cuûa caùc loaïi maët ñöôøng naøy ñöôïc taêng leân roõ reät. Ñieån hình cho loaïi maët ñöôøng naøy laø caùc lôùp: ñaát hoaëc ñaù coù gia coá voâi, xi maêng,… vaø thöôøng duøng laøm lôùp [r]
(1)CHƯƠNG
THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM
6.1 Yêu cầu chung áo đường cấu tạo kết cấu áo đường 6.1.1 Yêu cầu chung áo đường
Áo đường cơng trình xây dựng đường nhiều tầng lớp vật liệu khác nhau, trực tiếp chịu tác dụng tải trọng xe chạy phá hoại thường xuyên nhân tố thiên nhiên mưa, gió, thay đổi nhiệt độ,… Do thiết kế xây dựng áo đường phải đạt yêu cầu sau đây:
- Áo đường phải có đủ cường độ chung biểu thị qua khả chống lại biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn chịu kéo uốn thay đổi nhiệt độ Ngoài ra, cường độ áo đường phải thay đổi theo điều kiện thời tiết, khí hậu, tức phải ổn định mặt cường độ
- Mặt đường phải đảm bảo đạt độ phẳng định để giảm sức cản lăn, giảm xóc xe chạy Do nâng cao tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiện liệu kéo dài tuổi thọ xe, giảm giá thành vận tải Để đảm bảo độ phẳng thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp ý đến biện pháp kỹ thuật thi công
- Bề mặt áo đường phải có đủ độ nhám định để nâng cao hệ số bám bánh xe với mặt đường, tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn với tốc độ cao trường hợp cần thiết dừng xe nhanh chóng Để đảm bảo độ nhám thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp
- Áo đường sản sinh bụi tốt Vì bụi làm giảm tầm nhìn, gây tác dụng xấu cho hành khách, hàng hóa gây nhiễm mơi trường
6.1.2 Cấu tạo kết cấu áo đường
Cấu tạo kết cấu áo đường hoàn chỉnh gồm có tầng mặt tầng móng, tầng lại gồm nhiều lớp vật liệu (Hình 1.1)
- Tầng mặt : chịu tác dụng trực tiếp tải trọng xe chạy (lực thẳng đứng lực nằm ngang) tác dụng nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, thay đổi nhiệt độ,…)
Tầng mặt phải đủ bền suốt thời kỳ sử dụng, phải phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống nứt, có khả chịu mài mịn tốt, khơng bụi bong bật
(2)- Tầng móng: bố trí lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất tải trọng bánh xe truyền xuống đường Như tận dụng vật liệu chỗ
Lớp móng : tiếp nhận áp lực tầng mặt truyền xuống móng đất, có tác dụng phân bố lực thẳng đứng để truyền xuống đất ứng suất giảm đến mức độ mà đất chịu Tầng móng làm vật liệu gia cố chất kết dính vơ hữu cơ, vật liệu rời rạc Ngoài nên cố gắng sử dụng vật liệu chỗ để làm lớp móng
Lớp móng có chức tương tự, lớp móng ngồi chức chịu lực, số trường cịn có số chức đặc biệt: nước làm khơ đường, cách nước cách hơi, tuỳ theo chức làm vật liệu thoát nước tốt vật liệu cách nước cách hơi; ( vải địa kỹ thuật, đất sét, đất gia cố đất đầm chặt cường độ cao )
Lớp tạo nhám (nếu có) Lớp mặt Lớp móng Lớp móng Lớp đáy móng (nếu có)
K ết c ấu n ền -a ùo đư ờn g áo đ ươ øng (k ết c ấu to ång th ề ne àn-m ặt đ ươ øng ) (k ết c ấu a ùo dư ờn g) K hu v ực ta ùc du ïng 0-10 0c m Ta àng m ặt Ta àng m ón g
Hình 1.1 Sơ đồ tầng, lớp kết cấu áo đường mềm kết cấu - áo đường
6.2 Phân loại áo đường
6.2.1 Phân loại theo vật liệu cấu trúc vật liệu
1) Các tầng lớp áo đường làm vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá nguyên lý cấp phối:
(3)Ưu điểm: cơng nghệ thi cơng đơn giản Nhược điểm: địi hỏi q cao hình dạng, kích cỡ cường độ đá, tốn công lu lèn, sức chịu bong bật nên thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp thấp làm lớp móng cho đường cấp cao
- Theo nguyên lý cấp phối: mặt đường cấp phối cấu trúc hỗn hợp đá, sỏi, cuội, cát, đất từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ trộn với theo tỷ lệ định để đảm bảo sau lu lèn hỗn hợp có độ rỗng nhỏ, tức đạt độ chặt lớn Cường độ hình thành lực dính lực ma sát hạt tăng lên
Yêu cầu khống chế tỷ lệ phối hợp thành phần hạt số dẻo (thông qua hàm lượng hạt nhỏ – đất dính) Nếu hàm lượng sét nhiều làm cho mặt đường ổn định với nước, q khơng đủ dính kết
Ưu điểm: tạo thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu địa phương, cường độ hạt khơng địi hỏi q cao, tốn công lu lèn Nhược điểm: ổn định nước, mùa mưa lầy lội, mùa khơ nhiều bụi
2) Các tầng lớp áo đường làm vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá nguyên lý cấp phối có trộn thêm chất kết dính vơ (xi măng, vơi,…): nhờ có chất kết dính nên cường độ tính ổn định nước
của loại mặt đường tăng lên rõ rệt
Điển hình cho loại mặt đường lớp: đất đá có gia cố vơi, xi măng,… thường dùng làm lớp móng cho đường cấp cao Áo đường bê tông xi măng thuộc loại cấu trúc đặc biệt tốt thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp cao, chịu bào mòn bề mặt, khả chịu kéo uốn lớn
3) Các tầng lớp áo đường làm vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc theo nguyên lý đá chèn đá nguyên lý cấp phối có trộn thêm chất kết dính hữu (bi tum, guđrông): tùy theo phương pháp thi công, ta có:
+ Theo phương pháp tưới:
- Mặt đường thấm nhập nhựa: tưới nhựa vào lớp đá rải sẵn chèn lu lèn, tùy theo chiều sâu nhựa thấm nhập mà ta có: thấm nhập nhẹ, bán thấm nhập thấm nhập sâu
- Mặt đường láng nhựa: tưới nhụa lên tầng mặt hình thành rải sỏi sạn đá dăm nhỏ lu cho đá sỏi chìm vào nhựa
+ Thi cơng theo phương pháp trộn có loại: đất gia cố nhựa; đá dăm
(4)nhựa (bao gồm đá, cát, bột khoán 4-12% nhựa đem trộn với theo nguyên lý cấp phối tốt lu lèn chặt)
6.2.2 Phân loại theo đặc điểm tính tốn cường độ áo đường Có hai loại: áo đường cứng áo đường mềm
- Áo đường cứng (mặt đường bê tông xi măng): kết cấu có khả
chịu kéo uốn lớn, làm việc theo nguyên lý đàn hồi, tức phân bố áp lực tải trọng bánh xe xuống đất diện tích rộng làm cho đất phía phải tham gia chịu tải
- Áo đường mềm: kết cấu với tầng lớp khả chịu uốn
hoặc có khả chịu uốn nhỏ, tác dụng tải trọng bánh xe chúng chịu nén chịu cắt trượt chủ yếu Do đất tham gia chịu tải với mặt đường mức độ đáng kể
Thuộc áo đường mềm tất loại áo đường làm vật liệu khác nhau, trừ mặt đường bê tông xi măng
6.3 Nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường 6.3.1 Trình tự thiết kế áo đường:
1) Đề xuất phương án cấu tạo kết cấu áo đường, phương án bao gồm tầng mặt tầng móng, tầng có nhiều lớp vật liệu khác
2) Kiểm toán cường độ chung kết cấu áo đường cường độ tầng lớp áo đường Tính tốn xác định bề dày lớp
3) Tính tốn luận chứng kinh tế – kỹ thuật, so sánh phương án để lựa chọn phương án tối ưu
6.3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường:
Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường nhằm chọn bố trí hợp lý lớp vật liệu phù hợp với chức yêu cầu tầng lớp áo đường
Nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm:
1) Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể mặt đường, tức phải sử dụng biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ đất, tạo điều kiện thuận lợi cho đất tham gia chịu tải với áo đường
- Yêu cầu thiết kế kết cấu áo đường kín ổn định nhiệt, có tầng mặt khơng thấm nước, nước mặt nhanh
- Phải ý sử dụng tối đa vật liệu chỗ nhằm giảm giá thành xây dựng cơng trình
(5)- Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư thiết kế cấu tạo áo đường, dự tính biện pháp tăng cường bề dày, thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường cho phù hợp với yêu cầu xe chạy tăng dần theo thời gian
2) Cấu tạo tầng mặt áo đường:
Tùy theo cấp hạng kỹ thuật mặt đường phạm vi sử dụng loại tầng mặt bao gồm:
- Bê tơng nhựa chặt hình thức nhựa bitum đun nóng, nhũ tương bitum nhựa bitum lỏng
- Đá dăm nước khơng có có xử lý nhựa (thấm nhập nhựa, láng nhựa,…) xử lý chất kết dính vơ láng nhựa lên
- Cấp phối đá dăm cấp phối thiên nhiên có khơng có xử lý chất kết dính vơ
- Cát, đất cải thiện thành phần hạt gia cố chất kết dính vơ cơ, có lớp bảo vệ
- Lát đá, gạch nung lát gạch bê tơng
Có loại tầng mặt:
Cấp thiết kế ñường (theo TCVN 4054) Loại tầng
mặt Vật liệu cấu tạo tầng mặt
Thời hạn thiết kế
(năm)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế (trục xe
tiêu chuẩn/làn)
Cấp I, II, III cấp IV
Cấp cao A1
Bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ, hạt trung làm lớp mặt trên; hạt trung, hạt thô (chặt hở loại I loại II) làm lớp mặt
≥10 > 4.106
Cấp III, IV cấp V
Cấp cao A2
-Bê tông nhựa chặt loại II, ñá dăm ñen hỗn hợp nhựa nguội có láng nhựa
-Thấm nhập nhựa
-Láng nhựa (cấp phối ñá dăm, ñá dăm tiêu chuẩn, ñất ñá gia cố có láng nhựa)
8-10
5-8 4-7
> 2.106
> 1.106 > 0.1.106
Cấp IV, V VI
Cấp thấp B1
Cấp phối ñá dăm, ñá dăm nước, cấp phối thiên nhiên có lớp bảo vệ rời rạc (cát) có lớp hao mịn cấp phối hạt nhỏ
(6)- Cày xới lớp mặt áo đường cũ, dùng lại vật liệu lớp trộn thêm với chất liên kết để tạo nên lớp có cường độ cao hơn, sau rải thêm lớp mặt
- Đào bỏ áo đường cũ thiết kế kết cấu (áp dụng không cho phép nâng cao bề mặt áo đường)
6.9.1 Điều tra đánh giá tình trạng kết cấu áo đường cũ:
Khi điều tra đánh giá tình trạng hư hỏng áo đường cũ, cần mô tả: - Nứt cá biệt: khe nứt có dạng cách xa 10m
- Nứt thưa: khe nứt ngang xiên không liên hệ với nhau, khoảng cách từ – 10m
- Nứt dày: nhiều khe nứt nói chung chưa khép kín, khoảng cách chúng – 4m
- Nứt thành lưới: khe nứt khép kín mắc lưới
- Nứt dọc vệt xe chạy kết hợp nứt ngang: khe nứt dọc vệt xe chạy cách 0,2 – 0,4m vệt nứt ngang cách – 4m bề rộng mặt đường
- Vệt hằn: trắc ngang mặt đường bị hằn vệt bánh xe - Lún cục bộ: lún lõm lòng chảo kèm theo mạng lưới khe nứt
- Bong, bật, tróc: bề mặt đường bị phá hoại, cốt liệu bị phá rời khỏi chất kết dính
- Ổ gà: hõm sâu với góc cạnh rõ rệt
- Làn sóng: lượn sóng có quy luật (thường vết lồi, lõm theo hướng ngang cách 0,5 – 2m)
- Trượt ngang: có dịch chuyển lớp mặt, thường thấy đoạn dốc lớn, nơi hay phải dừng xe chỗ giao nhau, trước trạm thu phí,…)
- Vỡ, gãy: phá hoại hoàn toàn áo đường, mặt cắt ngang áo đường bị biến dạng
6.9.2 Thử nghiệm đánh giá cường độ kết cấu áo đường cũ:
Việc thử nghiệm phải tiến hành đoạn nhỏ 1000m Với mặt đường nhựa đoạn tiến hành đo độ võng đàn hồi bánh xe 20 điểm (bình quân 50m/điểm) Với đoạn nhỏ 100m có cường độ chênh lệch hẳn với xung quanh phải đo đủ 15 điểm đoạn (8 – 10m đo điểm)
(7)Ở đoạn phải tiến hành đào bóc chỗ kết cấu áo đường cũ để xác định bề dày lớp kết cấu, tình trạng chất lượng chúng, đo E0, C,
ϕ đất Chỗ đào bóc phải trùng với điểm đo độ võng đàn hồi bánh xe (thường chọn chỗ có tình trạng hư hỏng đặc trưng cho đoạn) 6.9.3 Xác định bề dày lớp tăng cường:
Tùy theo mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc, mô đun đàn hồi vật liệu lớp
tăng cường Ei mô đun đàn hồi chung kết cấu áo đường cũ Ech Sau
phải kiểm tra cường độ chung kết cấu áo đường tăng cường theo điều kiện trượt chịu kéo uốn