Tiêu chuẩn ngành 22TCN 211:1993 Quy trình thiết kế áo đường mềm

Thuộc tính Nội dung Tiêu chuẩn liên quan Lược đồ Tải về
LuatVietnam.vn độc quyền cung cấp bản dịch chính thống Công báo tiếng Anh của Thông Tấn Xã Việt Nam

TIÊU CHUẨN NGÀNH

22TCN 211:1993

QUY TRÌNH THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

(Ban hành theo Quyết định số 1293/KHKT ngày 29/6/1993)

Chương 1.

QUY ĐỊNH CHUNG

1.1. Phạm vi áp dụng của quy trình

 – Quy trình này bao gồm các quy định về cấu tạo và tính toán cường độ áo đường mềm trong trường hợp đường cũ nâng cấp, cải tạo, cho các loại đường ô tô cấp kỹ thuật khác nhau, các đường công nghiệp, đường đô thị và cả đường xe đạp (khi làm xe đạp được tách riêng với đường ô tô).

- Quy trình cũng được dùng để làm cơ sở tính toán đánh giá khả năng làm việc của áo đường mềm trên các tuyến đường hiện có nhằm phục vụ cho việc tổ chức khai thác, sửa chữa chúng (khống chế điều chỉnh lượng xe và loại xe cho phép đi lại trên những tuyến đó sao cho phù hợp với cường độ của áo đường …).

1.2. Quy trình này thay thế cho quy trình thiết kế, mặt đường mềm 22 TCN 292-90

1.3. Một số thuật ngữ nói trong quy trình này được khái niệm như sau:

1.3.1. Áo đường mềm là loại áo đường có khả năng chống biến dạng không lớn, có độ cứng nhỏ (nên cường độ chịu uốn thấp). Trừ mặt đường bằng bê tông ximăng thuộc loại áo đường cứng, tất cả các áo đường làm bằng vật liệu hỗn hợp đá –nhựa (bê tông nhựa …) bằng sỏi đá, đất hoặc đá, đất gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi …) hay chất liên kết hữu cơ (bi-tum, gu-đơ-rông …) đều được xem là thuộc loại áo đường mềm.

Kết cấu áo đường mềm được hiểu là bao gồm các lớp móng và các lớp mặt làm phần áo đường bằng các vật liệu nói trên và gồm cả lớp đất trên cùng của nền đường chịu lực thẳng đứng do xe truyền xuống, hơn nữa, khi chịu lực, biến dạng của lớp đất này còn chiếm tỷ lệ đáng kể trong biến dạng toàn bộ (độ võng chung) của cả kết cấu áo đường, do vậy, khi thiết kế áo đường mềm cần đặc biệt chú ý có các biện pháp tăng cường độ (khả năng chống biến dạng) và tăng sự ổn định cường độ của lớp đất dưới đáy áo đường.

1.3.2. Cấu tạo áo đường mềm hoàn chỉnh gồm có tầng mặt và tầng móng, mỗi tầng lại có thể gồm nhiều lớp.

Tầng mặt ở trên, chịu tác dụng trực tiếp của xe (lực thẳng đứng và lực ngang) và tác dụng của các nhân tố thiên nhiên (mưa, nắng, nhiệt độ …) Tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống nước thấm, chống được biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, chống được nứt, phải có khả năng chịu bào mòn tốt và không bụi, chống được bong bật

Để đạt được yêu cầu trên tầng mặt thường cấu tạo gồm lớp chịu lực chủ yếu (chịu nén, uốn và cắt) và lớp mặt (chống thấm, chống bong bật, chống bào mòn, tạo nhám để chống trượt, tạo bằng phẳng); đôi khi còn có lớp bảo vệ (rải trên lớp mặt hoặc thay thế lớp mặt); lớp mặt và lớp bảo vệ (nếu có). Là các lớp được định kỳ khôi phục lại trong quá trình khai thác đường.

Tầng móng ở dưới, có tác dụng phân bổ ứng suất do tải trọng xe xuống nền đường. Vật liệu tầng móng có thể dùng loại rời rạc nhưng phải bảo đảm có độ cứng nhất định và có thể có cường độ giảm dần theo chiều sâu do vậy tầng móng có thể bố trí vài lớp vật liệu khác nhau với loại có cường độ thấp hơn ở dưới và có thể tận dụng vật liệu tại chỗ.

Hình 1.1. Áo đường tầng mặt

1/ Lớp bảo vệ (đối với AĐ bê tông nhựa và AĐ có xử lý nhựa thì không có lớp này).

2/ Lớp hao mòn (đối với AĐ BTN thì đó là BTN mịn có bột khoáng).

3/ Lớp chịu lực chủ yếu.

4/ Lớp móng trên.

5/ Lớp móng dưới.

Đối với đường cấp 5 trở xuống, áo đường có thể chỉ gồm tầng mặt (tầng mặt kiêm chức năng của tầng móng) và tầng mặt này có thể chỉ có lớp bảo vệ rời rạc mà không có lớp hao mòn.

1.4. Yêu cầu cơ bản đối với chất lượng khai thác của áo đường chính là các yêu cầu đối với tầng mặt nói ở 1.3.2. Tuy nhiên, tùy theo quy mô giao thông và tốc độ xe chạy cần thiết, tùy theo ý nghĩa và cấp hạng kỹ thuật của đường, việc thiết kế áo đường sẽ nhằm thỏa mãn các yêu cầu đó ở những mức độ khác nhau để đảm bảo các mục tiêu an toàn, êm thuận, kinh tế trong xây dựng và khai thác đường trong đó tính kinh tế được xác định nhờ kết quả so sánh các phương án thiết kế áo đường thông qua sự đánh giá hiệu quả kinh tế theo tổng số vốn đầu tư xây dựng, chi phí cho phương tiện giao thông đối với khối lượng vận chuyển cho trước trong thời gian so sánh phương án như hướng dẫn ở chương V.

Về cường độ, mức độ yêu cầu khác nhau nói trên được thể hiện trong tính toán thiết kế thông qua mức độ dự trữ cường độ khác nhau đối với cả kết cấu áo đường (mức độ dự trữ cường độ càng cao thì càng bảo đảm kết cấu áo đường mềm làm việc ở giai đoạn đàn hồi và chất lượng sử dụng trong khai thác vận doanh cũng sẽ càng cao).

1.5. Để thiết kế áo đường mềm cần phải tổ chức điều tra khảo sát thu thập các số liệu sau:

1) Quy mô giao thông sẽ chạy trên đường ở năm được chọn là năm tính toán trong tương lai, tức là lưu lượng và thành phần cũng như tốc độ xe chạy tính toán ở cuối thời kỳ khai thác. Thời kỳ này được quy định từ 5-15 năm tùy theo cấp kỹ thuật của áo đường và tùy theo yêu cầu riêng của luận chứng kinh tế xác định.

Trong trường hợp có dự kiến đầu tư phân kỳ thì cần phải nghiên cứu dự báo quy luật và tỷ lệ tăng trưởng lưu lượng xe hàng năm.

2) Điều tra, thí nghiệm, quan trắc để xác định các thông số tính toán đối với nền đất (trường hợp áo đường làm mới) và đối với kết cấu nền mặt đường cũ (trường hợp thiết kế nâng cấp cải tạo). Nội dung và yêu cầu điều tra thí nghiệm được quy định và hướng dẫn ở phụ lục II.

3) Điều tra vật liệu xây dựng dọc tuyến đường, bao gồm cả việc thí nghiệm xác định các chỉ tiêu chất lượng vật liệu (phụ lục III).

4) Điều tra khí hậu, địa chất thủy văn (nhất là điều kiện gây ẩm nền mặt đường). Đoạn đường bị ngập hoặc qua vùng đất yếu thì phải điều tra khảo sát kỹ và phải có thiết kế đặc biệt như QT. Khảo sát đường ô tô (22TCN – 27 – 84) yêu cầu.

5) Điều tra điều kiện và phương tiện thi công.

6) Điều tra thu thập các số liệu luận chứng hiệu quả kinh tế và so sánh phương án kết cấu áo đường trong giai đoạn luận chứng KTKT thiết kế áo đường (nội dung thu thập số liệu như ở chương V).

1.6. Thiết kế áo đường gồm các trình tự sau:

1- Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường

2- Kiểm toán cường độ chung và cường độ trong mỗi tầng lớp của áo đường, tính toán xác định bề dày áo đường.

Thiết kế cấu tạo là nhằm chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng lớp áo đường nói ở 1.3 và 1.4, chọn các biện pháp tăng cường cường độ và sự ổn định cường độ của móng nền đất. Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm có ý nghĩa hết sức quan trọng vì thực tế có nhiều yêu cầu đối với chất lượng vận doanh khai thác của áo đường không thể giải quyết được bằng biện pháp tính toán; đặc biệt để hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt của xe và của các nhân tố thiên nhiên thì chỉ có thể giải quyết bằng các biện pháp cấu tạo. Do vậy khi thiết kế cấu tạo cũng cần đặc biệt tôn trọng các nguyên lý chung về sử dụng vật liệu (về kích cỡ, tỷ lệ, hình dạng, độ cứng … của các hạt khoáng cũng như chất của chất liên kết) đồng thời cũng phải xét đến kinh nghiệm cấu tạo áo đường ở các vùng khác nhau trong nước. Chỉ cho phép sử dụng các kết cấu mới, các vật liệu mới sau khi kết cấu thí điểm được xây dựng và đánh giá tốt.

Thiết kế áo đường cũng gồm hai giai đoạn: Luận chứng KTKT và lập bản vẽ thi công. Trong mỗi giai đoạn đều phải phân chia tuyến đường thành các đoạn có các điều kiện nói ở 1.5, khác nhau để thiết kế cho phù hợp. Trong giai đoạn thiết kế cải tạo nâng cấp đường cũ thì việc phân chia đoạn tuyến thành từng đoạn đồng nhất để thiết kế áo đường càng phải tiến hành tỷ mỷ và chi tiết trên cơ sở điều tra thử nghiệm hiện trường từng mỗi km đường, thậm chí có thể phải thiết kế cá biệt cho các đoạn ngắn 50 – 100m (các đoạn nền đào, đắp xen kẽ, các đoạn có điều kiện gây ẩm và cường độ nền móng khác nhau ….). Hồ sơ thiết kế áo đường của mỗi giai đoạn phải theo đúng các quy định của quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô.

Chương 2.

CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM

2.1. Nhiệm vụ thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường là bố trí số tầng, lớp trong kết cấu áo đường, lựa chọn vật liệu thích hợp với chức năng, đặc điểm chịu lực và trạng thái ẩm – nhiệt của mỗi tầng, lớp xác định yêu cầu cụ thể đối với mỗi thành phần vật liệu theo đúng nguyên lý sử dụng vật liệu để lựa chọn cho mỗi tầng lớp (đá chèn đá, cấp phối hoặc lát xếp …) sao cho chúng có thể phối hợp tốt, tạo nên và hình thành được một cấu trúc có cường độ cao; xác định các biện pháp cụ thể nhằm tăng cường độ và sự ổn định cường độ của phần nền đất trên cùng (thay đất, độ đầm nén yêu cầu), xác định rõ công nghệ thi công, yêu cầu và cách kiểm tra chất lượng đối với mỗi trình tự thi công trong những điều kiện cụ thể về máy móc và phương tiện thi công. Chú ý rằng chất lượng thi công và duy tu bảo dưỡng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng áo đường, do vậy việc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường nhất thiết phải kèm theo bản vẽ thiết kế công nghệ thi công tương ứng và nêu cả các yêu cầu về duy tu bảo dưỡng theo các quy trình hiện hành của ngành.

2.2. Nguyên tắc cấu tạo kết cấu áo đường mềm

2.2.1) Phải tuân thủ theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường, tức là phải sử dụng các biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ của nền đất, tạo điều kiện thuận lợi cho nền đất cùng tham gia chịu lực với áo đường đến mức tối đa, đồng thời phải sử dụng các biện pháp tổng hợp khác nhau để hạn chế tác dụng của ẩm và nhiệt đến cường độ và độ nền của mỗi tầng, lớp trong kết cấu áo đường.

Theo nguyên tắc này, tốt nhất là thiết kế một kết cấu áo đường kín và ổn định nhiệt: có tầng mặt không thấm nước, thoát nước mặt nhanh và ổn định nhiệt. Nếu không có điều kiện làm tầng mặt bằng vật liệu không thấm nước thì phải đặc biệt chú ý thiết kế thoát nước mặt đường; có lớp trên cùng của nền đất được đầm nén với độ chặt cao và lớp dưới cùng của nền đất được đầm nén với độ chặt cao và lớp dưới cùng của tầng móng bằng vật kín (như đất gia cố …) để hạn chế ẩm mao dẫn và ẩm dạng hơi, đồng thời có lề đủ rộng và đủ chặt để hạn chế ẩm di chuyển ngang từ rãnh biên hoặc từ nước ngập đọng hai bên nền đường vào khu vực tác dụng của nền đường.

2.2.2) Để hạn chế tác hại của lực ngoài đến lớp chịu lực chủ yếu của tầng mặt, cần cấu tạo lớp mặt và ở một số trường hợp còn có lớp bảo vệ trên lớp mặt. Tầng mặt của đường cấp thấp có thể không bố trí lớp mặt nhưng nên có lớp bảo vệ.

2.2.3) Phải chú ý sử dụng tối đa các vật liệu tại chỗ, các phế thải công nghiệp tại chỗ (sử dụng trực tiếp hoặc có biện pháp gia cố chúng bằng chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ). Đồng thời phải chú ý vận dụng các kinh nghiệm về xây dựng và khai thác áo đường trong điều kiện cụ thể của địa phương.

2.2.4) Phải phù hợp với khả năng thi công thực tế, tăng nhanh tốc độ dây chuyền thi công, cơ giới hóa và công nghiệp hóa quá trình xây dựng áo đường, giảm giá thành xây dựng.

2.2.5) Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư trong thiết kế cấu tạo áo đường, dự tính biện pháp tăng cường bề dày, thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường cho phù hợp với yêu cầu xe chạy tăng dần theo thời gian.

2.3- Cấu tạo tầng mặt áo đường.

2.3.1) Tùy theo cấp hạng kỹ thuật mặt đường và phạm vi sử dụng các loại tầng mặt cấu tạo bằng:

- Bê tông nhựa chặt dưới hình thức nhựa bitum đun nóng, nhũ tương bi-tum, hoặc nhựa bi-tum lỏng.

- Đá dăm nước không hoặc có xử lý nhựa (thâm nhập nhựa, láng nhựa …) hoặc xử lý bằng chất kết dính vô cơ trên láng nhựa.

- Đá dăm cấp phối hoặc cấp phối thiên nhiên không hay có xử lý chất kết dính vô cơ, trên có láng nhựa. Nếu không láng nhựa thì phải có lớp bảo vệ.

- Cát, đất cải thiện thành phần hạt hoặc gia cố các chất kết dính vô cơ, trên có lớp bảo vệ.

- Các phế liệu công nghiệp, đá kém phẩm chất được xử lý gia cố bằng chất kết dính hoặc bằng chất hóa học khác, trên có lớp bảo vệ.

- Lát đá, lát gạch nung hoặc lát gạch bê tông.

Ghi chú: Các chất kết dính vô cơ ở đây bao gồm: xi măng, vôi, vôi tro bay nhiệt điện, vôi pu-dô-lan, vôi xỉ lò cao … kể cả có hay không có chất phụ gia hóa học.

Các chất kết dính hữu cơ bao gồm: nhựa gốc dầu (bi-tum), nhựa gốc than (gu-đơ-rông), nhựa lấy từ trong đá có chứa nhựa (at-phan) hoặc các loại nhựa tổng hợp khác …. Kể cả có hay không có chất phụ gia hóa học để cải thiện chất lượng nhựa theo yêu cầu sử dụng.

Loại tầng mặt

Vật liệu và cấu tạo tầng mặt

Phạm vi nên sử dụng

Cấp cao A1

- Bê tông nhựa chặt

- Trên các tuyến đường cấp I - III, đường cao tốc, đường trục chính toàn thành và trục chính khu vực ở các đô thị, đường trong xí nghiệp lớn.

Cấp cao A2

- Bê tông nhựa rải nguội và ấm, trên có láng nhựa

- Thâm nhập nhựa

- Đá dãn nước láng nhựa

- Trên các tuyến đường cấp III – IV và các đường trục chính đô thị

- Chỉ dùng cho đường cấp IV - V và các đường phố đô thị

Cấp thấp B1

Cấp thấp B2

- Đá gia cố chất KD vô cơ láng nhựa.

- Đá dăm nước có lớp bảo vệ rời rạc Cấp phối

- Đất cải thiện hạt đất đá tại chỗ, phế liệu công nghiệp gia cố CKDVC hoặc CKDHC trên có lớp hao mòn và bảo vệ

- Trên các tuyến đường cấp IV – VI, các đường phố ở đô thị nhỏ.

- Trên các tuyến đường cấp VI và cấp thấp hơn.

2.3.2)- Yêu cầu đối với lớp bê tông nhựa làm tầng mặt:

Bê tông nhựa làm lớp trên của tầng mặt phải có tính ổn định nước và ổn định nhiệt cao theo đúng các yêu cầu trong quy trình chế tạo và thi công lớp bê tông nhựa hiện hành.

2.3.3) – Trong trường hợp cấu tạo kết cấu áo đường có lớp dưới của tầng mặt hoặc có tầng móng bằng vật liệu đất, đá gia cố chất kết dính vô cơ thì bề dày tổng cộng của lớp bê tông nhựa nằm trên lớp đất, đá gia cố này nên có chiều dày 6-8 cm.

Riêng đối với lớp tráng nhựa vẫn cho phép đặt trực tiếp trên các lớp đất, đá gia cố chất kết dính vô cơ do đó cho phép nứt lan lên bề mặt áo đường.

2.3.4)- Lớp hao mòn thường có bề dày từ 1,0 – 3,0 cm và không được kể đến trong tính toán cường độ (bề dày) áo đường. Trên các đoạn tuyến đường có độ dốc từ 6% trở lên thì nên dùng lớp tráng nhựa làm lớp hao mòn vì trong trường hợp này lớp hao mòn cấp phối hạt và lớp bảo vệ rất dễ bị phá hỏng.

2.4- Cấu tạo tầng móng:

2.4.1)- Tùy theo loại tầng mặt có thể chọn các lớp tầng móng như bảng 2-2.

Nên bố trí các lớp vật liệu có độ cứng giảm dần từ trên xuống dưới phù hợp với sự phân bố ứng suất theo chiều sâu nhằm sử dụng hợp lý khả năng làm việc của vật liệu mỗi lớp và cải thiện trạng thái ứng suất tiếp giáp giữa các lớp. Tỷ số mô đuyn đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới kề nó bằng vật liệu kém dính không bên vượt quá 5-6 lần.

2.4.2) – Tốt nhất là không nên dùng cát làm lớp dưới của tầng móng vì hiệu quả chịu lực của lớp này thấp khó thi công và khó bảo đảm thoát nước hết ra ngoài dù đã có hệ rãnh xương cá. Do vậy, chỉ trong điều kiện tại chỗ khan hiếm vật liệu thì bắt buộc mới nên sử dụng móng cát.

Khi dùng cát là lớp dưới của tầng móng cho kết cấu áo đường thì nhất thiết phải bố trí hệ rãnh xương cá để thoát nước từ móng cát ra khỏi phạm vi nền đường.

Loại tầng móng

Phạm vi sử dụng

Điều kiện sử dụng

Vị trí ở tầng móng

Loại tầng mặt

1) Đá dăm nước có hay không gia cố chất KD

- Đá dăm cấp phối hay không gia cố chất KD

Lớp móng trên

Cấp cao A1 A2

- Rải 1 lớp hoặc nhiều lớp đặt trên cấp phối; cấp phối đá dăm, sỏi cuội; đá ba, đất, hoặc đá dăm gia cố

2) Đá dăm, sỏi có hay không gia cố chất KD

Lớp móng trên

Cấp cao A1, A2

Rải một lớp đá dăm cấp phối đá dăm, sỏi, hoặc đá ba

3) Đất, cát gia cố chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ

Lớp móng trên hoặc lớp móng dưới

Cấp cao A2

- Rải trực tiếp trên nền đất

4)- Cấp phối thiên nhiên cấp phối sỏi cuội, cấp phối đá dăm, đá dăm trộn đất, cấp phối laterit không gia cố

Lớp móng dưới

Cấp cao A2

 Cấp thấp B­1

- Rải trên nền đất

5) Phế liệu công nghiệp (xỉ than) gạch vỡ, đất cải thiện

Lớp móng dưới

Cấp thấp B1, B2

- Rải trên nền đất

2.5- Bề dày tối thiểu của các lớp vật liệu – Để đảm bảo điều kiện làm việc tốt và thi công thuận lợi, bề dày tối thiểu của lớp cấu tạo không được < 1,5 lần kích cỡ hạt cốt liệu lớn nhất và không được nhỏ hơn các trị số ở bảng 2-3.

BỀ DÀY TỐI THIỂU CÁC LỚP CỦA ÁO ĐƯỜNG

Bảng 2-3

TT

Lớp vật liệu

Bề dày tối thiểu (cm)

1

Lớp hao mòn bằng vữa nhựa

1,0

2

Bê tông nhựa nóng hạt nhỏ và cát hạt lớn

3,0 ÷ 5,0

3

Bê tông nhựa nguội hạt mịn

3,0

4

Đá dăm, đá sỏi trộn nhựa

8,0

5

Đá dăm thâm nhập nhựa:

 

 

Thâm nhập sâu

8,0

 

Thâm nhập nhẹ và bán thâm nhập

5,0

6

Đá dăm, sỏi cuội gia cố CKDVC

 

 

- Theo phương pháp kẹt vữa

15

 

- Theo phương pháp tưới vữa

8

 

- Theo phương pháp trộn

10 ÷ 15

7

Đá dăm, cấp phối đá dăm, cấp phối sỏi cuội

 

 

- Rải trên móng cát

13 ÷ 15

 

- Rải trên nền đất chặt

8 ÷ 19

8

Đất hoặc cát gia cố CKDVC

10 ÷ 15

2.6- Các biện pháp tăng cường độ và sự ổn định cường độ của phần trên nền đất dưới đáy áo đường

2.6.1)- Lớp đất trên cùng của nền đường dày 30cm phải được thiết kế có tiêu chuẩn độ chặt tương ứng với hệ số đầm nén K = 0,98 - 1,0 (cả đối với nền đào và nền đắp).

2.6.2)- Phải thiết kế cao độ nền đắp trên mức nước ngầm và mức nước ngập theo đúng quy định ở quy phạm thiết kế đường ô tô nhằm đảm bảo khu vực tác dụng của nền đường không bị ảnh hưởng mao dẫn của nước. Trong trường hợp không bảo đảm được yêu cầu này (như trường hợp đối với đường đô thị do bị khống chế cao độ quy hoạch nên không có phép nâng cao nền đường), hoặc trong trường hợp đất dùng để đắp là loại kém ổn định nước thì cần phải thiết kế thay đất trong phạm vi khu vực tác dụng bằng cát hoặc sử dụng các biện pháp gia cố hay hạn chế mao dẫn đặc biệt khác (lớp cách nước hoặc hào ngăn nước thấm ngang).

Trong trường hợp nền đắp qua vùng nước đọng thường xuyên thì có thể dùng biện pháp đắp lề rộng từ 2,0 – 2,4m bằng đất á sét hoặc sét đầm nén đạt độ chặt K = 0,95 để hạn chế ảnh hưởng của nước đọng đối với khu vực tác động của nền đường.

2.6.3)- Để hạn chế nước mưa thấm qua áo đường vào nền đất, độ dốc ngang của bề mặt áo đường phải được thiết kế như ở bảng 2.4.

ĐỘ DỐC NGANG CỦA MẶT ĐƯỜNG

Bảng 2-4

Loại tầng mặt của áo đường

Độ dốc ngang (%)

- Bê tông nhựa

- Các loại mặt đường có xử lý nhựa

- Mặt đường bằng vật liệu hạt không xử lý nhựa

(kể cả mặt đường lát)

1,5 – 2,0

2,0 – 3,0

 

3,0 – 4,0

Ở vùng mưa nhiều và ở đoạn tuyến có độ dốc dọc nhỏ thì áp dụng trị số độ dốc ngang mặt đường lớn.

Độ dốc ngang của lề đường phải được thiết kế từ 4 – 5%.

2.7. Gia cố lề đường: Phải thiết kế biện pháp gia cố lề đường để tránh cho áo đường khỏi bị phá hoại theo kiểu cóc gậm.

Đối với áo đường cấp thấp B1, B2 tất cả các lớp mặt đường có chiều dày từ 8cm trở lên nói ở bảng 2-3 phải bố trí đá vỉa kích cỡ 18-20cm có chân cắm vào các tầng móng để gia cố mép lề trên toàn bộ bề rộng lề phải đầm nén đạt độ chặt tối thiểu K = 0,95.

Đối với lớp mặt đường bê tông nhựa các loại phải thiết kế gia cố lề một dải có bề rộng từ 0,5 – 1,0m bằng 1 lớp vật liệu cấp phối, đá dăm trộn đất hay đá gia cố dày 10cm hoặc lát đá: lát tấm bê tông nhỏ trên cát đệm.

Đối với lề đường của đường cao tốc, phải thiết kế gia cố lề như trên trong phạm vi toàn bộ bề rộng lề.

Các trường hợp khác thì tùy tình hình cụ thể yêu cầu mà chọn biện pháp gia cố lề.

2.8. Cấu tạo áo đường ở làn dành riêng cho xe đạp và xe thô sơ: Vì các đường dành riêng loại này thường chỉ bố trí trên các tuyến đường đô thị hoặc các tuyến đường quốc lộ cao cấp. Do vậy kết cấu áo đường dành riêng phải được thiết kế với mặt có xử lý nhựa. Nói chung không cần bố trí tầng móng (tầng mặt kiêm luôn nhiệm vụ của tầng móng và đặt trực tiếp trên nền đất).

Chương 3.

TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ VÀ BỀ DÀY ÁO ĐƯỜNG

3.1. Nhiệm vụ, nội dung và nguyên tắc tính toán:

Sau khi thiết kế cấu tạo áo đường, nhiệm vụ của việc tính toán là kiểm tra xem xét cấu tạo áo đường đã đề xuất có đủ cường độ không, đồng thời tính toán xác định lại bề dày cần thiết của mỗi lớp cấu tạo (nếu cần thì điều chỉnh lại bề dày của mỗi lớp theo kết quả tính toán).

Kết cấu áo đường mềm được xem là đủ cường độ nếu như trong suốt thời kỳ khai thác (quy định ở Điều 1-5), dưới tác dụng của ô tô nặng nhất và của toàn bộ dòng xe, trong bất kỳ lớp nào (kể cả nền đất) cũng không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của các lớp liền khối không bị phá hoại và độ lún của kết cấu áo đường không vượt quá trị số cho phép.

Do vậy, việc tính toán kết cấu áo đường mềm chính là tính toán kiểm tra 3 tiêu chuẩn cường độ dưới đây:

- Tính toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu yếu xem nó có vượt quá trị số giới  hạn cho phép không.

- Tính toán ứng suất uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối nhằm khống chế không cho phép nứt ở các lớp đó.

- Tính toán độ lún đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng (biểu thị bằng trị số mô đun đàn hồi) của cả kết cấu áo đường và khống chế để trị số mô đun đàn hồi của cả kết cấu phải lớn hơn trị số mô đun đàn hồi yêu cầu. Nếu điều kiện này được đảm bảo thì sẽ hạn chế được sự phát triển của hiện tượng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu dưới tác dụng trùng phục của dòng xe, do đó mới bảo đảm duy trì được chất lượng của kết cấu cuối thời kỳ khai thác.

Cơ sở của phương pháp tính toán theo 3 tiêu chuẩn nói trên là lời giải của bài toán hệ đàn hồi nhiều lớp dưới tác dụng của tải trọng; bánh xe (được mô hình hóa là tải trọng phân bố đều trên diện tròn tương đương với diện tích tiếp xúc của bánh xe trên mặt đường) kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thác áo đường tích lũy được trong nhiều năm (thể hiện trong các tiêu chuẩn giới hạn cho phép).

3.2. Về thứ tự tính toán theo 3 điều kiện giới hạn

Đối với kết cấu áo đường cấp cao A1 và A2 đều phải tính toán kiểm tra theo 3 tiêu chuẩn cường độ nói ở 3.2.

Về thứ tự tính toán, nên bắt đầu tính theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi (nhất là khi lưu lượng xe chạy lớn và khi độ ẩm của nền đất nhỏ hơn 0,7 giới hạn nhão), sau đó kiểm toán theo điều kiện cân bằng trượt và khả năng chịu kéo khi uốn

Đối với áo đường cấp B1, B2, không yêu cầu kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn và điều kiện trượt.

Khi thiết kế áo đường chịu tải trọng rất nặng (tải trọng trục trên 12 tấn ở đường công nghiệp hoặc đường chuyên dụng) thì không cần tính theo độ võng đàn hồi mà chỉ cần tính theo điều kiện cân bằng trượt và điều kiện chịu kéo uốn.

3.3. Các thông số tính toán cường độ và bề dày áo đường mềm: Cần phải xác định được các thông số tính toán dưới đây tương ứng với thời kỳ bất lợi nhất về chế độ thủy nhiệt (tức là thời kỳ nền đất và cường độ vật liệu của các lớp áo đường yếu nhất):

- Tải trọng và lưu lượng xe chạy trong thời kỳ bất lợi (cách xác định xem ở Điều 3.4 và 3.5).

- Trị số tính toán của mô đun đàn hồi E, lực dính C và góc nội ma sát φ tương đương với độ ẩm tính toán bất lợi nhất của nền đất (xem hướng dẫn ở phụ lục II).

- Trị số tính toán của mô đun đàn hồi E, lực dính C và góc nội ma sát φ của các loại vật liệu làm áo đường; ứng suất cho phép chịu kéo uốn của lớp vật liệu (xem hướng dẫn ở phụ lục III).

Xét đến các điều kiện nhiệt ẩm, mùa hè là thời kỳ bất lợi vì mưa nhiều và nhiệt độ tầng mặt đường tăng cao. Do vậy, tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi chỉ tiêu của bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa được lấy tương ứng với nhiệt độ tính toán là 300C. Tuy nhiên, tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn thì tình trạng bất lợi nhất đối với bê tông nhựa và hỗn hợp đá – nhựa lại là mùa lạnh (lúc đó các vật liệu này có độ cứng lớn), do vậy lúc này lại phải lấy trị số mô đun đàn hồi tính toán của chúng tương đương với nhiệt độ 100C đối với lớp có bề dày 6cm và 150C đối với lớp có bề dày 7-12cm. Khi tính toán theo điều kiện cân bằng trượt thì nhiệt độ tính toán của bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa lấy bằng 600C.

Trong mọi trường hợp tính toán nói trên, các thông số của nền đất đều ấy tương đương với độ ẩm bất lợi nhất xác định tùy thuộc vào các biện pháp cấu tạo nền đường hướng dẫn ở phụ lục III.

3.4. Tải trọng tính toán:

3.4.1) Tải trọng tính toán tiêu chuẩn:

Khi tính toán cường độ, tải trọng tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục xe ô tô (trục đơn) có tải trọng 10T đối với tất cả các loại áo đường mềm thuộc mạng lưới chung; có tải trọng 12T đối với áo đường đô thị, loại đường cao tốc, đường công nghiệp, đường trục chính toàn thành và 9,5T đối với các đường đô thị khác ít quan trọng. Các tải trọng tính toán này được tiêu chuẩn hóa như quy định ở bảng 3.1.

TRỌNG TẢI TÍNH TOÁN TIÊU CHUẨN

Bảng 3-1

Loại đường

Tải trọng trục (daN)

Áp lực tính toán lên mặt đường (daN/cm2)

Đường kính vệt bánh (cm)

- Đường ô tô công cộng

- Trục chính đô thị

- Đường ô tô và đường ít quan trọng ở đô thị

10000

12000

9500

6,0

6,0

5,5

33

36

33

- Trên những đường có các loại xe khác biệt nhiều so với loại xe tiêu chuẩn ở bảng 3-1 thì áo phải được tính toán theo tải trọng của loại xe nặng nhất (đường vùng mỏ, đường công nghiệp). Đặc trưng tính toán của một số loại xe được nêu ở phụ lục I.

Nếu tải trọng loại xe nặng nhất không vượt quá tải trọng tính toán tiêu chuẩn 20% và số lượng của chúng chiếm dưới 5% số xe tải và xe buýt chạy trên đường thì vẫn cho phép tính toán theo tải trọng tiêu chuẩn.

3.4.2) Tải trọng tính toán của xe nhiều bánh:

Trường hợp trên đường có loại xe nhiều bánh chạy (như xe kéo rơ moóc có bệ tỳ, xe công-ten-nơ …) thì tải trọng tính toán phải được xác định có xét đến ảnh hưởng của các bánh xe khác mà khoảng cách từ chúng đến bánh xe chọn để tính toán dưới 2,50m.

Tải trọng bánh xe tính toán Q lúc này được xác định theo công thức sau:

Qtd = Qij (qi – 1 + 1 + qi + 1) + Kq; Tấn                      (3-1)

Với:                                          Kq = q – 1 + qj + 1 qj + 2 ;                  (3-2)

Trong đó Qij – là tải trọng của bánh j (bánh đơn hoặc bánh đôi) thuộc trục i được chọn làm bánh xe tính toán.

qi-1; qi + 1 - là hệ số xét đến ảnh hưởng của trục trước và trục sau (trục i-1 và i + 1) đến bánh xe tính toán thuộc trục i; qi - 1 và qi + 1 được xác định theo biểu đồ hình 3-1 tùy thuộc tỉ số khoảng cách giữa trục L với đường kính vệt bánh được chọn làm bánh tính toán Dch­­.

qj – 1, qj+ 1, qj­ + 2 – là hệ số xét đến ảnh hưởng của bánh khác cùng thuộc trục i với bánh chọn để tính toán;

qj – 1 , qj + 1, qj + 2 – được xác định theo biểu đồ 3-1 tùy thuộc tỉ số khoảng cách giữa các bánh 1 và Dch  (khi 1 < L/Dch < 2 thì lấy q = 1).

Hình 3-1. Đồ thị xác định các hệ số q để xét ảnh hưởng của các trục khác và bánh khác (trên cùng một trục) đến bánh xe chọn để tính toán đối với trường hợp xe nhiều bánh

Lần lượt tất cả các bánh của loại xe nhiều bánh này được chọn để tính toán Qtd­ (tương ứng với mọi Qij) và sẽ chọn trị số Qtd lớn nhất trong kết quả làm tải trọng tính toán của xe nhiều bánh

Áp lực tính toán p được xác định bằng lực không khí po, trong bánh xe có

p = p0, daN/cm2             (3-3)

Đường kính vệt bánh tính toán của xe nhiều bánh Dtd được xác định theo công thức:

     (3-4)

Trị số p theo (3-3) và Dtd theo (3-4) được dùng để tính toán cường độ theo điều kiện cân bằng trượt và điều kiện chịu kéo uốn như nói ở điều 3-2 trong trường hợp thiết kế áo đường mới chịu tải trọng trục trên 12 tấn, cũng như trong trường hợp kiểm nghiệm khả năng của kết cấu áo đường để giải quyết việc có hay không cho phép sự đi lại của xe nặng trên các đường cũ hiện có.

Hình 3-2. Đồ thị để xác định hệ số quy đổi trục xe có tải trọng bánh Q1 về trục có tải trọng tính toán Qtt theo công thức

ai =

3.5. Lưu lượng xe tính toán:

Lưu lượng xe tính toán là số ô tô được quy đổi về loại ô tô có tải trọng tính toán tiêu chuẩn thông qua mặt cắt ngang đường trong một ngày đêm trên làn xe nặng nhất chịu đựng lớn nhất ở cuối thời kỳ khai thác tính toán. Cách tính đổi các loại xe tải trọng khác nhau về tải trọng trục tiêu chuẩn ở bảng 3-1 sẽ được hướng dẫn ở Điều 3.6. Quy định về thời kỳ khai thác tính toán xem ở 1-5.

Trên đường xe chạy 1 làn xe, lưu lượng xe tính toán là lưu lượng xe theo 2 chiều đi và về.

Trên phần xe chạy có 2 hoặc 3 làn mà không có dải phân cách, chỉ lấy lưu lượng xe tính toán bằng 0,55 lưu lượng xe theo 2 hướng.

Đối với đường 4 làn xe nhưng có dải phân cách ở giữa chia đường thành 2 phần xe chạy, mỗi phần có 2 làn xe thì lưu lượng xe tính toán lấy bằng 0,35 lưu lượng xe chạy tổng cộng theo cả hai hướng nhưng không được lớn hơn khả năng thông qua của một làn.

Trường hợp số làn xe theo mỗi hướng lớn hơn 2 (trên những đường có dải phân cách tách biệt 2 hướng) thì phải xét đến sự phân bố xe tải nặng trên các làn xe, khi đó mỗi làn xe nặng được tính với lưu lượng xe không nhỏ hơn 0,35 lưu lượng quy đổi tổng cộng theo cả hai hướng (nhưng không được lớn hơn khả năng thông qua của mỗi làn). Trong trường hợp này số làn còn lại được tính toán theo lưu lượng xe tương lai chạy trên các làn đó.

Ở các chỗ nút giao nhau và chỗ vào nút, áo đường thuộc phạm vi chuyển làn phải được tính với lưu lượng xe bằng 0,5 tổng lưu lượng xe qua nút.

3.6. Quy đổi về tải trọng trục tính toán:

3.6.1. Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn:

Lưu lượng xe chạy quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn Ntt = N1a1 + N2a2 + N3a3 ... xe/ngày đêm (3-5)

Trong đó N1, N2, N3 … là lưu lượng xe chạy của các loại xe có tải trọng trục lớn nhất khác nhau trên làn xe trong một ngày đêm ở cuối thời kỳ khai thác đường (xe/ngày đêm).

a1, a2, a3 … là các hệ số quy đổi loại xe tương ứng ra trục xe tiêu chuẩn; các hệ số này được xác định theo bảng 3-2.

HỆ SỐ QUY ĐỔI VỀ TẢI TRỌNG TIÊU CHUẨN

Bảng 3-2

Loại tải trọng tiêu chuẩn

Hệ số quy đổi tương ứng với tải trọng trục của ô tô (Tấn/1 trục)

4

5

7

8

9,6

10

11

12

Trục 10T

Trục 12T

Trục 9,5T

0,02

0,01

0,03

0,10

0,05

0,15

0,36

0,18

0,55

0,42

0,22

0,65

0,68

0,35

1,0

1,0

0,5

 

0,6

 

1,0

Khi quy đổi những ô tô ba cầu (có hai trục sau) được xem gần đúng như 2 xe có tải trọng trục tương ứng với mỗi trục sau; xe kéo moóc nhiều trục thì có bao nhiêu trục ở rơ moóc được xem là bấy nhiêu ô tô.

Đối với xe có tải trọng trục vượt quá tải trọng trục tiêu chuẩn 20% trở xuống thì có thể quy đổi về xe tiêu chuẩn nhờ biểu đồ hình 3-2.

3.6.2. Quy đổi về tải trọng tính toán khác tiêu chuẩn

Trường hợp đường chuyên dùng (phục vụ công nghiệp hoặc khai thác mỏ) hoặc trường hợp các làn xe chạy riêng có thể có những xe nặng hơn tải trọng trục tiêu chuẩn quá 20% thì lúc này phải quy đổi các xe khác ra trục xe có tải trọng tính toán lớn nhất trong dòng xe. Hệ số quy đổi được xác định theo đồ thị hình 3-2. Đối với xe nhiều trục cũng phải quy đổi từng mỗi trục ra trục xe chọn để tính toán. Nếu xe nặng nhất chọn để tính toán là loại có nhiều bánh thì tải trọng tính toán được xác định như hướng dẫn ở Điểm 3.4.2 (Qtd = )

Tính toán cường độ áo đường mềm theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi

3.7. Như đã chỉ dẫn ở Điều 3.1, theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi kết cấu áo đường mềm sẽ được xem là đủ cường độ khi trị số mô đun đàn hồi chung Ech của cả kết cấu lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc:

Ech > Eyc                        (3-6)

3.8. Trị số mô đun đàn hồi theo yêu cầu được xác định theo công thức:

           (3-7)

Trong đó:

p: Áp suất của bánh xe tính toán trên mặt đường;

D: Đường kính của vòng tròn tương đương diện tích vệt bánh xe trên mặt đường, cm;

m: Hệ số Poisson, lấy bằng 0,3;

Icp: Độ võng đàn hồi cho phép, cm;

Độ võng đàn hồi cho phép được xác định trên cơ sở kinh nghiệm thực tế sử dụng, khai thác đường tùy thuộc lượng xe chạy. Lưu lượng xe càng lớn thì càng phải khống chế trị số Icp nhỏ để hạn chế hiện tượng mỏi như nói ở 3.1. Ngoài ra, để xét đến mức độ dự trữ cường độ khác nhau, trị số Icp cũng được xác định khác nhau đối với các loại tầng mặt áo đường khác nhau.

Do vậy mô đun đàn hồi yêu cầu được xác định theo bảng 3-3.

TRỊ SỐ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI YÊU CẦU CỦA ÁO ĐƯỜNG

Bảng 3-3

Loại tải trọng trục T

Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu, daN/cm2 tương ứng với lưu lượng xe chạy tính toán (xe/ngày đêm)

10

20

50

100

200

500

1000

2000

3000

10

 

 

12

 

 

9,5

Cấp A1

Cấp A2

Cấp B1

Cấp A1

Cấp A2

Cấp B1

Cấp A1

Cấp A2

Cấp B1

1150

760

510

1150

900

670

980

720

480

1330

910

640

1270

1030

790

1100

850

600

1470

1100

820

1460

1200

980

1270

1040

770

1600

1220

940

1610

1330

1110

1410

1150

920

1780

1350

 

1730

1460

 

1530

280

1050

1920

1530

 

1900

1630

 

1710

1460

2070

 

 

2040

 

 

1850

2240

 

 

2180

 

 

1980

 

 

 

2350

 

 

2170

                     

Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu xác định được theo bảng 3-3 không được nhỏ hơn trị số tối thiểu quy định ở bảng 3-4.

TRỊ SỐ TỐI THIỂU ĐỐI VỚI MÔ ĐUN ĐÀN HỒI YÊU CẦU

Bảng 3-4

Cấp hạng đường

Mô đun đàn hồi yêu cầu tối thiểu (daN/cm2)

Áo đường

Cấp A1

Cấp A2

Cấp B1

1/ Đường ô tô:

Cấp I

Cấp II

Cấp III

Cấp IV

Cấp V

Cấp VI

2/ Đường đô thị:

- Đường cao tốc và trục chính toàn thành

- Đường chính khu vực

- Đường phố

- Đường công nghiệp và kho tàng

- Đường xe đạp, ngõ

 

1780

1570

1400

1270

 

 

 

1910

1530

1190

1530

980

 

 

1280

1150

980

770

Không quy định

 

 

1270

940

1270

720

 

 

 

 

720

550

 

 

 

 

680

1020

470

3.9. Các trường hợp tính toán để chọn bề dày tầng mặt theo trị số Eyc:

Sau khi xác định trị số mô đun đàn hồi yêu cầu, có hai trường hợp tính toán:

1/ Tính toán để nghiệm lại các phương án cấu tạo kết cấu áo đường đã đề xuất gồm các lớp vật liệu với bề dày giả thiết xem có thỏa mãn điều kiện (3-6) không. Trường hợp này phải tính được Ech của cả kết cấu rồi so sánh với trị số Eyc để đánh giá. Đây cũng chính là trường hợp tính toán để đánh giá cường độ của kết cấu áo đường cũ hiện có.

2/ Biết Eyc, tiến hành tính toán bề dày áo đường để thỏa mãn điều kiện (3-6).

3.10. Tính toán mô đun đàn hồi chung hoặc tính bề dày áo đường đối với kết cấu là hệ hai lớp được tiến hành với toán đồ hình 3-3. Toán đồ này có trục đứng biểu thị số mô đun đàn hồi của vật liệu dưới và lớp trên E0/E1; trục ngang biểu thị tỷ số bề dày của vật liệu lớp trên h với D là đường kính tương đương của vệt bánh xe tính toán, còn các đường cong biểu thị giá trị của các mô đun đàn hồi chung và đàn hồi lớp trên Ech/E.

Theo toán đồ, nếu biết mô đun đàn hồi của vật liệu cả bán không gian phía dưới E0, mô đun đàn hồi và bề dày vật liệu áo đường (E1 và h/D) thì sẽ tính được Ech của cả kết cấu; ngược lại biết Ech bằng Eyc (cho mô đun đàn hồi chung bằng mô đun đàn hồi yêu cầu), biết E1 và E0 thì cũng tính được bề dày h cần thiết để thỏa mãn điều kiện (3-6).

3.11- Tính toán đối với kết cấu nhiều lớp vẫn áp dụng toán đồ hình 3-3 nhưng trước hết phải đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp theo sơ đồ hình 3-4 và công thức (3-8).

Đối với kết cấu áo đường nhiều lớp có chiều dày lớn hơn 2D, tức lớn hơn 66cm thì cần áp dụng toán đồ hình 3-3 để trực tiếp tính đổi 2 lớp một từ dưới lên.

Hình 3-4. Sơ đồ đổi hệ 3 lớp về hệ 2 lớp

(Các lớp ký hiệu số thứ tự tăng dần từ dưới lên)

      (3-8)

Trong đó k = h2/h1; t = E­2/E1 với h2 và h1 là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường; E2 và E1 là mô đun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới.

Việc đổi hệ nhiều lớp và hệ 2 lớp được tiến hành từ dưới lên, có hai lớp vật liệu quy đổi về một lớp có bề dày H’ = h1 + h2 và có trị số mô đun đàn hồi Etb tính theo (3-8)

Sau đó lại xem lớp H’ (với E’tb) là lớp dưới và tiếp tục quy đổi nó cùng với lớp trên nó là một lớp có bề dày H = H’ + h3 và Etb tính theo (3-8) nhưng với E’tb lớp này đóng vai trò E1 và K = h3/H’, t = E3/Etb.

Sau khi quy đổi nhiều lớp áo đường về một lớp thì cần nhân thêm với Etb ­một số hệ số điều chỉnh b xác định theo bảng 3-6 để được trị số :

      (3-9)

HỆ SỐ ĐIỀU CHỈNH b

Bảng 3-6

Tỷ số H/D

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

Hệ số b

1,033

1,069

1,107

1,136

1,178

1,198

1,210

Chú thích bảng 3-6: H là bề dày toàn bộ của áo đường; D là đường kính vệt bánh xe tính toán.

Trị số tính theo (3-9) dùng để tính toán tiếp trị số Ech của cả kết cấu theo toán đồ hình 3-3 và như vậy các thiết kế tiện lợi nhất đối với hệ nhiều lớp là áp dụng trường hợp 1 nói ở Điều 3-9.

Trường hợp muốn tính bề dày thì cần giả thiết trước cấu tạo các lớp vật liệu (biết mô đun đàn hồi của các lớp và tỷ số bề dày giữa các lớp kề nhau, từ đó theo (3-8) tính ra Etb. Với Etb (chưa điều chỉnh) và cho Ech = Eyc lại áp dụng toán đồ hình 3-3 để tính được tỷ số H/D để xác định bề dày H của áo đường một cách gần đúng (gần đúng vì Etb lúc này chưa được điều chỉnh do chính hệ số b lại phụ thuộc vào H/D). Để chính xác hóa trị số H cần dựa vào tỷ số H/D tính được với Etb chưa điều chỉnh này đề giả thiết vài trị số H/D khác nhỏ hơn rồi tính nghiệm lại theo cách thử dân cho đến khi vừa thỏa thuận mãn cả (3-9) và Điều kiện (3-6). Với tỷ số H/D được tìm chính xác hóa và với tỷ số bề dày đã giả thiết ta sẽ tính được bề dày của các lớp áo đường thiết kế.

Tính toán cường độ áo đường theo điều kiện trượt trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính.

3.12- Tiêu chuẩn tính toán theo điều kiện trượt:

Điều kiện cân bằng giới hạn ở điểm có ứng suất lớn nhất dưới tâm của tải trọng đối xứng trục được biểu thị như sau:

      (3-10)

Vế trái của phương trình được gọi là ứng suất cắt hoạt động ta, trong đó:

σ1, σ3 là ứng suất chính lớn nhất do tải trọng xe chạy và trọng lượng bản thân các lớp nằm phía trên gây ra.

c, φ – là lực dính và góc ma sát trong của đất hoặc vật liệu.

Do vậy, để bảo đảm không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong nền đất và các lớp vật liệu dính, cấu tạo kết cấu áo đường phải thỏa mãn điều kiện sau:

tax + tav ≤ K’ . c              (3-11)

Trong đó là tax là ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe chạy gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính.

tav là ứng suất cắt chủ động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên gây ra cũng tại điểm đang xét.

c- Lực dính của đất hoặc vật liệu kém dính ở trạng thái tính toán xác định theo thí nghiệm cắt nhanh (xác định như hướng dẫn ở phụ lục II).

K’ – Hệ số tổng hợp, xét đến đặc điểm của kết cấu và điều kiện làm việc của áo đường (xác định như hướng dẫn ở 3-15).

Tính toán cường độ áo đường theo điều kiện trượt chính là tính toán theo điều kiện (3-11).

3.13. Xác định tax được đơn giản hóa nhờ các toán đồ ở các hình 3-5, 3-7, 3-8. Các toán đồ này được lập cho sơ đồ tính toán hệ 2 lớp với hệ số Poisson m1 = 0,25 đối với vật liệu áo đường và m2 = 0,35 đối với nền đất, trong đó có thể hiện mối quan hệ giữa tỷ số H/D (bề dày tương đối của áo đường), tỷ số mô đun đàn hồi lớp trên và lớp dưới E1/E2 với tỷ số tax/p (p là áp lực của tải trọng tính toán) đối với các trường hợp góc ma sát trong của nền đất φ khác nhau. Trình tự xác định tax/p được chỉ dẫn bằng các mũi tên trên toán đồ và lưu ý cũng phải chọn trị số ở trạng thái tính toán bất lợi (phụ lục II). Để nâng cao độ chính xác, với các trị số tax/p nhỏ phải sử dụng toán đồ 3-7 và 3-8.

Toán đồ hình 3-5 và 3-7 được lập cho trường hợp có sự làm việc đồng thời giữa lớp trên và lớp dưới, trên thực tế áp dụng cho trường hợp áo đường đặt trên nền đất dính (sét, á sét và á cát) cũng như trên các lớp đất gia cố, sỏi cuội, xí …. Còn toán đồ hình 3-6 và 3-8 được lập cho trường hợp ở mặt tiếp xúc giữa lớp trên và lớp dưới có thể chuyển vị tự do; trên thực tế áp dụng cho trường hợp lớp trên đặt trên cát và các vật liệu tương tự cát.

Khi kiểm tra trượt trong nền đất dưới đáy áo đường để áp dụng toán đồ tìm ra tax phải đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp theo cách nói ở Điều 3.11 (công thức 3-8 và 3-9); lúc này trị số Etb tính được đóng vai trò E­1 và trị số mô đun đàn hồi của nền đất Eo đóng vai trò của E2. Khi kiểm tra trượt trong lớp vật liệu kém dính thì trị số E2 phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi chung Ech ở trên mặt lớp đó (trong khi c và φ vẫn dùng trị số tính toán của lớp đó), còn trị số E1 phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi trung bình Etb của các lớp nằm trên nó. Lúc này trị số Ech được xác định theo cách nói ở 3.10 hoặc 3.11 và trị số Etb cũng được xác định theo (3-8) và (3-9).

3.14. Xác định tav được thực hiện với toán đồ hình 3-9 tùy thuộc vào bề dày tổng cộng h của các lớp nằm trên lớp tính toán và 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 dương và phải dùng dấu đó trong công thức (3-11).

3.15. Xác định hệ số K’: là một hệ số tổng hợp nên K’ bao gồm một loạt các hệ số riêng biệt như sau:

             (3-12)

Trong đó:

n: Hệ số vượt tải do xe chạy, lấy n = 1,15

m: Hệ số xét đến điều kiện tiếp xúc của lớp kết cấu trên thực tế không đúng như giả thiết (làm việc đồng thời hoặc chuyển dịch tự do giữa các lớp); khi nền đất là đất dính (áp dụng toán đồ hình 3-5 và 3-7), lấy m = 0,65; khi nền đất kém dính (áp dụng toán đồ hình 3-6 và 3-8) m = 1,15.

K1: hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùng phục: K1 = 0,6

K: Hệ số an toàn xét đến sự làm việc không đồng nhất của kết cấu; K2 được chọn tùy theo cường độ xe chạy như ở bảng 3-7:

TRỊ SỐ CỦA HỆ SỐ K2

Bảng 3-7

Cường độ xe chạy tính toán trên 1 làn xe (xe/ngày đêm)

Dưới 100

Dưới 1000

Dưới 5000

Trên 5000

Hệ số K2

1,0

0,8

0,65

0,60

Kkt: Hệ số tùy thuộc yêu cầu về chất lượng khai thác;

Kkt = 1,0 đối với áo đường cấp A1, A2 và với áo đường bố trí lớp mặt bằng vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ không cho phép phát sinh biến dạng dư.

Kkt = 0,95 – 0,75 đối với áo đường có tầng mặt loại B1. (Khi cường độ xe chạy dưới 100 xe/ngày đêm trên một làn).