CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG

Áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp vật liệu khác nhau, có độ cứng và cường độ lớn hơn so với đất nền đường, trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và sự phá hoại thường xuyên của các nhân tố thiên nhiên như mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,…Áo đường phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia cố có cho xe thô sơ đi phải đảm bảo bề mặt đạt được độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đưa đường vào khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo chỉ dẫn ở 22 TCN 277)

CHƯƠNG 1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG

1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI ÁO ĐƯỜNG VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

1.1.1 Những yêu cầu chung đối với áo đường.

Áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp vật liệu khác nhau, có độ cứng và cường độ lớn hơn so với đất nền đường, trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và sự phá hoại thường xuyên của các nhân tố thiên nhiên như mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,… Do đó khi thiết kế và xây dựng áo đường phải đạt được các yêu cầu sau đây:

1 Áo đường phải có đủ cường độ chung biểu thị qua khả năng chống lại biến

dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn do chịu kéo uốn hoặc do thay đổi nhiệt độ Ngoài ra, cường độ của áo đường phải ít thay đổi theo điều kiện thời tiết, khí hậu, tức là phải ổn định về mặt cường độ

2 Mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản

lăn, giảm sóc khi xe chạy Do đó sẽ nâng cao được tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiện liệu và kéo dài tuổi thọ của xe, giảm giá thành vận tải Để đảm bảo được độ bằng phẳng thì khi thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp và chú

ý đến các biện pháp kỹ thuật khi thi công

Áo đường phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia cố có cho xe thô sơ đi phải đảm bảo

bề mặt đạt được độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đưa đường vào khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo chỉ dẫn ở 22 TCN 277) như ở Bảng 1.1

Bảng 1.1: Yêu cầu về độ bằng phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu

Tốc độ chạy xe yêu cầu

3 Bề mặt của áo đường phải có đủ độ nhám nhất định để nâng cao hệ số bám

giữa bánh xe với mặt đường, tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn với tốc độ cao

và trong trường hợp cần thiết có thể dừng xe nhanh chóng Để đảm bảo được độ nhám thì khi thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp

Độ nhám của bề mặt kết cấu áo đường là bê tông nhựa phải đạt được yêu cầu tối thiểu quy định thông qua chỉ tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy

xe yêu cầu và mức độ nguy hiểm của đoạn đường thiết kế như ở Bảng 1-2 dưới đây theo quy trình 22 TCN - 278:

Bảng 1.2: Yêu cầu về độ nhám mặt đường

Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h)

Hoặc mức độ nguy hiểm

Chiều sâu rắc cát trung bình

(đường vòng quanh co, đường cong bán kính

dưới 150m mà không hạn chế tốc độ, đoạn có

Nếu không có biển báo hạn chế tốc độ thì tốc độ xe chạy yêu cầu có thể lấy bằng 1,25 lần tốc độ thiết kế tương ứng với cấp hạng đường thiết kế

4 Áo đường phải có sức chịu bào mòn tốt và sản sinh ra ít bụi Vì bụi sẽ làm

giảm tầm nhìn, gây tác dụng xấu cho hành khách, hàng hóa và gây ô nhiễm môi trường

Không phải lúc nào cũng đòi hỏi áo đường phải có đủ phẩm chất đáp ứng các yêu cầu nói trên một cách tốt nhất, vì như vậy sẽ rất tốn kém, nhất là khi cường độ vận tải còn thấp Do đó người thiết kế phải xuất phát từ yêu cầu thực tế, ý nghĩa và tầm quan trọng của đường, để đưa ra những kết cấu mặt đường thích họp thỏa mãn ở các mức độ khác nhau các yêu cầu nói trên

1.1.2 Các tầng lớp kết cấu áo đường

Kết cấu các tầng lớp áo đường phải đáp ứng được các yêu cầu về vận tải và sử dụng nói trên

Phân tích trạng thái ứng suất trong kết cấu áo đường khi chịu tác dụng của tải trọngKhi xe chạy, lực tác dụng lên kết cấu áo đường gồm hai thành phần:

- Lực thẳng đứng do tải trọng xe chạy, gây ra

trạng thái ứng suất σz trong kết cấu áo

đường: Trên bề mặt σz = p (p là áp lực

thẳng đứng do tải trọng bánh xe nặng nhất

truyền xuống qua diện tích vệt tiếp xúc giữa

bánh xe với mặt đường) Lực thẳng đứng

truyền xuống khá sâu cho đến nền đất

(trong phạm vi tác dụng của tải trọng) khiến

nền đất phải tham gia chịu tải

- Lực nằm ngang do sức kéo, lực hãm, lực

ngang (khi xe chạy trong đường cong) gây

ra trạng thái ứng suất σx trong kết cấu áo

đường

Hình 1.1 Sơ đồ phân bố ứng suất trong

kết cấu áo đường theo chiều sâu

σz = (0,2-0,3)p khi xe chạy và σz = (0,75-0,85)p khi hãm xe

Lực ngang chủ yếu tác dụng trên gần mặt áo đường mà không truyền sâu xuống các lớp dưới nên chỉ gây trạng thái ứng suất ở các lớp trên cùng của các lớp kết cấu làm cho vật liệu tại đó bị xô trượt, bào mòn dẫn đến phá hoại

Như vậy, về mặt chịu lực thì kết cấu áo đường cần có nhiều tầng lớp có nhiệm vụ khác nhau để đáp ứng yêu cầu chịu lực khác nhau phù hợp với trạng thái ứng suất: Cường độ các lớp giảm dần, lớp vật liệu tốt có cường độ cao, có sức chịu bào mòn tốt ở trên, lớp vật liệu rời rạc có cường độ thấp ở dưới

Líp mÆt trªn Líp mÆt duíi Líp mãng trªn

Líp mãng duíi

Wearing course Binder course Road base (Base)

1 Tầng mặt: Tầng mặt chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe chạy (lực thẳng

đứng và lực nằm ngang) và tác dụng của các nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, thay đổi nhiệt độ,…) Để chịu được các tác dụng đó, tầng mặt đòi hỏi phải được làm bằng các vật liệu có cường độ và sức liên kết tốt Tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống nứt, có khả năng chịu mài mòn tốt, không bụi và ít bong bật

Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng (đây là các lớp không tính vào bề dày chịu lực của kết cấu mà là các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại bề mặt và trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đường) rồi đến lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực quan trọng tham gia vào việc hình thành cường độ của kết cấu áo đường mềm

2 Tầng móng: Chịu lực thẳng đứng là chính, nhiệm vụ là truyền và phân bố lực

thẳng đứng để khi truyền xuống nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến một mức độ đất nền đường có thể chịu được mà không tạo nên biến dạng thẳng đứng hoặc biến dạng trượt quá lớn

Vật liệu tầng móng có thể dùng loại rời rạc nhưng phải đảm bảo có độ cứng nhất định Có thể bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất do tải trọng bánh xe truyền xuống nền đường Như vậy có thể tận dụng được vật liệu tại chỗ địa phương để giảm giá thành xây dựng

3 Lớp đáy áo đường:

Lớp đáy áo đường có các chức năng sau:

– tạo được một lòng đường chịu lực đồng nhất, sức chịu tải tốt;

– ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất và từ dưới lên móng áo đường;

– tạo "hiệu ứng đe" để bảo đảm chất lượng đầm nén các lớp móng phía trên;

– tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đường không gây hư hại nền đất phía dưới (ngay cả khi thời tiết xấu)

Lớp đáy móng cấu tạo bằng đất hoặc vật liệu thích hợp để đạt được các yêu cầu sau:

– độ chặt đầm nén cao K = 1,00 ÷ 1,02 (đầm nén tiêu chuẩn);

– môđun đàn hồi E ≥ 50 MPa (500 daN/cm2) hoặc chỉ số CBR ≥ 10 (tùy theo loại đất);

– bề dày tối thiểu là 30 cm

Cần bố trí lớp đáy móng thay thế cho 30 cm phần đất trên cùng của nền đường đường cấp I đường cấp II và đường cấp III có 4 làn xe trở lên, nếu bản thân phần đất trên cùng của nền đường không đạt các yêu cầu nói trên Nên thiết kế lớp đáy móng khi nền đắp bằng cát, bằng đất sét trương nở và khi đường qua vùng mưa nhiều hoặc chịu tác động của nhiều nguồn ẩm khác nhau

Vật liệu làm lớp đỏy múng cú thể bằng đất cú cấp phối tốt (khụng được bằng cỏt cỏc loại), cấp phối thiờn nhiờn, đất gia cố vụi (xi măng) tỷ lệ thấp Chiều rộng lớp đỏy múng nờn rộng hơn chiều rộng tầng múng mỗi bờn là 15 cm.

4 Múng nền đất : Cũng là một bộ phận của kết cấu ỏo đường và gọi là kết cấu

tổng thể nền mặt đường

Kết cấu nền ỏo đường hay kết cấu tổng thể nền mặt đường gồm kết cấu ỏo đường ở trờn và phần khu vực tỏc dụng của nền đường ở dưới Thiết kế tổng thể nền mặt đường cú nghĩa là ngoài việc chỳ trọng cỏc giải phỏp thiết kế cấu tạo kết cấu ỏo đường cũn phải chỳ trọng đến cỏc giải phỏp nhằm tăng cường cường độ và độ ổn định cường độ đối với khu vực tỏc dụng của nền đường

1.1.3 Cấu tạo trắc ngang ỏo đường

Trắc ngang ỏo đường cú dạng hỡnh mỏng như hỡnh 1.3

Hỡnh 1.3 Cấu tạo trắc ngang ỏo đường

+ Bề rộng lớp múng trờn phải rộng hơn bề rộng của tầng mặt mỗi bờn 20cm;+ Bề rộng lớp múng dưới nờn rộng hơn bề rộng lớp múng trờn mỗi bờn 15cm;+ Bề rộng của lớp múng kiờm chức năng thấm thoỏt nước từ kết cấu ỏo đường

ra nờn rải hết toàn bộ bề rộng nền đường

Hai vớ dụ về kết cấu ỏo đường cấp cao như hỡnh 1.4 dưới đõy

Đá dăm gia cố 6% xi măng

Cấp phối đá dăm 2

Hỡnh 1.4 Cỏc kết cấu ỏo đường cấp cao

1.2 PHÂN LOẠI ÁO ĐƯỜNG

1.2.1 Phân loại về đặc tính và phạm vi sử dụng

Tầng mặt áo đường được phân thành 4 cấp: cấp cao A1; cấp cao A2 (cấp cao thứ yếu); cấp thấp B1 (cấp quá độ); cấp thấp B2, mỗi cấp lại bao gồm một số loại tầng mặt làm bằng các loại vật liệu khác nhau theo nguyên lý cấu trúc khác nhau như bảng 1.3

Áo đường cấp cao A1 là loại đáp ứng yêu cầu không phát sinh biến dạng dư dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, tức là loại áo đường này chỉ cho phép làm việc hoàn toàn trong giai đoạn đàn hồi, do đó nó bảo đảm duy trì được chất lượng khai thác cao, xe chạy an toàn với tốc độ cao, kéo dài thời hạn giữa các kỳ sửa chữa tầng mặt

Bảng 1.3 Loại tầng mặt áo đường về đặc tính và phạm vi sử dụng Cấp

thiết kế

của

đường

Loại tầng mặt

Vật liệu và cấu tạo tầng mặt

Thời hạn tính toán (năm)

Số xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toán (xe tiêu chuẩn/làn)

- Bê tông xi măng không cốt thép hoặc cốt thép liên tục (1 lớp);

- Bê tông nhựa chặt hạt mịn, hạt vừa làm lớp mặt trên; hạt vừa, hạt thô (chặt hoặc hở) làm lớp mặt dưới

- Bê tông nhựa nguội, trên có láng nhựa

- Thấm nhập nhựa

- Láng nhựa (cấp phối đá dăm, đá dăm tiêu chuẩn, đất đá gia cố trên có láng nhựa)

- Cấp phối đá dăm, đá dăm macadam, hoặc cấp phối thiên nhiên trên có lớp bảo vệ rời rạc (cát) hoặc có lớp hao mòn cấp phối hạt nhỏ

1.2.2 Phân loại về vật liệu và cấu trúc vật liệu

1) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối:

- Theo nguyên lý đá chèn đá: là mặt đường đá dăm nước (hay đá dăm macadam)

được cấu trúc bằng đá dăm có kích cỡ đồng đều, hình dạng sần sùi sắc cạnh và có cường độ tương đối cao Thông qua quá trình vừa lu lèn (khi lu có tưới nước để đá

dễ chặt và khỏi vỡ) vừa chèn thêm các cỡ đá dăm kích thước nhỏ hơn so với đá cơ

bản, cường độ của lớp áo đường này sẽ hình thành trên cơ sở ma sát, chèn móc giữa các hòn đá với nhau.

Ưu điểm: công nghệ thi công đơn giản Nhược điểm: đòi hỏi quá cao về hình dạng, kích cỡ và cường độ của đá, tốn công lu lèn, sức chịu bong bật kém nên thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp thấp và làm lớp móng cho đường cấp cao

- Theo nguyên lý cấp phối: là mặt đường cấp phối được cấu trúc bằng hỗn hợp đá,

sỏi, cuội, cát, đất từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định để đảm bảo sau khi lu lèn hỗn hợp có độ rỗng nhỏ, tức là đạt được độ chặt lớn Cường độ

sẽ được hình thành do lực dính và lực ma sát giữa các hạt tăng lên

Yêu cầu chính là khống chế đúng tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần hạt và chỉ số dẻo (thông qua hàm lượng hạt nhỏ – đất dính) Nếu hàm lượng sét quá nhiều làm cho mặt đường kém ổn định với nước, nếu quá ít sẽ không đủ dính kết

Ưu điểm: tạo thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu địa phương, cường độ hạt không đòi hỏi quá cao, ít tốn công lu lèn Nhược điểm: kém ổn định đối với nước, mùa mưa thì lầy lội, mùa khô thì nhiều bụi

2) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết dính vô

cơ (xi măng, vôi,…): nhờ có chất kết dính nên cường độ và tính ổn định nước của

các loại mặt đường này được tăng lên rõ rệt

Điển hình cho loại mặt đường này là các lớp: đất hoặc đá có gia cố vôi, xi măng,…

và thường dùng làm lớp móng cho đường cấp cao Áo đường bê tông xi măng cũng thuộc loại này nhưng được cấu trúc đặc biệt tốt và thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp cao, chịu được bào mòn bề mặt, khả năng chịu kéo khi uốn lớn

3) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết dính hữu cơ (bi tum, guđrông): tùy theo phương pháp thi công, ta có:

* Theo phương pháp tưới:

- Mặt đường thấm nhập nhựa: tưới nhựa vào các lớp đá đã rải sẵn rồi chèn và lu lèn, tùy theo chiều sâu nhựa thấm nhập mà ta có: thấm nhập nhẹ, bán thấm nhập và thấm nhập sâu

- Mặt đường láng nhựa: tưới nhựa lên tầng mặt đã hình thành rồi rải sỏi sạn hoặc

đá dăm nhỏ và lu cho đá sỏi chìm vào trong nhựa

* Thi công theo phương pháp trộn thì có các loại: đất gia cố nhựa; đá dăm đen (đá

có kích cỡ đồng đều trộn với nhựa rồi rải và chèn đá con trộn nhựa); hỗn hợp đá trộn nhựa (cấp phối đất đá trộn nhựa rồi lu lèn chặt) và bê tông nhựa (bao gồm đá, cát, bột khoán và 4-12% nhựa đem trộn với nhau theo nguyên lý cấp phối tốt nhất

và lu lèn chặt)

1.2.3 Phân loại theo đặc điểm tính toán cường độ áo đường

Có hai loại: áo đường cứng và áo đường mềm

- Áo đường cứng (mặt đường bê tông xi măng): là kết cấu có độ cứng rất lớn,

cường độ chống biến dạng (mô đun đàn hồi hoặc mô đun biến dạng) cũng cao hơn hẳn so với nền đất và đặc biệt có khả năng chịu kéo khi uốn rất lớn, do đó nó làm việc theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi và phân bố được áp lực của tải trọng bánh

xe xuống nền đất trên một diện tích rộng làm cho nền đất phía dưới ít phải tham gia chịu tải

- Áo đường mềm: là kết cấu với các tầng lớp đều có khả năng chịu uốn nhỏ (hoặc

không có khả năng chịu uốn), dưới tác dụng của tải trọng bánh xe chúng chịu nén

và chịu cắt trượt là chủ yếu Cường độ và khả năng chống biến dạng của nó có thể thay đổi phụ thuộc vào thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm

Trong kết cấu áo đường mềm nền đất cũng tham gia chịu tải cùng với mặt đường ở mức độ đáng kể

Kết cấu áo đường mềm gồm có tầng mặt làm bằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường và tầng móng làm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của nền đường hoặc trên lớp đáy móng

1.3 NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

1.3.1 Trình tự thiết kế áo đường:

1 Đề xuất các phương án cấu tạo kết cấu áo đường, mỗi phương án có thể có tầng mặt, tầng móng, số lớp bằng các vật liệu khác nhau, cấu trúc và công nghệ thi công khác nhau, phương án đầu tư một lần hay phân kỳ đầu tư,

Ngoài ra khi đề xuất các phương án kết cấu áo đường cần phải chú trọng đến yêu cầu bảo vệ môi trường, yêu cầu bảo đảm an toàn giao thông và cả yêu cầu về bảo

vệ sức khoẻ, bảo đảm an toàn cho người thi công,

Nội dung công việc này chính là thiết kế cấu tạo các phương án kết cấu áo đường

2 Tính toán kiểm tra cường độ chung và cường độ trong mỗi lớp kết cấu áo đường xác định bề dày mỗi lớp kết cấu áo đường theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép

3 Tính toán luận chứng kinh tế – kỹ thuật, so sánh các phương án để lựa chọn phương án kết cấu áo đường tối ưu thỏa mãn được các yêu cầu đối với kết cấu áo đường, yêu cầu tận dụng vật liệu địa phương, phù hợp với công nghệ thi công và khả năng duy tu bảo dưỡng,

4 Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm các đặc trưng cơ học của các vật liệu đó để đưa ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu sử dụng cho mỗi lớp kết cấu của phương án đã chọn

1.3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường:

Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường là chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng, lớp áo đường, chọn các giải pháp tăng cường cường độ và sự ổn định cường độ của khu vực tác dụng (bao gồm cả các giải pháp thoát nước nếu cần, cho các lớp kết cấu nền áo đường).

Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm:

1 Chọn loại tầng mặt áo đường: Từ ý nghĩa, cấp hạng kỹ thuật của đường, lưu

lượng xe chạy và tốc độ xe chạy thiết kế, đồng thời có xét đến điều kiện khí hậu, khả năng cung cấp vật liệu, khả năng công nghệ thi công, khả năng duy tu bảo dưỡng, mà chọn loại tầng mặt thích hợp

Trên tầng mặt áo đường, tùy theo cấp hạng đường, được bố trí các lớp tạo nhám, hao mòn, tạo phẳng thích hợp

Chọn loại tầng mặt áo đường như bảng 1.3

2 Chọn loại tầng móng: Gồm nhiều lớp được chọn tùy theo điều kiện nền đường,

địa chất, thủy văn và tình hình vật liệu địa phương sẵn có

Nên bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu

đồ phân bố ứng suất của tải trọng xe chạy nhằm sử dụng hợp lý khả năng làm việc của vật liệu mỗi lớp Tỷ số mô đun đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới kề nó bằng vật liệu kém dính không nên vượt quá 5 – 6 lần Số lớp cũng không nên quá nhiều

để tránh phức tạp cho thi công và kéo dài thời gian khai triển dây chuyền công nghệ thi công

Cần dựa vào các nguyên tắc nêu trên để chọn và bố trí các lớp móng trên, móng dưới tuỳ thuộc loại tầng mặt như ở chỉ dẫn ở Bảng 1.4 cùng với các chú ý dưới đây:

+ Đối với đường cao tốc, đường cấp I, II và các đường có 4 làn xe trở lên thì cần

sử dụng các lớp móng nửa cứng để tăng mức độ đồng đều về cường độ trên bề rộng phần xe chạy, chẳng hạn như bố trí lớp móng dưới bằng cát hoặc đất gia

cố các chất liên kết vô cơ và bố trí lớp móng trên bằng cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng

+ Ở những đoạn đường có thể bị ảnh hưởng của ẩm mao dẫn từ nước ngầm phía dưới thì lớp móng dưới nên sử dụng vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ với bề dày tối thiểu là 15cm

+ Nếu lớp móng có thêm chức năng thấm thoát nước ra khỏi kết cấu áo đường thì lựa chọn vật liệu sao cho độ rỗng của nó sau khi đầm nén chặt bằng khoảng 15 –20%, cấp phối hạt không được chứa cỡ hạt ≤ 0,074m và hệ số thấm phải lớn hơn 3m/ngày đêm

+ Trong trường hợp đặc biệt khó khăn (thiếu các phương tiện gia công đá hoặc thiếu phương tiện xe máy thi công) thì có thể sử dụng lớp móng bằng đá ba xếp

có chêm chèn chặt cho các loại mặt đường cấp thấp B1, B2 Đá ba có kích cỡ lớn nhất là 18 – 24cm

+ Phải thiết kế một lớp láng nhựa trên móng cấp phối đá dăm hoặc đá dăm nước

để chống thấm nước xuống nền và chống xe cộ thi công đi lại phá hoại móng trong trường hợp làm móng trước để một thời gian trước khi thi công tiếp các lớp ở trên

Nếu dùng làm lớp móng trên thì cỡ hạt lớn nhất Dmax

≤ 25mm và bề dày tối thiểu là 15cm (khi số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong 15 năm nhỏ hơn 0,1.10 6 thì tối thiểu dày 10cm)

Nếu dùng làm lớp móng trên thì Dmax=25mm;

Nếu dùng làm lớp bù vênh thì Dmax=19mm

Cấp cao A1, A2 Cấp cao A2 Cấp thấp B1, B2

Như quy định ở 22 TCN 304 - 03

4 Đá dăm nước (22

TCN 06 -77) - Móng dưới

- Móng trên (mặt )

Cấp cao A2 Cấp thấp B1, B2

Phải có hệ thống rãnh xương

cá thoát nước trong quá trình thi công và cả sau khi đưa vào khai thác nếu có khả năng thấm nước vào lớp đá dăm;

Nên có lớp ngăn cách (vải địa

kỹ thuật) giữa lớp móng đá dăm nước với nền đất khi làm móng có tầng mặt cấp cao A2; Không được dùng loại kích cỡ

mở rộng trong mọi trường hợp.

5 Bê tông nhựa

Cấp cao A1 Cấp cao A2

Với các loại hỗn hợp cuội sỏi, cát, trộn nhựa nguội hiện chưa

Cấp cao A1 Cấp cao A2

Cỡ hạt lớn nhất được sử dụng

là 25mm Cường độ yêu cầu của cát gia

cố phải tương ứng với yêu cầu đối với móng trên

liên kết vô cơ, hữu

cơ hoặc gia cố tổng

hợp

- Móng trên (mặt)

- Móng dưới

Cấp cao A2

Cấp cao A1 và A2

Trường hợp gia cố chất kết dính vô cơ có thể tuân thủ 22 TCN 81-84;

Các trường hợp gia cố khác hiện chưa có tiêu chuẩn ngành

3 Về mô đun đàn hồi của các tầng lớp: Trừ trường hợp bố trí kết cấu ngược đối

với mặt đường mềm, về mô đun và cường độ các lớp vật liệu trong kết cấu thì cường độ các lớp giảm dần để phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất và hạ giá thành Tuy nhiên cường độ các lớp trên không nên cao hơn lớp dưới liền nó quá 3 lần về mô đun đàn hồi và tỷ số MĐĐH của nền đất và tầng móng nên nằm trong khoảng từ 0,08-:-0,40; Cả kết cấu cũng không nên bố trí quá nhiều lớp vật liệu tránh gây phức tạp cho thi công

Thông thường môđun của các lớp nên đạt các yêu cầu sau:

- Nền đường có E0 ≥ 200 daN/cm2 hoặc CBR ≥ 6-7% ;đối với đường cấp ≥ III thì phải có E0 ≥ 400 daN/cm2

- Lớp đáy áo đường có môđun đàn hồi E ≥ 500 daN/cm2 hoặc chỉ số CBR ≥ 10% (tùy theo loại đất);

- Lớp móng dưới nên có CBR ≥ 30%

- Lớp móng trên nên có CBR ≥ 80%

4 Tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường: tức là phải sử dụng các

biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ của nền đất, tạo điều kiện thuận lợi cho nền đất cùng tham gia chịu tải với áo đường

5 Các kết luận thông qua phân tích trạng thái ứng suất biến dạng:

- Nếu MĐĐH của nền đất tăng 20% thì hiệu quả giảm độ võng chung của cả kết cấu sẽ tương đương với việc MĐĐH của tầng móng tăng thêm 100%

- Tăng mô đun của tầng móng là cần thiết nếu muốn giảm ứng suất kéo-uốn ở đáy tầng mặt; nên bố trí bề dày tầng móng không dưới 2d và bề dày tầng mặt không nên nằm trong khoảng 0,5-:-1,0d (d là bán kính của một vệt bánh trong cụm bánh đôi trục sau; với xe trục tiêu chuẩn 10T thì d=10,5-11cm)

- Không nên bố trí bề dày tầng mặt chỉ bằng một lớp bê tông nhựa dày từ 4-6cm

mà tổng bề dày các lớp mặt rải nhựa phải ít nhất là 15cm đối với đường cao tốc

và 10cm đối với các đường cấp III trở lên

- Việc tăng bề dày áo đường sẽ không giảm được ứng suất cắt lớn nhất τmax xuất hiện ở lớp mặt trên cùng; để tránh lớp mặt trên bị phá hoại do ứng suất loại này thì biện pháp chủ yếu là phải dùng vật liệu lớp mặt có cường độ chống cắt-trượt cao (dùng nhựa cải tiến, dùng loại BTN chất lượng cao, )

6 Về bề dày các tầng lớp: Bề dày các tầng lớp kết cấu áo đường được quyết định

thông qua tính toán, tuy nhiên về mặt cấu tạo cũng có những yêu cầu nhất định:

- Vì đắt tiền nên các lớp càng ở trên càng nên làm mỏng đến mức tối thiểu, trong khi các lớp dưới rẻ tiền nên tăng bề dày

Tuy nhiên, bề dày các lớp BTN trong kết cấu áo đường cấp cao A1 phải được khống chế tối thiểu như bảng 1.5

Bảng 1.5 Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 tuỳ thuộc quy mô giao thông

Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn

tính toán 15 năm kể từ khi đưa mặt đường

vào khai thác trên 1 làn xe (trục xe/làn)

Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao

15 cm và không gia cố không quá 18 cm

- Bề dày tối thiểu của mỗi lớp vật liệu không được nhỏ hơn 1,5 lần kích cỡ hạt cốt liệu lớn nhất và không được nhỏ hơn theo quy định của quy trình 22TCN 211-06 tùy theo loại vật liệu

Bảng 1.5 Bề dày tối thiểu và bề dày thường sử dụng của các lớp kết cấu

Loại lớp kết cấu áo đường Bề dày tối

thiểu (cm)

Bề dày thường

sử dụng (cm)

Bê tông nhựa, đá dăm trộn nhựa

Hạt lớn Hạt trung Hạt nhỏ

5 4 3

Các loại đất, đá, phế thải công

nghiệp gia cố chất liên kết vô cơ

theo phương pháp trộn

Ghi chú Các trị số trong ngoặc là bề dày tối thiểu khi rải trên nền cát (khi sử dụng các vật liệu

nêu trên làm lớp đáy móng).

- Để hạn chế hiện tượng nứt phản ánh, nếu kết cấu là mặt đường nhựa có sử dụng lớp móng trên (hoặc lớp mặt dưới) bằng vật liệu đất, đá gia cố chất liên kết vô cơ thì tổng chiều dày tối thiểu lớp mặt đường nhựa phía trên (bê tông nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa) nên thiết kế như chỉ dẫn Bảng 1.6 tuỳ theo cấp hạng đường

Bảng 1.6 Tổng chiều dày tối thiểu các lớp mặt đường nhựa nên bố trí ở trên móng đất đá

gia cố chất liên kết vô cơ

Thấm nhập hoặc láng nhựa nhiều lớp

Láng nhựa một hoặc nhiều lớp

1.4 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG MỀM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA NỀN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG

1.4.1 Đặc điểm của tải trọng xe chạy:

Tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào trọng lượng của trục sau ô tô Tải trọng một bánh phải chịu sẽ thông qua khối hơi ép ở trong săm truyền khỏi lốp rồi mới truyền xuống mặt đường Vì vậy kích thước và độ cứng của lốp cũng là nhân

tố quan trọng quyết định vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

Tải trọng xe chạy trên mặt đường sinh ra lực thẳng đứng và lực ngang như phân tích ở phần trên

Để tiện tính toán áp lực bánh xe lên mặt đường và tiện mô phỏng bằng các thí nghiệm đo ép, người ta xem tiếp xúc đó gần đúng là một hình tròn có diện tích bằng diện tích thực tế (diện tích tiếp xúc tương đương)

Hình 1.5 mô tả tải trọng tác dụng của bánh xe lên kết cấu áo đường

D d

Hình 1.5 Tải trọng tác dụng lên kết cấu áo đường

Sơ đồ hình 1.5a sử dụng để tính kết cấu áo đường mềm của các nước như Pháp, Trung Quốc còn sơ đồ 1.5b được sử dụng ở Việt Nam, Nga (Liên xô cũ),

Với sơ đồ 1.5b ta có các công thức tính

p = α.p0

Trong đó:

- p : Áp lực bánh xe truyền xuống mặt đường (daN/cm2)

- p0 : Áp lực hơi trong săm

- α : Hệ số kể đến độ cứng của lốp, thường α=0,9÷1,3; khi tính toán lấy α=1,1

Và cũng có thể tính D theo công thức:

p

P p

P

.

4

≈

= πVới P là tải trọng ½ tải trọng trục sau

Trị số p và D được dùng để tính toán kết cấu áo đường mềm ở nước ta

1.4.2 Ảnh hưởng của tải trọng đến cơ chế làm việc của nền đất và vật liệu áo đường.

Tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường có đặc điểm là một lực tác dụng động, đột ngột, tức thời và trùng phục nhiều lần Ngoài ra khi chạy trên mặt đường không bằng phẳng lại sinh thêm lực xung kích Tải trọng xe chạy với các đặc điểm kể trên