Ảnh hưởng của lớp trên nền đường đến kết cấu áo đường mềm

Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường là tiến hành lựa chọn, bố trí các tầng lớp kết cấu một cách hợp lý để đảm bảo đúng chức năng của mỗi lớp đạt yêu cầu về chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và về các nhân tố tác động của môi trường, đồng thời vừa đảm bảo được tính kinh tế trong đầu tư xây dựng và trong duy tu bảo dưỡng về sau.Thiết kế nền mặt đường theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đường, mỗi lớp kết cấu thường được làm bằng vật liệu khác nhau có cường độ và chiều dày khác nhau với chức năng độc lập. Tuỳ theo vị trí của mỗi lớp mà vai trò chức năng của nó đối với toàn bộ kết cấu áo đường sẽ khác nhau. Tuy nhiên chúng ta không thể phủ nhận vai trò của nền đường, nhất là cường độ lớp trên của nền.

Phần Mở đầu

1 Đặt vấn đề nghiên cứu

Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng là tiến hành lựa chọn, bố trí các tầng lớp kết cấu một cách hợp lý để đảm bảo đúng chức năng của mỗi lớp đạt yêu cầu về chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và về các nhân tố tác động của môi trờng, đồng thời vừa

đảm bảo đợc tính kinh tế trong đầu t xây dựng và trong duy tu bảo dỡng về sau

• Thiết kế nền mặt đờng theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đờng, mỗi lớp kết cấu thờng đợc làm bằng vật liệu khác nhau có cờng độ và chiều dày khác nhau với chức năng độc lập Tuỳ theo vị trí của mỗi lớp mà vai trò chức năng của nó đối với toàn bộ kết cấu áo đờng sẽ khác nhau Tuy nhiên chúng ta không thể phủ nhận vai trò của nền đờng, nhất là cờng độ lớp trên của nền

• Vì nhiều lý do mà từ trớc đến nay chúng ta cha thực sự quan tâm đến lớp trên nền đờng

Chính vì vậy, mà tác giả rất mong muốn qua đề tài này nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm

2 Nội dung nghiên cứu:

• Trình bày một cách hệ thống và làm sáng tỏ những ảnh hởng lớp trên nền ờng đến kết cấu áo đờng mềm

đ-• Kiến nghị một số giải pháp cụ thể có thể sử dụng trong công tác thiết kế cho lớp trên nền đờng trong kết cấu áo đờng mềm

3 Đối tợng nghiên cứu:

• Lớp trên nền đờng (đáy áo đờng): cả trong phạm vi nền đắp và nền đào với chiều sâu giới hạn 0,60m -:- 0,8m

• Lớp nền đờng

• Cờng độ của đất nền, môđun đàn hồi đặc trng trên mặt đờng cũ

• Các đặc trng cơ lý phần đất đáy áo đờng

4 Phơng pháp nghiên cứu:

Phơng pháp nghiên cứu thực tiễn, phơng pháp nghiên cứu lý thuyết tính toán theo Quy trình Việt Nam và nớc ngoài

Chơng II: Một số giải pháp vật liệu dùng cho kết cấu trên nền đờng và các

ph-ơng pháp xác định môđun đàn hồi của lớp trên nền đờng

Chơng III: Các bài toán đa vào tính toán ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm

Chơng IV: Kết luận – Kiến nghị

Ch ơng I:

tổng quan về các phơng pháp tính toán mặt đờng mềm

và quan niệm về lớp trên nền đờng

trong công tác thiết kế.

1.1 Tổng quan về các phơng pháp tính toán mặt đờng mềm

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phơng pháp thiết kế mặt đờng, đợc chia thành

• Phơng pháp tính toán theo JTJ014-86 (Trung Quốc)

• Phơng pháp 22 TCN-211-06 (Việt Nam)

• Phơng pháp Alizé 3 (Pháp)

 Phơng pháp kinh nghiệm – thực nghiệm:

Đợc xây dựng dựa trên các cơ sở kinh nghiệm thu đợc trên các đoạn đờng thực nghiệm hoặc trên các mạng lới đờng đang khai thác:

• Phơng pháp của Trung tâm thiết kế nhà và công trình Pháp

 Các bản thiết kế điển hình (Catalo) đợc lập riêng cho từng nớc – Các bản catalo này đợc lập dựa vào các số liệu thu đợc qua theo dõi tình hình mạng lới đờng

đang khai thác và kiểm toán lại kết cấu bằng phơng pháp lý thuyết

1.1.1 Phơng pháp CBR:

 Phơng pháp CBR do OJ Porter ở Viện đờng bộ bang Clifornia đề xuất năm

1938 – Sau 14 năm tiến hành thí nghiệm trên các tuyến đờng của bang này, Porter

đã đợc mối quan hệ thực nghiệm giữa chỉ số CBR của đất (xác định bằng thí nghiệm nén CBR quy định) với chiều dày tối thiểu của mặt đờng bảo đảm không bị phá hoại

do sinh ra biến dạng dẻo trong đất đó

 Đã lập đợc toán đồ tìm ra chiều dày cần thiết của móng đờng cho hai cấp giao thông trung bình – nặng (tơng đơng với bánh xe 5,4T) và giao thông nhẹ (bánh xe 3,1T)

 Peltier đã dựa trên các đờng cong toán đồ này để tìm ra biểu thức chung sau

để tính toán chiều dày mặt đờng

5

150 100

Trong đó:

e – Chiều dày mặt đờng, (cm)

P – trọng lợng bánh xe, (t)

CBR- tính bằng %

1.1.2 Phơng pháp của Viện nghiên cứu đờng Anh:

Sau khi tiến hành những thí nghiệm trên các đờng ôtô Anh, Viện nghiên cứu

đờng Anh đã công bố các toán đồ mới, so với phơng pháp CBR có những cải tiến sau:

 Xem tác dụng của sự lặp lại tải trọng với chiều dày tuân thủ theo quy luật lôgarit

 Bỏ qua tác dụng của xe có tổng trọng lợng dới 3T Phơng pháp này tính mặt

đờng với tuổi thọ khoảng 20 năm Để hạn chế chiều sâu vệt bánh xe tối đa là 2cm, phơng pháp này cố định chiều dày lớp mặt và lớp móng trên và xác định chất lợng vật liệu của lớp này Chỉ có chiều dày lớp móng dới thay đổi theo CBR của lớp trên nền đờng

 Phơng pháp này còn cha xét đến sự tơng đơng giữa các trục bánh xe, tuy nhiên đã xét đến sự lặp lại của tải trọng

 Về chất lợng vật liệu, nếu lớp móng trên làm bằng hỗn hợp đá trộn nhựa thay cho vật liệu không gia cố thì cho phép giảm đi 40% chiều dày Các điều kiện thí nghiệm CBR ngâm nớc đợc cho là quá nghiêm khắc nên việc nén lún đợc tiến hành

ở độ ẩm gần với độ ẩm tốt nhất của Proctor khi mực nớc ngầm nằm dới cao độ nền

đờng trên 1m

 Trong lần xuất bản thứ 3 (năm 1971), các toán đồ này đã đợc cải biến nhiều

so với hai lần trớc 1960 và 1966 với các đặc điểm sau:

- Lợng giao thông đợc đánh giá theo số tơng đơng của trục bánh xe tiêu chuẩn (8,1T)

- Tuổi thọ quy định là 20 năm đối với mặt đờng mềm và 40 năm đối với mặt ờng cứng

đ-1.1.3 Thí nghiệm của AASHTO và các phơng pháp dựa trên kết quả của thử nghiệm:

Thí nghiệm về đờng ôtô của AASHTO tiến hành ở bang IIIinois (Mỹ) từ năm

1958 đến năm 1962 đã xác định đợc các vấn đề chủ yếu sau:

 Khi tác dụng trùng phùng và tải trọng trục bánh của ôtô càng lớn thì chiều dày mặt đờng càng dày

 Giữa tác dụng của các ôtô có tại trọng trục bánh khác nhau và áp lực hơi trong bánh khác nhau có tồn tại bằng quan hệ hằng số nhất định Từ đó có thể xác định

hệ số quy đổi ôtô các loại về ôtô tính toán

 Chiều dày quy đổi của kết cấu mặt đờng có thể tính theo công thức:

Hqđ=a1h1+ a2h2+ a3h3

a1, a2, a3: là các hệ số không thứ nguyên

h1, h2, h3: chiều dày lớp mặt, lớp móng trên và lớp móng dới

 Qua thí nghiệm AASHTO đã tìm ra đợc một số phơng pháp xác định chất ợng mặt đờng theo chỉ số năng lực phục vụ PSI – PSI có giá trị giảm dần khi mặt

l-đờng bị h hỏng dới tác dụng của xe cộ

 Chỉ tiêu PSI đợc quy định nh sau: 4 và 5 - áo đờng rất tốt, 2 đến 3 chất lợng trung bình, 1 và 2 – trung bình yếu, 0 và 1 – xấu

 Trên cơ sở nghiên cứu thống kê quan sát áo đờng mềm đã tìm ra công thức xác định PSI nh sau:

2

38 , 1 01

, 0 ) 1 lg(

91 , 1 03 ,

P – diện tích mặt đờng cần sửa chữa, m2/1000m2

d2- Bình phơng chiều sâu trung bình của vết bánh xe (inch)

Với thí nghiệm AASHTO:β

B,r: các hệ số phụ thuộc vào tải trọng trục bánh và kết cấu mặt đờng

ở nớc Bỉ khi sử dụng phơng pháp AASHTO đã thay đổi các giá trị giới hạn của Ditb.C + P bằng các số, thay đổi theo cấp đờng

Đờng trục chính Ditb C + P Đờng trục chính Ditb C + P

∑N = 1 , 40 + 1 , 32 lgQ− 3 , 25 lgl

lgTrong đó:

Q: tải trọng trục bánh xe tính toán (t)

l: Độ võng (cm)

N: Cờng độ giao thông

 Hầu hết các phơng pháp sử dụng ở các nớc Tây âu và Mỹ đều dựa trên các số liệu căn cứ sau:

• Các đặc trng cờng độ (năng lực chịu tải) của nền đờng

• Lợng giao thông trên một làn xe đã tính đổi về tải trọng tính toán (trục bánh 8 – 10 – 13T)

• Cờng độ của đất ở Mỹ và nhiều nớc khác đợc đặc trng bằng chỉ số CBR đợc xác định bằng tấm ép đờng kính 5cm, ép với tốc độ 1,25mm/phút, đến độ sâu 2,5mm trong mẫu đất hoặc vật liệu làm đờng khác trong cối hình trụ chiều cao 20cm, đờng kính 20cm Đất thí nghiệm ngâm bão hoà nớc trong 4 ngày đêm áp lực đo đợc đợc đối chiếu với áp lực chuẩn bằng 100 áp lực chuẩn là áp lực tác dụng trên tấm ép đặt trên nền đá dăm

1.1.3.1 Phơng pháp Shook và Finn:

Dựa trên việc phân tích các kết quả thí nghiệm của AASHTO, phơng pháp này xác định chiều dày quy đổi Hqđ của áo đờng theo trị số CBR và tổng số lần đi qua của ôtô tính toán theo toán đồ

1 , 8

1

2 0

1.1.3.4 Phơng pháp của Viện ASPHALT (Mỹ):

Phơng pháp này tính chiều dày tổng cộng của áo đờng có điều chỉnh cho các lớp gia cố bằng vật liệu kết dính

Trình tự các bớc tính toán nh sau:

• Tính đổi lợng giao thông ngày đêm về lợng giao thông tính toán trục bánh 8,2T cho làn xe nặng nhất

• Để xét tới sự tăng trởng của giao thông sau 20 năm thờng nhân với hệ số 1,4

từ CBR của nền đất đã cho dựa vào toán đồ của Viện ASPHALT (Mỹ), xác

định chiều dày áo đờng H với điều kiện toàn bộ đờng đó là vật liệu gia cố nhựa đờng

1.1.3.5 Phơng pháp SHELL (tác giả Dorman và Edwards)

1.1.3.6 Phơng pháp mới của AASHTO:

 Nội dung của phơng pháp này là xác định chỉ số kết cấu của mặt đờng, ký hiệu nền đờng và mức giảm độ phục vụ cho phép của mặt đờng

 Sai số chuẩn E0 là sai số chung xét tới những sai sót trong việc dự toán lợng giao thông và xác định “độ phục vụ” của mặt đờng ứng với lợng giao thông cho trớc

 Sự giảm độ phục vụ ∆PSI (giảm chất lợng khai thác) của mặt đờng đợc tính bằng hiệu của chỉ số năng lực phục vụ PSI ban đầu (thờng từ 4 -:- 4,5) và chỉ số PSI

ở cuối niên hạn sử dụng của mặt đờng (thờng từ 2 -:- 2,5) mà theo quy định không

đợc thấp hơn trị số này

 Để xác định chỉ số kết cấu SN phải sử dụng sơ đồ hình vẽ:

 Tính toán kết cấu mặt đờng theo trình tự sau:

• Kiểm toán chỉ số kết cấu mặt đờng ở độ cao nền đờng theo công thức:

3 3 3 2 2 2 1 1

3 a D a D m a D m

Chỉ số này phải cao hơn hoặc bằng chỉ số kết cấu SN tìm đợc ở toán đồ tính toán chiều dày kết cấu mặt đờng của AASHTO

• Kiểm toán chỉ số kết cấu mặt đờng ở lớp móng dới:

2 2 2 1 1

Chiều dày kết cấu mặt đờng đợc xác định sao cho đảm bảo năng lực chịu tải của

đất nền và chịu đợc cờng độ giao thông thiết kế

Trờng hợp mặt đờng có một hoặc nhiều lớp cứng có thể bị phá hoại do ứng suất kéo uốn xuất hiện dới đáy của lớp cứng đó không

Các quy định kỹ thuật đối với việc chọn vật liệu và thi công cụ thể:

• Lớp trên của nền đắp ít nhất 30cm phải dùng loại đất có sức chịu tải cao, không dùng loại đất kém ổn định hoặc trơng nở khó đầm chặt

• Lớp móng trên và lớp móng dới phải đợc đầm chặt, đủ sức chịu tải và ổn định nhằm tránh phá hoại dới tác dụng của ứng suất nén và ứng suất cắt do xe chạy gây ra

• Cốt liệu để làm lớp mặt hoặc lớp móng trên phải đủ cứng nhằm tránh hao mòn hoặc mỏi dới tác dụng của xe chạy

• Mép lề đờng phải có đá vỉa và phải đợc gia cố đảm bảo mặt đờng không bị lún

xệ và thuận tiện trong việc mở rộng mặt đờng

Việc tính toán thiết kế mặt đờng của Pháp đợc tiến hành dựa vào phơng pháp hợp lý của chơng trình ALIZE 3 (là phơng pháp giải chính xác bài toán bán không

1.1.5 Phơng pháp tính toán áo đờng mềm theo 22TCN 211-06:

 Nguyên tắc thiết kế:

Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đờng, tức là trong mọi ờng hợp phải chú trọng các biện pháp nâng cao cờng độ và sự ổn định cờng độ của khu vực tác dụng để tạo điều kiện cho nền đất tham gia chịu lực cùng với áo đờng

tr-đến mức tối đa, từ đó giảm đợc bề dày áo đờng và hạ giá thành xây dựng Đồng thời, còn phải sử dụng các biện pháp tổng hợp khác nhau (biện pháp sử dụng vật liệu và tổ hợp các thành phần vật liệu, biện pháp thoát nớc cho các lớp có khả năng bị nớc xâm nhập ) để hạn chế các tác dụng của ẩm và nhiệt đến c… ờng độ và độ bền của mỗi tầng, lớp trong kết cấu áo đờng và đặc biệt là biện pháp hạn chế các hiện tợng phá hoại bề mặt đối với lớp mặt trên cùng do xe chạy gây ra

 Công tác thiết kế áo đờng mềm gồm các nội dung chủ yếu sau:

+ Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đờng: Nội dung chính ở đây là chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng, lớp áo đờng, chọn các giải pháp tăng cờng cờng độ và sự ổn định cờng độ của khu vực tác dụng (bao gồm cả các giải pháp thoát nớc nếu cần, cho các lớp kết cấu nền áo đờng).+ Việc thiết kế cấu tạo này có ý nghĩa hết sức quan trọng vì thực tế có nhiều yêu cầu không thể giải quyết bằng biện pháp tính toán, đặc biệt là để hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt do xe cộ và do các tác nhân môi trờng thì chỉ có thể giải quyết bằng biện pháp cấu tạo thích hợp

+ Tính toán kiểm tra cờng độ chung và cờng độ trong mỗi lớp kết cấu áo đờng xác định bề dày mỗi lớp kết cấu áo đờng theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép.+ Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm các đặc trng cơ học của các vật liệu đó để đa ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu sử dụng cho mỗi lớp kết cấu

 Yêu cầu tính toán

Sau khi căn cứ vào các quy định đa ra các phơng án cấu tạo kết cấu nền áo ờng thì yêu cầu của việc tính toán là kiểm tra xem các phơng án, cấu tạo đó có đủ c-ờng độ không, đồng thời tính toán xác định loại bề dày cần thiết của mỗi lớp kết cấu

đ-và có thể phải điều chỉnh lại bề dày của mỗi lớp theo kết quả tính toán

Kết cấu nền áo đờng mềm đợc xem là đủ cờng độ nếu nh trong liền thời hạn thiết kế quy định dới tác dụng của ô tô nặng nhất và của toàn bộ dòng xe trong bất

kỳ lớp nào (kể cả nền đất) cũng không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của các lớp liền khối không bị phá vỡ và độ võng đàn hồi của kết cấu không vợt quá trị số cho phép

 Các tiêu chuẩn cờng độ:

Theo yêu cầu nêu trên, nội dung tính toán chính là tính toán kiểm tra 3 tiêu chuẩn cờng độ dới đây:

Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắt trợt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo trong chúng không xảy ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phát sinh biến dạng dẻo)

Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối nhằm hạn chế sự phát sinh nứt dẫn đến phá hoại các lớp đó

Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng biểu thị bằng trị số môđun đàn hồi Ech của cả kết cấu nền áo đờng so với trị số môđun đàn hồi yêu cầu Eyc Tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo hạn chế đợc sự phát triển của hiện

tợng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu dới tác dụng trùng phục của xe cộ, do đó bảo

đảm duy trì đợc khả năng phục vụ của cả kết cấu đến hết thời hạn thiết kế

đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thác đờng trong nhiều năm để đa

ra các quy định về các tiêu chuẩn giới hạn cho phép

Căn cứ vào môđun đàn hồi nền đờng làm một trong những cơ sở thiết kế áo ờng mềm

đ-1.2 Quan niệm vai trò lớp trên nền đờng trong công tác thiết kế

1.2.1 Khái niệm về lớp trên nền đờng:

Gần đây trong công tác xây dựng nền mặt đờng của đờng ôtô và sân bay của các lớp phát triển có thêm một lớp kết cấu gọi là “Campping layer” (Tiếng Anh) và

“Couche de forme” (Tiếng Pháp) mà quy trình ta cha có, chúng tôi tạm gọi là “lớp trên nền đờng”

Đây là một lớp kết cấu quá độ nhằm làm cho các đặc trng bấp bênh và phân tán của đất đắp hoặc đất đào phù hợp với các đặc trng yêu cầu dùng làm số liệu căn

cứ trong thiết kế mặt đờng

Theo quan điểm của AASHTO:

+ Lớp đất trrên cùng của nền đờng đắp dày 30cm (nếu chiều dày toàn bộ mặt đờng < 60cm) phải đợc đầm nén đến độ chặt ≥ 0,98 độ chặt tiêu chuẩn theo thí nghiệm của AASHTO T99/90

+ Đối với nền đào và nền không đào không đắp thì chiều dày của lớp đất trên cùng là 30cm phải đợc đầm nén đến độ chặt nói trên, không phụ thuộc vào chiều dày mặt đờng

+ Cao độ đáy mặt đờng phải cao hơn mực nớc ngầm tính toán (hay mực nớc đọng thờng xuyên) một độ cao quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4054-05

+ Trờng hợp đất nền đờng quá xấu (đất kém ổn định nớc, có hệ số trơng

nở lớn, sức chịu tải kém: CBR < 4, hoặc đất quá rời rạc) thì phải thay đất trên cùng bằng loại đất chọn lọc thích hợp hoặc gia cố các lớp đất xấu này bằng

Bảng 1-1: Độ chặt tối thiểu của nền đờng trong phạm vi khu vực tác dụng

(so với độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 05)

tính từ Đờng ô tô Độ chặt K

từ cấp I

đến cấp IV

Đờng ô tô cấp V

và cấp VI

Nền đắp Khi áo đờng dày trên 60cm 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95

Khi áo đờng dày dới 60cm 50 ≥ 0,98 ≥ 0,95Bên dới

chiều sâu

Đất nền tự nhiên (*)

Cho đến

80 ≥ 0,93 ≥ 0,90Nền đào và nền không đào không đắp

o Bề dày tối thiểu là 30cm

o Nếu lớp đáy móng bằng đất hoặc cấp phối thì độ chặt đầm nén phải

đạt độ chặt K =1 – 1,02 (so với đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN

333 - 05)

o Vật liệu làm lớp đáy móng phải có mô đuyn đàn hồi ở độ chặt và độ

ẩm thi công E≥50 MPa hoặc tỷ số CBR ngâm bão hoà 4 ngày đêm

+ 50cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với

đờng cao tốc, cấp I, II và bằng 4 đối với đờng các cấp khác

+ Mỗi mẫu thử CBR chỉ đặc trng cho 1 lớp đất có bề dày 20cm Do vậy

đối với trờng hợp nền đào hoặc nền không đào không đắp thì phải lấy mẫu từng lớp 20cm để thử nghiệm kiểm tra chỉ tiêu này kết hợp với việc thí nghiệm độ chặt để quyết định có cần đào thay thế hoặc đầm nén lại không (việc kiểm tra có thể dùng các phơng pháp thí nghiệm xác định CBR hiện tr-ờng hoặc phơng pháp tơng đơng khác) (CBR xác định theo điều kiện mẫu đất

ở độ chặt đầm nén thiết kế và đợc ngâm bão hoà nớc 4 ngày đêm)

Tuỳ theo trong trờng hợp cụ thể của công trờng (tính chất của đất, điều kiện khí hậu thời tiết, điều kiện thuỷ văn địa chất, tình hình vận chuyển phục vụ thi công ) mà có thể làm lớp trên nền đ

 Nếu các đặc trng của đất đắp nền đờng hoặc của đất đào phù hợp với chất ợng yêu cầu của vật liệu lớp trên nền đờng thì không cần làm lớp trên nền đờng

l- Nếu chỉ có một loại vật liệu phù hợp với chất lợng yêu cầu thì làm lớp trên nền đờng một lớp

 Nếu có nhiều loại vật liệu phù hợp với yêu cầu thì có thể làm lớp trên nền ờng nhiều lớp

 Tạo “hiệu ứng đe” để đảm bảo chất lợng đầm nén các lớp móng phía trên

 Bảo đảm cao độ của lớp mặt nền đờng phù hợp với cao độ thiết kế với sai số 3cm

±

 Bảo vệ nền đất không bị ma lũ xói mòn trong khi chờ đợi thi công mặt đờng

• Cải thiện điều kiện thoát nớc của mặt đờng.

1.2.3 Tiêu chuẩn đánh giá chất lợng nền đờng:

a Nền đờng phải ổn định:

Nền đờng xây dựng trên mặt đất, tất yếu phải cải biến trạng thái vốn có của các lớp đất nguyên thổ Do ảnh hởng của các nhân tố bất lợi (địa chất, thuỷ văn, khí hậu, tải trọng xe chạy ) nền đ… ờng có thể phát sinh sụt, trợt mái dốc, xuất hiện lún

và trợt của nền đờng

Để xe chạy thuận lợi và an toàn trên đờng phải xác định chính xác hình dạng

và kích thớc, mặt cắt ngang của nền đờng, phải có biện pháp thoát nớc, phòng hộ và gia cố cần thiết để đảm bảo kết cấu chỉnh thể của nền đờng (bao gồm các lớp đất xung quanh) có độ ổn định đầy đủ

b Nền đờng phải vững chắc:

 Phần nền đờng trong chiều sâu phạm vi tác dụng của tải trọng gọi là khu vực công tác của nền đờng Bộ phận này là lớp đất dày khoảng 1,5m -:- 2,00m nằm trực tiếp dới kết cấu mặt đờng gọi là nền đất Nếu nền đất này quá ẩm mềm và điều kiện thủy nhiệt xấu thì dới tác dụng của bánh xe có thể sinh ra biến dạng lún quá lớn thậm trí còn có thể sinh ra hiện tợng sình lầy làm cho mặt đờng bị h hỏng quá sớm

do nền móng lún không đều

 Để đảm bảo tính năng sử dụng cho nền mặt đờng, giảm nhẹ nhiệm vụ của mặt

đờng, hạ giá thành công trình thì nền đờng phải đủ năng lực chịu tải và ổn định với nớc

Chính vì vậy, lớp trên nền đờng tốt nhất phải đợc đắp bằng đất tốt, phải đợc

đầm nén cẩn thận, khi cần thiết phải có lớp cách ly hoặc có biện pháp xử lý khác

1.2.4 Vật liệu của lớp trên nền đờng:

 Cớ hạn lớn nhất của vật liệu không đợc lớn hơn một trị số quy định để đảm bảo sai số cho phép cao độ nền đờng là 3cm và có thể trộn đều với các chất liên±kết khi cần thiết.

 Đủ cờng độ, chịu đợc tác dụng của xe máy thi công và vận chuyển vật liệu

1.2.5 Chiều dày của lớp trên nền đờng

Theo quy định của Pháp chiều dày lớp trên nền đờng đợc xác định thông qua tính toán phụ thuốc vào cấp bề mặt của đất đào, đắp (ARi), cấp cơ học của vật liệu làm lớp trên nền đờng và cấp cờng độ của mặt nền đờng cần đạt đợc PFi:

Theo quy định của Pháp (Quy trình thi công nền đờng và lớp trên nền đờng, SETRA-LCPC, 9/1975), lớp trên nền đờng đợc chia thành 3 loại:

 Lớp trên nền đờng dày: Chiều dày trên 80cm bằng vật liệu không gia cố, hoặc trên 60cm bằng vật liệu gia cố vôi và trên 40cm bằng vật liệu gia cố xi măng

 Lớp trên nền đờng trung bình: chiều dày trên 40cm bằng vật liệu không gia

cố, hoặc trên 30cm bằng vật liệu gia cố vôi và trên 20cm bằng vật liệu gia cố xi măng

 Lớp trên nền đờng mỏng: chiều dày trên 30cm bằng vật liệu không gia cố, hoặc trên 20cm bằng vật liệu gia cố vôi

Phải căn cứ vào sức chịu tải của nền đờng (lúc xây dựng nền đờng) và loại mặt đờng sẽ xây dựng trên đó để chọn loại lớp trên nền đờng theo bảng 1-2:

ký hiệu PST hoặc đắp chiều dày xấp xỉ 1m Phần trên của đất đào Lớp trên nền đường

3

1 2

Kết cấu mặt đường

Lề đường

Bảng 1-2: Chọn loại lớp trên nền đờng

Các sức chịu tải của nền

đất (lúc thi công xong) Có lớp móng gia cố Lớp trên nền đờng của mặt đờng

bằng vật liệu xi măng

Sau khi làm xong lớp trên nền đờng cho phép tăng cấp sức chịu tải của nền

đất nh quy định sau:

 Lớp trên nền đờng chiều dày trên 20cm bằng vật liệu gia cố xi măng, hoặc trên 30cm bằng vật liệu không gia cố hoặc gia cố vôi: đợc tăng lên 1 cấp

 Lớp trên nền đờng chiều dày trên 35cm bằng vật liệu gia cố xi măng, hoặc trên 50cm bằng vật liệu không gia cố hoặc gia cố vôi: đợc tăng lên 2 cấp

1.2.6 Các chỉ tiêu kỹ thuật của lớp trên nền đờng:

1.2.6.1 Môđun đàn hồi của nền đờng:

Để xét tới tác dụng của tải trọng bánh xe lên đỉnh nền đờng thờng dùng mođul đàn hồi đo đợc bằng phơng pháp nén tấm ép tròn lên nền đờng

 Biến dạng đàn hồi đợc hiểu theo nghĩa có thể khôi phục đợc, cũng phản ánh tính chất đàn hồi của khối đất

 Do vậy nền đờng thờng đợc xem là bán không gian đàn hồi vô hạn đồng nhất

 Thông qua thí nghiệm tấm ép ta có thể vẽ đờng cong quan hệ giữa tải trọng ở

đỉnh nền đờng (áp lực đơn vị), và biến dạng đàn hồi (độ võng), tính đợc môđun

đàn hồi đại diện cho cả nền đờng (từ trên xuống)

0.6 0.5

0.4 0.3

0.2 0.1 0

 Khi thí nghiệm thờng dùng tấm ép bằng kim loại, dùng phơng pháp gia tải, dỡ tải dần từng cấp để đo trị số biến dạng đàn hồi dới tác dụng của các cấp tải trọng

và vẽ đờng cong quan hệ tải trọng và biến dạng đàn hồi

 Thờng thì đờng cong thí nghiệm có dạng nh hình vẽ (một số ít khi đất khô và chặt có quan hệ gần với đờng thẳng) Do đó trị số môđun đàn hồi của nền đờng vẫn là một đại lợng thay đổi, giảm xuống khi áp lực tăng Vì vậy cần dựa vào áp lực thu nhận thực tế của nền đờng, hoặc sự lớn nhỏ của độ võng đàn hồi có thể sinh ra để chọn cho phù hợp

 Khi thiết kế mặt đờng mềm thờng lấy trị số độ võng 1mm để xác định trị số môđun đàn hồi Còn khi thiết kế mặt đờng cứng do trị số áp lực ở đỉnh nền đờng (lớp móng) và độ võng nhỏ hơn mặt đờng mềm, do vậy trị số môđun đàn hồi phải lớn hơn một ít

 Đờng kính tấm ép lớn hay nhỏ cũng ảnh hởng đối với kết quả xác định đợc

 Môđun đàn hồi của nền đất E0 hoặc môđun đàn hồi tơng đơng (tổng hợp) của nền móng Et quy định lấy biến dạng không quá 1mm, dùng phơng pháp quy nạp tuyến tính để tính toán:

p D

4

2

à π

Trong đó:

E - là môđun đàn hồi

D - Đờng kính tấm ép, quy định dùng 60cm (30cm)

μ – Hệ số poisson, với đất nền lấy bằng 0.35 và lớp móng bằng 0.30

Pi - áp lực đơn vị tải trọng các cấp trớc khi biến dạng 1mm

Li – Biến dạng đàn hồi tơng ứng với pi (cm)

 Thí nghiệm CBR đợc tiến hành trong một cối đờng kính 152.4mm, cao 177.3mm Dùng pittông nén lún đờng kính 4.95cm – tốc độ nén lún 1.24mm/phút

và đo đợc trị số tải trọng ứng với các độ sâu lún khác nhau rồi dựa vào công thức dới đây để tính CBR

(%) 100

1

x p

p CBR=

Trong đó

P: áp lực đơn vị ứng với một lợng lún nào đó trong vật liệu thí nghiệm

P1: áp lực đơn vị ứng với một lợng lún nh vậy trong đá dăm tiêu chuẩn

Thông thờng khi tính toán trị số CBR lấy với độ lún là 1/2.54mm hoặc 5.087mm nếu tơng ứng CBR với lợng lún trên nhỏ hơn lợng lún dới

Chú ý rằng giữa k và CBR hoặc CBR và môđun đàn hồi có thể lập đờng cong quan hệ với nhau và lợi dụng tài liệu thí nghiêm CBR để tính đổi thành trị số k hoặc mođul đàn hồi

1.2.6.4 Tiêu chuẩn đầm nèn:

Tác dụng của đầm nèn:

 Nền đờng sau khi đầm nèn đảm bảo tiêu chuẩn sẽ chặt khít lại, giảm nhỏ tính ép lún tính thấm nớc và thay đổi thể tích, tăng cờng độ tăng năng lực chống biến dạng và độ ổn định đối với nớc, khắc phục đợc việc sinh ra biến dạng lún chặt dới tác dụng của tải trọng bản thân, của tác dụng lặp lại của xe chạy, khống chế đ-

ợc việc tích tụ ẩm dẫn đến hiện tợng đông chớng và lầy lội, tránh đợc các h hỏng

do lún sụt gây ra

 Tỷ số của độ chặt sau khi đầm nén trên độ chặt lớn nhất tìm đợc bằng thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (thí nghiệm Proctor) để biểu thị mức độ nén chặt, gọi

là độ nén chặt làm chỉ tiêu yêu cầu phải nèn chặt

 Hiện nay đang quy định:

• Với các khu vực khô hạn và ẩm ớt đặc biệt, các trị số độ chặt trong bảng có thể giảm xuống 2-:-3%

1.2.6.5 Độ võng:

 Độ võng là một chỉ tiêu tổng quát về sức mang của đất, hoặc của mặt đờng,

đây là biến dạng theo chiều thẳng đứng mà một điểm trên mặt đất hoặc mặt đờng phải chịu khi có một trục xe chạy qua Thờng thì đo giữa 2 bánh xe của một trục kép mang 1 tải trọng nhất định (P=6.5T-13T-10T)

 Đo độ võng với đơn vị là 1/100mm

• Độ võng đàn hồi: là hiệu số của hai độ võng trên

Về mặt lý thuyết quan hệ giữa tải trọng thẳng đứng và độ võng đàn hồi của mặt bán không gian đàn hồi đồng nhất, vô hạn có một mặt nằm ngang

=

Trong đó: E, μ là môđun đàn hồi và hệ số Poatxông của vật liệu bán không gian vô hạn

Ch ơng II:

Một số giải pháp vật liệu dùng cho lớp trên nền đờng

và Phơng pháp xác đinh môđun đàn hồi của

lớp trên nền đờng

2.1 một số giải pháp vật liệu dùng cho lớp trên nền đờng

2.1.1 Đất đắp lớp trên nền đờng:

Nh chúng ta đã biết, đất là loại vật liệu chủ yếu dùng để làm nền đờng có mặt

ở khắp mọi nơi Thành phần của chúng rất đa dạng và phức tạp, tính chất của đất phụ thuộc vào tỷ lệ và thành phần hạt thành phần vật liệu khoáng chất, trạng thái (độ ẩm)

Đất đợc tạo thành do kết quả phong hoá vật lý và hoá học của các loại đá gốc Chúng là những hạt mảnh vụn cha đợc gắn kết lại với nhau trong quá trình trầm tích

Trong suốt thời gian tồn tại, đất chịu tác dụng của các thay đổi về điều kiện tự nhiên nh sự tái trầm tích nhiều lần, sự làm chặt dới tác dụng của trọng lợng các tầng trầm tích mới phủ lên, sự nới nén khi các tầng trầm tích ấy bị xói mòn, sự ngập nớc hay tháo khô mới khi có các hoạt động kiến tạo những thay đổi này sẽ quyết định…các đặc điểm tính chất vật lý của từng loại đất

2.1.1.1 Các thành phần chủ yếu của đất:

Thành phần vật chất của đất rất đa dạng, nhng nói chung nó gồm 3 nhóm hạt khoáng vật rắn, nớc và khí

 Hạt khoáng vật rắn của đất là những loại hạt khác nhau về hình dạng, thành phần và kích thớc (từ vài cm nh hạt cuội, hạt dăm đến các hạt cực nhỏ < 1μ nh các hạt sét)

+ Thành phần khoáng vật của các hạt rắn có ý nghĩa rất lớn, quyết định tính chất của đất Thạch anh, penspat ít có tác dụng với nớc bao quanh, trong khi montmorilonit lại tác dụng rất mạnh với nớc làm đất nở ra rất nhiều Các loại đất

có cation trao đổi Na+ thờng hút mạnh hơn so với cation Ca2+ sẽ phân tán mạnh hơn khi gặp nớc

+ Kích thớc hạt sẽ quyết định tỷ lệ bề mặt – là tổng diện tích xung quanh của các hạt trong một đơn vị thể tích hay trong một đơn vị khối lợng hạt của đất, hạt càng nhỏ tỷ lệ bề mặt càng lớn, khi gặp nớc lợng nớc bao quanh các hạt sẽ lớn, sự tơng tác giữa các hạt với nhau càng nhiều, càng mạnh hơn Thờng mỗi loại khoáng

+ Nớc trong khoáng vật của hạt đất.

Đây là loại nớc nằm trong tinh thể khoáng vật của các hạt dới dạng phân tử

H2O hay dạng ion H+ và OH- chúng không thể tách rời khỏi đất bằng các biện pháp cơ học và cũng ít ảnh hởng tới tính chất của đất, nên cũng ít đợc quan tâm tới

+ Nớc kết hợp ở mặt ngoài hạt đất

Đây là loại nớc đợc giữ lại trên bề mặt hạt đất do tác dụng hoá học, hoá lý và

điện phân tử Tính chất của nó khác với nớc tự do và không chịu sự chi phối của trọng lực

Nớc hút bám bám rất chặt vào mặt ngoài hạt đất Loại nớc này có tỷ trọng là 1,5 không dẫn điện, không kết tinh Với cát lợng hút bám là 0,5%, với cát pha là 5-7% và với sét là 10-20%

Nớc kết hợp, nớc mềm mỏng bao ở bên ngoài lớp hút bám và đợc chia ra 2 loại:

Nớc kết hợp mạnh bám tơng đối chắc vào hạt, khó tách đợc chúng ra khỏi hạt bằng hạt ly tâm, nớc này có thể hoà tan muối Đất chỉ có nớc kết hợp mạnh thờng ở trạng thái nửa cứng

Nớc kết hợp yếu bao bọc bên ngoài lớp nớc kết hợp mạnh Tính chất của nó không khác nhiều so với nớc thờng Trong đất tự nhiên chứa nớc kết hợp yếu, nếu kết hợp đã bị phá hoại thì thờng xuất hiện tính dẻo

o Nớc mao dẫn là nớc dâng lên theo các đờng lỗ rỗng nhỏ giữa các hạt đất

Nó có thể dâng cao từ vài mét đến hàng chục mét từ mặt nớc ngầm và làm thay đổi tính chất chịu lực của lớp đất phía trên Chiều cao cột nớc mao dẫn đợc tính theo công thức:

n

q h

γ

α γ

Trong các lỗ rỗng có chứa khí Khi đất khô hoàn toàn thì khí sẽ chứa đầy các

lỗ rỗng Khi đất bão hoà nớc thì toàn bộ lỗ rỗng của đất sẽ đầy nớc và khí sẽ không

có nớc Nói chung thành phần khí ít ảnh hởng tới tính chất cơ học của đất

2.1.1.2 Kiến trúc và cấu tạo của đất:

 Kiến trúc của đất rất đa dạng, nhng nói chung có thể chia ra làm một số dạng sau:

+ Kiến trúc hạt đơn hình thành do sự chìm lắng của những hạt tơng đối, thô trong môi trờng nớc Trọng lợng của các hạt lớn sức hút giữa chúng nên các hạt sắp xếp hạt nọ đè lên hạt kia

+ Kiến trúc hạt đơn còn đợc chia thành kiến trúc xốp và chặt tuỳ theo, các lỗ rỗng tạo ra trong quá trình sắp xếp của các hạt nhiều hay ít, với các kiến trúc hạt

đơn chặt thì đất ổn định, sức chịu tải cao

+ Kiến trúc tổ ong hình thành do sự chìm lắng của các hạt tơng đối nhỏ trong

n-ớc Trọng lợng hạt không đủ lớn để thắng đợc các lực hút giữa chúng với nhau các hạt ở trạng thái không ổn định, tạo thành nhiều lỗ rỗng nh tổ ong

+ Kiến trúc bông hình thành khi kích thớc các hạt rất nhỏ (hạt keo), chúng luôn luôn chuyển động xô đẩy nhau và khi đợc gắn lại với nhau vì một nguyên nhân gì

đó thì lỗ rỗng giữa chúng rất lớn – tạo thành các đám hạt nhỏ – kiến trúc này cũng đợc gọi kiến trúc tổ ong kép

+ Trong thực tế kiến trúc đất rất phức tạp hơn nhiều vì đồng thời tồn tại cả ba loại kiến trúc trên

Do tồn tại nhiều kiến trúc nên cũng hình thành các liên kết kiến trúc là những kiên kết nội tại gắn liền các hạt hay các đám hạt với nhau Tuỳ theo thời gian hình thành mà các liên kết đợc chia thành liên kết nguyên sinh và liên kết thứ sinh

+ Liên kết nguyên sinh đợc tạo nên bởi các lực phân tử tác dụng giữa các hạt đất với nhau và giữa các hạt đất với nớc Liên kết này thờng có tính đàn hồi và nhớt.+ Liên kết thứ sinh đợc tạo thành do sự hoá già của các chất keo, sự kết tinh hay tái kết sinh của các muối trong nớc Do có liên kết thứ sinh làm đất chịu đợc các tải trọng lớn, khi bị phá hủy theo dạng gãy giòn

+ Sự phá huỷ đất chính là sự phá huỷ các hạt liên kết kiến trúc của đất chừ không phải phá huỷ bản thân các hạt tạo nên đất, vì cờng độ chịu lực của các hạt thờng lớn hơn lực liên kết giữa chúng rất nhiều Vì vậy, thí nghiệm phải bảo vệ kiến trúc, tránh xáo trộn để giữ trạng thái nguyên trạng của nó

 Cấu tạo của đất:

Theo các đặc trng cấu tạo, đất có thể chia thành một số loại sau:

+ Cấu tạo lớp gồm các lớp có chiều dày khác nhau, nằm ngang hay nghiêng, kéo dài theo một phơng nào đó Trong mỗi lớp, thành phần vật chất, màu sắc của chúng sẽ khác nhau

+ Cấu tạo phức tạp gồm cấu tạo porfia, tổ ong hay các loai đất có lỗ rỗng lớn

2.1.1.3 Các loại đất

2.1.1.3.1 Đất rời:

 Cuội sỏi: Đại bộ phận là những mảnh vỡ vụn của đá macma, đá biến chất và

đá trầm tích Chúng có nhiều hình dạng khác nhau và đã đợc mài tròn cạnh

Cuội sỏi thờng nằm thành lớp, thấu kính hay lớp nghiêng ở các lũy sông Vật liệu lấp đầy lỗ rỗng trong cuội sỏi có ý nghĩa quyết định đến độ thấm nớc của chúng Nếu là cát thì thấm nớc tốt, nếu là sét thì có thể hoàn toàn không thấm nớc

 Cát: thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, ngoài ra có mica,

penspats màu của cát có thể màu vàng, trắng, xám, nâu tuỳ theo kích th… ớc các hạt cát và tỷ lệ của chúng trong đất mà ngời ta có thể chia thành các loại cát sỏi, cát thô, cát vừa, cát nhỏ và cát mịn

Độ rỗng của cát thờng từ 36 – 40% Tính thấm nớc và thoát nớc khá tốt Tầng cát thờng là tầng chứa nớc rất tốt, khi chịu tải, cát bị nén chặt nhanh, nhng độ lún không lớn Khi bị chấn động, độ lún của cát tăng rõ rệt, nên nền cát không thích hợp với những công trình có chấn động nh trạm bơm, nhà máy thuỷ điện, cát bão hoà nớc dễ gây hiện tợng chảy cát

2.1.1.3.2 Đất dính:

 Đất cát pha: Lợng hạt sét từ 2 -10% Đất hơi có tính dính Tính thấm nớc không lớn – chiều cao mao dẫn khoảng 1,5m Khi lợng hạt bụi trong đất cát pha

> 30% thì dễ bị thành làm nhão khi gặp nớc, tạo thành hiện tợng cát chảy

 Đất sét pha: Lợng hạt sét từ 10-30% Tính dẻo tơng đối lớn Tính thấm nớc nhỏ, có thể dùng làm tờng chống thấm trong đập hay vật liệu đắp

 Đất sét: phân bố rộng rãi trên mặt đất Lợng hạt sét > 30% Khoáng vật trong

đất phần lớn là các hạt khoáng vật sét (nh kaolnit, ilit, montmorilonit ) Ngoài ra…còn có thạch anh, mica, clonit và các chất hữu cơ khác Đất sét có nhiều màu…khác nhau nh trắng, vàng, xám, nâu tuỳ theo các tạp chất có trong nó.…

Độ rỗng của đất sét rất lớn (tới 50 – 70%) Sét có tính dẻo, tính dính và trơng

nở mạnh Tính thấm nớc của đất sét rất nhỏ và thực tế có thể coi nh không thấm nên thờng đợc dùng làm vật liệu chống thấm

Khi chịu tải đất sét bị lún nhiều và lâu ổn định trong suốt thời gian dài

Bảng 2-1: Các loại đất rời

Loại Hàm lợng hạt theo kích cỡ Khả năng sử dụng trong xây dựng đờng

Cát to - Hạt > 0,5mm, chiếm trên 50% - Thích hợp Nh trên

Cát vừa - Hạt >0,25mm, chiếm trên

- ít thích hợp so với cát to

định Không quyết

để thử nghiệm kiểm tra chỉ tiêu này kết hợp với việc thí nghiệm độ chặt để quyết

định có cần đào thay thế hoặc đầm nén lại không (việc kiểm tra có thể dùng các

ph-ơng pháp thí nghiệm xác định CBR hiện trờng hoặc phph-ơng pháp tph-ơng đph-ơng khác) (CBR xác định theo điều kiện mẫu đất ở độ chặt đầm nén thiết kế và đợc ngâm bão hoà nớc 4 ngày đêm)

2.1.1.4.2 Yêu cầu về đất đắp [2]

 Không dùng các loại đất lẫn muối và lẫn thạch cao (quá 5%), đất bùn, đất than bùn, đất phù sa (loại đất lấy ở bãi sông không phải cát mịn) và đất mùn (quá 10% thành phần hữu cơ) trong khu vực tác dụng của nền đờng

 Không đợc dùng đất sét nặng có độ trơng nở (xác định theo 22 TCN 332) vợt quá 4% trong khu vực tác dụng

 Khi đắp bằng cát thì cần phải có biện pháp đắp bao phía đỉnh nền để hạn chế nớc ma, nớc mặt xâm nhập vào phần nền cát (ngay trong và cả sau quá trình thi công) và tạo thuận lợi cho sự đi lại của xe máy thi công lớp móng dới của áo đ-ờng).Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho phép là 10cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng kể từ đáy áo

đờng; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất này không đợc vợt quá 2/3 chiều dày đầm nén

có hiệu quả lớn nhất (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng)

 Không đợc dùng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hoá có hệ số k hoá mềm ≥0,75 (đá sít ) và không nên dùng đất bụi để đắp trong phạm vi khu vực tác…dụng

2.1.1.4.3. Yêu cầu về đầm nèn [2]

 Đất trong phạm vi khu vực tác dụng phải đầm nén đạt yêu cầu tối thiểu nh ở Bảng 1-1 Nếu có điều kiện thì nên thiết kế đạt độ chặt cao hơn (độ chặt K≥1,0)

2.1.2 Các vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ làm lớp trên nền đờng

Hầu hết các loại đất đợc đầm nèn đều có xu hớng trơng nở khi bị thấm nớc Khi đất trơng nở và chứa nớc, khả năng chịu tải giảm Mức độ trơng nở do tăng độ

ẩm và giảm độ chặt bị hạn chết bởi tải trọng bản thân của các lớp vật liệu kết cấu mặt đờng đặt trên nền đất Khi áp lực do tải trọng của vật liệu bên trên và các lực tr-

ơng nở của đất bằng nhau thì việc trơng nở bị ngng lại và cờng độ không bị giảm

nữa Sau đó đất ở trạng thái bất ổn nhất với áp lực do tải trọng bản thân và các lớp kết cấu mặt đờng nằm ở trên Theo các điều kiện này, chiều dày và cờng độ thiết kế của các kết cấu phải đủ để bảo vệ nền đất tránh đợc biến dạng không đều hay trợt do tải trọng động của xe cộ Hơn nữa, chiều dày của các lớp kết cấu mặt đờng cần có áp lực bản thân đủ lớn để ngăn ngừa sự giãn nở tiếp tục dẫn đến giảm độ ổn định Tính chất quyết định của vật liệu đặc trng cho cờng độ đất nền đờng là môđun đàn hồi

Việc thi công lớp trên nền đờng phải đợc cân nhắc cẩn thận vì nó liên quan

đến cờng độ của mặt đờng Để cải thiện độ tin cậy tổng thể của thiết kế thì cần phải xem xét các yêu cầu về đầm nèn

Các loại đất có độ trơng nở hay đàn hồi vợt quá mức thì cần đợc xem xét cẩn thận Có một giải pháp là rải lên trên nền đờng lớp đất có vật liệu chọn lọc với chiều dày vừa đủ đề khai thác các ảnh hởng có hại do sự trơng nở hay đàn hồi Đất trơng

nở có thể đợc cải tạo bằng cách đầm ở độ lớn hơn độ ẩm tối u từ 1 – 2% Nếu đất

đợc xác định xác định là trơng nở mạnh thì cần phải xem xét đa ra các biện pháp thiết kế và thi công đặc biệt Các phơng án thiết kế thay thế dùng để xử lý đất trơng

nở là :

 Xử lý đất trơng nở bằng vôi hay các chất phụ gia khác để giảm cờng độ nở trong môi trờng ẩm

 Thay thế vật liệu nở bằng một vật liệu không nở tới một độ sâu nào đó, để đến

độ sâu ấy độ ẩm theo mùa gần nh không đổi

 Đa ra các kết cấu bên trên với chiều dày vừa đủ để chống lại áp suất trơng nở bằng áp suất tải trọng bản thân

 Sử dụng thi công theo 2 giai đoạn bằng cách đặt một lớp kết cấu mỏng để lớp vật liệu ở dới có thể nở ra và ổn định trớc khi rải lớp bù vênh và các lớp mặt

 Làm ổn định hàm lợng ẩm bằng cách giảm tối thiểu lợng nớc chảy qua lớp mặt và lớp thoát nớc dới lớp mặt và dùng một loại màng không thấm nớc (ví dụ vải

địa kỹ thuật hoặc màng mỏng atphan tráng cao su)

 Thay đổi hớng tuyến của dự án sang vùng có điều kiện đất thích hợp hơn.Các biện pháp đặc biệt đối với đất không bình thờng là: xới đất, đầm lại đất,

xử lý lớp trên của đất nền đờng bằng một hỗn hợp phụ gia thích hợp; dùng loại đất phù hợp hơn; đào sâu hơn các đoạn đào và đắp một lớp đồng nhất bằng vật liệu chọn lọc ở cả đoạn đào cũng nh ở đoạn đắp; hoặc điều chỉnh chiều dày lớp móng dới tại chỗ các chuyển tiếp từ loại đất này sang một loại đất khác

Các loại đất nền đờng nhất định gây nên những vẫn đề khó khăn trong thi công Đó là các loại đất dễ dàng dịch chuyển dới tác động của máy móc thi công

mặt đờng, các loại đất sét ớt không thể đầm đợc khi độ ẩm cao vì dễ bị lún trồi khi

lu lèn và đỏi hỏi phải mất nhiều thời gian để làm khô đất để đạt tới độ ẩm thích hợp Các biện pháp xử lý khi thi công :

 Trộn thêm vật liệu hạt

 Thêm các phụ gia thích hợp để tăng độ kết dịch

 Thêm các phụ gia thích hợp vào sét để làm khô nhanh để tăng cờng độ chống cắt và rải bằng vật liệu chọn lọc thích hợp để tể ra một mặt nền làm việc khi thi công mặt đờng

2.1.2.1 Đất gia cố bằng vật liệu hạt

Lớp trên nền đờng có thể dùng vật liệu hạt gia cố nhằm mục đích thông qua việc nâng cao hệ số ma sát trong của vật liệu để nâng cao cờng độ nền mặt đờng Do

đó có thể giảm bớt tình trạng biến dạng

Các loại vật liệu sau có thể để gia cố đất:

 Đá dăm, đá cuội, đá sỏi, sỏi ong và cát

 Gạch vụn

 Xỉ than, xỉ quặng

 Đá sò

 Gặp cát rời có thể dùng đất dính hoặc than bùn để gia cố

2.1.2.1.1 Yêu cầu vật liệu

 Cát: Đối với nền đất có tính dính (sét á sét) có thể dùng cát gia cố nhằm tạo

thành vật liệu có cấp phối tốt nhất Dựa vào kinh nghiệm, Liên Xô kiến nghị cấp phối tốt nhất của cát và đất dính nh bảng sau:

Bảng 2-3 : Cấp phối tốt nhất của cát và đất dính

12

Cấp phối A1 và B1 hạt to nên ổn định hơn, khi không có A1, B1 thì mới dùng cấp phối A2, B2

 Đất dính: ở những nơi nền đờng là cát, sỏi sạn rời rạc, có thể dùng đất dính để

gia cố Cách xác định tỷ lệ đất dính trong cấp phối giống nh đối với trờng hợp xác

định tỷ lệ cát trong bảng cấp phối trên

loại cát Nên chọn loại than bùn đã phân huỷ nhiều và có hàm lợng tối đa các hạt khoáng chất (cát)

Căn cứ vào mức độ phân huỷ của than bùn, độ lớn của cát và điều kiện khí hậu ở vùng làm đờng Liên Xô phân chia than bùn làm ba loại với tỷ lệ% tham ra hỗn hợp nh bảng sau:

Loại than bùn Tỷ lệ % theo thể tích cát

Vật liệu cần có cấp phối tốt nhất Trờng hợp không có điều kiện thí nghiệm,

có thể sử dụng tỷ lệ theo kinh nghiệm sau (theo khối lợng):

Than đá sau khi đun ở lò, chất bã còn lại là lò xỉ than Xỉ than là vật liệu nhẹ, rời rạc, nhiều lỗ rỗng, dung trọng 0,8 – 1,1, kích thớc và hình thù không đều, tính chất phức tạp và cờng độ thấp.

Tỷ lệ pha trộn (theo thể tích) của xỉ than với đất dính nh sau:

đối ổn định, nhng nếu hàm lợng vôi trên 50% thì sẽ đợc bột xỉ quặng

Tính chất xỉ quặng quyết định ở tỷ lệ sau:

3 2 2

0 S O Al O

MgO CaO

M

+

=

Nếu M0 > 1: xỉ quặng có tính kiềm

Nếu M0 < 1: xỉ quặng có tính axit

Nếu M0 = 1: xỉ quặng loại trung tính

2.1.2.1.2 Trình tự thi công lớp đất gia cố vật liệu hạt

 Tiến hành san nền đờng

Nếu dùng ngay đất nền đờng thì phải xới đất của nền đờng với chiều sâu h1:

Trong đó:

h: chiều dày bình quân của phần gia cố (cm)

P = Tỷ lệ % của vật liệu gia cố (theo khối lợng)

δ1, δ2: Dung trọng của hỗn hợp vật liệu đã chặt và của của đất nền đờng khi cha xới

Việc xới đất ngay nền đờng để gia cố có u điểm là không phải vận chuyển đất

từ nơi khác tới nhng nhợc điểm phải xới đất đã đợc lèn chặt

Trờng hợp khác có thể lấy đất từ ngoài vào để trộn với vật liệu gia cố Nh vậy nền đờng không bị xáo động, tận dụng đợc cờng độ sẵn có của nền đờng, nhng tốn công vận chuyển

Rải vật liệu gia cố lên đất đã đợc xới: Vật liệu đợc chuẩn bị sẵn ở lề đờng hoặc lòng đờng Có thể dùng máy san tự hành để rải

 Trộn vật liệu:

Có thể trộn bằng bừa nông nghiệp thủ công, bừa 3 – 4 lần/điểm cho đất nhỏ tơi sau đó dùng máy san trộn Máy san thành luống rồi rải ta, làm đi làm lại 9-10 lần qua một điểm là đợc

Để đảm bảo trộn đợc dễ dàng, đất không đợc quá ẩm Lúc đầu trộn khô, về sau trộn có tới nớc đạt độ ẩm tốt nhất

 San rải vật liệu

 Lu nền đờng:

Tiến hành dùng lu, lu nhẹ vài lợt Khi lu đất phải có độ ẩm tốt nhất Sau đó có thể cho xe chạy nhng cần điểu chỉnh cho xe chạy đều khắp trong nền đờng trong 2-3 tuần lễ đầu

2.1.2.2 Vật liệu đất gia cố vôi [12]

Trộn một lợng nhất đinh vôi tôi hoặc vôi sống với đất rải thành lớp, sau khi lu lèn chặt ở độ ẩm tốt nhất và bảo dỡng có thể đợc một lớp kết cấu có cờng độ tăng dần theo thời gian, có tính toàn khối và độ ổn định tơng đối tốt Nhợc điểm của vật liệu này là chóng ăn mòn, chính vì vậy nó rất thích hợp dùng để làm lớp móng và lớp trên nền đờng

2.1.2.2.1 Yêu cầu về vật liệu

 Đất dùng để gia cố vôi trong xây dựng nền đờng gồm các loại :

+ Đất sét, á sét và á cát, các loại đất này đợc lẫn sỏi sạn (cấp phối đồi la – tê - rít), thành phần sỏi sạn thoả mãn các yêu cầu sau:

Cỡ lớn hơn 70mm: 0% (theo khối lợng)

Cỡ 50 -70mm: Không vợt quá 10% (theo khối lợng)

Cỡ 2 – 50mm: Không vợt quá 50% (theo khối lợng)

+ Ngo i ra các loại đất còn phải đảm bảo các yêu cầu sau:à

Hàm lợng hữu cơ: không quá 6%

Độ PH: không nhỏ hơn 4Hàm lợng muối các loại: không quá 4%

 Vôi: Các loại vôi bột nghiền (CaO) hoặc vôi đã thuỷ hoá (Ca(OH)2) đều có thể dùng để gia cố đất, vôi đợc phân loại chất lợng theo 2 tiêu chí cơ bản là hàm l-ợng (CaO + MgO) và độ mịn Sử dụng loại nào tuỳ theo điều kiện kinh tế kỹ thuật

cụ thể và do thiết kế quy định

2.1.2.2.2 Quá trình gia cố đất với vôi

Xảy ra trong một thời gian dài, bao gồm qúa trình hoá lý, hoá học và vật lý tác dụng đồng thời khi vôi hoá cứng

Vôi sống sau khi gặp nớc sẽ hoá thành Ca(OH)2 , ở trong nớc Ca(OH)2 có thể phân lý thành các ion Ca++ hoá trị 2; Ca++ phát sinh tác dụng trao đổi với các ion d-

ơng hoá trị 1 (nh Na+ và H+) hấp thụ ở bề mặt các hạt sét, do đó giảm chiều dày màng nớc liên kết làm cho các hạt đang dính kết lại, nhờ đó giảm đợc tính phân tán, tính trơng nở khi ẩm ớt và tính khó nén chặt của đất

Với đất gia cố vôi, tốc độ trao đổi ion phát triển tơng đối nhanh trong thời kỳ

đầu, thờng chỉ sau vài giờ đã thấy hiệu quả

Vôi tôi Ca(OH)2 tác dụng với các thành phần SiO2, Al2O3 hoạt tính có trong khoáng vật sét hoặc trong tro núi lửa (puzolan) với sự tham gia của nớc sẽ tạo thành các hiđrôsilicat và hiđrôaluminat canxi có khả năng kết dính rất tốt Phản ứng này thờng gọi phản ứng puzolanic

Ngoài ra trong quá trình vôi hoá cứng sẽ xảy ra quá trình cácbonat hoá của hiđrôxit canxi do đợc hấp thụ CO2 ở trong không khí Quá trình này chỉ xảy ra tơng

đối mạnh khi có đủ độ ẩm, khi vật liệu có đủ độ rỗng to để không khí có thể thâm nhập vào, và xảy ra ở độ sâu không lớn lắm của lớp đất gia cố vôi

Một số nhà nghiên cứu cho rằng phản ứng giữa vôi và đất xảy ra theo hai giai

đoạn Đầu tiên là quá trình lý hoá, quá trình keo hoá trong đó xảy ra sự trao đổi ion

và sự đông tụ của các hạt Sau đó xảy ra quá trình hoá học mà kết quả là tạo ra các hiđrôsilixat canxi, làm cho cờng độ của đất gia cố vôi ngày càng tăng

Có thể dùng vôi sống hoặc vôi tôi để gia cố đất Nếu dùng vôi sống thì lợng hạt lọt qua sàng 200μm phải >90%, lợng các hạt lọt qua sàng 80μm phải >50%, hàm lợng vôi tự do phải >80%

Nếu dùng vôi tôi thì lợng lọt qua sàng 80μm phải >90% hàm lợng vôi tôi phải

>50%

Kết quả phân tích các phản ứng cơ lý đất gia cố vôi cho thấy hiệu quả gia cố vôi liên quan đến thành phần khoáng vật và hàm lợng các hạt sét chứa trong đất Nói chung hàm lợng các hạt sét càng cao (nhất là các hạt môngmôriôlit) thì hiệu quả gia

cố càng tốt Đất sét nặng tuy có hàm lợng các hạt sét nhiều hơn nhng do khó làm nhỏ và trộn đều nên hiệu qủa gia cố thấp, lại xuất hiện các đờng nứt do co rút

Gia cố vôi với cát và đất á sét nhẹ ít có hiệu quả, do hoạt tính hoá lý thấp Tuy nhiên nếu trộn thêm vào đất một lợng tro bay thì cờng độ sẽ tăng lên nhiều lần Kết quả thí nghiệm gia cố cát sông Hồng với chất liên kết tro bay + vôi (tỷ lệ cát: chất liên kết là 80:20 và chất liên kết gồm 80% tro bay và 20% vôi theo trọng lợng)

2.1.2.2.3 Tỷ lệ hỗn hợp của đất gia cố vôi

Tỷ lệ hỗn hợp của đất gia cố vôi phải đợc xác định bằng đúc mẫu theo các trình tự sau:

 Dựa vào đất và vôi đã chọn để trộn 4-5 loại vật liệu hỗn hợp với tỷ lệ phối hợp khác nhau

 Làm thí nghiệm đầm nèn Proctor cải tiến để xác định độ ẩm tốt nhắt và độ chặt (dung trọng khô) lớn nhất của hỗn hợp đó;

 Với từng loại tỷ lệ phải đúc từ 6-13 mẫu thí nghiệm (tuỳ theo loại vật liệu và

hệ thống biến sai yêu cầu) đạt độ chặt quy định

 Sau khi bảo dỡng mẫu thì xác định cờng độ chịu nén của mẫu và tính trị số ờng độ nén trung bình R và hệ số biến sai Cv

c- Dựa vào cờng độ chịu nén quy định Rd cho ở bảng sau để lựa chọn tỷ lệ phối hợp thích hợp Cờng độ chịu nén trung bình R của các kết quả thí nghiệm trong phòng của các mẫu có tỷ lệ phối hợp đợc chọn phải thoả mãn các yêu cầu sau:

Cv

Rd R

λ

−

≥ 1

lấy suất bảo đảm là 95% thì λ=1,645; đối với các loại đờng khác có thể lấy suất bảo

đảm bằng 90% và λ=1,282

 Tỷ lệ vôi (xi măng) sử dụng thờng lấy tăng thêm từ 0,5 – 1% so với tỷ lệ xác

định bằng thí nghiệm để xác để xét đến sự khác nhau giữa điều kiện thí nghiệm trong phòng và tình hình thi công thực tế ở công trờng

 Tỷ lệ vôi gia cố đất làm lớp trên nền đờng có thể lấy:

Vị trí lớp kết cấu Đất bụi, đất loại sét Đất loại cát

Đất phải đợc cày xới, làm nhỏ các hòn đất cỡ 15 – 25mm không đợc chiếm qua 5%.

Thông thờng vôi sống phải đợc tôi kỹ trớc khi sử dụng từ 5 – 7 ngày, mỗi tấn vôi sống phải dùng từ 500 – 800kg nớc, hàm lợng nớc của vôi tôi phải vào khoảng 35% để tránh bay bụi do quá khô, nhng cũng không đợc nhão nh vữa vì khó trộn

Trớc khi rải vật liệu phải tới ẩm bề mặt lớp dới Thờng thì rải đất trớc, sau đó rải vôi (xi măng) – Nếu đất quá khô thì cần tới đủ ẩm, sao cho độ ẩm hơi nhỏ hơn

độ ẩm tốt nhất của hỗn hợp Nếu đất thuộc loại sét thì sau khi tới nên ủ ẩm khoảng một đêm là đất ẩm đều

Sau khi rải thì dùng máy trộn chuyên dụng hoặc bừa đĩa tiến hành trộn khô

2-3 lợt (trộn sơ bộ) Sau đó lại tới ẩm rồi trộn ớt, đồng thời phải kiểm tra xem độ ẩm

và chiều sâu trộn có phù hợp không Độ ẩm của hỗn hợp nên lớp có độ ẩm tốt nhất khoảng 1-2% đề bù cho lợng bốc hơi khi thi công Khi trộn xong màu sắc của hỗn hợp phải đều, không đợc có các vệt vôi, cắn cục với lốm đốm, đồng thời độ ẩm phải

Khi thi công theo phơng pháp trộn tại đờng thì sau khi hỗn hợp đợc trộn đều thì thì tiến hành san và tạo mui luyện ngay Khi trộn hỗn hợp tại trạm trộn tâp trung thì phải vận chuyển hỗn hợp ra đờng, dùng máy san, máy rải hoặc nhân lực rải thành lớp với chiều dày quy định rồi tạo mui luyện và lu lèn

Bề dày của lớp hỗn hợp khi cha lu lèn bằng chiều dày đã lèn chặt nhân với hệ

số tơi xốp Hệ số tơi xốp (hệ số lèn chặt) là tỷ số của dung trọng khô yêu cầu sau khi

lu lèn với dung trọng khô tơi xốp khi rải Hệ số tơi xốp của hỗn hợp gia cố vôi (hoặc

xi măng) có thể tham khảo ở bảng sau:

Tên vật liệu Phơng pháp thi công Hệ số tơi

xốp

Cát sỏi gia cố xi măng Rải, trộn bằng nhân lực và cơ giới

nhỏ tại hiện trờng

1,30 – 1,35

Đất gia cố vôi (xi măng)

Rải đất và vôi (xi măng) bằng nhân lực, tạo mui luyện và trộn

máy

1,53 – 1,58

Đất gia cố vôi Trộn tại trạm trộn, chở đến hiện

trờng san rải bằng nhân lực

1,65 – 1,70

Có thể dùng máy san hoặc dùng nhân lực để tạo độ dốc ngang – Khi dùng máy san thì trớc tiên máy san san phẳng sơ bộ tạo dốc ngang, sau đó dùng lu bánh lốp lu 1 – 2 lợt để phát hiện các chỗ không bằng phẳng và sửa lại Nếu có chỗ trũng cục bộ thì phải xới tơi lớp mặt khoảng 5cm rồi bù hỗn hợp mới vào cho bằng Nếu dùng nhân công để tạo độ dốc ngang thì trớc tiên nhân lực sẽ san bằng hỗn hợp, rồi dùng thớc kiểm tra lại mui luyện để điều chỉnh sơ bộ, sau đó lu 1 – 2 lợt rồi lại dùng nhân lực để sửa sang

Nếu sau khi làm mui luyện, hỗn hợp có độ ẩm thích hợp (bằng W0±1%, với

W0 là độ ẩm tốt nhất) thì dùng lu bánh cứng 12 tấn hoặc lu bánh lốp lu lèn trên toàn

bộ chiều rộng cho đến khi đạt độ chặt yêu cầu Số lợt lu vào khoảng 6-8 lợt, 2 lợt lu

đầu tiên đi với tốc độ 1,5 – 1,7km/h sau đó tăng lên đến 2,0-2,5km/h

Khi lu nếu không đủ ẩm thì phải tới nớc thêm Nếu phát hiện các hiện tợng cao su, bong tróc, rời rạc thì phải xáo xới, trộn lại và lu lèn Với hỗn hợp đất gia…

cố vôi thì phải hoàn thnàh công tác lu lèn sau khi trộn trong vòng 3-4 ngày Với hỗn hợp đất gia cố xi măng thì việc lu lèn phải kết thúc trớc khi xi măng ngng kết (thờng khoảng 2 giờ)

2.1.2.2.5 Bảo dỡng

Sau khi lu lèn xong phải tiến hành bảo dỡng bằng cách duy trì một độ ẩm nhất

định Thời gian bảo dỡng không đợc ít hơn 5-7 ngày Tuỳ theo tình hình cụ thể có thể bảo dỡng bằng cách tới ẩm, phủ cát ẩm hoặc phun nhũ tơng bọc kín bề mặt không cho nớc trong hỗn hợp bay hơi nhanh

Tuỳ theo điều kiện thời tiết mà xác định số lần tới nớc để giữ ẩm cho bề mặt lớp đất gia cố luôn ẩm ớt Trong quá trình bảo dỡng nếu không cấm xe đợc thì phải hạn chế không cho xe nặng đi lại, các loại xe nhẹ phải khống chế tốc độ dới 30km/h

Nếu thi công thành nhiều lớp thì sau khi lu xong lớp dới có thể tiến tục làm ngay lớp trên Trớc khi rải lớp trên phải luôn giữ cho bề mặt dới luôn ẩm ớt

Khi dùng đất gia cố vôi để làm lớp trên nền đờng phải hết sức tránh thi công

về mùa ma và nhiệt độ thấp khi thi công là 50C

2.1.2.3 Vật liệu đất gia cố xi măng

Dùng xi măng để gia cố đất là một biện pháp có hiệu quả cao, vì vậy đất gia

cố xi măng là một vật liệu đợc sử dụng để làm các lớp móng đờng, lớp trên nền ờng Gia cố bằng vật liệu xi măng sẽ làm thay đổi một cách cơ bản các tính chất ban

đ-đầu của đất Đất gia cố xi măng khá ổn định với nớc, có độ cứng lớn, cờng độ chịu nén, chịu uốn và môđun đàn hồi đều có thể so sánh đợc với lớp đá dăm

Các quá trình phát sinh trong đất gia cố xi măng rất phức tạp, bao gồm các quá trình vật lý, hoá học, cơ học cũng nh cả quá trình lý hoá

Khác với bê tông xi măng hay vữa xi măng, trong đất gia cố xi măng thì đất là một thành phần có hoạt tính rất mạnh, đất có thể tạo nên những tác dụng có lợi (nh

đá cacbonat) hoặc bất lợi cho các quá trình hình thành kết cấu của đất xi măng Các tính chất của đất cũng nh thành phần hạt, thành phần khoáng sản, hàm lợng các muối hoà tan, hàm lợng và thành phần của chất hữu cơ, hàm lợng cácbonat canxi, độ

pH đều ảnh h… ởng đến tính chất đất gia cố xi măng

2.1.2.3.1 Yêu cầu vật liệu

Các loại đất á cát, hỗn hợp sét cát có thành phầ cấp phối tốt nhất, đất á sét nhẹ

đều rất thích hợp để gia cố xi măng Đất sét cũng có thể gia cố với xi măng nh ng ợng xi măng cần nhiều hơn và năng lợng để gia công đất cũng rất lớn Không nên dùng đất sét nặng có chỉ số dẻo IP>27 và lợng hạt sét >30% để gia cố xi măng Với cát sạch, đất có độ pH<5 khi gia cố với xi măng cần có những biện pháp xử lý đặc biệt mới có hiệu quả

l-Chất lợng của xi măng, thành phần khoáng vật và độ nhỏ của xi măng đều ảnh hởng lớn đến tính chất của đất gia cố xi măng

Để gia cố đất, thờng dùng xi măng Mác ≥400 Các xi măng mác thấp (150 -:- 200) chỉ dùng để gia cố đất làm móng dới hoặc làm lớp trên nền đờng Thời gian bắt

đầu ngng kết của xi măng không đợc nhỏ hơn 2 giờ và thời gian ngng kết xong không đợc quá 12 giờ

Nớc để trộn và bảo dỡng đất gia cố xi măng phải có độ pH ≥4, hàm lợng SO4

không quá 5mg/lít với tổng lợng muối hoà tan không quá 30mg/lít

Lợng xi măng dùng để trộn với đất phải đợc xác định bằng thí nghiệm

Tỷ lệ xi măng càng lớn thì cờng độ đất gia cố vôi càng cao Tuy nhiên để giảm giá thành và giảm co ngót nên dùng tỷ lệ xi măng thấp nhất có thể, nếu đảm bảo đợc cờng độ và độ ổn định thiết kế Tuy nhiên để bảo đảm trộn đều, tỷ lệ này không đợc nhỏ hơn tỷ lệ quy định ở bảng sau:

Trộn tại đờng Trộn tại trạm trộn

2.1.2.3.2 Quá trình thuỷ hoá và tác dụng giữa xi măng và đất:

ở giai đoạn đầu của quá trình này, xi măng trộn vào đất tiếo xúc với nớc sẽ phân tách thành Ca(OH)2 trong dung dịch và tạo thành các sản phẩm thuỷ phân khác, ở giai đoạn tiếp theo sẽ xảy ra tác dụng tơng hỗ giữa đất với Ca(OH)2 trong dung dịch và các thành phần riêng biệt của khoáng vật Clinker đã đợc Hiđrat hoá

Đất và xi măng có tỷ diện lớn làm cho các phản ứng trao đổi hoá học và hoá lý phát triển mạnh Nhờ có môi trờng kiềm cao nên khả năng phản ứng trao đổi ion của đất tăng lên mạnh mẽ Đặc biệt đối với các loại đát không chứa Cacbonat, không bão hoà bazơ cũng nh các loại đất nhiều mùn có dung lợng trao đổi lớn, khả năng này tr-

ớc tiên khiến cho đất hút mất Ca++ của Ca(OH)2 phân rải trong dung dịch, làm giảm

số lợng ion Ca++ trong hệ thống và từ đó làm giảm quá trình hoá cứng của xi măng

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 + …

Xi măng xỉ lò cao là loại đợc trộn giữa xi măng Portland và xỉ lò cao Xỉ lò cao không thể phản ứng hidrôhoá với nớc nhng nó có thể phản ứng trong môi trờng kiềm

Nh vây, sau khi đợc gia cố xi măng đất có thành phần hoạt tính có tác dụng tốt (đất chứa cacbonat) hoặc tác dụng xấu (kìm hãm) đối với quá trình tạo thành cấu trúc kết tinh trong đất xi măng Điều kiện thuận lợi nhất cho sự hoá cứng xi măng và cho sự hình thành cấu trúc là trong hỗn hợp phải chứa ion Canxi, có Canxi Hiđroxit

và phải có môi trờng kiềm

Các nhân tố ảnh hởng đến cờng độ đất gia cố xi măng hoặc vôi:

+ ảnh hởng của vật liệu làm chất kết dính

+ ảnh hởng của đặc điểm và tính chất đất

+ ảnh hởng của thời gian trộn

+ ảnh hởng của điều kiện hoạt đông

2.1.2.3.3 Trình tự thi công:

Trình tự và nội và nội dung các bớc thi công lớp đất gia cố xi măng về cơ bản giống nh đất gia cố vôi Tuy nhiên vì xi măng là chất liên kết đông cứng trong nớc

và thời gian ngng kết nhanh nên các bớc thi công trên cũng phải kết thúc trong vòng

2 giờ sau khi trộn (nếu không dùng phụ gia làm chậm thời gian ngng kết) và phải chú ý khâu bảo dỡng, bảo đảm cho đất gia cố xi măng đông cứng trong môi trờng

ẩm ớt

Trờng hợp không làm sạch lớp mặt trên lớp móng đất gia cố xi măng thì phải bảo dỡng bằng cách phun một lớp nhũ tơng (0,8 – 1,0 l/m2) phủ kín lớp mặt và mép cạnh của lớp đất gia cố, giữ cho nớc trong hỗn hợp chậm bay hơi, hoặc phải thờng xuyên tới nớc giữ ẩm ít nhất là 7 ngày, tốt nhất là 2 tuần Nếu phải làm lớp mặt sớm thì cũng phải bảo dỡng tới ẩm trong vòng 5 – 7 ngày mới đợc thi công lớp mặt

2.1.2.4 Vật liệu cát gia cố xi măng: