ờng hợp sau đây: - Đ−ờng cao tốc (các loại vμ các cấp); - Đ−ờng cấp I, cấp II vμ cấp III đồng bằng (lμ các đ−ờng đ−ợc thiết kế với tốc độ thiết kế bằng hoặc lớn hơn 80Km/h); Ghi chú: Lớp hỗn hợp thoát n−ớc th−ờng lμm bằng hỗn hợp vật liệu hạt cứng trộn với nhựa bi tum polime có độ rỗng 15 -20%. Hiện ở n−ớc ta ch−a có tiêu chuẩn nên khi sử dụng cần thử nghiệm tr−ớc. Lớp nμy đ−ợc tính vμo bề dμy chịu lực của kết cấu. 2. Trên tầng mặt cấp cao A1 ở các đoạn đ−ờng đặc biệt nguy hiểm có tốc độ thiết kế từ 60 Km/h trở lên cũng nên xem xét việc bố trí thêm lớp tạo nhám nêu trên (nh− trên các đoạn dốc dμi có độ dốc lớn hơn 5% hoặc các đoạn nền đắp cao qua vực sâu ) 2.2.4. Bố trí lớp hao mòn, tạo nhám, tạo phẳng đối với tầng mặt cấp cao A2 Để đảm nhận các chức năng trên th−ờng sử dụng lớp láng nhựa (1, 2 hoặc 3 lớp theo 22 TCN 271) rải trên lớp mặt bằng bê tông nhựa hở, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội, lớp thấm nhập nhựa vμ cả trên các mặt đ−ờng nhựa cũ. Riêng với tầng mặt thấm nhập nhựa thì lớp láng nhựa không thi công thμnh lớp riêng (xem 22 TCN 270). 18
19. 2.2.5. Bố trí lớp hao mòn hoặc lớp bảo vệ trên mặt đ−ờng cấp thấp: 1. Trên các loại tầng mặt cấp thấp B1 ở Bảng 2-1 phải bố trí lớp hao mòn bằng cấp phối hạt nhỏ hoặc lớp bảo vệ rời rạc; đối với các đ−ờng quan trọng hơn có thể bố trí cả lớp hao mòn vμ lớp bảo vệ. Trên mặt đ−ờng cấp phối thiên nhiên th−ờng rải lớp hao mòn; trên mặt đ−ờng đá dăm n−ớc vμ cấp phối đá dăm th−ờng rải lớp bảo vệ rời rạc. Các lớp nμy phải đ−ợc duy tu bằng cách bổ sung vật liệu th−ờng xuyên, san gạt phủ kín bề mặt tầng mặt để hạn chế tác dụng phá hoại của xe cộ đối với tầng mặt vμ để tạo phẳng cho mặt đ−ờng; 2. Lớp hao mòn th−ờng dμy từ 2 – 4cm đ−ợc lμm bằng cấp phối hạt nhỏ có thμnh phần hạt nh− loại C, D, E trong 22 TCN 304 nh−ng nên có chỉ số dẻo từ 15-21. Có thể trộn đều cát vμ sỏi để tạo ra cấp phối hạt loại nμy; 3. Lớp bảo vệ th−ờng dμy 0,5-1,0cm bằng cát thô, cát lẫn đá mi, đá mạt với cỡ hạt lớn nhất lμ 4,75mm; 4. Đối với mặt đ−ờng cấp thấp B2 khi có điều kiện cũng nên rải vμ duy trì lớp bảo vệ rời rạc. 2.2.6. Bố trí các lớp trong tầng mặt cấp cao A1 1. Đây lμ các lớp chủ yếu cùng với tầng móng vμ khu vực tác dụng của nền đất tạo ra c−ờng độ chung của kết cấu nền áo đ−ờng. Trong tr−ờng hợp tầng mặt cấp cao A1, các lớp nμy đều phải bằng các hỗn hợp vật liệu hạt có sử dụng nhựa đ−ờng vμ lớp trên cùng phải bằng bê tông nhựa chặt loại I trộn nóng. Các lớp phía d−ới có thể lμm bằng bê tông nhựa loại II, bê tông nhựa rỗng, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội (trộn nhựa lỏng hoặc nhũ t−ơng nhựa) vμ cả thấm nhập nhựa. 2. Tr−ờng hợp đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I, cấp II hoặc đ−ờng cấp III có quy mô giao thông lớn thì tầng mặt cấp cao A1 có thể bố trí thμnh 3 lớp hoặc 2 lớp. Tr−ờng hợp bố trí thμnh 3 lớp thì có thể bố trí lớp bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ ở trên cùng với bề dμy từ 3,0 - 4,0cm rồi đến 4,0 – 6,0cm bê tông nhựa hạt trung vμ 5,0 – 6,0cm bê tông nhựa hạt lớn. Hoặc cũng có thể bố trí trên cùng lμ lớp bê tông nhựa chặt loại I hạt trung dμy 4,0 – 5,0cm rồi đến 2 lớp bê tông nhựa hạt lớn dμy 5,0 – 6,0cm vμ 6,0 – 8,0cm ở d−ới. Tr−ờng hợp bố trí thμnh 2 lớp thì có thể bố trí trên cùng lμ lớp bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ dμy 3,0 – 4,0cm rồi đến 4,0 -5,0cm bê tông nhựa hạt trung hoặc trên cùng lμ 4,0 – 5,0cm bê tông nhựa chặt loại I hạt trung rồi đến 6,0-8,0 cm bê tông nhựa hạt lớn. (Các lớp d−ới có thể dùng bê tông nhựa rỗng hoặc loại II, nhất lμ đối với lớp d−ới cùng). 3. Tr−ờng hợp đ−ờng cấp III có quy mô giao thông vừa phải vμ đ−ờng cấp IV đồng bằng thì có thể bố trí tầng mặt gồm 2 lớp hoặc chỉ gồm 1 lớp bê tông nhựa 19
20. chặt loại I hạt nhỏ hoặc hạt trung. Dù bố trí thμnh 2 lớp hoặc 1 lớp thì tổng bề dμy tầng mặt nhựa (lμ tổng bề dμy các lớp mặt có sử dụng nhựa) trong tr−ờng hợp nμy không đ−ợc d−ới 6cm vμ cũng không nên quá 8 cm. Nếu bố trí thμnh 2 lớp thì trong tr−ờng hợp nμy lớp d−ới không nhất thiết phải bằng bê tông nhựa nóng mμ có thể bằng các loại đã đề cập ở điểm 1 nêu trên nh−ng lớp trên thì phải bằng bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ hoặc hạt trung theo 22 TCN 249. Nếu dùng lớp thấm nhập nhựa lμm lớp mặt d−ới thì không cần t−ới lớp nhựa chèn đá mạt phía trên. 2.2.7. Bố trí tầng mặt cấp cao A2 Loại tầng mặt nμy phải có lớp hao mòn, tạo nhám, tạo phẳng nh− đã đề cập ở mục 2.2.4 ở trên vμ phía d−ới gồm 1 lớp vật liệu trong các loại đã liệt kê ở Bảng 2-1 với bề dμy lớp mặt nμy phải lớn hơn bề dμy tối thiểu nêu ở mục 2.4.2 vμ th−ờng trong khoảng d−ới đây: - Lớp mặt bằng bê tông nhựa rỗng, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội th−ờng bố trí bề dμy 4,0 -8,0cm; - Lớp mặt thấm nhập nhựa bề dμy phải tuân theo 22 TCN 270; - Lớp mặt bằng các loại vật liệu hạt không gia cố hoặc có gia cố chất liên kết vô cơ th−ờng có bề dμy từ 15,0-18,0cm; 2.2.8. Bố trí tầng mặt cấp thấp B1, B2 Tầng mặt cấp thấp th−ờng chỉ lμm một lớp với bề dμy lớn hơn bề dμy tối thiểu đề cập ở mục 2.4.2 vμ nhỏ hơn 15cm (không kể lớp hao mòn hoặc lớp bảo vệ rời rạc theo mục 2.2.5) Dù lμm tầng mặt loại nμy bằng vật liệu gì đều nên loại bỏ các hạt có kích cỡ lớn hơn 50mm vμ trong mọi tr−ờng hợp cỡ hạt lớn hơn 4,75mm đều nên chiếm tỷ lệ trên 65%. 2.2.9. Bề dμy tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 1. Khi đặt trên lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm thì tổng bề dμy các lớp của tầng mặt cấp cao A1 đề cập ở mục 2.2.6 cộng với bề dμy lớp tạo nhám đề cập ở mục 2.2.3 (nếu có) phải lớn hơn trị số quy định ở Bảng 2-2. Bảng 2-2: Bề dμy tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 tuỳ thuộc quy mô giao thông Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toán 15 năm kể từ khi đ−a mặt Bề dμy tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 đ−ờng vμo khai thác trên 1 lμn xe (trục (cm) xe/lμn) < 0,1.106 6 (5) ≥ 0,1.106 7 (5) ≥ 0,5.106 8 (5) ≥ 1.106 9 (5) 20
21. Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toán 15 năm kể từ khi đ−a mặt Bề dμy tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 đ−ờng vμo khai thác trên 1 lμn xe (trục (cm) xe/lμn) ≥ 2.106 10 (5) ≥ 4.106 12,5 (7,5) ≥ 6.106 15,0 (10) ≥ 9.106 20,0 (10) Ghi chú Bảng 2-2: - Không nên bố trí bề dμy tầng mặt chỉ bằng một lớp bê tông nhựa dμy d−ới 7cm; - Nếu các lớp của tầng mặt nhựa cấp cao A1 đ−ợc đặt trực tiếp trên lớp móng trên bằng vật liệu hạt gia cố nhựa có bề dμy ít nhất lμ 10cm thì bề dμy tối thiểu của tầng mặt đ−ợc giảm đến trị số quy định để ở trong ngoặc ở Bảng 2- 2; - Tính trị số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ có thể tham khảo các chỉ dẫn ở Khoản A-2 của Phụ lục A. 2. Nếu các lớp của tầng mặt nhựa cấp cao A1 đ−ợc đặt trực tiếp trên lớp móng nửa cứng thì để hạn chế hiện t−ợng nứt phản ảnh, tổng bề dμy tối thiểu của tầng mặt có sử dụng nhựa phải bằng bề dμy lớp móng nửa cứng vμ tối thiểu bằng 14 – 18cm khi đ−ờng thiết kế lμ đ−ờng cao tốc theo TCVN 5729 hoặc đ−ờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 vμ phải bằng 10 – 12 cm khi đ−ờng thiết kế lμ đ−ờng cấp III, cấp IV theo TCVN 4054. Tr−ờng hợp tầng mặt có sử dụng nhựa bi tum polime hoặc hỗn hợp đá nhựa có tỷ lệ nhựa đ−ờng tối −u lớn (≥6 %) thì bề dμy tối thiểu có thể lấy trị số nhỏ hoặc trị số trung bình trong phạm vi nêu trên. 2.2.10. Lớp nhựa dính bám Phải thiết kế t−ới lớp nhựa dính bám giữa các lớp bê tông nhựa vμ giữa bê tông nhựa với các loại mặt đ−ờng nhựa khác trong tr−ờng hợp các lớp nêu trên không thi công liền nhau về thời gian vμ trong tr−ờng hợp rải bê tông nhựa trên các lớp mặt đ−ờng cũ. 2.2.11. Lớp nhựa thấm bám Phải thiết kế t−ới lớp nhựa thấm bám khi bố trí các lớp mặt nhựa trên móng bằng đất, đá gia cố vμ móng bằng cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên, đá dăm n−ớc. 2.3 Thiết kế cấu tạo tầng móng 2.3.1. Nguyên tắc bố trí cấu tạo tầng móng: Chức năng của tầng móng lμ truyền áp lực của bánh xe tác dụng trên mặt đ−ờng xuống đến nền đất sao cho trị số áp lực truyền đến nền đất đủ nhỏ để nền đất chịu đựng đ−ợc cả về ứng suất vμ biến dạng, đồng thời tầng móng phải đủ cứng để giảm ứng suất kéo 21
22. uốn tại đáy tầng mặt cấp cao bằng bê tông nhựa ở phía trên nó. Do vậy việc bố trí cấu tạo tầng móng nên tuân theo các nguyên tắc sau: 1. Nên gồm nhiều lớp, lớp trên bằng các vật liệu có c−ờng độ vμ khả năng chống biến dạng cao hơn các lớp d−ới để phù hợp với trạng thái phân bố ứng suất vμ hạ giá thμnh xây dựng. Tỷ số mô đun đμn hồi của lớp trên so với lớp d−ới liền nó nên d−ới 3 lần (trừ tr−ờng hợp lớp móng d−ới lμ loại móng nửa cứng) vμ tỷ số mô đuyn đμn hồi của lớp móng d−ới với mô đuyn đμn hồi của nền đất nên trong phạm vi 2,5 – 10 lần. Số lớp cũng không nên quá nhiều để tránh phức tạp cho thi công vμ kéo dμi thời gian khai triển dây chuyền công nghệ thi công. 2. Cỡ hạt lớn nhất của vật liệu lμm các lớp móng phía trên nên chọn loại nhỏ hơn so với cỡ hạt lớn nhất của lớp d−ới. Vật liệu hạt dùng lμm lớp móng trên cần có trị số CBR ≥80 vμ dùng lμm lớp móng d−ới cần có CBR≥30. 3. Kết cấu tầng móng (về vật liệu vμ về bề dμy) nên thay đổi trên từng đoạn tuỳ thuộc điều kiện nền đất vμ tình hình vật liệu tại chỗ sẵn có. Trong mọi tr−ờng hợp đều nên tận dụng vật liệu tại chỗ (gồm cả các phế thải công nghiệp) để lμm lớp móng d−ới. 2.3.2. Chọn loại tầng móng Cần dựa vμo các nguyên tắc nêu trên để chọn vμ bố trí các lớp móng trên, móng d−ới tuỳ thuộc loại tầng mặt nh− ở chỉ dẫn ở Bảng 2-3 cùng với các chú ý d−ới đây: 1. Đối với đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I, II vμ các đ−ờng có 4 lμn xe trở lên thì cần sử dụng các lớp móng nửa cứng để tăng mức độ đồng đều về c−ờng độ trên bề rộng phần xe chạy, chẳng hạn nh− bố trí lớp móng d−ới bằng cát hoặc đất gia cố các chất liên kết vô cơ vμ bố trí lớp móng trên bằng cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng. 2. ở những đoạn đ−ờng có thể bị ảnh h−ởng của ẩm mao dẫn từ n−ớc ngầm phía d−ới thì lớp móng d−ới nên sử dụng vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ với bề dμy tối thiểu lμ 15cm. 3. Nếu lớp móng có thêm chức năng thấm thoát n−ớc ra khỏi kết cấu áo đ−ờng thì lựa chọn vật liệu sao cho độ rỗng của nó sau khi đầm nén chặt bằng khoảng 15 –20%, cấp phối hạt không đ−ợc chứa cỡ hạt ≤ 0,074m vμ hệ số thấm phải lớn hơn 3m/ngμy đêm. 4. Trong tr−ờng hợp đặc biệt khó khăn (thiếu các ph−ơng tiện gia công đá hoặc thiếu ph−ơng tiện xe máy thi công) thì có thể sử dụng lớp móng bằng đá ba xếp có chêm chèn chặt cho các loại mặt đ−ờng cấp thấp B1, B2. Đá ba có kích cỡ lớn nhất lμ 18 – 24cm 22
23. 5. Phải thiết kế một lớp láng nhựa trên móng cấp phối đá dăm hoặc đá dăm n−ớc để chống thấm n−ớc xuống nền vμ chống xe cộ thi công đi lại phá hoại móng trong tr−ờng hợp lμm móng tr−ớc để một thời gian tr−ớc khi thi công tiếp các lớp ở trên. Bảng 2-3: Chọn loại tầng móng Lớp vật liệu lμm Phạm vi sử dụng thích hợp Điều kiện sử dụng móng Vị trí móng Loại tầng mặt 1. Cấp phối đá - Móng trên Cấp cao A1, Nếu dùng lμm lớp móng dăm nghiền loại I A2 trên thì cỡ hạt lớn nhất (22 TCN 334 -06) - Móng d−ới Dmax ≤25mm vμ bề dμy tối Cấp cao A1 thiểu lμ 15cm (khi số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong 15 năm nhỏ hơn 0,1.106 thì tối thiểu dμy 10cm) 2. Cấp phối đá - Móng d−ới Cấp cao A1 Nếu dùng lμm lớp móng dăm nghiền loại II trên thì Dmax=25mm; (22 TCN 334 -06) - Móng trên Cấp cao A2 vμ cấp thấp B1 Nếu dùng lμm lớp bù vênh thì Dmax=19mm 3. Cấp phối thiên - Móng d−ới Cấp cao A1, Nh− quy định ở 22 TCN 304 nhiên (22 TCN 304 A2 - 03 - 03) - Móng trên - Móng trên Cấp cao A2 (mặt) vμ móng Cấp thấp B1, d−ới B2 4. Đá dăm n−ớc - Móng d−ới Cấp cao A2 Phải có hệ thống rãnh (22 TCN 06 -77) x−ơng cá thoát n−ớc trong - Móng trên Cấp thấp B1, quá trình thi công vμ cả sau (mặt ) B2 khi đ−a vμo khai thác nếu có khả năng thấm n−ớc vμo lớp đá dăm; Nên có lớp ngăn cách (vải địa kỹ thuật) giữa lớp móng đá dăm n−ớc với nền đất khi lμm móng có tầng mặt cấp cao A2; Không đ−ợc dùng loại kích cỡ mở rộng trong mọi tr−ờng hợp. 5. Bê tông nhựa - Móng trên Cấp cao A1 Với các loại hỗn hợp cuội rỗng theo 22 TCN sỏi, cát, trộn nhựa nguội 249; hỗn hợp nhựa - Móng trên Cấp cao A2 hiện ch−a có tiêu chuẩn trộn nguội, lớp (mặt ) ngμnh thấm nhập nhựa (22 TCN 270) 23
24. Lớp vật liệu lμm Phạm vi sử dụng thích hợp Điều kiện sử dụng móng Vị trí móng Loại tầng mặt 6. Cấp phối đá (sỏi - Móng trên Cấp cao A1 Cỡ hạt lớn nhất đ−ợc sử cuội) gia cố xi dụng lμ 25mm - Móng trên Cấp cao A2 măng theo 22 TCN C−ờng độ yêu cầu của cát 245; cát gia cố xi (mặt ) gia cố phải t−ơng ứng với măng theo 22 TCN 246 yêu cầu đối với móng trên 7. Đất, cát, phế - Móng trên Cấp cao A2 Tr−ờng hợp gia cố chất kết liệu công nghiệp (mặt) dính vô cơ có thể tuân thủ (xỉ lò cao, xỉ than, 22 TCN 81-84; - Móng d−ới tro bay) gia cố Cấp cao A1 vμ Các tr−ờng hợp gia cố khác chất liên kết vô cơ, A2 hiện ch−a có tiêu chuẩn hữu cơ hoặc gia cố tổng hợp ngμnh 8. Đất cải thiện, - Móng d−ới Cấp thấp B1, Tỷ lệ vật liệu hạt có kích cỡ gạch vỡ, phế thải B2 lớn hơn 4,75mm cần chiếm công nghiệp (xỉ lò trên 50% khối l−ợng trộn đất) Ghi chú Bảng 2-3: Trong một số tr−ờng hợp hiện ch−a có tiêu chuẩn ngμnh thì nếu sử dụng, t− vấn thiết kế cần tự thử nghiệm đ−a ra các quy định kỹ thuật cụ thể vμ đ−ợc cấp có thẩm quyền phê duyệt. 2.3.3. Bề rộng các lớp móng 1. Bề rộng lớp móng trên phải rộng hơn bề rộng của tầng mặt mỗi bên 20cm; 2. Bề rộng lớp móng d−ới nên rộng hơn bề rộng lớp móng trên mỗi bên 15cm; 3. Bề rộng của lớp móng kiêm chức năng thấm thoát n−ớc từ kết cấu áo đ−ờng ra nên rải hết toμn bộ bề rộng nền đ−ờng vμ phải có biện pháp chống h− hại hoặc xói lở hai bên mép sát taluy nền đ−ờng, nếu không thì phải thiết kế bố trí rãnh x−ơng cá hoặc ống thoát n−ớc ra hμo thấm, rãnh thấm. 2.4 Bề dμy cấu tạo các lớp trong kết cấu áo đ−ờng 2.4.1. Nguyên tắc thiết kế bề dμy Bề dμy tầng mặt vμ các lớp móng của kết cấu áo đ−ờng phải đ−ợc xác định thông qua kiểm toán các trạng thái giới hạn về c−ờng độ nh− đề cập ở Ch−ơng 3 nh−ng tr−ớc hết bề dμy của chúng phải theo đúng các yêu cầu về cấu tạo đã nêu trong các mục của Khoản 2.2 vμ 2.3 nêu trên. Ngoμi ra, để bảo đảm điều kiện lμm việc tốt vμ đảm bảo thi công thuận lợi, bề dμy các lớp kết cấu thiết kế không đ−ợc nhỏ hơn bề dμy tối thiểu quy định ở mục 2.4.2 đồng thời thích hợp với việc phân chia lớp sao cho không v−ợt quá bề dμy lớn nhất đầm nén có hiệu quả (xem ở mục 2.4.3) vμ không phải chia thμnh nhiều lớp để thi công. 24
25. 2.4.2. Bề dμy tối thiểu vμ bề dμy th−ờng sử dụng cho mỗi lớp kết cấu Bề dμy tối thiểu đ−ợc xác định bằng 1,5 lần cỡ hạt lớn nhất có trong lớp kết cấu vμ không đ−ợc v−ợt quá trị số ở Bảng 2-4. Bảng 2-4: Bề dμy tối thiểu vμ bề dμy th−ờng sử dụng Bề dμy tối Bề dμy th−ờng Loại lớp kết cấu áo đ−ờng thiểu (cm) sử dụng (cm) Hạt lớn 5 5 – 8 Bê tông nhựa, đá dăm trộn nhựa Hạt trung 4 4 – 6 Hạt nhỏ 3 3 - 4 Đá mạt trộn nhựa 1,5 1,5 – 2,5 Cát trộn nhựa 1,0 1 – 1,5 Thấm nhập nhựa 4,5 4,5 – 6,0 Láng nhựa 1,0 1,0 – 3,5 Dmax=37,5mm 12 (15) Cấp phối đá dăm 15 – 24 Dmax≤25mm 8 (15) Cấp phối thiên nhiên 8 (15) 15 – 30 Đá dăm n−ớc 10 (15) 15 – 18 Các loại đất, đá, phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô 12 15 - 18 cơ theo ph−ơng pháp trộn Ghi chú Bảng 2-4: 1. Khi sử dụng các loại vật liệu lμm lớp bù vênh trên mặt đ−ờng cũ cũng phải tuân thủ các trị số bề dμy tối thiểu trong Bảng; 2. Bề dμy th−ờng sử dụng nên bằng hoặc gần bằng bội số của bề dμy đầm nén có hiệu quả lớn nhất (Nếu bề dμy lớp thiết kế lớn hơn bề dμy đầm nén có hiệu quả thì phải chia lớp để thi công); 3. Các trị số trong ngoặc lμ bề dμy tối thiểu khi rải trên nền cát (khi sử dụng các vật liệu nêu trên lμm lớp đáy móng). 2.4.3. Bề dμy đầm nén có hiệu quả lớn nhất: Đối với bê tông nhựa không quá 8cm vμ đá dăm trộn nhựa không quá 10cm; đối với các loại vật liệu có gia cố chất liên kết lμ không quá 15cm vμ đối với các vật liệu hạt không gia cố chất liên kết lμ không quá 18cm. 2.5 Yêu cầu thiết kế đối với khu vực tác dụng của nền đ−ờng: 2.5.1. Yêu cầu chung Nh− đã quy định ở mục 1.2.2 vμ 1.2.3, khu vực tác dụng của nền đ−ờng có thể gồm hoặc không gồm lớp đáy móng. Việc thiết kế cấu tạo đối với khu vực tác dụng của nền đ−ờng d−ới kết cấu áo đ−ờng cố gắng bảo đảm đồng thời các yêu cầu sau: 25
26. 1. Nền đất trong phạm vi khu vực tác dụng không để bị quá ẩm (độ ẩm không đ−ợc lớn hơn 0,6 giới hạn nhão của đất) trong mọi lúc, mọi điều kiện biến động môi tr−ờng, cũng tức lμ không để chịu ảnh h−ởng của các nguồn ẩm bên ngoμi (n−ớc m−a, n−ớc ngầm, n−ớc đọng hai bên đ−ờng (cả với tr−ờng hợp nền đắp, nền không đμo không đắp vμ nền đμo); 2. Về sức chịu tải: - 30cm trên cùng của khu vực tác dụng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 8 đối với đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I, II vμ bằng 6 đối với đ−ờng các cấp khác; - 50cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với đ−ờng cao tốc, cấp I, II vμ bằng 4 đối với đ−ờng các cấp khác; - Mỗi mẫu thử CBR chỉ đặc tr−ng cho 1 lớp đất có bề dμy 20cm. Do vậy đối với tr−ờng hợp nền đμo hoặc nền không đμo không đắp thì phải lấy mẫu từng lớp 20cm để thử nghiệm kiểm tra chỉ tiêu nμy kết hợp với việc thí nghiệm độ chặt để quyết định có cần đμo thay thế hoặc đầm nén lại không (việc kiểm tra có thể dùng các ph−ơng pháp thí nghiệm xác định CBR hiện tr−ờng hoặc ph−ơng pháp t−ơng đ−ơng khác); Ghi chú: CBR xác định theo điều kiện mẫu đất ở độ chặt đầm nén thiết kế vμ đ−ợc ngâm bão hoμ n−ớc 4 ngμy đêm. 3. Về loại đất: - Không dùng các loại đất lẫn muối vμ lẫn thạch cao (quá 5%), đất bùn, đất than bùn, đất phù sa (loại đất lấy ở bãi sông không phải cát mịn) vμ đất mùn (quá 10% thμnh phần hữu cơ) trong khu vực tác dụng của nền đ−ờng; - Không đ−ợc dùng đất sét nặng có độ tr−ơng nở (xác định theo 22 TCN 332) v−ợt quá 4% trong khu vực tác dụng; - Khi đắp bằng cát thì cần phải có biện pháp đắp bao phía đỉnh nền để hạn chế n−ớc m−a, n−ớc mặt xâm nhập vμo phần nền cát (ngay trong vμ cả sau quá trình thi công) vμ tạo thuận lợi cho sự đi lại của xe máy thi công lớp móng d−ới của áo đ−ờng (xem thêm ở điều 7.4.4 của TCVN 4054); - Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho phép lμ 10cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng kể từ đáy áo đ−ờng; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất nμy không đ−ợc v−ợt quá 2/3 chiều dμy đầm nén có hiệu quả lớn nhất (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng); - Không đ−ợc dùng các loại đá đã phong hoá vμ đá dễ phong hoá có hệ số k hoá mềm ≥0,75 (đá sít) vμ không nên dùng đất bụi để đắp trong phạm vi khu vực tác dụng. 26
27. 4. Về độ chặt đầm nén: - Đất trong phạm vi khu vực tác dụng phải đầm nén đạt yêu cầu tối thiểu nh− ở Bảng 2-5. Nếu có điều kiện thì nên thiết kế đạt độ chặt cao hơn (độ chặt K≥1,0) Bảng 2-5: Độ chặt tối thiểu của nền đ−ờng trong phạm vi khu vực tác dụng (so với độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 06) Độ sâu Độ chặt K tính từ Đ−ờng ô đáy áo Đ−ờng ô Loại nền đ−ờng tô từ cấp I đ−ờng tô cấp V đến cấp xuống vμ cấp VI (cm) IV Khi áo đ−ờng dμy trên 60cm 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95 Khi áo đ−ờng dμy d−ới 50 ≥ 0,98 ≥ 0,95 60cm Nền đắp Bên d−ới Đất mới đắp ≥ 0,95 ≥ 0,93 chiều sâu Đất nền tự Cho đến 80 ≥ 0,93 ≥ 0,90 kể trên nhiên (*) Nền đμo vμ nền không đμo không đắp (đất 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95 nền tự nhiên) ( ) 30 - 80 ≥ 0,93 ≥ 0,90 Ghi chú: (*) Tr−ờng hợp nμy lμ tr−ờng hợp nền đắp thấp, khu vực tác dụng có một phần nằm vμo phạm vi đất nền tự nhiên. Trong tr−ờng hợp đó, phần nền đất tự nhiên nằm trong khu vực tác dụng phải có độ chặt tối thiểu lμ 0,90 hoặc 0,93 trùng cấp hạng đ−ờng; ( ) Nếu nền tự nhiên không đạt độ chặt yêu cầu ở Bảng 2-5 thì phải đμo phạm vi không đạt rồi đầm nén lại để đạt yêu cầu. 2.5.2. Thiết kế bố trí lớp đáy móng 1. Phạm vi áp dụng: Trong tr−ờng hợp vì các lý do kinh tế – kỹ thuật khác nhau dẫn đến khó đảm bảo đ−ợc 4 yêu cầu đối với khu vực tác dụng nêu ở mục 2.5.2 thì ng−ời thiết kế nên xét đến giải pháp bố trí lớp đáy móng; Phải bố trí lớp đáy móng thay thế cho 30cm phần đất trên cùng của nền đ−ờng đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I, đ−ờng cấp II vμ đ−ờng cấp III có 4 lμn xe trở lên, nếu bản thân phần đất trên cùng của nền đ−ờng không đạt đ−ợc các yêu cầu nêu trên vμ cũng nên bố trí lớp đáy móng đối với các loại cấp đ−ờng nêu trên cả khi phần đất trong khu vực tác dụng đã đạt các yêu cầu ở mục 2.5.1. 27
28. Các đ−ờng từ cấp IV đến VI ở các khu vực khan hiếm đất đắp bao nền cát đ−ợc phép rải lớp móng đ−ờng trực tiếp trên cát nh−ng phải đặc biệt chú ý trong quá trình thi công về độ bằng phẳng vμ sự xáo trộn lớp cát trên bề mặt. Phải thiết kế lớp đáy móng khi nền đắp bằng cát, bằng đất sét tr−ơng nở vμ khi đ−ờng qua vùng m−a nhiều hoặc chịu tác động của nhiều nguồn ẩm khác nhau. 2. Cấu tạo lớp đáy móng Với các chức năng đề cập ở mục 1.2.4, lớp đáy móng đ−ợc cấu tạo bằng đất hoặc vật liệu thích hợp. Nếu bằng đất thì phải lμ đất có cấp phối tốt vμ không đ−ợc bằng cát các loại. Nên dùng cấp phối thiên nhiên phù hợp với 22 TCN 304 - 03, đất gia cố vôi hoặc xi măng với tỷ lệ thấp hoặc vừa phải. Sử dụng loại vật liệu gì thì sau khi thi công vẫn phải bảo đảm đạt các yêu cầu sau: - Bề dμy tối thiểu lμ 30cm; Nếu lớp đáy móng bằng đất hoặc cấp phối thì độ chặt đầm nén phải đạt độ chặt K =1 – 1,02 (so với đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 06); - Vật liệu lμm lớp đáy móng phải có mô đuyn đμn hồi ở độ chặt vμ độ ẩm thi công E≥50 MPa hoặc tỷ số CBR ngâm bão hoμ 4 ngμy đêm ≥ 12%; Bề rộng lớp đáy móng ít nhất phải rộng hơn bề rộng tầng móng mỗi bên 15cm nh−ng nên lμm bằng cả bề rộng nền đ−ờng. 2.5.3. Các giải pháp hạn chế n−ớc mao dẫn từ mức n−ớc ngầm, n−ớc đọng xâm nhập vμo khu vực tác dụng Để đạt đ−ợc mục đích nμy có thể chọn dùng một trong các giải pháp sau đây tuỳ thuộc vμo tình hình cụ thể vμ tuỳ thuộc các phân tích về kinh tế – kỹ thuật. 1. Đắp cao nền đ−ờng: mục tiêu của giải pháp nμy lμ đắp cao để sao cho đáy khu vực tác dụng phải cao hơn mức n−ớc ngầm hay mức n−ớc đọng th−ờng xuyên ở phía d−ới (đọng từ 20 ngμy trở lên) một trị số h nh− ở Bảng 2-6 Bảng 2-6: Khoảng cách từ mức n−ớc phía d−ới đến đáy khu vực tác dụng h (m) h: t−ơng ứng với loại đất nền (m) Trạng thái ẩm đạt đ−ợc Đất loại cát Đất loại sét Đất lẫn bụi Loại I (luôn khô ráo) 0,4 – 0,6 0,6 – 1,0 1,0 – 1,4 Loại II (ẩm vừa) 0,2 – 0,4 0,4 – 0,6 0,6 – 1,0 Loại III (quá ẩm) 0,0 - 0,2 0,0 – 0,4 0,0 – 0,6 Ghi chú ở Bảng 2-6: - Đất có tỷ lệ cát cμng lớn, tỷ lệ sét cμng nhỏ vμ tỷ lệ bụi cμng nhỏ thì trị số h đ−ợc lấy trị số nhỏ trong phạm vi trị số trong Bảng; - Trạng thái ẩm đạt đ−ợc lμ t−ơng ứng với loại hình gây ẩm để xác định độ ẩm tính toán ở Phụ lục B. 28
29. - Nên đắp cao trên mức n−ớc phía d−ới một trị số h t−ơng ứng với trạng thái ẩm loại I hoặc chí ít lμ t−ơng ứng với loại II. Nếu điều kiện tại chỗ không cho phép đắp cao nh− vậy thì cần xét đến các giải pháp khác nh− hạ mức n−ớc ngầm, lμm lớp ngăn cách n−ớc mao dẫn hoặc bố trí thêm lớp đáy móng. 2. Hạ mức n−ớc ngầm: Mục tiêu của giải pháp nμy cũng nhằm hạ mức n−ớc ngầm để đảm bảo khoảng cách h t−ơng ứng với trạng thái ẩm loại I hoặc loại II theo Bảng 2-6 ở trên. Th−ờng sử dụng giải pháp đμo hμo sâu ở vị trí rãnh biên (đối với tr−ờng hợp nền đμo) hoặc ở vị trí sát chân taluy nền đắp; trong hμo xếp đá bọc vải địa kỹ thuật lμm tầng lọc ở phần d−ới đáy hμo trong phạm vi có n−ớc ngầm chảy ra để dẫn n−ớc ngầm chảy dọc đến các cống ngang đ−ờng hoặc các địa hình trũng ngoμi phạm vi nền đ−ờng. Chiều sâu đáy hμo vμ chiều cao rãnh ngầm bằng đá bọc vải địa kỹ thuật phải đ−ợc tính toán để đảm bảo đạt đ−ợc mục tiêu hạ mức n−ớc ngầm nêu trên. Cũng có thể sử dụng các rãnh thoát n−ớc ngầm hoặc kín hoặc hở với các cấu tạo chi tiết nh− ở Khoản 9.7 trong TCVN 4054 : 2005. Giải pháp nμy cũng đ−ợc dùng để ngăn chặn n−ớc ngầm từ một phía l−u thông đến khu vực d−ới nền đ−ờng. 3. Lμm các lớp ngăn cách n−ớc mao dẫn: Tại phía d−ới đáy khu vực tác dụng rải lớp ngăn cách n−ớc mao dẫn bằng vật liệu rỗng hoặc vật liệu kín. Lớp vật liệu rỗng dμy khoảng 15cm bằng cát, cuội, sỏi; phía mặt trên vμ mặt d−ới rải vải địa kỹ thuật. Lớp vật liệu kín bằng đất gia cố chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ với bề dμy tối thiểu cho phép (12cm với tr−ờng hợp dùng đất gia cố chất liên kết vô cơ vμ 5cm với tr−ờng hợp dùng đất gia cố chất liên kết hữu cơ). Bể rộng lớp ngăn cách nên bằng bề rộng nền tại vị trí rải chúng. 2.5.4. Giải pháp hạn chế n−ớc ngập hai bên nền đ−ờng thấm ngang vμo khu vực tác dụng Để đạt đ−ợc mục tiêu nμy cần bảo đảm khoảng cách từ mép ngoμi phần xe chạy đến mặt taluy ở ngang mức n−ớc ngập lớn hơn hoặc bằng 2,0 – 2,4m với điều kiện đất nền đ−ợc đầm nén đạt độ chặt K≥0,95 (so với đầm nén tiêu chuẩn). Đối với đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I, cấp II lấy trị số lớn lμ 2,4m, các đ−ờng cấp khác lấy trị số nhỏ 2,0m. 2.5.5. Các giải pháp hạn chế n−ớc m−a, n−ớc mặt xâm nhập vμo khu vực tác dụng Con đ−ờng xâm nhập lμ thông qua tầng mặt loại hở (cấp thấp), thông qua các khe nứt của tầng mặt, thông qua dải phân cách giữa không có lớp phủ, thông qua n−ớc đọng ở rãnh dọc. Các giải pháp cần áp dụng xem ở Khoản 2.6. 2.6 Thiết kế thoát n−ớc cho kết cấu nền áo đ−ờng vμ lề đ−ờng 2.6.1. Yêu cầu thiết kế Ngăn chặn tối đa khả năng xâm nhập của mọi nguồn ẩm vμo các lớp kết cấu áo đ−ờng vμ khu vực tác dụng của nền đ−ờng. Trong tr−ờng hợp không có khả năng ngăn chặn 29
30. (nh− lμ tr−ờng hợp mặt đ−ờng hở cấp thấp ) thì phải có giải pháp thoát n−ớc đã xâm nhập ra khỏi kết cấu nền áo đ−ờng. Đối với đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I, cấp II vμ cả đ−ờng có 4 lμn xe trở lên thì cμng phải chú trọng biện pháp thoát n−ớc nhanh khỏi phần xe chạy vμ lề đ−ờng, không để n−ớc đọng lại trên mặt đ−ờng vừa lμm giảm độ nhám vừa tạo điều kiện để n−ớc xâm nhập xuống phía d−ới đồng thời không để n−ớc thoát ngang gây xói lở mép lề đ−ờng hoặc taluy nền đ−ờng. 2.6.2. Thoát n−ớc bề mặt áo đ−ờng Để hạn chế mức n−ớc m−a thấm qua tầng mặt áo đ−ờng, bề mặt áo đ−ờng, lề đ−ờng vμ bề mặt dải phân cách có lớp phủ phải có độ dốc ngang tối thiểu nh− ở Bảng 2-7. Bảng 2-7: Độ dốc ngang tối thiểu Yếu tố mặt cắt ngang Độ dốc ngang (%) Phần mặt đ−ờng vμ phần lề gia cố : - Bê tông nhựa cấp cao A1 1,5 – 2,0 - Các loại mặt đ−ờng khác cấp cao A2 2,0 – 3,0 - Mặt đ−ờng đá dăm, cấp phối, mặt 3,0 – 3,5 đ−ờng cấp thấp B1, B2 Phần lề không gia cố 4,0 – 6,0 Tuỳ vật liệu phủ vμ lấy Phần dải phân cách nh− trên 2.6.3. Thoát n−ớc mặt áo đ−ờng trên đ−ờng cấp cao có nhiều lμn xe vμ có dải phân cách giữa 1. Đối với đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I vμ cấp II có bố trí dải phân cách giữa thì tại các đoạn có siêu cao phải thiết kế thu n−ớc m−a ở cạnh dải phân cách. Nếu dải phân cách lμ loại không có lớp phủ, dạng lõm thì bố trí rãnh thoát n−ớc (loại hở hoặc có nắp) ở chỗ lõm nhất của dải phân cách (rãnh chỉ cần rộng 20 – 30cm, sâu 20 – 30cm). Nếu dải phân cách lμ loại có lớp phủ vμ có bó vỉa hoặc dải phân cách cứng bằng bê tông cao hơn mặt đ−ờng thì sát bờ vỉa phải bố trí giếng thu vμ ống dẫn n−ớc đ−ờng kính 20 – 40cm để dẫn n−ớc đến các công trình thoát n−ớc ra khỏi phạm vi nền đ−ờng, độ dốc của đ−ờng ống thoát n−ớc tối thiểu lμ 0,3%. Tại chỗ ống dọc nối tiếp với cống thoát n−ớc ngang phải bố trí giếng nối tiếp (giếng thăm). 2. Cũng có thể bố trí rãnh thu n−ớc có nắp rộng khoảng 50cm sát với bờ bó vỉa của dải phân cách giữa để dẫn n−ớc mặt đ−ờng đến các cửa thoát n−ớc ngang ra khỏi nền đ−ờng. 3. Tr−ờng hợp dải phân cách không có lớp phủ, dạng lồi có bó vỉa thì trên đoạn thẳng hoặc đoạn cong đều phải bố trí thu n−ớc thấm qua đất ở dải phân cách vμ dẫn n−ớc thoát ra ngoμi phạm vi nền đ−ờng. Có thể bố trí lớp vật liệu không 30
31. thấm n−ớc d−ới cao độ đáy áo đ−ờng trong phạm vi cả bề rộng dải phân cách vμ trên đó đặt ống thoát n−ớc có đ−ờng kính 6 – 8cm xung quanh bọc vải lọc. Lớp không thấm n−ớc có thể bằng đất sét đầm nén chặt hoặc đất trộn bitum. ống thoát n−ớc có thể bằng ống nhựa cứng. 4. Trên các đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I vμ cấp II có nhiều lμn xe, l−ợng n−ớc m−a trên phần xe chạy lớn thì ở những đoạn đ−ờng đắp cao, mái taluy đ−ờng phải đ−ợc gia cố chống xói hoặc có thể thiết kế bờ chắn bằng bê tông, bê tông nhựa hoặc đá xây có chiều cao 12cm dọc theo mép ngoμi của phần lề gia cố để ngăn chặn không cho n−ớc chảy trực tiếp xuống taluy đ−ờng; n−ớc m−a từ mặt đ−ờng sẽ chảy dọc theo bờ chắn vμ tập trung về dốc n−ớc đặt trên taluy đ−ờng để thoát ra khỏi phạm vi nền đ−ờng. Bờ chắn phải có tiết diện hình thang với mặt phía trong phần xe chạy có dốc nghiêng 450 ra phía ngoμi vμ mặt phía ngoμi sát lề đất gần nh− thẳng đứng. Nếu dùng bê tông nhựa đắp bờ chắn thì nên dùng bê tông nhựa hạt nhỏ có độ rỗng 2 – 4% vμ l−ợng nhựa nên tăng thêm 0,5 – 1% so với l−ợng bitum tối −u thiết kế cho mặt đ−ờng. 5. Khi dải phân cách giữa rộng d−ới 3,0m thì nên đ−ợc phủ kín mặt để chống n−ớc mặt thấm xuống (xem thêm ở mục 4.4.3 TCVN 4054 : 2005). 2.6.4. Thoát n−ớc m−a xâm nhập vμo kết cấu áo đ−ờng từ trên mặt đ−ờng 1. Nên bố trí hệ thống thoát n−ớc thấm qua các tầng mặt của kết cấu áo đ−ờng hở (loại tầng mặt cấp thấp B1, B2). Trong khi đó không nhất thiết phải bố trí hệ thống nμy d−ới các kết cấu có tầng mặt lμ loại cấp cao A1 vμ A2. 2. Trong tr−ờng hợp kết cấu áo đ−ờng hở giải pháp thoát n−ớc lμ bố trí hệ thống rãnh x−ơng cá. 3. Rãnh x−ơng cá rộng 0,3m, cao 0,2m đổ đầy cát hoặc đá dăm nh−ng phía ngoμi taluy nền đ−ờng phải xếp đá to chặn đầu trong phạm vi 0,25m. Để tránh đất lề chui vμo lμm tắc rãnh, phải lát cỏ lật ng−ợc hoặc rải vải địa kỹ thuật ở mặt trên của rãnh tr−ớc khi đắp lại lề đ−ờng. 4. Th−ờng bố trí rãnh x−ơng cá hai bên phần xe chạy so le nhau với cự ly 10 – 15m ruột rãnh (ở đoạn đ−ờng cong thì chỉ bố trí rãnh x−ơng cá ở phía bụng đ−ờng cong). Tại các đoạn đ−ờng có độ dốc dọc i ≥2% thì rãnh x−ơng cá nên đμo xiên một góc 60 – 700 theo h−ớng dốc. Dốc dọc của rãnh bằng dốc dọc của lề nh−ng không nên d−ới 5% vμ tại đầu rãnh tiếp giáp với lớp móng trong phạm vi 0,6m đáy lớp móng nên tạo độ dốc dọc khoảng 10% để tạo điều kiện tụ n−ớc về rãnh. 5. Khi thi công lớp móng thì các rãnh x−ơng cá tạm thời để hở để thoát n−ớc lòng đ−ờng trong quá trình thi công. Sau khi thi công xong lớp móng mới hoμn thiện cấu tạo rãnh nh− nêu ở trên. 31
32. 2.6.5. Tính toán thiết kế hệ thống thoát n−ớc mặt 1. Hệ thống thoát n−ớc mặt cho kết cấu áo đ−ờng (nh− các công trình cần bố trí nêu ở mục 2.6.3) phải đ−ợc tính toán đáp ứng đ−ợc l−u l−ợng xác định theo tần suất 4% nh− yêu cầu đối với rãnh biên (theo TCVN 4054 : 2005). Riêng tr−ờng hợp đ−ờng trong đô thị thì cần tuân thủ các yêu cầu về chu kỳ m−a tính toán trong các tiêu chuẩn hiện hμnh. 2. Trên các đoạn đ−ờng cong, các đoạn kế tiếp với các chỗ ra, vμo của đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I, cấp II vμ đ−ờng đô thị phải thiết kế quy hoạch mặt đứng bề mặt phần xe chạy vμ lề đ−ờng để bố trí đúng vị trí các giếng thu cũng nh− các chỗ thoát n−ớc ngang ra khỏi phạm vi nền đ−ờng (cần thể hiện trên một bản vẽ riêng hệ thống các công trình thoát n−ớc mặt áo đ−ờng). 2.6.6. Các giải pháp hạn chế n−ớc mao dẫn từ mức n−ớc ngầm, n−ớc đọng xâm nhập vμo khu vực tác dụng (xem mục 2.5.3) 2.7 Kết cấu áo đ−ờng của phần lề gia cố, của lớp phủ dải phân cách giữa vμ của các bộ phận khác 2.7.1. Kết cấu áo đ−ờng của phần lề gia cố 1. Tr−ờng hợp giữa phần xe chạy dμnh cho xe cơ giới vμ lề gia cố không có dải phân cách bên hoặc dải phân cách bên chỉ bằng 2 vạch kẻ, tức lμ tr−ờng hợp xe cơ giới vẫn có thể đi lấn ra hoặc dừng đỗ trên phần lề gia cố th−ờng xuyên, nếu sử dụng kết cấu áo lề lμ loại mềm thì kết cấu áo lề gia cố phải đ−ợc cấu tạo với các yêu cầu sau: - Lớp mặt trên cùng của lề gia cố phải cùng loại với lớp mặt trên cùng của lμn xe liền kề nh−ng bề dμy có thể cấu tạo mỏng hơn. - Số lớp vμ bề dμy các lớp của tầng móng có thể giảm bớt so với lμn xe liền kề. - Kết cấu gia cố cần đ−ợc xem xét để khi cải tạo mở rộng mặt đ−ờng vμ nâng cấp đ−ờng tận dụng đến mức tối đa kết cấu đã xây dựng. - Trong điều kiện kinh tế cho phép, kết cấu áo đ−ờng của lề gia cố nên thiết kế nh− với kết cấu áo đ−ờng của lμn xe chạy liền kề. 2. Tr−ờng hợp giữa phần xe chạy dμnh cho xe cơ giới vμ lề gia cố của đ−ờng cấp I vμ cấp II có bố trí dải phân cách bên, ngăn hẳn không cho xe cơ giới đi lấn ra hoặc đỗ ở lề thì kết cấu áo đ−ờng của lề gia cố có thể đ−ợc thiết kế độc lập với kết cấu phần xe chạy với các yêu cầu sau: - Tầng mặt lề gia cố thấp nhất phải lμ loại cấp cao A2 (láng nhựa, thấm nhập nhựa) để tạo điều kiện thoát n−ớc, ngăn chặn n−ớc thấm vμ tạo điều kiện cho xe hai bánh đi lại thuận lợi. - Có thể giảm bớt một lớp móng hoặc giảm bề dμy các lớp móng so với kết cấu áo đ−ờng của phần xe chạy liền kề. 32
33. - Có thể thiết kế cao độ của phần lề gia cố thấp hơn cao độ phần xe chạy liền kề trong phạm vi 5 –6 cm (giảm một lớp mặt trên cùng so với kết cấu phần xe chạy vμ mép của lớp nμy phải tạo góc nghiêng 450 ra phía ngoμi lề gia cố). Trong tr−ờng hợp nμy trên các đoạn đ−ờng cong, phần lề gia cố về phía l−ng đ−ờng cong cũng vẫn tạo dốc ra phía ngoμi để n−ớc không đọng về phía mép phần xe chạy. 2.7.2. Kết cấu áo đ−ờng của phần dải an toμn trên đ−ờng cao tốc Trong phạm vi 0,25m sát mép phần xe chạy chính phải đ−ợc thiết kế giống nh− kết cấu áo đ−ờng của phần xe chạy. Ngoμi phạm vi 0,25m đó kết cấu áo đ−ờng của phần bề rộng còn lại của dải an toμn phía trong vμ cả phía ngoμi (tức lμ dải dừng xe khẩn cấp) đều có thể thiết kế mỏng hơn theo các khuyến nghị đã đề cập ở điểm 1 mục 2.7.1 (xem thêm ở Khoản 5.3, TCVN 5729). 2.7.3. Kết cấu lớp phủ của dải phân cách giữa 1. Khi dải phân cách rộng d−ới 3,0m (kể cả với đ−ờng cao tốc vμ đ−ờng ôtô cấp I, II) thì phải thiết kế lớp phủ mặt bọc kín. Kết cấu lớp phủ mặt nμy có thể sử dụng loại tầng mặt cấp cao A1 hoặc A2 với một lớp móng vμ một lớp mặt có bề dμy tối thiểu nh− ở Bảng 2-4. Không nên sử dụng loại móng gia cố chất liên kết vô cơ để tránh nứt phản ảnh. 2. Tại các chỗ cắt dải phân cách giữa lμm chỗ quay đầu xe thì kết cấu áo đ−ờng cũng phải thiết kế giống nh− kết cấu trên phần xe chạy chính 3. Tr−ờng hợp tại dải phân cách giữa không bố trí lớp phủ thì phải tuân thủ các quy định về thoát n−ớc nêu ở mục 2.6.3 tiêu chuẩn nμy; các mục 4.4.3 của TCVN 4054 cho đ−ờng ô tô hoặc các mục 5.5.2, 5.5.3 của TCVN 5729 cho đ−ờng cao tốc. 2.7.4. Kết cấu áo đ−ờng trên các lμn xe phụ (lμn xe phụ leo dốc, lμn chuyển tốc) trên các đ−ờng nhánh tại các nút giao thông vμ đ−ờng nhánh ra vμo các khu dịch vụ dọc tuyến. 1. Phải dự báo đ−ợc số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngμy đêm ở năm tính toán trên một lμn xe vμ cả số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn thiết kế để lμm căn cứ thiết kế kết cấu áo đ−ờng riêng cho mỗi tr−ờng hợp vμ mỗi đoạn cụ thể trên tuyến vμ việc thiết kế vẫn theo đúng các chỉ dẫn của tiêu chuẩn nμy. Không nhất thiết phải thiết kế kết cấu áo đ−ờng cho các tr−ờng hợp nμy giống nh− kết cấu áo đ−ờng của các lμn xe trên phần xe chạy chính. Riêng trong phạm vi 30m của đoạn nối trực tiếp với đ−ờng cao tốc, đ−ờng cấp I vμ cấp II thì kết cấu áo đ−ờng của đ−ờng nhánh phải có tầng mặt lμ loại cấp cao A2 trở lên. 2.7.5. Kết cấu áo đ−ờng trên cầu Phải tuân thủ các yêu cầu đề cập ở Khoản 8.7 của TCVN 4054 : 2005 33
34. 2.7.6. Kết cấu áo đ−ờng tại trạm thu phí Trong phạm vi khu vực trạm thu phí không nên sử dụng kết cấu áo đ−ờng mềm. Tr−ờng hợp không có điều kiện xây dựng các loại mặt đ−ờng cứng (các loại mặt đ−ờng có tầng mặt bằng bê tông xi măng) thì phải sử dụng kết cấu tầng mặt cấp cao A1 bằng bê tông nhựa có tính ổn định cao (có thể sử dụng bitum polime) với tầng móng trên bằng cấp phối sỏi cuội (đá) gia cố xi măng vμ móng d−ới bằng đất, cát gia cố xi măng (tham khảo thêm các quy định tại Khoản 9.10 của TCVN 5729). 2.7.7. Kết cấu áo đ−ờng của đ−ờng bên Không phụ thuộc vμo tiêu chuẩn các yếu tố hình học (xem ở mục 4.6.5 của TCVN 4054 : 05) vμ không phụ thuộc vμo cấp hạng đ−ờng chính lμ cấp I hoặc cấp II, việc thiết kế kết cấu áo đ−ờng của đ−ờng bên chỉ dựa vμo l−u l−ợng xe tính toán đã dự báo, vμo điều kiện môi tr−ờng tự nhiên cũng nh− điều kiện môi tr−ờng kinh tế - xã hội (nh− tình hình phân bố dân c−) dọc hai bên đ−ờng bên nh−ng vẫn phải tuân theo các nguyên tắc, yêu cầu cũng nh− các chỉ dẫn khác có liên quan đến các điều kiện nêu trên đã đề cập trong tiêu chuẩn nμy. 34
35. CH−ơng 3. Tính toán c−ờng độ vμ bề dμy kết cấu áo đ−ờng 3.1 Các yêu cầu vμ nguyên tắc tính toán: 3.1.1. Yêu cầu tính toán Sau khi căn cứ vμo các quy định vμ chỉ dẫn ở Ch−ơng 2 để đ−a ra các ph−ơng án cấu tạo kết cấu nền áo đ−ờng thì yêu cầu của việc tính toán lμ kiểm tra xem các ph−ơng án, cấu tạo đó có đủ c−ờng độ không, đồng thời tính toán xác định loại bề dμy cần thiết của mỗi lớp kết cấu vμ có thể phải điều chỉnh lại bề dμy của mỗi lớp theo kết quả tính toán. Kết cấu nền áo đ−ờng mềm đ−ợc xem lμ đủ c−ờng độ nếu nh− trong suốt thời hạn thiết kế quy định ở mục 1.3.2 d−ới tác dụng của ô tô nặng nhất vμ của toμn bộ dòng xe trong bất kỳ lớp nμo (kể cả nền đất) cũng không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của các lớp liền khối không bị phá vỡ vμ độ võng đμn hồi của kết cấu không v−ợt quá trị số cho phép. 3.1.2. Các tiêu chuẩn c−ờng độ Theo yêu cầu nêu trên, nội dung tính toán chính lμ tính toán kiểm tra 3 tiêu chuẩn c−ờng độ d−ới đây: 1. Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất vμ các lớp vật liệu chịu cắt tr−ợt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo trong chúng không xảy ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phát sinh biến dạng dẻo); 2. Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối nhằm hạn chế sự phát sinh nứt dẫn đến phá hoại các lớp đó; 3. Kiểm toán độ võng đμn hồi thông qua khả năng chống biến dạng biểu thị bằng trị số mô đun đμn hồi Ech của cả kết cấu nền áo đ−ờng so với trị số mô đun đμn hồi yêu cầu Eyc. Tiêu chuẩn nμy nhằm đảm bảo hạn chế đ−ợc sự phát triển của hiện t−ợng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu d−ới tác dụng trùng phục của xe cộ, do đó bảo đảm duy trì đ−ợc khả năng phục vụ của cả kết cấu đến hết thời hạn thiết kế. 3.1.3. Cơ sở của ph−ơng pháp tính toán: Cơ sở của ph−ơng pháp tính toán theo 3 tiêu chuẩn giới hạn nêu trên lμ lời giải của bμi toán hệ bán không gian đμn hồi nhiều lớp có điều kiện tiếp xúc giữa các lớp lμ hoμn toμn liên tục d−ới tác dụng của tải trọng bánh xe (đ−ợc mô hình hoá lμ tải trọng phân bố đều hình tròn t−ơng đ−ơng với diện tích tiếp xúc của bánh xe trên mặt đ−ờng), đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng vμ khai thác đ−ờng trong nhiều năm để đ−a ra các quy định về các tiêu chuẩn giới hạn cho phép. 3.1.4. Về yêu cầu tính toán theo 3 điều kiện giới hạn 1. Đối với kết cấu áo đ−ờng cấp cao A1 vμ A2 đều phải tính toán kiểm tra theo 3 tiêu chuẩn c−ờng độ nêu ở 3.1.2. 35
36. 2. Về thứ tự tính toán, nên bắt đầu tính theo tiêu chuẩn độ võng đμn hồi, sau đó kiểm toán theo điều kiện cân bằng tr−ợt vμ khả năng chịu kéo uốn. 3. Đối với áo đ−ờng cấp thấp B1 vμ B2 không yêu cầu kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn vμ điều kiện tr−ợt. 4. Khi tính toán kết cấu áo đ−ờng chịu tải trọng rất nặng (tải trọng trục trên 120 kN ở đ−ờng công nghiệp hoặc đ−ờng chuyên dụng) thì cần tính tr−ớc theo điều kiện chịu cắt tr−ợt vμ điều kiện chịu kéo uốn, sau đó quy đổi tất cả các trục xe chạy trên đ−ờng về xe tiêu chuẩn 120 kN để tính theo độ võng đμn hồi. 5. Khi tính toán kết cấu áo lề có gia cố thì phải tính theo các tiêu chuẩn nh− đối với kết cấu áo đ−ờng của phần xe chạy liền kề. 3.1.5. Các thông số tính toán c−ờng độ vμ bề dμy áo đ−ờng mềm Cần phải xác định đ−ợc các thông số tính toán d−ới đây t−ơng ứng với thời kỳ bất lợi nhất về chế độ thuỷ nhiệt (tức lμ thời kỳ nền đất vμ c−ờng độ vật liệu của các lớp áo đ−ờng yếu nhất): - Tải trọng trục tính toán vμ số trục xe tính toán (cách xác định xem ở Khoản 3.2); - Trị số tính toán của mô đun đμn hồi Eo, lực dính C vμ góc nội ma sát ϕ t−ơng đ−ơng với độ ẩm tính toán bất lợi nhất của nền đất. Độ ẩm tính toán bất lợi nhất đ−ợc xác định tuỳ theo loại hình gây ẩm của kết cấu nền áo đ−ờng nh− chỉ dẫn ở Phụ lục B; - Trị số tính toán của mô đun đμn hồi E, lực dính C vμ góc nội ma sát ϕ của các loại vật liệu lμm áo đ−ờng; c−ờng độ chịu kéo uốn của lớp vật liệu (xem h−ớng dẫn ở Phụ lục C). Xét đến các điều kiện nhiệt ẩm, mùa hè lμ thời kỳ bất lợi vì m−a nhiều vμ nhiệt độ tầng mặt cao. Do vậy khi tính toán c−ờng độ theo tiêu chuẩn độ lún đμn hồi, chỉ tiêu của bê tông nhựa vμ các loại hỗn hợp đá nhựa đ−ợc lấy t−ơng ứng với nhiệt độ tính toán lμ 300C. Tuy nhiên, tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn thì tình trạng bất lợi nhất đối với bê tông nhựa vμ hỗn hợp đá dăm nhựa lại lμ mùa lạnh (lúc đó các vật liệu nμy có độ cứng lớn), do vậy lúc nμy lại phải lấy trị số mô đun đμn hồi tính toán của chúng t−ơng đ−ơng với nhiệt độ 10 – 150C. Khi tính toán theo điều kiện cân bằng tr−ợt thì nhiệt độ tính toán của bê tông nhựa vμ các loại hỗn hợp đá nhựa nằm phía d−ới vẫn lấy bằng 300C, riêng với lớp nằm trên cùng lấy bằng 600C. 3.2 Tải trọng trục tính toán vμ cách quy đổi số trục xe khác về số tải trọng trục tính toán 3.2.1. Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn: Khi tính toán c−ờng độ của kết cấu nền áo đ−ờng theo 3 tiêu chuẩn nêu ở mục 3.1.2, tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn đ−ợc quy định lμ trục đơn của ô tô có trọng l−ợng 100 kN đối với tất cả các loại áo đ−ờng mềm trên đ−ờng cao tốc, trên đ−ờng ô tô các cấp thuộc mạng l−ới chung vμ cả trên các đ−ờng đô thị từ cấp khu vực trở xuống. Riêng đối với kết cấu áo đ−ờng trên các đ−ờng trục chính đô thị vμ một số đ−ờng cao tốc hoặc đ−ờng ô tô thuộc mạng l−ới chung có điều kiện xe chạy đề cập ở mục 3.2.2 d−ới đây 36
37. thì tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn đ−ợc quy định lμ trục đơn trọng l−ợng 120 kN. Các tải trọng tính toán nμy đ−ợc tiêu chuẩn hoá nh− ở Bảng 3.1. Bảng 3.1: Các đặc tr−ng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Tải trọng trục tính toán áp lực tính toán lên mặt Đ−ờng kính vệt bánh xe, tiêu chuẩn, P (kN) đ−ờng, p (Mpa) D (cm) 100 0.6 33 120 0.6 36 3.2.2. Tải trọng trục tính toán trên đ−ờng có nhiều xe nặng l−u thông 1. Trên những đ−ờng có l−u thông các loại trục xe nặng khác biệt nhiều so với loại trục tiêu chuẩn ở Bảng 3.1 (nh− các đ−ờng vùng mỏ, đ−ờng công nghiệp chuyên dụng) thì kết cấu áo đ−ờng phải đ−ợc tính với tải trọng trục đơn nặng nhất có thể có trong dòng xe. Trong tr−ờng hợp nμy t− vấn thiết kế phải tự điều tra thông qua chứng chỉ xuất x−ởng của xe hoặc cân đo để xác định đ−ợc các đặc tr−ng p vμ D t−ơng ứng với trục đơn nặng nhất đó để dùng lμm thông số tính toán. Cách cân đo xác định p vμ D có thể tham khảo thực hiện theo mục 2.1.5 Quy trình 22 TCN 251- 98. Đối với các xe có nhiều trục thì việc xác định ra tải trọng trục nặng nhất tính toán có thể tham khảo ở Phụ lục A. 2. Nếu tải trọng trục đơn của xe nặng nhất không v−ợt quá 20% trị số tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn ở Bảng 3.1 vμ số l−ợng các trục nμy chiếm d−ới 5% tổng số trục xe tải vμ xe buýt các loại chạy trên đ−ờng thì vẫn cho phép tính toán theo tải trọng trục tiêu chuẩn tức lμ cho phép quy đổi các trục đơn nặng đó về trục xe tiêu chuẩn để tính toán; ng−ợc lại thì phải tính với tải trọng trục đơn nặng nhất theo chỉ dẫn ở điểm 4 mục 3.1.4. 3. Trên các đ−ờng cao tốc hoặc đ−ờng ô tô các cấp có l−u thông các trục đơn của xe nặng v−ợt quá 120 kN thoả mãn các điều kiện để cập ở điểm 2 nêu trên thì đ−ợc dùng tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn lμ 120 kN (tức lμ nếu trên đ−ờng có các trục đơn nặng trên 120 kN vμ d−ới 144 kN với số l−ợng chiếm d−ới 5% tổng số trục xe tải vμ xe buýt chạy trên đ−ờng thì lúc đó đ−ợc chọn tải trọng trục tính toán lμ 120 kN). 3.2.3. Quy đổi số tải trọng trục xe khác về số tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn (hoặc quy đổi về tải trọng tính toán của xe nặng nhất) Mục tiêu quy đổi ở đây lμ quy đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục i về số lần thông qua của tải trọng trục tính toán trên cơ sở t−ơng đ−ơng về tác dụng phá hoại đối với kết cấu áo đ−ờng: 1. Việc quy đổi phải đ−ợc thực hiện đối với từng cụm trục tr−ớc vμ cụm trục sau của mỗi loại xe khi nó chở đầy hμng với các quy định sau: - Cụm trục có thể gồm m trục có trọng l−ợng mỗi trục nh− nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m =1, 2, 3 ); 37
38. - Chỉ cần xét đến (tức lμ chỉ cần quy đổi) các trục có trọng l−ợng trục từ 25 kN trở lên; - Bất kể loại xe gì khi khoảng cách giữa các trục ≥ 3,0m thì việc quy đổi đ−ợc thực hiện riêng rẽ đối với từng trục; - Khi khoảng cách giữa các trục < 3,0m (giữa các trục của cụm trục) thì quy đổi gộp m trục có trọng l−ợng bằng nhau nh− một trục với việc xét đến hệ số trục C1 nh− ở biểu thức (3.1) vμ (3.2). 2. Theo các quy định trên, việc quy đổi đ−ợc thực hiện theo biểu thức sau: k PI 4,4 N = ∑ C1.C2 .ni .( ) ; (3.1) i=1 Ptt trong đó: N lμ tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán sẽ thông qua đoạn đ−ờng thiết kế trong một ngμy đêm trên cả 2 chiều (trục/ngμy đêm); ni lμ số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng l−ợng trục pi cần đ−ợc quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt (trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng nhất). Trong tính toán quy đổi th−ờng lấy ni bằng số lần của mỗi loại xe i sẽ thông qua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đ−ờng thiết kế trong một ngμy đêm cho cả 2 chiều xe chạy; C1 lμ hệ số số trục đ−ợc xác định theo biểu thức (3-2): C1=1+1,2 (m-1); (3-2) Với m lμ số trục của cụm trục i (xem điểm 1 của mục 3.2.3); C2 lμ 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. 3.3 Số trục xe tính toán trên một lμn xe vμ trên kết cấu áo lề có gia cố 3.3.1. Định nghĩa Số trục xe tính toán Ntt lμ tổng số trục xe đã đ−ợc quy đổi về trục xe tính toán tiêu chuẩn (hoặc trục xe nặng nhất tính toán nêu ở mục 3.2.2) sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đ−ờng thiết kế trong một ngμy đêm trên lμn xe chịu đựng lớn nhất vμo thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế quy định tại mục 1.2.3 tuỳ thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu áo đ−ờng. Xác định Ntt theo biểu thức (3-3): Ntt = Ntk . fl (trục/lμn.ngμy đêm); (3-3) trong đó: Ntk: lμ tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán trong một ngμy đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế. Trị số Ntk đ−ợc xác định theo biểu thức (3-1) nh−ng ni của mỗi loại tải trọng trục i đều đ−ợc lấy số liệu ở năm cuối của thời hạn thiết kế vμ đ−ợc lấy bằng số trục i trung bình ngμy đêm trong khoảng thời gian mùa m−a hoặc trung bình ngμy đêm trong cả năm (nếu ni trung bình cả năm lớn hơn ni trung bình trong mùa m−a) ; 38
39. fl: lμ hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi lμn xe đ−ợc xác định nh− ở mục 3.3.2 vμ 3.3.3. 3.3.2. Hệ số fl của các lμn xe trên phần xe chạy: 1. Trên phần xe chạy chỉ có 1 lμn xe thì lấy fl = 1,0; 2. Trên phần xe chạy có 2 lμn xe hoặc 3 lμn nh−ng không có dải phân cách thì lấy fl =0,55; 3. Trên phần xe chạy có 4 lμn xe vμ có dải phân cách giữa thì lấy fl =0,35; 4. Trên phần xe chạy có 6 lμn xe trở lên vμ có dải phân cách giữa thì lấy fl=0,3; 5. ở các chỗ nút giao nhau vμ chỗ vμo nút, kết cấu áo đ−ờng trong phạm vi chuyển lμn phải đ−ợc tính với hệ số fl = 0,5 của tổng số trục xe quy đổi sẽ qua nút. 3.3.3. Số trục xe tính toán trên kết cấu lề có gia cố: Số trục xe tính toán Ntt để thiết kế kết cấu áo lề gia cố trong tr−ờng hợp giữa phần xe chạy chính vμ lề không có dải phân cách bên đ−ợc lấy bằng 35 ữ 50% số trục xe tính toán của lμn xe cơ giới liền kề tuỳ thuộc việc bố trí phần xe chạy chính. Tr−ờng hợp phần xe chạy chỉ có 2 lμn xe trở xuống thì nên lấy trị số lớn trong phạm vi quy định nêu trên; còn tr−ờng hợp phần xe chạy có 4 lμn xe trở lên vμ có dải phân cách giữa thì lấy trị số nhỏ. 3.4 Tính toán c−ờng độ kết cấu nền áo đ−ờng vμ kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn độ võng đμn hồi cho phép 3.4.1. Điều kiện tính toán Theo tiêu chuẩn nμy kết cấu đ−ợc xem lμ đủ c−ờng độ khi trị số mô đun đμn hồi chung của cả kết cấu nền áo đ−ờng (hoặc của kết cấu áo lề có gia cố) Ech lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đμn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với một hệ số dự trữ c−ờng độ về độ dv võng K cd đ−ợc xác định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn dv Ech ≥ K cd . Eyc ; (3.4) 3.4.2. Xác định hệ số c−ờng độ vμ chọn độ tin cậy mong muốn dv 1. Hệ số c−ờng độ về độ võng K cd trong (3.4) đ−ợc chọn tuỳ thuộc vμo độ tin cậy thiết kế nh− ở Bảng 3-2. Bảng 3-2: Xác định hệ số c−ờng độ về độ võng phụ thuộc độ tin cậy Độ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80 dv Hệ số c−ờng độ K cd 1,29 1,17 1,10 1,06 1,02 2. Có thể chọn độ tin cậy thiết kế đối với các loại đ−ờng vμ cấp hạng đ−ờng nh− ở Bảng 3-3 theo nguyên tắc đ−ờng có tốc độ thiết kế cμng cao, thời hạn thiết kế cμng dμi thì chọn độ tin cậy cμng cao nh−ng không đ−ợc nhỏ hơn trị số nhỏ nhất ở Bảng 3-3. Ngoμi ra, chủ đầu t− có thể căn cứ vμo yêu cầu sử dụng để tự lựa chọn độ tin cậy muốn có cho công trình. 39
40. Bảng 3-3 : Lựa chọn độ tin cậy thiết kế tuỳ theo loại vμ cấp hạng đ−ờng (áp dụng cho cả kết cấu áo đ−ờng vμ kết cấu áo có lề gia cố) Loại, cấp hạng đ−ờng Độ tin cậy thiết kế 1. Đ−ờng cao tốc 0,90 , 0,95 , 0,98 2. Đ−ờng ô tô - Cấp I, II 0,90 , 0,95 , 0,98 - Cấp III, cấp IV 0,85 , 0,90 , 0,95 - Cấp V, VI 0,80 , 0,85 , 0,90 3. Đ−ờng đô thị - Cao tốc vμ trục chính đô thị 0,90 , 0,95 , 0,98 - Các đ−ờng đô thị khác 0,85 , 0,90 , 0,95 4. Đ−ờng chuyên dụng 0,80 , 0,85 , 0,90 3. Các đoạn đ−ờng nêu ở điểm 4 Khoản 1.4 khi thiết kế kết cấu áo đ−ờng cần chọn độ tin cậy cao hơn so với các đoạn thông th−ờng ít nhất lμ 1 cấp. 3.4.3. Xác định trị số mô đun đμn hồi yêu cầu Eyc 1. Trị số mô đun đμn hồi yêu cầu đ−ợc xác định theo Bảng 3-4 tuỳ thuộc số trục xe tính toán Ntt xác định theo biểu thức (3.4) vμ tuỳ thuộc loại tầng mặt của kết cấu áo đ−ờng thiết kế. Số trục xe tính toán đối với áo lề có gia cố phải tuân theo quy định ở mục 3.3.3 Bảng 3.4: Trị số mô đun đμn hồi yêu cầu Loại tải Trị số mô đun đμn hồi yêu cầu Eyc (MPa), t−ơng ứng với số trục xe trọng Loại tầng tính toán (xe/ngμy đêm/lμn) trục tiêu mặt chuẩn 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 7000 Cấp cao A1 133 147 160 178 192 207 224 235 10 Cấp cao A2 91 110 122 135 153 Cấp thấp B1 64 82 94 Cấp cao A1 127 146 161 173 190 204 218 235 253 12 Cấp cao A2 90 103 120 133 146 163 Cấp thấp B1 79 98 111 2. Trị số mô đun đμn hồi yêu cầu xác định đ−ợc theo Bảng 3-4 không đ−ợc nhỏ hơn trị số tối thiểu quy định ở Bảng 3-5. Chú ý: Không đ−ợc phép dùng trị số tối thiểu của mô đun đμn hồi yêu cầu ở Bảng 3-5 nh− một căn cứ đề xuất nhiệm vụ thiết kế kết cấu áo đ−ờng (kể cả trong giai đoạn thiết kế cơ sở phục vụ cho việc lập dự án khả thi) để tránh việc điều tra dự báo l−ợng giao thông theo mục 1.5.2. Trong mọi tr−ờng hợp tr−ớc hết đều phải tiến hμnh điều tra dự báo l−ợng giao thông để từ đó xác định ra trị số mô đun đμn hồi yêu cầu tuỳ theo số 40
41. trục xe tính toán nh− ở Bảng 3-4 rồi sau đó mới so sánh với trị số ở Bảng 3-5 vμ chọn trị số lớn hơn lμm trị số Eyc thiết kế. Bảng 3-5: Trị số tối thiểu của mô đun đμn hồi yêu cầu (MPa) Loại tầng mặt của kết cấu áo đ−ờng thiết kế Loại đ−ờng vμ cấp đ−ờng Cấp cao Cấp thấp Cấp cao A1 A2 B1 1. Đ−ờng ô tô - Đ−ờng cao tốc vμ cấp I 180 (160) - Đ−ờng cấp II 160 (140) - Đ−ờng cấp III 140 (120) 120 (95) - Đ−ờng cấp IV 130 (110) 100 (80) 75 - Đ−ờng cấp V 80 (65) Không quy - Đ−ờng cấp VI định 2. Đ−ờng đô thị - Đ−ờng cao tốc vμ trục chính 190 - Đ−ờng chính khu vực 155 130 - Đ−ờng phố 120 95 70 - Đ−ờng công nghiệp vμ kho tμng 155 130 100 - Đ−ờng xe đạp, ngõ 100 75 50 Ghi chú Bảng 3-5: - Các trị số trong ngoặc lμ mô đun đμn hồi yêu cầu tối thiểu đối với kết cấu lề gia cố. 3.4.4. Các tr−ờng hợp tính toán, ph−ơng pháp tính toán vμ cách xác định Ech Sau khi xác định trị số mô đun đμn hồi yêu cầu sẽ có thể có 2 tr−ờng hợp tính toán: 1. Kiểm toán lại các ph−ơng án cấu tạo kết cấu nền áo đ−ờng đã đề xuất gồm các lớp vật liệu với bề dμy đã giả thiết xem có thoả mãn điều kiện (3.4) hay không. Trong tr−ờng hợp nμy phải tính đ−ợc Ech của cả kết cấu rồi so sánh với dv tích số K cd . Eyc để đánh giá. Đây cũng lμ tr−ờng hợp tính toán để đánh giá c−ờng độ của kết cấu nền áo đ−ờng cũ hiện có. dv 2. Biết tích số K cd . Eyc, tiến hμnh tính toán bề dμy áo đ−ờng để thoả mãn điều kiện (3.4) Đối với cả 2 tr−ờng hợp nêu trên việc tính toán đều có thể đ−ợc thực hiện với toán đồ ở Hình 3-1 41
42. Hình 3-1: Toán đồ để xác định mô đun đμn hồi chung của hệ 2 lớp Ech Ech (Trị số ghi trên các đ−ờng cong lμ tỷ số ) E1 Theo toán đồ, nếu biết mô đun đμn hồi của nền trong phạm vi khu vực tác dụng E0 dc (cách xác định E0 xem ở mục 3.4.6), mô đun đμn hồi trung bình E tb đã điều chỉnh (tức lμ E1) của cả kết cấu áo đ−ờng (cách xác định xem ở mục 3.4.5) vμ tổng bề dμy kết cấu dv dc áo đ−ờng H thì sẽ tính đ−ợc Ech; ng−ợc lại biết Ech = K cd . Eyc, biết E tb tức lμ E1 vμ E0 thì sẽ tính toán đ−ợc bề dμy H cần thiết để thoả mãn điều kiện (3. 5). Trong tr−ờng hợp kết cấu áo đ−ờng có tổng bề dμy lớn (H/D>2) thì việc tính toán Ech có thể đ−ợc tính theo công thức gần đúng nh− chỉ dẫn ở Phụ lục F. 42
43. 3.4.5. Cách xác định trị số mô đun đμn hồi trung bình Etb vμ trị số mô đun đμn hồi chung Ech của kết cấu áo đ−ờng có nhiều lớp . Vì kết cấu áo đ−ờng mềm th−ờng có nhiều lớp nên cần quy đổi về hệ 2 lớp để áp dụng dạng toán đồ Hình 3-1. Việc quy đổi đ−ợc thực hiện đối với 2 lớp một từ d−ới lên theo sơ đồ ở Hình 3-2 vμ biểu thức (3.5) Hình 3-2: Sơ đồ đổi hệ 3 lớp về hệ 2 lớp (Các lớp ký hiệu số thứ tự tăng dần từ d−ới lên) 3 1 ⎡ 3 ⎤ ' 1 + k.t E tb = E1 ⎢ ⎥ ; (3-5) ⎢ 1 + k ⎥ ⎣ ⎦ trong đó: k =h2/h1; t =E2/E1 với h2 vμ h1 lμ chiều dμy lớp trên vμ lớp d−ới của áo đ−ờng; E2 vμ E1 lμ mô đun đμn hồi của vật liệu lớp trên vμ lớp d−ới. Việc đổi hệ nhiều lớp vμ hệ 2 lớp đ−ợc tiến hμnh từ d−ới lên, có hai lớp vật liệu quy đổi ’ ' về một lớp bề dμy H = h1 + h2 vμ có trị số mô đun đμn hồi E tb tính theo (3.5). ’ ' Sau đó lại xem lớp H (với E tb ) lμ lớp d−ới vμ tiếp tục quy đổi nó cùng với lớp trên nó ’ ' ' thμnh một lớp có bề dμy H = H + h3 vμ E tb tính theo (3.5) nh−ng với E tb lớp nμy đóng ’ ' vai trò E1 vμ K = h3/H , t=E3/E tb . Sau khi quy đổi nhiều lớp áo đ−ờng về một lớp thì cần nhân thêm với Etb một hệ số dc điều chỉnh β xác định theo Bảng 3-6 để đ−ợc trị số E tb : dc ' 0,12 E tb = β. E tb với β =1,114.(H/D) (3-6) Bảng 3-6: Hệ số điều chỉnh β Tỷ số H/D 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 Hệ số β 1,033 1,069 1,107 1,136 1,178 1,198 1,210 Chú thích Bảng 3-6 vμ biểu thức 3-6 : - H lμ bề dμy toμn bộ của kết cấu áo đ−ờng; D lμ đ−ờng kính vệt bánh xe tính toán. Khi H/D >2 thì có thể tính β theo biểu thức (3-6). dc - Tr−ờng hợp tính E tb theo (3-6) cho kết quả lớn hơn cả trị số mô đun đμn hồi dc lớn nhất của vật liệu trong các lớp kết cấu đem quy đổi thì chỉ đ−ợc lấy E tb bằng trị số mô đun đμn hồi lớn nhất đó. 43
44. dc Trị số E tb tính theo (3.6) dùng để tính toán tiếp trị số Ech của cả kết cấu theo toán đồ Hình 3-1 vμ nh− vậy cách thiết kế tiện lợi nhất đối với hệ nhiều lớp lμ áp dụng tr−ờng hợp 1 nêu ở mục 3.4.4. Tr−ờng hợp muốn tính bề dμy thì cần giả thiết tr−ớc cấu tạo các lớp vật liệu (biết mô đun đμn hồi của các lớp nμy vμ tỷ số bề dμy giữa các lớp kề nhau), từ đó theo (3.5) tính ra Etb, với Etb (ch−a điều chỉnh) vμ cho Ech= Eyc lại áp dụng toán đồ Hình 3-1 để tính đ−ợc tỷ số H/D để xác định bề dμy H của áo đ−ờng một cách gần đúng (gần đúng vì Etb lúc nμy ch−a đ−ợc điều chỉnh do chính hệ số β lại phụ thuộc vμo H/D). Để chính xác hoá trị số H cần dựa vμo tỷ số H/D tính đ−ợc với Etb ch−a điều chỉnh nμy để giả thiết vμi trị số H/D khác nhỏ hơn rồi tính nghiệm lại theo cách thử dần cho đến khi vừa thoả mãn cả (3.5) vμ điều kiện (3.4). Với tỷ số H/D đ−ợc chính xác hoá vμ với tỷ số bề dμy đã giả thiết ta sẽ tính đ−ợc bề dμy của các lớp áo đ−ờng thiết kế. 3.4.6. Xác định trị số mô đun đμn hồi E0 trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đất d−ới áo đ−ờng 1. Đối với kết cấu áo đ−ờng mới ở giai đoạn thiết kế cơ sở lập dự án đầu t−, t− vấn thiết kế phải thực hiện thí nghiệm xác định E0 t−ơng ứng với loại hình gây ẩm dự báo trên các mẫu thí nghiệm trong phòng theo các ph−ơng pháp chỉ dẫn ở Phụ lục B, thí nghiệm xác định chỉ số sức chịu tải CBR vμ dùng t−ơng quan E0 = f(CBR) thực nghiệm để gián tiếp xác định ra E0 đồng thời so sánh các kết quả trên với các trị số tra bảng tuỳ theo độ chặt vμ độ ẩm (t−ơng đối) bất lợi nhất để quyết định trị số E0 dùng trong tính toán c−ờng độ kết cấu nền áo đ−ờng cho từng đoạn đ−ờng khác nhau dọc tuyến (khi tra bảng xác định E0 tr−ớc hết phải xác định loại hình gây ẩm đối với kết cấu nền áo đ−ờng thiết kế nh− chỉ dẫn ở Phụ lục B). Trong tr−ờng hợp khu vực tác dụng của nền đ−ờng gồm nhiều lớp không đồng nhất về vật liệu, về loại đất, về độ chặt vμ độ ẩm (nh− tr−ờng hợp có bố trí lớp đáy áo đ−ờng hoặc tr−ờng hợp nền đμo hoặc nền đắp với các lớp đất khác nhau) thì từ trị số mô đun đμn hồi thí nghiệm của các lớp Etn hoặc từ trị số CBR của các lớp khác nhau đó phải tính ra trị số Etn trung bình hoặc trị số CBR trung bình cho cả phạm vi khu vực tác dụng theo các cách chỉ dẫn ở Phụ lục B để suy ra trị số mô đun đμn hồi E0 đại diện cho cả phạm vi khu vực tác dụng của nền đ−ờng. 2. ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật vμ thiết kế bản vẽ thi công đối với kết cấu áo đ−ờng mới, t− vấn thiết kế phải dự tính vμ kịp thời bố trí đo ép tại hiện tr−ờng bằng bản ép đ−ờng kính 33cm để xác định trị số của mô đun đμn hồi E0 theo ph−ơng pháp chỉ dẫn ở Phụ lục D ngay trên các đoạn nền đ−ờng điển hình vừa thi công xong để kiểm nghiệm lại trị số E0 đã dùng khi tính toán thiết kế. Nếu trị số E0 thực đo nhỏ hơn trị số đã dùng để thiết kế thì phải kịp thời đ−a ra các giải pháp điều chỉnh lại kết cấu thiết kế (tăng c−ờng c−ờng độ nền đất trong phạm vi khu vực tác dụng hoặc tăng bề dμy lớp móng áo đ−ờng). Việc đo ép 44
45. nên cố gắng thực hiện vμo thời kỳ bất lợi của nền đ−ờng, nếu đo ép vμo mùa khô thì có thể tham khảo Phụ lục B để điều chỉnh về thời kỳ bất lợi. 3. Tr−ờng hợp thiết kế cải tạo, tăng c−ờng kết cấu áo đ−ờng cũ, khi cần thiết cũng có thể sử dụng ph−ơng pháp đo ép thử nghiệm tại hiện tr−ờng nh− chỉ dẫn ở Phụ lục D để xác định trị số mô đun đμn hồi của nền đất trong phạm vi khu vực tác dụng nhằm phục vụ cho tính toán thiết kế. 4. Khi thiết kế kết cấu có tầng mặt lμ loại cấp thấp B1 hoặc B2, nếu không có điều kiện thí nghiệm ở trong phòng (nh− nêu ở điểm 1) vμ đo ép hiện tr−ờng (nh− nêu ở điểm 2) thì cho phép chủ yếu dựa vμo các bảng ở Phụ lục B để xác định trị số E0 dùng trong tính toán ở cả mọi giai đoạn thiết kế. Tuy nhiên vẫn phải đánh giá chất l−ợng của nền bằng chỉ tiêu CBR vμ thông qua các t−ơng quan E0 =f(CBR) để kiểm tra lại trị số E0 đã chọn theo cách tra bảng, nếu có sự sai khác thì chọn trị số Eo nhỏ hơn giữa chúng để tính toán thiết kế. 3.4.7. Xác định trị số mô đun đμn hồi của các lớp vật liệu trong kết cấu áo đ−ờng. 1. Trong mọi giai đoạn thiết kế, đối với các đ−ờng ô tô với tầng mặt lμ loại đ−ờng cấp thấp B1, B2 thì trị số mô đun đμn hồi của các lớp kết cấu bằng các loại vật liệu khác nhau đều đ−ợc phép lấy theo trị số ở các bảng của Phụ lục C trong tiêu chuẩn nμy để tính toán thiết kế. Điều nμy không áp dụng đối với đ−ờng thiết kế có tầng mặt lμ loại cấp cao A1 vμ A2. 2. Khi thiết kế kết cấu áo đ−ờng có tầng mặt lμ loại cấp cao A1 vμ A2 thì ngay trong giai đoạn thiết kế cơ sở lập dự án đầu t− đã phải thực hiện các việc sau đây: - Thiết kế thμnh phần hỗn hợp vật liệu cho mỗi lớp kết cấu (tỷ lệ phối hợp các thμnh phần hạt, tỷ lệ trộn vật liệu hạt khoáng với chất liên kết) nh− đối với lớp bê tông nhựa, lớp đất loại đá gia cố chất liên kết, lớp cấp phối đá dăm hoặc cấp phối thiên nhiên trên cơ sở các vật liệu thực tế dự kiến sẽ sử dụng dọc tuyến; theo đó chế bị các mẫu vật liệu t−ơng ứng với thμnh phần đã thiết kế nêu trên, tiến hμnh các thí nghiệm trong phòng nh− cách đã chỉ dẫn ở Phụ lục C để xác định trị số mô đun đμn hồi thí nghiệm của chúng. - So sánh các số liệu thí nghiệm trong phòng với các trị số tra bảng ở Phụ lục C để quyết định trị số mô đun đμn hồi dùng để tính toán đối với mỗi lớp kết cấu (dùng trị số nhỏ hơn). 3. ở các giai đoạn thiết kế tiếp theo cũng thực hiện các việc nêu trên nhằm chính xác hoá trị số thông số tính toán cho từng đoạn đ−ờng có điều kiện vật liệu tại chỗ khác nhau. 4. Trong mọi tr−ờng hợp, trị số mô đun đμn hồi của vật liệu phải đ−ợc xác định ở nhiệt độ tính toán nh− quy định ở mục 3.1.5. 45
46. 3.5 Tính toán c−ờng độ kết cấu nền áo đ−ờng vμ kết cấu áo lề có gia cố theo tiêu chuẩn chịu cắt tr−ợt trong nền đất vμ các lớp vật liệu kém dính kết. 3.5.1. Điều kiện tính toán : Kết cấu nền áo đ−ờng có tầng mặt lμ loại A1, A2 vμ B1 đ−ợc xem lμ đủ c−ờng độ khi thoả mãn biểu thức (3.7): Ctt Tax + Tav ≤ tr ; (3.7) K cd trong đó: Tax : ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa); Tax đ−ợc xác định theo mục 3.5.2. Tav : ứng suất cắt hoạt động do trọng l−ợng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa). Tav đ−ợc xác định theo mục 3.5.3. tr K cd lμ hệ số c−ờng độ về chịu cắt tr−ợt đ−ợc chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế nh− ở Bảng 3-7. Bảng 3-7: Chọn hệ số c−ờng độ về cắt tr−ợt tùy thuộc độ tin cậy Độ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80 tr Hệ số K cd 1,10 1,00 0,94 0,90 0,87 Việc chọn độ tin cậy thiết kế đ−ợc thực hiện cho cả kết cấu áo đ−ờng vμ kết cấu áo lề theo chỉ dẫn ở Bảng 3-3. Ctt : Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm, độ chặt tính toán. Xác định theo ph−ơng pháp thí nghiệm cắt nhanh nh− chỉ dẫn ở Phụ lục B với các hệ số xét đến một số yếu tố ảnh h−ởng khác xem mục 3.5.4. Chú ý: Không cần kiểm tra điều kiện (3.7) đối với kết cấu áo đ−ờng có tầng mặt lμ loại cấp thấp B1, B2. 3.5.2. Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất Tax T Việc xác định T đ−ợc thực hiện thông qua việc xác định ax (biết p sẽ tính đ−ợc T ) ax p ax H H theo toán đồ Hình 3-2 (khi = 0 ữ 2,0 ) hoặc toán đồ Hình 3-3 (khi = 0 ữ 4,0 ). D D Các toán đồ nμy đ−ợc lập theo sơ đồ tính toán hệ 2 lớp có sự lμm việc đồng thời giữa các lớp áo đ−ờng phía trên vμ nền đất phía d−ới với hệ số Poisson μ1 = 0,25 đối với vật liệu áo đ−ờng vμ μ2 = 0,35 đối với nền đất, trong đó thể hiện mối quan hệ giữa tỷ số H/D (bề dμy t−ơng đối của áo đ−ờng), tỷ số mô đun đμn hồi lớp trên vμ lớp d−ới E1/E2 với tỷ số Tax/p (p lμ áp lực của tải trọng tính toán) đối với các tr−ờng hợp góc ma sát trong của nền đất ϕ khác nhau. Trình tự xác định Tax/p đ−ợc chỉ dẫn bằng các mũi tên trên toán đồ vμ l−u ý cũng phải chọn trị số ϕ ở trạng thái tính toán bất lợi (Phụ lục B). 46
47. H/D Tax p Hình 3-2: Toán đồ xác định ứng suất tr−ợt từ tải trọng bánh xe ở lớp d−ới của hệ hai lớp (H/D = 0ữ2,0) H/D Tax p Hình 3-3: Toán đồ để xác định ứng suất tr−ợt từ tải trọng bánh xe ở lớp d−ới của hệ hai lớp (H/D = 0ữ4,0). Khi kiểm tra tr−ợt trong nền đất d−ới đáy áo đ−ờng, để áp dụng toán đồ tìm Tax phải đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp theo cách nêu ở mục 3.4.5 (công thức 3.5 vμ 3.6); lúc nμy 47
48. trị số Etb tính đ−ợc đóng vai trò E1 vμ trị số mô đun đμn hồi của nền đất E0 đóng vai trò của E2. Khi kiểm tra tr−ợt trong lớp vật liệu kém dính thì trị số E2 phải đ−ợc thay bằng trị số mô đun đμn hồi chung Ech ở trên mặt lớp đó (trong khi c vμ ϕ vẫn dùng trị số tính toán của lớp đó), còn trị số E1 phải đ−ợc thay bằng trị số mô đun đμn hồi trung bình Etb của các lớp nằm trên nó. Lúc nμy trị số Ech đ−ợc xác định theo cách nêu ở 3.4.4 vμ toán đồ ở Hình 3-1 với trị số Etb cũng đ−ợc xác định theo (3.5) vμ (3.6). 3.5.3. Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng l−ợng bản thân Tav Xác định Tav đ−ợc thực hiện với toán đồ Hình 3-4 tuỳ thuộc vμo bề dμy tổng cộng H của các lớp nằm trên lớp tính toán vμ trị số ma sát trong ϕ của đất hoặc vật liệu lớp đó. Chú ý rằng trị số Tav có thể mang dấu âm hoặc d−ơng vμ phải dùng dấu đó trong công thức (3.7). +Tav ϕ =5° 0.003 0.002 ϕ =10° ϕ =13° 0.001 Chiều dầy 20 40 60 80 100 0 mặt h= (cm) 0.001 ϕ =20° 0.002 0.003 0.004 ϕ =30° 0.005 0.006 0.007 ϕ =40° 0.008 T av ( MPa ) Hình 3-4: Toán đồ tìm ứng suất cắt hoạt động Tav do trọng l−ợng bản thân mặt đ−ờng (ở toán đồ nμy Tav đ−ợc tính bằng MPa). 3.5.4. Xác định trị số lực dính tính toán Ctt Trị số Ctt đ−ợc xác định theo biểu thức (3.8) Ctt = C. K1. K2 . K3 ; (3.8) trong đó: 48
49. C: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu t−ơng ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán (MPa); với đất nền phải tiêu biểu cho sức chống cắt tr−ợt của cả phạm vi khu vực tác dụng của nền đ−ờng; K1 : hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt tr−ợt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động vμ gây dao động. Với kết cấu nền áo đ−ờng phần xe chạy thì lấy K1=0,6; với kết cấu áo lề gia cố thì lấy K1 = 0,9 để tính toán; K2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự lμm việc không đồng nhất của kết cấu; các yếu tố nμy gây ảnh h−ởng nhiều khi l−u l−ợng xe chạy cμng lớn, do vậy K2 đ−ợc xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mμ kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngμy đêm nh− ở Bảng 3-8. Bảng 3-8: Xác định hệ số K2 tuỳ thuộc số trục xe tính toán Số trục xe tính toán D−ới D−ới D−ới Trên (trục/ngμy đêm/lμn) 100 1000 5000 5000 Hệ số K2 1,0 0,8 0,650,6 Ghi chú Bảng 3-8: 1. Số trục xe tính toán đ−ợc xác định theo mục 3.3.3; 2. Khi kiểm toán điều kiện chịu cắt tr−ợt của kết cấu áo lề có gia cố thì lấy hệ số K2 = 1,0; riêng với kết cấu áo lề có tầng mặt loại cấp thấp B1 thì đ−ợc lấy K2 = 1,23. K3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt tr−ợt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng lμm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử (đất hoặc vật liệu đ−ợc chặn giữ từ các phía ); ngoμi ra hệ số nμy còn để xét đến sự khác biệt về điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo đ−ờng với nền đất so với điều kiện xem nh− chúng dính kết chặt (tạo ra sự lμm việc đồng thời) khi áp dụng toán đồ Hình 3-2 vμ 3-3 cho cả tr−ờng hợp nền đất bằng đất kém dính. Cụ thể trị số K3 đ−ợc xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng của nền đ−ờng nh− d−ới đây: - Đối với các loại đất dính (sét, á sét, á cát ) K3 = 1,5; - Đối với các loại đất cát nhỏ K3 = 3,0; - Đối với các loại đất cát trung K3 = 6,0; - Đối với các loại đất cát thô K3 = 7,0. 3.5.5. Xác định các thông số phục vụ việc tính toán theo điều kiện chịu cắt tr−ợt 1. Việc xác định trị số mô đun đμn hồi của nền đất vμ các lớp vật liệu cũng thực hiện nh− các quy định ở các mục 3.1.5, 3.4.6 vμ 3.4.7. 2. Đối với nền đất vμ các vật liệu kém dính, trong giai đoạn thiết kế cơ sở có thể tham khảo các trị số C, ϕ trong các bảng ở Phụ lục B vμ Phụ lục C để tính toán nh−ng sang giai đoạn thiết kế kỹ thuật vμ thiết kế bản vẽ thi công đều phải thí nghiệm trong phòng để xác định trị số lực dính C vμ góc ma sát trong ϕ theo ph−ơng pháp cắt nhanh nh− chỉ dẫn ở Phụ lục B vμ Phụ lục C. 49