Luan van thac sy Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi trường TPHCM đến sự làm việc của mặt đường BTXM

1.Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài:1.1 Cơ sở khoa học:Trong điều kiện thời tiết Việt Nam thuộc khu vực nhiệt đới với nhiệt độ không khí về mùa hè cao, bức xạ mặt trời mạnh, chế độ thuỷ nhiệt của nền đường của một số nơi khá bất lợi…Là nhân tố ảnh hưởng không tốt đến cường độ và độ ổn định của mặt đường. Vì vậy, khi làm mới hay cải tạo nâng cao chất lượng mặt đường ở nước ta cần phải chú ý đến việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự làm việc của mặt đường, đặt biệt là mặt đường BTXM.Những năm gần đây, hệ thống hạ tầng giao thông ở nước ta ngày càng phát triển vượt bậc về nhiều lĩnh vực, cùng với sự phát triển của mặt đường BTN thì mặt đường BTXM cũng được áp dụng ngày càng rộng rãi hơn đặc biệt là tại một số vị trí, công trình quan trọng như: Sân bay, các trạm thu phí, vùng ngập nước v.v.... Trong thời gian gần đây cho thấy sản lượng xi măng đã và đang tăng lên đáng kể. Điều này cho thấy số lượng và khối lượng mặt đường BTXM ngày càng phát triển. Do đó, cần có các giải pháp nâng cao chất lượng công tác thiết kế, tính toán, xây dựng, khai thác và quản lý loại đường BTXM để nâng cao khả năng khai thác và sử dụng các tuyến đường là BTXM.1.2 Tính thực tiễn của đề tài:Mặt đường BTXM ngoài việc chịu tải trọng của bánh xe, chúng còn chịu tác động của nhiệt độ môi trường. Trên một số đoạn đường người ta quan sát thấy mặt đường BTXM xuất hiện những vết nứt ngay cả khi không chịu sự tác động của tải trọng bánh xe (tại những đoạn đường ít khai thác và chịu tác động của tải trọng nhỏ).Vì vậy, sự xuất hiện vết nứt trong mặt đường BTXM là do sự tác động của nhiệt độ môi trường ... Do đó, việc “Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi trường Thành phố Hồ Chí Minh đến sự làm việc của mặt đường BTXM” là một yêu cầu có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn2. Tên của đề tài:“Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi trường Thành phố Hồ Chí Minh đến sự làm việc của mặt đường BTXM”

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

-NGHIÊN CỨU SỰ TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA

MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hồ Chí Minh – Năm 2015

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục iv

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt viii

Danh mục các bảng x

Danh mục các hình vẽ, đồ thị xiv

Phụ lục xvi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TẠI THÀNH PHỐ HỐ CHÍ MINH 3

1.1.Khái quát tình hình xây dựng và phát triển mặt đường BTXM trên thế giới 3 1.2 Khái quát tình hình xây dựng mặt đường BTXM ở nước ta 9

1.3 Khái niệm mặt đường BTXM: 10

1.4 Cấu tạo chung của mặt đường BTXM: 10

1.4.1 Cấu tạo mặt đường BTXM: 10

1.4.1.1 Tấm bê tông: 10

1.4.1.2 Lớp dãn cách: 11

1.4.1.3 Lớp móng: 11

1.4.2 Cấu tạo khe nối mặt đường BTXM: 11

1.4.2.1 Tác dụng khe nối: 11

1.4.2.2 Khe dãn: 13

1.4.2.3 Khe co: 15

1.4.2.4 Khe dọc 17

1.5 Phân loại mặt đường BTXM: 18

1.6 Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM: 20

1.7 Ưu nhược điểm của mặt đường BTXM: 20

1.7.1 Ưu điểm: 20

1.7.2 Nhược điểm: 21

1.8 Thực tế công tác xây dựng mặt đường BTXM ở Việt Nam và các Quốc gia khác trên thế giới: 21

1.8.1 Công tác xây dựng mặt đường BTXM ở Việt Nam: 21

1.8.2 Công tác xây dựng mặt đường BTXM của các Quốc gia trên thế giới: 22 1.9 Thực trạng công tác xây dựng mặt đường BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh 24

1.10 Xu hướng phát triển loại mặt đường BTXM ở Thành phố Hồ Chí Minh:……… 27

1.11 Kết luận chương 1: ……… 28

Chương 2 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRONG THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 29

2.1 Phương pháp tính toán theo Quy trình Việt Nam hiện hành: 29

2.2 Phương pháp tính theo Quy trình Mỹ hiện hành 40

2.2.1 Các tính chất của bê tông và các chi tiết của tấm bê tông 41

2.2.2 Cốt thép 42

2.2.3 Chiều dày tấm bê tông 43

2.3 Các phương pháp tính toán theo các Quy trình hiện hành của một số nước khác trên thế giới 47

2.3.1 Phương pháp thiết kế mặt đường cứng của Anh 47

2.3.2 Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM của Pháp 53

2.3.2.1 Lý thuyết tính toán 53

2.3.2.2 Các tham số 57

2.4 Kết luận chương 2 60

Chương 3 KHẢO SÁT TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 61

3.1 Điều tra, khảo sát nhiệt độ môi trường và bức xạ của khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 61

3.1.1 Vị trí đia lý 61

3.1.2 Điều kiện môi trường tư nhiên 61

3.1.3 Điều kiện về khí tượng 62

3.1.3.1 Nhiệt độ không khí 62

3.1.3.2 Độ ẩm không khí 63

3.1.3.3 Tốc độ gió 64

3.1.3.4 Bức xạ 64

3.1.3.5 Lượng mưa 65

3.1.4 Điều kiện thủy văn 66

3.2 Các xác định nhiệt độ bề mặt trên mặt dường BTXM 67

3.3 Tính toán xác định nhiệt độ bề mặt trên mặt đường BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh 68

3.3.1 Nhiệt độ và bức xạ đo được tại trạm khi tượng Tân Sơn Hòa – Nhà Bè 68 3.3.1.1 Nhiệt độ trung bình tháng theo giờ năm 2013 đối với khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Bức xạ 69

3.3.1.2 Bức xạ trung bình tháng theo giờ năm 2013 đối với khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Bức xạ 70

3.3.2 Xác định nhiệt độ tính toán bề mặt tấm BTXM mặt đường tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 71

3.3.2.1 Xác định nhiệt độ không khí 71

3.3.2.2 Xác định nhiệt độ làm nóng thêm mặt đương do bức xạ 71

3.3.2.3 Xác định nhiệt độ bề mặt tấm BTXM mặt đường tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 72

3.4 Nhận xét và kết luận 73

Chương 4 NGHIÊN CỨU SỰ TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 75

4.1 Nghiên cứu sự truyền nhiệt và sự thay đổi của nhiệt độ trong tấm bê tông của mặt đường BTXM 75

4.1.1 Xác định trường nhiệt độ tính toán trong mặt đường BTXM (theo GS.TS Phạm Cao Thăng 75

4.1.2 Kết quả nghiên cứu của một số tác giả khác 81

4.1.2.1 Theo GS Dương Học Hải 81

4.1.2.2 Theo TS Nguyễn Duy Đồng 81

4.1.3 Trường nhiệt độ tính toán trong tấm BTXM mặt đường chịu tác dụng của

nhiệt độ môi trường tại Thành phố Hồ Chí Minh 82

4.2 Mối quan hệ giữa chiều dày và chiều dài tấm khi xét đến sự ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh 84

4.3 Tính toán ứng suất nhiệt trong tấm BTXM do tác dụng của nhiệt độ 89

4.3 Kết luận chương 4 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 95

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Đen ta, Chênh lệch nhiệt độ

4  Epxilon; biến dạng dài tương đối

5 x , y , z biến dạng theo phương x, phương y, phương z

12   Sigma cho phép; ứng suất cho phép

13 x, y, z ứng suất theo phương x, phương y, phương z

9 PTS phó tiến sĩ

DANH MỤC CÁC BẢNG

II Chương 2 Điều kiện khí hậu Việt Nam và trường nhiệt độ

trong mặt đường BTXM

1 Bảng 2.1

Nhiệt độ không khí lớn nhất, nhỏ nhất bình quân trong tháng và cường độ bức xạ lớn nhất (kcal/m 2 ) của các tháng mùa hè thuộc khu vực Hà Nội

31

2 Bảng 2.2 Nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời đốt nóng thêm mặt đường BTXM thuộc khu vực Hà Nội 32

3 Bảng 2.3 Biên độ nhiệt độ bề mặt của mặt đường BTXM (biên 33

độ A) khu vực Hà Nội

4 Bảng 2.4 Giá trị của M phụ thuộc vào chiều dày mặt đường h và

5 Bảng 2.5 Gradien nhiệt độ trong mặt đường BTXM vào tháng 7

7 Bảng 2.7 Chi tiết của các thanh truyền lực của AASHO 41

8 Bảng 2.8 Phân loại năng lực chịu tải của các kết cấu mặt đường cứng 49

10 Bảng 2.10

Biến số phụ thuộc vào sự rủi ro r% - Độ rủi ro r% được chọn phụ thuộc vào cấp giao thong Với mặt đường BTXM

17 Bảng 2.15 Kích thước và khoảng cách giữa các thanh truyền lực 59

III Chương 3 Nghiên cứu sự tác động của môi trường đến sự làm

việc của mặt đường BTXM

18 Bảng 3.1 Thống kê nhiệt độ khu vực (0C) 62

19 Bảng 3.2 Thông kê độ ẩm khu vực (%) 63

20 Bảng 3.3 Số giờ nắng khu vực dự án (giờ) 64

21 Bảng 3.4 Lượng mưa trung bình khu vực giai đoạn 2009-2013

22 Bảng 3.5 Nhiệt độ không khí trung bình tháng theo giờ năm 2013

đối với khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 69

23 Bảng 3.6

Nhiệt độ trung bình của không khí theo từng giờ tại trạm Tân Sơn Hòa – Nhà Bè (theo số liệu năm 2013 với các tháng II, III, IV và V)

70

24 Bảng 3.7

Nhiệt độ trung bình của không khí theo từng giờ tại trạm Tân Sơn Hòa – Nhà Bè (theo số liệu năm 2013 với các tháng II, III, IV và V)

71

25 Bảng 3.8

Bức xạ trung bình của theo từng giờ tại trạm Tân Sơn Hòa – Nhà Bè (theo số liệu năm 2013 với các tháng II, III, IV và V

71

26 Bảng 3.9

Nhiệt độ tính toán bề mặt tấm BTXM mặt đường sân bay tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (nhiệt độ tháng III)

73

IV Chương 4 Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ bề mặt đến sự

làm việc của mặt đường BTXM

27 Bảng 4.1 Nhiệt độ theo từng địa phương tại Việt Nam 78

28 Bảng 4.2

Građien nhiệt độ lớn nhất theo chiều dày h (ký hiệu:

max

29 Bảng 4.3 Chênh lệch nhiệt độ và Gradien nhiệt với điều kiện khí hậu Thành phố Hà Nội 82

30 Bảng 4.4 Chênh lệch nhiệt độ và Gradien nhiệt với điều kiện khí hậu Thành phố Hồ Chí Minh 82

31 Bảng 4.5 Xác định với điều kiện nhiệt độ tại Thành phố Hồ Chí Minh 83

32 Bảng 4.6 Chiều dài lớn nhất tương ứng với chiều dày tấm (theo tác giả) 87

33 Bảng 4.7 Chiều dài lớn nhất tương ứng với chiều dày tấm (theo quy trình) 88

34 Bảng 4.8 Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ: 89

(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh) với tấm có kích thước là 500 x 500

35 Bảng 4.9

Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:

(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh) với tấm có kích thước là 500 x 500

89

36 Bảng 4.10

Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:

(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh) với tấm có kích thước là 600 x 600

90

37 Bảng 4.11

Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:

(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh) với tấm có kích thước là 650 x 650

90

38 Bảng 4.12

Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:

(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh) với tấm có kích thước là 700 x 700

90

39 Bảng 4.13

Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:

(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh) với tấm có kích thước là 762 x 762

90

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

I Chương 1 Tổng quan về công tác xây dựng mặt đường BTXM

tại Thành phố Hồ Chí Minh

2 Hình 1.2 Sơ đồ bố trí khe co, dãn và khe dọc 12

3 Hình 1.3 Khi không có thanh truyền lực 12

5 Hình 1.5 Bố trí thanh truyền lực để truyền lực giữa các tấm 13

6 Hình 1.6 Khe dãn có thanh truyền lực 14

10 Hình 1.10 Khe có có thanh gỗ giảm yếu tiết diện 16

11 Hình 1.11 Khe co xẻ trong bê tông đã đông cứng 16

12 Hình 1.12 Máy xẻ bê tông đã đông cứng 17

14 Hình 1.14 Cầu trên đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây 25

15 Hình 1.15 Đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây 28

II Chương 2 Điều kiện khí hậu Việt Nam và trường nhiệt độ

trong mặt đường BTXM

16 Hình 2.1 Sơ đồ ứng tính toán ứng suất trong tấm BTXM khi

18 Hình 2.3 Phân bố cốt thép yêu cầu trong mặt đường cứng có khe

19 Hình 2.4 Toán đồ thiết kế mặt đường cứng P t =2,0 44

20 Hình 2.5 Toán đồ thiết kế mặt đường cứng, P t =2,5 45

22 Hình 2.7 Trọng lượng tối thiểu của cốt thép (theo Road Note 29) 52

23 Hình 2.8 Khoảng cách giữa các khe trong tấm BTCT (theo Road

III Chương 3 Nghiên cứu sự tác động của môi trường đến sự làm

việc của mặt đường BTXM

21 Hình 3.1

Nhiệt độ không khí và nhiệt độ tính toán bề mặt tấm BTXM mặt đường theo chu kỳ ngày đêm của khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.

73

IV Chương 4 Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ bề mặt đến sự

làm việc của mặt đường BTXM

22 Hình 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ trong tấm bê tông ở các độ sâu

khác nhau (các số trên đường cong – chỉ độ sâu, cm) 80

Những năm gần đây, hệ thống hạ tầng giao thông ở nước ta ngày càng pháttriển vượt bậc về nhiều lĩnh vực, cùng với sự phát triển của mặt đường BTN thìmặt đường BTXM cũng được áp dụng ngày càng rộng rãi hơn đặc biệt là tại một

số vị trí, công trình quan trọng như: Sân bay, các trạm thu phí, vùng ngập nướcv.v Trong thời gian gần đây cho thấy sản lượng xi măng đã và đang tăng lênđáng kể Điều này cho thấy số lượng và khối lượng mặt đường BTXM ngày càngphát triển

Do đó, cần có các giải pháp nâng cao chất lượng công tác thiết kế, tính toán,xây dựng, khai thác và quản lý loại đường BTXM để nâng cao khả năng khai thác

và sử dụng các tuyến đường là BTXM

1.2 Tính thực tiễn của đề tài:

Mặt đường BTXM ngoài việc chịu tải trọng của bánh xe, chúng còn chịu tácđộng của nhiệt độ môi trường Trên một số đoạn đường người ta quan sát thấymặt đường BTXM xuất hiện những vết nứt ngay cả khi không chịu sự tác độngcủa tải trọng bánh xe (tại những đoạn đường ít khai thác và chịu tác động của tảitrọng nhỏ)

Vì vậy, sự xuất hiện vết nứt trong mặt đường BTXM là do sự tác động của

nhiệt độ môi trường Do đó, việc “Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi

trường Thành phố Hồ Chí Minh đến sự làm việc của mặt đường BTXM” là một

yêu cầu có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn

2 Tên của đề tài:

“Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi trường Thành phố Hồ Chí Minh đến sự làm việc của mặt đường BTXM”

3 Mục tiêu của đề tài

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Thu thập, điều tra, khảo sát các số liệu về nhiệt độ và bức xạ của khu vựcThành phố Hồ Chí Minh; xác định nhiệt độ tính toán bề mặt của mặt đườngBTXM

- Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở các phương pháp tính toán kết cấu mặtđường BTXM hiện đang được áp dụng ở Việt Nam, có tham khảo các phươngpháp tính toán kết cấu mặt đường BTXM của các Quốc gia khác trên thế giới

5 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu:

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sự làm việc của mặt đường BTXM chịu

sự tác động của nhiệt độ môi trường Thành phố Hồ Chí Minh

- Đối tượng nghiên cứu: mặt đường BTXM

6 Nội dung của đề tài, các vấn đề giải quyết:

Chương 1: Tổng quan về công tác xây dựng mặt đường BTXM tại Thành phố

Chương 4: Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ bề mặt đến sự làm việc của

mặt đường BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG

BÊ TÔNG XI MĂNG TẠI THÀNH PHỐ HỐ CHÍ MINH

1.1 Khái quát tình hình xây dựng và phát triển mặt đường BTXM trên thế giới:

Vào cuối thế kỷ XIX, ở Châu Âu đã ra đời một loại vật liệu mới: Chất kết dính

vô cơ xi măng pooc lăng, thì đồng thời việc xây dựng mặt đường cứng BTXMcũng được bắt đầu Năm 1856, ở Ê cốt (Anh) mặt đường BTXM đã được xâydựng; năm 1876 được xây dựng ở gần nhà máy xi măng Gronop (Pháp); Đretslau(Đức) năm 1988 và được phát triển nhanh ở Mỹ (1892), Nga (1913) và nhiềunước khác Đến năm 1925, ở Đức đã có 100.000m2, ở Mỹ có 600 triệu mét vuôngmặt đường BTXM (riêng 2 năm 1924÷1925 đã thi công đến 124 triệu métvuông) Đến những năm 30 của thế kỷ XX, sau khi tích luỹ được những kinhnghiệm cần thiết người ta bắt đầu xây dựng mặt đường BTXM trên quy mô lớn

và phát triển nhanh cả về chất lượng và số lượng Vào những năm đó, riêng ởnước Đức đã xây dựng được 52 triệu mét vuông trong vòng 5 năm, trong đó cókhoảng 40 triệu mét vuông là đường cao tốc (chiếm khoảng 90% diện tích mạnglưới đường cao tốc được xây dựng trước đại chiến thế giới thứ II) Ở Mỹ đến đầunhững năm 40 của thế kỷ này đã có 360 triệu mét vuông mặt đường BTXM

Trong đại chiến tranh thế giới thứ II, cũng như những năm đầu sau chiến tranh,việc xây dựng mặt đường BTXM vẫn được tiếp tục nhưng hạn chế vì xi măngdùng nhiều trong việc xây dựng công sự, khôi phục và sửa chữa nhà ở

Từ những năm 60 của thế kỷ XX trở lại đây, tốc độ xây dựng mặt đườngBTXM lại liên tục phát triển Ở Đức, khoảng 17 triệu mét vuông một năm, ở Liên

Xô cũ, Tiệp Khắc và nhiều nước khác nhịp độ xây dựng mặt đường BTXM cũngkhông ngừng tăng lên Cùng với sự phát triển nhanh chóng về quy mô xây dựng

và công nghệ thi công, vấn đề cải tạo và phương pháp tính toán mặt đườngBTXM cũng có những thay đổi cơ bản

Do tích luỹ kinh nghiệm xây dựng và khai thác mặt đường BTXM, do kết quảcủa việc nghiên cứu và thực nghiệm từ những thí nghiệm nhỏ trong phòng đếnnhững thực nghiệm quy mô lớn ở hiện trường (như việc thực nghiệm của tổ chứcAASHO* được tiến hành ở Mỹ vào những năm 1959 và 1960 tiêu tốn 26 triệu đô

la), từ đó người ta đã hoàn chỉnh dần về hình thức cấu tạo và phương pháp thiết

kế mặt đường BTXM

Lúc đầu người ta không thực hiện việc đầm nén nền đường vì cho rằng tấm bêtông phân bố lực đều trên nền đất, nên dưới tấm bê tông không có lớp móng màchỉ có một lớp cát mỏng gọi là lớp làm sạch bê tông Trong quá trình sử dụngngười ta đã nhận thức được đầy đủ vai trò quan trọng của nền móng dưới mặt bêtông và đã đề ra những yêu cầu cao đối với nền móng Cho đến Hội nghị Quốc tế

về đường ô tô lần thứ 15 họp tại Mehico (năm 1976) đã thống nhất phải xây dựnglớp móng có gia cố xi măng chắc chắn và ổn định dưới tấm BTXM

Về cường độ bê tông làm mặt đường cũng không được quy định rõ ràng, gầnđây người ta đã đề nghị dùng bê tông mác cao với cường độ chịu uốn50-60KG/cm2

Về cấu tạo các khe co dãn cũng có những thay đổi quan trọng, sau một thờigian tranh luận, hiện nay người ta đã thống nhất là cần bố trí các thanh truyền lựctrong khe ngang vì các thanh truyền lực có tác dụng truyền tải trọng rất tốt, do

đó, tuổi thọ mặt đường được tăng lên nhiều

Về phương pháp tính toán mặt đường bê tông, cũng có sự phát triển và hoànchỉnh rất cơ bản Trong giai đoạn đầu người ta không tính toán và thường lấychiều dày tấm bê tông từ 15÷17,5cm, trực tiếp đặt trên nền đất, không xét đến cácloại đất và điều kiện thoát nước Đến năm 1919, sau khi phát hiện các tấm bê tông

bị nứt gãy ở góc tấm, Gônbêch (Golbek) mới đề ra công thức đầu tiên để tínhtoán chiều dày tấm với quan niệm là tấm góc làm việc như một công son hoàntoàn không tiếp xúc với nền đất Đến năm 1927 Oeterogat (Westergaard) thôngqua việc giải bài toán “tấm trên nền đàn hồi” theo mô hình hệ số nền của Vincle(Wikler) và rút ra các công thức để xác định ứng suất trong của tấm bê tông mặtđường cho ba trường hợp đạt tải trọng khác nhau (ở giữa, ở cạch và ở góc tấm).Đến năm 1930, sau khi phát hiện ảnh hưởng của sự uốn vồng do nhiệt độ đến ứngsuất bê tông Oetterogat và Braburi (Brabbury) đã đề ra lần đầu tiên các công thứctính ứng suất nhiệt trong mặt đường BTXM

Cũng trong thời gian đó, ở Liên Xô cũ Sêchchia (Shekter) thông qua việc giảibài toán tấm trên nền đàn hồi theo mô hình bán không gian đần hồi, đã tìm racông thức xác định momen uốn trong trường hợp tải trọng tác dụng ở phần giữa

tấm bê tông và có xét đến ảnh hưởng của bánh xe bên cạch đến trị số momen uốnxuất hiện dưới bánh xe tính toán Sau đó Gorobunop – Posadop được các giáo sưN.N Ivanop, Mednicop và nhiều người khác đánh giá cao vì cho là phản ánhchính xác hơn tình hình thực tế làm việc của mặt đường BTXM so với lời giải củaOetterogat dựa theo mô hình nền Vincle và đã được sử dụng ở Liên Xô cũ từtrước đến nay Tuy nhiên, về mặt tính toán học, do điều kiện biên của mô hìnhmôdun đàn hồi không xác định nên các phương pháp của Sechchia Gorobunop –Posadop không có công thức tính toán lý thuyết để tìm ứng suất trong trường hợptải trọng tác dụng ở cạnh và góc tấm (là những trường hợp nguy hiểm) Vì vậy,sau khi tìm được ứng suất ở giữa tấm theo các phương trình trên, phải phân nóvới các hệ số thực nghiệm (ví dụ: các hệ số do Manvelop tìm ra) để xác định ứngsuất cho trường hợp tải trọng ở cạnh và ở góc tấm Cũng do nhận định là mô hìnhmodun đần hồi phản ánh chính xác thực tế hơn so với mô hình Vincle nênMednicop đã tìm cách biểu diễn các công thức tính ứng suất của Oetterogat qua

mô hình modun đàn hồi Kết quả là đã tìm được công thức gần đúng (công thứcOetterogat – Sechchia – Mednicop) để tính ứng suất cho ba trường hợp tác dụngcủa tải trọng theo mô hình modun đàn hồi E0 Ở nước ta trong thời gian qua,chúng ta vẫn sử dụng các công thức tính toán này để thiết kế chiều dày của mặtđường BTXM

Do sự tăng tải trọng và mật độ xe chạy trên đường người ta đã chú ý hơn đến

sự tác dụng trùng phục của xe chạy Nếu nhưng trước đây người ta mới chú ý tới

sự ảnh hưởng của sự trùng phục đến hiện tượng mỏi của tấm bê tông, thì ngàynay người ta còn chú ý đến sự tích lũy của biến dạng dư trong nền móng, nhất làtrong khu vực dưới các khe ngang, do tác dụng trùng phục gây ra Hiện tượng tíchlũy biến dạng dư trong nền móng (gọi là hiện tượng lầy lún) đã được R.Eat đề cậpđến từ năm 1932 nhưng mãi đến năm 1949 sau khi theo dõi đoạn đường thínghiệm ở bang Merilan (Mỹ), người ta mới kết luận được sự lầy lún xuất hiệnnghiêm trọng cạnh các khe ngang và là nguyên nhân chủ yếu làm xuất hiện cácđường nứt, nhất là trên các đoạn mặt đường bê tông xây dựng trên nền đất dính.Kết quả theo dõi các đường ô tô đang khai thác ở Liên Xô cũ cũng cho thấy cókhoảng 50% đường nứt xuất hiện ở khoảng 1/3 chiều dài tấm bê tông gần mépdọc phía ngoài của mặt đường do khu vực này thường xuyên ẩm ướt và chịu tácdụng trùng phục trực tiếp của bánh xe chạy Các thí nghiệm của tổ chức AASHO

tiến hành ở hiện trường cũng đã đi đến một kết luận quan trọng là “Các đường nứttrong mặt đường cứng cùng phát triển với sự tăng tải trọng hoặc số lần tác dụngcủa tải trọng” và đã tìm ra được mối quan hệ giữa số lần tác dụng của tải trọng Nvới chỉ tiêu đường nứt C của mặt đường BTXM không có cốt thép như sau:

LgN = 4,7 + 0,5lgC’-2,62lg×0,542P +4,84lg2,54h ±0,96 (1.1)Trong đó:

C’ – chỉ tiêu đường nứt, bằng tỷ số của tổng chiều dài đường nứt các loạitrên diện tích mặt đường bê tông co chiều dày h, theo AASHO C’ = 3m/100m2

P – Tải trọng tác dụng

Dựa vào các kết quả thí nghiệm trên đây, tổ chức AASHO, Viện nghiên cứukhoa học cầu đường Liên Xô cũ, Trường Đại học đường ô tô Matxcova đã đềxuất phương pháp tình toán mặt đường BTXM dưới tác dụng của tải trọng trùngphục

Gần đây, một số tác giả đã đề ra phương pháp tính toán tấm bê tông mặt đườngtheo tải trong phá hoại (còn gọi là phương pháp tính toán trên nền đàn hồi ngoàigiới hạn đàn hồi) nhằm mô tả đúng bản chất làm việc của mặt đường cứng dướitác dụng của xe chạy và các yếu tố của môi trường, do đó đặt cơ sở cho việc chọnkết cấu hợp lý nhất để tính và đánh giá độ bền và biết được dự trữ của mặt đườngcứng Tuy nhiên, hiện nay do chưa giải quyết được đầy đủ vấn đề làm việc ngoàigiai đoạn đàn hồi của mặt đường cứng, nên phương pháp tính toán theo tải trọngphá hoại chưa được sử dụng rộng rãi

Phần lớn các nước Âu – Mỹ dùng phương pháp tính toán của Hiệp hội xi măngPooc Lăng (PCA)* để tính toán chiều dày mặt đường bê tông Phương pháp nàydựa trên công thức của Piket là công thức nửa thực nghiệm, tìm được trên cơ sởcác số liệu về sự làm việc thực tế của mặt đường và kết quả thực nghiệm ở bangArlinhton (Mỹ) Công thức Piket vẫn được sử dụng tham số bán kính độ cứng củatấm bê tông của Oetterogat với mô hình hệ số nền Vincle

Ngoài việc sử dụng lời giải bài toán tấm trên nền đàn hồi, người ta còn dùnglời giải bài toán tính toán nhiều lớp và lý thuyết đàn hồi để xác định ứng suất vàchuyển vị (độ võng) ở khu vực giữa tấm bê tông mặt đường Các phương pháp

của Buaromitsto (Burmister) (Mỹ), Kogan (Liên Xô), phương pháp toán đồ củaGiuphoroy – Basole (Jeuffroy – Bachelez), chương trình tính toán mặt đườngALIZE3 của Pháp đã giải quyết vấn đề tính kết cấu mặt đường BTXM theophương pháp này Ưu điểm của phương pháp trên là có thể tính toán ứng suất vàchuyển vị của tấm bê tông và trong các lớp móng của kết cấu mặt đường.

Như vậy, cùng với sự phát triển của quy mô xây dựng, phương pháp tính toánmặt đường BTXM đã không ngừng phát triển Hiện nay, trên thế giới đang tồn tạihàng chục phương pháp tính toán, thiết kế khác nhau, thậm chí trong một số nướccũng đang sử dụng vài phương pháp tính toán thiết kế khác nhau

Thông qua các tài liệu của Hội nghị Quốc tế trong những năm gần đây vềđường ô tô và sách, tạp chí đã được công bố liên quan đến tính toán thiết kế cấutạo mặt đường BTXM, có thể rút ra những kết luận tương đối thống nhất như sau:

- Chiều dày tấm BTXM trên các trục đường ô tô thường vào khoảng22÷25cm, gần đây một số nước như Pháp, Anh đã dùng các tấm bê tông dày25÷28cm không có cốt thép và không đặt thanh truyền lực trong các khe dãn.Việc xuất hiện loại kết cấu này chứng tỏ xu hướng đơn giải hóa kết cấu mặtđường để có thể sử dụng máy đổ bê tông ván khuôn trượt

- Phần lớn các nước đều dùng bê tông mác cao, với cường độ chịu uốn

Ru=45÷55KG/cm2 để làm mặt đường

- Loại kết cấu phổ biến nhất hiện nay là mặt đường BTXM không có cốtthép nhưng có bố trí thanh truyền lực ở các khe Hiện có xu hướng giảm khoảngcách giữa các khe co xuống còn 5m, tăng đường kính thanh truyền lực lên đến25÷30mm, tăng diện tích giữa các khe dãn lên 100÷200m, thậm chí bỏ khe dãn

- Một số nước sử dụng rộng rãi mặt đường BTCT liên tục vì loại mặt đườngnày bằng phẳng và chịu tải cao

- Các kết cấu mặt đường BTXM hiện đại thường có tầng móng dày nhiềulớp làm bằng các vật liệu khác nhau (hỗn hợp cát, sỏi, bê tông nghèo) với tổngchiều dày tư 15 đến 60cm hoặc dày hơn tùy theo điều kiện địa phương Thườngthì lớp móng dưới tấm mặt đường bê tông được làm bằng cát hoặc cấp phối đá gia

có xi măng, bê tông nghèo để đảm bảo khả năng ổn định lâu dài dưới tác dụng

của tải trong trùng phục, vừa bảo đảm cho ô tô vận chuyển phục vụ thi công, chocác máy đổ bê tông vận hành thi công.

- Các đường trục BTXM hiện đại phải có độ bằng phẳng cao và độ nhám tốt,

ở nhiều nước đã đề ra yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường như sau: Khe hởgiữa mặt đường và kích thước kiểm tra dài 3m, không được lớn hơn 3mm Đểđảm bảo an toàn cho xe chạy trên đường cao tốc, thường phải tạo các rãnh ngang

để tăng độ nhám của mặt đường Chiều sâu của các rãnh này sau 3 năm khai tháckhông được mòn hơn 1mm

- Đề tăng khả năng chống mài mòn các mặt đường, ở nhiều nước đã có xuhướng tăng cường độ bê tông (dùng bê tông M500) – cốt liệu bê tông phải sạch

có cường độ cao và có thành phần cấp phối tốt (thường chia thành 3-4 nhóm hạt

để đảm bảo thành phần cấp phối) Nhiều nước đã sử dụng các chất phụ gia và cácphương pháp khác nhau để tăng cường độ và độ ổn định của bê tông

- Gần đây, ở các nước công nghiệp phát triển, người ta sử dụng rộng rãi loạimáy đổ bê tông có ván trượt chạy trên bánh xích, có hệ thống kiểm tra tự động,năng suất cao, do đó đẩy nhanh được tốc độ thi công (v ≥ 2km/ca), mà vẫn đảmbảo chất lượng

- Nhiều nước đã áp dụng kỹ thuật là khe hiện đại: dùng mà xẻ khe có gắn đĩadao kim cương nhân tạo để xẻ khe trong bê tông mới đông cứng và dùng vật liệupolime để làm chất chèn khe Với kỹ thuật hiện đại hiện nay người ta đã làm đượccác khe rộng 2÷4mm, do đó tăng độ bằng phẳng của mặt đường lên rất nhiều

Về kỹ thuật bảo dưỡng hiện phổ biến loại vật liệu tạo màng, phun thành mộtmàng mỏng bọc kín mặt đường bê tông làm chậm sự bốc hơi trong bê tông, thaycho kỹ thuật bảo dưỡng bằng cách tưới ẩm vẫn dùng trước đây

1.2 Khái quát tình hình xây dựng mặt đường BTXM ở nước ta:

Mặt đường BTXM được xây dựng ở nước ta từ trước năm 1945 cho một sốsân bay và vài đoạn đường ô tô các tấm có kích thước nhỏ (khoảng 2x2m, dày từ15÷18cm) bằng bê tông mác thấp (150÷200) thi công theo phương pháp thủ công

kỹ thuật đơn giản Tuy vậy, thời gian sử dụng những loại đường này cũng đượctrên 20÷30 năm, như đoạn đường BTXM dài 100m trên Quốc lộ 1A thuộc địaphận Kỳ Anh (Nghệ Tĩnh) cho đến năm 70 vẫn còn tồn tại

Từ năm 1954-1975, ở Miền Bắc chúng ta tiếp tục khôi phục cải tạo và làmmới một số sân bay và đường ô tô bằng BTXM, như sân bay Nội Bài, đường ô tô

ở thị trấn Xuân Hòa (Hà Nội), đường Hùng Vương và quảng trường Ba Đình (HàNội), Bằng phương pháp thi công thủ công kết hợp với một số thiết bị cải tiến,chúng ta đã có thể thi công các mặt đường BTXM, kể cả mặt đường BTCT hiệnđại, đảm bảo chất lượng; ở Miền Nam, Mỹ cũng sử dụng làm một số sân bay vàvài đoạn đường ô tô bằng BTXM

Từ năm 1975 đến nay, vì phải tập trung xi măng cho các như cầu khôi phụckinh tế và xây dựng nhà ở nên loại mặt đường BTXM vẫn chưa được phát triển.Hiện nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, mật độ xe trên đường ngàycàng tăng, trọng lượng xe cơ giới ngày càng nặng, khả năng sản xuất bê tôngtrông nước ngày càng dồi dào Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng rộng rãi mặtđường BTXM vào xây dựng đường ở nước ta là một vấn đề quan trong và cấpthiết

Trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam với lượng mưa lớn, nhiệt độ khí hậu vềmùa hè khá cao, bức xạ mặt trời khá mạnh, chế độ thủy nhiệt của nền mặt đường

ở một số nơi lại thường bất lợi là những nhân tố anh hưởng không tốt đến cường

độ và ổn định của mặt đường nhựa Vì vậy, muốn cải tạo mặt đường ở nước ta,cần phải chú ý đẩy mạnh việc xây dựng mặt đường BTXM

Việc xây dựng mặt đường BTXM ở nước ta có những thuận lợi như sau:

- Tận dụng được vật liệu tại chỗ: cát, sỏi, sạn vốn rất sẵn ở trong các sôngsuối vùng núi và trung du

- Có thể thi công bằng phương pháp thủ công kết hợp cơ giới hoặc cũng cóthể thi công hoàn toàn bằng thủ công với các đường địa phương

- Thích hợp với điều kiện khí hậu nước ta, thời gian sử dụng lâu và hầu nhưkhông phải bảo dưỡng trong quá trình khai thác

1.3 Khái niệm mặt đường BTXM:

Là loại mặt đường cứng chịu uốn Hỗn hợp BTXM có cốt liệu là đá (theo mộtthành phần cấp phối nhất định), cát vàng, nước và phụ gia được phối hợp theomột tỷ lệ nhất định

1.4 Cấu tạo chung của mặt đường BTXM:

1.4.1 Cấu tạo mặt đường BTXM:

Hình 1.1 Cấu tạo mặt đường BTXM:

1.Tấm BTXM; 2.Lớp làm bằng mặt; 3 Lớp móng;

4 Lớp móng phụ; 5 Nền đất1.4.1.1 Tấm bê tông: là bộ phận chủ yếu của mặt đường BTXM, tấm bê tông

có thể là bê tông không cốt thép, BTCT, BTCT dự ứng lực…

+ Chiều dày tấm BTXM do tính toán thiết kế quyết định, thông thường cóchiều dày từ 18 – 24cm, với đường cấp cao hoặc đường sân bay 24 – 40cm

+ Độ dốc ngang của mặt đường BTXM thường là 1.5 – 2%

+ Tấm bê tông thường có cấu tạo chiều dày không đổi, cũng có khi chiềudày tấm thay đổi, hai bên mép được tăng cường làm dày hơn ở giữa, tuy nhiênđiều này khó khăn cho thi công vi vậy không nên dùng

+ Tại vi trí góc tấm là vị trí yếu nhất, có thể tăng cường bằng cách bố trícác thanh thép ở góc tấm

1.4.1.2 Lớp ngăn cách: có thể làm bằng các vật liệu sau:

+ Làm bằng giấy dầu: Tác dụng chủ yếu của lớp giấy dầu là ngăn khôngcho móng cát hút nước của tấm bê tông khi tấm bê tông mới đổ và làm giảm ma

sát của tấm bê tông với đáy móng, làm cho tấm bê tông có thể duy chuyển khinhiệt độ thay đổi mà không gây nứt bề mặt.

+ Làm bằng cát trộn nhựa dày 2 – 5cm (thường dùng nhựa lỏng từ 2 – 4%theo khối lượng hoặc nhũ tương từ 4 – 8% theo khối lượng) Lớp cát trộn nhựađược làm khi các lớp móng là đá dăm, đá dăm gia cố xi măng, đất gia cố… Nó

có tác dụng tạo phẳng và làm giảm ma sát của tấm bê tông với dáy móng Nếukhông có cát trộn nhựa có thể làm bằng cát thiên nhiên (tốt nhất là cát mịn) để tạophẳng sau đó trải giấy dầu lên

1.4.1.3 Lớp móng:

+ Thường bằng đất gia cố, cát gia cố xi măng, cấp phối đá dăm, cấp phối

đá dăm gia cố xi măng, bê tông nghèo hoặc đá dăm

+ Hiện chỉ làm lớp móng cát trên các đường có ít xe chạy và xe tải trọngnhẹ

1.4.2 Cấu tạo khe nối mặt đường BTXM:

1.4.2.1 Tác dụng khe nối:

Khi có sự thay đổi của nhiệt độ, trong tấm bê tông sẽ xuất hiện ứng suất nhiệt

do tấm bê tông co, giãn Để giảm bớt ứng suất này, không cho tấm bê tông xuấthiện các đường nứt, cần phải chia tấm BT thành nhiều tấm riêng rẽ bằng các khenối dọc và ngang

Các khe nối này có mục đích cụ thể như sau:

+ Bảo đảm khả năng biến dạng bình thường của tấm bê tông (co, dãn, uốnvồng) do sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm

+ Giảm bớt các vết nứt xuất hiện trong tấm bê tông do sự bất lợi về chế độthủy nhiệt của nền đường gây ra

+ Bảo đảm sự tiếp xúc bình thường giữa các tấm bê tông khi không thể thicông cùng thời điểm

Có 03 loại khe nối trong mặt đường BTXM: khe co, khe dãn và khe nối dọc

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí khe co, dãn và khe dọc.

Chú ý: Để truyền lực giữa các tấm, tránh vỡ cạnh và mép tấm, phải bố tríthanh truyền lực bằng thép trơn, đường kính Ф = 18 – 24 mm, chiều dài 40 – 60

cm, một đầu quét nhựa lỏng hoặc nhủ tương để có thể chuyển vị tự do

Hình 1.3 Khi không có thanh truyền lực

Hình 1.4 Khi có thanh truyền lực

Hình 1.5 Bố trí thanh truyền lực để truyền lực giữa các tấm.

1.4.2.2 Khe dãn:

+ Mục đích: khe dãn làm cho tấm bê tông có thể dãn ra khi nhiệt độ tăng.+ Khi đổ bê tông theo từng vệt liên tục thì bố trí khe dãn có thanh truyềnlực Khu đổ bê tông từng tấm theo một phương pháp thủ công thì thường làm khedãn kiểu ngàm

+ Để đảm bảo cho tấm bê tông có thể dãn dài và giảm bớt lực nén ở haiđầu tấm, cấn phải bố trí tấm đệm đàn hồi bằng gỗ mềm trong khe dãn Tấm đậmnày thường làm thấp hơn tấm bê tông 3 cm, trên chèn matit vào

+ Bê tông khe dãn khoảng 20–25mm khi khoảng cách giữa các khe từ 40m

25-+ Các thanh truyền lực bố trí song song với mặt tấm bê tông, cách nhaukhoảng 30-40cm bố trí một thanh, gần hai mép ngoài tấm giảm xuống còn 15-20cm

+ Chiều dài, đường kính thanh truyền lực chọn phủ thuộc vào chiều dàytấm bê tông:

Chiều dày tấm 22 - 24 22 - 22 18 – 20

+ Khe dãn có thể có các loại sau:

Hình 1.6 Khe dãn có thanh truyền lực1-Thanh truyền lực; 2- Ma tít nhựa; 3-Ống tôn 4-Tấm gỗ đệm dày 1,5-2cm;

5-Mạt cưa tẩm nhựa; 6-Thép cấu tạo Ф6; 7-Quét nhựa

Hình 1.7 Khe dãn có tấm đỡ bê tông

1-Ma tít nhựa; 2-Tấm đỡ bê tông

Hình 1.8 Khe dãn kiểu ngàm1-Ma tít nhựa; 2-Tấm gỗ đệm dày 1,5-2cm

1.4.2.3 Khe co:

+ Mục đích: làm cho tấm bê tông có thể co vào khi nhiệt độ giảm

+ Khi đổ bê tông liên tục theo từng vệt, thường làm khe co giả, khi đổ bêtông từng tấm theo phương pháp thủ công thường dùng khe co kiểu ngàm

Hình 1.9 Khe co kiểu ngàm2-Ma tít nhựa; 3-Quét nhựa bi tum

Kích thước a, b, c của khe co kiểu ngàm có thể lấy như sau:

Chiều dày tấm bê tông (cm) Các kích thước của ngàm (cm)

Có thể dùng mày xẻ khe hoặc đặt trước một thanh gỗ xuống dưới trước khi

đổ bê tông, tại vị trí này tiết diện mặt đường sẽ bị thu hẹp lại Nếu dùng thanh gỗ

để tạo khe thì nên dùng một thanh thép mỏng rạch lên bề mặt bê tông tại vị trí cókhe co để vết nứt thành một đường thẳng.

Trong khe co, có thể bố trí hoặc không bố trí các thanh truyền lực Nên nếuđặt thanh truyền lực thì khoảng cách giữa các thành truyền lực khoảng 1m

Hình 1.10 Khe có có thanh gỗ giảm yếu tiết diện

1-Thanh truyền lực; 2-Ma tít nhựa;

3-Quét nhựa bi tum; 4-Thanh gỗ để dãn yếu tiết diện

Hình 1.11 Khe co xẻ trong bê tông đã đông cứng1-Thanh truyền lực; 2-Ma tít nhựa; 3-Quét nhựa bi tum

Hình 1.12 Máy xẻ bê tông đã đông cứng.

Hình 1.13 Khe sau khi cắt

1.4.2.4 Khe dọc:

+ Khe dọc là một dạng của khe co và có thể bố trí theo kiểu khe co giả khi

đổ tấm BT liên tục theo dải hoặc kiểu ngàm khi đổ thu công thành từng tấm một

+ Để trách cho khe co không mở rộng miệng, các thanh truyền lực trongkhe dọc được đặt cố định trong bê tông (không quét nhựa đường), tạo nên nhữngkhớp mềm trong mặt đường

+ Bố trí cự ly khe dọc: căn cứ vào điều kiện thi công, bề rộng mặt đường

mà ta chia tấm cho phù hợp Thường khoảng cách giữa các khe dọc không quá4,5m và thường bằng bề rộng một làn xe

1.5 Phân loại mặt đường BTXM:

Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đường BTXM được phân ra một số loạinhư sau

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

- Mặt đường BTXM cốt thép thường được sử dụng đối với những tuyếnđường có tải trọng lớn như sân bay, đường chuyên dụng, đường có lưu lượng xelớn và các công trình đặc biệt có yêu cầu tuổi thọ cao Về cơ bản, kích thước tấmmặt đường BTXM cốt thép tương tự như BTXM phân tấm thông thường nhưngđược 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 cácvết nứt do co ngót của bê tông và nứt do nhiệt Trên cơ sở tính toán thiết kế nhưvậy 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 chếcác vết nứt trong quá trình bê tông hình thành cường độ và trong khai thác Mặtđường BTXM lưới thép xuất hiện chậm hơn BTXM thông thường và phạm vi ápdụng 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 nhượcđiểm cố hữu của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là giảm thiểu các mốinối 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 Mụcđích của việc bố trí cốt thép này không phải là ngăn ngừa vết nứt do tải trọng vàứng suất nhiệt, mà chỉ nhằm hạn chế việc mở rộng khe nứt Theo yêu cầu, khoảngcách 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 pháhuỷ cốt thép và bảo đảm mặt đường khai thác được bình thường Phạm vi ápdụng của mặt người BTXM cốt thép liên tục là khắc phục nhược điểm không êmthuận chạy xe do các khe của mặt đường BTXM phân tấm, áp dụng chủ yếu đốivới các tuyến đường có lưu lượng xe lớn, đường cao tốc, đường băng sân bay vàkinh phí đầu tư ban đầu lớn hơn.

- Mặt đường BTXM cốt phân tán (cốt sợi) chỉ được sử dụng trong nhữngtrường hợp đặc biệt có khả năng chịu lực rất lớn và chống mài mòn cao Trongkhi 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 BTXMcốt 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 côngliên tục (không có mối nối) và bằng thiết bị lu thông thường Do mặt đườngBTXM lu lèn được đổ dài liên tục nên trên đó phải làm thêm lớp đá dăm lángnhựa (lớp láng nhựa) nhằm khắc phục các vết nứt do co ngót và do nhiệt độ, hoạttải gây ra Chiều dày của lớp BTXM lu lèn dao động trong khoảng 20 cm, móngcủa 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 lớpmóng cho mặt đường BTXM hoặc mặt đường bê tông nhựa

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

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

1.6 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 o tô, bãi đỗ và sân bay

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

- Tuỳ theo yêu cầu khai thác của các cấp hạng đường khác nhau mà có thể sửdụng một trong các loại mặt đường BTXM sau đây: BTXM phân tấm thôngthường, BTXM lưới thép, BTXM cốt thép liên tục và BTXM lu lèn Đường cao

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

1.7 Ưu nhược điểm của mặt đường BTXM:

1.7.1 Ưu điểm:

- Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tôngnhựa Tuỳ theo cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nóichung tuổi thọ của mặt đường BTXM được lấy vào khoảng 20 - 50 năm, TrungQuốc lấy 45 năm Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM nhiều khi lớn hơn dựkiến khi thiết kế Theo thống kê, có những đoạn mặt đường BTXM sau khi xâydựng sau 50 năm mới phẳi tăng cường và thậm chí có đoạn tồn tại sau 78 năm sửdụng

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

- Có khả năng chống bào mòn, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, antoàn cho xe chạy, mặt đường BTXM có mầu sáng nên thuận lợi cho việc chạy xeban đêm

- Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp

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

1.7.2 Nhược điểm:

- Mặt đường BTXM thông thường tồn tại các khe nối, vừa làm phức tạpthêm cho việc thi công và duy tu, bảo dưỡng, vừa tốn kém, lại vừa ảnh hưởng đếnchất lượng vận doanh, khai thác (xe chạy không êm thuận) Khe nối lại là chỗ yếunhất 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, cẩn đảm bảogiao 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 lúnnhư 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 trìnhcông nghệ thi công chặt chẽ Việc trộn BTXM và bảo dưỡng mặt đường đòi hỏinhiều nước

- Khi mặt đường BTXM bị hư hỏng thì rất khó sửa chữa, trong quá trình sửachữ rất ảnh hưởng đến việc đảm bảo giao thông Nâng cấp cải tạo mặt đườngBTXM đòi hòi chi phí cao, hoặc phải cào bóc để tăng cường mới bằng BTXMhoặc 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 mặtđường BTN và các loại mặt đường khác

1.8 Thực tế công tác xây dựng mặt đường BTXM ở Việt Nam và các Quốc gia khác trên thế giới:

1.8.1 Công tác xây dựng mặt đường BTXM ở Việt Nam:

- Mặt đường BTXM cốt thép được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nộinăm 1975 Trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên - Bắc Cạn xây dựng 30km đườngBTXM vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ (bắc cầu Chương Dương) Tiếptheo là trên Quốc lộ 1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30km vào năm 1999tại 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 vớichiều dài 12 km Quốc lộ 70, đoạn thành phố Lào Cai

- Mặt đường BTXM được sử dụng hầu hết tại các sân bay như: Sân Vàng,Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài… Ngoài ra, loại mặt đường BTXM cốt thép liêntục lần đầu tiên được ứng dụng 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình và sau đókhoảng 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy.

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

- Theo thống kê của Bộ Giao thông vận tải, Tổng số đường giao thông nôngthôn trong cả nước bao gồm 172437 km, trong đó có 0,56% mặt đường bê tôngnhựa và 7,2% mặt đường nhựa hoặc BTXM

1.8.2 Công tác xây dựng mặt đường BTXM của các Quốc gia trên thế giới:

Trong suốt hơn 100 năm qua, mặt đường BTXM đã được tiếp tục xây dựng vàphát triển ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở các nước có nềnkinh 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 hìnhmặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai tròquan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của các khu vực, lãnhthổ và xuyên quốc gia

Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từđịa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đườngphố, đường trục chính, đường cao tốc Mặt đường BTXM cũng thường được sửdụng 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 xâydựng ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại Hàng năm, những hội nghị tổngkết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại hình mặtđường BTXM của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng củamặt đường BTXM ngày càng được mở rộng

Khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước (trích rừ Báo cáoLong - Life Concrete Pavements in Europe and Canada” của Cục Đường bộ Liênbang 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 Québec, 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% lượnggiao 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%

- Hà Lan, mạng lưới đường ô tô có khoảng 113000 km Khoảng 2300 km làđường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài, nhưng những con đường cao tốc nàyphục 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 cốtthép, phân tấm Hà Lan còn có khoảng 140 km đường khu vực có mặt BTXMkhông cốt thép, phân tấm Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạngđường ô tô Ngoài ra, Hà Lan còn có 20000 km đường xe đạp, trong đó 10% làmặt 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 BTXMphân tấm, không hoặc có cốt thép vẫn là loại chủ yếu Từ giữa những năm 1980đến giữa những năm năm 1990, mặt đường BTXM điển hình lại là BTCT liêntục Từ cuối những năm 1990, do yêu cầu về giảm tiếng ồn, mặt đường BTXMbuộc 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).

1.9 Thực trạng công tác xây dựng mặt đường BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Thời gian đầu sau giải phóng, Thành phố Hồ Chí Minh tập trung chủ yếu choviệc duy tu, sửa chữa hệ thống mạng lưới đường giao thông có sẵn Những nămtiếp theo, Thành phố Hồ Chí Minh đã mở thêm một số tuyến đường và khi bướcvào thời kỳ đổi mới đất nước, trước nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội - phát triển

hạ tầng giao thông nhằm đảm bảo việc đi lại thuận tiện cho người dân, Thành phố

Hồ Chí Minh đã chú trọng và dành nguồn đầu tư đáng kể cho lĩnh vực này, nhiềucông trình cầu đường lớn nhỏ được xây dựng bằng kết cấu BTN và BTXM ởtrong cũng như ngoại thành vì thế lần lượt ra đời Trong 5 năm trở lại đây, các dự

án hạ tầng giao thông được đầu tư - xây dựng trên địa bàn Thành phố Hồ ChíMinh càng được nhân lên gấp nhiều lần với hàng trăm cây cầu và hàng ngàn kmđường giao thông được đưa vào khai thác hiệu quả

Trong số những dự án giao thông được đưa vào khai thác, có không ít dự ántrọng điểm đã góp phần tạo nên đột phá cho bức tranh giao thông - đô thị củathành phố Điển hình như các dự án: Đại lộ Nguyễn Văn Linh, mở đường chophát triển khu đô thị Phú Mỹ Hưng thành một khu đô thị khang trang, hiện đại vàkiểu mẫu; Đại lộ Đông Tây trong đó điểm nhấn là Đường hầm sông Sài gòn là

dự án có tầm chiến lược, có tính đột phá lớn và khả thi cao về kinh tế, tài chính,

kỹ thuật, môi trường, thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội không chỉ cho Thànhphố Hồ Chí Minh mà cả vùng kinh tế trọng điểm phía Nam; Đường rừng sác Cầngiờ góp phần phát huy tiềm năng thế mạnh kinh tế biển, dự án đường Bắc - Namtạo tiền đề cho phát triển khu đô thị cảng Hiệp phước; Nút giao thông cát lái, cầuPhú Mỹ, đường Phạm văn Đồng giúp các phương tiện tránh đi xuyên tâm Cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây góp phần tạo sự liên

kết giữa Thành phố Hồ Chí Minh các tỉnh thành khu vực phía Nam

Hình 1.14 Cầu trên đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây

Bên cạnh đó còn có: Dự án cải tạo kênh Nhiêu lộc Thị Nghè, Tân Hóa Lò gốmkhông chỉ giải quyết tình trạng giao thông, cải thiện môi trường mà còn làm thayđổi cuộc sống của hàng triệu người dân sinh sống trong vùng thuộc dự án

Rất nhiều cây cầu, nhiều tuyến đường hướng tâm - nội đô, vành đai đưa vàokhai thác thời gian qua đã góp phần từng bước hoàn chỉnh mạng lưới giao thôngcủa Thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt, không chỉ trong phạm vi nội đô, các tuyếncao tốc Thành phố Hồ Chí Minh - Trung Lương, Thành phố Hồ Chí Minh - LongThành - Dầu Giây còn góp phần tạo sự liên kết giữa Thành phố Hồ Chí Minh cáctỉnh thành khu vực phía Nam

Bốn mươi năm sau ngày giải phóng, Thành phố Hồ Chí Minh đã và đang thay

da đổi thịt từng ngày Tất cả là tiền đề để thành phố tiếp tục có những bước pháttriển lớn hơn trong thời gian tới Trong đó, trong năm 2015 này, Thành phố HồChí Minh sẽ xây thêm khoảng 10 cây cầu, làm mới trên 30km đường Theo quyhoạch, đến năm 2020, Thành phố Hồ Chí Minh cũng tiếp tục xây dựng 12 tuyến

đường cao tốc - vành đai - trục xuyên tâm, gần chục tuyến metro - đường sắt đôthị và cải tạo - xây mới trên 100 nút giao thông đồng và khác mức.

Từ năm 2009, Bộ Xây dựng đã lập đề án "Sử dụng xi măng trong xây dựng hạtầng giao thông" và đề án này cũng đã được Bộ Giao thông vận tải ủng hộ vớiviệc ký kết chương trình hành động giữa hai Bộ về tăng cường sử dụng xi măngtrong xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông

Theo đánh giá của Bộ Giao thông vận tải, việc sử dụng xi măng trong xâydựng sẽ góp phần phát huy nội lực trong nước, đẩy mạnh phát triển kinh tế, xã hội

và giảm nhập siêu bởi việc xuất khẩu xi măng là xuất khẩu điện và than giá rẻ bởinếu tính đúng giá điện, giá than, thì giá thành xi măng không thể thấp như vậy.Còn theo Bộ Xây dựng, mặc dù BTXM đòi hỏi nền đường phải tốt, nhưng ưuđiểm của nó là tuổi thọ 20-30 năm, trong khi BTN chỉ hơn mười năm

Tuy nhiên, một số chuyên gia xây dựng cho rằng việc xây đường bằng BTXM

sẽ tốn chi phí hơn so với BTN Ngoài ra, nhược điểm lớn nhất chính là các khe hởgiữa các miếng BTXM Khi xe cộ lưu thông thường xuyên bị rung lên khi chạyqua các khe hở kể trên, do đó, đường làm bằng BTXM sẽ không êm bằng đườngBTN Còn về độ bám, đường làm bằng BTXM bám mạnh hơn đường BTN, sẽgây mòn vỏ xe nhanh

1.10 Xu hướng phát triển loại mặt đường BTXM ở Thành phố Hồ Chí Minh:

Hiện trạng: Thành phố Hồ Chí Minh với 3.865,50km cầu đường bộ, với46.241.961m2 (gồm 30.285.593m2 mặt đường và 15.956.368m2 vỉa hè, dải phâncách trồng cây xanh: 550.432m2), 998 cây cầu; có trên 4.306 nút giao thông; Hệthống chiếu sáng công cộng có 110.900 điểm sáng; với 90 công viên có tổng diệntích 986,7 ha và 100.000 cây xanh các loại trồng trên đường phố; có 14 bến bãi xebuýt; có 2.344 xe buýt; có 2.862 trạm dừng xe buýt (trong đó gồm 2.367 trụ dừng

và 491 nhà chờ xe buýt) bến phà có 2 bến, phương tiện phà có: 13 chiếc, hànhlang đường thủy nội địa bao gồm 572km x 2 bờ đường thủy địa phương và400km x 2 bờ đường thủy do Trung Ương và Hàng hải; có 90 công viên với tổngdiện tích 986,7 ha (nguồn từ Sở Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh năm2014)

Thành phố Hồ Chí Minh dự kiến xây dựng hàng loạt tuyến đường bằng bêtông xi măng, nhằm tận dụng nguồn xi măng trong nước và tuổi thọ của đường sẽcao hơn so với bê tông nhựa.

Đến năm 2015, Thành phố Hồ Chí Minh dự kiến đầu tư xây dựng 1.540 tuyếnđường và nâng cấp 13 nút giao thông dọc quốc lộ 22, đường chui dưới dạ cầu BếnCát, 4 nút giao thông Quốc lộ 1A

Giai đoạn 2016-2020, thành phố sẽ thực hiện 48 tuyến đường và nâng cấp các đường Lê Đức Thọ, Dương Quảng Hàm (Gò Vấp), Trần Bình Trọng (quận 5), Đặng Thúc Vịnh (Hóc Môn), Phan Văn Hớn (Tân Bình), Hương lộ 80, Vườn Lài, Tô Ngọc Vân, Hà Duy Phiên.

Hình 1.15 Đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây

1.11 Nhận xét và kết luận Chương 1:

Từ nghiên cứu tổng quan, rút ra một số nhận xét như sau:

- Ở nước ta, những năm gần đây, mặt đường BTXM phát triển nhanh vàrộng khắp Vật liệu xây dựng thông dụng, nên hiện nay loại mặt đường này được

sử dụng khá nhiều đối với đường ô tô, sân bay, bãi đậu xe, trạm thu phí…