Tính chất và trạng thái của đất độ ẩm và độ chặt của đất ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và mức độ ổn định của nền đường.. + Về ảnh hưởng của trạng thái đất: Các đặc trưng cường độ lực dí
Trang 1thiết kế tối u nền đờng đắp
CHUYấN ĐỀ ĐẤT, VẬT LIỆU XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG
I Khỏi niệm
- Nền đường ụtụ là một cụng trỡnh cú tỏc dụng:
Khắc phục địa hỡnh thiờn nhiờn nhằm tạo nờn một dải đủ rộng dọc theo tuyến đường cú cỏc tiờu chuẩn về bỡnh đồ, trắc dọc, trắc ngang đỏp ứng được điều kiện chạy xe an toàn, ờm thuận và kinh tế
Làm cơ sở cho ỏo đường: lớp phớa trờn của nền đường cựng với ỏo đường chịu tỏc dụng của tải trọng xe do đú cú ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và tỡnh trạng khai thỏc của kết cấu ỏo đường
- Cấu tạo chung của nền đường bao gồm cỏc vấn đề xử lý đất để xõy dựng đường và quyết định kớch thước hỡnh học cỏc bộ phận của nền đường Cấu tạo chung của nền đường phải đỏp ứng đầy đủ cỏc yờu cầu đối với đường:
+ Nền đường phải đảm bảo luụn luụn ổn định toàn khối;
+ Nền đường phải bảo đảm cú đủ cường độ nhất định;
+ Nền đường phải đảm bảo ổn định về cường độ
- Đất là sản phẩm phong húa từ đỏ gốc (đỏ mỏc ma, đỏ trầm tớch, đỏ biến chất), do đú đất tồn tại rất phổ biến trong thiờn nhiờn, tồn tại khắp nơi trờn mặt vỏ quả đất Đất gồm cỏc hạt đất (hạt khoỏng vật) tổ hợp thành, giữa cỏc hạt hỡnh thành lỗ rỗng, trong lỗ rỗng thường chứa nước và khớ Đất cú đặc tớnh rừ rệt là vật thể rời rạc, phõn tỏn và cú nhiều lỗ rỗng, do đú đất cú:
+ Tớnh thấm nước;
+ Tớnh ộp co và nộn lỳn;
+ Tớnh ma sỏt và chống cắt;
+ Và cú khả năng đầm chặt
- Đất hỡnh thành trong thiờn nhiờn rất phức tạp và đa dạng, gồm nhiều loại khỏc nhau Với mục đớch xõy dựng, cỏc loại đất được đặt tờn, sắp xếp và phõn loại
Trang 2theo một hệ thống chặt chẽ, logic vừa phù hợp với mục đích xây dựng công trình, vừa phản ánh đúng thực tế khách quan, đất là sản phẩm lịch sử tự nhiên
II.Ý nghĩa, tầm quan trọng của việc nghiên cứu chuyên đề
- Đất làm nền đường: đất là vật liệu chủ yếu để xây dựng nền đường Tính chất và trạng thái của đất (độ ẩm và độ chặt của đất) ảnh hưởng rất lớn đến cường
độ và mức độ ổn định của nền đường
+ Về ảnh hưởng của trạng thái đất: Các đặc trưng cường độ (lực dính C, góc
ma sát ) và đặc trưng biến dạng (mô đun đàn hồi E, kG/cm2) của nền đường nói chung phụ thuộc vào loại đất, điều kiện chịu tải cũng như độ chặt và độ ẩm của đất, đặc biệt chúng thay đổi rất nhiều theo trạng thái ẩm của đất nhất là các đất có tính dính dẻo Độ ẩm của đất càng lớn thì cường độ của nó càng giảm và đất càng biến dạng nhiều Trạng thái ẩm của đất cũng có ảnh hưởng quan trọng đến sự làm việc của đất dưới tác dụng của tải trọng trùng phục
CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TOÁN CỦA ĐẤT NỀN TÙY THEO ĐỘ ẨM TƯƠNG ĐỐI
(THEO 22TCN 211-06)
Loại đất Các chỉ
tiêu Độ ẩm tương đối
0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90
Sét và á sét
(60) (57)42 (53)40 (50)34 (46)29 (42)25 (40)21 (38)20
c (Mpa) 0,038 0,032 0,028 0,023 0,019 0,015 0,013 0,012
Á sét nhẹ
và và á cát
bụi nặng
c (Mpa) 0,024 0,022 0,018 0,014 0,012 0,011 0,010 0,009
Á cát nhẹ
và á cát
c (Mpa) 0,020 0,018 0,014 0,012 0,011 0,010 0,009 0,008 Cát mịn
E (Mpa)
(độ)
c (Mpa)
40 35 0,005 Đất bazan
Tây
Nguyên
c (Mpa) 0,036 0,031 0,028 0,024 0,019 0,015 0,011
Ghi chú:
Trang 31 Đối với đất lẫn sỏi sạn trị số E có thể được lấy theo trị số trong ngoặc ở hàng đầu tương ứng với đất sét và á sét; còn trị số c, lấy tương ứng với loại
đất không có sỏi sạn;
2 Các trị số trong bảng là tương ứng với điều kiện độ chặt tối thiểu K=0,95 (đầm nén tiêu chuẩn) Việc tăng, giảm độ chặt được xét đến khi xác định độ ẩm tính toán Độ chặt đầm nén k=0,95 tương ứng với trị số độ ẩm tính toán lớn và nếu k 0,98 thì được chọn trị số độ ẩm tính toán nhỏ trong phạm vi tương ứng
với loại hình gây ẩm I, II, III (theo 22TCN 211-06)
3 Phân loại đất trong bảng trên sử dụng các tiêu chí như ở dưới đây:
- Sét và á sét là loại đất có chỉ số dẻo từ 12 27;
- Á sét nhẹ có chỉ số dẻo từ 7 12 và tỷ lệ hạt cát từ 2-0,05mm chiếm trên 40% khối lượng đất khô;
- Á cát bụi nặng là loại có chỉ số dẻo 1 7 và tỷ lệ cỡ hạt 2 0,05mm chiếm dưới 20%;
- Á cát nhẹ có chỉ số dẻo 1 7 và tỷ lệ cỡ hạt 2 0,05mm chiếm trên 50%;
- Á cát là loại có chỉ số dẻo 1 7;
- Cát mịn là loại có chỉ số dẻo dưới 1 và cỡ hạt > 0,05 mm chiếm >75%.
+ Về ảnh hưởng của tính chất đất: chủ yếu là ảnh hưởng của tính chất các hạt đất, trong đó kích cỡ của hạt đất có ảnh hưởng quan trọng nhất Cỡ hạt đất càng lớn thì đất có cường độ càng cao; tính mao dẫn càng thấp; tính thấm, thoát nước càng tốt; ít hoặc không nở khi gặp nước cũng như ít hoặc không co khi khô Những tính chất đó khiến cho loại đất chứa nhiều cỡ hạt lớn có tính ổn định nước tốt tuy nhiên nó lại có nhược điểm là tính dính, tính dẻo kém Cõ hạt đất càng nhỏ thì các tính chất nói trên sẽ hoàn toàn ngược lại
PHÂN LOẠI HẠT ĐẤT THEO KÍCH CỠ
Trang 4Tên hạt Kích cỡ hạt (mm)
rất nhỏ (mịn) 0,25-0,05
Tính chất và độ bền của đất xây dựng ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến chất lượng và quy mô công trình, do đó nghiên cứu đất xây dựng là vấn đề trọng yếu, có quan hệ mật thiết đến kinh tế - kỹ thuật của công trình nói chung và nền đường ôtô nói riêng
III Các loại đất sử dụng xây dựng nền đường
- Do ảnh hưởng của kích cỡ hạt đất đối với việc sử dụng đất để xây dựng nền đường và mặt đường là rõ rệt và rất quan trọng nên trong xây dựng đường cũng thường dựa theo thành phần hạt để phân loại đất
PHÂN LOẠI CÁT
Loại cát Tỷ lệ hạt theo kích cỡ
(% khối lượng)
Chỉ số dẻo
Khả năng sử dụng để xây dựng nền đường Cát sỏi Hạt >2mm chiếm 25-50% < 1 Rất thích hợp nhưng
phải có lớp bọc mái taluy Cát to Hạt >0,5mm chiếm >50% < 1 thích hợp nhưng phải có
lớp bọc mái taluy Cát vừa Hạt >0,25mm chiếm >50% < 1 thích hợp nhưng phải có
lớp bọc mái taluy Cát nhỏ Hạt >0,10mm chiếm >75% < 1 thích hợp nhưng phải có
lớp bọc mái taluy Cát bụi Hạt >0,05mm chiếm >75% < 1 Ít thích hợp
Trang 5PHÂN LOẠI ĐẤT DÍNH Loại đất Tỷ lệ hạt cát (2-0,05mm) có
trong đất (% khối lượng)
Chỉ số dẻo
Khả năng sử dụng để xây dựng nền đường
Á cát nhẹ, hạt
to
- Ở nước ta hiện nay, đất xây dựng được chính thức phân loại theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5747-1993 Các loại đất có thể sử dụng để đắp nền đường cho trong bảng sau:
Loại đất Tỷ lệ hạt cát (2-0.05mm)
theo % khối lượng Chỉ số dẻo Khả năng sử dụng
Trang 6- Không được dùng đất có các tính chất sau để đắp nền đường (các loại này gọi là đất không thích hợp):
Đất có lẫn các rễ cây, nền cỏ, tạp chất hữu cơ, các mẩu gỗ vụn
Đất có hợp chất hữu cơ cao như: than bùn, rác
Các loại đất có giới hạn chảy WL > 80% và chỉ số dẻo Ip > 55%
Đất nhạy cảm với độ trương nở, có trị số trương nở lớn hơn 1,25
Đất có chứa chất hoá học
Không dùng các loại đất lẫn muối và lẫn thạch cao (quá 5%), đất bùn, đất than bùn, đất phù sa và đất mùn (quá 10% thành phần hữu cơ) để làm nền đường
- Nếu dùng đất cát làm nền đường thì nền đường có cường độ cao và ổn định nước tốt (hệ số ma sát trong của cát tương đối lớn, tính thấm thoát nước tốt
và mao dẫn kém) Nhưng đất cát rời rạc, không dính nên phải có lớp đất dính bọc xung quanh (lề và taluy) để giữ cho nền đường không bị phá hoại vì gió, mưa xói, súc vật đi lại phá hoại cũng có thể dùng cách trộn thêm sét vào cát để làm lớp bọc đó Vì những ưu điểm của nó nên đặc biệt thường dùng để đắp nền đường quá lầy, qua vùng đất yếu (sét bão hòa nước), thay thế các chỗ nền yếu cục bộ (như hiện tượng hố cao su trong nền đường cũ)
- Đất sét vì hạt rất nhỏ nên tính chất hoàn toàn ngược lại với cát: khi đã thấm ướt thì khó khô; thể tích dễ thay đổi theo trạng thái khô, ẩm (nở, co); chiều cao mao dẫn lại lớn do đó tính ổn định nước của đất sét kém Đất sét khi khô lại rất cứng, khó đập vỡ và làm nhỏ, khi ướt lại nhão nên dễ phát sinh hiện tượng “cao su” và khó đầm nén chặt Do đó chỉ nên dùng đất sét đắp nền đường ở những nơi đắp cao, thoát nước tốt và đặc biệt phải có biện pháp đầm nén chặt Đất sét nếu đầm nén chặt thì lại trở nên khó thấm nước (vì các màng nước mỏng đã bọc kín các hạt sét) Tuy nhiên, thường biện pháp đầm nén chặt đất sẽ đòi hỏi tốn kém hơn, do đó thường chỉ dùng đất sét nén chặt làm các lớp phòng nước như lớp phòng nước đắp nền đường tại chỗ có cống, có mố cầu
- Đất bụi vừa kém dính (không dính như hạt sét) lại vừa ổn định nước kém (hạt nhỏ khó thoát nước, mao dẫn lớn) nên là loại đất bất lợi nhất đối với yêu cầu xây dựng nền đường Đất có hàm lượng bụi lớn thường khi mưa thì nhão nhoét, dễ xói chảy, khi khô lại quá rời rạc và sinh bụi, chiều cao mao dẫn lại rất lớn (0,81,5m) ngay cả khi đã đầm nén chặt cường độ cũng rất thấp Vì thế, các loại
Trang 7đất chứa càng nhiều hạt bụi thì càng không thích hợp và chỉ nên dùng để xây dựng các lớp dưới của nền đường (dưới khu vực tác dụng)
- Các loại đất hữu cơ, do nguyên nhân hình thành của nó nên thường là loại đất yếu, thành phần hữu cơ lại hút nước mạnh và giảm độ chặt của đất do đó nên hết sức tránh sử dụng chúng để xây dựng nền đường
Tóm lại, cần nắm vững các tính chất đất để tìm cách xử lý, cải thiện nó hoặc
đề xuất các biện pháp cấu tạo khác (như thoát nước, đắp cao, gia cố ) để khắc phục các nhược điểm của mỗi loại đất nhằm thỏa mãn các yêu cầu đối với nền đường một cách tốt nhất
IV Kiến nghị
Như trên đã phân tích, vật liệu đất đắp nền đường rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng công trình giao thông đường bộ Bên cạnh đó yếu tố môi trường, nguồn gây ẩm cho nền đường cũng không kém phần quan trọng Thực tế, trong quá trình triển khai thi công, các đơn vị từ Tư vấn thiết kế, Chủ đầu tư, Tư vấn giám sát và Nhà thầu chưa quan tâm đúng mức và đầy đủ đến các yêu cầu này Chẳng hạn, trong quá trình thiết kế, tư vấn không quy định chặt chẽ vật liệu đất đắp, không khảo sát kỹ nguồn vật liệu và khả năng thoát nước nền đường Trước thực trạng trên, là cán bộ bộ phận chuyên thiết kế các công trình giao thông như em, yêu cầu về thiết kế nền đường luôn được quan tâm trong quá trình thiết kế lập hồ sơ Do trong quá trình thiết kế một số công trình đã có những thiết
kế chưa có những nghiên cứu đề xuất phù hợp đã gây ra những thiệt hại lớn cho công trình xây dựng
Ví dụ thực tế: theo quy định của 22TCN 211-06, đất nền đường phải được thí nghiệm thực tế để xác định các thông số (E, C, ) đưa vào kiểm toán kết cấu áo đường Bảng B-3 của tiêu chuẩn đưa ra (để tham khảo) các đặc trưng tính toán của đất nền tùy theo độ ẩm tương đối để tính toán Theo bảng này, các đặc trưng tính toán của đất nền phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm tương đối Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế, đơn vị Tư vấn đã chọn nền đất có Eo = 40Mpa để tính toán kiểm toán mà không có những yêu cầu về kiểm soát nguồn gây ẩm cho nền đường phù hợp với đặc thù từng dự án, từng tuyến đường Có thể nói, trị số này là như nhau đối với tất cả các loại đất đắp nền đường ở các vùng khác nhau Có lẽ do yêu cầu của việc thi công lớp CPĐD, lớp nền phải có mô đun đàn hồi của đất nên tối thiểu E=40Mpa nên trị số này được đưa vào tính toán Trước tình trạng “không nghiên
Trang 8cứu” của đơn vị Tư vấn mà chỉ dùng luôn các trị số khuyến cáo của quy trình, cần phải có những nghiên cứu cụ thể cho từng loại đất, từng vùng và độ gây ẩm cho nền đường để lựa chọn trị số cường độ đất nền đưa vào tính toán Hiện tại quy trình tính toán có phân ra 3 loại trạng thái ẩm đạt được: Loại I - luôn khô ráo; Loại
II - ẩm vừa; Loại III - quá ẩm Việc đánh giá mang tính chủ quan này phụ thuộc vào yếu tố chủ quan nhiều nên thực tế tính toán vẫn bỏ ngỏ, công trình giao thông thường không kiểm soát được thời gian hư hỏng phải sửa chữa sau khi đầu tư Thậm chí nhiều công trình gần đây, sau khi đưa vào khai thác, ngay sau khi hết hạn bảo hành (thường là 01 năm) đã bắt đầu phát sinh các hư hỏng nặng như ở dự
án cải tạo, nâng cấp Quốc lộ 2 đoạn Đoan Hùng - Thanh Thủy; dự án đầu tư xây dựng Quốc lộ 1 đoạn tránh Thành phố Huế; dự án cải tạo, nâng cấp Quốc lộ 6 đoạn Hòa Bình - Sơn La, Dự án QL48 Nghệ An.v.v