tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng

• Khi có thanh truyền lực các khe ngang nên vuông góc để giảm nguy cơ thanh truyền lực bị kẹt cứng không di chuyển được sau: • Tải trọng sẽ truyền như thế nào tại các khe ngang, và • Chi

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG CỨNG SPECIFICATION FOR DESIGN OF RIGID PAVEMENT

CHỈ DẪN THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG CỨNG GUIDELINES FOR DESIGN OF RIGID PAVEMENT

(BẢN THẢO LẦN CUỐI)

DỰ ÁN XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN CẦU VÀ ĐƯỜNG BỘ GIAI ĐOẠN 2

CÔNG TY TƯ VẤN QUỐC TẾ SMEC

Liên danh với HỘI KHKT CẦU ĐƯỜNG VIỆT NAM

HÀ NỘI, 4/2008

CHỈ DẪN THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG CỨNG

Mục lục

CHƯƠNG 1 CÁC QUY ĐỊNH CHUNG 5

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO MẶT ĐƯỜNG CỨNG 7

2.1 Cơ chế của hiện tượng nứt 7

2.2 Chọn lựa mặt đường bê tông 11

2.3 Các khe nối 13

2.4 Các đoạn dẫn vào cầu 25

2.5 Bó vỉa 27

2.6 Sơ đồ hình học của các khe nối 28

2.7 Mở rộng mặt đường 30

2.8 Các lớp móng 30

2.9 Lề đường 31

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHIỀU DẦY 33

3.1 Phần mềm máy tính 33

3.2 Cường độ chịu kéo uốn .33

3.3 Xác định giá trị modun phản lực nền k bằng phương pháp đo chậu võng trên mặt đường bê tông xi măng 36

CHƯƠNG 4 BẢNG CHUYỂN ĐỔI CÁC ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG 41

CHƯƠNG 5 CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN 43

5.1 Các ví dụ tính toán tổng tải trọng trục đơn tương đương thiết kế (ESALs) 44

5.2 Các ví dụ tính toán chiều dầy tấm bê tông xi măng của mặt đường cứng .48

5.3 Ví dụ thiết kế cốt thép dọc (chịu lực) trong tấm mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP) 63

5.4 Ví dụ tính toán lượng cốt thép ngang trong tấm bê tông cốt thép liên tục .68

5.5 Ví dụ tính toán chiều dầy lớp gia cường bằng bê tông nhựa Dol làm trên tấm bê tông xi măng của mặt đường bê tông thông thường có khe nối 69

5.6 Ví dụ tính toán chiều dầy lớp phủ không dính kết bằng bê tông xi măng poóc lăng để gia cường cho mặt đường bê tông xi măng hiện hữu 74

5.7 Ví dụ Xác định trị số môđun phản lực nền k bằng thiết bị đo độ võng FWD trên mặt đường bê tông xi măng poóclăng .79

CHƯƠNG 6 GIA CƯỜNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG POÓC LĂNG BẰNG LỚP PHỦ BÊ TÔNG NHỰA 83

6.1 Tổng quan 83

6.2 Tính khả thi .83

6.3 Sửa chữa trước khi làm lớp phủ .83

6.4 Kiểm soát đường nứt phản ánh 84

6.5 Thoát nước 86

6.6 Tính chất của các vật liệu .87

6.7 Các sai số tiềm ẩn và những điều chỉnh có thể tiến hành cho trình tự thiết kế chiều dầy 87

CHƯƠNG 7 GIA CƯỜNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG POÓC LĂNG BẰNG LỚP PHỦ BÊ TÔNG XI MĂNG KHÔNG DÍNH KẾT (VỚI MẶT ĐƯỜNG CŨ) 89

7.1 Tổng quan 89

7.2 Tính khả thi 89

7.3 Sửa chữa trước khi làm lớp phủ 89

7.4 Kiểm soát nứt phán ánh .90

7.5 Thoát nước 90

7.6 Các khe nối 91

7.7 Cốt thép 92

7.8 Lớp phân cách 92

PHỤ LỤC A - CÁC BẢN VẼ 93

Bản 1 - Thanh truyền lực và thanh liên kết 94

Bản 2 - Các bước xẻ khe nối 95

Bản 3 - Neo mặt đường bê tông cốt thép liên tục 96

Bản 4 - Neo và cấu tạo thoát nước của neo 97

Bản 5 - Cấu tạo thoát nước mặt đường 98

CHƯƠNG 1 CÁC QUY ĐỊNH CHUNG

của AASHTO năm 1993” và “Phần bổ sung (1998) cho hướng dẫn thiết kế kết cấu mặt đường của AASHTO” Mặt đường cứng còn được gọi là mặt đường bê tông xi măng poóc lăng (PCC)

1.2 Bản chỉ dẫn kỹ thuật cung cấp bổ sung một số thông tin để thiết kế mặt đường bê tông thông thường có khe nối (JPCP), mặt đường bê tông cốt thép có khe nối (JRCP) và mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP)

1.3 Bản chỉ dẫn có các Chương sau:

Chương 1 - Các quy định chung

Chương 2 - Cấu tạo mặt đường cứng

Chương 3 - Tính toán chiều dầy

Chương 4 - Bảng chuyển đổi đơn vị đo

Chương 5 - Các ví dụ tính toán

Chương 6 - Gia cường mặt đường bê tông xi măng poóc lăng bằng lớp phủ bê tông

nhựa

Chương 7 - Gia cường mặt đường bê tông xi măng poóc lăng bằng lớp phủ bê tông xi

măng không dính kết (với mặt đường cũ) Phụ lục A - Các bản vẽ điển hình

phẩm này sang tiếng Việt cho Bộ Giao thông Vận tải Ấn phẩm dịch chưa được AASHTO thẩm định về tính chính xác của nội dung hoặc tính phù hợp với ngữ cảnh trong tiếng Việt và AASHTO chưa chấp thuận hoặc thông qua bản dịch Người sử dụng bản dịch này hiểu và đồng ý rằng AASHTO sẽ không chịu trách nhiệm về bất cứ thiệt hại nào, trực tiếp hoặc gián tiếp, phổ biến hoặc đặc biệt, hiểu theo bất cứ cách nào về trách nhiệm của hợp đồng, xảy ra

từ hoặc liên quan tới việc sử dụng bản dịch này theo bất cứ cách nào, dù được khuyến cáo về khả năng thiệt hại hay không

1.5 Vụ Khoa học công nghệ (DST) thuộc Bộ Giao thông Vận tải đã triển khai, quản lý và chỉnh sửa lại cho thích hợp với các tiêu chuẩn AASHTO đã ấn hành và áp dụng trong phạm vi

cả nước Người sử dụng bản dịch này hiểu và đồng ý rằng Tư vấn được thuê để chỉnh sửa các ấn phẩm của AASHTO theo yêu cầu của Việt Nam; Công ty Tư vấn quốc tế SMEC sẽ không chịu trách nhiệm về bất cứ thiệt hại nào, trực tiếp hoặc gián tiếp, phổ biến hoặc đặc biệt, hiểu theo bất cứ cách nào về trách nhiệm của hợp đồng, xảy ra từ hoặc liên quan tới việc

sử dụng bản dịch này theo bất cứ cách nào, dù được khuyến cáo về khả năng thiệt hại hay không

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO MẶT ĐƯỜNG CỨNG

2.1 Cơ chế của hiện tượng nứt

Có thể hiểu rõ nhất về cơ chế của hiện tượng nứt trong các mặt đường bê tông khi xem xét một con đường hai làn xe có mặt đường bằng bê tông thông thường không có cốt thép và không có các khe nối điều chỉnh

Hiện tượng co ngót hoặc hiện tượng co của tấm xảy ra là kết quả của sự mất nước và sự giảm nhiệt độ Sự thay đổi nhiệt độ xảy ra là do tổn thất nhiệt khi xi măng hydrat hoá và do nhiệt độ không khí thay đổi

Hiện tượng tấm bị co nghiêm trọng nhất xảy ra khi nhiệt độ giảm vào ban đêm lúc rải bê tông

Sự co tự do của tấm bị lực ma sát ở mặt phân cách phía dưới tấm cản trở, và ví thế gây ra ứng suất trong tấm Cộng thêm vào các ứng suất này là các ứng suất kéo uốn vì tấm bị uốn vồng do nhiệt độ biến thiên và độ ẩm thay đổi theo chiều sâu của tấm

Đường nứt sẽ phát sinh khi tổ hợp các ứng suất này vượt quá khả năng chịu kéo của bê tông Các đường nứt tiêu biểu là các đường nứt ngang cách nhau từ 10m đến 50m, tuỳ thuộc vào mức độ cản trở của lớp móng

Những tấm bị nứt này tiếp theo phải chịu các ứng suất theo chu kỳ giống như trên, và thêm vào là các ứng suất do tải trọng xe tác dụng kế tiếp; những tấm bị cong vênh này sẽ nứt ra thành các đoạn (tấm) nhỏ Các đường nứt ngang thường xuất hiện cách nhau khoảng 5m và đường nứt dọc sẽ phát sinh khoảng ở giữa của mặt đường hai làn xe Dạng các đường nứt cuối cùng do đó sẽ như ở hình 2.1

Hình 2.1 Dạng đường nứt điển hình của mặt đường bê tông không có cốt thép, không

có các khe nối điều chỉnh

Những tấm này sẽ bị co dãn theo chu kỳ vì điều kiện độ ẩm và nhiệt độ thay đổi Các khe nối không được trám lại sẽ bị các vật liệu hạt rơi lấp vào khi tấm bị co lại và sau đó sẽ cản trở sự dãn nở của tấm khi thời tiết nóng ấm Quá trình này, nếu cứ để tiếp tục trong thời kỳ dài, sẽ gây ra các vấn đề sau:

để làm cho tấm bị vỡ mép nghiêm trọng

này, nếu tác dụng lên các công trình, sẽ gây ra các hư hỏng quan trọng

Vì các lý do này cần phải dùng biện pháp để kiểm soát hiện tượng nứt, sao cho có thể điều khiển được các chuyển động ấy

Có hai phương án: Cách thứ nhất tạo ra các khe nối sao cho có thể trám lại được để sỏi sạn không chui vào; vì thế đã làm mặt đường bê tông có khe nối theo các dạng khác nhau Cách thứ hai là cho phát sinh các đường nứt nhỏ, đủ để nước không thâm nhập vào

Có thể thực hiện được điều này bằng cách dùng một lượng thép đủ để tạo các đường nứt gần nhau như trong mặt đường bê tông cốt thép liên tục

Mỗi loại mặt đường thực chất có cùng một lượng dãn/co thêm trên một đơn vị chiều dài, và bề rộng lớn nhất của đường nứt biến thiên gần như tỷ lệ thuận với khoảng cách các đường nứt

Sự can thiệp vào bản chất tự nhiên này chỉ đơn giản là làm thay đổi vị trí và độ rộng của các chuyển động

Có 3 loại kết cấu mặt đường cứng khác nhau được AASHTO trình bày chi tiết:

• Mặt đường bê tông thông thường có khe nối (JPCP)

• Mặt đường bê tông cốt thép có khe nối (JRCP)

• Mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP)

Các loại mặt đường (JPCP, JRCP, CRCP) làm việc theo phương ngang theo cùng một cách nhưng lại khác nhau theo phương dọc vì có cách làm việc khác nhau

Các khía cạnh kỹ thuật của mỗi loại nói trên được đề cập tóm tắt dưới đây Việc sử dụng và giá trị tương đối của mỗi loại được đề cập ở 2.2

2.1.1 Mặt đường bê tông thông thường có khe nối (JPCP)

Mặt đường bê tông thông thường là loại hầu như “tự nhiên” nhất của mặt đường bê tông Khoảng cách của khe nối trong loại mặt đường này được thiết kế giống như đã thể hiện trong hình 2.1

Các dạng cơ bản của mặt đường bê tông thông thường có khe nối được dùng phổ biến trên thế giới là:

trọng trục < 100 kN)

tải trọng trực > 100 kN)

• Có các thanh liên kết trong các khe thi công

của neo

trình liền kề hoặc mặt đường mềm Các neo phụ có thể bảo đảm cho tấm bê tông không bị dịch chuyển xuống trên các đoạn dốc dài

Dùng khe nối xiên chủ yếu khi thi công đường có tốc độ cao ở ngoài đô thị Trong trường hợp

ở trong đô thị hoặc khi tốc độ dưới 80 km/h thì không dùng khe nối xiên, và các khe ngang cần

bố trí vuông góc Giải quyết theo cách này là vì các lý do sau:

• Ở tốc độ thấp, tác động tại khe nối ít ảnh hưởng đến sự chịu tải của kết cấu và chất lượng độ bằng phẳng

• Các góc nhọn làm tăng nguy cơ phát sinh các đường nứt không được trù liệu trước

• Khi có thanh truyền lực các khe ngang nên vuông góc để giảm nguy cơ thanh truyền lực bị kẹt cứng (không di chuyển được)

sau:

• Tải trọng sẽ truyền như thế nào tại các khe ngang, và

• Chiều dài nào của tấm là hợp lý về mặt kết cấu đối với việc phát sinh đường nứt ngang sau này

Các vấn đề này sẽ được đề cập dưới đây:

Kinh nghiệm và các công trình nghiên cứu cho thấy rằng một mình sự cài móc của các hạt cốt liệu cũng có thể truyền tải trọng thích đáng miễn là độ mở khe nối không rộng quá khoảng 1.5

mm Để khe nối chịu đựng được lâu dài, độ gmở rộng này của khe nối không nên vượt quá 1.0mm trong khoảng thời gian dài của thời kỳ phục vụ của mặt đường

Thêm nữa là tính năng của mặt đường bê tông xi măng không có thanh truyền lực sẽ xấu hơn nhiều dưới tác dụng của tải trọng trục nặng Do đó ở Châu Âu và Việt Nam ít sử dụng, ở đây tải trọng theo luật định là 13 tấn và 10 tấn

b) Sự ổn định của tấm bê tông

Đã dùng Chương trình máy tính về phần tử hữu hạn, sử dụng nhiều thông số khác nhau để

mô phỏng theo các điều kiện tác dụng tải trọng Các kết quả sau đây là đáng quan tâm:

• Khoảng cách khe nối có tác dụng không đáng kể đối với ứng suất của tấm mặt đường khi chỉ có tác dụng của tải trọng xe

nhiệt độ sẽ lớn

• Phần lớn tình trạng gây hư hỏng là vào ban ngày, khi mặt trên của tấm nóng hơn đáy tấm Trong tình trạng ấy, ứng suất kéo ở đáy tấm sẽ cộng thêm vào ứng suất sinh ra do tải trọng Các ứng suất phát sinh vì sự uốn cong do nhiệt của tấm bị kiềm chế cũng quan trọng như các ứng suất phát sinh do tác dụng của tải trọng bánh xe nặng

• Khi modun của lớp móng tăng lên thì tổ hợp ứng suất do tải trọng và do tấm uốn cong giảm xuống; trừ một tường hợp quan trọng là khi gradient nhiệt ban ngày lớn đáng kể

2.1.2 Mặt đường bê tông cốt thép có khe nối (JRCP)

Số lượng khe nối trong loại mặt đường này có thể giảm bớt vì đã có cốt thép để liên kết các tấm có một chiều dài hợp lý nào đó với nhau Khoảng cách tiêu biểu các khe nối vào khoảng

từ 8m đến 12m, tuy nhiên tỷ lệ thép yêu cầu sẽ tăng lên khi chiều dài tấm tăng

Các đặc trưng chủ yếu của loại mặt đường bê tông cốt thép có khe nối (JRCP) là:

• Các khe co ngang cách nhau từ 8m đến 12m, vuông góc và có thanh truyền lực

• Cốt thép (lưới) có kích thước tăng lên khi chiều dài tấm tăng

• Có thanh liên kết ở khe dọc

công trình liền kề hoặc mặt đường mềm

Một trong những trở ngại khi dùng mặt đường lưới thép là máy rải bê tông có cốp pha trượt khó thao tác trên các tấm lưới thép riêng rẽ Trong mặt đường bê tông cốt thép liên tục thì khối lượng và sự liên tục của cốt thép sẽ tạo ra sự ổn định cao cho tấm lưới cốt thép Ngược lại các tấm lưới thép riêng rẽ (không liên tục) luôn dịch chuyển vì bị máy rải bê tông cốp pha trượt

xô đẩy ra phía trước

Cần phải cẩn thận để bảo đảm cho hệ thống giữ cố định lưới thép không quá cứng đến nỗi trong tấm bê tông xuất hiện đường nứt do bị ngàm chặt, khi rải bê tông vào ban đêm (lúc mà cường độ chịu kéo của bê tông còn rất thấp)

Chiều dài tối ưu về mặt kinh tế cũng như về mặt thực tế là khoảng từ 10m đến 12m Với chiều dài của tấm là 11.8 m sẽ cho phép sử dụng được các tấm lưới thép có chiều dài tiêu chuẩn (của AASHTO) Không nên dùng chiều dài của tấm lớn hơn 12m nếu không có phương pháp đặc biệt để hạ thấp ma sát giữa đáy tấm bê tông và lớp móng

Các đường nứt ngang trung gian có thể xuất hiện trong các tấm dài, và giả định này tạo ra cơ

sở cho thiết kế cốt thép dọc Các đường nứt làm giảm uốn vồng sẽ không mở rộng nếu được gia cường đủ cốt thép

Các quan sát ở hiện trường cho thấy đối với những tấm có chiều dầy thông thường, đường nứt thường bắt đầu ở mép tấm và phát triển theo chiều ngang qua phía bên kia tấm

Các đường nứt này thường nằm ở phạm vi 1/3 giữa tấm

Kinh nghiệm cho thấy rằng hiện tượng rỉ cốt thép trong bê tông có chất lượng tốt nhưng có đường nứt ít xảy ra hơn là trong bê tông tương đối thấm nước do đầm nén không tốt và/hoặc

do tỷ lệ nước/xi măng cao, do đó trong phần lớn trường hợp không cần phải xử lý các đường nứt này Trong phần sau sẽ đề cập đến các tình huống nên kiểm soát vị trí các đường nứt nói trên và sẽ luận giải chủ đề này

Việc làm lớp móng có gia cố chất liên kết dưới mặt đường bê tông có khe nối để giảm thiểu nguy cơ xói mòn móng và phụt bùn, nước sẽ đem lại nhiều lợi ích quan trọng

2.1.3 Mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP)

Đã có quy định về giới hạn thực tế về chiều dài của mặt đường bê tông có thể liên kết với nhau lại thành một đoạn thống nhất; những quy định hạn chế này nảy sinh từ chi phí của thép

và bề rộng của đường nứt Còn mặt đường cốt thép liên tục là một trường hợp ngoại lệ thực

tế trái với quy định trên

Trong mặt đường bê tông cốt thép liên tục, việc dùng một lượng thép tương đối cao (> 0.67%) trên một chiều dài liên tục và đủ để kiềm chế hiện tượng co, đã tạo điều kiện để các đường nứt ngang xuất hiện ngẫu nhiên ở các khoảng cách từ 1 m đến 2.5 m

Các đặc trưng chủ yếu của loại mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP) là:

• Cốt thép dọc là liên tục giữa hai đầu cuối (đầu kết thúc)

• Cốt thép ngang phù hợp với thiết kế quy ước

• Các khe dọc phù hợp với thiết kế quy ước

• Các khe co ngang được thay thế bằng các đường nứt ngang ngẫu nhiên tại các khoảng cách “ thiết kế”

• Các neo: làm 3 neo tại mỗi đầu cuối mặt đường để kiềm chế sự dịch chuyển và tạo các đường nứt như mong muốn ở các vùng cuối của mặt đường Không làm các neo trung gian trên các đoạn đường dốc

Bề rộng các đường nứt ngang được thiết kế trung bình khoảng 0.3 mm (trong môi trường khắc nghiệt thì bằng 0.2 mm) và sự truyền tải trọng sẽ rất tốt do có sự cài móc của các hạt cốt liệu Thêm nữa là không cần phải trám các đường nứt này để ngăn nước thấm và vật liệu lạ rơi vào Với bề rộng của khe nối nhỏ hơn 0.5 mm các thanh cốt thép sẽ được bảo vệ chống rỉ nhờ nằm trong môi trường kiềm (alkaline)

Nhiều kinh nghiệm trên quy mô toàn cầu đã cho thấy rằng mặt đường bê tông cốt thép liện tục được xây dựng có kết quả đòi hỏi công sức và chi phí bảo dưỡng hằng năm thấp hơn bất cứ loại mặt đường khác nào, như vậy trong nhiều trường hợp đã biện hộ chứng minh là đúng dù phải tốn nhiều tiền đầu tư ban đầu (chi phí ban đầu)

2.2 Chọn lựa mặt đường bê tông

2.2.1 Mặt đường bê tông thông thường có khe nối (JPCP)

Loại mặt đường này (JPCP) giải quyết được vấn đề phát sinh trở ngại khi rải mặt đường bê tông cốt thép (JRCP) bằng máy rải bê tông cốp pha trượt Nó là loại mặt đường thực chất có tính “ tự nhiên “ nhất trong tất cả các loại mặt đường bê tông Trong mặt đường này kiểu dạng các khe nối giống hệt như kiểu dạng các đường nứt sẽ hình thành nếu như mặt đường nứt chỉ là do tác dụng của các chu kỳ biển đổi nhiệt độ và của hoạt tải, chứ không phải do một ảnh hưởng bên ngoài nào khác

Trong mặt đường bê tông thông thường có khe nối, các khe co ngang được bố trí ở khoảng cách trung bình khoảng 4.5 m, và các khe dọc cách nhau khoảng 4.3 m tùy thuộc vào hình dạng của làn xe Các khe dọc được các thanh thép liên kết lại để các tấm khỏi tách xa nhau

2.2.2 Mặt đường bê tông cốt thép có khe nối (JRCP)

Đây là loại mặt đường bê tông xi măng poóc lăng phổ biến sớm nhất Các tấm được gia cường bằng lưới thép có kích thước tỉ lệ với chiều dài của tấm, và trong các khe dọc có bố trí các thanh liên kết Các khe ngang cách nhau hơn 5 m và được bố trí các thanh truyền lực để truyền tải trọng

Trái với ý kiến phổ biến, đường nứt giữa tấm không làm hư hỏng tấm bê tông cốt thép có khe nối Gia cường cốt thép với lý do chính là các tấm bê tông có chiều dài như trên sẽ nứt dưới tác dụng của ứng suất nhiệt làm tấm uốn cong, và lưới thép được thiết kế là để giữ các đường nứt ấy khít lại Các đường nứt thực tế có thể có lợi vì đã làm giảm độ võng uốn vồng của tấm tại các khe co gần kề

Phần lớn mặt đường bê tông cốt thép có khe nối đã thực hiện chức năng rất tốt trong suốt một thời kỳ dài và sự hư hỏng bắt đầu từ chỗ móng dưới hoặc móng trên bị xói mòn tại các khe ngang Hư hỏng như thế thường sẽ tiến triển nhanh khi nước thâm nhập vào do vật liệu chèn khe hư hỏng

Chất lượng “biểu kiến” của mặt đường cũng thường trở nên xấu do sự hư hỏng của lớp phủ

bê tông nhựa ở trên mặt tại các khe ngang; đây là một kiểu hư hỏng không thể tránh, vì có sự

chuyển động ngang kết hợp với chuyển động cắt lớn tại các khe nối này dưới tác dụng của hoạt tải

Không kể sự xuất hiện đã lâu của loại mặt đường bê tông cốt thép, loại mặt đường này vẫn còn được sử dụng trong một số trường hợp kèm theo một số thay đổi quan trọng trong việc thiết kế từ năm 1930

Một thay đổi như thế là loại bỏ các khe dãn trên một chiều dài liên tục của mặt đường, và bây giờ chỉ dùng hạn chế các khe dãn ở các vị trí như các đoạn dẫn tới các công trình Một thay đổi khác là dùng các lớp móng gia cố xi măng trên các con đường nhiều xe nặng

Trong mặt đường bê tông cốt thép có khe nối hiện đại chiều dài các tấm thường bị hạn chế dưới 12 m vì những lý do về kết cấu và kinh tế Một trong các lợi ích là điều này sẽ làm giảm biên độ di chuyển của khe nối, và do đó giảm bề rộng thực tế của khe nối Điều này là quan trọng trong việc bảo đảm độ bằng phẳng của mặt đường, vì rằng khi chiều rộng của các khe nhỏ hơn khoảng 14mm thì người lái xe thường không nhận biết

Mặt đường bê tông cốt thép có khe nối phù hợp lý tưởng với các dự án dùng phương pháp rải

bê tông bằng thủ công và đặc biệt ở những nơi phải thi công từng phần nhỏ vì các lý do như

2.2.3 Mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP)

Phù hợp với tên gọi, loại mặt đường này được gia cường cốt thép trên suốt cả chiều dài của

nó nằm giữa các công trình như các mố cầu Tỉ lệ thép (tiêu biểu là từ 0.67% đến 0.72%) thay đổi tùy theo cường độ của bê tông, mục đích là để tạo ra các đường nứt ngang có khoảng cách ngẫu nhiên và khoảng từ 1m đến 2.5 m và bề rộng thiết kế trung bình nhỏ hơn 0.3 mm Tổng các dịch chuyển theo chu kỳ trên một đơn vị dài của mặt đường cũng tương tự như trong các mặt đường có khe nối

Cách thức làm việc theo hướng ngang của loại mặt đường này giống như trong mặt đường có khe nối và vì thế cấu tạo khe dọc cũng như nhau

Mặt đường bê tông cốt thép liên tục có các lợi ích quan trọng so với các loại mặt đường khác như sau:

• Do không có các khe ngang nên các đòi hỏi về bảo dưỡng là thấp nhất so với tất cả các loại mặt đường khác

lý tưởng cho các khu vực có khả năng lún không đều

• So với các loại mặt đường khác, nó là loại phù hợp hơn cả khi cần rải lên trên một lớp

bê tông nhựa, vì trong loại mặt đường này không có các khe ngang hoạt động và vì sự chuyển động cũng rất nhỏ tại các đường nứt

Kinh nghiệm trên thế giới về loại mặt đường bê tông cốt thép liên tục cũng khá thay đổi, và kết quả là các tiêu chuẩn thi công cũng khác nhau nhiều Quan trọng nhất là các nhân tố như việc

bố trí cốt thép và tính toàn khối của nó, tính đồng nhất, cường độ và độ đầm nén của bê tông Bất kể các vấn đề nêu trên, đã thừa bằng chứng để khẳng định rằng thiết kế và thi công một cách đầy đủ và có hiệu quả sẽ tăng thêm đáng kể tuổi thọ của loại mặt đường này

Do tính năng của loại mặt đường rất tốt nên vào năm 1981 người ta đã chấp nhận mặt đường

bê tông cốt thép liên tục được xây dựng ở Bỉ là một loại mặt đường dành riêng cho đường cao tốc xuyên Châu Âu; con đường này là một trong số các đường có lưu lượng giao thông cao nhất châu Âu

2.3 Các khe nối

2.3.1 Các khe dọc

Cách thức làm việc của các loại mặt đường khác nhau theo hướng ngang về cơ bản là độc lập với các cơ chế làm việc theo hướng dọc Vì thế việc xử lý các khe dọc nêu dưới đây là áp dụng cho cả mặt đường bê tông thông thường có khe nối (JPCP), mặt đường bê tông cốt thép

có khe nối (JRCP) và mặt đường bê tông có cốt thép liên tục (CRCP)

Chức năng của các khe dọc có thể được tóm tắt như sau:

• Để làm giảm các ứng suất uốn vồng sớm (phát sinh sớm), nếu không thì sẽ sinh ra các đường nứt dọc

Các thanh liên kết này chỉ có chức năng thuần túy là giữ các tấm khít lại nhau, còn việc truyền lực cắt là do sự cài móc của các hạt cốt liệu hoặc do ngàm (dạng lượn sóng)

a) Các xem xét trong thiết kế

Các điều đưa ra dưới đây cần được xem xét khi thiết kế hình học và kết cấu các khe dọc:

Chiều rộng tổng cộng của mặt đường được liên kết giới hạn từ 13m đến 16m:

• Điều này sẽ giới hạn được các ứng suất co tại chính giữa của chiều rộng mặt đường Các ứng suất này tăng tuyến tính theo khoảng cách từ cạnh tự do gần nhất, và sẽ cộng thêm vào các ứng suất do hiệu ứng uốn vồng của tấm Cần phải kể cả bó vỉa hè vào chiều rộng này

chiều rộng lớn hơn là khi máy rải chỉ đi một lượt

Sự chênh lệch cho phép này được căn cứ vào kích thước của độ co ngót dự báo sẽ phát sinh trong tấm bê tông được rải lượt đầu trước khi rải tiếp Khi rải một lượt cả chiều rộng thì chọn chiều rộng lớn nhất của mặt đường là 13 m, và chọn 16 m khi rải hơn một lượt

Còn nên xem xét thời gian chờ đợi có khả năng xảy ra giữa các lượt rải

Chiều rộng tấm riêng lẻ giới hạn đến 4.3 m:

Chiều rộng vượt quá giới hạn này sẽ dễ làm phát sinh đường nứt dọc dưới tác dụng tổng hợp của các ứng suất co, uốn vồng và hoạt tải Trường hợp mặt đường có một làn xe, như ở đoạn lên dốc, có thể mở rộng ra đến khoản 5 m

Còn cần phải xem xét chiều rộng tối thiểu của tấm theo tỉ số chiều dài/ chiều rộng Các tấm không thỏa mãn các giới hạn nói trên gọi là tấm có “hình dạng khác thường’ và được bàn luận giải quyết ở 2.6.1 Nên hạn chế đến mức thấp số lượng các tấm có hình dạng khác thường, vì

sẽ gặp khó khăn khi chế tạo do phải dùng các tấm lưới thép riêng rẽ

Bố trí các khe cách xa các vệt bánh xe nặng:

Tăng chiều rộng của tấm bê tông thuộc làn xe nặng sẽ đem lại lợi ích là làm tăng diện tích hiệu quả của khe ngang về mặt truyền tải trọng Thêm nữa, việc mở rộng tấm sẽ làm thay đổi điều kiện tác dụng của bánh xe từ mép tấm vào phía trong tấm, do đó sẽ giảm được ứng suất

ở giữa tấm trong trục ngang

Xem xét các phương pháp thi công và trình tự:

Ở những công trình đường dùng máy rải bê tông cốp pha trượt cần cố hết sức tăng chiều dài rải, không để gián đoạn lúc rải (do đó sẽ giảm thiểu được các đoạn nhỏ phải rải thủ công) Như thế sẽ có lợi về mặt kinh tế và bảo đảm được độ bằng phẳng

Cần bố trí thận trọng các khe nối nhằm giảm thiểu số lượng lượt rải cần thiết

Đường đỉnh và các đoạn chuyển tiếp siêu cao

Để dễ thi công, thường yêu cầu làm các khe dọc bằng cách đặt khuôn, dọc theo các đường đỉnh và các đoạn chuyển tiếp

Cần phải xem xét việc điều hành giao thông ngay ở giai đoạn thiết kế Điều này thường được

áp dụng khi xây dựng ở đô thị, đặc biệt ở tại các nút giao và các nút giao hình xuyến (nút giao vòng đảo)

Các dấu hiệu nổi trên mặt đường

Không được đặt các dấu hiệu ngay trên các khe nối đang hoạt động, mà cần phải đặt dịch ra Nếu để vữa rời trùm lên tấm bê tông vừa rải lần đầu thì sự dính kết của các dấu hiệu này tại khe dọc có thể bị phá hỏng

Các khe dọc cần được xẻ đến chiều sâu bằng

3

D , còn các khe ngang được xẻ sâu bằng

4

D

Việc thiết kế đúng các khe dọc thực ra phức tạp hơn nhiều so với điều mong đợi ban đầu Sự

hư hỏng của khe dọc có thể dẫn đến sự phát sinh ứng suất rất lớn, và có khả năng làm nứt tấm ở một nơi khác nào đó trong mặt cắt ngang (mà không phải nứt lại khe dọc)

Việc hướng dẫn đường nứt sớm (xẻ khe sớm) cũng quan trọng (trong phạm vi ngày rải bê tông), vì kinh nghiệm đã cho thấy các đường nứt không được trù liệu trước sẽ xuất hiện sau

đó, ngay khi cường độ chịu kéo uốn của bê tông tăng lên

Thành công của việc tạo các khe dọc có liên quan đến khoảng cách kể từ mép tự do gần nhất Phần ứng suất co trong tổng ứng suất tại các khe dọc tỉ lệ với khoảng cách đến mép tự do, và khi khoảng cách ấy nhỏ hơn khoảng 3m thì tổng ứng suất có thể khá thấp

Tình huống trên thường phát sinh tại khe nối lề đường phía ngoài Nếu hiện tượng bắt đầu nứt không xảy ra ở vị trí ấy thì vị trí có ứng suất lớn nhất sẽ chuyển vào làn xe chạy chậm Thiết

kế hợp lý khe nối có tính chất quyết định đến tính năng dài hạn của mặt đường

b) Các phương án thiết kế

Đáng tiếc là các chỉ dẫn kỹ thuật đã nêu trên không thể hoàn toàn đáp ứng được các tình huống thường gặp Có thể dùng các phương án trung gian sau đây cho các tình huống ấy:

• Việc dùng các lưới thép gia cường trong các vùng được giới hạn thay vì dùng bê tông thông thường có thể bảo đảm về mặt kinh tế, nếu có nguy cơ nứt dọc

Giải pháp này thường là khả thi tại các đoạn quá độ mở rộng như ở các nút giao và đoạn nối dốc, đặc biệt khi dùng cốp pha cố định để rải bê tông Tuy nhiên sẽ gặp khó khăn khi dùng máy rải cốp pha trượt rải bê tông trên các lưới thép riêng lẻ, vì thế trong nhiều trường hợp đề xuất này không thực hiện được

Làm một khe dọc không có thanh liên kết

Khe dọc không có thanh liên kết thường được dùng ở các vị trí ít chịu tác động của xe nặng,

và phải cách xa vệt xe nặng hơn 1.0m

Phương án này thường được ưa thích nhất là ở nơi mà khe nối có thể được bố trí ngoài khu vực ảnh hưởng của xe nặng Trong điều kiện này, dùng khe nối ngàm (dạng lượn sóng) sẽ không đạt được mục đích, mà còn có thể phát sinh hư hỏng do gãy mộng tại mặt khe Do đó nên dùng khe loại mối nối đối đầu

Thiếu sót của các khe nối không có thanh liên kết là không ngăn cản được các tấm tách xa nhau ra Do đó cần phải thận trọng bảo đảm là khả năng ấy không xảy ra trong vùng xe nặng chạy Nguy cơ càng lớn khi khe nối nằm cách cạnh tự do khoảng dưới 5 m và hiện tượng các tấm tách xa nhau xuất hiện nhanh làm cho các vật cứng xâm nhập vào các lỗ hổng của khe nối; do đó bắt buộc phải tiến hành trám khe

Làm khe dọc có thanh truyền lực

Điều này sẽ thỏa mãn các yêu cầu về truyền tải trọng nhưng không ngăn cản được các tấm tách xa nhau

Thêm nữa, thực tế thi công một khe nối như thế rất khó nên không khả thi cho tất cả, trừ một

số trường hợp cá biệt, như các khe dọc qua các nút giao ở đô thị

Không cho phép nối lệch các khe ngang về hai phía của khe dọc có thanh truyền lực; điều này

có thể gây khó khăn cho việc bố trí khe nối xung quanh nút giao Làm một khe nối riêng lẻ sẽ cho phép giải quyết được điều quan tâm này

Làm khe dọc riêng lẻ có dầm móng đặt ở dưới (xem hình vẽ ở phục lục A)

Loại này thường được xem là một giải pháp trung gian thực tế nhất mặc dù nó có các thiếu sót Những đặc điểm chủ yếu của nó là:

• Không dùng các thanh truyền lực

• Các khe ngang giao cắt với khe dọc có thể nối lệch được

• Dầm tương đối đơn giản và ít cản trở cho các thao tác thi công tiếp theo

kiện cong lõm Đấy là một thiếu sót chính

• Dầm giúp cho tấm không bị kênh

Làm mép tấm dầy, khe nối không có thanh liên kết

Làm các mép tấm dầy có tác dụng như một dầm để giảm các ứng suất biên của tấm và hiệu quả này thỏa mãn điều kiện tải trọng tác dụng ở mép tấm Tuy nhiên có hai hạn chế là chúng ít

có tác dụng ngăn cản các tấm tách xa nhau và khó thi công, do đó ít được dùng phổ biến Cần phải đặt khuôn tạo khe (hoặc xẻ khe giả) cho loại khe dọc này, vì rất khó tin vào vị trí khởi đầu đường nứt trong một đoạn được làm dầy thêm như thế Cũng cần thận trọng vì việc làm mép tấm dầy sẽ gây cản trở thêm cho sự co ngang sớm của bê tông và do đó tạo ra ứng suất kéo lớn hơn trong trục dọc

c) Các khía cạnh thi công

Các khe dọc được thực hiện hoặc bằng cách đặt khuôn tạo khe hoặc xẻ khe giả Làm khe giả hoặc bằng cách xẻ khe (cưa) hoặc chèn một dải băng hướng dẫn đường nứt

Chọn phương pháp thi công thường phụ thuộc vào phương pháp rải bê tông và hình dạng của các tấm

Với phương pháp rải theo tập quán bằng cốp pha cố định, chiều rộng rải tối đa thường hạn chế vào khoảng 5.5 m vì khó kéo dài tấm san bằng của máy rải, vì thế ít dùng khe dọc giả Với phương pháp rải bằng cốp pha trượt có thể tiến hành rải rộng đến 11m hoặc hơn nữa và thường dùng dải băng hướng dẫn đường nứt cho khe dọc Nếu dải băng uốn cong sẽ làm cho

bề mặt tấm hư hỏng và làm giảm chiều sâu hướng dẫn đường nứt, đây là một vấn đề nghiêm trọng khi khe dọc được bố trí cách xa trục trung tâm của chiều rộng đã rải bê tông Vì thế hiện nay người ta ít dùng các dải băng dọc này, mặc dù việc đặt các dải băng này trong lúc rải bê tông là một biện pháp bảo vệ cho việc xẻ khe muộn

Khi rải bê tông cùng lúc 3 làn xe (rộng khoảng 11m), thường cần phải xẻ khe sớm đến mức có thể sau khi máy rải đi qua và tiến hành xẻ khe dọc trước khi xẻ khe ngang, nghĩa là làm ngược lại trình tự thông thường

Mép xẻ sắc nhọn là dấu hiệu chứng tỏ việc xẻ khe được tiến hành quá chậm, và vết xẻ có thể lồi lõm đến 6 mm và trên chiều dài đến 25 % chiều dài khe là điều thường gặp Các khe dọc giả phải được trám lại

2.3.2 Các khe co ngang

Vì mặt đường tương đối dài nên các chuyển động chủ yếu phát sinh theo hướng dọc Làm các khe co để kiểm soát vị trí và tần số xuất hiện các đường nứt theo hướng dọc ấy Phần lớn thời gian mặt đường ở trong trạng thái nén, và các lực nén thỉnh thoảng xảy ra là tương đối không quan trọng Vì lý do này nên chỉ cần xem xét sự dãn dư (độ dãn còn lại) trong các trường hợp đặc biệt như đã đề cập trong 2.3.5 Do đó cần bố trí các khe co ngang cho đủ trên suốt dài của mặt đường, tuy nhiên còn cần thiết kế các khe co ngang này để đáp ứng các nhiệm vụ sau đây:

• Truyền lực cắt

• Ngăn cản các tấm kề nhau tách xa nhau theo mặt bằng và theo chiều đứng

Trong phạm vi chiều dài của mặt đường, việc ngăn cản các tấm tách xa nhau theo mặt bằng là nhờ hiệu quả kiềm chế của các tấm kề bên và nhờ có ma sát với lớp dưới

Việc ngăn cản các tấm tách xa nhau theo chiều đứng là nhờ các biện pháp được dùng để bảo đảm sự truyền lực cắt xuyên qua khe nối

Sự truyền lực cắt tại các khe ngang có thể thực hiện nhờ các thanh truyền lực hoặc không cần các thanh truyền lực

Cơ chế hoạt động của các khe co này được đề cập ở dưới

a) Các khe ngang không có thanh truyền lực

Trong các khe không có thanh truyền lực việc truyền lực cắt được thực hiện nhờ sự cài móc của các hạt cốt liệu và nhờ lớp móng

Hiệu quả dài hạn truyền tải trọng trong các khe nối không có thanh truyền lực phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Độ mở rộng của khe nối

Hiệu quả (truyền lực) của khe nối giảm đáng kể khi độ mở rộng của khe tăng lên Nhiều kinh nghiệm ở hiện trường ở cả Hoa Kỳ và châu Âu cho thấy rằng khi thiết kế mặt đường lấy độ

mở rộng (của khe nối) bằng 1 mm là quá mức và nếu được đừng để xảy ra nhiều Cũng thấy rằng nên đạt độ mở rộng đồng đều hợp lý cho tất cả các khe nối, vì từ các chuyển động nhỏ tại vài khe nối sẽ làm phát sinh các chuyển động lớn tại các khe nối kế cận Vì lý do ấy việc kiểm soát sự ma sát của lớp phân cách móng là quan trọng

Số lần và độ lớn của các chu kỳ tải trọng

Các tải trọng nhẹ (trục xe dưới khoảng 46 kN) ít làm giảm hiệu lực của các khe nối Điều này đúng với tính năng uốn toàn phần của mặt đường cứng

Chiều dầy của khe nối và độ sắc cạnh của hạt cốt liệu

Để xẻ khe giả thường phải làm giảm chiều dầy của tấm đến 25 % Vượt quá mức này rõ ràng

sẽ làm giảm độ bền các khe nối, vì thế dung sai cho phép của chiều sâu xẻ khe phải được quy định chặt chẽ Về độ sắc cạnh của các hạt cốt liệu, tiêu chuẩn thi công đòi hỏi các hạt cốt liệu lớn phải được nghiền vỡ

Hiệu lực của móng đỡ

Khuyến khích làm lớp móng bằng bê tông nghèo dưới tấm bê tông xi măng poóc lăng Cường

độ của loại móng này phù hợp với giá trị lớn nhất của trị số “k” Các thử nghiệm độc lập theo tỉ

lệ 1:1 (bằng độ lớn thực) do Hiệp hội xi măng poóc lăng Hoa Kỳ tiến hành trên các tấm bê tông dầy 180 mm cho thấy hiệu quả của sự cài móc của các hạt cốt liệu sau 106 chu kỳ tác dụng tải trọng là 77 % khi có lớp móng dầy 150 mm làm bằng cấp phối vật liệu hạt gia cố xi măng, còn khi lớp móng dầy 150 mm nhưng làm bằng cấp phối sỏi cuội thì hiệu quả chỉ có 9%

Hiệu quả của lớp móng tại khe nối phụ thuộc nhiều vào cường độ chịu uốn và chịu cắt của nó,

và vì thế lợi ích của lớp móng sẽ giảm đi nếu như khe nối của mặt đường bê tông xi măng poóc lăng lại tạo ra đường nứt “ phản ánh ngược” trong lớp móng

Khi đường nứt phản ánh phát sinh thì hai tấm (tấm mặt đường bê tông và lớp móng gia cố xi măng) thực tế làm việc như một tấm trong việc truyền tải trọng, và nguy cơ xuất hiện hiện tượng phụt bùn, nước của lớp móng dưới và nền đất sẽ tăng cao Vì lý do này mọi cố gắng cần phải bảo đảm cho được tính toàn vẹn độc lập của lớp móng

b) Các khe ngang có thanh truyền lực

Cần phải đặt các thanh truyền lực trong các khe co ngang ở bất cứ nơi nào mà tải trọng trục

xe vượt quá 100kN, không kể lớp móng là loại gì

Thêm nữa cần bố trí các thanh truyền lực ở các vị trí sau:

• Trong các khe co (với bất kỳ khoảng cách nào) khi lớp móng không làm bằng bê tông nghèo ;

• Tại tất cả các khe thi công có ý định sẽ làm việc như khe co, không kể khoảng cách các khe là bao nhiêu

• Trong các khe co ngang trong phạm vi 45 m cuối mặt đường, khi ở đây không làm các neo kết thúc.Không có các neo, các khe nối này sẽ mở rộng ra hơn bình thường vì thiếu sự kiềm chế theo hướng dọc, và do đó sự truyền tải trọng thông qua sự cài móc của các hạt cốt liệu sẽ kém hiệu quả (Làm các neo còn để bảo vệ các mặt đường và các công trình tựa kề, và vì thế chỉ không làm các neo trong các trường hợp đặc biệt)

nóng hơn nhiều so với nhiệt độ không khí lúc rải bê tông, thì đầu cuối tạm thời của đoạn

đã rải được xem như đầu cuối tự do, bởi vì tiếp theo khi trời lạnh thì các lực nén sẽ khá lớn, có thể làm cho tấm dịch chuyển, làm mở rộng khe ra

không đều đáng kể

Thiết kế và bố trí các thanh truyền lực

Sau nhiều thử nghiệm ở hiện trường với nhiều loại thiết bị truyền tải trọng cơ học thì các thanh truyền lực bằng thép tròn đã trở thành thiết bị truyền tải trọng cơ học tiêu chuẩn và gần như duy nhất đang được dùng

Các thanh truyền lực là các thanh thép tròn thông thường cấp 280 (AASHTO M – 33) hoặc tương đương và có chiều dài tối thiểu là 450 mm, thông thường dài 500 mm Các thanh này cần phải thẳng, cuối thanh phải thẳng góc, không sần sùi Đường kính thanh đã cho trong bảng 2.1, và các thanh được bố trí cách nhau 300 mm (tim cách tim)

Bảng 2.1 Đường kính thanh truyền lực

Một phần của thanh được quét chất chống dính, bảo đảm cho thanh chuyển động tự do trong khe nối Các vật liệu như nhựa bitum hoặc sơn cao su thích hợp cho công việc này, nhưng

không được dùng các loại dầu thải ra từ công tác ván khuôn Màng chống dính này phải đủ chắc để không bị hư hỏng khi thiết bị “ đầm rung trong” thỉnh thoảng chạm phải, nhưng chiều dầy của màng cũng chỉ dưới 1 mm để có thể tiếp xúc với bê tông, đối đầu với các biến dạng cắt lớn có thể xuất hiện tại khe nối

Các thanh truyền lực phải được giữ chắc chắn trong suốt thời gian rải bê tông nhờ các phụ kiện cứng, tuy nhiên cần phải bố trí chúng thế nào để ngoài thanh truyền lực ra không có thanh thép nào xuyên qua khe nối, vì các thanh này có thể làm phát sinh các hư hỏng do chịu kéo của bê tông nằm kề bên khe nối Hiện tượng này thường xảy ra khi rải bê tông vào ban đêm, lúc này khả năng chịu kéo của bê tông thấp hơn nhiều so với cường độ chảy dẻo của thép

Cũng vì lý do này mà các thanh thép truyền lực không được sần sùi, ráp ở hai đầu

Tại các tấm cong hoặc các tấm có khe nối xiên phải bố trí các thanh truyền lực theo hướng

“đường tâm quay” của tấm như ở hình 2.2

Hình 2.2 Bố trí các thanh truyền lực

Do phần bê tông xung quanh thanh truyền lực phải chịu ứng suất tập trung lớn nên đương nhiên bê tông phải có chất lượng rất tốt, vì thế phải kiểm tra chặt chẽ tất cả các khâu trong khi rải và đặc biệt là khi đầm nén

Hư hỏng do chịu nén của bê tông trong phạm vi bố trí các phụ kiện lắp ráp thanh truyền lực có thể do các nguyên nhân sau:

• Do vụn bê tông (bị chà xát) trong khoảng trống đầu thanh truyền lực ở khe dãn Vì lý do này mà cần có mũ ở đầu thanh truyền lực trong khe dãn

• Hư hỏng do chịu kéo của bê tông ở gần các đầu thanh truyền lực Hiện tượng này phần lớn là do thiết kế phụ kiện lắp ráp thanh truyền lực không đúng hoặc do đặt các thanh truyền lực không thẳng hàng

nước trên thế giới cho thấy méo mó dạng trái xoan đến 3 mm là khá phổ biến trong bê tông có chất lượng không tốt

• Hư hỏng theo hướng nằm ngang trong mặt phẳng của các thanh truyền lực Hiện tượng này có thể do thông xe quá sớm trên mặt đường mới làm

tại các làn rẽ xung quanh các nút giao

• Tại các vị trí như nút giao và nơi tách dòng, ở đó có thể xảy ra xung đột trong các hướng của chuyển động tương đối ở các phía đối diện của một khe nối

Vì thế hiện nay người ta dùng phổ biến các lớp sơn chống rỉ như epoxi, chất dẻo, polyetylen

có tỷ trọng lớn, sợi thuỷ tinh trong các tình huống này Các màng chống rỉ này có thể hư hỏng khi vận chuyển và khi lắp đặt các thanh, vì thế cần hết sức cẩn thận khi sử dụng

Những kinh nghiệm trên thế giới cho thấy phần lớn các dạng hư hỏng kết cấu trong mặt đường bê tông đều tập trung tại các khe nối hoặc liên quan đến các khe nối, và nói chung đều thống nhất cho rằng các hư hỏng này sinh ra chủ yếu là do sai sót trong thiết kế các khe nối Thật hợp lý khi cho rằng mặt đường bê tông sẽ phục vụ được ít nhất là 40 năm và ý kiến đúng đắn của các nhà xây dựng cho rằng cần phải thiết kế các khe nối sao cho có được một thời gian phục vụ tương đương mong đợi

c) Thi công

Cần phải hướng dẫn đường nứt cho các khe co (làm khe co giả) hoặc bằng cách đặt một thanh đệm ở trên mặt bê tông còn dẻo hoặc xẻ một rãnh trong bê tông đã cứng một phần Cho đến nay kết quả cho thấy việc dùng các thanh đệm đặt dưới đáy tấm để hướng dẫn nứt phần lớn là không đáng tin cậy, và hình như không có chứng minh nào biện hộ cho tính hợp lý của cách này trong khi rải bê tông xi măng, vì đằng nào cũng phải đặt thêm thanh hướng dẫn nứt ở trên mặt tấm để bảo đảm đường nứt ở mặt tấm thẳng hàng

Khi có làm lớp phân cách giữa tấm bê tông và lớp móng cần chú ý một số vấn đề sau:

• Lực ma sát phải vừa đủ để các đường nứt phát sinh đều đặn đồng nhất tại các khe nối trong mặt đường bê tông xi măng

• Mức độ dính bám của lớp phân cách phải được giới hạn tới mức để đường nứt phản ánh giữa các lớp không phát sinh, vì lý do như đã trình bày ở phần trước

Các khe xẻ

Kinh nghiệm cho thấy phương pháp xẻ khe có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác:

dung sai cho phép về bề mặt và do đó làm cho độ phẳng tốt hơn

• Các khe xẻ luôn thẳng góc với mặt tấm, vì thế không sinh ra các góc hoặc các mép yếu (mỏng) Hơn nữa, vì không phải làm bằng thủ công trong phạm vi khe nối nên các tính chất (chất lượng) của bê tông ở đấy sẽ giống như ở các phần khác của tấm

• Các thao tác trong bước hoàn thiện không bị chậm trễ do xẻ khe Phương pháp tạo khe trong bê tông còn dẻo rất có thể gây ra sự chậm trễ không thể chấp nhận trong sự tạo nhám và dưỡng hộ khi sản lượng rải bê tông cao, đặc biệt khi điều kiện thời tiết bất lợi Điều khó chủ yếu trong việc xẻ khe là xác định thời điểm tối ưu để xẻ khe Thời điểm này có thể thay đổi nhiều, phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, loại cốt liệu bê tông và những nhân tố khác ảnh hưởng đến tốc độ đông cứng và co ngót của bê tông

Rải bê tông xong, nếu để đến sáng hôm sau mới xẻ khe thì sẽ phát sinh các đường nứt ngẫu nhiên, trừ phi khi nhiệt độ rất thấp do vì ban đêm nhiệt độ tụt xuống rất nhiều

Trong điều kiện mùa đông, xẻ khe trong phạm vi 18 giờ trong điều kiện bê tông đã đông cứng

có thể làm các hạt cốt liệu lớn bật ra Điều này còn nghiêm trọng hơn khi hạt cốt liệu rất cứng hoặc tròn (như cuội sỏi)

Do đó cần một giải pháp trung gian là chấp nhận một ít cốt liệu bị rời rạc ở mép khe xẻ Còn

xẻ khe chậm một ít thì các mép khe thẳng nhưng có nguy cơ phát sinh các đường nứt ngẫu nhiên

Đường nứt tại các mép ngoài của tấm đôi khi lệch khỏi đường xẻ trước của máy, nhất là đối với các khe nối xiên Đây cũng là một dấu hiệu khác cho thấy việc xẻ khe được tiến hành quá muộn

Không thể có chỉ dẫn cho việc định thời điểm xẻ khe, và đối với mỗi trường hợp ở hiện trường cần xác định theo các điều kiện khác nhau, vì thời điểm có tính chất quyết định để xẻ khe có thể thay đổi từ 4 đến 14 giờ sau khi rải bê tông

Khi sử dụng các tấm cách nhiệt hoặc các tấm che bằng chất dẻo có thể giảm đáng kể khoảng thời gian trên, cho phép lập kế hoạch xẻ khe tốt hơn và kiểm soát tốt hơn công việc xẻ khe Cần đặc biệt chú ý ở những khu vực có nhiệt độ thấp trong nhiều ngày Có những khu vực

những điều kiện như thế bê tông có thể không đủ cứng để xẻ khe, cả sau khi rải bê tông 36 giờ

Trong một vài tài liệu cho rằng thời điểm để xẻ khe dọc là không có tính chất quyết định và có thể xẻ vào trước lúc thông xe một ít Đấy là một sự thừa nhận rất nguy hiểm, vì rằng các ứng suất uốn vồng có thể đủ để gây ra các đường nứt dọc sớm ngẫu nhiên Do đấy việc xẻ khe dọc cũng phải hoàn thành giống như xẻ các khe ngang (nhưng chiều sâu xẻ lớn hơn ở khe ngang)

Tiêu chuẩn thi công yêu cầu phải bảo vệ các đường xẻ (trám khe sơ bộ) vì các lý do sau:

• Ngăn ngừa các vật bên ngoài rơi vào khe nối

• Giữ điều kiện bảo dưỡng bê tông trong phạm vi khe nối

Cường độ của khe nối ở vùng các hạt cốt liệu cài móc vào nhau có liên quan đến cường độ của bê tông, do đó điều kiện bảo dưỡng tại mặt cạnh khe nối là rất quan trọng Cường độ của các mép khe nối tại bề mặt cũng bị ảnh hưởng tương tự dưới tác dụng của tải trọng xe

Xẻ khe trong khu vực dân cư vào ban đêm thường hay bị dân chúng phản đối; để vấn đề này không xảy ra các hoạt động rải bê tông có thể cần phải được lên kế hoạch để thực hiện vào sáng sớm

Làm các khe trong bê tông còn dẻo

Làm các khe loại này có thể khả thi trong các trường hợp dưới đây:

này có thể cho phép một công đoạn hoàn thiện tiếp theo bảo đảm được độ bằng phẳng

• Trong vùng không có xe chạy hoặc xe chạy với tốc độ thấp

nhiều thì giờ để làm thủ công các khe nối

Các thanh tạo khe giả có thể là loại vật liệu như lie (bần) hoặc chất dẻo cứng Thanh đệm bằng lie có lợi ích là bảo vệ ngay được khe nối, không cho các vật liệu rơi vào, và khi cần xẻ

mở rộng để có thể nhét chất chèn khe vào thì các thanh này không gây cản trở việc xẻ khe Cũng là một ưu điểm, nếu một số thanh lie được giữ lại ở đáy khe nối, làm chức năng như một thanh đệm

Cho đến nay các kinh nghiệm cho thấy khi làm các khe trong bê tông còn dẻo thì độ bằng phẳng của mặt đường không thoả mãn trên đường có tốc độ xe cao, do đó chỉ nên làm ở các khu vực xe chạy với tốc độ thấp Trong các điều kiện như thế công đoạn hoàn thiện cần phải tiến hành thật tốt

Trên các mặt đường bê tông có khe nối được rải một lớp bê tông nhựa, thì dùng thanh đệm bằng lie tự dãn nở là khá tốt, nhất là kèm theo dùng vật liệu chèn khe là loại bitum cao su

Có thể dùng các thiết bị sau để thi công khe nối:

• Một máy rung để xẻ khe và đặt thanh đệm vào bê tông

• Một máy đầm rung để đầm lại bê tông tại thanh đệm và hoàn thiện bề mặt tại khu vực khe nối Cũng có thể dùng bàn xoa để hoàn thiện bề mặt

2.3.3 Các khe thi công ngang

Cần làm các khe thi công ngang khi phải dừng công việc theo kế hoạch như cuối ngày làm việc, hoặc do các cản trở không mong đợi, khi dừng các thao tác thi công rất có thể tạo ra một

“khe nguội”

Thiết kế loại khe này đối với mỗi loại mặt đường bê tông có khác nhau, sẽ được bàn luận dưới đây:

a) Mặt đường bê tông thông thường có khe nối

Trường hợp khe thi công có thanh liên kết

Đây là một phương pháp thực tế và kinh tế nhất Ở nơi làn xe cần thi công tựa kề vào làn xe hiện hữu thì cần phải làm một khe nối (không nằm trong kế hoạch) thuộc loại này (có thanh liên kết), vì rất có thể vị trí không trùng khớp với một khe thi công hiện hữu nên phải liên kết lại

Nên bố trí khe thi công thẳng góc với trục dọc của mặt đường và nằm trong phạm vi một phần

ba giữa tấm

Để cải thiện việc truyền tải trọng nên tạo dạng sóng cho mặt cạnh tấm rải lần thứ nhất Với dạng này khe nối sẽ trở thành một phần không tách rời của tấm và do đó không cần xử lý , như trám khe Các thanh liên kết đặt cách nhau 300 mm (tim cách tim), và kinh nghiệm cho thấy khe thi công này trên làn xe rải trước sẽ không lặp lại trùng vị trí với khe thi công ở làn xe rải sau liền kề bên (khi máy rải rải bê tông từng làn xe đơn)

Trường hợp khe thi công có thanh truyền lực

Có thể làm khe thi công (gần giống như một khe co) tại vị trí một khe co đã định trước trong kế hoạch

Tuy nhiên hiệu quả truyền tải trọng nhờ sự cài móc của các hạt cốt liệu sẽ ít trong khe nối dạng ngàm so với trong khe co, do đó cần phải bố trí các thanh truyền lực để đảm đương chức năng này Không cần hướng dẫn đường nứt, nhưng tiếp sau cần phải xẻ mở rộng khe

và chèn khe

b) Mặt đường bê tông cốt thép có khe nối

Có hai phương pháp thiết kế các khe thi công ngang:

• Làm khe có thanh truyền lực tại các vị trí đã định làm khe co

• Bố trí khe có thanh liên kết trong phạm vi chiều dài tiêu chuẩn của tấm

Khi xây dựng loại mặt đường bê tông cốt thép có khe nối đã cần chuẩn bị theo hướng sẽ dùng các thanh truyền lực, vì thế phương án đầu đương nhiên là phù hợp nhất

Trong tất cả các loại, mỗi khe thi công đều cần phải xuyên suốt cả chiều rộng phần xe chạy nằm giữa các mép tự do Trong khi rải bê tông làn xe lượt đầu tiên việc bố trí khe có thể linh động một ít, nhưng đến lượt rải làn kế tiếp kề bên thì không để khe thi công trùng vị trí Tại nơi cần phải làm khe thi công không có trong kế hoạch, nằm gần vị trí của khe co thì nên làm khe kiểu đối đầu có thanh truyền lực

Tại nơi làn xe cần thi công nối đầu với một làn xe hiện hữu, thì chọn loại khe theo loại khe của làn xe đã rải Vì thế khe thi công không có trong kế hoạch được làm trong phạm vi chiều dài tiêu chuẩn của tấm phải là một khe có thanh liên kết

Các thanh cốt thép dùng để kiểm soát đường nứt có thể hoặc xuyên suốt qua khe thi công hoặc dừng trước khe Nếu các thanh cốt thép xuyên suốt qua khe thì không cần đặt thêm các thanh liên kết nữa

c) Mặt đường bê tông cốt thép liên tục

Trong mặt đường bê tông cốt thép liên tục các thanh thép dọc cần xuyên suốt qua mỗi khe thi công Cũng cần bố trí thêm một số thanh thép nữa để kiểm soát độ mở rộng của khe thi công

Có thể làm khe kiểu ngàm (dạng lượn sóng) để bảo đảm hiệu quả truyền tải trọng

2.3.4 Các khe ngang kiểu khớp

Đường nứt trung gian của các tấm bê tông cốt thép dài có thể xuất hiện do tác dụng tổ hợp của hiện tượng oằn tấm và tải trọng xe Cốt thép gia cường sẽ ngăn ngừa các hư hỏng của tấm, và trong phần lớn trường hợp có thể cho phép phát sinh đường nứt ngẫu nhiên Không cần phải xẻ hoặc trám các đường nứt ấy

Tuy nhiên trong một vài trường hợp nên kiểm soát vị trí của đường nứt trung gian Một trường hợp như thế là khi đường nứt ngẫu nhiên có thể làm phát sinh tiếp theo đường nứt tại các vị trí không mong muốn trong các tấm liền kề hoặc trong công trình liền kề Tương tự như thế đường nứt ngẫu nhiên có thể xuất hiện tại một góc nhọn đến tận các khe nối kế tiếp hoặc đến tận các mép tấm, và làm phát sinh tiếp đường nứt khác Các trường hợp như thế đôi khi xảy

ra xung quanh các nút giao

Có thể hướng dẫn nứt cho các đường nứt trung gian tại các vị trí mong muốn bằng cách xẻ khe Khi có kế hoạch bố trí khe nứt trung gian, cần đặt lưới thép gia cường thấp hơn đáy đường xẻ ít nhất là 30 cm (lớp bảo vệ từ đáy đường xẻ đến mặt lưới thép ít nhất là 30 cm) Cần trám đường xẻ khe tương tự như trong khe dọc giả (có xẻ mồi) có thanh liên kết

2.3.5 Các khe dãn và khe cô lập (khe tách biệt)

Chiều dầy của tấm bê tông mặt đường thường là đủ để không có thể xuất hiện hiện tượng tấm

bị uốn dọc (oằn), do đó không cần phải có dự phòng gì đối với các ứng suất uốn dọc ấy ở nơi các chuyển động có khả năng xuất hiện của tấm bị các tấm liền kề kiềm chế Người ta ấn định rằng mặt đường bê tông được xây dựng bằng các vật liệu có các đặc tính dãn nở chấp nhận được, và tiến hành thi công khi nhiệt độ ngoài trời cao hơn nhiệt độ đóng băng khá nhiều, và tất cả các khe nối cần phải ngăn cản được sự xâm nhập của các vật liệu cứng

Tuy nhiên tại các vị trí gián đoạn trong mặt đường, cần chiếu cố đến các lực lớn có khả năng xuất hiện bằng cách bố trí các khe dãn (có thanh truyền lực) hoặc khe cô lập (không có thanh truyền lực)

Các loại khe này được sử dụng phổ biến nhất tại các mố cầu, nhưng có thể cũng cần dùng các loại khe này tại các nút giao hoặc tại các điểm nối tiếp để ngăn ngừa sự phát sinh các ứng suất; nếu không làm thì các ứng suất sẽ phát sinh do có các chuyển động đối nghịch tại chỗ mặt đường giao nhau

Khác với nhiều tài liệu khác, thuật ngữ khe dãn dùng trong bản chỉ dẫn kỹ thuật này là chỉ dùng cho các khe dãn có các thanh truyền lực Để cho rõ ràng, các khe tương tự nhưng không

có thanh truyền lực được gọi là các khe cô lập (hay khe tách biệt)

Bản chất của chúng có khác nhau ở chỗ một khe dãn chỉ cho phép chuyển động dọc theo trục của thanh truyền lực, trong khi khe cô lập cho phép chuyển động theo cả 3 trục Có thể tận dụng sự tự do cao này như một ưu thế (của khe cô lập) để cho phép các khe cắt nhau có thể nối lệch tại một khe cô lập Ở các nút giao và nút giao vòng đảo, dùng loại khe cô lập này thường là thích hợp

a) Các khe dãn

Các thanh truyền lực trong khe dãn có chức năng truyền tải trọng qua khe và trong hoạt động như thế chúng còn làm giảm các ứng suất lớn nhất phát sinh ở một nơi nào đó trong tấm Thiết kế các thanh truyền lực như trong khe co, tiêu biểu bố trí cách nhau 300 mm và đặt chính giữa chiều dầy tấm Chiều dài tối thiểu của thanh truyền lực là 450 mm, thường dùng là

500 mm Mũ thanh truyền lực đặt ở đầu thanh về phần được chống dính, tạo một khoảng trống bằng chiều rộng của khe dãn cộng thêm 15 mm để thanh dịch chuyển, và được chèn không cho xi măng chui vào

b) Các khe cô lập (khe tách biệt)

Các khe cô lập được bố trí ở nơi có thể xảy ra chuyển động xung đột theo các hướng về các phía đối nghịch của khe nối, và ở nơi mà các thanh truyền lực có thể tạo ra các ứng suất không mong muốn trong mặt đường

Trong vùng có nhiều xe nặng có thể đáp ứng được việc truyền tải trọng bằng cách làm tấm bê tông xi măng dầy hơn hoặc lớp móng dầy hơn Cách xử lý theo truyền thống là làm bằng tấm

bê tông xi măng dầy thêm 25% trên một đoạn dài độ 3 m Tương tự như vậy, làm lớp móng dầy thêm 100% sẽ làm tăng thêm khả năng truyền tải trọng một lượng tương đương

Tuy nhiên hai cách xử lý trên sẽ gây thêm khó khăn và tăng thêm chi phí cho cả hai cách rải

bê tông bằng cốp pha trượt hoặc bằng cốp pha cố định

Vì lý do này mà phương án làm dầm móng (xem hình ở phục lục A) là một phương án hấp dẫn, nó có các ưu điểm sau đây so với cách làm tấm hoặc móng dầy thêm:

• Dầm móng tạo sự truyền tải trọng dương do tác động của dầm trong giới hạn của khe nối, nhưng chỉ trong các điều kiện tấm phẳng và cong lồi (các mép tấm cong xuống) Khuyết điểm là chúng không được truyền tải trọng trong điều kiện tấm cong lõm Điều này có ý nghĩa lớn đối với các ứng suất trong tấm bê tông xi măng, nhưng gần như không đáng quan tâm đối với các ứng suất phát sinh ở lớp móng

• Đào một cái rãnh (để đặt dầm móng) nhanh hơn và rẻ hơn làm tấm dầy hơn trên các đoạn dài

• Thi công các dầm móng có thể hoàn thành trước tất cả các thao tác rải bê tông, vì thế ít làm gián đoạn các hoạt động thi công Nguy cơ mưa làm hỏng nền đất cũng giảm Một lợi ích khác là khe nối không có thanh truyền lực dễ thi công hơn khe nối có thanh truyền lực Có thể thi công khe nối cô lập mà không làm gián đoạn việc rải bê tông bằng máy rải cốp pha trượt, chỉ tiến hành xẻ khe vào thời điểm xẻ các khe co Điều này loại bỏ được các cản trở

và làm cho độ bằng phẳng tại khe nối tốt lên

Để tránh phát sinh đường nứt ngẫu nhiên, cần xẻ một rãnh đầu tiên vào thời điểm xẻ các khe giả liền kề Rãnh xẻ này phải rộng khoảng 10 mm và sâu suốt chiều dầy tấm bê tông xi măng

do vì lần xẻ sau (xẻ mở rộng) suốt cả chiều dày tấm có thể lệch với một phần đường nứt được tạo ra ban đầu

Cần phải thận trọng bảo đảm rằng các vụn bê tông (khi xẻ khe) đã được lấy lên hết khỏi khe nối, vì một vài vụn bê tông còn sót lại sẽ làm phát sinh các hư hỏng do nén ở dưới đáy tấm

2.4 Các đoạn dẫn vào cầu

Khi thiết kế mặt đường bê tông tại các đoạn dẫn vào các công trình cần phải lưu ý xem xét đặc biệt các vấn đề sau đây:

• Lún không đều (chênh lệch) giữa mố cầu và đoạn dẫn vào cầu cần phải được giải quyết thoả đáng bằng cách làm các tấm chuyển tiếp (xem hình vẽ phụ lục A)

• Sự lún không đều nghiêm trọng trong phạm vi gần cầu sẽ làm giảm nhiều độ bằng phẳng

• Sự dãn dài và hiện tượng tấm bị xô dồn cần phải được ngăn chặn để không làm các công trình liền kề bị hư hỏng

Làm các khe cô lập hoặc các khe dãn có thể giải quyết thoả đáng được các chuyển động còn lại trong phạm vi giữa mặt đường và công trình

• Sữa chữa hình dạng bề mặt của mặt đường đắt và khó, nhất là tại các khe dãn

Trước kia các tấm tiếp giáp thường được nối vào mố cầu bằng các thanh thép truyền lực nằm ngang Cách thiết kế này không nên dùng Các thanh truyền lực rất có thể ở trạng thái chịu lực thường trực và lực kháng ma sát phát sinh có thể truyền các lực ngang vào mố cầu Các thanh truyền lực làm việc lâu dài sẽ làm các lỗ trong bê tông méo mó có dạng trái xoan, làm giảm hiệu quả truyền tải trọng của thanh truyền lực

Thêm vào nữa khi các thanh truyền lực gãy hỏng hoàn toàn thì có thể sẽ làm cho hoạt tải truyền hết cho mố

Cách thiết kế bố trí được ưa thích tại gần mố cầu được giới thiệu trong hình vẽ ở phục lục A Nơi mặt đường bê tông được xây dựng liền kề với một công trình, mà công trình này không có đòn chìa (tay đỡ), thì ngoài phương án dùng các thanh truyền lực thì có lẽ không còn phương

án nào nữa.Trong tình huống đó cần phải tiến hành kiểm tra kết cấu của mố cầu và phải có quy định bảo vệ chống rỉ

Tấm chuyển tiếp điển hình có chiều dài 3 – 6 m là phương án trung gian thực tế thích hợp cho

cả độ cứng cần thiết và chi phí

2.4.2 Các neo cuối (neo kết thúc)

Các neo cuối có các chức năng sau:

và cả quay) trong tấm bê tông cuối; nếu không có neo thì sẽ gây nguy hiểm cho sự toàn vẹn của mặt đường mềm tựa kề Các chuyển động quay phát sinh mỗi lần xe nặng chạy qua và chuyển động nằm ngang phát sinh khi nhiệt độ thay đổi

cuối sẽ ngăn ngừa hiện tượng xô dồn của các tấm vào các công trình hoặc vào mặt đường mềm Khi không có các neo, trong vòng 100-500 m cuối mặt đường có thể bị đẩy ra phía ngoài do dãn nhiệt lớn Nếu có các viên sỏi sạn lọt vào các khe thì chuyển động ấy sẽ còn rõ ràng hơn

giới hạn quy định để sự cài móc của các hạt cốt liệu còn hiệu quả và có thể vượt cả độ

mở rộng đã được thiết kế để chèn khe

gây hư hỏng cho các công trình hoặc mặt đường (liền kề)

a) Mặt đường bê tông cốt thép liên tục

Ở các nước, người ta làm các giá neo hoặc những dầm cánh rộng cho mặt đường bê tông cốt thép liên tục Cách làm thích hợp được xác nhận là làm ba neo và việc làm dầm cánh rộng phụ thêm cho các neo là không cần thiết

b) Mặt đường bê tông thông thường có khe nối và mặt đường bê tông cốt thép có

khe nối

Thực tế ở các nước, việc thiết kế các đoạn kết thúc đối với mặt đường bê tông có khe nối có tầm quan trọng ít hơn nhiều so với mặt đường bê tông cốt thép liên tục Lý do về điều đó không rõ ràng vì rằng các nguyên tắc là áp dụng chung cho cả hai, và ảnh hưởng tác động của sự vươn dài của tấm là lớn Vì lý do ấy, nên làm các neo cuối cho tất cả mặt đường có khe nối

Sự biến đổi nhiệt độ và độ ẩm trong phạm vi tấm cuối luôn là nguyên nhân gây ra các chuyền động tại mặt phân cách của bê tông và mặt đường mềm, vì thế nên đặt neo càng gần khe nối càng tốt để giảm bớt mức độ chuyển động

c) Các neo trên dốc

Dùng các neo mặt đường để ngăn các tấm bê tông (của mặt đường bê tông có khe nối) “dồn” xuống, do tác dụng của chu kỳ dãn và co do nhiệt và dưới ảnh hưởng của dốc Người ta đã đo đạc hiện tượng “xô dồn” trong nhiều mặt đường và thấy làm các neo là một cách giải quyết thích hợp Mặc dù được sử dụng phổ biến nhưng công nhận là vấn đề này vẫn còn tồn tại; có

ít thông tin trong các tài liệu, ấn phẩm về việc bảo đảm cho việc sử dụng hoặc cho việc thiết kế các neo này Ở Hoa Kỳ đã ghi lại được sự cố gây hư hỏng lớn các mố cầu, nhưng trong báo cáo không nói hư hỏng này là chỉ do mặt đường “vươn dài” (do cuội sỏi rơi vào khe và/hoặc

do dãn nhiệt quá lớn) hay là do cả “xô dồn” trên dốc Không thể đánh giá thấp khả năng bị “xô dồn”, vì thế có thể là do các hậu quả của hiện tượng “xô dồn” chưa được thừa nhận một cách đầy đủ

Thiết kế các neo căn cứ vào những kinh nghiệm hiện trường trong khi sử dụng các neo cuối trong mặt đường bê tông cốt thép liên tục Thực tế chỉ nên dùng neo trên dốc khi nào dốc lớn hơn 4%

2.5 Bó vỉa

Loại và vị trí của bó vỉa, giải phân cách, đảo giao thông có ảnh hưởng quan trọng đến việc thiết kế bố trí các khe nối và cần phải được xem xét ở giai đoạn đầu Ở nơi bó vỉa được đặt trên mặt của mặt đường bê tông xi măng poóc lăng, cần mở rộng mặt đường để dễ đặt bó vỉa

và để tạo ra độ mở rộng kết cấu cho mặt đường ra xa vệt xe chạy Các bó vỉa nhẹ đóng góp ít

về mặt kết cấu cho mặt đường, đơn thuần chỉ được liên kết với mặt đường để đề phòng tác động của tải trọng Cấu kiện bó vỉa và rãnh thoát nước kết hợp được đặt dọc mép mặt đường

bê tông (xem hình vẽ ở phụ lục A) Có thể cho rằng chúng có đóng góp về mặt kết cấu cho mặt đường (làm tăng độ cứng mép mặt đường), miễn là chúng đủ vững chắc (bê tông 35 MPa) và được liên kết thoả đáng với mặt đường bê tông Khía cạnh này sẽ được bàn luận ở dưới

Có thể đặt các loại bó vỉa này ngang đáy lớp móng (chiều sâu đặt bó vỉa bằng chiều dày tấm

bê tông cộng chiều dày lớp móng), hoặc đặt ở mặt lớp móng Cần phải xem xét thiết kế chiều dày thích đáng cho bó vỉa (tại đáy rãnh) và hướng thoát nước ở mặt phân cách của tấm bê tông mặt đường với lớp móng

Bó vỉa dạng “New Jersey” được đặt ngay trên mặt của mặt đường, và thường không cần phải gắn vào mặt đường Tuy nhiên, khối lượng của chúng khá lớn và như vậy cần phải xem xét các ứng suất do chúng gây ra trong mặt đường Có hai vấn đề chính là:

đó khác với trung tâm của chiều rộng được liên kết Nếu đặt bó vỉa New Jersey cách xa trục trung tâm của một làn xe, thì chuyển đổi khối lượng bó vỉa ra một chiều rộng phụ

tương đương của mặt đường tại vị trí ấy (khi xét về lực ma sát), và bố trí thêm các thanh thép liên kết (nếu cần thiết) trong các khe dọc liền kề (tính các thanh liên kết như

ở 2.5, Chương 2 của TCTKMĐC)

• Nếu đặt bó vỉa trên mép của một tấm bê tông thì sẽ phát sinh các mômen uốn phụ trong điều kiện tấm bị cong lõm Trong trường hợp này, cần giảm chiều rộng lớn nhất của tấm bê tông

Cấu kiện bó vỉa và rãnh thoát nước cần được liên kết với mặt đường để làm tăng cường độ của mép đường và không cho chúng tách xa ra Hiệu quả của việc liên kết sẽ phụ thuộc nhiều vào phương pháp kết dính các thanh liên kết vào bó vỉa Điều này được áp dụng nhất là trong trường hợp cấu kiện bó vỉa đúc sẵn, nhưng cũng áp dụng cho những nơi mà các bó vỉa đổ bê tông độc lập bằng cốp pha trượt

Không thể có sự dính kết bằng cách chỉ đơn giản cắm các thanh liên kết vào cấu kiện bó vỉa vừa mới đổ bê tông xong Điều này là chắc chắn, bởi vì còn phải kể đến độ khô và tính chất cốt liệu của hỗn hợp Khi xem xét các vấn đề trên, thấy rõ ràng là các bó vỉa được rải bằng cốp pha trượt và dùng hỗn hợp BTXM pooclăng có tính năng phục vụ tốt hơn so với bó vỉa đúc bằng hỗn hợp bê tông khô rồi láng vữa ngoài mặt, được chế tạo trong các thiết bị đúc bó vỉa nhỏ; vì thế nên quy định sử dụng trong thực tế loại bỏ vỉa được rải bằng cốp pha trượt Quy định dùng thanh thép liên kết có đường kính 12 mm cho mối nối bó vỉa, khoảng cách lớn nhất của các thanh là 1m

2.6 Sơ đồ hình học của các khe nối

Đoạn này hướng dẫn cách chuẩn bị sơ đồ hình học của các khe nối trong các tình huống khác nhau, chưa được cung cấp trong các phần trước Việc xem xét các nhân tố ấy có thể làm đơn giản hoá công việc thiết kế và thi công mặt đường

2.6.1 Các tấm có hình dạng khác thường

Gọi là các tấm có hình dạng khác thường khi tỉ số giữa chiều dài và chiều ngắn nhất vượt quá

Không nên có những tấm hình dạng khác thường vì rằng các ứng suất tổ hợp thường làm phát sinh những đường nứt trung gian và do đó cần phải gia cường các tấm này bằng lưới thép

Trong những mặt đường có chiều rộng tổng cộng được liên kết vượt qúa khoảng 12m thì các làn xe ở giữa sẽ chịu các ứng suất lớn trong trục dọc Đối với những tấm ấy, không nên có tỷ

số chiều rộng trên chiều dài quá lớn; giới hạn hợp lý của tỷ lệ này vào khoảng 1.4 Khi vượt quá giới hạn tỷ lệ này phải bố trí cốt thép Tình trạng này thường gặp trong các nút giao vòng đảo rất lớn

Việc dùng các tấm lưới thép riêng rẽ có thể gây nhiều vấn đề phiền phức cho việc rải bê tông bằng cốp pha trượt, do đó nên sử dụng ít các tấm có hình dạng khác thường

Thường có thể giải quyết được vấn đề này bằng cách sắp xếp lại sơ đồ hình học hoặc của các khe ngang hoặc của các khe dọc

2.6.2 Các khe nối lệch

Chỉ có các khe nối có thanh liên kết mới có thể nối lệch được Nối lệch các khe nối đang hoạt động như các khe co, khe dãn, khe cô lập sẽ gây ra tình trạng khe nối “bị khoá” bởi các tấm bê tông cốt thép liền kề, và như thế là mâu thuẫn với thông lệ cơ bản thiết kế khe nối

Tấm bê tông đối diện trực tiếp với khe nối lệch cần phải gia cường bằng lưới thép

Trước kia, thường chỉ cần gia cường tấm bê tông nối lệch bằng một dải lưới thép hẹp kề với khe nối lệch Hiện nay người ta cho rằng toàn tấm bê tông cần được gia cường lưới thép, như thế sẽ bảo đảm là đường nứt phản ánh được dự kiến trước sẽ được giữ khít lại trên khắp chiều rộng của tấm bê tông

Một ngoại trừ với thông lệ trên được áp dụng khi khe nối lệch cắt một khe cô lập Trong trường hợp này khe nối lệch không thể truyền tác động vào tấm bê tông liền kề được, và tấm ấy không thể làm ảnh hưởng đến sự chuyển động trong khe nối liền kề

2.6.3 Các đoạn vuốt và các nhánh rẽ

Thiết kế hợp lý các đoạn vuốt nhằm tăng được tổng diện tích rải bê tông bằng cốp pha trượt

mà không bị gián đoạn, sẽ đem lại lợi ích về cả hai mặt kinh tế và độ bằng phẳng Về vấn đề này cần xem xét các điểm sau đây:

a) Thiết kế hình học

Máy rải cốp pha trượt cần phải hoạt động chậm khi chuyển hướng trên đường bằng và dốc

Do đó, các đường cong bán kính nhỏ có thể cản trở hoạt động của máy ở các đoạn nhánh rẽ

và nút giao Một đặc điểm thiết kế để giải quyết các vấn đề trên là dùng đường cong có bán kính nhỏ tại mũi nhọn đầu nhánh rẽ Trong phần lớn trường hợp một đoạn chuyển tiếp dài có thể làm cho công việc thi công đơn giản hơn, và chi phí giảm đi dù cho có phải tăng diện tích rải bê tông lên

b) Kết thúc đoạn vuốt

Các tấm vuốt hẹp trong mặt đường bê tông không tốt về mặt kết cấu và khó thi công, cả bằng phương pháp cốp pha trượt và phương pháp cốp pha cố định Kích thước tối thiểu nên dùng

là 1.0m, và tối thiểu tuyệt đối là 0.6 m

c) Rải bê tông suốt cả mặt đường

Bố trí các chỗ nối bất cứ ở chỗ nào có thể, sao cho có thể rải bê tông liên tục suốt cả mặt đường, không bị gián đoạn qua các nút giao

d) Đoạn chuyển tiếp siêu cao

Cần nhớ rằng ngay ở giai đoạn thiết kế đã cần bố trí các khe nối đặt khuôn (rải bê tông bằng phương pháp cốp pha trượt hoặc cốp pha cố định) dọc theo tất cả các đường đỉnh, vì thế cần phải giảm chiều dài các đoạn chuyển tiếp ở bất cứ nơi nào có thể trong các khu vực không quá khó khăn

e) Hậu cần trong thi công

Cần phải xem xét các khía cạnh như việc cung cấp bê tông cho công tác thi công ở hiện trường Điều này đặc biệt quan trọng đối với những nơi mà cốt thép hoặc các thanh truyền lực

sẽ làm cản trở lối vào của xe máy dọc theo làn xe đang thi công Việc mở rộng cục bộ nền đào hoặc nền đắp có thể thích hợp cho trường hợp xe trút bê tông bên cạnh

Chiều rộng chỗ mở rộng ở nền đào thông thường khoảng 1.5 m, để đủ chỗ bố trí các dây dẫn hướng và máy rải đi lại

2.6.4 Các bản vẽ hợp đồng

Thông thường cần rất nhiều chi tiết thiết kế tại các nút giao và các đoạn chuyển tiếp mở rộng Không may là không bao giờ có hai chỗ giao cắt hoàn toàn giống nhau về hình học, vì thế thường cần phải có một số bản vẽ thiết kế riêng

Trong một số trường hợp các bản vẽ thiết kế điển hình có thể làm thoả mãn được, tuy nhiên việc áp dụng các bản vẽ này cho từng vị trí riêng biệt thường là khó khăn, nên tốt hơn hết là chuẩn bị các bản vẽ riêng ở hiện trường thi công

2.7 Mở rộng mặt đường

Việc mở rộng mặt đường bê tông hiện hữu đòi hỏi phải xem xét các khía cạnh sau:

biện pháp truyền tải trọng, và cách nào để truyền tải trọng có hiệu quả nhất?

• Mặt đường hiện hữu liệu có thích hợp về mặt kết cấu cho cách mở rộng bằng các thanh liên kết không?

Xem xét tính tương hợp của mặt đường bê tông xi măng, của lớp móng và các cách thoát nước

Như là một thông lệ chung, phần mở rộng phải cùng một dạng như mặt đường hiện hữu, nghĩa là mở rộng mặt đường bê tông cốt thép liên tục bằng mặt đường bê tông cốt thép liên tục, mặt đường bê tông có khe nối bằng mặt đường bê tông có khe nối (với khoảng cách khe nối tương hợp)

Vì phạm vi các điều kiện có thể gặp là lớn nên khó đưa ra các thiết kế điển hình mở rộng mặt đường bê tông Tuy nhiên các chỉ tiêu thiết kế mở rộng rất có thể tương tự như đối mặt đường

bê tông làm mới, vì thế có thể theo các quy định đã được đề cập ở trước trong Chương này, nhất là các chỉ dẫn, quy định liên quan đến các khe dọc

2.8 Các lớp móng

Trong mặt đường bê tông, tấm bê tông thực tế cung cấp toàn bộ khả năng kết cấu của mặt đường, vì thế cường độ của lớp móng trên và lớp móng dưới ít ảnh hưởng đến việc thiết kế chiều dầy tấm Làm lớp móng nằm dưới tấm bê tông xi măng poóc lăng vì những lý do sau:

• để giảm độ võng tại các khe nối, như vậy sẽ làm tăng hiệu quả truyền tải trọng qua các khe co do nhờ sự cài móc của các hạt cốt liệu;

• để có được một bệ đỡ đồng nhất dưới mặt đường;

• để làm chức năng một lớp thu nước trên các lớp bằng vật liệu hạt (cấp phối) nằm ở dưới

• để ngăn ngừa xói mòn và phụt bùn nước tại các khe nối và các mép tấm;

• để trợ giúp kiềm chế hiện tượng co ngót và trương nở quá mức của đất nền đường ;

• để tạo một mặt bằng thi công ổn định cho các máy móc thi công hoạt động

Ở Thụy Sĩ, Pháp, Úc, Nam phi, bang Geocgia (Hoa Kỳ) người ta có thói quen làm các lề đường bằng bê tông

Các nhà chức trách thừa nhận rằng việc sử dụng lề đường liên kết bằng bê tông là một đóng góp quan trọng cho tính năng chất lượng của mạng lưới đường trong nước họ

Ở Hoa Kỳ, việc thay thế các lề đường mềm (bê tông nhựa) bằng lề đường bê tông xi măng đã trở thành một ưu tiên chủ yếu đối với nhiều nhà chức trách ở các Bang, để cố gắng kéo dài tuổi thọ mặt đường Trong phần bổ sung 1998 của AASHTO có đưa vào các tu chỉnh thiết kế cho phép giảm chiều dầy tấm mặt đường bằng cách kết hợp sử dụng các lề đường liên kết bằng bê tông

Trước kia các lề đường đôi khi được xây dựng theo một tiêu chuẩn thấp hơn tiêu chuẩn của phần xe chạy, vì có quan điểm cho rằng lề đường chỉ là làn dừng xe khẩn cấp Tuy nhiên hiện nay, cùng với việc công nhận sự đóng góp về mặt kết cấu của lề đường tăng lên, người ta xây dựng lề đường theo một tiêu chuẩn giống như tiêu chuẩn của các làn xe

Các lợi ích của lề đường bằng bê tông như sau:

• Kiềm chế độ ẩm (nước thấm) Làm lề đường liên kết bằng bê tông xi măng sẽ giảm thiểu hiện tượng nước thấm qua dưới mép mặt đường, đem lại lợi ích rõ ràng cho tuổi thọ của mặt đường

• Lợi ích thi công: Khi rải lề đường thành một khối thống nhất với cả mặt đường thì dùng

lề đường bằng bê tông có thể là một sự lựa chọn thích hợp và kinh tế nhất

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHIỀU DẦY

SI (hệ thống quốc tế) của số liệu đầu vào ra đơn vị đo theo US, và đổi số liệu về chiều dầy ra trở lại theo đơn vị đo của SI Bản chuyển đổi các đơn vị đo theo SI sang US được đưa vào Chương 4 của Bản Chỉ dẫn kỹ thuật

Hiệp hội đường bộ và Ban điều hành công trình (FHWA) của Hoa Kỳ hỗ trợ “Chương trình tính năng (chất lượng) dài hạn của mặt đường” (LTPP) của Hoa Kỳ và cho biết là Bản bổ sung

1998 hiện nay chưa có một Chương trình phần mềm theo đơn vị đo SI FAWA khuyến nghị rằng website thứ hai là phiên bản được cải tiến của website đầu, không có các vấn đề “an toàn vĩ mô” (macro security) Chỉ đơn giản tìm đến địa chỉ, đăng ký tên và từ khoá (password)

và phần mềm dưói tên “Products/LTPP Pavement online” Phần mềm này cũng kèm theo một

ví dụ tính toán như được giới thiệu trong hình 3.1 dưới đây Các “con số” trong ví dụ này có thể được thay đổi theo tính toán của người sử dụng, sau đó có thể lưu giữ các con số này hoặc xuất cho các người sử dụng khác bằng thư điện tử Tính lặp chiều dầy được thực hiện ngay khi tất cả các số liệu đầu vào được tiếp nhận

Khi đã lựa chọn số liệu đầu vào với các giá trị giống như trong “Bản bổ sung 1998 của AASHTO” thì phần mềm sẽ cho các bảng triển khai tính toán cùng với các bảng tính toán hỗ trợ hệ số k đã được hiệu chỉnh theo mùa và Tổng tải trục đơn tương đương tính toán (ESALs)

Một khi chiều dầy của tấm bê tông xi măng đã được tính ra, phần mềm còn cho các bảng tính

về độ nhạy của một khoảng của các số liệu đầu vào, như đã giới thiệu trong các ví dụ ở hình 3.2 và 3.3 Phần mềm này cho phép đánh giá nhanh chóng ảnh hưởng của các số liệu đầu vào được điều chỉnh

Sử dụng phần mềm này làm cho công việc tính toán chiều dầy nhanh chóng và không phức tạp

3.2 Cường độ chịu kéo uốn

Độ lệch tiêu chuẩn của cường độ chịu kéo uốn (modun phá hỏng) được quy định trong 3.2.2.5 của Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng Trị số này có thể có được từ các số liệu địa phương Nếu không có các số liệu địa phương, có thể tham khảo trị số thông thường nằm trong khoảng

từ 0.3 MPa đến 0.5 MPa khi hỗn hợp bê tông được kiểm soát tốt

Hình 3.1 Ví dụ ở trong phần mềm

Hình 3.2 Phân tích độ nhạy của ESALs đối với giá trị k đã được hiệu chỉnh theo mùa

Hình 3.3 Phân tích độ nhạy của chiều dầy tấm đối với ESALs

3.3 Xác định giá trị modun phản lực nền k bằng phương pháp đo chậu võng trên mặt đường bê tông xi măng

Trong Chương 6 (TCTKMĐC) đã trình bày phương pháp xác định trị số k theo phương pháp

đo chậu võng bằng thiết bị FWD trên mặt đường bê tông và bằng toán đồ theo “Chỉ dẫn kỹ thuật của AASHTO – 1993” (xem 6.2.5.4 Chương 6 - TCTKMĐC)

Trong “Bản bổ sung 1998 của AASHTO “ có trình bày một phương pháp đo và các phương trình tính toán giá trị k một cách chính xác hơn

Trình tự đo và tính toán giá trị k như sau:

3.3.1 Tiến hành đo chậu võng dọc suốt tuyến đường, tại các khoảng cách đủ để đánh giá đúng các điều kiện mặt đường Các khoảng cách tiêu biểu là 30m đến 300m Các đầu đo độ võng (đầu cảm biến) đặt tại 0, 203, 305, 457, 610, 915, và 1524 mm (0, 8, 12, 18, 24, 36, 60 in) cách tâm tấm đặt tải Đo võng tại vệt bánh xe phía ngoài Nên dùng loại thiết bị đo võng có tải trọng 40 kN (9000 lbf) như thiết bị FWD (xem hướng dẫn đo võng ASTM D4694 và D4695)

mặt đường bê tông xi măng (không có lớp bê tông nhựa ở trên tấm bê tông):

0

1524 0

915 0

610 0

457 0

305 0

64

d d

d d

d d

d d

d

,mm [3.1]

Trong đó

phương trình sau:

lest = 25.4

566 2 7

698.07359

REA1524

3.3.4 Ước tính gia trị k với giả thiết tấm có kích thước vô hạn (đối với mặt đường BTXM không có lớp bê tông nhựa ở trên tấm bê tông) bằng phương trình sau:

( )2 0

* 0

est

d

d P

l

×

× [3.3]

Trong đó

P - tải trọng, tính bằng kN [ dùng loại 40 kN – (9000 lbf)];

3.4:

e−0.14707 −0.07565l [3.4]

thước hữu hạn theo phương trình sau:

80151 0

L

l [ ]3.5

04831 1

được xác định như sau:

căn bậc hai của tích số chiều dài và chiều rộng tấm, tính bằng mm

Nếu Ll ≤ 2 x Lw thì L = Ll×L w [ 3.7]

Nếu Ll > 2 x Lw thì L = 2 x Ll [ 3.8]

3.3.6 Hiệu chỉnh giá trị k đối với tấm bê tông có kích thước hữu hạn:

trình sau:

k =

do 2

est

AF)(AF

cá biệt nằm hẳn ở ngoài giới hạn của các trị số còn lại

cho 2

Biểu mẫu xác định giá trị k từ các số liệu đo chậu võng trên mặt đường BTXM (không có lớp

bê tông nhựa ở trên mặt tấm bê tông) được giới thiệu ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Biểu mẫu xác định k thiết kế của nền đất, từ các số liệu đo chậu võng trên mặt

đường BTXM (không có lớp bê tông nhựa ở trên tấm bê tông)

thiết kế

Chú thích

Ví dụ cả đoạn đường chỉ được đo chậu võng tại một vị trí

(1) Nếu đo ở nhiều vị trí thì phải tính trị số trung bình, sau khi đã loại bỏ các trị số không thực tế (xem điểm 3.3.7 ở trên)

(2) Ví dụ tính toán giá trị k theo phương pháp đo 7 điểm được trình bày ở Chương 5, Mục 5.7, Ví dụ 2

Trong trường hợp cần thiết, còn có thể hiệu chỉnh giá trị k hữu hiệu, kể đến ảnh hưởng của lớp cứng nằm dưới nền đất và/ hoặc của nền đắp trên nền đất thiên nhiên Dùng toán đồ 3.4

để hiệu chỉnh giá trị k hữu hiệu đã được hiệu chỉnh theo mùa, khi có đắp vật liệu đắp nền lên trên nền đất thiên nhiên, hoặc/và khi có một lớp cứng (ví dụ lớp đá hoặc tầng sét cứng) ở độ sâu bằng và nhỏ hơn 3m (10ft) kể từ mặt của nền đất thiên nhiên Cần chú ý là sự hiệu chỉnh

do có lớp cứng này chỉ áp dụng khi xác định giá trị k theo phương pháp dựa trên các loại đất hoặc dựa trên các tương quan tương tự (như tương quan k với CBR, k với DCP.) Nếu giá trị

k được xác định từ thử nghiệm đo chậu võng (phương pháp không phá hoại) như đã trình bày

ở trên hoặc từ thử nghiệm bằng tấm ép chịu tải, thì ảnh hưởng của lớp cứng (nếu có và ở độ sâu bằng và nhỏ hơn 3m) đã được kể đến trong giá trị k thu được

Tuy nhiên, theo phân tích độ nhạy, giá trị k có thể thay đổi lớn nhưng chỉ ảnh hưởng ít đến chiều dầy lớp phủ gia cường (xem 6.2.5.4.3 Chương 6 – TCTKMĐC)

Hình 3.4 - Hiệu chỉnh giá trị k do ảnh hưởng của lớp cứng và/hoặc của đất đắp