CHƯƠNG 4 xây DỰNG nền ĐƯỜNG QUA các DẠNG địa HÌNH đặc BIỆT

Tuyến đường thiết kế qua vùng núi thường mang những đặc điểm sau : Công trình xây dựng trên tuyến thường lớn, có giá thành xây dựng cao. Nhiều yếu tố kỹ thuật bị hạn chế do điều kiện địa hình (ví dụ như bán kính đường cong, độ dốc dọc). Thi công phức tạp, di chuyển máy móc khó khăn, công suất của máy bị giảm. Đặc điểm từng loại địa hình và biện pháp kỹ thuật làm nền đường.

Chương 4 XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG QUA CÁC DẠNG ĐỊA HÌNH ĐẶC BIỆT

4.1 Xây dựng nền đường ở vùng núi

4.1.1 Đặc điểm chung

a) Đặc điểm thiên nhiên

- Địa hình vùng núi có đặc điểm là cao độ chênh lệch nhau lớn trên một khoảng cách ngắn, thung lũng thường quanh co và hẹp, địa chất vùng núi có cấu tạo phức tạp, thay đổi trên từng đoạn ngắn, đất đá bị phong hóa rất mạnh

- Điều kiện khí hậu thay đổi nhiều có ảnh hưởng mạnh tới sự phong hóa của đất đá

- Sông ngòi ở vùng núi thường nhỏ, hẹp, nhưng vận tốc dòng chảy lớn có sức phá hoại lớn, chế độ dòng chảy không ổn định, luôn thay đổi

b) Đặc điểm khi thiết kế và thi công nền

Tuyến đường thiết kế qua vùng núi thường mang những đặc điểm sau :

- Công trình xây dựng trên tuyến thường lớn, có giá thành xây dựng cao

- Nhiều yếu tố kỹ thuật bị hạn chế do điều kiện địa hình (ví dụ như bán kính đường cong, độ dốc dọc)

- Thi công phức tạp, di chuyển máy móc khó khăn, công suất của máy bị giảm

- Đặc điểm từng loại địa hình và biện pháp kỹ thuật làm nền đường

4.1.2 Làm đường theo các dạng địa hình

a) Làm đường theo thung lũng

a)

b)

Hình 4.1 Đường qua vùng núi

a) Đường đi theo thung lũng b) Đường theo sườn núi

- Sử dụng thung lũng sông miền núi để đặt tuyến có thuận lợi vì :

+ Độ dốc nhỏ

+ Dân cư tập trung

- Nhưng cũng có nhược điểm là trên các đoạn riêng biệt bề rộng đáy thung lũng quá nhỏ và quanh co, tuyến phải cắt qua nhiều khe suối, phải làm nhiều công trình, dễ gặp sình lầy, cây cối rậm rạp, địa chất thủy văn không ổn định

b) Làm đường đi theo sườn núi

- Tuyến đường đi theo sườn núi thường gặp dốc ngang lớn, vực sâu và vùng đất trượt; tuyến quanh co lượn theo sườn núi, phải làm nhiều đường vòng; địch đánh phá khó sửa chữa, có ưu điểm là nền đường ổn định, ít công trình nhân tạo hơn so với tuyến đi theo thung lũng

- Trắc ngang của nền đường đặt trên sườn núi thường có dạng: Nền đường đào chữ “L”, nền đường nửa đào, nửa đắp sườn dốc đá quá dốc hay có mũi đổ nhô ra có thể thiết kế nền đường nửa hầm

Hình 4.2: Các dạng trắc ngang nền trên sườn núi

a) Đường đào mặt cắt chữ L.

b) Nền đường nửa đào, nửa đắp

c) ??????

- Khi tuyến qua khe, qua mỏm núi nhô ra, phải thiết kế đường cong có R nhô ra???, nhưng phải chú ý tầm nhìn

- Khi tuyến gặp những chỗ trũng trên sườn dốc phải thiết kế công trình nhân tạo như: Kè, tường chắn, nền nửa hầm, nửa cầu (cầu ban công)

- Khi làm đường trên sườn dốc có độ dốc ngang lớn >50% hoặc nền không ổn định thì cần phải làm tường, kè chắn chống sụt lở và hệ thống thoát nước sau tường chắn, làm các cọc bảo hiểm, tường phòng hộ và biển báo…

- Trên các đoạn đường hẹp một chiều xe chạy, người ta phải làm các đoạn đường xe tránh nhau và bố trí các trạm điều chỉnh giao thông

- Ở những đoạn đường có dốc ngang lớn, dưới là vực, đường hẹp, sử dụng tạm thời, người ta có thể làm đường dốc ngang một mái nghiêng về phía núi 22,5% để bảo đảm xe chạy an toàn

 50%

 60cm

 60cm

1

2

Hình 4.4: Tường chắn trên sườn núi ?? còn hình 4.3 đâu????

c) Đường đi theo phân thủy

- Đường phân thủy là nơi khi trời mưa nước từ đó chảy về 2 phía Đây là dạng địa hình mà các đồi núi kế tiếp nhau, nối liền nhau tạo thành dãy núi Chúng ta phải

làm đường đi dọc theo đỉnh của dãy núi Đặc điểm nổi bật của đường đi theo phân thủy là độ dốc dọc và tầm nhìn của đường thường khó bảo đảm (dốc cục bộ ngắn), địa chất ổn định tốt, ít công trình, đường khó ngụy trang, xa nguồn nước sinh hoạt

- Khi làm đường dọc theo phân thủy, đối với đoạn dốc lớn ngắn, liên tiếp, ngược chiều, nối nhau qua các đỉnh đồi cần tính toán tỉ mỉ sử dụng đất đào hạ dốc ở đỉnh đồi đưa xuống đắp ở chân dốc, bảo đảm độ dốc dọc của đường và tầm nhìn qui định, đoạn đường đào thường có dạng xẻ đứt chữ “U”

- Đối với dốc dài liên tục  6% thì cứ 1.000m với xe ô tô, 500m với xe thô sơ phải làm một đoạn nghỉ với độ dốc 23% dài 50100m

- Đối với những đoạn đường vòng mà lên dốc thì phải hạ bớt dốc theo qui định

d) Làm đường đi theo khe suối

- Khe suối ở nước ta thường có độ dốc lớn, tốc độ nước chảy và lưu lượng nước phụ thuộc theo từng mùa và thay đổi rất nhanh Dọc theo 2 bên bờ suối, thường có nhiều đá cuội và cây cối lớn

- Tùy theo yêu cầu sử dụng, căn cứ vào tình hình địa chất, địa hình hai bên bờ suối, người ta thường đặt tuyến men theo dòng chảy

- Trường hợp đường chỉ sử dụng trong mùa khô, và tình hình địa chất, độ dốc dọc cho phép có thể làm đường đi theo dòng chảy

- Trường hợp sẵn đá, mặt đường phải được san lấp hoàn toàn bằng đá chống được xói lở, trơn trượt của dòng chảy, khi ít đá sẵn gỗ, có thể lát mặt đường bằng gỗ tròn, bó cành cây, áp dụng khi dòng chảy có vận tốc nhỏ, lòng suối rộng

- Sử dụng đường đi theo dòng chảy phải chú ý an toàn, dùng biển báo, cọc bảo hiểm đánh dấu, chỉ đường cho xe chạy

e) Làm đường vượt qua dòng chảy, khe cạn

- Miền núi có nhiều sông suối, khe lạch, 1 km tuyến đường ở vùng núi thường găïp 25 chỗ vượt qua dòng chảy, chế độ dòng chảy miền núi hỗn loạn, hay biến đổi, vận tốc chảy rất lớn, khi nước lũ có nhiều đá lăn, cây trôi phá hoại công trình, thung lũng sông thường có độ dốc lớn nên lũ thường xuất hiện bất ngờ, thời gian lũ ngắn, vận tốc lớn (tới 10m/s)

- Tùy theo tình hình cụ thể từng loại dòng chảy, khe cạn mà ta làm đường khắc phục vượt qua dòng chảy, khe cạn bằng các công trình cho nước chảy dưới đường, ngang qua đường hoặc trên đường như:

+ Thoát nước bằng hầm

+ Đường tràn, đường ngầm

+ Cầu, cống các loại

+ Cầu máng nút thừa

+ Bậc nước, dốc nước có giếng tiêu năng

- Ngoài các công trình thoát nước ra còn cần phải xây dựng hệ thống các công trình điều chỉnh, nắn dòng dẫn và điều hòa dòng chảy chống xói mòn, xói lở công trình

- Khi chọn tuyến cố gắng đặt tuyến thẳng góc với dòng chảy, vượt qua chỗ dòng chảy thẳng, ổn định, thoát nước tốt, độ dốc vào đầu cầu không quá 6%

Hình 4.5 Đường đi qua khe suối

g) Làm đường qua đèo (cắt qua đường phân thủy)

- Làm đường đèo đi qua các dãy núi là một vấn đề rất phức tạp, toàn bộ tuyến vượt qua dãy núi gồm có phần dẫn tới đèo từ hai phía và đoạn qua đèo Vấn đề quan trọng nhất là ta tìm chọn được trên dãy núi một phần đèo thấp nhất, có địa hình và điều kiện địa chất thuận lợi nhất, hai bên yên ngựa (đoạn dẫn tới đèo) phải có sườn thoải, ổn định, có thể đặt tuyến và triển khai tuyến được

- Có thể làm đường vượt qua đèo bằng các cách sau:

+ Tuyến đi qua đèo với cao độ thi công nhỏ (đi theo đèo thấp, rộng, sườn thoải)

+ Tuyến qua đèo có làm đường đào sâu (khi địa chất ổn định cho phép đào sâu)

+ Tuyến qua đèo bằng hầm khi đèo hẹp và cao, địa chất ngay tại đèo không ổn định có đá lăn, đất lở đe dọa, sườn núi gần đèo rất dốc

- Triển khai tuyến vượt đèo có thể phải cắm theo dạng đường chữ chi (đường cong con rắn, đường vòng móng ngựa); song cố gắng tránh làm đường vòng móng ngựa, vì khối lượng lớn khó thi công, dễ tạo thành trọng điểm địch đánh phá, khó ngụy trang

f) Làm đường qua vùng đá lăn

- Khi làm đường qua vùng đá lăn, trước hết phải điều tra và đánh giá khu vực đá lăn, cường độ và khối lượng đá lăn

+ Nếu vùng đá lăn đang hoạt động mạnh, nền đường cần được đặt ở bên trên sườn núi cao hơn vùng nham thạch bị phong hóa và cao hơn các chỗ trũng tích tụ đá vụn, nếu địa hình không cho phép đặt tuyến như trên thì chuyển sang phía bờ bên kia thung lũng để tránh đá lăn

+ Nếu đá lăn hoạt động do chân dốc bờ sông bị xói mòn thì có thể gia cố bờ sông, làm kè hoặc nắn dòng chạy ra chỗ khác

 60cm

 60cm

1

2

Hình 4.6: Tường chắn đá lăn trên sườn núi khi đá lăn hoạt động mạnh

- Nếu đá hoạt động yếu có thể đặt nền đường ngay trên vùng đá lăn, nhưng phải làm tường chắn không cho đá rơi xuống mặt đường Trường hợp đá lăn rất yếu, đầu tiên làm các tường ngăn ở phía dưới, sau một thời gian đá lăn lấp đầy tường ngăn thì lại xây tiếp các tường ngăn ở phía bên trên (hình 4.7a )

- Nếu lớp đá lăn dầy thì tường chắn có thể đặt ngay trên phần lớp đá lăn (hình 4.7b)

 60cm

 60cm Tường chắn

Tường chắn

b) a)

Hình 4.7: Tường chắn có thể đặt ngay trên phần lớp đá lăn, đá gốc

a) Đá lăn hoạt động yếu

b) Đá lăn dày

4.1.3 Xây dựng đường vòng móng ngựa

a) Khái niệm

Trong các vùng núi hiểm trở, khi đặt tuyến trên sườn núi có độ dốc rất lớn, cần

phải kéo dài tuyến để đảm bảo cho độ dốc không vượt quá độ dốc tối đa cho phép Nếu chỗ để triển khai tuyến bị hạn chế, người ta buộc phải đặt tuyến đi theo hình chữ chi (hình gẫy), chuyển hướng đường từ đường bình độ này sang đường bình độ khác trên cùng một sườn dốc Đường đi theo hình chữ chi trên cùng một sườn dốc chuyển từ đường bình độ thấp lên đường bình độ cao hơn chính là đường vòng móng ngựa

b) Cấu tạo

Ở những chỗ giao nhau giữa hai đoạn thẳng liền nhau, người ta dùng các đường cong nằm ở phía ngoài mà góc chuyển hướng để thay cho những chỗ gẫy của tuyến; cấu tạo đường vòng móng ngựa gồm một đường cong chính, hai đường cong phụ, toàn bộ đường vòng móng ngựa nằm trên cùng một sườn dốc (hình 4.8)

a

TC5

TC6

TĐ3

02

TC1

Đ3

 20m

 15m e

 100m



40m

 B A

Hình 4.8: Cấu tạo đường vòng móng ngựa

c) Đặc điểm

- Khối lượng thi công lớn, phạm vi thi công hẹp, triển khai thi công gặp nhiều khó khăn, mất nhiều thời gian, nhân lực, khó sử dụng xe máy để thi công, kỹ thuật phức tạp

- Xe vào đường vòng móng ngựa bị hạn chế tốc độ, dễ xẩy ra mất an toàn

Chú ý: Khi tuyến khó triển khai mới dùng đường vòng móng ngựa, cần hết sức

hạn chế sử dụng, vì ở đây phài dùng bán kính đường cong nhỏ, vận tốc hạn chế, vận chuyển khó khăn

d) Yêu cầu kỹ thuật

A

B

hA 6%

6%

Hình 4.9: Chiều rộng cổ họng A-B

- Bán kính đường vòng móng ngựa 15m

- Độ dốc siêu cao trong đường vòng móng ngựa isc=6%

- Độ mở rộng bụng đường vòng e=2,53m

- Đoạn nối mở rộng L=1030m

- Độ dốc dọc cho phép trong đường vòng móng ngựa tính từ TĐ đến TC: id=4%

- Chiều dài tối thiểu đoạn đường cong chuyển tiếp là 20m

- Khoảng cách tối thiểu giữa 2 tâm đường vòng móng ngựa gần nhau trên tuyến là 100m

- Bán kính đường vòng ngược chiều 40m

- Không để nước đổ từ đường vóng móng ngựa trên xuống đường vòng móng ngựa dưới

- Chiều rộng cổ họng AB (hình 3.31) tính theo công thức :

AB=Bđ+Br+0,5m+ 1,5.HAB (4.1)

Trong đó :

Bn: Chiều rộng nền đường (m)

Br: Chiều rộng của rãnh (m)

HAB: Độ chênh cao giữa A và B (m)

0,5m: Hệ số dự phòng sụt lở (thềm bảo vệ)

chữ chi

Bảng 4.1: Chỉ tiêu kỹ thuật các chỗ quay đầu xe trong đường vòng móng ngựa

4.2 Xây dựng nền đường đắp trên đất yếu

4.2.1 Khái niệm

- Nền đất yếu là một khái niệm khá rộng, bao gồm từ các loại đất sét có sức chịu tải kém đến các loại lầy than bùn hoặc bùn hữu cơ với mức độ phân hủy khác nhau Do nguồn gốc cấu tạo và điều kiện hình thành mà tính chất làm việc của chúng dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài kém và cũng rất khác nhau Nếu sức chịu tải của nền đất yếu, không đủ hoặc nếu độ lún của nền đường, diễn biến quá chậm thì cần áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt để tăng độ ổn định và tăng nhanh thời gian lún của nền đắp trên đất yếu Trên thực tế có thể áp dụng 3 nhóm, biện pháp xử lý chủ yếu sau:

+ Thay đổi, sửa chữa đồ án thiết kế nền đường (như giảm chiều cao nền đắp hoặc di chuyển vị trí tuyến đến khu vực có chiều dầy lớp đất yếu mỏng) Đây là biện pháp tốt nhất, nên cố gắng áp dụng

+ Các biện pháp liên quan đến việc bố trí thời gian (xây dựng theo giai đoạn), các giải pháp về vật liệu (bệ phản áp, đắp bằng vật liệu nhẹ, đào bỏ một phần đất yếu…) hoặc các biện pháp liên quan tới cả hai giải pháp trên (gia tải tạm thời)

+ Các biện pháp xử lý bản thân nền đất yếu (như cọc cát, cột balát, cột đất gia cố vôi, nền cọc v.v…), nhóm biện pháp này đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dùng và do các xí nghiệp chuyên nghiệp thi công

- Nói chung mỗi trường hợp cụ thể đều có thể có một hoặc nhiều biện pháp xử lý thích hợp, khi chọn biện pháp cần phải phân tích đầy đủ theo các nhân tố:

+ Tính chất và tầm quan trọng của công trình

+ Thời gian

+ Tính chất và chiều dầy của lớp đất yếu

+ Giá thành xây dựng

4.2.2 Một số phương pháp kỹ thuật xây dựng nền đắp trên đất yếu

Có rất nhiều biện pháp xử lý và do đó cũng có khá nhiều phương pháp kỹ thuật xây dựng nền đắp trên đất yếu

a) Xây dựng nền đắp theo thời gian (giai đoạn)

Khi cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đường ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nó bằng cách đắp đất từng lớp một, chờ cho đất mềm cố kết, sức chịu cắt tăng lên có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp tiếp theo

b) Tăng chiều rộng nền đường, làm bệ phản áp

- Khi cường độ chống cắt của nền đất yếu không đủ để xây dựng nền đắp theo giai đoạn hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời gian thi công, dự kiến thì có thể áp dụng biện pháp này nhằm tăng độ ổn định, giảm khả năng trôi đất ra 2 bên

- Bệ phản áp đóng vai trò một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nền đường với các chiều cao lớn hơn, bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, sóng, thấm nước v.v…

- Bệ phản áp thường được đắp cùng một lúc với việc xây dựng nền đắp chính; nếu không cho máy thi công đi lại trên bệ phản áp thì không cần đầm lèn, nếu có dùng cho xe máy đi lại thì phần dưới của bệ phản áp phải đắp bằng vật liệu thấm nước

- Dùng bệ phản áp chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ và phạm vi đắp đất không bị hạn chế

1/3

Nền đắp

Nền đất yếu

1/3 L=24m

Hình 4.11: Sử dụng bệ phản áp

c) Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ đất yếu

- Có thể áp dụng phương pháp đào bỏ một phần hoặc toàn bộ đất yếu trong những trường hợp sau:

+ Khi thời hạn đưa đường vào sử dụng là rất ngắn và đào bỏ đất yếu là một giải pháp tốt để tăng nhanh quá trình cố kết, tùy theo thời gian cố kết dự kiến để tính chiều sâu cần đào bỏ đất yếu

+ Khi mà việc cải thiện các đặc trưng cơ học của đất yếu (ví dụ góc ma sát nội) bằng cố kết không có hiệu quả để đạt chiều cao thiết kế của nền đắp

+ Khi cao độ thiết kế gần với cao độ thiên nhiên, không thể đắp nền đường đủ dầy để đảm bảo cường độ cần thiết dưới kết cấu mặt đường

- Để tính kích thước hợp lý nhất của phần đất cần đào bỏ đi, cần phải xét đến các nhân tố:

+ Về mặt kinh tế: Chỉ đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu khi chiều dầy không quá lớn, trong thực tế khó xác định được chiều sâu kinh tế, vì nó liên quan đến nhiều điều kiện cụ thể của hiện trường

+ Về chiều rộng tối thiểu để đào bỏ đất, cần được quyết định có chú ý đến khả năng gây mất ổn định của phần đất yếu còn lại trong khi thi công

Đất yếu

Nền đường Mặt đường

Hình 4.12: Đào bỏ một phần đất yếu

d) Giảm trọng lượng nền đắp

- Có thể giảm trọng lượng của nền đắp tác dụng lên đất yếu bằng 2 cách : + Giảm chiều cao nền đắp đến trị số tối thiểu cho phép, căn cứ vào điều kiện địa chất, thủy văn

+ Dùng vật liệu nhẹ đắp nền đường

- Các yêu cầu đối với vật liệu nhẹ dùng đắp nền đường:

+ Dung trọng nhỏ

+ Có cường độ cơ học nhất định

+ Không ăn mòn bê tông và thép

+ Có khả năng chịu nén tốt, nhưng độ nén lún nhỏ

+ Không gây ô nhiễm môi trường

- Ở nước ngoài người ta đã sử dụng các vật liệu sau:

+ Dăm bào, mạt cưa

+ Than bùn nghiền đóng bánh

+ Tro hay xỉ lò cao

+ Bê tông xen lu lô và polystyren nở

+ Cũng có thể sử dụng các ống kim loại hoặc chất dẻo trong thân nền đường để giảm tải trọng và còn có tác dụng thoát nước qua nền đường ở vùng ngập lụt

+ Ở Pháp đã sử dụng đất xốp để xây dựng một số đoạn nền đắp nhẹ.

e) Phương pháp gia tải tạm thời

Phương pháp này gồm có việc đặt một gia tải (thường là 23m nền đắp bổ sung) trong vài tháng rồi sẽ lấy đi ở thời điểm mà ở đó nền đường sẽ đạt được độ lún cuối cùng dự kiến như trường hợp với nền đắp không gia tải, gia tải này phù hợp với điều kiện ổn định của nền đắp; phương pháp này chỉ nên dùng khi chiều cao tới hạn cao hơn nhiều so với chiều cao thiết kế Nói chung phương pháp này chỉ cho phép cải thiện độ lún trong một số trường hợp hạn chế sau:

+ Nếu nền đắp có chiều cao lớn thì không nên đắp thêm gia tải để đảm bảo điều kiện ổn định

+ Nếu chiều dầy lớp đất yếu lớn (ví dụ 5m) thì đắp thêm 23m gia tải cũng

ít có hiệu quả

+ Nếu chiều dầy lớp đất yếu nhỏ (34m) và đất được thấm cả trên lẫn dưới thì đắp thêm khoảng 2m gia tải có thể có hiệu quả nhất định

Đất yếu

Nền đường Mặt đường

Gia tải bằng đất hoặc cát

Hình 4.13: Gia tải trên nền đất yếu

f) Làm lớp đệm cát

- Thường dùng lớp đệm cát để tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu sau khi đắp đất để tăng cường độ chống cắt của đất yếu, lớp đệm cát còn có tác dụng cải tạo sự phân bố ứng suất trên đất yếu

- Dùng lớp đệm cát thì thi công đơn giản, nhưng thời gian đắp đất tượng đối lâu

vì thường kết hợp lớp đệm cát với phương pháp xây dựng nền đường theo giai đoạn Phương pháp làm lớp đệm cát thích hợp trong các điều kiện sau:

+ Chiều cao nền đắp từ 69m.m

+ Lớp đất yếu không quá dầy (dưới 3m)

+ Có nguồn cát ở gần

- Có thể bố trí lớp đệm cát theo các hình thức sau :

+ Chiều dầy lớp đệm cát thường lấy theo kinh nghiệm và có thể tham khảo số liệu ở (bảng 4.2)

Bảng 4.2 Chọn chiều dày của lớp đệm cát theo độ lún của nền

+ Đặt lớp đệm cát sau khi đã đào bỏ một phần lớp đất yếu: