BÀI GIẢNG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

Khái niệm  Mặt đường là một kết cấu gồm một hoặc nhiều lớp vật liệu khác nhau làm trên nền đường để đáp ứng yêu cầu chạy xe về cường độ, độ bằng phẳng và độ nhám đồng thời mặt đường cò

Chương 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XÂY DỰNG

MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

Chương 2: XÂY DỰNG CÁC LỚP KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

KHÔNG GIA CỐ CHẤT LIÊN KẾT

Chương 3: XÂY DỰNG CÁC LỚP KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG GIA

CỐ CHẤT LIÊN KẾT VÔ CƠ Chương 4: XÂY DỰNG CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG NHỰA

Chương 5: XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

Chương 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG XÂY DỰNG MẶT

ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Khái niệm chung

1.2 Công tác đầm nén trong xây dựng mặt đường

1.1 Khái niệm chung

1.1.1 Khái niệm

 Mặt đường là một kết cấu gồm một hoặc nhiều lớp vật liệu khác nhau làm trên nền đường để đáp ứng yêu cầu chạy xe

về cường độ, độ bằng phẳng và độ nhám đồng thời mặt đường còn góp phần hạn chế các tác động xấu do xe chạy gây ra đối với môi trường xã hội và môi trường thiên nhiên

ở hai bên đường.

 Mặt đường là một bộ phận rất quan trọng của đường ô tô Mặt đường tốt hay xấu thỏa mãn các yêu cầu nói trên nhiều hay ít sẽ trực tiếp ảnh hưởng tới việc chạy xe an toàn, êm thuận và kinh tế.

1.1.1.1 Yêu cầu đối với mặt đường

 Thiết kế và xây dựng kết cấu mặt đường phải đạt được các yêu cầu sau:

- Đủ cường độ: kết cầu

mặt đường phải có đủ

cường độ chung và tại

mỗi điểm riêng trong

co dãn khi chịu

kéo-uốn hoặc do nhiệt độ.

- Ổn định với cường độ: cường độ phải ít thay đổi theo điều kiện thời tiết, khí hậu

- Độ bằng phẳng: mặt đường phải đạt được độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản lăn, giảm sóc khi xe chạy Do

đó nâng cao được chất lượng chạy xe, tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiên liệu, kéo dài tuổi thọ của xe Yêu cầu này được đảm bảo bằng việc chọn vật liệu thích hợp, biện pháp

và chất lượng thi công

- Đủ độ nhám: mặt đường phải có đủ độ nhám để nâng cao hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, tạo điều

kiện tốt cho xe chạy an toàn với tốc độ cao và trong

những trường hợp cần thiết có thể dừng xe nhanh

chóng

Yêu cầu này chủ yếu phụ thuộc vào việc chọn vật liệu làm lớp trên mặt và nó cũng hoàn toàn không có mẫu thuẫn

gì với yêu cầu về độ bằng phẳng.

- Ít bụi: bụi là do xe cộ phá hoại, bào mòn vật liệu làm mặt đường Bụi gây ô nhiễm môi trường, giảm tầm nhìn…

1.1.1.2 Phân loại kết cấu mặt đường

 a.Theo tính chất chịu lực:

- Mặt đường mềm: độ cứng nhỏ, khả năng chịu uốn, chịu

kéo không đáng kể; chủ yếu chịu nén và chịu cắt

- Mặt đường cứng: độ cứng rất lớn, khả năng chịu nén,

chịu uốn, chịu kéo đều tốt; chủ yếu chịu kéo khi uốn.

- Mặt đường nửa cứng: là loại trung gian, có độ cứng tương

đối lớn.

 b Theo vật liệu sử dụng:

 - Mặt và móng đường làm bằng các loại đất, đá tự nhiên

không dùng chất liên kết.

 - Mặt và móng đường làm bằng các loại đất, đá gia cố

chất liên kết vô cơ.

 - Mặt và móng đường làm bằng các loại đất, đá gia cố

chất liên kết hữu cơ.

 c.Theo tính chất sử dụng:

 - Mặt đường cấp cao A1 (cấp cao chủ yếu)

 - Mặt đường cấp cao A2 (cấp cao thứ yếu)

1.1.4 Cấu tạo và yêu cầu đối với kết cấu mặt đường

 + Tầng mặt: là bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng bành xe và các nhân tố thiên nhiên Để chịu được các yếu tố đó yêu cầu tầng mặt phải được làm bằng các vật liệu có cường độ và sức liên kết tốt (các khoáng chất

có cường độ cao được chèn móc tốt hoặc các hỗn hợp vật liệu có dùng thêm chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ)

 + Tầng móng : có nhiệm vụ truyền và phân bố tải trọng thẳng đứng để khi truyền đến nền đất ứng suất sẽ giảm đến một mức độ đất nền đường có thể chịu đựng được mà không tạo nên biến dạng thẳng đứng hoặc biến dạng trượt quá lớn Do lực thẳng đứng giảm dần theo chiều sâu, nên để tiết kiệm, tầng móng gồm nhiều lớp bằng các vật liệu khác nhau có cường độ giảm dần từ trên xuống

và có thể được cấu tạo bằng vật liệu rời rạc kích cỡ lớn

 - Lớp móng trên: là các lớp vật liệu khoáng không gia cố hoặc có gia cố bằng chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ có

độ cứng và độ chặt nhất định.

 - Lớp móng dưới: thường dùng vật liệu rẻ hơn sẵn có ở địa phương hoặc gia cố vôi, xi măng; Nếu đất lòng đường có trị số CBR > 10 thì có thể không cần lớp móng dưới (CBR : California Bearing Ratio - Tỷ số sức chiụ tải California).

 + Lớp đáy áo đường (phần trên của nền đường): Có thể làm bằng đất (Subgrade) nếu như thỏa mãn yêu cầu: phải được đầm nén đến độ chặt ≥ 0.98; Mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc ≥ 500daN/cm2 hoặc tỷ số CBR ≥ 10; chiều dày tối thiểu là 30cm (nếu chiều dày toàn bộ mặt đường

≥ 60cm) và 50cm (nếu chiều dày toàn bộ mặt đường < 60cm)

1 Tầng mặt (tấm BTXM); 2 Lớp tạo phẳng và cách li; 3 Tầng móng; 4 Lớp đáy

áo đường; 5 Lớp bê tông rỗng thoát nước dày tối thiểu 20 cm; 6 Lề gia cố; 7 Vải lọc.

 Kết cấu áo đường cứng bao gồm:

+ Tầng mặt gồm tấm BTXM đổ tại chỗ hay lắp ghép; tấm BTXM đòi hỏi phải có cường độ chịu uốn cao đồng thời

có cường độ dự trữ phải đủ để chống lại hiện tượng mỏi

và hiện tượng phá hoại cục bộ ở góc tấm; tầng mặt có thể gồm lớp hao mòn bằng BTN hạt nhỏ (cát) dày từ 3 -

4 cm trong trường hợp lưu lượng xe chạy lớn; lớp hao mòn trong kết cấu mặt đường cứng có chức năng như trong K/C mặt đường mềm, đặc biệt có tác dụng làm tăng độ bằng phẳng và giảm sự phá hoại cục bộ ở các chỗ cạnh và góc tấm cũng như ở những chỗ bố trí khe

co, dãn đồng thời có tác dụng chống bào mòn cho lớp BTXM Lớp hao mòn có thể là lớp BTN hoặc lớp mỏng

dễ khôi phục như làng nhựa; TH không có lớp hao mòn yêu cầu VL lớp BTXM phải chịu được độ hao mòn;

+ Tầng móng cũng như nền đất của kết cấu mặt đường cứng tham gia chịu lực không đáng kể nhưng có tác dụng quan trọng đối với sự bền vững lâu dài của lớp BTXM ở trên Yêu cầu quan trọng nhất đối với tầng móng là phải đảm bảo điều kiện tiếp xúc tốt với lớp mặt BTXM và tích lũy biến dạng trong suốt quá trình chịu tải Như vậy vật liệu tầng móng của kết cấu mặt đường cứng phải có độ cứng lớn, ít biến dạng dư và phải dễ tạo độ bằng phẳng Xu hướng hiện nay thường tầng móng được cấu tạo bằng VL đất gia cố (xi măng, nhựa, vôi ) hoặc lớp cát hạt lớn.

c Đối với lề đường

 Ngoài kết cấu mặt đường (phạm vi phần xe chạy), đối tượng xây dựng mặt đường còn bao gồm cả kết cấu mặt đường ở lề đường Lề đường có hai chức năng chủ yếu,

đó là: Để xe cộ dừng đỗ lại vì lý do đột xuất và để tạo hiệu ứng thành bên “ Bảo vệ cạnh mép của các lớp kết cấu mặt đường phần xe chạy chính; chỗ tránh xe bảo đảm giao thông khi tiến hành sửa chữa mặt đường phần xe chạy chính.

* Trường hợp 1: Yêu cầu chính với lề đường là tạo hiệu ứng

“Hiệu ứng thành bên” cho phần xe chạy chính và bằng phẳng mà không phải là chịu tải, kết cấu lề đường có thể bớt đi phần dưới so với kết cấu mặt đường phần xe chạy.

* Trường hợp 2: Kết cấu lề đường làm như kết cấu mặt đường chính.

1.1.2 Các nguyên lý sử dụng vật liệu để làm mặt

đường

1.1.2.1 Phân loại vật liệu xây dựng mặt đường

Hỗn hợp vật liệu để tạo nên các lớp trong kết cấu áo

đường thường gồm 2 loại:

+ Vật liệu chính (cốt liệu): thường là đất, đá, cuội sỏi, xỉ, phế liệu công nghiệp mà bất cứ tầng lớp nào trong kết cấu mặt đường cũng phải sử dụng các vật liệu đó.

+ Vật liệu liên kết: là loại vật liệu được trộn với cốt liệu với một tỷ lệ nhất định để tăng cường liên kết giữa các hạt cốt liệu, do đó làm tăng cường độ của cả hỗn hợp vật liệu; Vật liệu liên kết được chia thành 3 nhóm:

- Vật liệu liên kết thiên nhiên (đất sét);

- Vật liệu liên kết vô cơ (vôi, xi măng);

- Vật liệu liên kết hữu cơ (bitum, các chất hóa học )

1.1.2.2 Các nguyên lý sử dụng vật liệu để làm mặt đường

a Nguyên lý đá chèn đá



Lớp mặt đường theo nguyên lý đá chèn đá

 Cốt liệu là vật liệu hạt (đá dăm hoặc cuội sỏi) có mặt vỡ với một vài kích cỡ tương đối đồng đều, đem rải từng lớp rồi lu lèn chặt cho các hòn đá chèn móc vào nhau,

cỡ đá nhỏ chèn vào kẽ hở của đá lớn và nhờ vào tác dụng chèn móc, ma sát giữa các hòn đá tạo nên một kết cấu có cấu trúc tiếp xúc có cường độ nhất định tạo được khả năng chống lại sự biến dạng thẳng đứng cũng như khả năng bong bật bề mặt do ảnh hưởng của lực ngang tác dụng trên mặt đường

 Loại mặt đường xây dựng theo nguyên lý này là kết cấu mặt đường hở, độ rỗng còn dư lớn, chịu lực ngang kém, để tăng cường độ, đặc biệt là cường độ chống trượt (chống cắt) người ta thường sử dụng thêm chất liên kết (đất dính, bitum, xi măng lỏng) vào cốt liệu làm tăng sức dính kết giữa các cốt liệu do đó có thể tạo nên một cấu trúc keo tụ có cường độ cao.

b Nguyên lý lát, xếp

chế tạo có kích cỡ đồng đều , được lát trên một lớp móng bằng phẳng đủ cường độ, khe hở giữa các tấm lát có thể dùng vữa xi măng, các loại mastic để trít trám, miết mạch; cường độ của loại mặt đường làm theo nguyên lý này nhờ cường độ bản thân và kích thước của tấm lát và sự chèn khít giữa các tấm lát trong quá trình thi công

 c Nguyên lý cấp phối

 Cốt liệu gồm nhiều cỡ hạt to nhỏ liên tục khác nhau, phối hợp với nhau theo những tỷ lệ nhất định , sau khi lu lèn các hạt nhỏ lấp đầy lỗ rỗng của các hạt lơn sẽ đạt được một kết cấu độ chặt nhất định và do

đó tạo nên lớp mặt đường có đủ cường độ cần thiết

Độ chặt của hỗn hợp vật liệu sau khi lu lèn càng tăng thì lực ma sát và lực dính kết càng lớn Ngoài

ra cường độ còn có khả năng tăng do dùng thêm các chất liên kết (xi măng, bitum ) có khả năng chịu lực thẳng đứng và lực ngang (mặt đường bê tông nhựa, BTXM)

d Nguyên lý gia cố đất:

một hàm lượng chất liên kết nhất định, ở độ ẩm tốt nhất; được san và lu lèn chặt đất được gia cố sẽ tạo thành một lớp có cường độ cao và ổn định có khả năng chịu nén, chịu kéo khi uốn và cả khi chịu tác dụng bất lợi của nước

1.1.3 Trình tự xây dựng mặt đường

Quá trình xây dựng kết cấu mặt đường gồm các trình tự sau:

- Công tác chuẩn bị;

- Công tác thi công chủ yếu;

- Công tác hoàn thiện

1.1.3.1 Công tác chuẩn bị

a Công tác định vị

chạy để xác định vị trí của mặt đường phục vụ cho thi công khuôn lòng đường Công tác này cần phải được thực hiện cẩn thận

b Thi công khuôn đường

* Có ba phương pháp tạo khuôn đường:

+ Đắp lề hoàn toàn: Thi công nền đường đến đáy kết cấu

áo đường sau đắp lề tạo khuôn đường Thông thường, khi thi công đắp lề người ta không thi công ngay một lúc xong mà đắp lề cao dần từng lớp một tương ứng với cao độ thi công các lớp móng, mặt đường Phương pháp này thường áp dụng đối với nền đắp.

+ Đào khuôn đường hoàn toàn: Thi công nền đường đến cao độ đường đỏ (mặt đường) sau đó đào đất phần lòng đường để thi công kết cấu áo đường.

+ Vừa đào khuôn đường vừa đắp lề: Thi công nền đường đến cao độ h sao cho khi đào khuôn đường thì phần đất thừa vừa đủ để đắp lề đường.

c Chuẩn bị vật liệu

Đây là một khâu rất quan trọng ảnh hưởng lớn đến tốc

độ thi công mặt đường Yêu cầu đối với công tác vật liệu

là phải chuyên trở kịp thời vật liệu làm đường từ cơ sở khai thác, gia công đến hiện trường Vật liệu làm đường thường chia thành 2 nhóm:

 Nhóm 1: Vật liệu không khống chế thời gian (đá dăm, sỏi, cát, cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên );

 Nhóm 2: Vật liệu khống chế thời gian vận chuyển (bê tông nhựa, BTXM, cát gia cố XM, CPDĐ gia cố XM ); Công tác vận chuyển thường cũng có thể tiến hành theo

2 phương án:

 Phương án 1: vật liệu chở đến hiện trường đổ đống hoặc thành luống ở lòng đường hoặc lề đường (VL nhóm 1);

 Phương án 2: vật liệu chở đến đâu, san rải ngay đến

đó (VL nhóm 2);

1.1.3.2 Công tác thi công chủ yếu

a Các biện pháp làm khô móng đường

đường là xây dựng tầng đệm cát trực tiếp dưới đáy kết cấu mặt đường Đặc biệt ở những vùng dân cư không cho phép đắp cao nền đường (đường thành phố), có khi phải thay nền đất thiên nhiên bằng cát với bề dầy rất lớn, tới hàng mét

nước từ tầng đệm cát khi lượng nước cần thấm ra không lớn và chủ yếu dùng để thoát nước thấm từ trên xuống qua mặt đường (ở các loại mặt đường hở như mặt đường đá dăm hoặc cấp phối).

* Ống thoát nước: Trong trường hợp lượng nước thoát khá lớn

và có thể gồm cả nước mao dẫn phía dưới lên thì dùng các ống thoát nước để thay thế cho rãnh xương cá Các ống thường có đường kính do = 80-100mm, nếu dùng ống sành phải đặt sâu xuống dưới lề tối thiểu 40cm Đầu ống phía trong phải ngập vào trong bộ phận thu nước một khoảng bằng do, phía ngoài thò ra do để ống không bị tắc, bẩn

i mÆt

è ng tho¸t n í c

Bố trí ống thoát nước từ tầng đệm cát qua lề.

* Hào thu nước ngang: Thường dùng để thoát nước mặt đường

và phần trên nền đường ở những chỗ có độ dốc dọc tuyến lớn hơn độ dốc ngang, ở những chỗ có đường cong đứng lõm, ở những nơi từ nền đào chuyển sang nền đắp Ở những chỗ này nước thường chảy thấm dọc trong tầng đệm cát hoặc trong tầng đá dăm, cuội sỏi có độ rỗng lớn.

a) Hào thu nước ngang chảy về một bên b) Hào thu nước ngang chảy về hai bên

Sơ đồ bố trí hào thu nước ngang trên bình đồ

* Hào thu nước doc: Các hào thu nước dọc thường

được dùng để hút khô mặt đường trong các trường hợp sau:

- Ở những đoạn đường có độ dốc nhỏ (id ≤ 2%) và lượng nước thấm và mao dẫn vào lòng đường lớn Việc bố trí ống dọc có lỗ dọc suốt lòng đường nên

nước từ lớp cát đệm được thoát đi nhanh chóng, ống dọc có thể bố trí ở cả hai bên khi bề rộng lòng đường lớn (>5.5m), còn trong trường hợp bề rộng lòng

đường nhỏ hơn thì chỉ cần đặt một hệ thống ống dọc.

b.Thi công các lớp trong kết cấu áo đường

công, phải chú ý kỹ thuật tất cả các khâu trong thi

công KCAĐ, gồm:

+ Công tác chuẩn bị bề mặt.

+ Công tác vận chuyển vật liệu, hỗn hợp.

+ Công tác san, rải.

+ Công tác lu lèn.

+ Công tác bảo dưỡng.

1.3.3 Công tác hoàn thiện

Tu bổ bề mặt phần xe chạy, sửa chữa lại lề đường (đầm lại, bạt lề ), những chỗ lõm chưa đảm bảo chất lượng hoặc bị phá hỏng do hoạt động của xe, máy hay do đổ chứa vật liệu trong quá trình thi công.

Lắp đặt hệ thống cọc tiêu, biển báo, sơn vạch chỉ đường Và các hệ thống đảm bảo an toàn giao thông khác

1.2 Công tác đầm nén trong xây dựng mặt

đường

1.2.1 Lý thuyết đầm nén

- Làm cho khí thoát ra ngoài => độ chặt của hỗn hợp tăng lên Nh vậy sẽ tăng diện tích tiếp xúc, tăng số l ợng liên kết trong một đơn vị thể tích Kết quả là trong nội bộ vật liệu sẽ hình thành một cấu trúc mới khác với lúc ch a lu lèn và lực dính, lực ma sát, tính dính nhớt của bản thân vật liệu sẽ đ ợc tăng lên, tính thấm n ớc, hút ẩm sẽ giảm đi do đó tạo nên đ ợc c ờng độ cao, độ ổn

định về c ờng độ lớn.

Quỏ trỡnh đầm nộn diễn biến tốt hay xấu chớnh là thể hiện của hiệu qủa đầm nộn Muốn đầm nộn cú hiệu quả cao phải chọn cỏc thụng số đầm nộn, chế độ đầm nộn sao cho khắc phục được cỏch tốt nhất sức cản của VL phỏt sinh trong quỏ trỡnh đầm nộn

Sức cản của vật liệu phỏt sinh trong quỏ trỡnh đầm nộn bao gồm:

- Sức cản cấu trỳc: Sức cản này do lực liờn kết cấu trỳc giữa cỏc pha và thành phần cú trong hỗn hợp vật liệu gõy ra Liờn kết cấu trỳc giữa cỏc thành phần càng được tăng cường và biến cứng thỡ sức cản cấu trỳc càng lớn và nú tỷ lệ thuận với biến dạng của vật liệu Trong quỏ trỡnh đầm nộn độ chặt càng tăng thỡ sức cản cấu trỳc càng lớn.