Quyết định 3230/QĐ-BGTVT 2012 Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng

QUYẾT ĐỊNH

BAN HÀNH QUY ĐỊNH TẠM THỜI VỀ THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG THÔNG THƯỜNG CÓ KHE NỐI TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

-----------------------------------

BỘ TRƯỞNG BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

Căn cứ Nghị định số 51/2008/NĐ-CP ngày 22/4/2008 của Chính phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Giao thông vận tải;

Xét đề nghị của Tổng cục Đường bộ Việt Nam tại Tờ trình số 66/TTr-TCĐBVN ngày 26/11/2012 về việc trình thẩm định, ban hành “Quy định tạm thời về kỹ thuật thiết kế mặt đường bê tông xi măng có khe nối trong xây dựng công trình giao thông”;

Theo đề nghị của Vụ trưởng Vụ Khoa học Công nghệ,

QUYẾT ĐỊNH:

Điều 1:Ban hành kèm theo Quyết định này“Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông”.

Điều 2.Quyết định này có hiệu lực kể từ ngày ký.

Điều 3.Chánh Văn phòng, Vụ trưởng các Vụ, Tổng cục trưởng Tổng cục Đường bộ Việt Nam, Cục trưởng các Cục thuộc Bộ, Viện trưởng Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, Giám đốc các Sở GTVT các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, Thủ trưởng các cơ quan, tổ chức và cá nhân có liên quan chịu trách nhiệm thi hành Quyết định này./.

QUY ĐỊNH TẠM THỜI

VỀ THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG THÔNG THƯỜNG CÓ KHE NỐI

TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14 tháng 12 năm 2012

của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải)

1. Phạm vi áp dụng:

1.1.Quy định tạm thời này quy định các yêu cầu và cung cấp các chỉ dẫn cần thiết để thiết kế kết cấu mặt đường bê tông xi măng (BTXM) thông thường có khe nối: trên các đường ô tô làm mới có cấp hạng khác nhau (bao gồm cả đường cao tốc); thiết kế mặt đường BTXM thông thường có khe nối trên các kết cấu mặt đường mềm

1.2.Quy định tạm thời này không áp dụng cho việc thiết kế sửa chữa mặt đường BTXM và thiết kế nâng cấp, cải tạo mặt đường BTXM cũ.

2. Tài liệu viện dẫn:

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm ban hành thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm ban hành thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

3. Thuật ngữ và định nghĩa:

3.1. Mặt đường bê tông xi măng(Cement concete pavement)

Mặt đường đường ô tô có tầng mặt bằng BTXM có thể có cốt thép, lưới thép hoặc không.

3.2. Mặt đường BTXM thông thường có khe nối (Jointed plain concete pavement - JPCP):

Là loại mặt đường có tầng mặt bằng các tấm BTXM kích thước hữu hạn, liên kết với nhau bằng các khe nối (khe dọc và khe ngang). Ngoại trừ các chỗ có khe nối và các khu vực cục bộ khác, trong tầng mặt BTXM loại này đều không bố trí cốt thép (mặt đường BTXM phân tấm không cốt thép).

3.3. Kết cấu áo đường BTXM thông thường (JPCP Structure)

Kết cấu này từ trên xuống dưới gồm các tầng lớp sau:

- Tầng mặt bằng BTXM thông thường(JPCP surfacing).

- Tầng móng(Road foundation)gồm lớp móng trên(Base)và lớp móng dưới(Sub-base).

- Lớp đáy móng(Capping layer);

+ Tạo một lòng đường chịu lực đồng nhất (đồng đều theo chiều rộng), có sức chịu tải tốt;

+ Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất và từ dưới lên tầng móng áo đường;

+ Tạo “hiệu ứng đe” để bảo đảm chất lượng đầm nén các lớp móng phía trên;

+ Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đường không gây hư hại nền đất phía dưới (nhất là khi thời tiết xấu).

Với mặt đường BTXM chỉ cần có lớp này khi nền đường có điều kiện địa chất bất lợi và thường xuyên chịu ảnh hưởng của các nguồn ẩm.

- Lớp nền đất trên cùng hay lớp nền thượng(Subgrade)là phần nền đường trong phạm vi 80 - 100cm, kể từ đáy lớp móng dưới trở xuống. Đây chính là khu vực tác dụng của nền đường, là phạm vi nền đường tham gia chịu tác dụng của tải trọng bánh xe truyền xuống.

Chức năng và yêu cầu thiết kế đối với mỗi tầng lớp nói trên sẽ được đề cập ở các mục tiếp theo trong tiêu chuẩn này. Chi tiết xem hình 3.1.

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo mặt đường BTXM thông tường có khe nối

3.4. Các cấp quy mô giao thông (Traffic classes)

Để thuận tiện cho việc thiết kế mặt đường BTXM thông thường, trong quy định kỹ thuật này, quy mô giao thông được chia thành 5 cấp tùy theo số lần tác dụng tích lũyN_ecủa trục xe 100kN lên vị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM, dự báo cho một làn xe phải chịu đựng trong suốt thời hạn phục vụ thiết kế như ở bảng 1.

Bảng 1: Phân cấp quy mô giao thông

Chú thích:N_eđược xác định theo biểu thức (A.3) ở phụ lục A.

4. Nội dung và yêu cầu thiết kế:

4.1. Thiết kế mặt đường BTXM thông thường gồm các nội dung sau:

1. Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường và cấu tạo lề đường;

2. Tính toán chiều dày các lớp kết cấu, xác định kích thước tấm BTXM và xác định các yêu cầu về vật liệu đối với mỗi lớp kết cấu;

3. Thiết kế cấu tạo các khe nối;

4. Thiết kế hệ thống thoát nước cho kết cấu mặt đường.

4.2. Yêu cầu chung đối với việc thiết kế mặt đường BTXM thông thường

4.2.1.Kết cấu mặt đường thiết kế phải phù hợp với công năng và cấp hạng đường thiết kế, phải phù hợp với điều kiện khí hậu, thủy văn, địa chất và vật liệu tại chỗ, cũng như phù hợp với các điều kiện xây dựng và bảo trì tại địa phương.

4.2.2.Kết cấu thiết kế phải đảm bảo trong thời hạn phục vụ quy định đáp ứng được lượng xe dự báo thiết kế lưu thông an toàn và êm thuận, cụ thể là:

1. Dưới tác dụng tổng hợp của tải trọng xe chạy trùng phục và tác dụng lặp đi lặp lại của sự biến đổi gradien nhiệt độ giữa mặt và đáy tấm BTXM, trong suốt thời hạn phục vụ, tầng mặt BTXM không bị phá hoại (không bị nứt vỡ) do mỏi, đồng thời cũng không bị nứt vỡ dưới tác dụng tổng hợp của một tải trọng trục xe lớn nhất đúng vào lúc xuất hiện gradien nhiệt độ lớn nhất. Hai trạng thái giới hạn tính toán nói trên phải được bảo đảm với một mức độ an toàn và tin cậy nhất định, để mặt đường BTXM đủ bền vững trong suốt thời hạn phục vụ yêu cầu.

2. Ngoài yêu cầu về cường độ và độ bền vững nói trên, tầng mặt BTXM còn phải đủ độ nhám để chống trơn trượt, phải chịu được tác dụng mài mòn của xe chạy và phải đủ bằng phẳng để bảo đảm tốc độ xe chạy thiết kế.

Để dự phòng mài mòn, tầng mặt BTXM được thiết kế tăng dày thêm 6,0mm so với chiều dày tính toán.

Các yêu cầu về độ nhám và độ bằng phẳng được quy định như sau:

+ Độ bằng phẳng:

- Đảm bảo các yêu cầu quy định tại tiêu chuẩn TCVN 8864:2011.

- Chỉ số IRI, m/km (TCVN 8865: 2011): Đường cao tốc, cấp I, cấp II, cấp III ≤ 2,0; Các cấp đường khác: ≤ 3,2;

+ Độ nhám: Chiều sâu cấu tạo rãnh chống trượt thông qua độ nhám trung bình bề mặt (TCVN 8866:2011).

Đối với đoạn đường bình thường của đường cao tốc, cấp I, cấp II, cấp III: 0,7 ≤ Htb ≤ 1,10;

Đối với đoạn đường đặc biệt của đường cao tốc, cấp I, cấp II, cấp III: 0,8 ≤ Htb ≤ 1,20;

Đối với đoạn đường bình thường của các cấp đường khác: 0,5 ≤ Htb ≤ 0,9;

Đối với đoạn đường đặc biệt của các cấp đường khác: 0,6 ≤ Htb ≤ 1,0;

5. Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM thông thường:

5.1. Cấu tạo tầng mặt BTXM thông thường và bố trí tấm BTXM tầng mặt trên mặt bằng.

5.1.1.Hình dạng kích thước và bố trí tấm BTXM tầng mặt trên mặt đường.

1. Nên sử dụng các tấm hình chữ nhật có chiều rộng (tức là khoảng cách giữa các khe dọc) trong phạm vi 3,00 ÷ 4,50m và chiều dài (tức là khoảng cách giữa các khe ngang) trong khoảng 4,00 ÷ 5,00m nhưng tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng của tấm không nên vượt quá 1,35 lần. Ở khu vực phía Nam nước ta chiều dài tấm không nên > 4,80m và nên là 4,50m.

2. Tại các đoạn đường cong trên bình đồ phải bố trí các tấm hình thang với 2 cạnh xiên kéo dài gặp nhau tại tâm của đường cong hoặc hướng mỗi cạnh xiên trùng với hướng pháp tuyến của đường cong. Chiều dài ở giữa tấm cũng nên chọn như đề cập ở điểm 1 nói trên.

3. Tại các chỗ chiều rộng mặt đường thay đổi và các chỗ nút giao nhau thường cần bố trí các tấm đặc biệt. Các tấm này nên có góc tấm lớn hơn 90° và không nên nhỏ hơn 80°, tại các góc nhọn nên bố trí thêm cốt thép gia cường (xem tại mục 5.6).

4. Cạnh dài của mỗi tấm phải trùng với hướng tuyến. Đầu khe ngang của các tấm liền kề không được bố trí lệch nhau.

5.1.2.Bố trí khe dọc

Phải căn cứ vào chiều rộng phần xe chạy, chiều rộng một làn xe, chiều rộng lề và chiều rộng một vệt máy rải BTXM có thể rải được để bố trí khe dọc nhưng vị trí khe dọc không được dưới vệt bánh xe.

5.1.3.Chiều rộng của tấm BTXM ở làn xe ngoài cùng

Nơi tiếp giáp với lề đất (không đặt được thanh liên kết với lề) thì chiều rộng này nên mở rộng thêm 0,6m so với chiều rộng một làn xe.

5.1.4.Chiều dày tấm BTXM

- Chiều dày tấm phải được xác định thông qua kiểm toán với 2 trạng thái giới hạn đã đề cập ở 4.2.2 và theo chỉ dẫn ở mục 8. Để thuận lợi cho việc kiểm toán, bước đầu có thể tham khảo các trị số chiều dày tấm tùy thuộc vào cấp hạng đường và quy mô giao thông như ở bảng 2.

Bảng 2: Chiều dày tấm BTXM thông thường tùy theo cấp hạng đường và quy mô giao thông (tham khảo)

5.1.5.Các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu đối với BTXM

1. Cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu đối với BTXM làm tầng mặt và đối với móng trên làm bằng bê tông nghèo hoặc bê tông đầm lăn được quy định ở điều 8.2.3.

2. Độ mài mòn xác định theo TCVN 3114:1993 không được lớn hơn 0,3 g/cm²đối với mặt đường BTXM đường cao tốc, đường ô tô cấp 1, cấp II, cấp III hoặc các đường có quy mô giao thông cực nặng, rất nặng và nặng và không được lớn hơn 0,6 g/cm²đối với mặt đường BTXM đường ô tô cấp IV trở xuống hoặc các đường có quy mô giao thông trung bình và nhẹ.

5.2. Cấu tạo tầng móng

5.2.1.Cả lớp móng trên và lớp móng dưới phải có khả năng chống xói, có độ cứng thích hợp và nên lựa chọn loại vật liệu cho lớp móng trên như ở bảng 3. Không được dùng lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm (CPĐD) cho các kết cấu mặt đường có quy mô giao thông từ cấp trung bình trở lên (móng trên bằng CPĐD chỉ được dùng cho cấp quy mô giao thông nhẹ).

Bảng 3: Chọn loại lớp móng trên tùy thuộc quy mô giao thông

* Chú thích bảng 3:

Đối với cấp phối đá dăm gia cố xi măng thường sử dụng tỷ lệ xi măng 3% ÷ 5%.

5.2.2.Chiều dày lớp móng trên

Tùy thuộc loại vật liệu có thể sơ bộ chọn chiều dày lớp móng trên trong phạm vi dưới đây:

- Móng trên bằng bê tông nghèo, bê tông đầm lăn: 120 ÷ 200mm;

- Móng trên bằng cấp phối đá gia cố xi măng: 150 ÷ 250mm;

- Móng trên bằng bê tông nhựa hoặc hỗn hợp đá dăm trộn nhựa: 70 ÷ 100mm;

- Móng trên bằng cấp phối đá dăm: 180 ÷ 200mm;

Nên chọn chiều dày lớp móng bằng chiều dày có thể lu chặt một lần.

5.2.3.Nếu sử dụng lớp móng trên là loại thấm thoát nước nhanh như đề cập ở điểm 7.1.1 thì lớp móng trên này có thể làm bằng đá dăm cấp phối hở gia cố bitum hoặc gia cố xi măng. Chiều dày lớp này tối thiểu bằng 100mm và phải được thiết kế có độ rỗng khoảng 16% ÷ 20% để bảo đảm đạt được hệ số thấmk≥ 300 m/ngày đêm (xem thêm ở 7.3.2).

Cấu tạo và tính toán hệ thống thoát nước được đề cập ở mục 7. Phía dưới đáy lớp móng trên thoát nước phải bố trí lớp móng dưới không thấm nước (bằng đá dăm cấp phối chặt gia cố bitum hoặc gia cố xi măng). Mặt lớp móng dưới nên rải thêm lớp láng nhựa dày 10mm hoặc lớp vải địa kỹ thuật không thấm nước.

5.2.4.Trên mặt lớp móng trên bằng bê tông nghèo hoặc bê tông đầm lăn phải rải một lớp chống thấm và cách ly dày tối thiểu 30mm bằng bê tông nhựa chặt. Trên mặt lớp móng trên bằng đá gia cố xi măng phải láng nhựa một lớp dày tối thiểu 10mm hoặc dùng màng chống thấm với lượng chất lỏng tạo màng tối thiểu 0,20 lít/m²(tưới làm 2 lần). Trên mặt lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm phải có lớp ngăn cách bằng giấy dầu hoặc vải địa kỹ thuật (Giấy dầu tuân thủ TC01:2010 và Vải địa kỹ thuật phải tuân thủ TCVN8871:2011).

5.2.5.Phải bố trí lớp móng dưới khi quy mô giao thông thiết kế từ cấp nặng trở lên (nặng, rất nặng, cực nặng). Với quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp trung bình và nhẹ thì có thể không bố trí lớp móng dưới.

5.2.6.Trong trường hợp quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp nặng thì có thể sử dụng cấp phối đá dăm loại có chỉ tiêu CBR ≥ 30% làm lớp móng dưới. Trường hợp quy mô giao thông rất nặng và cực nặng thì phải bố trí lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm (sỏi cuội) gia cố xi măng với tỷ lệ xi măng 3% ÷ 5% hoặc cấp phối đá dăm loại có chỉ tiêu CBR ≥ 100%.

Chiều dày lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm trong khoảng 180 ÷ 240mm, bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng trong khoảng 150 ÷ 200mm. Nên chọn chiều dày lớp bằng chiều dày tối đa có thể lu chặt 1 lần.

Yêu cầu thi công phải tuân thủ các TCVN 8859: 2011 đối với cấp phối đá dăm và TCVN 8858-2011 với cấp phối đá dăm (sỏi cuội) gia cố xi măng.

5.2.7.Nếu lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng hoặc bitum thì cấp phối đá dăm làm lớp móng dưới nên chọn loại có tỷ lệ cỡ hạt mịn (nhỏ hơn 0,075mm) dưới 7%.

5.2.8.Chiều rộng lớp móng trên phải rộng hơn chiều rộng phần xe chạy bằng BTXM mỗi bên 300mm nếu sử dụng công nghệ thi công đơn giản, và mỗi bên 650mm nếu sử dụng công nghệ ván khuôn trượt.

5.2.9.Lớp móng trên bằng bê tông nghèo và bê tông đầm lăn phải được xẻ các khe ngang trùng với vị trí các khe ngang của tầng mặt BTXM. Chiều rộng và chiều sâu cắt khe ngang của lớp móng cũng giống như quy định với tầng mặt BTXM ở điểm 6.2. Nếu một vệt thi công rộng hơn 7,5m thì cũng phải bố trí khe dọc.

5.2.10.Tùy theo yêu cầu của công nghệ thi công lớp móng trên, chiều rộng lớp móng dưới cũng phải mở rộng như đề cập ở 5.2.8. Trên mặt lớp móng dưới đã đầm nén chặt nếu có xe máy thi công đi lại thì nên láng nhựa một lớp tối thiểu dày 10mm.

5.3. Cấu tạo lớp đáy móng (lớp đệm):

5.3.1.Khi nền đường đạt các yêu cầu quy định trong tiêu chuẩn TCVN9436:2012 “Nền đường ô tô - Thi công và nghiệm thu” và đạt loại I về loại hình gây ẩm như đề cập ở phụ lục B của 22TCN 211-06 thì không cần bố trí lớp đáy móng.

5.3.2.Nếu nền đường không đạt các yêu cầu ở 5.3.1 thì phải bố trí lớp đáy móng. Cấu tạo và thiết kế lớp đáy móng trong trường hợp này cũng tuân thủ các quy định ở điều 2.5.2 của 22TCN 211-06.

5.3.3.Trong tính toán kết cấu mặt đường BTXM, lớp đáy móng được xem là phần trên cùng của nền đường.

5.4. Cấu tạo lề gia cố:

5.4.1.Đối với đường cao tốc đường cấp I, cấp II và đường có quy mô giao thông thiết kế thuộc các cấp cực nặng, rất nặng và nặng phải thiết kế cấu tạo kết cấu lề gia cố giống như mặt đường BTXM phần xe chạy (cả về tầng, lớp và vật liệu các lớp).

Ngoài các trường hợp nói trên, tầng móng của kết cấu lề gia cố (gồm cả móng trên, móng dưới) cũng phải thiết kế như móng của kết cấu mặt đường phần xe chạy (về chiều dày và vật liệu các lớp). Trong trường hợp này tầng mặt của kết cấu lề có thể bằng BTXM hoặc tầng mặt rải nhựa. Trường hợp đường có quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp trung bình thì tầng mặt kết cấu lề gia cố nên dùng bê tông nhựa nóng, nếu quy mô giao thông thuộc cấp nhẹ thì tầng mặt lề gia cố có thể dùng lớp láng nhựa.

5.4.2.Nếu móng trên của kết cấu lề gia cố là vật liệu hạt thì hàm lượng hạt mịn (< 0,075mm) không được quá 6%.

5.4.3.Nếu sử dụng tầng mặt lề bằng BTXM thì phải bố trí thanh liên kết dọc với tấm BTXM phần xe chạy và bố trí các khe ngang trên lề trùng với vị trí khe ngang trên phần xe chạy.

5.4.4.Nếu dùng kết cấu lề gia cố rải nhựa thì cũng phải kiểm toán kết cấu lề theo các quy định ở điều 3.3.3 và mục 3.4 của 22 TCN 211-06.

5.5. Các yêu cầu đối với nền đường:

5.5.1.Nền đất dưới kết cấu mặt đường BTXM phải đạt được đầy đủ các yêu cầu đã quy định ở TCVN 9436:2012 “Nền đường ô tô - Thi công và nghiệm thu” cũng như các quy định liên quan ở TCVN 4054:2005 và TCVN 5729:2012.

5.5.2.Trường hợp nền đường đắp trên đất yếu thi trước khi xây dựng mặt đường BTXM cần có các biện pháp xử lý để đạt được yêu cầu về độ lún cho phép còn lại trong thời hạn 30 năm kể từ khi xây dựng xong nền đắp đáp ứng yêu cầu ở Bảng 4.

Bảng 4 - Độ lún cho phép còn lại sau khi đắp xong nền đường 30 năm

Chú thích:

Tại vị trí sát mố cầu và cống chui (trong phạm vi chiều dài khoảng 7 ÷ 10m), cần phải bố trí bản quá độ và độ lún cho phép còn lại nêu trên là tại vị trí cuối của bản quá độ (phía xa mố cầu hoặc cống chui).

5.6. Bố trí thép tăng cường trong tấm BTXM ở các trường hợp đặc biệt:

5.6.1.Mặt đường BTXM thông thường ở các mép tấm tự do trên đoạn qua nền đất yếu, tại các vị trí từ đường chính ra các nhánh rẽ hoặc tiếp giáp với các loại kết cấu mặt đường khác nên bố trí thêm cốt thép gia cường. Cốt thép gia cường được bố trí cách mặt dưới của tấm 1/4 chiều dày tấm và không được nhỏ hơn 50mm với 2 thanh thép gờ đường kính 12 ÷ 16mm, khoảng cách 100mm hai đầu được uốn vai bò như hình vẽ 5.1.

Hình 5.1 Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường (đơn vị mm)

5.6.2.Đối với mặt đường BTXM có quy mô giao thông là nặng, rất nặng và cực nặng thì nên bố trí gia cường cốt thép ở góc của các tấm tại các vị trí khe dãn, khe thi công và tại các góc có cạnh mép tự do. Riêng đối với cấp cực nặng, còn nên bố trí thêm cốt thép gia cường ở tất cả các góc tấm của khe co. Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường ở góc tấm được thể hiện trên hình 5.2, cụ thể là sử dụng 2 thanh thép có gờ đường kính 12 ÷ 14mm bố trí tại vị trí cách mép trên mặt đường tối thiểu 50mm, cách mép tự do của tấm tối thiểu 100mm.

Hình 5.2. Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường tại góc tấm (đơn vị mm)

5.6.3.Tại các vị trí cống hộp, cống chui dân sinh hoặc các công trình kỹ thuật khác có chiều dày <800mm tính từ đỉnh của kết cấu đến đáy tấm BTXM thì phải thiết kế lưới thép tăng cường trong phạm vi công trình và hai bên công trình mỗi bên 1,5H+1,5m nhưng không được nhỏ hơn 4m (xem hình 5.3). Trong đó lưới thép trên và lưới thép dưới được bố trí cách mép trên của tấm và mép dưới của tấm theo chiều dầy là 1/4 ÷ 1/3 chiều dầy tấm, xem hình 5.3a; Khi khoảng cách từ đỉnh kết cấu tới đáy tấm BTXM trong khoảng 800 ÷ 1600mm thì cũng trong phạm vi như trên phải bố trí một lớp thép gia cường tại vị trí 1/4 ÷ 1/3 chiều dầy tấm, chi tiết trên hình 5.3b; Lưới thép sử dụng là thép có gờ, đường kính 12mm, bố trí thành lưới có kích thước 100x200mm (100mm khoảng cách theo phương dọc, 200mm khoảng cách theo phương ngang).

(a) Khoảng cách từ đỉnh kết cấu đến đáy tấm BTXM H₀< 800mm

(b) Khoảng cách từ đỉnh kết cấu đến đáy tấm BTXM H₀trong khoảng 800 ÷ 1600mm

Hình 5.3. Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường tại vị trí cống hộp (cống chui)

(H là khoảng cách từ đáy tấm tới đáy của kết cấu)

5.6.4.Tại các vị trí công trình có tiết diện tròn dưới đường (cống thoát nước, đường ống..), nếu khoảng cách tính từ đỉnh công trình đến đáy tấm có chiều dày <1200mm thì trong phạm vi công trình và hai bên công trình mỗi bên 1,5H+1.5m (nhưng không được nhỏ hơn 4m), cũng phải bố trí thêm một lưới thép tăng cường tại vị trí 1/4÷1/3 chiều dầy tấm như trên hình 5.4; Lưới thép sử dụng như đã đề cập ở điều 5.6.3

Hình 5.4. Cấu tạo và bố trí lưới thép gia cường tại vị trí cống tròn (đơn vị mm)

6. Thiết kế khe nối

6.1. Khe dọc

6.1.1.Khi chiều rộng của vệt rải nhỏ hơn chiều rộng mặt đường thì phải thiết kế khe dọc ngừng thi công (hình 6-1a); Khe dọc loại này là loại khe phải bố trí thanh liên kết, trên bề mặt tiến hành cắt khe với chiều sâu cắt khe từ 30 ÷ 40mm, chiều rộng cắt khe 3 ÷ 8mm. Khe cắt được lấp đầy bằng vật liệu chèn khe. Cấu tạo xem trên hình vẽ 6-1a.

(a) Khe dọc ngừng thi công

(b) Khe dọc giả có thanh liên kết

Hình 6.1. Cấu tạo khe dọc (đơn vị mm)

6.1.2.Khi chiều rộng vệt rải >4.5m thì cũng phải thiết kế khe dọc; khe dọc này được thiết kế dạng khe dọc giả có thanh liên kết và được cắt khe, tuy nhiên khe cắt có chiều sâu lớn hơn khe dọc ngừng thi công. Khi lớp móng dưới là móng cấp phối đá dăm thì cắt khe đến 1/3 chiều sâu tấm BTXM. Khi lớp móng dưới là lớp móng gia cố chất liên kết thì chiều sâu cắt khe là 2/5 chiều dầy tấm. Cấu tạo khe xem hình 6.1b.

6.1.3.Phân cách giữa phần xe chạy và lề gia cố bắt buộc phải thiết kế khe dọc có thanh liên kết.

6.1.4.Thép thanh liên kết của khe dọc được chọn là cốt thép có gờ, đặt tại vị trí 1/2 chiều dầy tấm song song với mặt tấm, đồng thời được xử lý chống gỉ 100mm đoạn giữa của thanh liên kết. Đường kính thanh, chiều dài thanh và khoảng cách giữa các thanh được quy định trong bảng 5.

Bảng 5: Quy định về bố trí thanh liên kết ở khe dọc

Đường kính x chiều dài x khoảng cách (mm)

6.2. Khe ngang:

6.2.1.Khe ngang được thiết kế bố trí theo quy định tại điểm 5.1.1.

6.2.2.Sau mỗi ngày kết thúc thi công hoặc vì các nguyên nhân khác phải ngừng thi công thì nhất thiết phải thiết kế các khe ngang ngừng thi công. Vị trí dừng nên chọn tại vị trí khe co hoặc khe dãn. Khi chọn vị trí tại khe co thì phải sử dụng loại khe co có thanh truyền lực cấu tạo như hình 6.2; Khi chọn vị trí dừng tại khe dãn thì phải tuân thủ các quy định về cấu tạo của khe dãn như hình 6.5.

Hình - 6.2. Cấu tạo khe ngang ngừng thi công (đơn vị mm)

6.2.3.Khe co ngang có thể được bố trí theo khoảng cách đều hoặc bố trí theo khoảng cách thay đổi. Thường chọn thiết kế là hình thức khe co giả. Đối với các tuyến đường thiết kế có cấp quy mô giao thông nặng, rất nặng và cực nặng và tại các vị trí trạm thu phí, trạm dừng xe đều phải thiết kế khe co giả có thanh truyền lực. Ngoài ra, khe co giả có thanh truyền lực phải được thiết kế tại 3 khe co liên tiếp trước và sau khe dãn, 3 khe co liên tiếp trước khi chuyển sang loại kết cấu mặt đường khác trên các tuyến thiết kế có cấp quy mô giao thông trung bình và nhẹ. Cấu tạo của khe co giả có thanh truyền lực xem hình 6.3a. Ngoài các trường hợp kể trên tại các khe co không cần đặt thanh truyền lực mà dùng cấu tạo khe giả không đặt thanh truyền lực như ở hình 6.3b.

(a) Khe co giả có thành truyền lực

(b) Khe co giả không có thanh truyền lực

Hình 6.3. Cấu tạo khe co giả (đơn vị mm)

6.2.4.Tại vị trí mặt trên của khe co giả phải được cắt tạo khe; Đối với khe co giả có thanh truyền lực chiều sâu cắt khe nên chọn trong khoảng 1/4 ÷ 1/3 chiều dầy tấm, nếu không có thanh truyền lực thì chiều sâu cắt khe khoảng 1/5 ÷ 1/4 chiều dầy tấm. Chiều rộng của khe cắt phụ thuộc vào điều kiện thi công và loại vật liệu chèn khe; nên chọn chiều rộng khe cắt trong khoảng 3 ÷ 8mm, cắt khe xong phải lấp đầy khe cắt bằng vật liệu chèn khe. Việc cắt khe tiến hành một lần đối với các đường cấp III trở xuống. Với đường cao tốc, đường cấp I, cấp II việc cắt khe được tiến hành thành 2 lần: cắt tạo thành hình giật cấp trên to dưới bé, khe cắt bên trên được mở rộng với chiều rộng khe cắt 7 ÷ 10mm, bên dưới nên thiết kế dải đệm lót để khống chế chiều sâu rót vật liệu chèn khe. Xem hình 6.4

Chi tiết B

Hình 6.4. Cấu tạo khe cắt 2 lần (đơn vị mm)

6.2.5.Khe dãn phải được bố trí tại vị trí tiếp giáp với cầu hoặc tại các vị trí giao nhau với các đường khác. Số lượng các khe dãn cần được bố trí tùy theo trị số giãn nở của BTXM nhiều hay ít. Chiều rộng của khe dãn nên thiết kế trong khoảng 20 ÷ 25mm, trong khe bố trí vật liệu chèn khe, bản đệm và thanh truyền lực có thể di động; Cấu tạo chi tiết xem hình 6.5. Tùy trường hợp điều kiện nhiệt độ lúc thi công tư vấn thiết kế có thể bố trí thêm một số khe dãn nhưng khoảng cách các khe dãn không nên nhỏ hơn 12 ÷ 15 lần chiều dài tấm.

Hình 6.5. Cấu tạo khe dãn (đơn vị mm)

6.2.6.Thanh truyền lực của khe ngang (khe co, khe dãn) phải dùng thép tròn trơn. Đường kính, chiều dài và khoảng cách bố trí thanh truyền lực có thể tham khảo tại bảng 6. Khoảng cách tối thiểu của thanh truyền lực ngoài cùng đến mép ngoài của tấm nên trong khoảng 150 ÷ 250mm.

Bảng 6 Quy định về kích cỡ thanh truyền lực tại các khe ngang

(đường kính x chiều dài x khoảng cách, mm)

6.3. Khe nối tại vị trí chuyển tiếp kết cấu

Tại vị trí chuyển tiếp kết cấu mặt đường từ mặt đường BTXM sang kết cấu mặt đường bê tông nhựa hoặc ngược lại cần phải thiết kế bố trí đoạn chuyển tiếp, chi tiết đoạn chuyển tiếp được quy định trên hình 6.6.

Hình 6.6. Cấu tạo và bố trí đoạn chuyển tiếp kết cấu (đơn vị mm)

6.4. Vật liệu chèn khe

6.4.1.Vật liệu chèn khe bao gồm các loại: dạng tấm chế tạo sẵn dùng cho khe dãn và mastic rót nóng dùng lấp đầy các loại khe.

6.4.2.Vật liệu chèn khe dạng tấm có yêu cầu kỹ thuật nêu ở Bảng 7.

Bảng 7 - Yêu cầu kỹ thuật đối với tấm chèn khe dãn

(phương pháp thử theo AASHTO T42)

Chú thích:

1. Các tấm chèn sau khi ngâm nước, áp lực ép co không được nhỏ hơn khi không ngâm nước 90%;

2. Tấm chèn loại bằng gỗ (li-e) sau khi quét tẩm bitum phải có chiều dày bằng (20-25) ± 1mm.

6.4.3.Mastic chèn khe (khe dọc, khe co) loại rót nóng phải có các chỉ tiêu kỹ thuật như yêu cầu ở bảng 8 để bảo đảm dính bám tốt với thành tấm BTXM, bảo đảm có tính đàn hồi cao, không hòa tan trong nước, không thấm nước, ổn định nhiệt và bền. Cũng có thể sử dụng các loại mastic chèn khe loại rót nóng có các chỉ tiêu phù hợp với yêu cầu AASHTO M301 hoặc ASTM D3405.

Bảng 8 - Yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu mastic chèn khe loại rót nóng

(phương pháp thử theo ASTM3407)

7. Cấu tạo và tính toán hệ thống thoát nước trong kết cấu áo đường:

7.1. Các yêu cầu chung:

7.1.1.Hệ thống thoát nước trong kết cấu áo đường BTXM được thiết kế nhằm thoát hết lượng nước tự do thấm qua các khe (khe dọc, khe ngang), các vết nứt trên mặt đường và lưu đọng lại ở mặt móng và các lớp kết cấu móng. Hệ thống này có thể có 2 kiểu:

- Kiểu tầng móng không thấm nước;

- Kiểu có một lớp móng trên thấm thoát nước như đề cập ở điều 5.2.3;

7.1.2.Phải bố trí hệ thống thoát nước cho kết cấu mặt đường BTXM trong các trường hợp sau:

1. Đường cao tốc, đường cấp I, đường cấp II và đường có quy mô giao thông rất nặng trở lên, tại những vùng có lượng mưa trung bình năm > 600mm và nền đường được đắp bằng vật liệu hạt mịn có hệ số thấmknhỏ hơn85m/ngày đêm.

2. Đường có quy mô giao thông cấp nặng trở lên khi kết cấu mặt đường đặt trên nền trên cùng bằng đất loại sét có hệ số thấmk< 3m/ngày đêm.

7.1.3.Cấu tạo và tính toán thiết kế hệ thống thoát nước kết cấu áo đường phải đảm bảo được các yêu cầu dưới đây:

1. Hệ thống thoát nước trong kết cấu phải đảm bảo thoát hết lưu lượng nước thấm vào kết cấu mặt đường, đồng thời khả năng thoát nước ở hạ lưu phải lớn hơn lượng nước thoát ra ở thượng lưu.

2. Thời gian lượng nước thấm và lưu lại trong kết cấu áo đường không nên quá 2h đối với đường có cấp quy mô nặng, rất nặng và cực nặng. Chiều dài đường thấm thoát nước ra khỏi kết cấu không nên quá 45m ÷ 60m.

3. Cấu tạo mỗi bộ phận của hệ thống thoát nước cần đảm bảo trong thời hạn phục vụ luôn thông thoát, không bị dòng thấm mang theo cáchạt lớn gây ứ tắc.

7.1.4.Lượng nước mặt thấm qua kết cấu áo đường được tính toán theo biểu thức (7-1):

(7-1);

trong đó:

Q_i- Lượng nước thấm qua mặt đường BTXM trên mỗi mét dài đường (m³/ngày.m);

I_c- Suất nước thấm theo khe nối, hoặc khe nứt từ mặt BTXM trên mỗi mét dài khe (m³/ngày.m); Có thể lấyI_c= 0,36m³/ngày.mđể tính toán;

B- Chiều rộng phần mặt đường và móng đường có cùng một độ dốc ngang (m)

L- Khoảng cách giữa các khe ngang (m);

n_z- Số khe dọc và khe nứt dọc trong phạm viB(bao gồm cả khe dọc giữa phần xe chạy và lề đường);n_z=N+1vớiNlà số làn xe trong phạm viB;

n_h- Số khe ngang và khe nứt trong phạm viL;

Chú ý: Đường thiết kế mới xem như không có khe nứt mà chỉ có khe dọc và khe ngang.

7.2. Hệ thống thoát nước khi lớp trên là loại không thấm thoát nước

7.2.1.Trong trường hợp này phải bố trí hệ thống thoát nước dọc cạnh mép ngoài của lớp móng trên như ở hình 7.1.

1- Tấm BTXM; 2- Lớp móng trên; 3- Lớp móng dưới; 4- Lề đường; 5- Rãnh tập trung nước đắp bằng vật liệu thấm nước; 6- Ống thoát nước dọc; 7- Ống thoát nước ngang; 8- Tầng lọc ngược (dùng vải lọc);

Hình 7.1. Cấu tạo và bố trí hệ thống thoát nước biên cho kết cấu áo đường (mm)

7.2.2.Ống thoát nước dọc thường chọn là ống nhựa PVC hoặc là ống nhựa PE có thiết kế 3 hàng rãnh hoặc 3 hàng lỗ thủng với tổng diện tích lỗ tối thiểu là 42cm²/mét dài. Đường kính ống thiết kế theo kết quả tính toán lưu lượng nước thấm theo điều 7.1.4, và thường chọn trong khoảng 80mm ÷ 100mm. Chiều sâu đặt ống phải đảm bảo ống không bị vỡ do máy thi công hoặc do lu lèn, vị trí thông thường được bố trí tại đáy của lớp móng trên. Độ dốc của ống thoát nước dọc nên theo độ dốc của đường đỏ và không nhỏ hơn 0,3%.

7.2.3.Ống thoát nước ngang có thể dùng loại ống nhựa PVC hoặc PE không có lỗ; đường kính ống trùng với đường kính của ống thoát nước dọc. Khoảng cách ống thoát nước ngang được thiết kế theo tính toán để thoát được lưu lượng nước thiết kế, đồng thời xem xét đến các yếu tố địa hình cũng như mặt cắt dọc, mặt cắt ngang để bố trí cho phù hợp; thông thường bố trí trong khoảng 50m ÷ 100m. Độ dốc dọc của ống thoát nước ngang tối thiểu là 5%. Chiều sâu đặt ống được bố trí tại đáy lớp móng trên và đảm bảo vật liệu đắp hoàn trả là vật liệu không thấm nước. Phần cuối ống thoát nước ngang nên dùng lưới thép, hoặc lưới địa kỹ thuật bọc bảo vệ. Ngoài ra phải thiết kế dốc nước bằng BTXM, hoặc bằng đá xây tại vị trí nước từ ống thoát nước ngang, bảo đảm mái taluy của đường không bị xói, đồng thời dẫn nước tới vị trí rãnh thoát nước hoặc công trình thoát nước lân cận.

7.2.4.Vật liệu thấm nước đắp trên ống dọc là cấp phối đá dăm hở trộn xi măng, có độ rỗng cốt liệu trong khoảng 15% ÷ 20%. Đường kính cốt liệu lớn nhất là 40mm, hàm lượng hạt nhỏ hơn 4,75mm không được quá 16%. Hàm lượng hạt <2,36mm không nên vượt quá 6%. Để đảm bảo ống thoát nước dọc không bị tắc, thì đường kính của khối vật liệu đắp nên lớn hơn 1,0 ÷ 1,2 lần đường kính ống thoát nước. Tỉ lệ xi măng trong hỗn hợp cấp phối hở được quyết định thông qua thí nghiệm thấm nước của hỗn hợp trộn (tham khảo điều 7.3.2).

7.2.5.Rãnh tập trung nước có kích thước hình chữ nhật đáy không nhỏ hơn 30cm. Để tránh hạt mịn của lớp đệm, lớp móng và lề đường xâm nhập vào rãnh gây tắc rãnh và tắc lỗ thoát nước, xung quanh ống thoát nước dọc nên bố trí vải địa kỹ thuật (loại vải lọc) cả hai bên thành rãnh và đáy rãnh.

7.3. Hệ thống thoát nước có sử dụng lớp móng thoát nước:

7.3.1.Khi kết cấu áo đường BTXM có lớp móng là lớp móng thoát nước, thì cũng cần bố trí hệ thống thoát nước dọc cạnh mép móng như cấu tạo ở hình 7.2. Cũng có thể bố trí lớp móng thoát nước mở rộng ra đến mặt taluy nền đường, trong trường hợp này thì không cần bố trí ống dọc.

1- Tấm BTXM; 2- Lớp móng trên thoát nước; 3- Lớp móng dưới; 4- Lề đường; 5- Rãnh tập trung nước đắp bằng vật liệu thấm nước; 6- Ống thoát nước dọc; 7- Ống thoát nước ngang; 8- Tầng lọc ngược (dùng vải lọc) 9- Nền đường.

Hình 7.2. Cấu tạo và bố trí hệ thống thoát nước có lớp móng thấm thoát nước(mm)

7.3.2.Lớp móng thấm nước được sử dụng là cấp phối đá dăm hở không gồm các thành phần hạt <4,75mm hoặc chỉ chứa một lượng nhỏ hàm lượng hạt này (<10%) được gia cố xi măng hoặc bitum. Tính thấm nước của lớp móng được thiết kế phải thỏa mãn tính thấm yêu cầu (hệ số thấm lớn hơn 300m/ngày đêm) như đã đề cập ở 5.2.3.

1. Khi lớp móng là cấp phối hở gia cố xi măng thì hàm lượng xi măng tối thiểu nên là 160kg, cường độ nén 7 ngày của hỗn hợp không nên nhỏ hơn 3 MPa ÷ 4 MPa.

2. Khi lớp móng là cấp phối hở gia cố bitum thì hàm lượng bitum nên trong khoảng 2,5% ÷ 4,5% so với khối lượng của hỗn hợp.

7.3.3.Vị trí đặt ống dọc có thể được thiết kế tại vị trí biên của tấm (hình 7.2a) hoặc tại vị trí vai đường (hình 7.2b). Cấu tạo các bộ phận của hệ thống giống với hệ thống thoát nước cho tấm BTXM như đề cập ở 7.2.2, 7.2.3, 7.2.4 và 7.2.5.

7.3.4.Thời gian thấm nước trong lớp móng thoát nước của hệ thống này có thể được tính theo biểu thức (7-2):

(7-2);

(7-3);

(7-4);

trong đó:

t- Thời gian thấm thoát nước ra khỏi móng (giờ);

L_s- Chiều dài đường thấm, (không nên quá 45 ÷ 60m) vớiBcó ý nghĩa như ở (7-1);

i_d, i_n- Độ dốc dọc và độ dốc ngang của lớp móng (%);

k_b- Hệ số thấm của vật liệu lớp móng thoát nước, xác định thông qua thử nghiệm;

n_e- Độ rỗng hữu hiệu của vật liệu lớp móng thoát nước;

n_s- Tốc độ thấm (m/s);

Thời giantcủa lớp móng phải thỏa mãn yêu cầu ở 7.1.3;

7.4.Kiểm toán khả năng thoát nước của các bộ phận trong hệ thống thoát nước của áo đường BTXM.

7.4.1.Nội dung chủ yếu là kiểm toán khả năng thoát nước của các ống dọc và ống ngang, nhằm đảm bảo đường kính của chúng thoát được lượng nước thấm đã đề cập ở (7-2).

7.4.2.Trường hợp sử dụng hệ thống thoát nước có lớp móng trên bằng vật liệu thoát nước thì cần kiểm toán cả thời gian thoát nước ra khỏi móng như đề cập ở 7.3.4 và kiểm toán chiều dày lớp móng thoát nướch_bttheo biểu thức (7-5):

h_bt.1,0.n_s≥Q_i;                                        (7-5);

Trong đón_sxác định theo (7-4) vàQ_ixác định theo (7-1).

8. Tính toán, thiết kế mặt đường BTXM thông thường:

8.1. Trình tự tính toán thiết kế:

8.1.1.Trình tự thiết kế mặt đường BTXM

Nội dung công việc thiết kế mặt đường BTXM đã được đề cập ở điều 4.1; Trình tự tiến hành thiết kế gồm 2 bước sau:

1. Trước hết phải dựa vào các yêu cầu về cấu tạo kết cấu như đề cập ở mục 5 để tiến hành thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM. Kết quả của bước này là đưa ra được cấu tạo kết cấu thiết kế sơ bộ (các tầng lớp, vật liệu và chiều dày mỗi lớp). Trong đó chiều dày tầng mặt BTXM cũng được giả thiết trước.

2. Kiểm toán lại sự phù hợp của kết cấu thiết kế sơ bộ theo hai trạng thái giới hạn đã đề cập ở 4.2.2. Nếu kết quả kiểm toán cho thấy đạt được các tiêu chuẩn về trạng thái giới hạn cả với tầng mặt và móng trên đề cập ở mục 8.2 thì chấp nhận kết cấu sơ bộ làm kết cấu thiết kế chính thức. Nếu chưa đạt được các tiêu chuẩn đó thì thay đổi chiều dày các lớp kết cấu và tiếp tục kiểm toán lại cho đến khi đạt tiêu chuẩn cho phép để quyết định kết cấu thiết kế cuối cùng.

8.2. Mô hình tính toán, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn tính toán và các căn cứ tính toán:

8.2.1.Mô hình tính toán

Tùy theo loại tầng mặt và loại tầng móng, trong tiêu chuẩn này sử dụng các mô hình tính toán về mặt cơ học như sau:

1. Mô hình tấm một lớp trên nên đàn hồi nhiều lớp áp dụng cho trường hợp tấp BTXM đặt trên lớp móng trên bằng vật liệu hạt (không có chất liên kết).

2. Mô hình tấm hai lớp tách rời trên nền đàn hồi nhiều lớp áp dụng cho trường hợp tấm BTXM đặt trên lớp móng trên bằng bê tông nghèo, bê tông đầm lăn và bằng vật liệu hạt có gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng) hoặc hữu cơ (bitum).

8.2.2.Các trạng thái giới hạn tính toán

Trong quy định này việc kiểm toán kết cấu mặt đường BTXM được tiến hành theo các tiêu chuẩn trạng thái giới hạn dưới đây.

g_r.(s_pr+s_tr) ≤f_r(8-1);

g_r. (s_pmax+s_tmax) ≤f_r(8-2);

g_r.s_bpr≤f_br(8-3);

Ký hiệu trong các biểu thức trên có ý nghĩa như sau:

s_pr: Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng xe chạy tại vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định (MPa);

s_tr: Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng gradien nhiệt độ gây ra cũng tại vị thí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định, (MPa);

s_pmax: Ứng suất kéo uốn do tải trọng trục xe nặng nhất gây ra tại tại vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định, (MPa);

s_tmax: Ứng suất kéo uốn lớn nhất gây ra tại vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định khi xuất hiện gradien nhiệt độ lớn nhất giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM, (MPa);

s_bpr: Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng xe chạy gây ra trong tầng móng bằng bê tông nghèo hoặc bê tông đầm lăn, (MPa);

Cách tính các trị số ứng suất kéo uốn nói trên được trình bày ở mục 8.3;

f_r: Cường độ kéo uốn thiết kế của BTXM, (MPa);

f_br: Cường độ kéo uốn thiết kế của vật liệu móng (bê tông nghèo hoặc bê tông đầm lăn) (MPa);

g_r: Hệ số độ tin cậy (xác định theo chỉ dẫn ở điểm 8.2.4);

8.2.3.Xác định cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầuf_rvàf_br.

1. Cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu đối với BTXM làm tầng mặtf_r:

Trong tiêu chuẩn này quy định trị sốf_rnhư sau:

f_r≥ 5,0MPa đối với BTXM mặt đường cao tốc, đường cấp I, cấp II và các đường có cấp quy mô giao thông nặng, rất nặng, cực nặng.

f_r= 4,5 MPa đối với đường các cấp khác, các đường có quy mô giao thông cấp trung bình và các đường có quy mô giao thông cấp nhẹ nhưng có xe nặng với trục đơn >100kN thông qua.

f_r= 4,0 MPa với đường khác có quy mô giao thông cấp nhẹ không có xe nặng với trục đơn >100kN thông qua.

2. Cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu đối với móng trên bằng bê tông nghèo hoặc BTXM đầm lănf_brđược xác định phù hợp với yêu cầu ở bảng 3.

8.2.4.Hệ số độ tin cậyg_r

Hệ số độ tin cậyg_rđược xác định tùy thuộc mức độ an toàn yêu cầu, thời hạn phục vụ thiết kế và độ tin cậy yêu cầu đối với mặt đường BTXM như ở bảng 9 dưới đây:

Bảng 9: Chọn độ tin cậy và hệ số độ tin cậy thiết kếg_r

Yêu cầu an toàn ở đây thể hiện các yêu cầu đối với sự đồng nhất về kích thước tấm, về vật liệu và cả yêu cầu đối với chất lượng thi công và quản lý thi công. Hệ số độ tin cậy thiết kế trong bảng 9 là tương ứng với phạm vi biến động các thông số thiết kế ở mức trung bình. Các thông số thiết kế cần xét đến gồm: các đặc trưng cơ lý của BTXM, mô đun đàn hồi của các lớp vật liệu và độ đồng nhất về chiều dày các lớp. Nếu trên thực tế các thông số đó có thể càng kém đồng nhất thì phải chọn trị số hệ số độ tin cậy càng lớn trong phạm vi nói trên.

8.2.5.Vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định

Trong tiêu chuẩn này mặc định vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại (vị trí tính ứng suất kéo uốn) là điểm giữa của mép cạnh khe dọc (giữa cạnh dọc tấm).

8.2.6.Tải trọng trục tiêu chuẩn để tính mỏi và cách quy đổi các trục xe khác nhau về trục tính mỏi tiêu chuẩn

1. Trong quy định này lấy trục đơn bánh đôi nặng 100kN làm trục tính mỏi tiêu chuẩn (tải trọng trục tính mỏi thiết kế).

2. Tổng số các trục xe khác quy đổi về trục xe tiêu chuẩn dùng để tính mỏi được xác định theo biểu thức (8-4).

(8-4);

Trong đó:

P_s: Tải trọng trục tính mỏi tiêu chuẩn (kN);P_s= 100kN;

P_i: Tải trọng trụci, nếu xe nhiều trục thì mỗi trục được tính riêng;

n: Số các loại trục khác nhau thông qua mặt đường;

N_i: Số lần tác dụng của tải trọng trục loạii;

N_s: Tổng số lần tác dụng tải trọng trục gây mỏi.

8.2.7.Tải trọng trục đơn nặng nhất thiết kếP_m

Thông qua số liệu khảo sát, điều tra dự báo giao thông, tư vấn thiết kế quyết định trị sốP_m(xem thêm phụ lục A).

8.2.8.Trị số gradien nhiệt độ lớn nhấtT_g

Để tính toán ứng suất nhiệt lớn nhất (ứng suất uốn vồng lớn nhất), nếu không có số liệu quan trắc thực tế cho vùng đường đi qua, người thiết kế có thể sử dụng trị số sau:

Tg= 0,86°C/cm (hay 86°C/m) cho khu vực miền Bắc.

Tg= 0,92°C/cm (hay 92°C/m) cho khu vực miền Nam.

(Trị sốTgnày là trị số gradien nhiệt độ lớn nhất có thể xảy ra 50 năm/lần).

Với các khu vực miền Trung có thể lấy trị sốTg= 0,86 ÷ 0,92°C/cm.

8.3. Tính toán các trị số ứng suất kéo uốn gây ra do tải trọng và do gradien nhiệt độ tại vị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM đối với trường hợp móng trên bằng vật liệu hạt theo mô hình tấm một lớp trên nền đàn hồi nhiều lớp:

8.3.1.Tính toán ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng xe chạy tại vị trí giữa canh dọc tấms_pr.

s_prđược tính theo biểu thức (8-5):

s_pr=k_r. k_f. k_c.s_ps,(MPa)(8-5);

trong đó:

s_ps- Ứng suất kéo uốn tại vị trí giữa cạnh dọc tấm do tác dụng của tải trọng trục đơn thiết kế trên tấm không có liên kết ở cả 4 cạnh, (MPa);

s_ps- được xác định theo biểu thức (8.6);

k_r- Hệ số triết giảm ứng suất do khả năng truyền tải tại khe nối: Nếu tầng mặt của kết cấu lề có chiều dày bằng với tầng mặt của phần xe chạy thì áp dụng:k_r= 0,87; Nếu tầng mặt lề mỏng hơn thì áp dụng trị sốk_r= 0,92; Nếu dùng kết cấu lề mềm (bê tông nhựa hoặc lề đất) thì áp dụng:k_r= 1,0;

k_f- Hệ số mỏi xét đến số lần tác dụng tích lũy của tải trọng gây mỏi trong thời hạn phục vụ thiết kế; k_fđược xác định theo chỉ dẫn ở điều 8.3.3;

k_c- Hệ số tổng hợp xét đến ảnh hưởng của tác dụng động và các yếu tố sai khác giữa lý thuyết và thực tế chịu lực của tấm BTXM. Hệ số này được các định tùy thuộc cấp hạng đường như dưới đây:

- Đường cao tốc                       :k_c= 1,15;

- Đường cấp I, cấp II                 :k_c= 1,10;

- Đường cấp III                          :k_c= 1,05;

- Đường từ cấp IV trở xuống     :k_c= 1,00;

8.3.2.Tínhs_ps: Trị số ứng suất kéo uốn này được tính theo biểu thức (8-6).

trong đó:

P_s- Trọng lượng tải trọng trục đơn thiết kế (kN), khi kiểm toán theo điều kiện (8-1) thì Ps = 100 kN, còn khi kiểm toán theo điều kiện (8-2) thìP_s=P_mxác định theo chỉ dẫn ở điều 8.2.7;

h_c, E_c,m_c- lần lượt là chiều dày tầng mặt BTXM (m), mô đun đàn hồi (MPa) và hệ số Poisson của tầng mặt BTXM, có thể lấym_c= 0,15;

r- bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM (m);

D_c- Độ cứng uốn cong tiết diện của tấm BTXM (MN.m);

E_t- Mô đun đàn hồi tương đương của các lớp móng và nền đất kể từ đáy tấm BTXM trở xuống, (MPa),E_tđược xác định theo (8-7);

(8-7);

trong đó:

(8-8);

a= 0,86 + 0,26lnh_x(8-9);

(8-10);

Ký hiệu trong (8-8), (8-9) và (8-10) có ý nghĩa như dưới đây:

E_o- Mô đun đàn hồi chung đặc trưng cho cả phạm vi khu vực tác dụng của nền đất;

a- Hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày các lớp vật liệu hạt xác định theo (8-9);

E_x- Mô đun đàn hồi tương đương của các lớp vật liệu hạt được tính theo (8-8);

h_x- Tổng chiều dày các lớp vật liệu hạt (m);

n- Số lớp kết cấu bằng vật liệu hạt;

E_j, h_i- Mô đun đàn hồi và chiều dày của lớp vật liệu hạti;

8.3.3.Tính hệ số mỏik_f

(8-11);

trong đó:

N_e- Tổng số lần tác dụng của tải trọng 100 kN tích lũy trong suốt thời hạn phục vụ thiết kế trên 1 làn xe (xác định theo chỉ dẫn ở phụ lục A);

l= 0,057 với mặt đường BTXM thông thường;

l= 0,065 với bê tông nghèo và bê tông đầm lăn làm móng trên;

8.3.4.Trong trường hợp tầng mặt BTXM đặt trực tiếp trên mặt đường bê tông nhựa cũ thìE_tlúc này là mô đun đàn hồi chung tương đương của kết cấu nền mặt đường đường cũ và nó được xác định bằng cách đo độ võng.

1. Nếu đo bằng chùy rơi động (FWD) có tải trọng chùy rơi 50kN theo 22TCN 274-01 trên bản ép có bán kính 150mm thìE_tcó thể được tính theo biểu thức (8-12):

,            (MPa)                     (8-12);

trong đó:

W₀- là trị số độ võng đặc trưng cho đoạn đường thiết kế (0,01 mm).

2. Nếu đo võng mặt đường nhựa cũ bằng cần Benkelman theo TCVN 8867:2011 với trục sau xe 100kN thìE_tcó thể được xác định theo (8-13).

(8-13);

Trong (8-12) và (8-13); W₀được tính theo (8-14).

W₀=+ 1,04S_W(8-14);

Với:

- Trị số độ võng trung bình đo được của đoạn mặt đường nhựa cũ (0.01nm);

S_w- Sai số tiêu chuẩn về độ võng của đoạn mặt đường cũ;

8.3.5.Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất do tải trọng trục nặng nhấtP_mgây ra tại giữa cạnh dọc của tấms_pmax:

s_pmax= k_r. k_c.s_pm, MPa                    (8 - 15);

trong đó:

s_pmax- Ứng suất kéo uốn lớn nhất do tải trọng trục đơn nặng nhấtP_mgây ra tại giữa cạnh dọc của tấm khi tấm không có liên kết ở cả 4 cạnh (MPa);

s_pmchính làs_pskhi chịuP_mvà được tính theo biểu thức (8-6) trong đó thayP_s=P_mvà thays_psbằngs_pm;

k_r,k_ccũng được xác định như đã đề cập ở 8.3.1.

8.3.6.Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt gây mỏi giữa cạnh dọc tấm trong trường hợp tấm BTXM một lớp trên nền đàn hồi nhiều lớps_tr:

s_trđược tính theo biểu thức (8-16).

s_tr=k_t.s_tmax, MPa (8-16);

trong đó:

s_tmax- Ứng suất kéo uốn lớn nhất do gradient nhiệt độ lớn nhất gây ra trong tấm BTXM (tại giữa cạnh dọc tấm);s_tmaxđược xác định theo biểu thức 8-17:

s_tmax=,             MPa      (8-17);

Vớia_c- Hệ số dãn nở một chiều của BTXM,a_ccó thể chọn trị số để áp dụng theo bảng 10.

Bảng 10: Hệ số dãn nở nhiệtac của BTXM

k_t- Xác định theo mục 8.3.7;

h_c- Chiều dày tấm BTXM (m);

E_c- Mô đun đàn hồi của BTXM (MPa);

T_g- Gradien nhiệt độ lớn nhất tùy thuộc vùng xây dựng mặt đường BTXM được xác định như chỉ dẫn ở 8.2.8 (°C/m);

B_L- Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp được xác định theo các biểu thức (8-18);

(8-18);

trong (8-18), các ký hiệu có ý nghĩa như sau:

C_L- Hệ số ứng suất uốn vồng do gradien nhiệt độ gây ra trong tấm BTXM mặt đường;

L- Khoảng cách giữa các khe ngang, tức là chiều dài tấm BTXM mặt đường (m);

r- Bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM (m), được xác định theo (8- 6);

Chú ý: Sh và Ch là sin hipecbolic và cos hipecbolic

và

8.3.7.Tính hệ số ứng suất kéo uốn gây mỏi nhiệtk_t:

(8-19);

Trong đó:a_t, b_t, c_tlà các hệ số hồi quy được xác định như sau:

a_t= 0,841;         b_t= 1,323;               c_t= 0,058;

hoặca_t= 0,871;             b_t= 1,287;         c_t= 0,071;

Nên tính với cả 2 trường hợpa_t, b_t, c_tnói trên và lấy trị sốk_tlớn hơn làm trị số để đưa vào tính theo (8-16).

8.4. Tính toán các trị số ứng suất kéo uốn đối với trường hợp móng trên bằng vật liệu hạt có gia cố chất liên kết, bằng bê tông nghèo, bê tông đầm lăn theo mô hình tấm hai lớp tách rời trên nền đàn hồi nhiều lớp

Trường hợp này áp dụng mô hình tính toán hai lớp không dính kết trên nần đàn hồi nhiều lớp với các trạng thái giới hạn tính toán vẫn là (8-1), (8-2) và (8-3) nhưng các trị số ứng suất được tính theo các chỉ dẫn dưới đây:

8.4.1.Trị sốs_prvẫn tính theo biểu thức (8-5) và các hệ sốk_f, k_r, k_cvẫn được xác định như ở 8.3.1 riêng trị sốs_pskhông theo (8-6) mà được tính theo (8-20) dưới đây:

(8-20);

trong đó:

D_b- Độ cứng chịu uốn của tiết diện lớp móng trên có gia cố chất liên kết, MN.m;

h_b, E_b,m_b: Chiêu dày (m), mô đun đàn hồi (MPa) và hệ số Poisson của tầng móng gia cố;m_b= 0,15;

E_t- xác định như (8-7) trong đó E_xvẫn tính theo (8-8) nhưng không gồm lớp móng trên mà chỉ gồm các lớp kể từ đáy lớp móng trên trở xuống (kể cả lớp bằng vật liệu hạt có gia cố hoặc không gia cố);

r_g- Tổng bán kính độ cứng tương đối của cả kết cấu (m);

h_c, D_c- Chiều dày (m) và độ cứng chịu uốn của tầng mặt BTXM (MN.m);

P_sxác định như ở mục 8.3.2;

8.4.2.Theo điều kiện (8-3) trị sốs_bprđược tính như sau:

s_bpr= k_f.k_c.s_bps(8-21);

Với:(8-22);

trong đó:

s_bpr- có ý nghĩa như ở 8.2.2, (MPa);

s_bps- Ứng suất do tải trọng trục thiết kếP_sgây ra tại giữa cạnh dọc của lớp móng trên (MPa);

Các ký hiệu khác đều có ý nghĩa tương tự như các biểu thức ở trên.

8.4.3.Ứng suất kéo uốn do tải trọng nặng nhất thiết kế gây ra tại chính giữa cạnh dọc tấm BTXM tầng mặt cũng vẫn được tính theo (8-15) với các hệ sốk_r, k_c, xác định theo (8.3.1) và trị sốs_pmdoP_sgây ra cũng được xác định như chỉ dẫn ở 8.3.5. Chú ýP_slấy bằngP_mlà trọng lượng trục đơn nặng nhất thiết kế, kN;

8.4.4.Ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây mỏis_tr, ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ lớn nhấts_tmaxvà hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợpB_Lcủa tấm BTXM cũng được tính như chỉ dẫn ở mục 8.3.6, riêng trị sốC_Lở (8-18) được thay bằngC_Ltính theo chỉ dẫn ở 8.4.5.

Không cần tính và kiểm tra ứng suất do gradien nhiệt độ gây ra ở các lớp của tầng móng.

8.4.5.Tính hệ số ứng suất uốn vồngC_L

(8-23);

trong công thức (8-23) các đại lượng có ý nghĩa như sau:

x- Hệ số liên quan đến kết cấu tấm hai lớp;

r_b- Hệ số xét đến trạng thái tiếp xúc giữa các lớp, (m);

k_n- Độ cứng tiếp xúc theo chiều dọc giữa tầng mặt và tầng móng (MPa/m). Nếu không bố trí lớp bê tông nhựa cách ly giữa tấm BTXM và tầng móng thì mới tính trị sốk_nnhư ở (8-23). Nếu có bố trí lớp bê tông nhựa cách ly thì không tính toán mà áp dụng giá trịk_n= 3000 MPa/m.

9. Xác định các đặc trưng tính toán của vật liệu làm các kết cấu mặt đường BTXM thông thường

9.1.Các đặc trưng cơ học dùng để tính toán của vật liệu tầng mặt BTXM, lớp móng trên, lớp móng dưới và lớp đáy áo đường (lớp đệm) đều có thể được xác định theo các tiêu chuẩn hiện hành của nước ta (đã liệt kê trong mục 2-Tài liệu viện dẫn). Cụ thể là các đặc trưng tính toán của nền đất trong phạm vi khu vực tác dụng có thể được xác định theo phụ lục B của tiêu chuẩn 22TCN 211-06; Các đặc trưng tính toán của vật liệu lớp móng trên, lớp móng dưới và lớp đáy áo đường đều được xác định theo chỉ dẫn ở phụ lục C của tiêu chuẩn 22TCN 211-06.

9.2.Riêng trị số mô đun đàn hồi của lớp móng trên bằng vật liệu hạt gia cố bitum (kể cả loại cấp phối chặt và cấp phối hở làm lớp móng thoát nước) về nguyên tắc nên xác định bằng thí nghiệm động, trùng phục theo tiêu chuẩn AASHTO T-292 hoặc suy ra từ thí nghiệm kéo gián tiếp ASTMD-4123.

Trong trường hợp chưa có điều kiện thí nghiệm thì có thể sử dụng trị số mô đun đàn hồi ứng với 10 °C ÷ 15^oC theo quy định đối với bê tông nhựa chặt hạt lớn, hạt trung hoặc đá dăm đen ở bảng C-1 phụ lục C tiêu chuẩn 22TCN 211-06.

Trị số mô đun đàn hồi của các lớp móng vật liệu hạt gia cố bitum (kể cả bê tông nhựa chặt, bê tông nhựa rỗng...) cũng có thể được kiểm tra bằng phương pháp thử nghiệm như chỉ dẫn ở mục C.3 phụ lục C của quy trình 22TCN 211-06 trong điều kiện nhiệt độ 10 °C ÷ 15 °C.

9.3.Đối với vật liệu các lớp móng cấp phối đá gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng) trị số mô đun đàn hồi cũng được xác định bằng phương pháp thử nghiệm ép lún trên mẫuhình trụ không hạn chế nở hông với mẫu có đường kính 100mm cao 200mm hoặc đường kính 150mm cao 300mm tùy thuộc kích cỡ cốt liệu lớn nhất. Phương pháp thử nghiệm cũng được tiến hành như ở mục C.3.1 phụ lục C của tiêu chuẩn 22TCN 211-06 với các mẫu được bảo dưỡng ở 28 ngày và 90 ngày.

Trị số mô đun đàn hồi của vật liệu cấp phối đá dăm (sỏi cuội) gia cố xi măng dùng để tính toán là trị số thí nghiệm ở 90 ngày tuổi. Có thể dùng các tương quan thực nghiệm tích lũy được để suy từ trị số mô đun đàn hồi 28 ngày ra trị số mô đun đàn hồi 90 ngày nhưng vẫn phải lưu mẫu kiểm tra lại (yêu cầu này cũng đã được đề cập ở mục C.3.1 phụ lục C của 22TCN 211-06).

Trong giai đoạn thiết kế cơ sở có thể tham khảo trị số mô đun đàn hồi 90 ngày tuổi của cấp phối đá dăm (sỏi cuội) gia cố xi măng trong khoảng 1300 ÷ 1700MPa tùy tỉ lệ xi măng sử dụng. Trị số mô đun đàn hồi của loại vật liệu làm móng trên này ở tuổi 28 ngày có thể tham khảo ở bảng C-2 phụ lục C của tiêu chuẩn 22TCN 211-06.

9.4.Đối với vật liệu có độ rỗng lớn làm lớp móng thoát nước, trị số mô đun hồi cũng được xác định theo chỉ dẫn ở 9.2 với lớp bê tông nhựa rỗng ở 10 °C ÷ 15^oC và như chỉ dẫn ở điều 9.3 với lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măngở tuổi 90 ngày. Trị số tham khảo dùng để tính toán của chúng là:

- Mô đun đàn hồi của lớp bê tông nhựa rỗng với hàm lượng bitum 4% trong khoảng 600 ÷ 800MPa.

- Mô đun đàn hồi của cấp phối đá dăm gia cố xi măng ở 90 ngày tuổi tùy theo tỉ lệ xi măng sử dụng trong khoảng 1100 ÷ 1500MPa.

9.5.Trị số mô đun đàn hồi của BTXM làm tầng mặt, bê tông nghèo và bê tông đầm lăn làm lớp móng trên đều được xác định bằng trị số mô đun đàn hồi suy ra từ thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn của BTXM theo TCVN 3119:1993; Khi chưa có số liệu thí nghiệm trực tiếp xác định trị số mô đun đàn hồi thì có thể áp dụng các số liệu kinh nghiệm ở bảng 11 dưới đây:

Bảng 11 Trị số mô đun đàn hồi tính toán của các loại BTXM

Chú thích:

1- Các chỉ tiêu ở bảng này đều ở tuổi mẫu 28 ngày;

2- 1GPa = 1000 MPa;

3- Cường độ chịu kéo uốn xác định theo TCVN 3119:1993;

Cường độ chịu nén xác định theo TCVN 3118:1993;

PHỤ LỤC A: ĐIỀU TRA VÀ TÍNH TOÁN LƯỢNG GIAO THÔNG

THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

A.1.Để phục vụ việc tính toán, thiết kế mặt đường BTXM cần điều tra, dự báo lưu lượng xe tải và xe khách loại nặng ngày đêm trung bình năm theo cả 2 chiều trong năm đầu tiên đưa đường vào khai thác (ký hiệu là ADTT). Xe tải và xe khách loại nặng là các xe có 2 trục, 6 bánh trở lên. Các xe khách và xe chở hàng loại có 2 trục, 4 bánh đều không cần tính đến, tức là trong ADTT thiết kế sẽ loại bỏ số xe loại này ra. (Chú ý: ADTT có đơn vị là xe nặng/ngày đêm cho cả 2 chiều)

A.2.Hệ số phân phối xe cho mỗi chiều xe chạy được xác định dựa vào tình hình có thể của mỗi tuyến đường nếu không có gì đặc biệt thì hệ số phân phối này có thể lấy bằng 0,5-0,6.

A.3.Hệ số phân phối số lượng xe 2 trục, 6 bánh trở lên cho làn xe thiết kế được xác định như ở bảng A-1 tùy thuộc loại đường và số làn xe cho mỗi chiều xe chạy.

Bảng A-1 Hệ số phân phối lượng giao thông áp dụng cho làn xe thiết kế

Chú thích: Đối với các đường có giao thông hỗn hợp (không phải là đường cao tốc), nếu có nhiều phương tiện không phải là ô tô tham gia lưu thông thì hệ số phân phối làn ở bảng A-1 nên lấy là trị số nhỏ.

Trị số ADTT 2 chiều nhân với các hệ số đề cập ở A.2 và A.3 sẽ là trị số ADTT thiết kế cho 1 làn xe ở năm đầu tiên đưa đường vào khai thác. Trị số này cũng chỉ gồm các xe 2 trục, 6 bánh trở lên (2 bánh trục trước và 4 bánh trục sau trở lên)

A.4.Phải dự báo được tỷ lệ tăng trưởng trung bình năm trong thời hạn phục thiết kế của mặt đường BTXM của các loại xe nặng nói trên (các loại xe 2 trục, 6 bánh)

A.5.Phải thiết lập các trạm điều tra trọng tải trục xe hoặc lợi dụng các số liệu ở các trạm cân xe có sẵn để thu thập số liệu về tỷ lệ các thành phần tải trọng trục xe nặng và xác định được tải trọng trục nặng nhất có thể thông qua trên đường

Tải trọng trục xe nặng và nặng nhất đều được xác định là tải trọng trục đơnP(kN). Tải trọng trục đơn nặng nhấtP_mcó thể bằng 150kN, 180kN, 240kN (thường không quá 240kN)

Để xác định tỷ lệ thành phần trục xe nên cân từng trục xe của 3000 xe nặng (loại xe từ 2 trục, 6 bánh trở lên) từ đó tính ra tỷ lệ mỗi thành phần trục xe. Từ kết quả cân xe này lập được phổ tải trong trục của các xe nặng.

A.6.Quy đổi các trục đơn nặng loạiicó trọng lượng trụcP_ivề tải trọng trục đơn tiêu chuẩn dùng để tính ứng suất gây mỏiP_s= 100kN được thực hiện theo biểu thức A.1

(A-1);

Trong đók_pilà hệ số tính đổi các trục đơnP_itrong phổ trục xe nặng về trục đơn tính mỏi tiêu chuẩnP_s.

A.7.Số trục xe nặng ngày đêm trung bình năm quy đổi về trục tiêu chuẩn trên làn xe thiết kế, ở năm đầu tiên đưa đường vào khai thác(lần trục/ngày.làn) được xác định như biểu thức (A-2).

,              (A-2);

trong đó:

ADTT- số xe nặng ngày đêm trung bình năm trên làn xe thiết kế ở năm đầu tiên đưa đường vào khai thác (xe/ngày.làn);

n- tổng số trục đơn thông qua trong 3000 xe điều tra (loại xe có 2 trục, 6 bánh);

k_pi:  xác định như ở biểu thức (A-1);

p_i- % số trục đơn có trọng lượng trụcP_itrong phổ trục xe nặng điều tra;

A.8.Số lần trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn phục vụ thiết kế tác dụng lên vị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM trên làn xe thiết kếN_eđược xác định theo biểu thức (A.3)

lần,      (A-3);

trong đó:

- có ý nghĩa như ở biểu thức (A-2), lần trục /ngày.làn;

t- thời hạn phục vụ thiết kế yêu cầu (năm);txác định (theo bảng 9);

g_r- suất tăng trưởng trung bình năm của các xe nặng trong thời hạn phục vụ thiết kế biểu thị dưới dạng số thập phân;

h: hệ số phân bố vệt bánh xe theo chiều ngang tác dụng lên vị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM. Hệ sốhđược chọn áp dụng theo chỉ dẫn ở bảng A-2.

Bảng A.2 Hệ số phân bố ngang của vệt bánh xeh

Chú thích bảng A. 2: Chiều rộng phần xe chạy càng nhỏ hoặc lượng giao thông càng lớn thì chọn trị số lớn trong phạm vi trị số trong bảng, ngược lại chọn trị số nhỏ.

PHỤ LỤC B: CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG THÔNG THƯỜNG

B.1. Ví dụ tính toán mặt đường BTXM thông thường trường hợp kết cấu có lớp móng dưới là cấp phối đá dăm.

B.1.1.Số liệu xuất phát:

1. Đường cấp IV làm mới hai làn xe; lề đất; thuộc tỉnh Hưng Yên cóT_g= 86°C/m.

2. Tải trọng trục tiêu chuẩnP_s= 100 kN (để tính mỏi).

3. Qua điều tra, dự báo trên đường có trục xe nặng nhất P_max= 150kN thông qua.

4. Số lần tác dụng quy đổi về trục xe tiêu chuẩnP_s= 100kN tích lũy làN_e=2,8.10⁴lần/làn trong thời hạn phục vụ thiết kế 10 năm (quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp nhẹ).

B.1.2.Dự kiến kết cấu mặt đường:

1. Theo bảng 2 dự kiến tầng mặt BTXM dầy 0,23m, cường độ kéo uốn thiết kếf_r= 4,5 MPa, tra bảng 11 có trị số mô đun đàn hồi tính toánE_c= 29 GPa; hệ số poissonm_c= 0,15; sử dụng cốt liệu đá granit nên theo bảng 10 lấy hệ số dãn nở nhiệta_c=  10.10^-6/°C.

2. Tấm BTXM dự kiến có kích thước 4,5mx3,5m; khe dọc có thanh liên kết; khe ngang không bố trí thanh truyền lực.

3. Lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm có mô đun đàn hồi bằng 300MPa dự kiến dày 0,20m đặt trực tiếp trên nền đất; không cần thiết kế lớp móng dưới vì quy mô giao thông thuộc cấp nhẹ.

4. Nền đất có mô đun đàn hồi bằng 40MPa.

B.1.3.Kiểm toán kết cấu dự kiến theo chỉ dẫn ở mục 8.3:

1. Theo công thức (8-8), tính toánE_xvới một lớp móng trên h₁= 0,2m; E₁= 300MPa.

2. Theo (8-10): h_x=

3. Theo (8-9):a= 0,86+0,261nh_x= 0,86+0,26ln0,2 = 0,442.

4. Theo (8-7):

5. Theo (8-6):MN.m;

m;

6. Tính ứng suất do tải trọng xe:

- Theo (8-6) tínhs_psvớiP_s=100 kN

s_ps= 1.47 x 10^-3x r^0,70x h_c^-2x P_s^0-94= 1,47x10^-30,818^0,70x0,23^-2x100^0,94= 1,831 MPa;

- Theo (8-6) tính ứng suấts_psvớiP_s=P_m= 150 kN; thì

s_ps=s_pm= 1,47 x 10^-3x r^0,70x h_c^-2x P_s^0,94= 1,47x10^-30,818^0,70x0,23^-2x150^0,94= 2,681 MPa;

- Theo (8-5) tính được:s_pr= k_r. k_f. k_c.s_pstrong đó k_r= 1 (lề đất);k_c= 1,0 đường cấp IV);(theo điều 8.3.3) từ đó có:

s_pr= k_r. k_f. k_c.s_ps= 1,0x(2,8.10⁴)^0,057x1,0x1,831 = 3,282 MPa;

- Theo (8-15) tính đượcs_pmax= k_r. k_c.s_pm= 1,0x1,0x2,681 = 2,681 MPa;

7. Tính ứng suất nhiệt theo điều 8.3.6:

B_L= 1,77.e^-4,48.hc. C_L- 0,131 (1 - C_L)

= 1,77. e^-4,48.0,23x0,758 -0,131 (1 - 0,758) = 0,447;

=MPa;

- Tính hệ số mỏi nhiệt k_ttheo (8-19)

- Theo (8-16) tính được ứng suất nhiệt gây mỏi:

s_tr= k_t.s_max= 0,357x1,282 = 0,458 MPa

8. Kiểm toán các điều kiện giới hạn:

Tuyến đường thiết kế thuộc cấp IV nên lấy độ tin cậyg_r= 1,04 từ đó:

- Theo điều kiện (8-1)

g_r(s_pr+s_tr) ≤ f_rhay 1,04x(3,282+0,458) = 3,889 MPa ≤ 4,5 MPa;

- Theo điều kiện (8-2)

g_r(s_pmax+s_tmax) ≤ f_rhay 1,04x(2,681+1,282) = 4,121 MPa ≤ 4,5 MPa;

9. Kết luận: Kết cấu mặt đường BTXM dự kiến gồm 23cm tầng mặt BTXM trên móng cấp phối đá dăm 20cm đạt được các điều kiện giới hạn cho phép do đó có thể chấp nhận kết cấu này làm kết cấu thiết kế; vì cường độ kéo uốn cả hai điều kiện còn dư nên có thể tính toán lại để giảm bớt chiều dày tầng mặt BTXM nhưng chú ý chiều dày phải tăng thêm 6mm dự phòng mài mòn như quy định ở điều 4.2.2.

B.2. Ví dụ tính toán chiều dày mặt đường BTXM thông thường trường hợp kết cấu có lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng

B.2.1.Số liệu xuất phát:

1. Đường cấp III làm mới hai làn xe; lề cũng có kết cấu như phần xe chạy; đường thuộc tỉnh Long An. Độ tin cậy yêu cầu 85% do đó hệ số độ tin cậyg_r=1,13.

2. Tải trọng trục tiêu chuẩnP_s= 100 kN (để tính mỏi);

3. Số lần tác dụng quy đổi về trục xe tiêu chuẩnP_s= 100 kN tích lũy trên một làn xe trong thời hạn phục vụ thiết kế bằng 20 năm làN_e= 17,07.10⁶lần/làn (quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp nặng);

4. Qua điều tra, dự báo trên đường thiết kế có xe nặng với tải trọng trụcP_max= 180 kN thông qua;

B.2.2.Dự kiến kết cấu mặt đường:

1. Tầng mặt BTXM dầy 0,26m bằng BTXM có cường độ kéo uốn thiết kếf_r= 5,0 MPa, và tương ứng có trị số mô đun đàn hồi tính toánE_c= 31 GPa; hệ số Poissonm_c= 0,15; Cốt liệu thô của BTXM bằng cuội sỏi nên lấy hệ số dãn nở nhiệta_c= 11.10^-6/°C. Tấm BTXM dự kiến có kích thước 4,8mx3,5m; khe dọc có thanh liên kết; khe ngang có bố trí thanh truyền lực.

2. Móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% dầyh_b= 0,20m với mô đun đàn hồi ở tuổi 90 ngày bằng 1300MPa, hệ số Poissonm_c= 0,20;

3. Lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm dày 0,18m có mô đun đàn hồi bằng 300MPa hệ số Poissonm_c= 0,35;

4. Nền đất: á sét nhẹ ở độ ẩm tương đối 0,6 cóE₀= 45MPa;

B.2.3.Kiểm toán kết cấu dự kiến theo chỉ dẫn ở mục 8.4:

1. Tính toán mô đun đàn hồi chungE_tcủa nền đất và móng dưới bằng vật liệu hạt: Do chỉ có một lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm,n= 1 nên:

m;

a= 0,86+0,26lnh_x= 0,86+0,26ln0,18= 0,414;

MPa;

2. Tính độ cứng tương đối chung của cả kết cấur_g

MN.m;

MN.m;

m;

3. Tính ứng suất do tải trọng trục xe gây ra theo (8-20):

MPa

MPa

- Theo (8-5) tính được:s_pr= k_r. k_f. k_c.s_pstrong đó k_r=0,87 (lề đất); k_c= 1,05; k_f= N_e^0,057từ đó có:

s_pr= k_r. k_f. k_c.s_ps= 0,87x(17,07.10⁶)^0,057x1,05x1,541 = 3,637 MPa;

s_pmax= k_r. k_c.s_pm= 0,87x1,05x2,677 = 2,445 MPa;

4. Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra được thực hiện theo điều 8.4.5 tức là theo (8-23):

MPa/m; (không có lớp BTN cách ly);

C_L= 0,699;

B_L= 1,77.e^-4-48.hc. C_L- 0,131 (1 - C_L)

= 1,77.e^-4,48x0,26x0,699 - 0,131 (1 - 0,699)= 0,347;

MPa;

- Tính hệ số mỏi nhiệtk_ttheo (8-19)

Theo (8-16) tính được ứng suất nhiệt gây mỏi:

s_tr= k_t.s_tmax= 0,317x1,287 - 0,408 MPa

5. Kiểm toán các điều kiện giới hạn:

Tuyến đường thiết kế thuộc cấp III nên lấy độ tin cậyg_r= 1,13 từ đó:

- Theo điều kiện (8-1)

g_r(s_pr+s_tr) ≤ f_rhay 1,13x(3,637+0,408) = 4,571 MPa ≤ 5,0 MPa;

- Theo điều kiện (8-2)

g_r(s_pmax+s_tmax) ≤ f_rhay 1,13x(2,445+1,287) = 4,217 MPa ≤ 5,0 MPa;

6. Trị số ứng suất gây mỏi dưới đáy móng được kiểm tra theo (8-21) và (8-22) đối với trường hợp móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng thường là nhỏ không đáng kể nên không cần kiểm tra. Thường chỉ kiểm tra khi móng trên là bê tông nghèo hoặc bê tông đầm lăn.

7. Kết luận: Kết cấu mặt đường BTXM dự kiến gồm 26cm tầng mặt BTXM trên móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 20cm, móng dưới cấp phối đá dăm 18 cm đã đạt được các điều kiện giới hạn cho phép do đó có thể chấp nhận kết cấu này làm kết cấu thiết kế. Vì cường độ kéo uốn cả hai điều kiện còn dư nên có thể tính toán lại để giảm bớt chiều dày tầng mặt BTXM nhưng chú ý chiều dày phải tăng thêm 6mm dự phòng mài mòn như quy định ở điều 4.2.2.