Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật NGHIÊN cứu PHƯƠNG PHÁP THIẾT kế mặt ĐƯỜNG BTXM cốt THÉP LIÊN tục TRONG mặt ĐƯỜNG CỨNG sân BAY ở VIỆT NAM

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM CỐT THÉP LIÊN TỤC TRONG MẶT ĐƯỜNG CỨNG SÂN BAY Ở VIỆT NAMSau nhiều năm nghiên cứu và phát triển loại mặt đường BTXM CTLT, hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng một số phương pháp tính toán thiết kế kết cấu mặt đường BTXM CTLT, điển hỡnh là cỏc phương pháp thiết kế của Mỹ, của Úc, của Trung Quốc. Các nội dung cơ bản của các phương pháp tính toán thiết kế được trỡnh bày dưới đây Qua phân tích các tiêu chuẩn thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục hiện tại đang được sử dụng trên thế giới (chương 2), căn cứ trên điều kiện thi công thực tế tại Việt Nam, phương pháp tính toán mặt đường BTCT liên tục được lựa chọn là phương pháp theo AASHTO 1993. Tuy nhiên, những thông số kỹ thuật được bổ sung ngay chính trong điều kiện Việt Nam thông qua các thử nghiệm và tổng kết.

Bộ giáo dục và đào tạo

Tr-ờng đại học giao thôngvận tải

-o0o -

Học viên cao học trần trung hiếu

Gi¸o viªn h-íng dÉn Häc viªn cao häc

GS.TS Ph¹m Huy Khang TrÇn Trung HiÕu

Hµ Néi, th¸ng 3 n¨m 2012

MỤC LỤC Chương I Tổng quan về xây dựng mặt đường BTXM và BTXM cốt

I Tình hình phát triển mặt đường BTXM trên thế gíới I-1

II Ưu nhược điểm chung của mặt đường BTXM và BTXM cốt

Chương II Những tiêu chuẩn thiết kế mặt đường BTXM cốt thép

II.1 Thiết kế mặt đường BTXM CTLT theo Quy trình JTJ-012-94

II.2 Thiết kế mặt đường BTXM CTLT theo tiêu chuẩn Úc II-6 II.3 Thiết kế mặt đường BTXM CTLT theo tiêu chuẩn của Nga II-9 II.4 Thiết kế mặt đường BTXMCTLT theo AASHTO-1993 II-14

Chương III Lựa chọn phương pháp tính toán mặt đường BTCTLT

tại Việt Nam và tổng kết một số công trình đã được áp dụng trong

thực tiễn

III-1

III.1 Lựa chọn phương pháp tính toán mặt đường BTCTLT tại

III.2 Các công trình đã được áp dụng sử dụng mặt đường

III.2.2 Triển khai thí điểm Km26+500 đến Km27+500 quốc lộ

Chương IV Áp dụng tính toán mặt đường BTCTLT vào thiết kế kết

cấu đường lăn song song Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài IV-1

IV.2 Áp dụng tính toán mặt đường BTCTLT vào dự án IV-11

Phụ lục:

Phụ lục 1: Tính toán bố trí cốt thép của mặt đường BTCT liên tục

áp dụng cho dự án: Cải tạo, nâng cấp hệ thống đường lăn song song

CHK QT Nội Bài

Các bản vẽ kèm theo:

1 Mặt bằng hiện trạng Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài A01

2 Mặt bằng tổng thể cải tạo, nâng cấp hệ thống đường lăn A02

3 Mặt bằng phân khu kết cấu tầng phủ tính toán của Dự án A03

4 Mặt bằng kết cấu tầng phủ của dự án theo kết cấu BTCT liên tục A04

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG BTXM VÀ BTXM CỐT THÉP LIÊN TỤC TRÊN THẾ GIỚI

I TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẶT ĐƯỜNG BTXM TRÊN THẾ GIỚI

Mặt đường BTXM xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu ở Anh vào những năm 1950, sau đó lan dần sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga…

Trong suốt hơn 100 năm qua, mặt đường BTXM đó được tiếp tục xây dựng

và phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở các nước có nền kinh tế phát triển như: Canada, Hoa Kỳ, CHLB Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia, Trung Quốc…

Mặt đường BTXM (mặt đường cứng) cùng với mặt đường mềm là 2 loại hình mặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trũ quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia

Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường cao tốc Mặt đường BTXM cũng thường được sử dụng ở hầu hết các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các bãi đỗ xe

Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu các nhà quản lý rất quan tâm Hệ thống Tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại Hàng năm, những hội nghị tổng kết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại hình mặt đường BTXM của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM ngày càng được mở rộng

Khối lượng mặt đường BTXM đó xây dựng ở một số nước (trích từ Báo cáo Long - Life Concrete Pavements in Europe and Canada” của Cục Đường bộ Liên bang Mỹ - FHWA công bố năm 2007) được thống kê dưới đây:

- Mỹ, mặt BTXM chiếm khoảng 9% của 490179 km đường đô thị và 4% của

1028491 km đường ngoài đô thị

- Tỉnh Quebec, Canada có 1239 km (đường 2 làn xe) trong tổng số 29000

km đường (khoảng 4%) là mặt đường BTXM nhưng lại phục vụ tới 75% lượng giao thông ở Québec

- Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao

- Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia (14000 km), trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc

- Bỉ, mạng lưới đường khoảng 134000 km, gồm đường cao tốc, đường tỉnh, đường địa phương và đường nông thôn Trong đó, đường cao tốc có khoảng 1700

km, tức là chỉ hơn 1% Mặt đường BTXM chiếm 40% của những đường cao tốc và

60% đường nông thôn Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 17% Một mạng lưới rộng lớn các đường ô tô của Bỉ được làm bằng BTXM CT liên tục

Công nghệ xây dựng mặt đường BTXM CT liên tục tại Bỉ được chuyển giao

từ Mỹ Hàng năm tại Bỉ sản xuất tới 30 triệu tấn BTXM

- Hà Lan, mạng lưới đường ô tô có khoảng 113000 km Khoảng 2300 km là đường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài, nhưng những con đường cao tốc này phục vụ 38% lưu lượng giao thông 5% đường cao tốc là mặt đường BTXM, trong

đó một nửa là mặt đường BTCT liên tục và một nửa là BTXM không cốt thép, phân tấm Hà Lan còn có khoảng 140 km đường khu vực có mặt BTXM không cốt thép, phân tấm Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ô

tô Ngoài ra, Hà Lan cũn cú 20000 km đường xe đạp, trong đó 10% là mặt đường BTXM

- Vương quốc Anh, mạng lưới đường có khoảng 285000 km, trong đó có

1500 km là mặt đường BTXM Cho tới đầu những năm 1980, mặt đường BTXM phân tấm, không hoặc có cốt thép vẫn là loại chủ yếu Từ giữa những năm 1980 đến giữa những năm năm 1990, mặt đường BTXM điển hình lại là BTCT liên tục

Từ cuối những năm 1990, do yêu cầu về giảm tiếng ồn, mặt đường BTXM buộc phải có lớp mặt bê tông nhựa mỏng, nhưng yêu cầu này mới chỉ là bắt buộc trong phạm vi xứ Anh (England), chứ chưa bắt buộc đối với các xứ khác (Scotland, Wales và Bắc Ailen)

Ngoài ra, mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc

Về phân loại mặt đường BTXM Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đường BTXM được phân ra một số loại như sau:

- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ (thông thường);

măng; đá gia cố xi măng; đôi khi là đá gia cố nhựa đường, BTN hoặc chính là BTXM Rất ít khi sử dụng móng là cát hoặc đá dăm

- Mặt đường BTXM cốt thép thường được sử dụng đối với những tuyến đường có tải trọng lớn như sân bay, đường chuyên dụng, đường có lưu lượng xe lớn và các công trình đặc biệt có yêu cầu tuổi thọ cao Về cơ bản, kích thước tấm mặt đường BTXM cốt thép tương tự như BTXM phân tấm thông thường nhưng được tăng cường thêm 2 lớp cốt thép (thép All) chịu lực (trong tính toán thiết kế có

kể đến khả năng cùng chịu lực của cốt thép)

- Mặt đường BTXM lưới thép ra đời chủ yếu nhằm khắc phục và hạn chế các vết nứt do co ngót của bê tông và nứt do nhiệt Trên cơ sở tính toán thiết kế như vậy mặt đường BTXM thông thường, lưới thép (thép All: 10 - 14 mm, @: 10 - 20cm) được bổ sung và bố trí cách bề mặt mặt đường từ 6 - 10 cm nhằm hạn chế các vết nứt trong quá trình bê tông hình thành cường độ và trong khai thác Mặt đường BTXM lưới thép xuất hiện chậm hơn BTXM thông thường và phạm vi áp dụng của nó tương tự như phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM thông thường

- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm cố hữu của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là giảm thiểu các mối nối ngang mặt đường (khe co, giãn) Hàm lượng lưói thép thiết kế khoảng 0,54%, bao gồm cốt thép dọc (thép All, 16 mm), cốt thép ngang (thép All, 12 mm) được bố trí liên tục suốt chiều dài đường và đặt ở vị trí 1/3 - ½ bề dày tấm BTXM Mục đích của việc bố trí cốt thép này không phải là ngăn ngừa vết nứt do tải trọng và ứng suất nhiệt, mà chỉ nhằm hạn chế việc mở rộng khe nứt Theo yêu cầu, khoảng cách khe nứt nằm trong khoảng 3,5 - 8,0 feets (1,05 - 2,4m), độ mở rộng khe nứt không được quá 0,04 inch (1,0 mm) nhằm hạn chế nước thấm qua khe nứt phá huỷ cốt thép và bảo đảm mặt đường khai thác được bình thường Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM cốt thép liên tục là khắc phục nhược điểm không êm thuận chạy xe

do các khe của mặt đường BTXM phân tấm, áp dụng chủ yếu đối với các tuyến đường có lưu lượng xe lớn, đường cao tốc, đường băng sân bay và kinh phí đầu tư ban đầu lớn hơn

- Mặt đường BTXM cốt phân tán (cốt sợi) chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt có khả năng chịu lực rất lớn và chống mài mòn cao Trong khi trộn bê tông tươi, ngoài cốt liệu đá và cát thông thường người ta bổ sung thêm và trộn đều với các loại cốt sợi: thuỷ tinh, kim loại, tổng hợp (acrylic, aramid, cacbon, nylon, polyester, polyethylene, polyproplene) và cốt sợi tự nhiên BTXM cốt phân tán có cường độ và khả năng chống mài mòn

- Mặt đường BTXM lu lèn là loại mặt đường sử dụng bê tông khô, thi công liên tục (không có mối nối) và bằng thiết bị lu thông thường Do mặt đường BTXM lu lèn được đổ dài liên tục nên trên đó phải làm thêm lớp đá dăm láng nhựa (lớp láng nhựa) nhằm khắc phục các vết nứt do co ngót và do nhiệt độ, hoạt tải gây

ra Chiều dày của lớp BTXM lu lèn dao động trong khoảng 20 cm, móng của nó có thể là các vật liệu gia cố hoặc đá dăm Mặt đường BTXM lu lèn được áp dụng có

hiệu quả cho các tuyến đường có lưu lượng xe không cao và làm lớp móng cho mặt đường BTXM hoặc mặt đường bê tông nhựa

- Mặt đường BTXM ứng suất trước ra đời cũng nhằm khắc phục các vết nứt của mặt đường BTXM thông thường đồng thời tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu dạng tấm Có loại mặt đường BTXM ứng suất trước sử dụng các sợi thép căng trước và mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước căng sau Mặt đường BTXM cốt thép dự ứng lực có phạm vi áp dụng hạn chế vì công nghệ thi công phức tạp

- Mặt đường BTXM lắp ghép là loại mặt đường BTXM có hoặc không có cốt thép được chế tạo sẵn tại xưởng và vận chuyển đến công trường lắp ghép thành mặt đường Các tấm BTXM đúc sẵn có thể đặt trực tiếp trên nền đất, nền cát hoặc móng đá dăm Phạm vi áp dụng đối với các đường lâm nghiệp, đường có thời hạn

sử dụng ngắn, công vụ và các tấm BTXM có thể được sử dụng lại

II ƯU NHƯỢC ĐIỂM CHUNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM VÀ BÊ TÔNG XI

MĂNG CỐT THÉP LIÊN TỤC

II.1 Ưu điểm

- Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông nhựa (BTN) Tuỳ theo cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nói chung tuổi thọ của mặt đường BTXM được lấy vào khoảng 20 - 50 năm, Trung Quốc lấy 45 năm Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM nhiều khi lớn hơn dự kiến khi thiết kế Theo thống kê, có những đoạn mặt đường BTXM sau khi xây dựng sau 50 năm mới phẳi tăng cường và thậm chí có đoạn tồn tại sau 78 năm sử dụng

- Cường độ mặt đường BTXM cao và không thay đổi theo nhiệt độ như mặt đường nhựa, thích hợp với tất cả các loại xe, ổn định cường độ đối với ẩm và nhiệt, cường độ không những không bị giảm mà có giai đoạn còn tăng theo thời gian (không có hiện tượng bị lão hóa như mặt đường BTN)

- Có khả năng chống bào mòn, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao,

an toàn cho xe chạy, mặt đường BTXM có mầu sáng nên thuận lợi cho việc chạy

xe ban đêm

- Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp

- Do thời gian phục vụ tương đối dài, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, nên tổng giá thành xây dựng và khai thác của mặt đường bê tông xi măng có cao nhưng không cao hơn nhiều so với mặt đường BTN

II.2 Nhược điểm

- Mặt đường BTXM thông thường tồn tại các khe nối, vừa làm phức tạp thêm cho việc thi công và duy tu, bảo dưỡng, vừa tốn kém, lại vừa ảnh hưởng đến chất lượng vận doanh, khai thác (xe chạy không êm thuận) Khe nối lại là chỗ yếu nhất của mặt đường BTXM, khiến cho chúng dễ bị phá hoại ở cạnh và góc tấm

- Sau khi xây dựng xong, phải bảo dưỡng một thời gian mới cho phép thông

xe, do vậy ít thích hợp đối với trường hợp nâng cấp mặt đường cũ, cần đảm bảo giao thông

- Móng đường BTXM yêu cầu có độ bằng phẳng cao, chất lượng đồng đều

và liên tục Không xây dựng mặt đường BTXM trên nền đường còn tiếp tục lún như đi qua vùng đất yếu

- Xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao

và đường cao tốc đòi hỏi phải có thiết bị thi công đồng bộ, hiện đại và quy trình công nghệ thi công chặt chẽ Việc trộn BTXM và bảo dưỡng mặt đường đòi hỏi nhiều nước

- Khi mặt đường BTXM bị hư hỏng thì rất khó sửa chữa, trong qúa trình sửa chữa rất ảnh hưởng đến việc đảm bảo giao thông Nâng cấp cải tạo mặt đường BTXM đòi hỏi chi phí cao, hoặc phải cào bóc để tăng cường mới bằng BTXM hoặc BTN hoặc phải tăng cường lớp BTN khá dày để tránh nứt phản ánh

- Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM cao hơn so với mặt đường BTN và các loại mặt đường khác

II.3 Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM

- Làm lớp móng cho tất cả các loại đường ô tô và sân bay;

- Làm lớp mặt (tầng phủ) đối với các loại đường ô tô, bãi đỗ và sân bay

- Lớp mặt tăng cường cho các loại mặt đường đó hết tuổi thọ như: mặt đường BTN, mặt đường BTXM

- Tuỳ theo yêu cầu khai thác của các cấp hạng đường khác nhau mà có thể

sử dụng một trong các loại mặt đường BTXM sau đây: BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép, BTXM cốt thép liên tục và BTXM lu lèn Đường cao tốc

và đường băng sân bay có thể sử dụng mặt đường BTXM cốt thép liên tục hoặc BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép Mặt đường cấp cao thứ yếu (quá độ) có thể sử dụng BTXM lu lèn (compacté)

III PHÁT TRIỂN MẶT ĐƯỜNG BTXM Ở VIỆT NAM

III.1 Các công trình đường giao thông được xây dựng bằng BTXM trong những năm gần đây

- Mặt đường BTXM cốt thép được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nội năm 1975 Trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên - Bắc Cạn xây dựng 30km đường BTXM vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ (bắc cầu Chương Dương) Tiếp theo là trên Quốc lộ 1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30km vào năm 1999 tại các đoạn ngập lụt Đường Hồ Chí minh nhánh phía Đông với chiều dài 86 km, nhánh phía Tây với tổng chiều dài trên 300km Quốc lộ 12A Quảng Bình với chiều dài 12 km Quốc lộ 70, đoạn thành phố Lào Cai…

- Mặt đường BTXM được sử dụng hầu hết tại các sân bay như: Đồng Hới,

Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài… Ngoài ra, loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục lần đầu tiên được ứng dụng 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình và sau đó khoảng 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy

- Hệ thống đường giao thông nông thôn ở một số tỉnh như Thái Bình, Thanh Hóa, Hưng Yên… cũng có sử dụng mặt đường BTXM với kết cấu đơn giản, đáp ứng nhu cầu giao thông ở địa phương với tải trọng nhỏ và lưu lượng thấp

- Theo thống kê của Bộ GTVT, Tổng số đường giao thông nông thôn trong

cả nước bao gồm 172437 km, trong đó có 0,56% mặt đường bê tông nhựa và 7,2% mặt đường nhựa hoặc BTXM

III.2 Thực trạng về thiết kê, thi công, nghiệm thu và khai thác mặt đường BTXM ở nước ta

III.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng (mặt đường BTXM)

III.2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng đường ô tô 22 TCN 223 - 95

- Được ban hành năm 1995, là tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, phục vụ cho việc thiết kế kết cấu mặt đường BTXM cho ngành GTVT

- Các kết cấu áp dụng: Mặt đường bê tông xi măng phân tấm chủ yếu là loại không cốt thép; móng BTXM dưới lớp mặt đường bê tông nhựa

III.2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng do SMEC biên soạn

- Được triển khai và hoàn thành năm 2008 trong Dự án xây dựng cầu đường

bộ giai đoạn 2 của Bộ GTVT, do công ty tư vấn SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam Bản thảo đó được các chuyên gia trong nước soát xét, đó gửi lên

Vụ KHCN chờ cấp thẩm định tiếp theo

- Ngoài tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng, có biên soạn thêm Chỉ dẫn thiết

kế mặt đường cứng để bổ sung, giải thích rõ cho Tiêu chuẩn thiết kế

- Kết cấu áp dụng: Mặt đường BTXM phân tấm không có cốt thép; mặt đường BTXM phân tấm có cốt thép (tăng chiều dài tấm); mặt đường BTXM cốt thép liên tục; lớp phủ bê tông nhựa trên mặt đường BTXM; lớp phủ BTXM không dính kết trên mặt đường BTXM; mặt đường BTXM phân tấm không có cốt thép áp dụng cho đường có lưu lượng xe thấp (sử dụng Catalog)

III.2.2 Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng

- Hiện nay ở Việt Nam chưa có Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường cứng được ban hành

- Với các Dự án xây dựng mặt đường BTXM cụ thể (vốn vay nước ngoài, trong nước) có chỉ dẫn kỹ thuật riêng, tuy nhiên, chưa được thống nhất

- Viện KHCN GTVT có dự thảo Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM cốt thép liên tục

- Năm 2008, SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam đó biên soạn xong “Tiêu chuẩn thi công mặt đường BTXM” chờ ban hành

- Cuối năm 2008, Bộ Xây dựng (Vụ KHCN Bộ Xây dựng) có giao nhiệm vụ cho Viện KHCN GTVT (qua Vụ KHCN Bộ GTVT) biên soạn “Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM”

III.2.3 Công nghệ thi công mặt đường BTXM

III.2.3.1 Giai đoạn trước năm 1995

Trong thời gian trước đây (trước 1995), thi công mặt đường BTXM ở nước

ta chủ yếu là cơ giới kết hợp với thủ công Công đoạn trộn bê tông chủ yếu bằng máy trộn nhỏ; riêng sân bay Tân Sơn Nhất và Nội Bài, có sử dụng máy trộn bê tông cưỡng bức năng suất cao Vận chuyển bê tông ra công trường bằng ô tô (xe ben) Rải bê tông kết hợp cơ giới với thủ công, thiết bị rải bê tông tự chế tạo, chủ yếu bao gồm các khung dàn thép dùng tời kéo Đầm bê tông bằng đầm dùi, đầm bàn dùng sức người điều khiển Ván khuôn thép được sử dụng chủ yếu để thi công các loại mặt đường nói trên Việc tạo khe thường bằng cách đặt các thanh gỗ được tiến hành ngay trong quá trình thi công mặt đường Mastic chèn khe tự sản xuất ở trong nước từ vật liệu nhựa đường thông thường

III.2.3.2 Giai đoạn sau 1995

Thời điểm sau năm 1995, bắt đầu từ việc thi công sân bay Tân Sơn Nhất, sân bay Nội Bài và sau này là Quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh, thi công mặt đường BTXM ở nước ta đó được cơ giới hoá bằng các thiết bị nhập ngoại

Cùng với việc sử dụng các thiết bị nêu trên, công nghệ thi công mặt đường BTXM về cơ bản đó được cải thiện và chất lượng mặt đường BTXM được kiểm soát Cho đến thời điểm hiện nay, có thể nói rằng, ở Việt Nam hoàn toàn có thể làm chủ được công nghệ thi công mặt đường BTXM phân tấm đổ tại chỗ

Tính đến ngày 30 - 6 - 2003, 12 máy rải BTXM các loại đó được nhập vào Việt Nam được sử dụng để thi công một số công trình đường ô tô và sân bay trong thời gian qua Số lượng và chủng loại như sau: Máy có qua sử dụng không dùng ván khuôn trượt của Đức (02); Singgapor - Slipform của Đức (01); HTH - 5000 Slipform (01); 01 HTH - 6000 Slopform của Trung Quốc (01); 1220 MAXI - PAV Slipform của Trung Quốc (01); Gomaco COMMANDER III Slipform của Mỹ (01); Power CURBURS 8700 Slipform của Mỹ (01)l Wirgen SP500 Slipform của Đức (01); Gomaco C-450X tang trống lăn của Mỹ (03)

Hình 1.3 Máy rải Gomaco của Mỹ đang thi công mặt đường BTXMCT LT

Hình 1.4 Thi công lắp đặt cốt thép của mặt đường BTXMCT LT

III.2.4 Đánh giá chất lượng một số đoạn mặt đường BTXM qua nghiệm thu

Những số liệu đánh giá dưới đây có nguồn gốc từ Viện Khoa học và Công nghệ GTVT trong quá trình thực hiện nhiệm vụ của Bộ giao về việc kiểm tra và nghiệm thu các đoạn đường ô tô sau khi xây dựng và một đoạn xây dựng thử nghiệm

III.2.4.1 Trên QL 1A, Đoạn Vinh - Đông Hà

- Trên các đoạn đường ngập lụt, xây dựng lớp BTXM phân tấm, không có cốt thép, chiều dày thiết kế 24cm Chiều dài xây dựng BTXM tổng cộng 16,125

km, trong đó HĐ1: dài 6,5 km; HĐ2: dài 3,2 km; HĐ3: dài 2,7 km; HĐ4: dài 3,275

bộ xảy ra khá phổ biến, tỷ lệ đoạn cục bộ có IRI > 4 khá nhiều

- Đánh giá chung: Chất lượng thi công các đoạn mặt đường BTXM không đạt yêu cầu về độ bằng phẳng Sau khi thi công xong, nhiều đoạn đường BTXM có

bề mặt rất xấu, bong tróc (nhất là đoạn thuộc HĐ1 - Vinh) PMU1 đã áp dụng giải pháp phủ 1 lớp lỏng nhựa (chipping) lên trên, nhưng không có hiệu quả (lớp nhựa mỏng bị bong bật) Nhiều vị trí tấm bị nứt, Nhà thầu đó phải sửa lại bằng cách cắt

bỏ tấm nứt, đổ lại tấm mới Sau một thời gian khai thác đó xuất hiện hiện tượng nứt tại vị trí dọc vệt bánh xe

III.2.4.2 QL 12A, Quảng Bình, đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục

- Đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục trên Quốc lộ 12 Quảng Bình dài 1km (Km 26 + 600 đến Km 27 + 600) dày 24 cm, 2 làn xe, xây dựng trên móng ĐDCP

- Việc thi công được thực hiện bằng công nghệ ván khuôn cố định, kết hợp hoàn thiện bề mặt bằng thủ công

- Độ bằng phẳng theo IRI trung bình của đoạn mặt đường BTXM được kiểm tra dao động trong khoảng 3.54 - 4.47 (chuẩn là 3.0)

- Đánh giá chất lượng thi công qua khảo sát: khoảng cách và chiều rộng vết nứt không đều, nhiều đoạn nứt với khoảng cách lớn 20m (quy định 2 - 3m) Độ mở rộng vết lớn so với thiết kế, có vị trí vết nứt lớn 3 - 4mm (quy định độ mở rộng và vết nứt không quá 1mm)

III.2.4.3 Trạm thu phí cầu Bãi Cháy, đoạn mặt đường BTXM cốt thép liên tục

- Công trình thử nghiệm BTXM cốt thép liên tục tại trạm thu phí Cầu Bãi Cháy hoàn thành vào tháng 7 - 2006, dài 500 m (KM 0 + 120 Km 0 + 520), 10 làn

xe, dầy 24cm trên lớp móng CPĐD gia cố 6% xi măng

- Chất lượng thi công: độ bằng phẳng tốt, độ nhám đạt yêu cầu Khoảng cách giữa các khe nứt tại thời điểm đưa vào khai thác 3 - 5m (cao hơn quy định), độ mở rộng vết nứt nhỏ 0,5 - 0,8 mm (nhỏ hơn quy định)

Hình 1.5 Trạm thu phí cầu Bãi Cháy

III.2.4.4 Đường Hồ Chí Minh, mặt đường BTXM phân tấm không cốt thép

Mặt đường BTXM phân tấm được xây dựng 349 Km, trên đoạn Thạch Quảng - Ngọc Hồi (nhánh phía Đông và Nhánh phía Tây) Chiều dày tấm 22 cm, đặt trên móng CPĐD

Chất lượng thi công:

- Toàn bộ vật liệu mastic chốn khe của hãng IMASEAL - LB (Imax) bị hư hỏng (chảy), hiện nay đó phải bóc bỏ Loại mastic của Mỹ chèn khe có chất lượng tốt

- Có hiện tượng nứt một số tấm do các nguyên nhân: co ngót (97 tấm), cắt khe chậm

- Có hiện tượng một số tấm không đủ cường độ (83 tấm), một số tấm không

đủ chiều dầy (42 tấm)

III.2.5 Phân tích khả năng áp dụng các loại mặt đường BTXM ở nước ta

III.2.5.1 Mặt đường BTXM phân tấm

Mặt đường BTXM phân tấm được dùng phổ biến ở nước ngoài và ở Việt Nam trong thời gian qua cho tất cả các cấp hạng đường ô tô và sân bay

Hầu hết các Tổng công ty xây dựng trong ngành GTVT và xây dựng sân bay

đó làm chủ được công nghệ thi công mặt đường BTXM Hiện các thiết bị thi công mặt đường BTXM đang có mặt ở Việt Nam, chưa có điều kiện tiếp tục sử dụng

Về kiểm soát chất lượng, hiện có rút kinh nghiệm về kiểm soát chất lượng thi công mặt đường BTXM thông qua các công trỡnh QL 1A, đường Hồ Chí Minh

và các sân bay

Cần nâng cao khả năng đồng bộ hoá về thiết bị thi công và tăng cường công tác hướng dẫn công nghệ và kiểm soát chất lượng thi công, nhất là chất lượng bề mặt, thi công công tác mối nối, bảo dưỡng, cắt khe, chèn khe

Có thể áp dụng cho hầu hết các cấp hạng đường ô tô và sân bay

III.2.5.2 Mặt đường BTXM cốt thép

Đã xây dựng ở đường Hùng Vương, Ba Đình, Hà Nội Tuy nhiên phạm vi áp dụng chỉ nên cho những công trình có tải trọng nặng, các công trình đặc biệt và những tuyến đường đi qua vùng đất yếu (vẫn còn tiếp tục lún dư trong phạm vi cho phép)

III.2.5.3 Mặt đường BTXM lưới thép

Mặt đường BTXM lưới thép thực chất là mặt đường BTXM phân tấm thông thường được tăng cường lưới thép hạn chế các vết nứt khi thi công và trong khai thác Phạm vi áp dụng như mặt đường BTXM phân tấm thông thường nhưng trong điều kiện thi công khắc nghiệt và trong những công trình yêu cầu chất lượng cao Loại mặt đường này đã được áp dụng trong dự án “ Cải tạo, nâng cấp hệ thống đường lăn Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài do Công ty ADCC thiết kế”

III.2.5.4 Mặt đường BTXM cốt thép liên tục

Mặt đường BTXM cốt thép liên tục đó được nhiều nước trên thế giới áp dụng Đây là xu hướng công nghệ tiên tiến, đó và sẽ được ngày càng áp dụng rộng rãi Giá thành đầu tư ban đầu cao hơn mặt đường BTXM phân tấm thông thường nhưng ưu điểm là mặt đường êm thuận Hơn nữa, khi cần phải sửa chữa, nâng cấp hoàn toàn có thể áp dụng giải pháp tăng cường lên trên 1 hoặc 2 lớp BTN như mặt đường mềm

Loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục mới được xây dựng thử nghiệm ở Việt Nam, tại QL 12A Quảng Bình (Chất lượng chưa đạt yêu cầu) và tại Trạm thu phí cầu Bãi Cháy (chất lượng tốt, đạt yêu cầu đề ra) Cũng cần phải thận trọng về kiểm soát chất lượng thi công trong việc xây dựng đại trà

Có thể áp dụng loại mặt đường này cho các tuyến đường cấp cao, đường cao tốc, các đường băng, đường lăn sân bay

III.2.5.5 Mặt đường BTXM lu lèn

Mặt đường BTXM lu lèn đó được áp dụng ở một số nước trên thế giới, nhất

là ở Pháp và Trung Quốc Ở Việt Nam mới có tài liệu tham khảo mà chưa có kinh nghiệm về xây dựng loại đường nói trên Đây là loại mặt đường có công nghệ thi công đơn giản, yêu cầu về vật liệu không khắt khe, giá thành hạ và chỉ cần phủ lên trên lớp láng nhựa là có thể đưa vào khai thác được Khi nâng cấp cải tạo đơn giản hơn các loại mặt đường BTXM khác và có thể phủ tăng cường lên trên mặt như mặt đường mềm thông thường

Có thể áp dụng cho các loại đường cấp cao thứ yếu, đường miền núi, đường nông thôn Cần tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm trước khi thi công đại trà

IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Mặt đường BTXM là một trong 2 loại mặt đường chủ yếu dùng trong xây dựng đường ô tô các cấp và sân bay ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam Tỷ trọng nói chung về mặt đường BTXM so với mặt đường các loại khác là không lớn Do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng có nhiều tiến bộ nên mặt đường BTXM đang được các nước sử dụng nhiều cho các đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay

Phạm vi áp dụng ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay:

- Mặt đường BTXM phân tấm, không cốt thép cho tất cả các cấp đường và sân bay;

- Mặt đường BTXM lưới thép cho đường cấp cao, sân bay và những khu vực thời tiết khắc nghiệt;

- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục cho đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay

- Mặt đường BTXM lu lèn cho các loại đường cấp cao thứ yếu và đường nông thôn, đường miền núi

Ở Việt Nam đó xây dựng mặt đường BTXM từ những năm 1975 nhưng khối lượng và kinh nghiệm xây dựng chưa nhiều Cần có những bổ sung hoàn thiện về tiêu chuẩn và thiết kế thi công, kiểm tra nghiệm thu mặt bằng đường BTXM và các lớp móng gia cố xi măng trước khi triển khai thi công đại trà

Trên cơ sở nhu cầu cấp thiết của công tác hoàn chỉnh thiết kế và thi công đối với mặt đường BTXM, tác giả xin đề xuất đề tài nghiên cứu “ Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân bay ở Việt Nam”

CHƯƠNG II NHỮNG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG

BTXM CỐT THÉP LIÊN TỤC TRÊN THẾ GIỚI

Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển loại mặt đường BTXM CTLT, hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng một số phương pháp tính toán thiết kế kết cấu mặt đường BTXM CTLT, điển hình là các phương pháp thiết kế của Mỹ, của

Úc, của Trung Quốc Các nội dung cơ bản của các phương pháp tính toán thiết kế được trình bày dưới đây

II.1 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM CTLT THEO QUI TRÌNH JTJ-012-94 CỦA TRUNG QUỐC

Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM CTLT của Trung Quốc JTJ-012-94 được ban hành chính thức tháng 12/1994 do Bộ Giao thông nước Cộng hoà nhân dân Trung Hoa phê chuẩn Nội dung và các bước thiết kế được trình bày tóm tắt dưới đây:

II.1.1.Thiết kế chiều dày lớp BTXM:

Cốt thép dọc được đặt liên tục theo hướng dọc nhằm mục đích phòng ngừa đường nứt mở rộng do đó trên nguyên tắc tính toán chiều dầy mặt đường BTXM CTLT bằng chiều dầy tấm BTXM thông thường Chiều dầy của mặt đường BTXM CTLT được thiết kế có thể dựa vào các thông số kỹ thuật và các quy định theo thiết

kế mặt đường BTXM thông thường

Dựa theo cấp giao thông mà mặt đường chịu, theo đó giả định chiều dày tấm Tiếp theo xác định ứng suất mỏi do tải trọng sp và ứng suất mỏi do nhiệt độ st Khi sp + st không lớn hơn 103% cường độ kéo uốn thiết kế của bê tông fcm và không thấp hơn 95% fcm thì lấy chiều dày giả định làm chiều dày thiết kế Nếu không, phải giả định lại chiều dày hoặc thay đổi kích thước tấm trên mặt bằng để tính lại cho tới khi thoả mãn yêu cầu thì thôi

Hỡnh 2.1 Sơ đồ khối của quỏ trỡnh thiết kế chiều dày tấm

đầu

Số trục tích luỹ trong thời kỳ sử dụng Ne

Hệ số triết giảm ứng suất kr

Hệ số ứng suất mỏi do tải trọng kf

Hệ số tổng hợp kc

Điều tra và thử nghiệm vật liệu nền móng

Građien nhiệt Tg

Thiết kế cấp phối bê tông

Sơ bộ xác định kết cấu mặt

đ-ờng

C-ờng độ kéo uốn thiết kế của bê tông fcm

Tính môđun đàn hồi tính toán trên

đỉnh lớp móng Etc

ứng suất nhiệt lớn nhất

 tm

hệ số ứng suất mỏi do nhiệt độ kt

ứng suất do tải trọng ps



 p

ứng suất do tải trọng

ứng suất do tải trọng

Chiều dầy lớp múng của mặt đường BTXM CTLT bằng chiều dầy lớp múng của mặt đường BTXM thụng thường

II.1.2.Thiết kế bố trớ cốt thộp:

Việc thiết kế cốt thộp của mặt đường BTXM CTLT dựa trờn phương phỏp giải tớch của Vetter C.P Vetter đó tiến hành nghiờn cứu sự thay đổi trạng thỏi chịu lực của cốt thộp do sự co rỳt thể tớch và co rỳt do nhiệt độ gõy ra Khi phõn tớch ứng suất của cốt thộp khụng xột tới ảnh hưởng của tải trọng bỏnh xe Căn cứ vào

phương pháp giải tích của Vetter, khi xác định tỷ lệ cốt thép dọc đã xét tới 3 nhân

tố sau:

a, Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất phải đủ để đảm bảo ứng suất co ngót sinh ra trong

bê tông khi nhiệt độ hạ thấp so với nhiệt độ khi đổ bê tông không vượt quá ứng suất kéo giới hạn lớn nhất của bê tông, để đảm bảo cự ly giãn cách giữa các đường nứt trong bê tông ở phạm vi cho phép và không tiếp tục phát sinh đường nứt mới;

b, Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất phải đủ để đảm bảo nội ứng suất sinh ra do bê tông co rút khi đông cứng không vượt qua ứng suất kéo giới hạn lớn nhất của bê tông, để đảm bảo cự ly giãn cách giữa các đường nứt trong bê tông ở trong phạm

vi cho phép và không tiếp tục phát sinh đường nứt mới;

c, Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất phải đủ để đảm bảo ứng suất lớn nhất của cốt thép

ở vị trí đường nứt đã có không vượt quá ứng suất kéo giới hạn chảy dẻo của cốt thép, để đảm bảo sự tiếp xúc chặt chẽ tại vị trí đường nứt đã có, không mở rộng đường nứt

Trên cơ sở nguyên lý tính toán trên, quy trình Trung Quốc đưa ra các quy định về cách tính toán và cấu tạo cốt thép dọc và ngang như sau:

- Cốt thép dọc và cốt thép ngang đều là cốt thép có gờ (cốt thép vằn) Tỷ lệ cốt thép dọc thường khống chế trong phạm vi từ 0,5 - 0,7% của diện tích mặt cắt ngang BTXM Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất là 0,5%

- Lượng cốt thép sử dung theo hướng ngang lấy bằng 1/5 - 1/8 lượng cốt thép sử dụng theo hướng dọc

Ec- Môđun đàn hồi kéo uốn của bê tông (MPA);

Es- Môđun đàn hồi của cốt thép (MPA);

b - Tỷ lệ cốt thép bố trí theo hướng dọc (%);

fcm- cường độ kéo uốn thiết kế của bê tông;

f - cường độ chảy dẻo của cốt thép(MPA);

m - hệ số ma sát giữa tấm và lớp móng, thường lấy bằng 1,5;

Việc bố trí cốt thép phải phù hợp với yêu cầu dưới đây:

- Khoảng cách cốt thép dọc không nhỏ hơn 10cm, không lớn hơn 25cm;

- Khoảng cách cốt thép ngang không lớn hơn 80cm;

- Chiều dài hàn tiếp của cốt thép dọc theo hướng dọc không được nhỏ hơn 50cm hoặc 30 lần đường kíng của cốt thép Vị trí các mối hàn tiếp phải so le nhau, không được trùng nhau trên một mặt cắt;

- Khoảng cách từ cốt thép biên đến mép tấm thường là 10 - 15cm

- Về vị trí cốt thép dọc trên mặt cắt ngang, theo kinh nghiệm của Trung Quốc cho thấy có thể bố trí ở 1/2h hoặc 1/3h

II.1.3.Bố trí khe:

- Khe dọc: Được bố trí song song với tim đường, nhưng không bố trí thanh chịu kéo vì các cốt thép theo hướng ngang của tấm đã xuyên qua khe dọc và làm nhiệm của thanh chịu kéo

- Khe thi công: được bố trí theo hướng ngang trong trường hợp gián đoạn thi công Nên tận dụng tối đa công suất máy trộn, máy rải và bố trí dây chuyền thi công hợp lý để giảm thiểu khe thi công Phải đảm bảo chất lượng bêtông tại vị trí khe Cốt thép dọc được duy trì liên tục xuyên qua khe nối Cấu tạo của khe dãn giống như với bê tông thường

II.1.4.Xử lý đoạn chuyển tiếp:

Tại vị trí đầu mặt đường BTXM CTLT, nơi nối tiếp với các công trình khác hoặc mặt đường nhựa, thường phải sử dụng kết cấu đoạn chuyển tiếp nhằm mục đích hạn chế chuyển vị của kết cấu BTXM CTLT theo hướng dọc

Để thiết kế kết cấu đoạn chuyển tiếp, cần phải tính được chuyển vị lớn nhất

có khả năng phát sinh trong kết cấu BTXM CTLT do tác dụng của sự chênh lệch nhiệt độ gây ra Sau đó, căn cứ vào yêu cầu khống chế chuyển vị (khống chế toàn

bộ hoặc một phần) để thiết kế kết cấu đoạn chuyển tiếp nhằm thoả mãn yêu cầu khống chế chuyển vị đề ra

MÆt ®-êng BT th-êng MÆt ®-êng BTCT liªn tôc

II.2 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM CTLT THEO TIÊU CHUẨN CỦA ÚC

Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM CTLT của Úc (Austroad) được ban

hành chính thức tháng 7/1992 Nội dung của phương pháp thiết kế bao gồm:

+ p: Tỷ lệ cốt thép dọc, là tỷ số giữa tổng diện tích mặt cắt ngang cốt thép

dọc trên diện tích mặt cắt ngang tấm bêtông

+ f’t: Cường độ chịu kéo của bêtông

+ fb: Cường độ gắn kết trung bình giữa cốt thép và bêtông (thường lấy giá

trị bằng 1,0 với thép trơn và bằng 0,5 với thép gờ)

+ db: Đường kính thanh thép (mm)

+ s: Độ co ngót của bêtông Lấy giá trị trong khoảng 200 - 300m với loại

bêtông sau 28 ngày khi thí nghiệm trong phòng có giá trị độ co ngót nhỏ hơn

450m

+ t: Hệ số nhiệt của bêtông Thông thường lấy giá trị 300m, đặc biệt lấy

giá trị 200m trong trường hợp nhiệt độ thi công nhỏ hơn 10oC

+ W: Giá trị độ mở rộng vết nứt lớn nhất (mm) Thường lấy giá trị bằng

0,3mm trong điều kiện bình thường, bằng 0,2mm trong điều kiện mặt đường

bêtông chịu tác động phơi nắng liên tục

Công thức (2.2) chỉ ra rằng tỷ lệ cốt thép dọc tỷ lệ nghịch với cường độ gắn

kết giữa thép và bêtông Để đảm bảo đủ cường độ gắn kết giữa thép và bêtông, cốt

thép dọc phải có các yêu cầu sau: nên sử dụng thép gờ làm cốt thép dọc; đường

kính cốt thép dọc không lớn hơn 20mm; khoảng cách giữa các cốt thép dọc không

lớn hơn 225mm

- Với cốt thép gờ, công thức (2.2) được rút gọn thành (2.3):

+ fsy: Cường độ chịu kéo của thép Với thép gờ thường có giá trị 450MPa

+ m: Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép với môđun đàn hồi của bêtông

(Es/Ec), thường lấy giá trị 7,5

Phương trình (2.3) chỉ ra rằng tỷ lệ tối thiểu cốt thép dọc tăng nhanh hơn so với đại lượng ứng suất kéo của bêtông Giá trị phần trăm nhỏ nhất của cốt thép dọc

Trong đó:

+ Lct: Khoảng cách lý thuyết giữa các vết nứt;

+ fct: Cường độ chịu kéo của bêtông (MPa);

+ m: Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép trên bêtông, lấy bằng 7,5;

+ p: Diện tích của cốt thép dọc trong một đơn vị diện tích bêtông (tương đương giá trị tỷ lệ cốt thép dọc);

+ u: Chu vi của cốt thép dọc trong một đơn vị diện tích cốt thép (bằng giá trị 2/bán kính cốt thép);

+ s: Độ co ngót của bêtông Lấy giá trị trong khoảng 200 - 300m với loại bêtông sau 28 ngày khi thí nghiệm trong phòng có giá trị độ co ngót nhỏ hơn

450m

+ t: Hệ số nhiệt của bêtông Thông thường lấy giá trị 300m, đặc biệt lấy giá trị 200m trong trường hợp nhiệt độ thi công nhỏ hơn 10oC

+ Ec: Môđun đàn hồi của bêtông (MPa)

Phương trình (2.4) chỉ ra rằng khoảng cách giữa các vết nứt tỷ lệ nghịch với các đại lượng p, u và fb, vì vậy để đảm bảo đạt được khoảng cách tối ưu giữa các vết nứt với độ mở rộng vết nứt tốt thì giá hàm lượng cốt thép dọc phải cao Thực nghiệm chỉ ra rằng, khoảng cách các vết nứt tối ưu là từ 1,0m đến 2,0m

II.2.2.Thiết kế cốt thép ngang :

- Xác định hàm lượng cốt thép ngang trong mặt đường BTXM CTLT tương

tự như với mặt đường tấm BTXM cốt thép và được xác định bằng công thức sau:

fs

h g M L As

*2

+ As: Diện tích cốt thép ngang yêu cầu (mm2/m chiều rộng của tấm);

+ fs: Giá trị ứng suất kéo cho phép của thép (MPa);

II.3 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM CTLT THEO HƯỚNG DẪN CỦA NGA

Mục đích của bố trí cốt thép liên tục trong tấm bê tông không phải để tăng cường cường độ kéo trong bê tông mà là để kiểm soát độ mở rộng vết nứt và khoảng cách giữa cá đường nứt trong tấm bê tông Tính toán mặt đường thực hiện tuỳ thuộc vào sơ đồ tính, xác định bởi vị trí đặt cốt thép (không ứng lực) theo chiều dọc và đặc tính tác động nhiệt gây ra bởi chênh lệch nhiệt độ trong mặt đường t Chênh lệch nhiệt độ tính toán xác định bởi hiệu số các giá trị nhiệt độ của bê tông trong quá trình đông cứng và nhiệt độ mặt đường tp trong thời kỳ tính toán của năm lấy theo công thức

  t tT  tp(2.6a)

h=32cm

28 24

20 16

Lt 250 200 150 100 50

0 8 16 24



( %) t

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 t mm

200 400 600 800

( t)

 ( %)

K T 2

5

0,8 5

- Để tính toán mặt đường với cách đặt cốt thép hai lớp lấy bằng 00C có xét tới khả năng băng giá ở thời kỳ tuyết tan mùa xuân

Sự suy giảm ứng suất trong bê tông được đưa vào tính toán bới hệ số KT=0,3

Sự tính toán mặt đường lưới thép liên tục với một lớp cốt thép quy về việc xác định số lượng cốt thép cần thiết theo điều kiện giới hạn mở rộng khe nứt và xác định chiều dày cần thiết của mặt đường theo điều kiện bền

Số lượng cốt thép cần thiết xác định theo toán đồ (H2.6) theo trình tự sau đây:

- Giả định chiều dày mặt đường h (gần với chiều dày mặt đường lưới thép thường tính toán cho cùng tải trọng);

- Giả định tỷ lệ phần trăm đặt cốt thép dọc ma , thường khuyến nghị lấy trong khoảng 0,4-0,7%

- Giả định hệ số ya tính ảnh hưởng sự làm việc của bê tông vùng kéo giữa các khe nứt (khuyến nghị lấyya =0,85

Xác định theo toán đồ (H2.6) khoảng cách giữa các khe nứt lT và chiều rộng khe nứt aT;

So sánh giá trị nhận được aT với chiều rộng cho phép aT=0,4mm Nếu cần thiết lại giả định lại từ đầu và tính toán lại

Thực hiện việc kiểm tra sự đúng đắn của chiều dày mặt đường đã lấy h, ta xem xét mặt đường như được tạo bởi nhiều thanh dầm với chiều rộng tính toán b

và liên kết với nhau bởi cốt thép đi qua suốt khe nứt Khi đó hãy xem như tải trọng đặt ở đầu dầm Khi tính cho tải trọng một bánh đơn thì dầm được chất tải bằng chính bánh này, còn chiều rộng tính toán lấy bằng:

b1= 0,7 lT (2.7) Nếu tải trọng từ một số bánh xe, hãy chất tải dầm với hai bánh xe và chiều rộng tính toán của dầm được tính bằng:

b2= B+D (2.8) Trong đó: B - khoảng cách giữa các bánh xe;

D - đường kính vệt bánh xe quy đổi

lT - khoảng cách giữa các đường nứt

lT được tính như sau:

'

a a t

h1 - hệ số lấy bằng 0.7 đối với thép xoắn; 1,25 đối với lưới hàn từ sợi thép cán nguội Chiều rộng giới hạn của độ mở vết nứt là 0.3mm

Fa - diện tích thép vùng kéo;

Eb - mô đun đàn hồi của bê tông;

Ea - môđun đàn hồi của thép;

ho - chiều cao làm việc của tiết diện;

x - chiều cao vùng nén của tiết diện

Hình 2.7 – Xác định chiều cao vùng nén của tiết diện

Thực hiện tính toán độ bền theo trình tự sau đây;

- Xác định trị số momen uốn tính toán xuất hiện trong mặt đường dưới tác dụng của tải trọng

Mp  0,315 P lp  (2.11)

Với :

3 4

12

E h l

6

h

Trong đó: Rpu - Cường độ kéo khi uốn

m - Hệ số điều kiện làm việc của các tiết diện bê tông Sau đó, so sánh giá trị nhận được của Mp ; và khi cần thiết lại tính toán lại

Đối với trường hợp đặt cốt thép hai lớp, việc tính toán CTLT tiến hành với

sự tác động đồng thời của tải trọng khai thác và chênh lệch nhiệt độ tính toán Khi

p

M

đó, người ta xác định chiều dày tấm và tỷ lệ phần trăm bố trí cốt thép các tiết diện của các đoạn khác nhau của mặt đường;

Người ta chỉ tính toán tác động của nhiệt độ theo hướng dọc dải mặt đường tính toán

Tổng phần trăm bố trí cốt thép dọc hai lớp trong mặt đường được xác định theo diện tích cốt thép trên và dưới, khuyến nghị nên lấy trong khoảng 0,4-1,0% Cốt thép theo lượng dọc của tiết diện bê tông cốt thép mặt đường tiến hành theo tác động của mômen uốn dương do tải trọng khai thác đặt ở vị trí tiết diện trung tâm tấm;

Mp  Mnp np (2.15)

Với Mp - Mômen uốn dương tính toán

Mnp np - Mômen uốn giới hạn đối với tiết diện dọc của tấm 1,00 1,65Kl

a, b,

Hình 2.8- Xác định các hệ số chuyển đổi rnp và rp cho dải tấm CTLT

a, Cho bề mặt dưới mặt đường;

b, Cho bề mặt trên mặt đường (giá trị Kl lấy theo toán đồ sau)

K l0,9

Xác định trị số mômen uốn giới hạn đối với mặt đường theo công thức

1

M  mR F z (2.17)

Với m - hệ số điều kiện làm việc của mặt đường;

Ra - cường độ tính toán của cốt thép;

n au

F - diện tích tiết diện cốt thép dưới theo hướng ngang tại vùng

trung tâm mặt đường;

Z1 - cánh tay đòn nội lực trong mặt cắt bê tông cốt thép của tấm

Diện tích tiết diện cốt thép trên và dưới ở các đoạn khác nhau của dải mặt đường được xác định theo công thức:

4 4

;

np a

mbh E R K

M E



n au

S - chu vi tiết diện cốt thép dưới theo hướng ngang tậi vùng trung tâm mặt đường;

E - Môđun đàn hồi của bê tông;

Chiều rộng các vùng biên tăng cường của dải CTLT (hình H2.3) lấy bằng 1,2 lần đặc tính đàn hồi của mặt đường

II.4 THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM CTLT THEO AASHTO – 1993

Hình 2.10 Mô hình mặt đường BTCT liên tục

đó vết nứt dọc có thể không xảy ra

Do cốt thép dọc (và cốt thép ngang) được bố trí trong mặt đường BTXM CTLT không nhằm mục đích hạn chế sự hình thành vết nứt nên chiều dầy mặt đường BTXM cốt thép liên tục được thiết kế tương tự như với mặt đường BTXM không cốt thép có khe nối (tấm mặt đường BTXM thông thường)

II.4.2.Thiết kế chiều dầy BTXM CTLT:

Việc thiết kế chiều dầy BTXM CTLT được tiến hành tương tự như việc thiết

kế chiều dầy của tấm BTXM không cốt thép

o Các thông số đầu vào phục vụ thiết kế

Các thông số đầu vào cần thiết phục vụ thiết kế chiều dầy kết cấu là:

- Thời kỳ khai thác

- Lượng xe tương lai ước tính, W18 đối với thời kỳ khai thác

- Độ tin cậy, R; tổng độ lệch tiêu chuẩn, So

- Tổn thất khả năng phục vụ trong thiết kế, PSi = Pi-Pt

- Mô đun phản lực hữu hiệu, k

- Mô đun đàn hồi của bê tông, Ec

- Mô đun phá hoại của bê tông, S’c

- Hệ số truyền tải trọng, J

- Hệ số thoát nước, Cd

o Trình tự tính toán chiều dày kết cấu bêtông

Việc xác định chiều dầy kết cấu BTXM CTLT (hoặc kết cấu tấm bản BTXM) được xác định bằng toán đồ tương ứng với mỗi giá trị môđun phản lực hữu hiệu k Bề dày kết cấu được lấy tròn đến đơn vị inch gần nhất

Bước 1: Xác định môđun phản lực hữu hiệu k thông qua tra các toán đồ trên cơ sở các thông số sau:

- Môđun đàn hồi của đất nền theo mùa trong năm - Mr

- Môđun đàn hồi của móng theo mùa trong năm - Esb

- Loại móng, chiều dầy móng - Dsb

- Tổn thất gối đỡ - Ls

Bước 2: Chọn bề dầy kết cấu BTXM: được thực hiện dựa trên toán đồ với các

thông số đầu vào sau:

1 Mô đun phản lực hữu hiệu, k (đã tính ở bước 1)

2 Lượng xe tương lai ước tính, W18 đối với thời kỳ khai thác

3 Độ tin cậy, R; tổng độ lệch tiêu chuẩn, So

4 Tổn thất khả năng phục vụ trong thiết kế, PSi = Pi-Pt

5 Môđun đàn hồi của bêtông, Ec

6 Môđun phá hoại của bêtông, S’c

7 Hệ số truyền tải trọng, J

8 Hệ số thoát nước, Cd

Chi tiết các số liệu đầu vào được giải thích dưới đây:

 Cường độ chịu kéo gián tiếp của bêtông

Cường độ chịu kéo gián tiếp của bêtông (ft) ở 28 ngày được xác định trên cơ

sở thí nghiệm kéo gián tiếp theo AASHTO T198 và ASTM C496 được dùng để tính toán ứng suất làm việc của cốt thép dọc

Cường độ kéo gián tiếp thường bằng 86% môđun phá hoại của bêtông

 Độ co ngót của bêtông

Co ngót và cường độ bêtông đều phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ nước -ximăng Càng thêm nhiều nước vào hỗn hợp, khả năng co ngót càng tăng và cường độ càng giảm

Quan hệ gần đúng giữa độ co ngót (Z) và cường độ chịu kéo gián tiếp (ft) của BTXM được tham khảo ở Bảng 2.1

Bảng 2.2: Giá trị nên dùng của hệ số giãn nở nhiệt

Loại vật liệu hạt Hệ số dãn nở nhiệt bêtông, c (10-6/0F)

Đường kính danh định của thanh thép tính bằng inch và bằng giá trị số hiệu thanh chia cho 8, chi tiết có thể xem ở Bảng 2.3

Bảng 2.3: Số hiệu thanh thép và đường kính danh định

Số hiệu thanh thép Đường kính thanh (inch) Đường kính thanh (mm)

Sự hạ nhiệt độ dùng trong thiết kế cốt thép (DTD) là sự chênh lệch giữa nhiệt

độ bảo dưỡng trung bình của bêtông và nhiệt độ thiết kế tối thiểu

Nhiệt độ tối thiểu thiết kế được xác định ở đây như nhiệt độ thấp trung bình ngày đối với tháng lạnh nhất trong thời gian khai thác của mặt đường

Ứng suất do tải trọng bánh xe (w) được xác định bằng toán đồ hình 1 trên

cơ sở các thông số: bề dầy tấm bản, môđun phản lực hữu hiệu, độ lớn của tải trọng bánh xe

10 00

8.0 0

6.0 0

600 13

Bước 3: Kiểm toán

Sau khi hoàn thành bước 2, tiến hành so sánh thời kỳ khai thác thực tế với thời kỳ khai thác lựa chọn để tính bề dầy Nếu sai khác giữa hai thời kỳ khai thác

đó dưới 1 năm thì chiều dầy kết cấu lựa chọn là đúng Nếu sai khác hơn 1 năm thì

sử dụng giá trị trung bình của 2 thời kỳ khai thác trên làm thông số để tính lại theo

bước 2

II.4.3.Thiết kế cốt thép dọc:

Việc thiết kế cốt thép dọc của mặt đường BTXM CTLT được tiến hành một cách hệ thống theo bảng lập sẵn và các toán đồ kèm theo

 Tiêu chuẩn giới hạn:

- Về khoảng cách giữa các khe nứt:

Để giảm tối thiểu sự nứt vỡ, khoảng cách tối đa giữa hai vết nứt liên tiếp nhau không được quá 8ft (2,44 m), khoảng các tối thiểu nên có của hai khe nứt dùng trong thiết kế là 3,5 ft (1,07m)

Hình 2.12- Mô hình khoảng cách các vết nứt

Tuy nhiên theo nghiên cứu mới nhất của viện BT Mỹ ( tại báo cáo tháng 4/2009), khoảng cách vết nứt của mặt đường BTCT liên tục là từ 3-7ft (0.92m-2.14m)

- Về bề rộng vết nứt:

Trong mặt đường BTCT liên tục, vết nứt có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm nguyên nhân do co ngót, do lún, cong vênh và lực tác

bê tông Những vết nứt đặc biệt có thể do tổ hợp các nguyên nhân co ngót, lún và cong vênh

Căn nhắc đầu tiên về vấn đề do co ngót và cong vênh: Vết nứt có thể phát triển như là kết quả của sự cản trở giãn nở vì nhiệt, mặc dù hệ số biến đổi vì nhiệt của thép và bê tông xấp xỉ 0,000005in/in/0F

Cốt thép dọc được lựa chọn và tính toán sao cho bề rộng vết nứt không được quá 0,04in (1mm)

Khoảng cách giữa các vết nứt được tính toán như sau

S p S

Trong đó :

Sc ’: Cường độ chịu kéo cực đại của Bê tông;

Ss : Cường độ chịu kéo cực đại của thép;

t



 (2.25) Trong đó :

W :Trọng lượng của tấm bản ;

f : Hệ số ma sát ;

fs : ứng suất cho phép của thép ;

d : khoảng cách của thanh liên kết

L : Bề rộng làn đường (m)

0: Chu vi của thanh liên kết

t : Chiều dài của thanh liên kết

- Về giớí hạn ứng suất của thép:

Tiêu chuẩn này quy định giới hạn làm việc của cốt thép trong kết cấu để sao cho cốt thép làm việc trong giới hạn đàn hồi Ứng suất làm việc trung bình cho phép của thép (s) phụ thuộc vào số hiệu thanh thép (kích cỡ cốt thép) và cường

độ chịu kéo gián tiếp của bêtông được quy định ở Bảng 2.4

Bảng 2.4: Ứng suất làm việc cho phép của thép

Cường độ chịu kéo gián

tiếp của bêtông ở

 Các số liệu đầu vào sử dụng cho thiết kế cốt thép dọc:

Số liệu đầu vào cần thiết cho thiết kế cốt thép dọc là: cường độ chịu kéo gián tiếp của bêtông, ft; độ co ngót của bêtông ở 28 ngày, Z; hệ số co dãn nhiệt của bêtông, c; đường kính thanh thép hoặc sợi thép; hệ số nhiệt cốt thép, s; độ hạ nhiệt độ thiết kế, DTD; ứng suất do tải trọng bánh xe, w

 Trình tự tiến hành:

Bước 1: Xác định khối lượng cần thiết của cốt thép dọc để thoả mãn các tiêu chuẩn

giới hạn Sử dụng các toán đồ trong hình 2, hình 3, hình 4 ;

Bước 2: Nếu giá trị tính Pmax (tỷ lệ phần trăm cốt thép dọc tối đa) và Pmin (tỷ lệ

phần trăm cốt thép dọc tối thiểu) thoả mãn điều kiện Pmax  Pmin thì chuyển sang bước 3 Nếu Pmax < Pmin thì xem xét và quyết định thay đổi giá trị các số liệu đầu vào

Bước 3: Xác định phạm vi thay đổi trong số lượng các thanh hoặc sợi cốt thép yêu

t t

Nmin = Số lượng thanh cốt thép tối thiểu yêu cầu;

Nmax = Số lượng thanh cốt thép tối đá yêu cầu;

Pmin = Tỷ lệ phần trăm thép tối thiểu yêu cầu;

Pmax = Tỷ lệ phần trăm thép tối đa yêu cầu;

Wt = Tổng bề rộng của tiết diện mặt đường (m);

D = Bề dày của lớp bê tông (in)

f = Đường kính cốt thép, có thể tăng lên nếu dự kiến tiết diện ngang có thể

bị giảm do ăn mòn ;

Bước 4: Lựa chọn hàm lượng cốt thép dọc thiết kế:

Được tiến hành bằng cách chọn giá trị số lượng các thanh cốt thép Nth.kế Nth.kế được lựa chọn là một số nguyên nằm trong giới hạn giữa Nmax và Nmin

Có thể kiểm tra lại tính chất thoả đáng của các phương án thiết kế cuối cùng bằng cách chuyển đổi số nguyên các thanh cốt thép thành tỷ lệ phần trăm thép và thông qua các đồ thị thiết kế, ước tính lại khoảng cách vết nứt, bề rộng vết nứt và ứng suất thép

0.50 0.75 1.00 1.50

2.00

1/2 5/8 3/4