ts Phạm huy khang Bộ môn Đường bộ - ĐH GTVT Tóm tắt: Bμi báo trình bμy một số giải pháp vμ phương pháp tính toán gia cường mặt đường bê tông xi măng khi thiết kế cải tạo nâng cấp các l
Trang 1phương pháp thiết kế nâng cấp mặt
đường bêtông xi măng
pgs ts Phạm huy khang
Bộ môn Đường bộ - ĐH GTVT
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy một số giải pháp vμ phương pháp tính toán gia cường mặt
đường bê tông xi măng khi thiết kế cải tạo nâng cấp các loại mặt đường bê tông cũ
Summary: The article presents some solutions and caculating methods to enforce
concrete pavement when designing to improving and upgrading concrete pavements which are
in use
I Đặt vấn đề
Cho đến nay chúng ta đã có nhiều đoạn
tuyến đường (trên các QL), nhiều hệ thống
đường trong các thành phố, thị xã, thôn xóm
có mặt bằng BTXM Vì nhiều lý do khác nhau,
cho đến nay người ta đã bắt đầu nghiên cứu
cải tạo, nâng cấp lại loại mặt đường này Bài
báo đề cập đến các phương pháp thiết kế cải
tạo và nâng cấp các loại mặt đường bê tông xi
măng cũ, những cơ sở lý thuyết và thực tiễn,
giúp cho những người làm công tác này có
những căn cứ và dữ liệu cần thiết, đồng thời
trực tiếp giúp đỡ cho công tác thiết kế cải tạo
nâng cấp loại mặt đường này
II Thực trạng loại mặt đường BTXM
ở nước ta hiện nay
Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) với
những ưu điểm nổi bật về cường độ (chịu nén,
chịu kéo cao), về tuổi thọ và khả năng ổn định
với nước, về duy tu bảo dưỡng thuận lợi, nên
đã trở nên phổ biến ở một số nước phát triển
Hầu hết các đường cao tốc của các nước phát
triển hoặc đang phát triển trên thế giới đều
bằng BTXM
Do điều kiện chiến tranh, và do nền kinh
tế gặp nhiều khó khăn, mặt đường BTXM ở nước ta còn có nhiều hạn chế chưa phát triển Những đoạn đường đầu tiên bằng bê tông xi măng (BTXM) ở nước ta là vào những năm 1964 - 1965 ở miền Nam, đó là xa lộ Sài gòn – Biên hoà gần 30 km bằng BTXM lắp ghép do Mỹ xây dựng, nhằm vào mục đích phục vụ cho cuộc chiến tranh xâm lược của
Mỹ ở miền nam nước ta
Còn ở miền Bắc đoạn đường đầu tiên và cũng là đoạn đường BTXM cốt thép hiện đại -
đẹp nhất nước ta hiện nay chính là đường Hùng Vương trước lăng Hồ Chủ Tịch, đây là
đoạn đường được xây dựng vào năm 1975 do Liên xô giúp đỡ Đây là đoạn đường phục vụ cho các cuộc duyệt binh vào ngày lễ lớn của dân tộc
Một thời gian dài khoảng 10 năm, do những khó khăn về kinh tế, đường giao thông nói chung và mặt đường BTXM nói riêng gần như không được phát triển
Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta phát triển mạnh, cơ sở hạ tầng được
đảng và nhà nước chú trọng, ưu tiên phát triển Cùng với việc phát triển các loại mặt
Trang 2đường thông dụng khác, mặt đường bê tông xi
măng cũng được hết sức chú trọng
Vào cuối thập niên 80 của thế kỷ trước,
trên một số tuyến QL đã sử dụng BTXM làm
mặt đường (QL3 đoạn Thái nguyên – Bắc cạn
khoảng 40 km) QL4 (đoạn Đầm Hà Tiên Yên
khoảng 10 km), QL 37 đoạn qua Nghĩa Lộ
(Yên Bái) khoảng 20 km
Một số thành phố lớn như Hà nội, Thành
phố Hồ Chí Minh, Thành phố Yên bái, Tuyên
quang cũng đã xây dựng một số tuyến đường
có mặt bằng BTXM
Cuối thế kỷ trước (khoảng nửa cuối thập
niên 90) thực hiện chủ trương “kích cầu“ của
Chính phủ, phong trào bê tông hoá đường
giao thông nông thôn đã phát triển mạnh
Nhiều tỉnh đã có các huyện, xã hoàn
thành công tác bê tông hoá hệ thống đường
trong các thôn, các đường liên xã - điển hình
là các tỉnh Thái bình, Hà nam, một số huyện
của tỉnh Nam định, Ninh bình Một số tỉnh
miền núi như Lai châu, Yên bái, Tuyên quang
cũng đã có hệ thống đường có mặt bằng
BTXM tương đối lớn
Hiện nay chúng ta đang tiến hành xây
dựng khoảng gần 500km đường BTXM trên
QL1 (khoảng 100 km trên những đoạn ngập
lụt) và trên đường Hồ Chí Minh khoảng 400
km (những đoạn đèo dốc) Những công trình
nay đang được tiến hành và đã có một số km
đã được xây dựng
Theo thống kê của Cục đường bộ Việt
nam, cho đến nay hệ thống đường có mặt
bằng BTXM ở nước ta (quy đổi) mới chiếm
khoảng 2,5% số đường quốc lộ trên toàn
quốc Như vậy so với thế giới, tỷ lệ này còn
quá thấp, chúng ta phải phấn đấu nhiều mới
bằng các nước trong khu vực
Những vấn đề đặt ra:
Về mặt lý thuyết tuổi thọ của mặt đường
BTXM nếu đảm bảo tốt khâu thiết kế và thi
công sẽ khoảng 30 - 40 năm Hệ thống đường BTXM chúng ta hiện nay nhiều đoạn mới khai thác khoảng 10 - 15 năm nhưng đã xuống cấp nghiêm trọng (đặc biệt là những đoạn đường
do địa phương tự xây dựng, nguyên nhân chủ yếu như sau:
+ Vấn đề về thiết kế, cho đến tận 1995 chúng ta mới chính thức ban hành được quy trình thiết kế mặt đường cứng Trước đó chúng
ta phải dựa vào các quy trình nước ngoài mà chủ yếu là của Liên xô, Trung quốc Ngoài ra
do điều kiện kinh tế khó khăn, việc lựa chọn kết cấu còn bị hạn chế, phải bỏ qua nhiều yếu
tố quan trọng trong kết cấu
+ Vấn đề thứ hai là trình độ và số lượng cán bộ kỹ thuật hoặc công nhân kỹ thuật về loại mặt đường này còn hạn chế về trình độ và
ít kinh nghiệm
+ Thiết bị thi công và chất lượng thi công rất kém Nhiều đoạn đường thi công bằng thủ công, hoặc thi công bán thủ công với chất lượng không đảm bảo
Những hiện tượng hư hỏng
1 Mặt đường BTXM bị vỡ tấm ở giữa hoặc góc cạnh Hiện tượng này có thể xảy ra như hiện tượng vỡ thành nhiều mảnh hoặc gẫy đôi tấm
Nguyên nhân là do tải trọng vượt tải và móng của tấm BTXM không đảm bảo, không
đồng nhất dẫn đến hiện tượng phát sinh ứng suất cục bộ gây vỡ tấm Một nguyên nhân nữa cũng có thể dẫn đến hiện tượng này là do chiều dày tấm và kích thước của tấm không đúng
2 Xảy ra hiện tượng cập kênh giữa hai tấm Nguyên nhân là do không có thanh truyền lực, hoặc thanh truyền lực không đúng, chất lượng thi công mối nối kém Hiện tượng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng chạy xe
3 Bề mặt tấm bị trơ đá do hiện tượng mòn bề mặt làm ảnh hưởng xấu, gây xóc khi chạy xe
Trang 3Nguyên nhân là do cường độ tấm bê tông
thấp, dẫn đến hiện tượng mòn như trên
Vì những nguyên nhân trên, nhiều đoạn
đường mặt bằng BTXM cần phải được nâng
cấp nhằm đảm bảo độ bằng phẳng, êm thuận
cho xe chạy
III Giải pháp thiết kế nâng cấp
mặt đường BTXM
Với những phân tích ở trên, chúng ta thấy
rằng có thể, tuỳ theo nguyên nhân và các hiện
tượng hư hỏng để đề ra các giải pháp khác
nhau
Có thể nêu ra các giải pháp sau:
1 Với những tấm bê tông cũ bị vỡ nát, để
đảm bảo tính đồng nhất cho móng khi thiết kế
mới, giải pháp trong trường hợp này là loại bỏ
phần bê tông mặt đường cũ, chỉ tận dụng
móng cũ còn lại nếu:
+ Móng cũ là đá dăm các loại
+ Móng cũ là vật liệu rời (cát, cuội sỏi)
+ Móng cũ là vật liệu gia cố chất liên kết
vô cơ còn tốt
2 Với những loại mặt đường bê tông bị
vỡ thành miếng lớn, hoặc một tấm bị gẫy làm
hai hoặc 3 tấm, bị gẫy góc Người ta có thể
tận dụng mặt bê tông để thiết kế thêm lớp mặt
tăng cường Trong trường hợp này bê tông trở
thành bê tông hai lớp
3 Với loại mặt đường bê tông xi măng cũ
chỉ trơ đá bề mặt, hoặc bị mòn nhanh dẫn đến
trơn trượt mặt đường Trường hợp này chỉ nên
xử lý lại bề mặt bằng nhựa (BTN hoặc láng
nhựa)
4 Với trường hợp khe giữa các tấm bị
vênh nhau (cập kênh) nhưng không vỡ tấm,
có thể bị mòn mép tấm tại khe nối Chúng ta
có thể xử lý bằng cách xử lý làm sạch, gia
cường lại mép và đổ lớp mắt tít mới tạo độ
bằng phẳng và êm thuận
Phương pháp tính toán với trường hợp 2:
Khi tấm bị vỡ thành một số tấm nhỏ, hoặc tấm không bị vỡ nhưng muốn tăng cường để nâng cao tải trọng Chúng ta có thể quy về bài toán sau:
Sơ đồ phân bố ứng suất của tấm hai lớp cách ly
Các giả thuyết:
Giữa tấm bê tông cũ và mới có tiếp xúc trơn Các tấm mỏng riêng rẽ có mặt trung hoà riêng, độ võng của tấm trên và dưới giống nhau, tổng mô men uốn của tấm hai lớp thu nhận là tổng mô men mối lớp thu nhận
Khi μ1 = μ2 = μ và từ phương trình chuyển
vị khi phân tích ứng suất do tải bánh xe gây
ra, ta có thể tìm được độ cứng khi uốn D3 của tấm hai lớp cách ly là tổng độ cứng của lớp trên và lớp dưới D1 và D2
D3 = D1 + D2 = ( 2)
3 2 2 3 1 1
1 12
h E h E μ
ư
+
(1)
Mô men uốn M1và M2 của lớp dưới và lớp trên của tấm hai lớp cách ly có thể tính theo công theo công thức sau:
M1 =
3
1
D
D
M =
3 2 2 3 1 1
3 1 1
h E h E
h E
M2 =
3
2
D
D
M =
3 2 2 3 1 1
3 1 2
h E h E
h E
Từ công thức tính ứng suất của tấm:
σ =
2
h
M 6 (3)
p
h2, E2, μ2
σ2
H1, E1, μ1
σ1
(2)
Trang 4Ta có thể tìm được ứng suất ở đáy tấm
của mỗi lớp:
σ1 =
2 1
1
h
M 6
;
σ2 =
2 2
1
h
M 6
Với trường hợp 3 có thể có hai trường hợp
xảy ra:
- Trường hợp 1: Khi bị hạn chế về kinh
phí, chúng ta chỉ cần láng nhựa lên trên tấm bê
tông cũ, lượng nhựa láng có thể 2 - 3 lớp với
lượng nhựa 3,5 kg/m2 Đá nên dùng đá dăm
kích cỡ 0,5x1
- Trường hợp 2: Khi có điều kiện và để
đảm bảo êm thuận và giải quyết vấn đề tăng
cường khả năng chịu lực Chúng ta có thể rải
hai lớp bê tông nhựa với tổng chiều dày không
nhỏ hơn 12 cm để chống nứt lan truyền
(thường là 7 cm bê tông nhựa hạt tho và 5 cm
bê tông nhựa hạt mịn)
Ngoài ra còn có 1 giải pháp tích cực hơn
nếu ta rải tăng cường lên trên khoảng 10 - 12
cm cấp phối đá dăm loại 1, sau đó thảm
khoảng 5 cm bê tông nhựa hạt trung hoặc hạt
mịn lên trên
III Kết luận
Mặt đường bằng vật liệu bê tông xi măng
là loại vật liệu có độ cứng lớn, đòi hỏi khi thiết
kế và thi công cần cẩn trọng Hiện nay, nhiều
nhà thiết kế đang gặp nhiều khó khăn khi thiết
kế cải tạo nâng cáp loại mặt đường này Với
các kiến nghị một số giải pháp, tác giả mong
muốn rằng các giải pháp nêu trên sẽ giúp các
nhà thiết kế có hướng đi đúng, đồng thời cũng
mong nhận được sự góp ý cùng tác giả
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Quang Chiêu Thiết kế mặt đường bê
tông xi măng Nhà xuất bản GTVT, 1995
[2] Lục Đỉnh Trung - Trịnh Gia Cầu Công trình nền
- mặt đường ôtô, Tập II - Đại học Đồng Tế Trung
quốc
[3] Nguyễn Quang Chiêu, Phạm Huy Khang Xây
dựng mặt đường ôtô Nhà xuất bản GTVT,
