thấp và móng đường cấp cao
a) Thiết kế cấu tạo:
- Bố trí Neoweb khi xây dựng mặt đường cấp thấp thực hiện như sau:
- Khi sử dụng hệ thống ô ngăn Neoweb với chức năng xây dựng mặt đường cấp thấp thì thường được lót một lớp vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật bên dưới:
+ Nền đất có CBR ≤ 3% thì sử dụng loại vải địa kỹ thuật loại dệt (cường độ chịu kéo ≥ 40kN/m) hoặc lưới địa kỹ thuật 2 trục (cường độ chịu kéo ≥ 30kN/m).
+ Nền đất có CBR > 3% thì sử dụng loại vải địa kỹ thuật không dệt (tỷ trọng ≥ 200gr/m2).
+ Vật liệu chèn lấp thường là các vật liệu có các chỉ tiêu c, ϕ và E theo yêu cầu thiết kế.
Kích thước hạt vật liệu chèn lấp ≤ 75mm.
Lớp vật liệu phủ mặt trên có kích thước giới hạn ≤1.5’’/37.5mm.
Trong trường hợp cho phép cần tối đa sử dụng vật liệu tại chỗ.
b) Tính toán thiết kế.
Tính toán thiết kế phải tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005; Thiết kế và thi công mặt đường cấp thấp áp dụng theo tiêu chuẩn TCVN 9162:2012 Công trình thủy lợi – Đường thi công – Yêu cầu thiết kế; 22 TCN 274-05: Chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế mặt đường mềm; 22 TCN 211-06: Áo đường mềm – Yêu cầu và Chỉ dẫn thiết kế; Quy trình thiết kế kết cấu áo đường AASHTO 1993; Thiết kế kết cấu áo đường theo phương pháp cơ học – thực nghiệm. Ngoài ra khi dùng (cường độ chịu kéo ≥ 40kN/m) với chức năng gia cố kết cấu mặt đường cấp thấp và móng đường cấp cao phải tính toán thêm các vấn đề sau:
- Nguyên lý gia cố của hệ thống gia cố ô ngăn hình dạng Neoweb trong kết cấu áo đường (đã được trình bày ở chương 2), bao gồm:
+ Hệ thống NeowebTM chi cắt khu vực vật liệu chèn lấp.
Khi vật liện nền đất hoặc móng áo đường được tăng cường bằng hệt thống NeowebTM, tải trọng thẳng đứng truyền trên lớp vật liệu chèn lấp trong hệ thống NeowebTM chuyển hóa một phần thành ứng suất ngang tác dụng lên thành các ô ngăn, phân bố ứng suất rộng hơn các ô liền kề, Kết quả làm giảm
ứng suất trong các vật liệu chèn lấp đảm bảo cho các vật liệu chèn lấp không bị phá hoại, tăng sức chịu tải và giảm độ lún.
+ Cường độ xung quanh ô ngăn.
Việc tăng cường kết cấu ô ngăn hình dạng NeowebTM còn làm hạn chế sự nở hông của vật liệu do sức khán của ô ngăn.
+ Sức kháng do áp lực đất bị động
Đất bên trong các ô lân cận cũng tạo ra sức kháng bị động chống lại tác động của tải trọng truyền xuống.
+ Sức kháng do áp ma sát thành bên
Ứng suất ngang tác dụng vào thành ô ngăn đã được đục lỗ và tạo nhám sẽ sinh ra sức kháng ma sát tiếp xúc giữa thành ngăn ô và vật liệu chèn lấp. Sức kháng này sẽ làm giảm áp suất thẳng đứng truyền xuống nền đất.
+ Sức kháng momen uốn.
Toàn bộ khối đất được kìm hãm và chắn giữ trong một kết cấu có cường độ chịu kéo cao tạo ra một lớp có sức kháng mômen uốn tăng lên. Sức kháng kết cấu này cũng làm tăng khả năng phục vụ tốt hơn, đặc biệt dưới các tải trọng tập trung.
+ Kết cấu ổn định lâu dài dưới tải trọng động lặp.
Thực tế và thì nghiệm cũng chứng minh rằng hệ thống NeowebTM có các đặc tính sau:
Cường độ và độ cứng biên rất tốt;
Sức kháng mỏi cao;
Hệ số giản nở vì nhiệt (CTE) thấp và ổn định kích thước tốt hơn dưới chu kỳ nhiệt;
Hệ số giảm cường độ kéo do từ biến nhỏ;
+ Hệ thống NeowebTM tạo ra một lực dính giả trong vật liệu hạt rời. Sử dụng thí nghiệm nén ba trục, cường độ tăng trong đất thông thường được thể hiện thông qua lực dính tương đương. Do lực dính tương đương và sự kiềm hãm của hệ thống NeowebTM với đất tạo ra độ cứng lớn hơn so với
đất không gia cố. Độ cứng của nền gia cố bằng NeowebTM xấp xỉ gấp đôi so với cường độ của nền không gia cố.
+ Ổn định chống mài mòn và xuống cấp vật liệu hạt rời
Tải trọng động lặp là nguyên nhân gây ra mài mòn cấp phối sẽ dẫn đến suy giảm đặc tính vật liệu nóng.
Độ mài mòn của vật liệu móng được gia cố bằng hệ thống NeowebTM giảm ở mức thấp và do vậy các đặc tính ban đầu được duy tŕ lâu hơn sơ với vật liệu móng không gia cố
+ Hệ thống NeowebTM giúp thoát nước ngang tốt.
Hệ thống gia cố nển đất ba chiều NeowebTM cũng là một hệ thống thoát nước ngang đồng thời thoát nhanh nước bề mặt đối với mặt đường không phủ bề mặt.
+ Hệ thống NeowebTM giảm chiều dầy kết cấu áo đường
Kết quả thực tế và thí nghiệm cho thấy khi áp dụng hệt thống NeowebTM làm chiều dầy kết cấu áo đường giảm đáng kể. Tải trọng càng lớn và nền các yếu thì sự giảm này càng lớn.
+ Hê thống NeowebTM giúp cải thiện các đặc trưng cơ lý vật liệu hạt rời là nhờ:
Neoweb phân tách vật liệu hạt rời, giúp chống ở hông của vật liệu hạt. Đồng thời các ô ngăn sẽ tương hỗ trong quá trình chịu lực
Ma sát thành bên giữa vật liệu rời và vách ngăn NeowebTM giúp phân bố tải trọng theo phương ngang
+ Hiệu ứng dầm giúp phân bố tải trọng ra rộng hơn và giảm độ lún cục bộ xuống nền.
- Tính khả năng sức chịu tải của nền dưới kết cấu Neoweb gia cố.
+ Sức chịu tải của nền (CBR) được cải thiện khi sử dụng kết cấu Neoweb gia cố thông qua hệ số Tăng sức chịu tải nền SIF (Subgrade Improvement Factor).
+ Kết cấu mặt đường gia cố Neoweb có sức chịu tải Neoweb có sức chịu tải nền cải thiện (CBR’) xác định như sau:
CBR’ = CBR x SIF Trong đó:
CBR: Sức chịu tải của nền ban đầu.
SIF là hệ số tăng sức chịu tải khi áp dụng Neoweb gia cố.
+ Hệ số tăng sức chịu tải (SIF) được xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào sức chịu tải ban đầu nền và mật độ giao thông (Theo nghiên kết quả nghiên cứu: “Hệ số tăng sức chịu tải của nền (SIF) khi áp dụng gia cố Neoweb”, GS Karpurapu Rajagopal, Trưởng phòng kỹ thuật công trình, Viện công nghệ Madras, Chnnai, Ấn Độ) như sau:
Mật độ lưu lượng xe phân loại xác định theo bảng sau:
Traffic Intensity Traffic Categories No. of Standard AxlePasses (18,000 lb)
1 Sporadic 0.0x104 ÷ 3.8x104 2 Very light 3.8x104 ÷ 1.0x105 3 Light 1.0x105 ÷ 3.6x105 4 Medium – light 3.6x105 ÷ 1.2x106 5 Medium – heavy 1.2x106 ÷ 5.5x106 6 Heavy 5.5x106 ÷ 1.5x107 7 Very heavy 1.5x107 ÷ 8.0x107
Bảng 3.3 . Bảng xác định mật độ lưu lượng xe phân loại
Hệ số SIF xác định theo bảng sau:
Traffic Intensity 1 2 3 4 5 6 7 CBR (%) SIF Value ≤ 1.0 3.1 3.1 3.1 3.0 3.0 3.0 2.8 2.0 3.0 3.0 3.0 2.9 2.9 2.8 2.7 3.0 2.8 2.8 2.9 2.7 2.7 2.6 2.5 4.0 2.6 2.6 2.6 2.5 2.5 2.4 2.3
5.0 2.2 2.3 2.3 2.1 2.1 2.1 2.0
6.0 2.0
7.0 1.7
8.0 1.5
Bảng 3.4 . Bảng xác định hệ số tăng sức chịu tải (SIF)
- Tính Môdun đàn hồi của lớp vật liệu gia cố.
Môdun đàn hồi của lớp vật liệu gia cố được cải thiện khi thực hiện gia cố Neoweb thông qua hệ số tăng môdun đàn hồi MIF (Modulus Improvement Factor).
Dựa vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết thiết kế gia cố nền bằng Hệ thống ô ngăn hình mạng Neoweb của GS. Jie Han, Xiaominh Yang và Robert L. Parsons (Đại học Kansas – Hoa Kỳ), và GS Dov Leshchinsky (Đại học Deleware – Hoa Kỳ) năm 2007, đưa ra hệ số tăng Modun đàn hồi If – Là hệ số cải thiện môdun đàn hồi của lớp vật liệu gia cố Neoweb so với lớp vật liệu thông thường nếu không gia cố.
MIF = Egiaco/Ekogiaco
Bảng hệ số gia cố nền MIF đối với mỗi loại Neoweb và vật liệu gia cố. Trường hợp Neoweb Cao 10cm Neoweb Cao 15cm Neoweb Cao 20cm Trung Bình Lớp cát 2.18 1.54 1.86 1.86 Lớp CPĐD 3.33 2.73 2.5 2.85 Bảng 3.5 . Bảng xác định hệ số gia cố nền (MIF)
Môdun đàn hồi của lớp vật liệu được gia cố xác định như sau: E’ = E x MIF
Trong đó:
E’ là môdun đàn hồi của lớp vật liệu sau gia cố.
E là môdun đàn hồi của lớp vật liệu thông thường.
MIF là hệ số gia cố nền khi áp dụng hệ thống ô ngăn hình dạng Neoweb.
- Tính chiều cao của lớp vật liệu gia cố (Phạm vi ảnh hưởng của kết cấu Neoweb).
Cũng theo các nghiên cứu, bên trên và bên dưới tại lớp kết cấu không gia cố cũng chịu ảnh hưởng của kết cấu Neoweb và tạo thành khu vực gia cố một phần. Do vậy, môdun đàn hồi của lớp này cũng được cải thiện.
Mô hình khu vực gia cố thực tế như sau:
Mô hình khu vực gia cố thiết kế được tính gần đúng như sau:
Như vậy chiều cao tính toán của lớp vật liệu gia cố Neoweb được xác định như sau:
H = 20mm (Bên trên lớp Neoweb) + hNeoweb + 20mm (bên dưới lớp Neoweb). Trong đó:
H: Chiều cao tính toán của lớp gia cố Neoweb (mm).
hNeoweb: Chiều cao của tấm Neoweb (mm)
Thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 9162: 2012 Công trình thủy lợi – Đường thi công – Yêu cầu thiết kế hoặc Quy trình thiết kế áo đường AASHTO 1993 trong đó chỉ điều chỉnh hệ số môdun đàn hồi của lớp vật liệu gia cố và khả năng tăng sức chịu tải của nền đất khi gia cố Neoweb.
Các bước tính toán thiết kế khác tương tự như kết cấu thông thường. - Tính toán thiết kế kết cấu áo đường cấp cao gia cố Neoweb.
Thiết kế theo các quy trình thiết kế kết cấu áo đường mềm thông thường như 22 TCN 21-06 hoặc 22 TCN 274-05 hay Phương pháp thiết kế Cơ học và Thực nghiệm trong đó chỉ điều chỉnh hệ số môdun đàn hồi và chiều dày của lớp vật liệu gia cố Neoweb.
Các bước tính toán thiết kế khác tương tự như kết cấu thông thường. - Tính toán lựa chọn loại Neoweb
+ Chọn loại Neoweb, chiều cao ô ngăn Neoweb và kích thước Neoweb theo mục đích gia cường phải dựa trên cơ sở tính toán ở mục 2.2 và không trái với yêu cầu nên ở mục 3.1
+ Lựa chọn loại Neoweb A, B, C hay D phụ thuộc vào cấp loại đường, thời gian khai thác và mục đích sử dụng như sau:
LOẠI CÔNG TRÌNH LOẠI PRS – NEOWEB
A B C D GIA CỐ NỀN VÀ MÓNG MẶT ĐƯỜNG Vị trí gia cố Áp dụng Áp dụng Áp dụng Áp dụng Nền đường √ √ √ √ Móng dưới X Ngắn hạn √ √ Móng trên X X Ngắn hạn √
Bảng 3.6 . Bảng lựa chọn loại Neowebtheo tính chất và mục đích sử dụng
3.3. Các yêu cầu công nghệ thi công xây dựng ô ngăn NeowebTM 3.3.1. Yêu cầu đối với vật liệu và thiết bị
a) Vật liệu Neoweb: Vật liệu Neoweb dùng để xây dựng Mặt đường cấp thấp và Móng đường cấp cao, phải đảm bảo các tiêu chí sau đây:
- Kích thước ô ngăn và tấm Neoweb áp dụng cho xây dựng Mặt đường cấp thấp và Móng đường cấp cao.
STT Chỉ tiêu Tên loại Neoloy
TH Đơn
vị
PRS 330 PRS 356 mm
1 Khoản các mối nối (± 2.5%) 330 356 mm
2 Chiều cao 100, 125,
150, 200
100, 125,
150, 200 mm
3 Kích thước ô khi căng (±3%) 210x250 224x260 mm
4 Số các ô/m2 39 35 Ô
5 Kích thước tấm tiêu chuẩn khi căng (±3%) 2.50x8.00 2.71x7.40 m
6 Diện tích tấm khi căng 20 20 m2
Bảng 3.7. Một số chỉ tiêu kỹ thuật Neoweb áp dụng cho gia cố mặt đường cấp thấp và móng đường cấp cao.
- Đặc tính cơ lý về độ cứng và cường độ
STT Chỉ tiêu Miêu tả Đơn vị Phương pháp thí nghiệm Neoweb Loại A Neowe b Loại B Neowe b Loại C Neowe b Loại D 1 Cường độ mối nối – Sức kháng rách mối nối ≥ 12 ≥ 14 ≥ 16 ≥ 18 kN/m ISO- 13426-1 Phần 1 phương pháp C(1) 2 Cường độ vật liệu ở trạng thái chảy ≥ 21 ≥ 24 ≥ 26 ≥ 28 Mpa ASTM D638, ISO 527 3 Cường độ trạng thái chảy (Trên bề rộng thành tấm đục lỗ) ≥ 9 ≥ 12 ≥ 18 ≥ 24 kN/m ISO 10319 (2)
(1): Hiệu chỉnh để có độ mở ô tối ưu.
(2): Tiêu chuẩn ISO 10319 được hiệu chỉnh để đạt được độ chính xác hơn trên các mẫu thí nghiệm kích thước khác nhau; dải được cắt từ 2 mối nối hàn và đảm bảo khoảng cách đặt kẹp thí nghiệm bằng ½ chiều cao; hướng thí nghiệm vuông góc với mối hàn. Mẫu thí nghiệm được đo với tốc độ biến dạng 20%/phút tại 230C.
- Độ ổn định hình dạng kích thước
STT Chỉ tiêu Miêu tả Đơn vị Phương pháp thínghiệm
1 Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) ≤ 80 ppm/0C ISO 11359-2(TMA)(4)
(4): Được đo trong miền nhiện độ từ - 300C đến + 300C - Đặc trưng làm việc ở nhiệt độ cao
STT Chỉ tiêu Miêu tả Đơn vị Phương pháp thínghiệm
1 Môdun uốn tích lũy tại các mốc nhiệt độ: Mpa ISO 6721-1 ANTME2254 (DMA)
300C > 750
450C > 650
600C > 550
750C > 300
- Độ bền oxi hóa và Quang hóa
STT Chỉ tiêu
Miêu tả
Đơn vị Phương pháp thínghiệm Bên trong
tường
1 Thời gian bị oxi hóa ≥ 125 Phút
ISO 11357-6, ASTM D3895 (OIT @ 2000C)
(Sức kháng UV) (HPOIT @ 2000C)
b) Ghim nối.
Sử dụng ghim nối chuyên dụng bề rộng ghim 12,7mm, chiều dài 10 – 15mm.
Tùy theo loại Neoweb mà sử dụng loại ghim và số lượng ghim theo từng chiều cao Neoweb.
STT Chiều cao Neoweb Số lượng ghim
1 ≤ 100 mm 4
2 ≤ 150 mm 5
3 ≤ 200 mm 6
Bảng 3.9. Bảng lựa chọn ghim nối ứng với chiều cao Neoweb.
c) Cọc neo: Cọc neo bằng thép xây dựng Ø 10-12mm hoặc bằng gỗ có chiều dài 50-60cm để phục vụ quá trình thi công.
d) Lớp vật liệu chèn Neoweb phải đảm bảo yêu cầu theo thiết kế.
e) Ngoài máy móc thiết bị dùng trong xây dựng đường phải có máy dập ghim chuyên dụng để nối các tấm Neoweb, máy dập ghim chuyên sử dụng ghim chuyên dụng theo điều 3.3.1.b.
f) Các loại vật liệu và máy thi công khác theo như các Quy trình thi công đường thông thường.
3.3.2. Công nghệ thi công
a) Thiết kế trước sơ đồ trải Neoweb và ghim nối Neoweb theo nguyên tác tổng chiều dài nối tấm ngắn nhất, đảm bảo đúng hướng căn.
b) Chuẩn bị mặt bằng trước khi trải Neoweb.
- Bơm hút nước hoặc tháo khô nền đường toàn bộ diện tích rải Neoweb. - Dọn sạch gốc cây, cỏ rác và các vật liệu khác.
- Đào đất đến cao độ thiết kế trải vãi địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật. - San phẳng đầm chặt đất nền trước khi trải. Hệ số đầm chặt theo thiết kế.
- Trường hợp nền đất yếu phải trải một lớp địa kỹ thuật để lót móng. Thi công vải địa kỹ thuật theo như Quy trình hiện hành.
- Thi công các lớp kết cấu bên dưới đảm bảo theo đúng các Quy trình thi công thông thường.
- Xác định và kiểm tra các vị trí mốc cao độ thiết kế và độ chặt của các lớp dưới.
c) Đóng cọc định vị
- Trước khi trải tấm Neoweb, tiến hành đóng các hàng rào cọc neo để định vị hệ thống Neoweb.
- Căng dây để xác định vị trí chính xác của cọc neo.
- Cọc neo phải cắm sâu, chắc chắn vào lớp đất cứng của nền đường. - Khoản cách cọc neo: Tùy thuộc vào từng loại Neoweb.
- Căng dây để xác định vị trí chính xác của cọc neo.
STT
Khoản cách cọc nên bao quanh tấm (±3%)
Đơn vị Theo chiều dọc tuyến Theo chiều vuông góc vớituyến
PRS-330 PRS-256 PRS-330 PRS-256