ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Chương 5:
THIẾT KẾ NỀN - MẶT ĐƯỜNG
I.

Yêu cầu đối với nền đường :
Nền đường là một công trình bằng đất có tác dụng :

Khắc phục đòa hình thiên nhiên nhằm tạo nên một dải đủ rộng dọc
theo tuyến đường có tác tiêu chuẩn về bình đồ, trắc dọc (độ dốc)…, trắc ngang đáp
ứng được điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận, kinh tế.
Làm cơ sở cho áo đường : lớp phía trên của nền đường cùng với áo
đường chòu đựng tác dụng của xe do đó có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và tình
trạng khai thác của cả kết cấu áo đường.
Để bảo đảm làm tốt các yêu cầu nói trên, khi thiết kế và xây dựng nền
đường cần phải đạt các yêu cầu sau :
Nền đường phải đảm bảo luôn ổn đònh toàn khối : nghóa là kích thước hình
học và hình dạng của nền đường trong mỗi hoàn cảnh không bò phá hoại hoặc biến
dạng gây bất lợi cho việc thông xe.
Nền đường phải bảo đảm có cường độ nhất đònh : tức là đủ độ bền khi chòu
cắt trượt và không bò biến dạng quá nhiều (hay không được tích lũy biến dạng)
dưới tác dụng của áp lực bánh xe chạy qua.
Nền đường phải đảm bảo ổn đònh về cường độ : nghóa là cường độ của nền
đường không được thay đổi theo thời gian, theo khí hậu, thời tiết một cách bất lợi.
II.

Yêu cầu đối với kết cấu áo đường mềm:
Mặt đường là lớp vật liệu trên cùng chòu ảnh hưởng trực tiếp lực thẳng đứng

và lực ngang của xe và chòu tác dụng của các nhân tố thiên nhiên (độ ẩm, nước
mưa, nắng, nhiệt độ thay đổi …). Tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng
phải bằng phẳng, đủ độ nhám, chống thấm nước, biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao ...
Tuỳ theo cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường ,tuỳ vào công nghệ thi công
,điều kiện vật tư mà ta đưa ra phương án chọn tầng mặt cho thích hợp.
Trong kết cấu áo đường tầng mặt là đắt tiền nhất nên khi sử dụng phải thiết
kế sao cho các lớp của tầng mặt là có chiều dày tối thiểu theo điều kiện mun
đàn hồi chung (Ech) của kết cấu áo đường.Đối với tầng móng phải tận dụng được
vật liệu đòa phương.
Chất lượng bề mặt áo đường mềm càng tốt thì chi phí vận doanh sẽ càng
giảm và thời hạn đònh kỳ sửa chữa vừa trong quá trình khai thác sẽ được tăng lên.
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 62


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Thiết kế kết cấu áo đường theo Quy trình thiết kế áo đường mềm theo tiêu
chuẩn 22 TCN 211-06.
III.
1.

Loại tầng mặt và mô đun đàn hồi yêu cầu của kết cấu áo đường:
Loại tầng mặt kết cấu áo đường:
Theo 22TCN 211-06 với đường cấp III thì loại tầng mặt là cấp cao A1.


2.

Mô đun đàn hồi yêu cầu của mặt đường:

Theo 22TCN 211-06 thì tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được qui đònh là
trục đơn của ôtô có trọng lượng 100 kN đối với tất cả các loại áo đường mềm trên
đường ôtô các cấp thuộc mạng lưới chung.
Lưu lượng xe chạy ở năm tương lai 1625xe/ng.đ. Tải trọng trục tính toán
P = 100KN, áp lực tính toán lên mặt đường p = 0.6 Mpa, đường kính vệt bánh xe
D = 33 cm.
+ p lực tính toán lên mặt đường:
+ Đường kính vệt bánh:
Trọng lượng
Số
Loại xe
trục Pi (kN)
trục
Trục
Trục sau
trước
sau
Xe con
Xe tải
24.3
58.5
1
2 trụcï
Xe buýt
35.5
80

1
nhỏ
Xe tải
45
100
2
3 trục

p = 0.6 MPa

D = 33cm
Số bánh của
Khoảng
mỗi cụm
cách giữa
bánh ở trục
các trục

Lượng
xe ni
xe/ngđ
244

Cụm bánh đôi

585

Cụm bánh đôi

487


Cụm bánh đôi

>3

309

Tính số trục xe qui đổi về trục tiêu chuẩn 100kN
4.4

 P 
N = ∑ c1 .c2 .n i  i ÷
I =1
 100 
k

c1: Hệ số số trục.
c1 = 1 + 1.2(m − 1)
m: Số trục của cụm trục i .
c2: Hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong một cụm bánh.
c2 =6.4 cho các cụm bánh chỉ có một bánh.
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 63


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ


c2 =1 cho các cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi).
Vì tải trọng trục dưới 25kN(2.5T) nên không xét đến khi qui đổi.
Vì khoảng cách các trục sau >3m nên việc chuyển đổi được thực hiện riêng
từng trục, tức là c1 = 2.
Khi khoảng cách giữa các trục <3m thì qui đổi gộp m trục có trọng lượng
bằng nhau như 1 trục theo công thức: c1 = 1 + 1.2(m − 1) .

Bảng tính số trục xe qui đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN
Loại xe
Xe tải 2 trục Trục trước
Trục sau
Xe buýt nhỏ Trục trước
Trục sau
Xe tải 3 trục Trục trước
Trục sau

Pi

c1

c2

ni

N tt

24.3
58.5
35.5
80

45
100

0
1
1
1
1
2

0
1
6.4
1
6.4
1

0
585
487
487
309
309

0
55
33
183
59
617


Số trục xe qui đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN .
Ntk = 947 (trục/làn.ngđ)
Số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe .
N tt = Ntk × fL = 947 × 0.55 = 521 (trục/làn.ngđ)
Vì đường có 2làn xe và có dải phân cách giữa nên f L = 0.55 .
Tra bảng 3-4 ta có:
N yc (trục/làn.ngđ
)
E yc (MPa)

500

1000

178

192

Nội suy ⇒ E yc = 178.6Mpa .
tt
Tra bảng 3-5(TCVN 4054-2005) thì ⇒ E yc = 140Mpa .

Do đó lấy ⇒ E yc = 178.6Mpa để kiểm toán.
Số trục tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn t=15 năm với qui luật tăng
trưởng xe trung bình năm q=7% :
[(1 + q)t − 1]
[(1 + 0.07)15 − 1]
Ne =
× 365 × N =

× 365 × 521 = 1.85 × 10 6
t −1
15−1
q × (1 + q)
0.07 × (1 + 0.07)
(trục/làn)

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 64


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Trong đó:
+q=0.07 :tỉ lệ tăng xe hàng năm.
+ t=15 năm :thời hạn tính toán.
+ Nt : số trục xe dự báo ở năm cuối của thời điểm thiết kế(15 năm)
IV.


Chọn cấu tạo áo đường:
Phương án I:
Cấu tạo các lớp mặt đường từ trên xuống như sau:
Bê tông nhựa chặt loại I hạt mòn dày 5 cm
Bê tông nhựa chặt loại I hạt trung dày 7 cm

Cấp phối đá dăm loại I dày 28 cm.

Cấp phối đá dăm loại II dày 34 cm.


Phương án II:
Cấu tạo các lớp mặt đường từ trên xuống như sau:
Bê tông nhựa chặt loại I hạt mòn dày 5 cm.
Bê tông nhựa chặt loại I hạt trung dày 7 cm.
Đá dăm gia cố xi măng 6% dày 15 cm.
Cấp phối đá dăm loại II dày 30 cm.

V.

Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường phương án I:
Các đặc trưng tính toán của mỗi lớp kết cấu:
Lớp kết cấu ( từ dưới lên)

Bề
dày

- Đất lẫn sỏi sạn ở độ ẩm
tương đối tính toán 0.62

E (Mpa)
Độ
Kéo
Trượt
võng
uốn

Rku

(Mpa)

41.2

- Cấp phối đá dăm loại II

34

250

- Cấp phối đá dăm loại I

28

300

7

350

250

1600

2.0

5

420


300

1800

2.8

- Bê tông nhựa chặt loại I
hạt trung
- Bê tông nhựa chặt loại I
hạt mòn

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

ϕ

c
(Mpa)

(độ)

0.0304

22.8

Trang 65


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

1.


GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi:

a/ Chuyển hệ nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi kết cấu áo đường hai lớp một
từ dưới lên trên theo công thức:
3

 1 + kt1/ 3 
E = Ei 
÷
 1+ k 
dh
tb

Với:

k=

h i +1
E i +1
và t =
hi
Ei

Kết quả tính đổi theo bảng:
E
Ei
t = i +1

Lớp kết cấu
Ei
(MPa)
CPĐD loại II
250
CPĐD loại I
BTN nhựa chặt
loại I
hạt trung
BTN nhựa chặt
loại I
hạt mòn

hi
(cm)
34

300
= 1.2
250
350
= 1.28
2271.84

300
350

8

420

= 1.504
279.19

420

k=

h i +1
hi

H tb

E tb

(cm)
36

(Mpa)
250

28

28
= 0.824
34

62

271.84


7

7
= 0.113
62

69

279.19

5

5
= 0.072
69

74

287.47

b/ Xét hệ số điều chỉnh β:
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
H 74
=
= 2.242
D 33
Vì H/D > 2 nên ta có:
0.12

H

⇒ β = 1.114 ×  ÷
D

= 1.114 × ( 2.242 )

0.12

= 1.2274

⇒ E dc
= β× E tbi = 1.2274 × 287.47 = 352.84(Mpa)
tb

c/ Tính toán Ech của cả kết cấu:
H
= 2.242 >2 nên không thể tra trong bảng 3-1 mà phải tính
D
toán bằng công thức F-1 trong phục lục F của 22TCN 211-06 để tính E ch:
Từ các tỉ số:

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 66


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

1.05 × E0
E
1+ 0

E1

Ech

−0.67

2

H E 
1+ 4×  ÷ ×  0 ÷
 D   E1 

+

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

E0
E1

dc
Ta có E0= 41.2 Mpa; E1= E tb = 352.84 Mpa.

⇒ E ch = 182.22 Mpa
Thực tế thì công thức F-1 có độ sai lệch so với toán đồ 3-1. Bằng thực tế
E0

kiểm nghiệm với E =0.1168 ta có độ sai lệch này khoảng 8% nên:
1
⇒ E ch = 182.22 + 182.22 × 8% = 196.8 Mpa.
dv

d/ Kiểm toán điều kiện: Ech ≥ K cd .E yc
Vì đường cấp III, 2 làn xe nên theo bảng 3.3, chọn độ tin cậy thiết kế là 0.9,
dv
do vậy theo bảng 3.2 xác đònh được hệ số cường độ K cd =1.1
Kết quả nghiệm toán:
dv
Ech= 196.8 Mpa > K cd × E yc = 1.1 ×178.6 = 196.46 Mpa

Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi
2.
Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chòu cắt trượt trong nền đất:
a/ Tính Etb của cả 4 lớp kết cấu:
E
h
Ei
hi
H tb
E tb
t = i +1
k = i +1
Lớp kết cấu
Ei
hi
(MPa)
(cm)
(cm)
(Mpa)
CPĐD loại II

250


CPĐD loại I

300

300
= 1.2
250

28

250

250
= 0.92
271.84

BTN nhựa chặt
loại I

hạt trung
BTN nhựa chặt
loại I

hạt mòn

300

34


300
= 1.11
269.58

3

34

250

28
= 0.824
34

62

271.84

7

7
= 0.113
62

69

269.58

5


5
= 0.072
69

74

271.56

Xét hệ số điều chỉnh β:
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
H 74
=
= 2.242
D 33
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 67


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG
0.12

H
⇒ β = 1.114 ×  ÷
D

= 1.114 × ( 2.242 )

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ
0.12


= 1.2274

⇒ E dc
= β × E tbi = 1.2274 × 271.56 = 333.3(Mpa)
tb

b/ Xác đònh ứng suất cắt hoạt động do tải tọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra
trong nền đất Tax :
E
333.3
H 74
= 8.09
=
= 2.242 và tb =
E0
41.2
D 33
Với góc nội ma sát của đất nền ϕ = 22.8
T
Tra toán đồ hình 3.3 ta được ax = 0.0104
p
⇒ Tax= 0.0104 x 0.6 = 0.00624 Mpa
c/ Xác đònh ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của các lớp kết cấu áo
đường gây ra trong nền đất Tav
Tra toán đồ hình 3.4 ta được Tav =-0.0015
d/ Trò số lực dính tính toán của đất nền C tt
Ctt= c. k1.k2.k3
c : lực dính tính toán của đất nền.
c =0.0304

k1 : hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất chòu tải trọng động
và gây giao động.
k1 =0.6 với kết cấu áo đường cho phần xe chạy
k 2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết
cấu, các yếu tố này ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn. Do đó k 2
được xác đònh tuỳ thuộc vào số trục xe qui đổi mà kết cấu phải chòu đựng trong
một ngày đêm
Tra bảng 3.8 ta được k 2 =0.8
k 3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt của đất trong điều kiện chúng
làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử, ngoài ra hệ số này còn xét đến sự
khác biệt về điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo đường với nền đất
so với điều kiện xem như chúng dính kết chặt. Trò số này được xác đònh tuỳ thuộc
loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường.
Đối với đất dính k 3 =1.5
Vậy Ctt = 0.0304 x 0.6 x 0.8 x 1.5 = 0.022 MPa
Ctt
e/ Kiểm toán điều kiện: Tax + Tav ≤ tr
k cd
0

Với đường cấp III, độ tin cậy yêu cầu 0.9 do vậy theo bảng 3.7: kcd =0.94
C
0.022
Tax + Tav = 0.00624 − 0.0015 = 0.00474Mpa ≤ trtt =
= 0.0234Mpa
0.94
k cd
tr

SVTH:MAI VĂN QUYỀN


Trang 68


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chòu cắt trượt trong
nền đất.
3.

nhựa:

Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chòu kéo uốn lớp bê tông

a/ Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa:
-

Đối với bê tông nhựa lớp dưới:

Qui đổi 2 lớp bê tông nhựa về 1 lớp:
h1 = 12cm
E1 =

1600 × 7 + 1800 × 5
= 1683.33Mpa
7+5

Trò số Etb của 2 lớp cấp phối đá dăm I và cấp phối đá dăm II là Etb = 271.84 Mpa

(tính ở bảng phía dưới) với bề dày 2 lớp này là H = 62 cm trò số này còn phải xét
đến hệ số điều chỉnh β :
H 62
=
= 1.88
D 33
Tra bảng 3.6 được β = 1.204
⇒ E dc
= β × E tbi = 1.204 × 271.84 = 327.34(Mpa)
tb

Với

E0
41.2
=
= 0.126
dc
E tb 327.34

Tra toán đồ hình 3.1 được

E chm
= 0.542
Edc
tb

⇒ E chm = 0.542 × 327.34 = 177.42Mpa
σ ku : ứng suất kéo uống đơn vò ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán
đồ hình 3.5 với:


E1
1683.33
H1 12
=
= 9.49
=
= 0.364 và
E chm 177.42
D 33
Tra toán đồ được σ ku =1.74
k b : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới

tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đơn hay bánh đôi. Khi kiểm tra với cụm
bánh đôi trong trường hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩn thì k b =0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
σ ku = σ ku .p.k b = 1.74 × 0.6 × 0.85 = 0.8874Mpa
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 69


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

-

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Đối với bê tông nhựa lớp trên:
h1 = 5cm

E1 = 1800Mpa
Ei

Lớp kết cấu

t=

E i +1
Ei

hi

CPĐD loại II

(MPa)
250

CPĐD loại I

300

300
= 1.2
250

28

1600

1600

= 5.89
271.84

7

BTN nhựa chặt
loại I

hạt trung

(cm)
34

k=

h i +1
hi

28
= 0.824
34
7
= 0.11
62

3

H tb

E tb


(cm)
34

(Mpa)
250

62

271.84

69

344.18

Trò số Etb của 3 lớp là Etb = 344.18 Mpa với bề dày 3 lớp này là H=69 cm trò số
này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β :
Từ các tỉ số:

H 69
=
= 2.09 >2
D 33

 = 1.114x(H/D)0.12=1.217
⇒ E dctb = β × E tbi = 1.217 × 344.18 = 418.87(Mpa)

H
= 2.09 >2 nên không thể tra trong bảng 3-1 mà phải tính
D

toán bằng công thức F-1 trong phục lục F của 22TCN 211-06 để tính E ch:
Từ các tỉ số:

Ech

1.05 × E0
E
1+ 0
E1
2

−0.67

H E 
1+ 4×  ÷ ×  0 ÷
 D   E1 

+

E0
E1

dc
Ta có E0= 41.2 Mpa; E1= E tb = 418.87Mpa.

⇒ E ch = 198.52 Mpa
Thực tế thì công thức F-1 có độ sai lệch so với toán đồ 3-1. Bằng thực tế
E0

kiểm nghiệm với E =0.098 ta có độ sai lệch này khoảng 8% nên:

1
⇒ E chm = 198.52 + 198.52 × 8% = 214.4 Mpa.
σ ku : ứng suất kéo uống đơn vò ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách
tra toán đồ hình 3-5 với:
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 70


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

E1
1800
H1 5
=
= 8.4
=
= 0.152 và
E chm 214.4
D 33
Tra toán đồ được σ ku =1.9
k b : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới

tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đơn hay bánh đôi. Khi kiểm tra với cụm
bánh đôi trong trường hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩn thì k b =0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
σ ku = σ ku .p.k b = 1.9 × 0.6 × 0.85 = 0.969Mpa
b/ Kiểm toán theo điều kiện chòu kéo uốn ở đáy lớp bê tông nhựa:

σ ku ≤

R ttku
ku
K cd

K cdku : hệ số cường đo về chòu kéo uốn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế.
K cdku =0.94 tra bảng 3.7 cho trường hợp đøng cấp III ứng với đô tin cậy 0.9
Rttku : cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa
Rttku = k1.k 2 .Rku
Rku : cường độ chòu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán
k1 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bò mỏi dưới tác dụng của tải

trọng trùng phục.Đối với vật liệu bê tông nhựa:
11,11

11,11

k1 = N 0,22 = 1.85.106  0,22 = 0.464
e


k 2 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí

hậu thời tiết . Với bê tông nhựa chặt loại I
k 2 =1

Cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới:
Rttku = k1.k 2 .Rku = 0.464 x 1 x 2 = 0.928 MPa


Cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp trên:
Rttku = k1.k 2 .Rku = 0.464 x 1 x 2.8 = 1.299 MPa

Kiểm toán:
Với lớp bê tông nhựa lớp dưới:
σ ku = 0.8874 MPa <

0.928
=0,987 MPa
0.94

Với lớp bê tông nhựa lớp trên:
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 71


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

1.299
=1.382 MPa
0.94

σ ku = 0.969 MPa <

Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chòu kéo uốn trong
các lớp bê tông nhựa.
4.


Kết luận:

Các kết quả kiểm toán theo trình tự tính toán như trên cho thấy kết cấu dự
kiến đẩm bảo được tất cả các điều kiện về cường độ, do đó có thể chấp nhận nó
làm kết cấu thiết kế.
VI.

Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường phương án II:
Các đặc trưng tính toán của mỗi lớp kết cấu:

Lớp kết cấu ( từ dưới lên)

Bề
dày

- Đất lẫn sỏi sạn ở độ ẩm
tương đối tính toán 0.62
- Cấp phối đá dăm loại II

Mun E (Mpa)
Độ
Kéo
Trượt
võng
uốn

Rku
(Mpa)


41.2
30

250

15

600

600

600

0.8

- Bê tông nhựa chặt loại I
hạt trung

7

350

250

1600

2.0

- Bê tông nhựa chặt loại I
hạt mòn


5

420

300

1800

2.8

- Đá dăm gia cố xi măng
6%
(Cường độ chòu nén ở tuổi
28 ngày ≥ 4Mpa)

ϕ

c
(Mpa)

(độ)

0,0304

22.8

1. Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi:
a/ Chuyển hệ nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi kết cấu áo đường hai lớp một
từ dưới lên trên theo công thức:

3

 1 + kt1/ 3 
E = Ei 
÷
 1+ k 
dh
tb

Với:

k=

h i +1
E i +1
và t =
hi
Ei

Kết quả tính đổi theo bảng:
E
Ei
t = i +1
Lớp kết cấu
Ei
(MPa)
CPĐD loại II
250
SVTH:MAI VĂN QUYỀN


hi
(cm)
30

k=

h i +1
hi

H tb

E tb

(cm) (Mpa)
30
250
Trang 72


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Đá gia cố xi măng
6%
BTN nhựa chặt
loại I

hạt trung
BTN nhựa chặt
loại I


hạt mòn

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

600

600
= 2.4
250

15

15
= 0.5
30

350

350
= 1.02
344.65

7

7
= 0.156 52
45

345.57


420

420
= 1.215
345.57

5

5
= 0.096
52

351.7

45

57

344.65

b/ Xét hệ số điều chỉnh β:
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
H 57
=
= 1.73
D 33
Tra bảng 3.6 được β = 1.196
⇒ E tttb = β × E itb = 1.196 × 351.7 = 420.7(Mpa)

c/ Tra toán đồ 3.1 để xác đònh Ech của mặt đường:

Từ các tỉ số:

H
= 1.73 ,
D

Ta xác đònh được:

E0
41.2
= 0.098
dc =
E tb
420.7
E ch
= 0.468
E dc
tb

⇒ E ch = 0.468 × 420.7 = 196.89 Mpa
dv
d/ Kiểm toán điều kiện: Ech ≥ K cd .E yc
Vì đường cấp III, 2 làn xe nên theo bảng 3.3, chọn độ tin cậy thiết kế là 0.9,
dv
do vậy theo bảng 3.2 xác đònh được hệ số cường độ K cd =1,1
Kết quả nghiệm toán:
dv
Ech= 196.89 Mpa > K cd × E yc = 1.1 × 178.6 = 196.46 Mpa

Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi

2.

Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chòu cắt trượt trong nền đất:

a/ Tính E tb của cả 4 lớp kết cấu:
Lớp kết cấu
CPĐD loại II

Ei
(((MPa)
250

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

t=

E i +1
Ei

hi
(cm)
30

k=

h i +1
hi

H tb


E tb

(cm)
30

(Mpa)
250
Trang 73


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Đá gia cố xi măng
600
6%
BTN nhựa chặt
loại I
250
hạt trung
BTN nhựa chặt
loại I
300
hạt mòn

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

600
= 2.4
250


15

15
= 0.5
30

45

344.65

250
= 0.725
344.65

7

7
= 0.156
45

52

330.66

300
= 0.907
330.66

5


5
= 0.096
52

57

327.89

Xét hệ số điều chỉnh β:
Tỉ số giữa bề dày kết cấu áo đường và kích thước vệt bánh xe:
H 57
=
= 1.73
D 33
Tra bảng 3.6 được β = 1.196
⇒ Edctb = β × E itb = 1.196 × 327.89 = 392.156(Mpa)

b/ Xác đònh ứng suất cắt hoạt động do tải tọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra
trong nền đất Tax :
E
392.156
H 57
= 9.52
=
= 1.73 và tb =
E0
41.2
D 33
Với góc nội ma sát của đất nền ϕ = 22.8
T

Tra toán đồ hình 3.3 ta được ax = 0.0145
p
⇒ Tax= 0.0145 x 0.6 = 0.0087 Mpa
c/ Xác đònh ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của các lớp kết cấu áo
đường gây ra trong nền đất Tav
Tra toán đồ hình 3.4 ta được Tav =-0.0011
d/ Trò số lực dính tính toán của đất nền C tt
Ctt= c. k1.k2.k3
c : lực dính tính toán của đất nền. c =0.0304
k1 : hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất chòu tải trọng động
và gây giao động. k1 =0.6 với kết cấu áo đường cho phần xe chạy
k 2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết
cấu, các yếu tố này ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn. Do đó k 2
được xác đònh tuỳ thuộc vào số trục xe qui đổi mà kết cấu phải chòu đựng trong
một ngày đêm. Tra bảng 3.8 ta được k 2 =0.8
k 3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt của đất trong điều kiện chúng
làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử, ngoài ra hệ số này còn xét đến sự
khác biệt về điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo đường với nền đất
0

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 74


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

so với điều kiện xem như chúng dính kết chặt. Trò số này được xác đònh tuỳ thuộc

loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường. Đối với đất dính k 3 =1.5
Vậy Ctt = 0.0304 x 0.6 x 0.8 x 1.5 = 0.022 MPa
Ctt
e/ Kiểm toán điều kiện: Tax + Tav ≤ tr
k cd
Với đường cấp II, độ tin cậy yêu cầu 0.9 do vậy theo bảng 3.7: kcd =0.94
C
0.022
Tax + Tav = 0.0087 − 0.0011 = 0.0076Mpa ≤ trtt =
= 0.0234Mpa
0.94
k cd
tr

Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chòu cắt trượt trong
nền đất.
3.

Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chòu kéo uốn trong các lớp bê
tông nhựa và đá gia cố xi măng:

a/ Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông nhựa:
-

Đối với bê tông nhựa lớp dưới:

Qui đổi 2 lớp bê tông nhựa về 1 lớp:
h1 = 12cm
E1 =


1600 × 7 + 1800 × 5
= 1683.33Mpa
7+5

Quy đổi 2 lớp cấp phối đá dăm và đá gia cố xi măng:
Lớp kết cấu
CPĐD loại II
Đá gia cố xi măng
6%

Ei
(((MPa)
250
600

t=

E i +1
Ei

600
= 2.4
250

hi
(cm)
30
15

k=


h i +1
hi

15
= 0.5
30

H tb

E tb

(cm)
30

(Mpa)
250

45

344.65

Trò số Etb của 2 cấp phối đá dăm II và đá gia cố xi măng là Etb = 344.65 Mpa
(tính ở bảng phía dưới) với bề dày 2 lớp này là H = 45cm trò số này còn phải xét
đến hệ số điều chỉnh β :
H 45
=
= 1.364
D 33
Tra bảng 3.6 được β = 1.155

⇒ E dctb = β × E tbi = 1.155 × 344.65 = 398.1(Mpa)

Với

E0
41.2
=
= 0.1035
dc
E tb 398.1

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 75


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Tra toán đồ hình 3.1 được

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

E chm
= 0.415
Edc
tb

⇒ E chm = 0.415 × 398.1 = 165.21Mpa
σ ku : ứng suất kéo uống đơn vò ở đáy lớp bê tông nhựa lớp dưới bằng cách tra toán
đồ hình 3.5 với:

E1
1683.33
H1 12
=
= 10.19
=
= 0.364 và
E chm 165.21
D 33
Tra toán đồ được σ ku =1.7
k b : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác
dụng của tải trọng tính toán là bánh đơn hay bánh đôi. Khi kiểm tra với cụm bánh
đôi trong trường hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩn thì k b =0.85
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
σ ku = σ ku .p.k b = 1.7 × 0.6 × 0.85 = 0.867Mpa
-

Đối với bê tông nhựa lớp trên:
h1 = 5cm , E1 = 1800Mpa
Lớp kết cấu
CPĐD loại II
Đá gia cố xi măng
BTN nhựa chặt
loại I

hạt trung

Ei

t=


(MPa)
250
600
1600

E i +1
Ei

hi

2.4

(cm)
30
15

4.64

7

h i +1
hi

H tb

E tb

0.5


(cm)
30
45

(Mpa)
250
344.65

0.156

52

446.5

k=

Trò số E tb của 3 lớp là E tb = 446.5 Mpa với bề dày 3 lớp này là H = 52 cm trò số
này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β :
H 52
=
= 1.576
D 33
Tra bảng 3.6 được β = 1.184
⇒ E dctb = β × E tbi = 1.184 × 446.5 = 528.69(Mpa)

Với

E0
41.2
=

= 0.078
dc
E tb 528.69

Tra toán đồ hình 3.1 được

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

E chm
= 0.396
Edc
tb
Trang 76


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

⇒ E chm = 0.396 × 528.69 = 209.36Mpa
σ ku : ứng suất kéo uống đơn vò ở đáy lớp bê tông nhựa lớp trên bằng cách tra toán
đồ hình 3.5 với:
E1
1800
H1 5
=
= 8.6
=
= 0.152 và
E chm 209.36

D 33
Tra toán đồ được σ ku =1.87
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
σ ku = σ ku .p.k b = 1.87 × 0.6 × 0.85 = 0.9537Mpa
b/ Kiểm toán theo điều kiện chòu kéo uốn ở đáy lớp bê tông nhựa:
R ttku
σ ku ≤ ku
K cd
K cdku : hệ số cường đo về chòu kéo uốn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế.
ku
K cd
=0.94 tra bảng 3.7 cho trường hợp đøng cấp III ứng với đô tin cậy 0.9

R ttku : cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa

R ttku = k1 .k 2 .R ku

R ku : cường độ chòu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán
k1 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bò mỏi dưới tác dụng của tải
trọng trùng phục.Đối với vật liệu bê tông nhựa:
11,11
11,11
k1 = N 0,22 = 1.85.106  0,22 = 0.464
e



k 2 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí
hậu thời tiết . Với bê tông nhựa chặt loại I, k 2 =1
Cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới:

R ttku = k1 .k 2 .R ku = 0.464 x 1 x 2 = 0,928 MPa

Cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp trên:
R ttku = k1 .k 2 .R ku = 0.464 x 1 x 2.8 = 1.2992 MPa

Kiểm toán:
Với lớp bê tông nhựa lớp dưới:
σ ku = 0,867 MPa <

0.928
=0,987 MPa
0.94

Với lớp bê tông nhựa lớp trên:

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 77


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

σ ku = 0.9537 MPa <

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

1.2992
=1.382 MPa
0.94


Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chòu kéo uốn trong
các lớp bê tông nhựa.
c/ Kiểm tra điều kiệm chòu kéo uốn ở đáy lớp móng bằng đá gia cố xi măng:
Đổi các lớp phía trên kể từ mặt lớp đá gia cố xi măng trở lên về 1 lớp ta có:
h1 = 5+7 = 12cm
E1 =

1600 × 7 + 1800 × 5
= 1683.33Mpa
7+5

m
Tính Ech của các lớp phía dưới lớp đá gia cố xi măng thì E =250 Mpa và H=30 cm
(của lớp cấp phối đá dăm).

Với

E
41.2
H 30
= 0.1648
=
= 0.909 và dc0 =
E tb 250
D 33

Tra toán đồ hình 3.1 được

E chm
= 0.411

Edc
tb

⇒ E chm = 0.411× 250 = 102.75Mpa
σ ku : ứng suất kéo uốn đơn vò ở đáy lớp đá gia cố xi măng bằng cách tra toán đồ
hình 3.6 với:

H1 15 + 7 + 5
=
= 0.818
D
33
E1 1683.33
=
= 2.806
E2
600
E2
600
=
= 5.84
E3 102.75
Tra toán đồ được σ ku =0.41
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
σ ku = σ ku .p.k b = 0.41× 0.6 × 0.85 = 0.209Mpa
Kiểm toán theo điều kiện chòu kéo uốn ở đáy lớp đá gia cố xi măng:
σ ku ≤

R ttku
ku

K cd

Rttku : cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa
Rttku = k1.k 2 .Rku
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 78


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

k1 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bò mỏi dưới tác dụng của tải

trọng trùng phục.Đối với vật liệu đá gia cố xi măng:
2.86

2.86

k1 = N 0,11 = (1.85.106 )0,11 = 0.585
e
k 2 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khi
shậu thời tiết . Với đá gia cố xi măng: k 2 =1

Cường độ chòu kéo uốn tính toán của lớp đá gia cố xi măng:
Rttku = k1.k 2 .Rku =0.585x 1 x 0.8 = 0,468 MPa

Như vậy:
σ ku = 0.209 MPa <


Rttku 0.468
=
=0.498 MPa
K cdku 0.94

Cho thấy kết cấu dự kiến đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn chòu kéo uốn trong
lớp đá gia cố xi măng .
4.

Kết luận:

Các kết quả kiểm toán theo trình tự tính toán như trên cho thấy kết cấu dự
kiến đẩm bảo được tất cả các điều kiện về cường độ, do đó có thể chấp nhận nó
làm kết cấu thiết kế
VII.

So sánh và chọn lựa hai phương án áo đường:

Cả hai phương án tuyến có các số liệu đầu vào giống nhau về điều kiện đòa
chất, khí hậu, thuỷ văn và lưu lượng xe thiết kế nên trong bước thiết kế này ta sẽ
chọn ra một phương án áo đường để sử dụng chung cho cả hai phương án tuyến. Vì
thế ta sẽ so sánh hai phương án áo đường trên cùng chiều dài tuyến là 1 km đường.
Xác đònh chi phí xây dựng mặt đường:
Phân tích đơn giá theo hạng mục công việc:



Mã
hiệu


Thành phần chi phí

Đơn Định
vị
mức

Đơn
giá

(ĐM)
AD

CPĐD loại 2

11212 Vật liệu

100m3

Vật
liệu

Thành tiền
Nhân
công

14,445,518 179,182

Máy
1,179,496.5


m3

142

Nhân công 4/7

công

3.9

Máy ủi 110CV

ca

0.42

937,087

393,576.54

Máy san 110CV

ca

0.08

817,979

65,438.32


SVTH:MAI VĂN QUYỀN

14,445,518
179,182

Trang 79


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Mã
hiệu

Thành phần chi phí

GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Đơn Định
vị
mức

Đơn
giá

(ĐM)

AD

Máy


Máy lu rung 25T
Máy lu bánh lốp 16T
Máy lu 10T

ca
ca
ca

0.21
0.34
0.21

1,538,836
604,875
404,491

323,155.56
205,657.5
84,943.11

Ô tô tưới nước 5 m3

ca

0.21

480,273

100,857.33


Máy khác

%

CPĐD loại 1

100m

11222 Vật liệu
Nhân công 4/7

0.5

5,868.14
14,445,518 202,154

3

1,153,131.61

m
công

142
4.4

3

Máy rải 50-60m /h


ca

0.21

1,830,434

384,391.14

Máy lu rung 25T

ca

0.21

1,538,836

323,155.56

Máy lu bánh lốp 16T

ca

0.42

604,875

254,047.5

Máy lu 10T


ca

0.21

404,491

84,943.11

ca
ca

0.21
0.5

480,273

100,857.33
5,736.97

3

Ô tô tưới nước 5 m
Máy khác

AD

Vật
liệu


Thành tiền
Nhân
công

3

14,445,518
202,154

Đá dăm gia cố XM 6% 100m2

22,860,817 1,332,376 2,964,287.595

Cấp phối đá dăm
m2
Xi măng
kg
Vật liệu khác
%
Nhân công 4/7
công
Trạm trộn
ca
Máy ủi 110CV
ca
Máy lu 8.5T
ca
Máy đầm bánh lốp 16T ca
Máy san 110CV
ca

Máy khác
%
BTNC loại I
hạt trung
100m2

1.42 10,172,900 14,445,518
9902
827 8,188,954
1
226,344.7
29
1,332,376
0.51 2,047,057
1,043,999.07
0.95
937,087
890,232.65
0.245
353,953
86,718.485
0.37
734,405
271,729.85
0.75
817,979
613,484.25
2
58,123.29
8,341,000


19
8,341,000
23226 Vật liệu
m2
Nhân công 4/7
công 2.92
Máy rải 130-140CV
ca 0.0695 2,601,798
Máy lu 10T
ca
0.12
404,491
Máy đầm báh lốp 16T
ca 0.064
604,875
Máy khác
%
2
BTNC loại I
AD hạt mòn
100m2
6,543,000
23234 Vật liệu
Nhân công 4/7
Máy rải 130-140CV
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

14.54
6,543,000

m
công 2.22
ca 0.0504 2,601,798

134,156

273,437.4

134,156
180,824.96
48,538.92
38,712
5,361.52
101,996

222,749.17

2

101,996
131,130.62
Trang 80


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Mã
hiệu

Thành phần chi phí


GVHD:Th.PHAN TÔ ANH VŨ

Đơn
giá

Đơn Định
vị
mức

(ĐM)
Máy lu 10T
Máy đầm báh lốp 16T

ca
ca

0.12
0.064

Máy khác

%

2

Vật
liệu

Thành tiền

Nhân
công

404,491
604,875

Máy
48,538.92
38,712
4,367.63

So sánh và chọn phương án áo đường đưa vào thi công


Đònh
mức

Hạng mục công việc

Đơn
vị

Khối
Lượng

Đơn giá

Phương án I

Thành tiền

1,524,839,406

AD11212

Cấp phối đá dăm loại 2

m3

2040

158041.97

322,405,618.8

AD11222

Cấp phối đá dăm loại 1

m3

1680

158008.04

265,453,507.2

AD23226

Bê tông nhựa hạt trung


m

2

6000

87485.93

524,915,580

AD23234

Bê tông nhựa hạt mòn

m

2

6000

68677.45

412,064,700

Phương án II

1,446,851,107

AD11222


Cấp phối đá dăm loại 2

m3

1680

158,008.04

AD23226

Đá dăm gia cố XM 6%
Bê tông nhựa hạt trung

m3
m2

900
6000

271574.8
87,485.93

265,453,507.2
244,417,320
524,915,580

AD23234

Bê tông nhựa hạt mòn


m2

6000

68,677.45

412,064,700

Cả hai phương án đều đảm bảo các điều kiện chòu lực, phù hợp với khu vực
tuyến đi qua, phương án II tiết kiệm hơn tuy nhiên phương án I thi công đơn giản
hơn tận dụng được vật liệu hiện có tại đòa phương . Kiến nghò chọn phương án I.
VIII.

Thiết kế kết cấu lề đường gia cố

Dựa vào mức tăng xe hàng năm, trong tương lai tuyến xẽ mở rộng thêm nên
chọn cấu tạo các lớp ở lề gia cố giống như kết cấu nền đường.

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 81