ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: Th.S VÕ NHƯ BÌNH
CHƯƠNG V
THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
I. 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 (E
ch
) 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.
- Thiết kế kết cấu áo đường theo Quy trình thiết kế áo đường mềm theo
tiêu chuẩn 22 TCN 211-06.
II. Loại tầng mặt và mô đun đàn hồi yêu cầu của kết cấu áo đường:
1. 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.
+ p lực tính toán lên mặt đường: p = 0.6 MPa
+ Đường kính vệt bánh: D = 33 cm

=
 
=
 ÷
 
∑
4.4
k
i
1 2 i
I 1
P
N C .C .n
100
= + −
1
C 1 1.2(m 1)
: Hệ số trục
m: Số trục của cụm trục i
C
2
: Hệ số xét đến tác dụng của bánh xe trong một cụm bánh
2
C
= 6.4 : Cụm bánh đơn
2
C
= 1 : Cụm bánh đôi
n
i

1 2 i
P
C .C .n .
100
 
 ÷
 
Tải 2 trục
Trục trước 19 - - - -
Trục sau 60 1 1 682 72
Xe buýt lớn
Trục trước 32 1 6.4 460 20
Trục sau 75 1 1 460 130
Tải 3 trục
Trục trước 45 1 6.4 392 75
Trục sau 90 2.2 1 392 542
Số trục xe qui đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN
N
tk
= 839 (trục/ngđ)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế 15 năm:
− −
+ − + −
= × × = × × =
× + × +
t 15
e t
t 1 15 1
[(1 q) 1] [(1 0.09) 1]
N 365 N 365 839 2690627

10 Cấp cao A1 160 178
Môđun đàn hồi yêu cầu ứng với số trục xe tính toán trên 1 ngày đêm trên 1 làn là:
yc
(462 200) (178 160)
E 160 175.72
500 200
− × −
= + =
−
(Mpa)
Vì đường có 2 làn xe và không có dải phân cách giữa nên số trục xe tính toán tiêu
chuẩn trên lề gia cố lấy bằng 50% trên làn xe chính:
N
tt
=0.50
×
462= 231 (trục/lề/ngày dêm)
Trò số môđun đàn hồi yêu cầu(trích từ bảng 3.4)
Loại tải trọng trục
tiêu chuẩn
Loại tầng mặt
E
yc
(Mpa) tương ứng với số
trục xe tính toán (xe/làn/ng đêm)
200 500
10 Cấp cao A1 160 178
Môđun đàn hồi yêu cầu ứng với số trục xe tính toán trên 1 ngày đêm trên 1 lề là:
yc
(231 200) (178 160)

Lớp vật liệu
H
(cm)
Bê tông xi măng M350 23
Cát gia cố xi măng 6%
M400
15
IV. Kiểm toán cấu tạo kết cấu áo đường phương án 1:
A. KẾT CẤU PHẦN XE CHẠY:
+ Nền đường :
Đất đắp nền đường :Á sét

Độ ẩm tương đối a:
0.55
Module đàn hồi E (Mpa):
55
Lực dính C (Mpa):
0.038
Góc ma sát ϕ (độ):
27
+ Tải trọng :
Đường kính vệt bánh xe D (cm):
33
Áp lực tính toán p (Mpa):
0.6
Module đ.h yêu cầu Eyc (Mpa):
175.72
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 65
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: Th.S VÕ NHƯ BÌNH
Lớp vật liệu

Cấp phối đá dăm loại I 17 300 300 300 0 0 0
Cấp phối đá dăm loại II 36 250 250 250 0 0 0
1. Kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi .
a. Tính E'
tb
:
 
+
= ×
 ÷
+
 
3
1/ 3
dh
tb i
1 kt
E E
1 k
Với:
+
=
i 1
i
h
k
h
và
+
=

300 1.20 17 0.472 53 265.4
Bê tông nhựa chặt loại I
hạt trung
350 1.319 7 0.132 60 274.5
Bê tông nhựa chặt loại I
hạt mòn
420 1.53 5 0.083 65 284.2
b. Tính E
tb
:
Với
= =
H 65
1.97
D 33
,
Tra bảng 3-6 (22TCN211-06)
 β = 1.209
⇒ = β× = × =
dc
tb tb
E E' 1.209 284.2 343.6 (Mpa)
c. Tính E
ch
cả kết cấu:a
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 66
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: Th.S VÕ NHƯ BÌNH
Từ các tỉ số:
=
H

dv
cd yc
K .E
Theo bảng 3-3 Tiêu chuẩn 22TCN 211 - 06, độ tin cậy thiết kế của đường
cấp này là 0.9.
Theo bảng 3-2 Tiêu chuẩn 22TCN 211 - 06,với độ tin cậy trên thì hệ số
cường độ là
dv
cd
K 1.1=
E
ch
= 206.16 Mpa >
dv
cd yc
K ×E =1.1 ×175.72 = 193.29
Mpa : Thoả mãn
2. Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chòu cắt trượt trong
nền đất:
Kiểm toán điều kiện:
+ ≤
t
ax av
tr
cd
C
T T [T] =
k
a. Tính ứng suất cắt cho phép của đất nền [T]:
Trò số lực dính tính toán của đất nền: C

3
=1.5 :Đối với đất dính
⇒
C
tt
= 0.038
×
0.6
×
0.8
×
1.5 =0.02736 Mpa
tr
cd
k
: Hệ số cường độ về chòu cắt trượt được chọn tùy thuộc độ tin cậy thiết
kế. Tra bảng 3-7 Tiêu chuẩn 22TCN 211- 06, với độ tin cậy 0.9, ta được
=
tr
cd
k
0.94
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 67
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: Th.S VÕ NHƯ BÌNH
=>
= =
tt
tr
cd
C

2
/h
1
H
tb
(cm
)
E
’
tb
(Mpa)
Cấp phối đá dăm loại II 250 36 36 250
Cấp phối đá dăm loại I 300 1.20 17 0.47 53 265.4
Bê tông nhựa chặt loại I
hạt trung
250 0.94 7 0.13 60 263.6
Bê tông nhựa chặt loại I
hạt mòn
300 1.14 5 0.083 65 266.2
Với
= =
H 65
1.97
D 33
=>
β
= 1.209
⇒ = β× = × =
dc
tb tb

T
av
= -0.002
c. Kiểm tra:
+ = − = ≤ =
tt
ax av
tr
cd
C
T T 0.0066 0.002 0.0046 [T]= 0.029
k
: Thoả mãn
3. Kiểm tra theo tiêu chuẩn chòu kéo uốn trong các lớp bê tông
nhựa:
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 68
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: Th.S VÕ NHƯ BÌNH
σ ≤
ku
tt
ku
ku
cd
R
K
a. Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp BTN:
σ = σ
ku
ku b
.p.k

H
(cm)
k = h
2
/h
1
H
tb
(cm)
E
’
tb
(Mpa)
Cấp phối đá dăm loại II
250 36 36 250
Cấp phối đá dăm loại I
300 1.20 17 0.47 53 265.33
Với
= =
H 53
1.606
D 33
Tra bảng 3.6 TCVN 211-06
⇒ β =1.186
⇒ = β× = × =
dc
tb tb
E E' 1.186 265.33 314.68 (Mpa)
Tính E
chm

Với
1
1
chm
h
12
= =0.364
D 33
E
1683.33
= 9.02
E 186.61





=


=> Ứng suất kéo uốn đơn vò
σ =
ku
1.75
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

E 1800(Mpa)
h
Tính E
tb
' của các lớp dưới nó:
Lớp vật liệu
E
i
(Mpa
)
t = E
2
/E
1
H
(cm
)
k = h
2
/h
1
H
tb
(cm
)
E
’
tb
(Mpa)
Cấp phối đá dăm loại II

E
E
=
55
419.27
= 0.131
Tra toán đồ 3-1 Tiêu chuẩn 22TCN 211 - 06
⇒ =
ch
dc
tb
E
0.54
E
⇒ = × =
ch
E 0.54 419.27 226.41
Mpa
Kiểm tra điều kiện chòu kéo uốn ở lớp mặt nên ta tra toán đồ 3-5 tiêu chuẩn
22TCN 211-06:
Với
1
1
chm
5
0.152
33
h
=
D

p k
=2.05
×
0.6
×
0.85=1.0455 (Mpa)
b. Kiểm tra theo tiêu chuẩn chòu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa:
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế trên 1 làn xe:
N
e
= 1479845( trục/ng đêm)
Cường độ chòu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối:
ku
tt 1 2 ku
R = k k R× ×
k
1
: 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:
1
0.22 0.22
e
1479845
11.11 11.11
k = = =0.488
N
k
2
:Hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí

0.976
0.8925 1.038
0.94
K
: Thỏa mãn
Kiểm tra đối với lớp bê tông nhựa lớp trên:
σ = ≤ = =
ku
tt
ku
ku
cd
R
1.038
1.0455 1.104
0.94
K
Thỏa mãn
=>Kết cấu đã chọn đảm bảo tiêu chuẩn chòu kéo uốn.
B. KẾT CẤU PHẦN LỀ GIA CỐ:
Do u cầu mở rộng sau này và để tiện việc thi cơng thì ta chọn kết cấu phần lề gia cố
giống với phần mặt đường xe chạy.
V. Kiểm toán cấu tạo kết cấu áo đường phương án 2:
1. Đònh kết cấu và xác đònh các tham số tính toán
Lớp kết cấu áo đường:
+ Lớp mặt đường bê tông xi măng M350 không cốt thép, đổ tại chỗ, kích
thước tấm trên mặt bằng 6m x 3.5m.Theo bảng 2.2 (Điều 2.4) được cường dộ chòu
kéo uốn Rku = 4.5 Mpa và mô đun đàn hồi E= 3.3x10
4
Mpa ,hệ số poisson

55
0.196
280
m
h
D
E
E
= =
= =
Tra toán đồ hình 3-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 được :
1
0.26
m
ch
E
E
=
Vậy
0.26 280 72.8
m
ch
E Mpa
= × =
Xác đònh các hệ số α
1
, α
2
, α
3

2
> α
1
> α
3
nên ta tính chiều dày theo α
2
(tải trọng ở cạnh tấm)
Xác đònh hệ số chiết giảm cường độ theo Bảng 3.4 Điều 3.3 : n = 0.5
Sử dụng công thức (4.1) ta có :
[ ]
tt
P
h
α
σ
=
với
[ ]
.
ku
R n
σ
=
1.843 6000
22.2
45 0.5
h
×
= =

M M daN cm cm
aR
µ
π
+
× +
= = = =
× ×
Tìm mô men uốn do tải trọng tập trung của bánh xe bên cạnh gây ra theo
công thức (4.4) và (4.5) :
Xác đònh :
23
0.135 ; 453.3
170
b
m
ch
E
h
R E
= = =
Tra bảng 4.4 được ar = 1.956
Tra bảng 4.5 được A = 0.022 ; B = -0.021
( ) ( )
( ) ( )
. 0.022 0.15 0.021 7475 141 . /
. 0.021 0.15 0.022 7475 132 . /
F tt
T tt
M A B P daN cm cm

19.13 /
23
F
M
daN cm
h
σ
×
= = =
∑
ng suất cho phép của bê tông M350 khi kiểm toán với xe nặng
[ ]
2
0.6 0.6 45 27 /
ku
R daN cm
σ
= = × =
Trong đó hệ số triết giảm cường độ lấy theo
Bảng 3.4.
Vì
[ ]
2 2
19.13 / 27 /daN cm daN cm
σ σ
= < =
nên tấm bê tông chòu được tải
trọng của xe nặng 13T
4.Kiểm toán với tác dụng của xe xích T60
Trọng lượng tổng cộng của xe xích T60 là 60T, áp lực của bánh xe là 6T/m,

Sơ đồ kiểm toán tấm bê tông xi măng
dưới tác dụng của bánh xích
Các tải trọng tác dụng trên các ô 2,3 thì xem là lực tập trung tác dụng tại
tâm của các ô đó và cách điểm A moat cự ly r2 = 1m và r3 = 2m
Việc tính toán mô men uốn do các lực tác dụng của bánh xích gây ra đối với
điểm A được tóm tắt trong bảng sau:
Xác đònh hệ số a theo công thức (4.7):
3
3
4
6
1 1 6 72.8
0.005
23 3.3 10
m
ch
b
E
a
h E
×
= = =
×
Từ đó :
aR = 0.005 x 47 = 0.235
ar2 = 0.005 x 100 = 0.5
ar3 = 0.005 x 200 = 1
Mô men uốn do tải trọng bánh xích gây ra đối với điểm A ( ở giữa tấm)
Ký
hiệu

µ
π
µ
+
=
= +
M
1
0.235 - - 0.23
9
0.239 6000(1 0.15)
1117
2 0.235
π
× +
=
0.239 6000(1 0.15)
1117
2 0.235
π
× +
=
2M
2
0.5 0.109 0.034 -
( )
2 0.034 0.15 0.109 6000 604
+ × =
( )
2 0.109 0.15 0.034 6000 1369

3
3 3111
17.64 /
23
F
M
daN cm
h
σ
×
= = =
∑
ng suất kéo uốn cho phép
[ ]
0.65
ku
R
σ
=
trong đó hệ số chiết giảm cường độ
0.65 lấy theo Bảng 3.4, ta được
[ ]
2
0.65 45 29.25 /daN cm
σ
= × =
Vậy
[ ]
2 2
17.64 / 29.25 /daN cm daN cm

5.66 ; 3.3
106 106
L B
l l
= = = =
-Tra toán đồ Hình 4.3 được Cx = 0.839 và Cy = 0.259
-Ứng suất do chênh lệch nhiệt độ gây ra ở giữa tấm theo hướng dọc :
( )
( )
2
2 1
t
t x y
E
C C t
α
σ µ
µ
= + ∆ ×
−
Với : Et – Mô đun đàn hồi của bê tông khi chòu tác dụng của sự chênh lệch nhiệt
độ lâu dài và bằng 0.6Eb = 198.103
α – Hệ số đàn hồi do nhiệt độ của bê tông α = 10
-5
0
1
C
Suy ra
( )
( )

daN cm
α
σ µ
µ
−
= + ∆ ×
−
× ×
= + × × =
−
-Ứng suất do chênh lệch nhiệt độ gây ra theo hướng dọc ở cạnh tấm :
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 75
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: Th.S VÕ NHƯ BÌNH
( ) ( )
3 5
2
2 2
198 10 10
0.839 19.32 16.42 /
2 1 2 1 0.15
t
c x
E
C t daN cm
α
σ
µ
−
× ×
= ∆ × = × × =

daN cm
σ σ σ
= + = + =
-Ứng suất tổng cộng do tải trọng và nhiệt độ cùng tác dụng gây ra ở cạnh tấm :
2ll c
σ σ σ
= +
Trong đó
2
σ
là ứng suất do tải trọng gây ra ở giữa tấm :
2
2
2
2 2
1.843 6000
20.9 /
23
tt
P
daN cm
h
α
σ
×
= = =
Vậy ta có :
2
2
20.9 16.42 37.32 /

σ σ
= < =
Vậy tấm bê tông làm việc an toàn dưới tác dụng tổng hợp của tải trọng và nhiệt
độ.
6.Kiểm tra chiều dày lớp móng
Chiều dày lớp móng dưới mặt đường bê tông xi măng phải đảm bảo để đất
nền không phát sinh biến dạng dẻo :
[ ]
,
1am ab a
k K C
τ τ τ
+ < ≤
Theo Bảng 4.8 khi hai lượng ô tô tính toán trong 1 ngày đêm trên một làn xe
nhỏ hơn 1000 thì k’ = 1
Theo Bảng 4.7 với lớp móng gia cố xi măng, tấm bê tông liên kết bằng
thanh truyền lực thì K1=0.65.
Vậy
[ ]
2
0.65 1 0.38 0.247 /
a
daN cm
τ
= × × =
-Tính
am
τ
và
ab

τ
=
Theo toán đồ ở Hình 4.7 với h
b
+ z = 38cm và
0
27
ϕ
=
ta được :
2
0.013 /
ab
daN cm
τ
=
Vậy
2
0.045 0.013 0.058 /
am ab
daN cm
τ τ
+ = + =
Như trên ta có
[ ]
2
0.247 /
a
daN cm
τ

Thành tiền
Vật
liệu
Nhân
công
Máy
AD CPĐD loại 2 100m
3
12,577,082 195,039 1,179,315
11212
Vật liệu
m
3
142 12,577,082
Nhân công 4/7 công 3.9 195,039
Máy ủi 110CV ca 0.42 937,087 393,577
Máy san 110CV ca 0.08 817,979 65,438
Máy lu rung 25T ca 0.21 1,538,836 323,156
Máy lu bánh lốp 16T ca 0.34 604,875 205,658
Máy lu 10T ca 0.21 404,491 84,943
Ô tô tưới nước 5 m
3
ca 0.21 480,273 100,857
Máy khác % 0.5 5,868
AD CPĐD loại 1 100m
3
12,577,082 220,044 1,153,132
11222
Vật liệu
m

Máy khác ca 0.5 5,737
Cát gia cố XM 6% 100m
3
21,138,6011,332,376 2,964,288
Cát vàng
m
3
111.3 91,960 10,235,148
Xi măng kg 9902 1,080 10,694,160
AD
12121
Vật liệu khác % 1 209,293
Nhân công 4/7 công 29 1,332,376
Trạm trộn ca 0.85 2,047,057 1,043,999
Máy ủi 110CV ca 0.95 937,087 890,233
Máy lu 8.5T ca 0.245 353,953 86,718
Máy đầm bánh lốp 16T ca 0.37 734,405 271,730
Máy san 110CV ca 0.75 817,979 613,484
Máy khác % 2 58,123
AD BTN hạt trung 100m
2
6,103,113 117,157 250,349
23225
Vật liệu
tấn
16.62 6,103,113
Nhân công 4/7 công 2.55 117,157
Máy rải 130-140CV ca 0.06082,601,798 158,189
Máy lu 10T ca 0.12 404,491 48,539
Máy đầm bánh lốp 16T ca 0.064 604,875 38,712

mức
Hạng mục công việc
Đơn
vị
Khối
Lượng
Đơn giá Thành tiền
Phương án 1
1,189,206,795
AD11212
Cấp phối đá dăm loại II
100m
3
51.48
13,951,436
718,219,925
AD11222
Cấp phối đá dăm loại I
100m
3
24.31
13,950,258
339,130,772
AD23225
Bê tông nhựa chặt loại I
hạt trung
100m
2
11 6,470,619 71,176,809
AD23233