Bài giảng Xây dựng mặt đường

Với các mặt đường chịu lượng giao thông nặng, các lớp móng nμy lμm bằng vật liệu gia cố các chất liên kết hữu cơ hoặc vô cơ, lμm cho chúng chịu được tác dụng thẳng đứng do xe nặng gây ra

chương 1

các vấn đề chung

Đ1.1 MộT Số ĐịNH NGHĩA

1- Mặt đường

Mặt đường lμ một kết cấu nhiều lớp bằng các vật liệu khác nhau được rải trên nền

đường nhằm đảm bảo các yêu cầu xe chạy về cường độ, độ bằng phẳng vμ độ nhám

Lớp mặt Lớp liên kết Lớp móng trên Lớp móng duới Lớp móng phụ Lớp trên nền đuờng Nền đất

Đất thiên nhiên

2- Lớp trên nền đường (lớp nền đường cải thiện)

Lớp nμy lμ lớp chuyển tiếp giữa nền đất vμ tầng móng của mặt đường vμ có một chức năng kép:

- Trong giai đoạn thi công, nó lμ lớp bảo vệ nền đất vμ các lớp mặt đường tạm cho xe cộ chở vật liệu xây dựng mặt đường đi lại

- Về lâu dμi, nó đảm bảo sự đồng nhất của nền đắp (hoặc nền đμo) Trường hợp nền đất lμm bằng vật liệu có cường độ cao, ổn định đối với nước tốt thì không cần lμm lớp nμy

3- Các lớp móng

Thường có hai lớp: lớp móng dưới vμ lớp móng trên

Với các mặt đường chịu lượng giao thông nặng, các lớp móng nμy lμm bằng vật liệu gia cố các chất liên kết hữu cơ hoặc vô cơ, lμm cho chúng chịu được tác dụng thẳng đứng do xe nặng gây ra

Các lớp móng nμy phân bố đều áp lực lên nền đất vμ bảo đảm các biến dạng của nền đường nằm trong các giới hạn cho phép

Với các mặt đường ít xe chạy có thể không lμm lớp móng dưới vμ chỉ lμm lớp móng bằng vật liệu gia cố

4- Lớp mặt

- Lớp mặt xe chạy, lμ lớp trên của kết cấu mặt đường, trực tiếp chịu tác dụng của xe

cộ vμ các nhân tố khí hậu, thời tiết

- Lớp liên kết (có thể có hoặc không) giữa lớp mặt vμ lớp móng

Với các lớp móng trên bằng vật liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước cần có các biện pháp chống các đường nứt phản ánh truyền từ lớp móng lên lớp mặt

Chất lượng sử dụng của mặt đường phụ thuộc nhiều vμo các đặc trưng bề mặt của lớp mặt đường xe chạy Ngoμi ra lớp mặt còn góp phần tăng tuổi thọ của kết cấu mặt

đường, nhất lμ chức năng kín nước đối với kết cấu nền móng

Vật liệu để lμm các lớp của kết cấu mặt đường gồm có cốt liệu vμ các chất liên kết

5- Cốt liệu

- Cốt liệu: Lμ toμn bộ các hạt khoáng vật kích cỡ từ 0 - 80mm

- Thμnh phần hạt (thμnh phần cấp phối): lμ sự phân bố các hạt của một cốt liệu theo kích cỡ Thμnh phần hạt được xác định bằng cách sμng cốt liệu trên bộ sμng tiêu chuẩn mắt lưới vuông: 0,08-0,5-2-4-6,3-8-14-20 vμ Dmax

- Cấp phối: cốt liệu kích cỡ 0/D với 6,3 < D ≤ 80mm

6- Các chất liên kết rắn trong nước vμ puzơlan

- Các chất liên kết rắn trong nước: lμ các chất phản ứng với nước tạo thμnh các hyđrát ổn định, có lực dính kết giữa chúng với nhau vμ giữa các chất liên kết với cốt liệu lớn, lực dính kết đó tăng dần theo thời gian Đó lμ các loại xi măng, các chất liên kết chuyên dùng để lμm đường, tro bay than nâu

- Các chất liên kết đông cứng trong nước có cường độ thấp: lμ các chất liên kết có tính đông cứng trong nước sau khi trộn với một chất hoạt tính Đó lμ các loại xỉ lò cao

- Các chất liên kết puzơlan: đó lμ cá chất liên kết sau khi trộn với vôi gặp nước sẽ tạo thμnh các hyđrat ổn định tương tự với các thμnh phần được tạo thμnh bởi các chất liên kết rắn trong nước Đó lμ các hỗn hợp tro bay - vôi hoặc puzôlan - vôi được trộn ở trạm trộn

7- Các chất liên kết hữu cơ

a/ Bitum: lμ các sản phẩm rắn, nửa rắn hoặc lỏng, bao gồm:

- Bi tum nguyên chất, thu được do lọc dầu mỏ mμ không dùng phụ gia;

- Bi tum lỏng, thường gọi lμ “cut-back” lμ bitum trộn với một dung môi dễ hoặc khó bay hơi; thu được qua chưng cất dầu mỏ;

- Bi tum lỏng: bitum hóa mềm do trộn với dung môi chậm bay hơi, thu được qua chưng cất than đá;

- Bi tum hỗn hợp, gồm ít nhất 50% bi tum vμ chia ra:

+ Bitum gruđon: hỗn hợp của bitum nguyên chất vμ gruđon;

+ Bitum hắc ín: hỗn hợp của bitum vμ hắc ín than đá

- Bitum cải tiến: các loại bi tum trên đây có trộn thêm một chất phụ gia, thường lμ một cao phân tử, các bột khoáng hoặc các chất bột dính

b/ Nhũ tương bitum

Nhũ tương bitum lμ một chất liên kết phân tán bi tum ở trong nước, được tạo nên bằng cách sử dụng năng lượng cơ học để nghiền nhỏ bi tum lơ lửng trong nước bằng một tác nhân hoạt tính bề mặt gọi lμ chất nhũ hóa

c/ Gruđon

Đó lμ sản phẩm thu được qua việc chưng than cốc từ than đá ở nhiệt độ cao, gồm có:

- Gruđon nguyên chất: không dùng phụ gia;

- Gruđon cải tiến: thường trộn thêm các chất cao phân tử, bột khoáng hoặc phụ gia dính;

- Gruđon hỗn hợp: gồm 50% gruđon vμ 50% bitum nguyên chất

8- Vôi

- Vôi dùng trong xây dựng đường thường lμ vôi béo (thu được khi nung đá vôi nguyên chất ở nhiệt độ trên 9000C) rắn trong không khí Vôi có thể sử dụng dưới dạng vôi sống (oxit calcium, CaO) hoặc vôi tôi (Ca(OH)2)

Vôi được phân thμnh vôi canxi vμ vôi manhê theo hμm lượng MgO dưới hoặc trên 5% theo trọng lượng Chỉ có vôi canxi mới thích hợp trộn với tro bay hoặc với puzôlan

để trở thμnh chất liên kết vôi-tro bay hoặc puzơlan

- Vôi thủy: được nung từ đá vôi sét (hμm lượng sét 10-20%) ở nhiệt độ từ

1000-12000C Vôi thủy lμ chất liên kết rắn trong nước

= = = = = = = = = = //= = = = = = = = = =

Đ1.2 các loại kết cấu mặt đường vμ yêu cầu đối

với công nghệ xây dựng mặt đường

Các loại kết cấu mặt đường trong xây dựng vμ cải tạo mạng lưới đường ô tô vμ sân bay ở nước ta vμ trên thế giới rất đa dạng

Trong điều kiện vật liệu vμ công nghệ thi công mặt đường hiện nay ở nước ta, có mấy loại mặt đường chính sau đây:

- Mặt đường mềm:

Các kết cấu nμy gồm một lớp mặt nhựa bitum tương đối mỏng (dưới 15cm), với mặt đường ít xe chạy có thể chỉ lμ lớp mặt láng nhựa một lớp, được đặt trên một hoặc nhiều lớp móng bằng vật liệu hạt không gia cố hoặc gia cố bằng nhựa bitum Chiều dμy tổng cộng của kết cấu mặt đường thường từ 30 - 60cm

- Mặt đường có lớp móng gia cố chất liên kết rắn trong nước:

Các kết cấu nμy thường được gọi lμ “mặt đường nửa cứng” gồm một lớp mặt nhựa bitum đặt trên lớp móng gia cố chất liên kết rắn trong nước (thường lμ gia cố xi măng)

được lμm thμnh một lớp hoặc hai lớp (lớp móng trên vμ lớp móng dưới) với tổng chiều dμy vμo khoảng 20-50cm

- Mặt đường bê tông xi măng:

Các kết cấu nμy còn gọi lμ mặt đường cứng, gồm một lớp bê tông xi măng dμy từ

15 - 40cm đặt trên lớp móng (có thể bằng vật liệu gia cố xi măng, bê tông nghèo hoặc vật liệu không gia cố) - Tấm bê tông xi măng thường lμm bằng bê tông không cốt thép dμi khoảng 4 - 5m, rộng 3,5 - 4m giãn cách bằng cách khe co, dãn có cốt thép truyền lực giữa các khe

1- Mặt đường mềm

Mặt đường mềm thường có một lớp mặt vμ một lớp móng: lớp mặt lμ bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của xe chạy (lực thẳng đứng vμ lực ngang) vμ tác dụng của mưa, nắng nhiệt độ Mặt đường mềm có 2 loại: mặt đường mềm có lớp móng bằng vật liệu hạt vμ mặt đường mềm có lớp móng gia cố nhựa

a) Mặt đường mềm có lớp móng bằng vật liệu hạt:

Lớp móng bằng vật liệu hạt không gia cố chất liên kết khiến cho độ cứng của kết cấu mặt đường nμy nhỏ, phụ thuộc vμo cường độ của nền đất vμ chiều dμy của lớp móng - Vì chiều dμy của lớp mặt bitum mỏng nên các lực thẳng đứng do xe chạy gây

ra được truyền xuống nền đất theo một góc phân bố ngang nhỏ, ứng suất nén thẳng

đứng lớn vμ trùng phục sẽ gây ra biến dạng dẻo trong đất hoặc trong lớp móng, tạo thμnh các chỗ lún lõm ở bề mặt của mặt đường Mặt khác đáy của lớp mặt nhựa bitum chịu tác dụng trùng phục của ứng suất kéo uốn vμ có thể bị gãy do mỏi, đầu tiên lμ các

đường nứt riêng rẽ rồi phát triển dần thμnh một mạng lưới các đường nứt Từ đó nước

dễ dμng thấm xuống nền móng lμm tăng nhanh việc mở rộng đường nứt, bong bật vật liệu rời rồi hình thμnh ổ gμ Nếu không bảo dưỡng kịp thời thì mặt đường bị hư hỏng rất nhanh

Vì loại kết cấu mặt đường mềm có lớp móng bằng vật liệu hạt không gia cố chỉ thích hợp với các đường có lượng giao thông nhỏ vμ ít xe nặng chạy

b) Mặt đường mềm có lớp móng gia cố nhựa:

Loại mặt đường nμy có nhiều lớp nhựa, thường xây dựng trên các đường trục có nhiều xe nặng chạy hoặc trên các kết cấu mặt đường tăng cường

Độ cứng vμ cường độ chịu kéo của các lớp móng gia cố nhựa cho phép giảm nhanh ứng suất thẳng đứng truyền xuống nền đường Ngược lại tải trọng xe chạy gây ra ứng suất kéo uốn trong các lớp mặt vμ lớp móng Nếu các lớp nμy dính chặt với nhau,

độ cứng của kết cấu rất lớn, ngược lại nếu các lớp trượt lên nhau thì từng lớp sẽ chịu kéo vμ dễ bị nứt do mỏi Như vậy chất lượng của các mặt tiếp giáp có ảnh hưởng lớn

đến tình hình lμm việc của loại mặt đường nμy

Trong kết cấu mặt đường mềm lớp mặt xe chạy lμ bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của bánh xe vμ của mưa nắng Để đủ sức chống lại tác dụng trên, lớp mặt phải lμm bằng vật liệu có cường độ cao, gia cố nhựa đường, thường lμ bê tông nhựa, hoặc đá trộn nhựa vμ khi lượng giao thông nhỏ lμ các lớp láng nhựa

2- Mặt đường nửa cứng

Do lớp móng gia cố bằng chất liên kết rắn trong nước có độ cứng lớn, nên ứng suất nén thẳng đứng truyền xuống nền đất rất nhỏ Ngược lại dưới tác dụng của tải trọng xe chạy lớp móng chịu tác dụng ứng suất kéo uốn vμ cần được tính toán chính xác để đảm bảo điều kiện về cường độ tương tự như mặt đường cứng

Các lớp móng gia cố chất lên kết rắn trong nước (như lớp cấp phối đá, cát gia cố

xi măng hoặc lớp móng bê tông nghèo) khi đông cứng hoặc khi nhiệt độ giảm xuống

so với nhiệt độ khi thi công thường bị co lại - Do có sự ma sát giữa lớp móng vμ nền

đất nên sự co rút nμy bị cản trở vμ gây ra các đường nứt ngang Nếu không có biện pháp xử lý đặc biệt thì các đường nứt nμy sẽ lan truyền lên lớp mặt nhựa lμm xuất hiện các đường nứt ngang trên mặt đường với khoảng cách khá đều (từ 5- 15m) gọi lμ các

đường nứt phản ánh

Sau khi xuất hiện trên lớp mặt, các đường nứt nμy có xu hướng mở rộng vμ phân nhánh ra dưới tác dụng của xe chạy Các đường nứt nμy còn lμm cho nước thấm xuống nền móng, lμm giảm chất lượng của mặt tiếp giáp giữa lớp mặt vμ lớp móng, lμm giảm cường độ của nền móng

Vì vậy khi sử dụng loại kết cấu mặt đường nửa cứng cần có biện pháp chống truyền nứt từ lớp móng lên lớp mặt Biện pháp đơn giản nhất lμ tăng chiều dμy lớp mặt

bi tum lên trên 13cm

3- Mặt đường cứng

Kết cấu mặt đường cứng thường gồm có tấm bê tông xi măng đặt trên lớp móng

Do tấm bê tông có độ cứng rất lớn nên nó thu nhận hầu hết tải trọng do xe chạy gây ra

vμ truyền tải trọng đó xuống nền móng trên một diện tích rất rộng Vì vậy tấm bê tông

lμ lớp chịu lực chủ yếu vμ khác với mặt đường mềm, nền móng ở đây chịu lực không

đáng kể Do đó tấm bê tông xi măng phải có đủ cường độ chịu uốn cao vμ phải có đủ

cường độ dự trữ chịu được tác dụng trùng phục của tải trọng xe chạy vμ của nhiệt độ Ngoμi ra tấm bê tông xi măng còn phải chịu được tác dụng bμo mòn của xe chạy Hiện nay ở nước ngoμi thường dùng bê tông xi măng 50/400 (Rku = 50kG/cm2, Rn = 400kG/cm2) để lμm mặt đường

Lớp móng tuy không tham gia chịu lực lớn như trong mặt đường mềm nhưng yêu cầu chất lượng phải đồng đều, phải ổn định với nước vμ không tích lũy biến dạng dư Ngoμi ra lớp móng phải đủ cường độ đảm bảo cho xe máy thi công vμ vận chuyển đi lại, lμm việc thuận lợi Vì vậy hiện nay thường lμm lớp móng bằng đá gia cố xi măng,

bê tông nghèo …

Ba loại mặt đường trên lμ loμi mặt đường có lớp mặt hoμn chỉnh bằng cốt liệu gia

cố các chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ, thường lμm ở các đường có nhiều xe chạy Với các đường địa phương có lượng giao thông nhỏ, thường lμm các kết cấu mặt đường không có lớp mặt, gọi lμ mặt đường qúa độ

Mặt đường qúa độ thường gặp lμ mặt đường hai lớp vμ lớp móng trên lμm nhiệm

vụ của lớp mặt Trong trường hợp nμy lớp mặt của mặt đường qúa độ phải đảm bảo:

- Có cường độ cơ học đủ chịu tác dụng của xe chạy vμ ít bị hao mòn;

đường

= = = = = = = = = = //= = = = = = = = = =

Đ1.3 CAÙC NGUYEÂN LYÙ SệÛ DUẽNG VAÄT LIEÄU ẹEÅ XAÂY DệẽNG MAậT

ẹệễỉNG

Vaọt lieọu laứm maởt ủửụứng thửụứng goàm coự 2 loaùi: coỏt lieọu vaứ caực chaỏt lieõn keỏt Coỏt lieọu laứ toaứn boọ caực haùt khoaựng vaọt kớch cụừ tửứ 0 - 80mm, bao goàm caực haùt mũn, caựt, soỷi saùn, ủaự daờm, caỏp phoỏi, coự taực duùng laứm boọ khung cuỷa lụựp keỏt caỏu Coứn chaỏt lieõn keỏt thửụứng ủửụùc troọn hoaởc tửụựi vaứo coỏt lieọu vụựi moọt tyỷ leọ nhaỏt ủũnh ủeồ dớnh keỏt caực haùt coỏt lieọu nhaốm taờng cửụứng ủoọ vaứ tớnh choỏng thaỏm nửụực cuỷa hoón hụùp Caực chaỏt lieõn keỏt goàm coự: caực chaỏt lieõn keỏt raộn trong nửụực vaứ puzoõlan (nhử xi maờng caực loaùi, voõi tro bay, voõi puzoõlan), caực chaỏt lieõn keỏt hửừu cụ hoaởc chaỏt lieõn keỏt hyủroõcaựcbon (nhử nhửùa bitum, gruủon, nhuừ tửụng cuỷa bitum hoaởc gruủon) vaứ voõi Ngoaứi ra vụựi maởt ủửụứng quựa ủoọ coứn duứng ủaỏt dớnh laứm chaỏt lieõn keỏt, tuy nhieõn ủaỏt dớnh keựm oồn ủũnh vụựi nửụực, vỡ vaọy chổ thớch hụùp ủeồ laứm lụựp moựng cuỷa caực keỏt caỏu maởt ủửụứng coự lụựp maởt hoaứn chổnh

Vieọc sửỷ duùng vaọt lieọu ủeồ xaõy dửùng maởt ủửụứng hieọn nay ủeàu dửùa vaứo moọt trong caực nguyeõn taộc sau nay:

1 Nguyeõn lyự laứm maởt ủửụứng theo kieồu laựt:

Cửụứng ủoọ cuỷa lụựp maởt ủửụứng naứy chuỷ yeỏu

dửùa vaứo cửụứng ủoọ cuỷa baỷn thaõn caực phieỏn ủaự

(hoaởc taỏm beõ toõng) vaứ sửù cheứn khớt giửừa caực

phieỏn ủaự vụựi nhau cuừng nhử cửụứng ủoọ cuỷa lụựp

moựng hoaởc neàn ủaỏt phớa dửụựi Nhử vaọy caực phieỏn

ủaự phaỷi ủửụùc gia coõng coự hỡnh daùng gioỏng nhau,

beà maởt baống phaỳng vaứ phaỷi ủuỷ cửụứng ủoọ Nhửụùc

ủieồm lụựn nhaỏt cuỷa kyừ thuaọt xaõy dửùng maởt ủửụứng

laựt laứ hieọn vaón chửa cụ giụựi hoựa ủửụùc coõng taực laựt

maởt ủửụứng, vieọc gia coõng caực phieỏn ủaự laựt khaự

phửực taùp vaự raỏt toỏn coõng vaứ chuỷ yeỏu ủeàu phaỷi laứm

baống tay Vỡ vaọy vieọc laứm caực maởt ủửụứng ủaự laựt

hieọn nay raỏt haùn cheỏ

a)

b)

Hình 1-2: Lớp mặt đuờng lμm theo nguyên lý lát, xếp

a) K hông có vật liệu liên kếtb) Có dùng thêm vật liệu liên kết

Hình 1-3: Lớp mặt đuờng lμm theo nguyên lý đá chèn đá

a) Không có vật liệu liên kết

2 Nguyeõn lyự laứm maởt ủửụứng theo kieồu cheứn moực:

Theo nguyeõn lyự naứy, coỏt lieọu laứ ủaự daờm coự kớch cụừ ủoàng ủeàu, ủửụùc raỷi thaứnh tửứng lụựp vaứ lu leứn chaởt, trong quựa trỡnh lu leứn coự cheứn caực hoứn ủaự nhoỷ vaứo khe hụỷ giửừa caực hoứn ủaự lụựn Nhụứ vaứo taực duùng cheứn moực vaứ ma saựt giửừa caực hoứn ủaự vụựi nhau nhử vaọy maứ hỡnh thaứnh ủửụùc cửụứng ủoọ choỏng laùi bieỏn daùng thaỳng ủửựng vaứ chũu ủửụùc taực duùng cuỷa caực lửùc ngang nhaỏt ủũnh

Ưu điểm chính của nguyên lý làm mặt đường này là công nghệ thi công đơn giản, thích hợp với phương pháp sản xuất đá bằng thủ công Nhược điểm là rất tốn công lu và không khống chế các giai đoạn lu tốt thì đá dễ bị vỡ nát, tròn cạnh, phá vỡ nguyên lý làm việc của loại mặt đường này

Ngoài ra khả năng chịu lực ngang kém, mặt đường dễ bị bong bật, nhất là các đoạn cong, đoạn dốc, vì vậy người ta thường dùng thêm chất liên kết dưới hình thức tưới hoặc trộn để tăng cường sức chống trượt

3 Làm mặt đường theo nguyên lý cấp phối:

Theo nguyên lý này cốt liệu sẽ gồm nhiều cỡ hạt to nhỏ khác nhau, phối hợp với nhau theo một tỷ lệ nhất định và sau khi lu lèn sẽ đạt được một độ chặt nhất định Độ chặt của hỗn hợp vật liệu sau khi lu lèn càng lớn thì cường độ của lớp vật liệu càng cao Ngoài ra để tăng thêm cường độ còn trộn thêm các chất liên kết vô cơ hoặc hữu

cơ và khi đó sẽ được các lớp mặt đường có cường độ cao như mặt đường bê tông xi măng, mặt đường bê tông nhựa

Ưu điểm chính của phương pháp làm mặt đường theo nguyên lý cấp phối là có thể cơ giới hoá được và tự động hóa toàn bộ qúa trình công nghệ sản xuất vật liệu, bán thành phẩm và thi công cũng như kiểm tra và nghiệm thu chất lượng thi công các loại móng và mặt đường này

Vì vật hầu hết các loại móng và mặt đường hiện nay như cấp phối đá dăm, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, cấp phối đá dăm đen, bê tông xi măng, bê tông nhựa … đều được sử dụng theo nguyên lý cấp phối

4 Nguyên lý gia cố đất để làm móng và mặt đường:

Dùng các chất liên kết, các chất phụ gia và các phương pháp lý hóa khác nhau để gia cố đất, nhằm thay đổi một cách cơ bản tính chất cơ học và cấu tạo của nó (mà trước hết là tác động nên các thành phần hạt sét), làm cho các đặc trưng cơ học của nó tốt hơn, ít thay đổi và ổn định với nước, thích hợp để làm móng và mặt đường (mặt đường qúa độ, trên có rải lớp hao mòn)

Riêng với cát (và các loại đất rời khác) thì gia cố bằng các chất liên kết hữu cơ hoặc vô cơ nhằm dính các hạt đất với nhau thành một lớp toàn khối có cường độ cao và ổn định đối với nước

Do đất là vật liệu tại chỗ và có sẵn ở mọi nơi nên phương pháp gia cố đất rất thích hợp để làm mặt đường ở những nơi thiếu vật liệu đá

= = = = = = = = = = //= = = = = = = = = =

Đ1.4 TRìNH Tự XÂY DựNG MặT ĐƯờng vμ công tác chuẩn bị

Thi công lòng đường:

 Các yêu cầu đối với lòng đường:

- Phải đảm bảo đúng kích thước về bề rộng vμ chiều sâu

- Đáy của lòng đường phải có hình dạng đúng với mui luyện thiết kế vμ ở những

đoạn đường cong thì đáy lòng đường cũng phải đμo có siêu cao

- Đáy lòng đường phải được tăng cường đầm nén để tăng cường độ của cả kết cấu mặt đường vμ thông qua qúa trình đầm nén lại có thể phát hiện những chỗ lòng đường

bị yếu, bị “cao su” để kịp thời xử lý khi xây dựng mặt đường

- Hai bên thμnh của lòng đường phải vững chắc vμ thẳng đứng

 Phương án xây dựng lòng đường:

- Phương án đắp lề hoμn toμn: thích hợp với nền đắp vì tiết kiệm được khối

lượng đắp vμ đầm nén cả phạm vi phần xe chạy, cũng như thích hợp với trường hợp cải tạo tôn cao mặt đường cũ

Trước khi thi công lòng đường, nền đường phải đủ bề rộng bằng B + 2Δa (trong

đó B lμ bề rộng nền đường thiết kế) Đồng thời cao độ nền đường thấp hơn cao độ thiết

1: m

m i

- Phương án đμo lòng đường hoμn toμn: thích hợp với nền đμo Trong những

trường hợp kết cấu mặt đường tương đối mỏng, chiều sâu lòng đường nhỏ, cũng như trong trường hợp nền đắp để lâu mới xây dựng tiếp mặt đường, qua thời gian trên mặt nền bị phá hoại hư hỏng nhiều

m i

0

i b)

Hình 1-5: Phương án đμo lòng đường hoμn toμn

- Phương án đắp lề một phần: nói chung có thể sử dụng cho cả nền đμo vμ nền

đắp

B

A S

h ư

=

Δ vμ Δa =m Δh (1-2)

Trong đó:

B: bề rộng nền đường theo thiết kế

S = b.h (b: bề rộng phần xe chạy; h: chiều dμy kết cấu áo đường)

4

2 0 0

i b a i a

a, i0: bề rộng vμ độ dốc lề đường theo thiết kế

im: độ dốc mui luyện lòng đường

1: m

m i

0

i c)

áo đường, cũng như không ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu vμ hao hụt, tổn thất vật liệu Có 2 phương án tiến hμnh :

- Phương án chở vật liệu đến đâu san rải ngay đến đó

- Phương án chở vật liệu đến công trường để trong các bãi chứa

Sau khi hoμn thμnh xong công tác chuẩn bị thì nên tiến hμnh ngay các khâu công tác chủ yếu

Công tác hoμn thiện lề đường: thực hiện bằng máy san tự hμnh

= = = = = = = = = = //= = = = = = = = = =

Đ1.5 CáC BIệN PHáP LμM KHÔ MặT ĐƯờng vμ phần trên của

nền đường

1 Tầng đệm cát:

Biện pháp phổ biến để lμm khô mặt đường vμ phần trên của nền đường lμ xây dựng tầng đệm cát trực tiếp dưới tầng móng của mặt đường

Tác dụng chủ yếu của tầng cát đệm lμ để thoát nước hoặc chứa nước Ngoμi ra,

có thể kết hợp giải quyết các yêu cầu khác như tạo bằng phẳng hoặc truyền lực Như vậy cấu tạo tầng đệm cát cũng có thể theo một trong 2 nguyên tắc: tầng cát thoát nước hoặc tầng cát chứa nước; cấu tạo theo nguyên tắc khác nhau thì vật liệu cát cũng có yêu cầu khác nhau vμ bề dμy tầng đệm cát cũng có yêu cầu khác nhau

1.1 Tầng đệm cát chứa nước:

Cấu tạo không có các rãnh dọc hoặc ống thoát nước ra ngoμi phạm vi nền

đường Trong thời gian bất lợi, nước mao dẫn từ dưới lên hoặc nước từ trên, xung quanh thấm vμo qua mặt đường vμ lề đường … đều được chứa lại trong các lỗ rỗng của tầng cát vμ đến thời gian khô lại tự di chuyển đi

Taàng ủeọm caựt chửựa nửụực

50cm, k 0.98 Keỏt caỏu aựo ủửụứng

a = 0,5 - 1,0m 1,0m

Taàng ủeọm caựt chửựa nửụực

1,0m a = 0,5 - 1,0m

ẹaỏt yeỏu Vaỷi ủũa kyừ thuaọt, coự taực duùng:

- Khoõng ủeồ ủaỏt yeỏu chaỷy vaứo taàng caựt

- Taùo hieọu ửựng ủe taờng hieọu quỷa ủaàm neựn

Phaàn ủaỏt yeỏu ủaứo boỷ ủeồ ủaộp

Coự hoaởc khoõng coự vaỷi ủũa kyừ

thuaọt (tuứy thuoọc vaứo thieỏt keỏ)

Coự 2 taực duùng:

- Beọ phaỷn aựp

- Khoõng cho caựt mũn bũ chaỷy (taờng cửụứng oồn ủũnh neàn ủửụứng)

Vaỷi ủũa kyừ thuaọt, coự taực duùng:

- Khoõng ủeồ ủaỏt yeỏu chaỷy vaứo taàng caựt

- Taùo hieọu ửựng ủe taờng hieọu quỷa ủaàm neựn ẹaỏt yeỏu

Keỏt caỏu aựo ủửụứng

đệm không vượt qúa 65 - 75% thì mức chứa ẩm như vậy sẽ không ảnh hưởng đến cường độ của nó vμ do đó sẽ tạo được chế độ thủy nhiệt thỏa mãn (độ ẩm tương đối ở

đây lμ tỷ số giữa độ ẩm của cát lúc ẩm nhất với độ chứa ẩm mao dẫn của cát trong điều kiện cát được đầm nén đạt độ chặt yêu cầu với hệ số Kyc = 1,0)

Cát để lμm tầng đệm chứa nước có thể dùng loại cát xấu chỉ cần có hệ số thấm

đạt Kt ≥ 2m/ngμy đêm trong điều kiện đầm nén đạt Kyc = 1,0 (đầm nén tiêu chuẩn) Nếu

Kt nhỏ qúa thì tuy có thể chứa được nhiều nước (do độ chứa mao dẫn lớn lên) nhưng cường độ bản thân cát đó lại qúa thấp

Bề dμy tầng đệm cát chứa nước lúc nμy được xác định theo hai điều kiện: đủ dμy

để chứa được lượng nước cần thiết với tiêu chuẩn độ ẩm tương đối cho phép như trên,

đồng thời đủ dμy để đáp ứng yêu cầu về cường độ của kết cấu mặt đường đối với riêng

nó Riêng điều kiện một, trong điều kiện chỉ có nước mao dẫn, cũng có thể xác định bề dμy bằng chiều cao mao dẫn lớn nhất đối với vật liệu lμm tầng đệm cát Như vậy tầng

đệm cát hầu như gồm hai phần: phần dưới có chứa nước (có đầy nước mao dẫn hoặc có dòng nước chảy qua) do đó sẽ có mô đun biến dạng hay đμn hồi nhỏ hơn so với tầng trên không chứa nước, vμ lúc nμy nếu biết được lượng nước lớn nhất trong mùa bất lợi nhất mao dẫn hoặc thấm vμo qua 1m2 lòng đường thì có thể tính được bề dμy tầng đệm cát chứa nước nói trên Bề dμy nμy nói chung tương đối lớn

1.2 Tầng cát đệm thoát nước:

Khác với tầng đệm cát chứa nước ở chỗ: nước từ lớp cát sẽ được thoát ra ngoμi thân nền đường nhờ các ống hoặc rãnh thấm bố trí ngang qua lề đổ nước qua rãnh biên, hoặc bố trí dọc theo lòng đường rồi tập trung nước về các đường ống chính khác

ẹaỏt yeỏu

Neàn ủaộp

a = 0,5 - 1,0m 1,0m

Taàng ủeọm baống caựt haùt thoõ hoaởc trung thoaựt nửụực

H = 50cmmin

1,0m

a = 0,5 - 1,0m

Hình 1-8 : Tầng đệm cát thoát nước Chỉ tiêu khống chế độ ẩm vμ nguyên lý tính toán xác định bề dμy tầng cát đệm thoát nước cũng tương tự như đối với tầng cát đệm chứa nước, chỉ khác lμ cần tính toán theo các phương trình thủy lực về thấm để xác định bề dμy phần dòng nước chảy trong cát (những năm gần đây Liên Xô đã nghiên cứu vấn đề tính toán nμy có xét cả tới qúa trình thấm rối trong vùng nước tự do cũng như trong vùng nước mao dẫn nhằm tận dụng, giảm bề dμy tầng cát, giảm hệ số thấm yêu cầu) Do nước thấm hoặc mao dẫn vμo khu vực móng mặt đường được thoát đi thường xuyên nên bề dμy tầng đệm cát theo cách nμy thường nhỏ hơn nhiều so với tầng cát đệm chứa nước Tuy nhiên vật liệu cát lμm tầng đệm thoát nước rõ rμng đòi hỏi hệ số thấm cao hơn, phụ thuộc vμo lưu lượng nước cần thoát, chiều dμi hμnh trình thấm (tức lμ phụ thuộc bề rộng mặt đường) cũng như độ dốc ngang của lòng đường Thường hệ số thấm yêu cầu Kt > 3,0 m/ngμy

đêm vμ nếu bề rộng mặt đường từ 7 - 12m thì có thể yêu cầu tới Kt = 6 - 10 m/ngμy

đêm

Như vậy, tầng cát đệm chứa nước vμ tầng cát đệm thoát nước có những ưu nhược điểm khác nhau Tầng cát đệm chứa nước yêu cầu bề dμy lớn nhưng có thể dùng cát xấu, cát nhỏ Tầng cát đệm thoát nước thì ngược lại vμ đồng thời còn cần phải bố trí các cấu tạo thu, thoát nước; tuy nhiên nếu các bộ phận lμm việc tốt thì hiệu qủa lμm

khô mặt đường vμ phần trên của nền đường sẽ tốt hơn Về phạm vi sử dụng thì chỉ những nơi có điều kiện chênh lệch cao độ để thoát nước trong nền đường ra ngoμi, mới

có thể áp dụng tầng cát đệm thoát nước Những vùng thμnh phố đồng bằng vμ ven biển mức nước ngầm rất cao thì nhiều khi phải dùng biện pháp tầng cát đệm chứa nước

Thi công các tầng cát đệm được tiến hμnh từng lớp, bề dμy mỗi lớp chọn tùy theo phương tiện đầm nén Trong qúa trình thi công cần chú ý các yêu cầu sau:

- Độ chặt yêu cầu của tầng cát đệm phải đạt Kyc ≥ 1,0 vμ phải kiểm tra hệ số thấm sau khi đầm nén

- Phải tưới nước trong qúa trình đầm nén để đạt độ ẩm tốt nhất W0 Thường với cát nhỏ, sạch W0 = 12 - 14%, với cát lớn W0 ≤ 9% Theo kinh nghiệm thi công trên một

số công trường ở nước ta, đối với cát hầu như độ ẩm cao thì đầm nén cμng chóng chặt

vμ độ ẩm thi công nên lấy bằng 1,0 - 1,4 lần độ ẩm tốt nhất W0 tùy theo loại công cụ

đầm nén

Lượng nước Q (l/m2) cần tưới thêm bình quân cho 1 m2 tầng cát dμy h (m) tính theo công thức:

10.)

Nếu không có xe phun nước vμ điều kiện cấp nước khó khăn thì nên đầm nén bằng thiết bị chấn động vμ lúc nμy có thể dùng độ ẩm thi công nhỏ hơn W0 một ít

Nếu khi thi công bị mưa, cát qúa ẩm thì sau khi rải nên dùng máy san trộn cho khô bớt

Nếu rải cát trực tiếp vμo lòng đường, thi công đến đâu rải đến đấy, không nên

đổ ở lề trước, vì theo kinh nghiệm như vậy cát dễ bị lẫn bẩn lμm giảm hệ số thấm vμ bị hao hụt nhiều

Sau khi thi công xong tầng cát đệm cần thi công tiếp ngay tầng móng của kết cấu mặt đường, không nên để gián đoạn qúa 2 - 3 ngμy nhất lμ trong mùa mưa, như vậy mới bảo đảm được tầng đệm cát không bị phá hỏng hoặc giảm chất lượng Không cho

xe máy đi lại trên mặt tầng đệm cát mới thi công xong

2 Các biện pháp thoát nước ra khỏi khu vực mặt đường vμ móng nền đất:

Để thoát nước từ tầng cát đệm hoặc mặt đường loại thấm nước ra ngoμi, thường dùng các loại rãnh thấm, các loại ống, các hμo thoát nước bố trí ngang hoặc bố trí dọc

Rãnh xương cá thường rộng 0,3m cao 0,2m đổ đầy cát hoặc đá để nước thấm qua Khi dùng cát thì phía đầu ngoμi ta luy của rãnh xương cá phải xếp đá một đoạn ≥

25 cm Để tránh đất lề đường chui vμo lμm tắc rãnh, phải lát cỏ lật ngược ở mặt trên của rãnh trước khi đắp lại lề

Nếu đất nền đường lμ loại không thấm nước hoặc ít thấm nước vμ trong điều kiện chỉ có nước mưa thấm qua mặt đường thì có thể không cần lμm tầng cát đệm vμ lúc đó nước từ lớp mặt đường sẽ thấm trực tiếp qua rãnh xương cá ra ngoμi

Thường bố trí rãnh xương cá so le nhau với cự ly L = 6 - 10m; trên đoạn đường cong thì rãnh xương cá chỉ bố trí phía bụng đường cong với cự ly L = 5m Trường hợp

Trong trường hợp lượng nước q cần thoát khá lớn vμ có thể gồm cả nước mao dẫn từ dưới lên (nhưng q ≤ 3 lít/m2.ngμy đêm) thì phải dùng các ống thoát nước để thay thế rãnh xương cá

1 Kết cấu mặt đường; 2 Khu vực ẩm do mao dẫn; 3 Khu vực có nước tự

do; 4 Bộ phận cửa thu nước; 5 ống thoát nước; 6 Rải gia cố lề; 7 Chuyển

động của nước tự do; 8 Mức nước tự do

30-35

r = 500

B B

3

3

1 1

1 2

Hình 1-12: Cấu tạo bộ phận thu nước ở

- Đầm chặt đất nền đường dưới tầng đệm cát

- Đμo các rãnh xương cá với độ dốc ≥ 30% Bề rộng rãnh thường đμo bằng 2 lần

đường kính ống thoát nước d0 trong trường hợp có đặt cống

- Đặt ống: thường dùng ống có đường kính d0 = 80 - 100mm; nếu dùng ống sμnh thì đỉnh cống phải đặt sâu dưới lề ≥ 40cm Đầu cống phía trong phải đặt ngập vμo trong bộ phận thu nước một khoảng bằng d0 vμ đầu cống phía ngoμi ta luy phải thò ra (1,5 - 2,0)d0 để ống không bị tắc bẩn Để tránh lún, lật ống, ở đầu phía ngoμi ta luy nên lát đá hoặc đệm sỏi một đoạn dμi 20 - 30cm

- Sau khi đặt ống tiến hμnh rải một lớp cát mỏng 2 - 3cm trong phạm vi bộ phận thu nước vμ bắt đầu thi công bộ phận nμy Để tiện thi công, ở một số nước có chế tạo sẵn bộ phận nμy bằng bê tông thấm (bê tông không cát), như vậy tại hiện trường chỉ việc lắp đặt vμo đầu cống Bán kính r của bộ phận thu nước cμng lớn thì hiệu qủa thoát nước cμng tốt, lớp cát đệm có thể mỏng đi, nhưng đồng thời lại tốn đá

- Đắp lại đất trên cống Nhưng để dễ đầm chặt ở hai bên cống thường dùng cát đổ

đến ngang đỉnh cống, sau đó trên mới đắp đất

a) Các hμo thu nước bố trí ngang:

Thường được sử dụng để thoát nước mặt đường vμ phần trên của nền đường ở những chỗ độ dốc dọc lớn hơn độ dốc ngang, ở những chỗ có đường cong đứng lõm, ở những nơi từ nền đμo chuyển sang nền đắp ở những chỗ nμy nước thường chảy thấm dọc trong tầng đệm cát hoặc trong tầng móng đá dăm, cuội sỏi có lỗ rỗng lớn

Đáy hμo thu nước ngang thường đμo sâu dưới 0,15m kể từ đáy tầng đệm cát; trong hμo có thể đặt ống suốt cả chiều dμi hoặc chỉ đặt ở gần chỗ đầu thoát ra

Các ống thu nước có đục lỗ hoặc xẻ khe ở nửa mặt phía dưới để cho nước từ tầng đệm cát thấm vμo (dùng các ống thấm thì không cần đục lỗ) ở các chỗ không đặt ống thì tạo hμo thu nước theo nguyên tắc rãnh ngầm có tầng lọc ngược đắp xung quanh

để tránh cát theo nước thấm vμo lμm tắc rãnh

Hình 1-13: Sơ đồ bố trí hμo thu nước ngang trên bình đồ

a) Hμo thu nước chảy về 1 bên; b) Hμo thu nước chảy về hai bên

1 Hμo thu nước; 2 Cửa thoát nước ra ngoμi ta luy; 3 Lề đường; B - Bề rộng mặt

đường; l - khoảng cách giữa các hμo thu nước

> 2d 1: m

< 2,5m

3 2

1

4

b)

c)

Hình 1-14: Bố trí hμo thu nước ngang trên mặt cắt ngang

a) Hμo ngang trên nền đắp; b) Hμo ngang thoát nước về một phía dùng cho nền nửa

đμo nửa đắp; c) Hμo ngang thoát nước vμo ống dọc dùng ở nền không đμo không đắp 1) Kết cấu áo đường; 2) Tầng cát đệm thoát nước; 3) Hμo thu nước; 4) Rãnh sâu có bố

Hình 1- 15: Mặt cắt ngang cấu tạo hμo thu nước

a) Mặt cắt tại lề hoặc dải phân cách ở đường thμnh phố (hμo thu nước đoạn nμy có dạng ống); b) Mặt cắt hμo thu nước trong phạm vi phần xe chạy (không có ống)

1 ống d = 80 - 100mm có đục lỗ ở phía dưới; 2 Đắp tầng thấm với bề dμy > 5cm;

3 Lỗ hoặc he thu nước vμo ống; 4 Đắp tầng lọc ngược bằng đá dăm hoặc sỏi cuội cỡ

5 - 10mm; 5 Lõi để thấm nước ra bằng đá dăm hoặc đá sỏi cuội cỡ 20 - 40mm

b) Các hμo thu nước dọc:

Dùng để hút khô mặt đường trong các trường hợp sau:

- ở những đoạn đường có độ dốc nhỏ (i ≤ 2%) vμ lượng nước thấm vμ mao dẫn vμo lòng đường lớn Sở dĩ như vậy lμ vì lúc nμy nhờ ống có lỗ đặt suốt dọc lòng đường nên nước từ lớp cát đệm được thoát nhanh chóng, không phải tập trung về rãnh xương cá có cự ly thấm xa hơn Cũng nhờ có ống sẽ giảm chiều dμi thấm, do đó bề dμy tầng

đệm cát có thể mỏng hơn

về cao độ để thoát nước ngang hoặc dẫn nước đến các giếng chuyển tiếp

ống dọc có thể bố trí cả hai bên lòng đường khi bề rộng mặt đường rộng; nếu bề rộng mặt đường hẹp thì chỉ cần đặt một bên Tại những chỗ đường cong hoặc tầng đệm cát dùng cát hạt to hoặc hạt vừa nhưng sạch vμ có hệ số thấm k ≥ 7m/ngμy đêm thì cũng có thể chỉ cần đặt một hệ thống ống

Thường các hμo thu nước dọc được đặt ngay trong phạm vi lòng đường vμ nếu chỉ đặt một hệ thống thì độ dốc ngang của lòng đường dốc về phía hμo phải tăng lên

đạt ≥ 2 - 3% Phải lợi dụng địa hình để bố trí hμo ngang có đặt ống nối tiếp với ống dọc

để thoát nước từ ống dọc ra ngoμi Cự ly tối đa nước chảy trong ống dọc không qúa 250

- 300m Nếu ở thμnh phố thì nước từ hμo thu nước dọc sẽ tập trung về các đường ống dẫn khỏi phạm vi lòng đường hoặc tập trung về những giếng chuyển tiếp Độ dốc dọc của các ống thường dùng lμ 0,4% nếu ống có đường kính d ≥ 80mm vμ 0,5% nếu d ≥ 50mm

ống đặt trong hμo thu nước dọc hoặc ngang, thường dùng các loại sau: ống thấm, ống sμnh, ống bê tông xi măng amiăng, ống bằng chất dẻo, ống bằng thủy tinh, ống nhôm

c) Trình tự thi công xây dựng các hμo thu nước ngang hoặc dọc bao gồm:

- Đμo các đường hμo

- Đặt ống trong hμo thu nước: ống được đặt từ nơi thấp lên cao

- Đắp các tầng thấm lọc ngược xung quanh ống: chỉ cần đặt ở những chỗ có khe

đối với năng suất vμ tốc độ chung của dây chuyền, do đó đòi hỏi tập trung chủ đạo, mặt khác, đó cũng thường lμ khâu kết thúc qúa trình công nghệ thi công một tầng lớp kết cấu nên cũng cần đặc biệt chú ý kiểm tra chất lượng

Mục đích của công tác đầm nén lμ để tăng độ chặt của hỗn hợp vật liệu do đó tăng số lượng tiếp xúc, liên kết trong một đơn vị thể tích, các chất liên kết nhờ vậy mμ

có điều kiện phát huy tác dụng; kết qủa lμ trong nội bộ vật liệu sẽ hình thμnh một cấu trúc mới khác với lúc chưa lu lèn (cấu trúc keo kết, kết tinh hoặc tiếp xúc) vμ lúc nμy lực dính, lực ma sát, tính dính nhớt của bản thân vật liệu sẽ tăng lên, tính thấm nước, thấm hơi sẽ giảm đi do đó tạo nên được cường độ vμ ổn định cường độ cho các tầng lớp mặt đường

Như đã biết, vật liệu lμm các tầng lớp mặt đường thường lμ những hỗn hợp gồm

ba pha: đặc, lỏng, khí Khác với qúa trình cố kết (qúa trình tăng độ chặt do thμnh phần pha lỏng bị đẩy ra ngoμi), qúa trình đầm nén chỉ tăng độ chặt do thoát khí

Trong qúa trình đầm nén, khi tải trọng đầm nén tác dụng, trong vật liệu sẽ

phát sinh sóng ứng suất - biến dạng (độ chặt cμng lớn vμ mô đun đμn hồi của vật liệu cμng lớn thì sóng ứng suất - biến dạng lan truyền cμng nhanh) Dưới tác dụng của áp lực lan truyền đó, trước hết các hạt khoáng chất vμ mμng chất lỏng bao bọc nó sẽ bị nén đμi hồi; sau đó khi ứng suất tăng lên vμ tải trọng đầm nén tác dụng trùng phục nhiều lần, cấu trúc dưới tác dụng mμng mỏng của pha lỏng sẽ dần dần bị phá hoại, cường độ của các mμng mỏng sẽ giảm đi, nhờ vậy các tinh thể vμ các hạt kết có thể trượt tương hỗ vμ di chuyển đến vị trí sát gần nhau, sắp xếp lại để đi đến các vị trí ổn

định (biến dạng không phục hồi tích lũy dần), đồng thời không khí bị đẩy thoát ra ngoμi, lỗ rỗng giảm đi, mức độ bão hòa các chất liên kết trong một đơn vị thể tích tăng lên vμ giữa những tinh thể sẽ phát sinh các tiếp xúc vμ liên kết mới Qua giai đoạn nμy, nếu tiếp tục tăng ứng suất lèn ép thì những mμng lỏng ở nơi tiếp xúc giữa các tinh thể

vμ giữa các hạt kết vẫn tiếp tục bị nén thêm vμ tuy rằng như vậy không lμm tăng thêm

độ chặt đáng kể nữa nhưng riêng đối với cấu trúc keo tụ thì chính lúc nμy cường độ của vật liệu lại tăng nhiều vì mμng chất lỏng bị nén thêm sẽ tạo điều kiện để liên kết biến cứng, tăng ma sát vμ lực dính, do đó thay đổi chất lượng của liên kết

Quá trình đầm nén có xảy ra như trên mô tả hay không, diễn biến tốt hay xấu chính lμ thể hiện hiệu qủa đầm nén Muốn đầm nén có hiệu qủa cao thì cần phải chọn các thông số đầm nén, phương thức, chế độ đầm nén như thế nμo để khắc phục một cách tốt nhất sức cản của vật liệu phát sinh trong qúa trình đầm nén Qua những hiện tượng xảy ra trong qúa trình đầm nén trình bμy ở trên có thể thấy được sức cản nμy gồm có:

- Sức cản cấu trúc: sức cản nμy do liên kết cấu trúc giữa các pha vμ thμnh phần

có trong hỗn hợp vật liệu gây ra Liên kết cấu trúc giữa các thμnh phần cμng được tăng cường vμ biến cứng thì sức cản cấu trúc cμng lớn vμ nó tỷ lệ thuận với trị số biến dạng của vật liệu Cụ thể lμ, trong qúa trình đầm nén độ chặt cμng tăng thì sức cản trở cấu trúc cμng lớn

- Sức cản nhớt: sức cản nμy lμ do tính nhớt của các mμng pha lỏng bao bọc quanh

các hạt (hoặc hạt kết) vật liệu, do sự bám móc nhau giữa các hạt (hoặc hạt kết) khi trượt gây ra Sức cản nhớt tỷ lệ thuận với tốc độ biến dạng tương đối của vật liệu khi

đầm nén vμ sẽ cμng tăng khi cường độ đầm nén tăng vμ có độ nhớt của mμng lỏng tăng

- Sức cản quán tính: sức cản nμy tỷ lệ thuận với khối lượng vật liệu vμ gia tốc khi

đầm nén

Sức cản đầm nén của vật liệu lớn hay nhỏ vμ quan hệ giữa các thμnh phần nói trên như thế nμo lμ tùy thuộc vμo cấu trúc của vật liệu, tùy thuộc vμo góc ma sát, lực dính vμ tính nhớt của vật liệu

Theo nghiên cứu của giáo sư N.N Ivanop, sức cản đầm nén của vật liệu q (kG/cm2) trong trường hợp ép lún với áp lực phân bố đều trên diện tích truyền lực hình tròn đường kính D vμ bề dμy lớp vật liệu ≥ 1/5D có thể xác định theo công thức:

tg c

Trong đó:

c: lực dính của vật liệu - thay đổi tùy theo độ chặt, độ ẩm, nhiệt độ (đối với các vật liệu có chất liên kết hữu cơ) vμ thời gian tác dụng của tải trọng (vật liệu có tính nhớt)

ϕ: góc nội ma sát, phụ thuộc chủ yếu vμo kích cỡ vμ hình dạng cốt liệu

Lực dính c của các loại hỗn hợp vật liệu có chất liên kết hữu cơ thực tế có thể thay đổi khá nhiều khi nhiệt độ vμ thời gian tác dụng của tải trọng thay đổi Vì thế để

điều chỉnh sức cản đầm nén trong qúa trình thi công, đối với loại vật liệu nμy việc quy

định nhiệt độ đầm nén, thời gian tác dụng, số lần tác dụng của phương tiện đầm nén lμ rất có ý nghĩa Đối với các vật liệu không dùng thêm chất liên kết hữu cơ thì lực dính phụ thuộc chủ yếu vμo độ chặt, độ ẩm, số lượng hạt nhỏ vμ ít thay đổi theo thời gian tác dụng của tải trọng

Góc ma sát ϕ của các lớp mặt đường lμm theo nguyên lý đá chèn đá, có hoặc không có thêm các chất liên kết hữu cơ, của các lớp đất gia cố xi măng, các lớp bê tông

nhựa nguội, thường > 450; đối với các lớp cuội sỏi, đất, đá dăm thì góc ma sát ϕ cμng nhỏ nếu thμnh phần hạt nhỏ cμng nhiều Với bê tông nhựa nóng ϕ = 27 - 350

Kết qủa nghiên cứu của giáo sư N.N Ivanop cho phép xác định được trị số ϕ vμ

c của các loại hỗn hợp vật liệu lμm mặt vμ móng đường như ở bảng 1-1; trong đó lực

dính c thay đổi nhiều theo độ chặt, vì thế lúc bắt đầu lu lèn có trị số cđ nhưng ở cuối qúa trình đầm nén sẽ tăng tới trị số ck

Rõ rμng lμ đồng thời với sự tăng độ chặt vμ cường độ của vật liệu thì trong qúa trình đầm nén sức cản đầm nén cũng sẽ tăng lên Vì thế việc nghiên cứu chọn các thông số, phương thức vμ chế độ đầm nén sao cho khắc phục được sức cản đầm nén,

đồng thời giảm được nhiều nhất sức cản phát sinh trong qúa trình đầm nén chính lμ một nhiệm vụ rất cơ bản vμ quan trọng của công tác thiết kế công nghệ đầm nén, nhằm

đảm bảo cho hiệu qủa đầm nén lμ cao nhất vμ chi phí đầm nén lμ rẻ nhất Cụ thể ta phải giải quyết tốt việc chọn phương pháp đầm nén, chế độ đầm nén (như độ ẩm, nhiệt

độ khi tiến hμnh đầm nén, tải trọng, tốc độ, thời gian vμ số lần tác dụng của phương tiện đầm nén ) để đạt được các yêu cầu đầm nén nói trên, đồng thời phải lập được quan hệ giữa độ chặt (biểu thị hiệu qủa đầm nén) với các thông số của qúa trình đầm nén cũng như các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu qủa đầm nén

1.1 Để khắc phục được sức cản đầm nén, chủ yếu lμ phải chọn được áp lực đầm nén σ (kG/cm 2 ) thích hợp

Nguyên tắc quyết định áp lực đầm nén lμ phải chọn áp lực tác dụng sao cho vừa

đủ khắc phục sức cản đầm nén để tạo được biến dạng không hồi phục trong vật liệu khi

lu lèn; như vậy áp lực đầm nén cũng phải được tăng lên cùng với sự tăng sức cản trong qúa trình đầm nén; đồng thời áp lực tác dụng cũng không được lớn hơn qúa nhiều so với sức cản đầm nén, vì như vậy sẽ xảy ra phá hoại trượt, trồi trong lớp vật liệu, gây hiện tượng nứt, vỡ vụn đá, lượn sóng trên bề mặt do đó không thể nén chặt được vật liệu đến độ chặt cần thiết

Theo nguyên tắc nói trên, trong giai đoạn đầu của qúa trình đầm nén có thể dùng các công cụ đầm nén có áp lực tác dụng lớn hơn sức cản đầm nén lúc đó (σ > qđ) một ít, vμ trong giai đoạn cuối thì áp lực tác dụng phải nhỏ hơn trị số sức cản tương ứng ở thời kỳ nμy (σ > qk)

Trị số qđ (sức cản đầm nén hoặc áp lực đầm nén cần thiết vμ cho phép trong giai

đoạn mới bắt đầu đầm nén) vμ trị số qk (sức cản đầm nén hoặc áp lực đầm nén cần vμ cho phép trong giai đoạn cuối của qúa trình đầm nén) tương ứng với các trị số ϕ vμ cđ ,

ck của các loại vật liệu lμm mặt đường, theo kết qủa nghiên cứu của giáo sư N.N

Ivanop (công thức 1-4), được ghi trong bảng 1-1

Ngoμi ra, nếu dùng lu bánh cứng thì để đảm bảo trong qúa trình đầm nén đá không bị ép vỡ, áp lực tác dụng lên mặt lớp đá dăm trên đơn vị chiều dμi của bề rộng

bánh lu (kG/cm) không được vượt qúa trị số ghi ở bảng 1-2

q đ (kG/cm 2 )

q k (kG/cm 2 )

khoảng 1000C vμ khi lu xong 600C)

- Lớp BTN cát vμ đất trộn nhựa (lúc mới lu

nhiệt độ khoảng 1000C vμ giai đoạn cuối

600C)

- Lớp BTN nguội hạt nhỏ

- Đất gia cố xi măng

- Đất gia cố chất liên kết hữu cơ

- Đất có cấp phối tốt nhất

- Cát hạt nhỏ

50

35 40-45

0,4 0,3

0,2

0,15 0,4 0,2 0,3 0,15 0,1

1,3

0,2 1,2 0,75

1,2 1,5

1,5

1,5 0,75 2,0 1,0 0,6 0,25

áp lực cho phép của lu (kG/cm 2 )

Điaba, bazan, điôrit, gabrô

1.2 Để tìm hiểu các nhân tố ảnh hưởng vμ quan hệ giữa độ chặt với các thông

số đầm nén có thể tiến hμnh một số suy diễn lý thuyết dưới đây:

Xét một khối vật liệu đơn vị (hình hộp cạnh bằng 1 đơn vị) như hình vẽ 1-18

ξp ξp

Q: trọng lượng các thμnh phần pha rắn hay trọng lượng phần khoáng chất

Khi đầm nén, độ chặt thay đổi, tức lμ V thay đổi, trong đó Q không đổi Vậy quan hệ giữa biến đổi độ chặt với biến đổi thể tích khối vật liệu có thể biểu thị bằng phương trình vi phân suy diễn từ (1-5)

V

dV V

ư

ư

=1

21

Mô đun biến dạng của vật liệu E0 lμ một trị số thay đổi tùy theo độ chặt của vật liệu Nừu tải trọng đầm nén vμ độ chặt thay đổi ít thì trị số E0 có thể xem như không

đổi để có thể tích phân hai vế của (1-11)

Giải phương trình (1-11) với điều kiện biên lμ khi p tăng vô hạn thì độ chặt δ sẽ

đạt tới độ chặt lớn nhất δmax, ta sẽ được quan hệ giữa độ chặt vμ tải trọng đầm nén ở 12):

v l l d

+ Δ

+ Δ

v: thể tích khí có trong một đơn vị thể tích

Từ công thức (2-10) ta được độ chặt của vật liệu:

d l

l d

lΔ+Δ

ΔΔ

ư

=

.)

1( ν

vμ khi v = 0 ta sẽ được:

d l

l d

lΔ+Δ

ΔΔ

Quan hệ (1-12) ta thấy: đối với một loại vật liệu đã biết vμ điều kiện lu lèn đã biết (β vμ E0 không đổi) thì ứng với một trị số tải trọng đầm nén p chỉ có thể đạt được một tải trọng nhất định: muốn tăng độ chặt lên nữa thì phải thay đổi phương tiện đầm nén có p lớn hơn Tuy nhiên, quy luật δ = f(p) theo (1-12) được biểu diễn như ở hình 1-19 cho thấy rõ rμng lμ nếu tăng p qúa một mức nμo đó (hình 1-19 lμ phq) thì hiệu qủa

đầm nén sẽ tăng không đáng kể vμ nếu dùng p lớn hơn nữa thì xem như lμ không hợp

lý (chú ý rằng ở hình 1-19 khi chưa lu lèn p = p0 lμ áp lực nội bộ tác dụng trong vật liệu vμ lúc đó, tương ứng, vật liệu có độ chặt δ = δ0)

Mặt khác như biểu thị ở (1-12), nếu ứng với một tải trọng đầm nén nhất định (áp lực p truyền xuống không đổi) thì hiệu qủa đầm nén có thể tăng khi tăng hệ số β vμ khi

có biện pháp giảm trị số E0 trong qúa trình đầm nén

Biểu thức (1-10) cho thấy β cμng lớn khi hệ số Poát sông μ cμng nhỏ, có nghĩa

lμ nếu đầm nén trong điều kiện vật liệu cμng ít có khả năng nở hông thì cμng có hiệu qủa (nếu hoμn toμn không nở hông thì μ sẽ đạt đến trị số cực tiểu vμ β sẽ lớn nhất) Biện pháp để tạo điều kiện đầm nén có lợi nμy lμ: tăng cường diện tích tiếp xúc với vật liệu khi đầm nén vμ tăng độ cứng của móng phía dưới lớp vật liệu được đầm nén Dùng biện pháp như vậy chính lμ nhằm giảm biến dạng trượt dẻo vμ nhờ đó giảm khả năng

nở hông khi đầm nén

Nhận xét nói trên cũng có ý nghĩa thực tiễn khi ta chọn thông số của qúa trình

đầm nén Cụ thể, khi đầm nén phải đảm bảo điều kiện lμ: tải trọng đầm nén không phá hoại móng phía dưới lớp vật liệu đầm nén, có nghĩa lμ cần chọn áp lực đầm nén tác dụng vμ bề dμy lớp đầm nén sao cho áp lực do phương tiện đầm nén truyền xuống móng không được vượt qúa sức chịu tải cho phép của móng, vì nếu móng bị phá hoại

do lún hoặc trượt thì lớp vật liệu ở trên không thể đầm nén chặt được

Sức chịu tải cho phép của móng (kG/cm2) có thể tham khảo ở bảng 1-3

Bảng 1-3

Vật liệu lμm lớp móng dưới lớp đầm nén Sức chịu tải cho phép (kG/cm2)

- Lớp sỏi cuội hoặc sỏi cát

liệu; tạm thay đổi cấu trúc vật liệu bằng tác dụng của nhiệt độ hoặc sử dụng thêm các chất phụ gia hoạt tính; chọn cấp phối hạt của hỗn hợp vật liệu dễ đầm nén vμ qui định chế độ đầm nén thích hợp (như tăng thời gian tác dụng, điều chỉnh tốc độ vμ số lần tác dụng của tải trọng đầm nén ) Các biện pháp nμy vận dụng tùy theo tính chất của loại vật liệu được lu lèn

Đối với các lớp vật liệu đá có thể giảm trị số E0 trong qúa trình đầm nén bằng cách tưới thêm nước khi lu lèn để giảm ma sát do chèn móc giữa các hòn đá, do đó hiệu qủa đầm nén tăng lên rõ rệt Mặt khác, vì lớp vật liệu nμy có độ nhớt rất không

đáng kể nên tốc độ lu lèn có thể tăng nhanh hơn (ở những hμnh trình cuối của lu có thể tăng tốc độ đến 6 - 10km/h)

Đối với lớp đất gia cố, để giảm sức cản đầm nén cần dùng biện pháp như: bảo

đảm tổng tỷ lệ thμnh phần pha lỏng các loại đạt độ ẩm tốt nhất; điều chỉnh chế độ lμm việc của phương tiện đầm nén Theo các nghiên cứu thực nghiệm thì cần lu lèn với tốc

độ chậm (2,0 - 2,5km/h) trong khi đầm nén các lớp đất gia cố chất liên kết hữu cơ có tính nhớt cao, đặc biệt ở giai đoạn cuối Lu lèn với tốc độ chậm tức lμ tăng thời gian tác dụng tải trọng đầm nén, khắc phục được sức cản nhớt vμ sức cản quán tính, do đó sau khi hình thμnh, cường độ của lớp đất gia cố nμy có thể tăng 20 - 30% so với trường hợp

lu với tốc độ nhanh Với lớp đất gia cố xi măng, cấu trúc kết tinh hình thμnh do sự thủy hóa xi măng thì biện pháp chủ yếu lμ khống chế rút ngắn khoảng thời gian từ lúc trộn

đất với xi măng tới lúc bắt đầu đầm nén Khoảng thời gian nμy không được vượt qúa một trị số cho phép phụ thuộc vμo đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa đất vμ xi măng, vì nếu qúa một thời gian nhất định đó xi măng bắt đầu ninh kết vμ nếu đầm nén chậm sẽ kém hiệu qủa, đồng thời có thể phá hoại các cấu trúc liên kết đang hình thμnh Khoảng thời gian cho phép nμy phải xác định bằng thực nghiệm trong mỗi điều kiện cụ thể

Đối với các lớp hỗn hợp vật liệu đá - nhựa nóng, ngoμi biện pháp tăng thời gian tác dụng đầm nén ra, thì điều chỉnh khống chế nhiệt độ lúc bắt đầu vμ kết thúc qúa trình đầm nén lμ một biện pháp quan trọng để giảm sức cản nhớt Theo nghiên cứu của

Ia A Kalujxki thì nhiệt độ cho phép lu lèn bê tông nhựa lμ khoảng 90 - 950C nếu dùng loại lu vừa có áp lực 30kG/cm2 vμ 50 - 700C với các loại lu nặng có áp lực 60kG/cm2 Nếu dưới nhiệt độ cho phép nμy mμ còn tiến hμnh lu lèn thì đầm nén không còn có hiệu qủa, vì áp lực tác dụng không thắng nổi sức cản nữa

Trên đây đã phân tích các diễn biến xảy ra trong qúa trình đầm nén cũng như các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu qủa đầm nén Đó cũng chính lμ cơ sở lý thuyết để quyết định các vấn đề cụ thể của công nghệ vμ kỹ thuật đầm nén mặt vμ móng đường như: chọn phương tiện đầm nén, phương thức tiến hμnh đầm nén Tuy nhiên cần nhấn mạnh một lần nữa rằng: hiệu qủa đầm nén không chỉ phụ thuộc vμo các biện pháp điều chỉnh bản thân cấu trúc của vật liệu được lèn ép nhằm tạo nên được tính dễ đầm nén khi thi công Như vậy, việc nghiên cứu lý thuyết đầm nén không thể tách rời việc nghiên cứu các nguyên lý sử dụng vật liệu để tạo nên cường độ mặt đường vμ nghiên cứu qúa trình công nghệ chung của từng loại mặt vμ móng đường Rõ rμng lμ từng loại mặt vμ móng đường sẽ có các yêu cầu đầm nén vμ chế độ đầm nén thích hợp khác nhau, đòi hỏi nghiên cứu quy định riêng

2 Chọn phương tiện đầm nén vμ công tác đầm nén mặt đường:

Công tác đầm nén mặt vμ móng đường cần đạt được các yêu cầu sau:

- Lμm lớp mặt đường phải đạt được độ chặt vμ cường độ cần thiết sau khi kết thúc qúa trình đầm nén

- Trong qúa trình đầm nén, tải trọng đầm nén không phá hỏng cấu trúc nội bộ của vật liệu (như lμm vỡ đá ) vμ cuối cùng lớp mặt đường phải hình thμnh bằng phẳng, không có hiện tượng lượn sóng, không để lại vệt bánh lu

- Đạt được các yêu cầu trên một cách ít tốn kém nhất, tiết kiệm được sức người, sức máy

Để có thể đạt được các yêu cầu nói trên, công tác đầm nén mặt vμ móng đường cần đi sâu giải quyết tốt các nội dung như: chọn phương tiện đầm nén thích hợp vμ quyết định các thông số của qúa trình đầm nén (bề dμy lèn ép tốt nhất, số lần tác dụng, thời gian tác dụng hay tốc độ tác dụng của phương tiện đầm nén ) kỹ thuật sử dụng các phương tiện đầm nén, các sơ đồ lμm việc vμ cách tổ chức tiến hμnh công tác đầm nén; biện pháp kiểm tra chất lượng công tác đầm nén Dưới đây lần lượt xem xét các vấn đề đó:

2.1 Phải đầm lèn ở độ ẩm thích hợp:

Nước đóng vai trò quan trọng trong việc đầm nén tất cả các vật liệu Mỗi loại vật liệu vμ mỗi loại thiết bị đầm lén có một độ ẩm tốt nhất khi lu lèn Mỗi loại vật liệu đều

có một phạm vi độ ẩm thích hợp khi lu lèn Với cấp phối đồi, cấp phối sỏi ong có chỉ

số dẻo cao, phạm vi độ ẩm thích hợp khi lu lèn tương đối hẹp Với các loại vật liệu không có lực dính như cát sạch, độ ẩm chỉ có một tác dụng nhỏ khi lu lèn Với các loại vật liệu nμy khi đầm lèn bằng chấn động có thể đầm ở độ ẩm gần bão hòa

Để khống chế tốt độ ẩm khi lu lèn phải thường xuyên kiểm tra độ ẩm ở hiện trường khi thi công - Có hai trường hợp có thể xảy ra:

a) Độ ẩm tự nhiên thấp hơn độ ẩm tốt nhất: phải dùng ô tô xi téc tưới ẩm bổ sung lên lớp vật liệu đã rải hoặc tăng thêm lượng nước cho vμo trạm trộn (với các hỗn hợp vật liệu chết tạo tại trạm trộn)

b) Độ ẩm tự nhiên cao hơn độ ẩm tốt nhất: trường hợp nμy thường gặp khi thi công vμo mùa mưa hoặc ở các vùng ẩm uớt Khi đó cần phải sấy khô vật liệu - thao tác nμy thường được tiến hμnh bằng cách xới tơi đất vμ hong gió Trường hợp khó khăn thì có thể xử lý vật liệu bằng cách trộn vôi sống

2.2 Đầm lèn

a) Chọn thiết bị đầm lèn:

Để chọn thiết bị đầm lèn có thể tham khảo bảng hướng dẫn chọn loại lu hoặc

đầm tuỳ theo loại vật liệu sử dụng, ghi ở bảng 1-4

Ngoμi ra các thiết bị đầm lèn phải được chọn phù hợp với các quy định của các quy phạm thi công hiện hμnh của các kết cấu mặt đường tương ứng

- Kiểm tra bằng cách đo biến dạng:

+ Đo biến dạng dưới tác dụng của tải trọng bánh kép, bằng cần Benkenman hoặc bằng máy đo độ võng quang học;

+ Đo độ võng dưới tấm ép

Tuy nhiên những phương pháp kiểm tra nμy thường chậm, không thích hợp với những công trường loại lớn, thi công với tốc độ nhanh Vì vậy xu hướng kiểm tra hiện nay lμ phát triển các phương pháp kiểm tra trước vμ trong lúc thi công Nội dung của phương pháp nμy lμ:

- Kiểm tra chất lượng vật liệu sử dụng ngay tại nơi cung cấp;

- Chọ thiết bị đầm lèn thích ứng với công trình;

- Lμm một đoạn thí điểm trước khi triển khai công trường vμ tiến hμnh tất cả các công tác đo đạc vật lý vμ cơ học cần thiết để đánh giá kết qủa Sau đó xem xét lại việc thi công được thực hiện phù hợp với cách thức đã lμm ở các đoạn thí điểm

- Ưu điểm của cách kiểm tra nμy lμ không lμm chậm trễ việc thi công vμ khi cần thiết có thể điều chỉnh kỹ thuật thi công kịp thời Khi đó việc kiểm tra bằng cách lấy mẫu chỉ sử dụng trong những trường hợp nghi ngờ

Phạm vi thích dụng của các loại máy lu Bảng 1-4

Loại

Cấp phối tốt Cấp phối xấu

Cấp phối sỏi sạn dẻo Cấp phối

xấu phối tốtCấp

Cấp phối đá cỡ hạt rất lớn Cấp phối đá gia cố

Hỗn hợp

đá trộn nhựa nóng

ít hiệu qủa (chỉ với lớp<10cm)

Tương đối

ít thích hợp trừ với chiều dμy mỏng

Nên tránh trừ khi dùng sỏi sạn rất cứng

Lu

bánh

lốp Khá thích hợp

Khá tốt nếu tương

Hiệu qủa nếu

Đầm

chấn

động Không thích hợp

Rất thích hợp Tương đối thích hợp Tương đối thích hợp

ít thích hợp (dễ bị phân tầng)

Không thích hợp

Rất hiệu qủa nếu vật liệu

Khó đầm lèn khô

Có thể lu lèn qua 1lớp khác

Vấn đề ít quan trọng

so với đất dính

Vấn đề vỡ nát các hạt lớn

Khó kiểm tra

Lu lèn phải kết thúc nhanh Cần bảo dưỡng sau 7 ngμy

có thể thông xe

Cho phép xe chạy sau khi lu

Đầm lèn bằng

- Lu bánh lốp

- Lu chấn

động Chú ý đảm bảo nhiệt độ

Chú ý nhiệt độ khi lu

Đ1.7 Lý thuyết cấp phối

Đã nhiều năm nay, nhiều người lμm công tác về cơ học đất vμ xây dựng đường ô tô trên thế giới đã quan tâm nghiên cứu thμnh phần của các vật liệu hạt rời (đá, cát, đất)

có kích thước khác nhau, phối hợp với nhau như thế nμo để đạt được một hỗn hợp, sau khi đầm chặt, có được độ chặt lớn nhất, dùng để xây dựng nền đường, mặt đường ô tô

Nhờ có sự phát triển của môn học cơ học đất vμ nghμnh cơ-lý-hóa chất keo, người ta đã xác định được dùng loại cấp phối như thế nμo lμm nền, mặt đường thì tốt,

đồng thời đề xuất được cơ sở lý thuyết vμ thực nghiệm về cấp phối tốt nhất của các loại vật liệu rời trong các điều kiện địa chất thủy văn khác nhau

Hiện nay người ta đã xác định được những điểm cơ bản sau đây:

1 Tính chất cần thiết của cấp phối dùng để lμm lớp trên nền đường hay mặt đường phải được xác định trên cơ sở đảm bảo chống được lực thẳng góc vμ lực ngang tác dụng lên chúng trong điều kiện bất lợi nhất (ẩm ướt hoặc khô hanh)

2 Để nâng cao cường độ của cấp phối, cần thiết phải lμm cho cấp phối có lực dính

vμ lực ma sát trong cao, có đủ khả năng ổn định khi ẩm ướt cũng như khi khô hanh

Về lực dính, có hai dạng sau: dạng keo của các hạt có kích cỡ rất nhỏ (lực dính phần tử) vμ dạng tác dụng tương hỗ giữa các hạt có kích cỡ to hơn (móc vμo nhau)

Dạng dính keo đảm bảo tính dính của cấp phối vμ nâng cao cường độ chống lực thẳng góc cũng như lực ngang của vật liệu Dạng dính sau (móc vμo nhau) có tác dụng nâng cao cường độ của cấp phối nhưng không đảm bảo khả năng chống lực ngang

Nếu chất dính kết ở trong cấp phối lμ hạt sét, hạt bụi, thì lực dính tác dụng keo

sẽ thay đổi rất nhiều khi bị ẩm Nếu dùng xi măng hay vôi lμ chất liên kết thì lực dính dạng keo sẽ cao hơn vμ ổn định hơn, ngay cả khi ẩm ướt Nếu dùng nhựa bitum hay hắc ín lμm chất liên kết thì lực dính dạng keo sẽ giảm đi khi nhiệt độ tăng cao vμ không đủ lực dính bám cần thiết giữa chất liên kết vμ thμnh phần hạt khi bị ẩm ướt

Còn dạng lực dính do tác dụng tương hỗ giữa các thμnh phần hạt to (móc vμo nhau) thì ít bị thay đổi khi có sự thay đổi của nhiệt độ vμ ẩm ướt, nhưng nó sẽ giảm đi một ít khi có tác dụng trùng phục của bánh xe

Lực dính của hai dạng nμy đều có thể được nâng cao bằng biện pháp đầm nén chặt lμm lμm cho thμnh phần hạt sít chặt lại với nhau, tăng mặt tiếp xúc giữa chúng; do

đó, cường độ của đất được nâng cao, hạn chế sự thay đổi ẩm ướt vμ tác dụng trùng phục nhiều lần của tải trọng

Thông thường khi hệ số đầm nén đạt 95 - 98% (độ chặt thực tế bằng 95 - 98% của độ chặt tiêu chuẩn) thì có thể giữ được độ chặt như vậy trong cả năm, nếu đất không bị tác dụng trực tiếp của bánh xe vμ ảnh hưởng thường xuyên của ẩm ướt

3 Để nâng cao hệ số ma sát trong của cấp phối, các cốt liệu phải sắc cạnh, sần sùi,

có kích cỡ lớn vμ đồng đều Hai cấp phối có độ chặt như nhau nhưng thμnh phần hạt có

độ lớn khác nhau, thì sẽ có cường độ khác nhau; nếu hai cấp phối có thμnh phần hạt có

độ lớn như nhau, nhưng độ chặt khác nhau thì cường độ của chúng cũng khác nhau

Hệ số ma sát không phụ thuộc vμo thời gian tác dụng của tải trọng, nhưng nó sẽ giảm đi khi nhiệt độ tăng

Để nâng cao cường độ của cấp phối trong trường hợp hệ số ma sát đã đạt được trị số tối đa có thể, cần phải nâng cao lực dính Dùng đất dính trộn vμo cấp phối có thể

đạt được yêu cầu nμy Số lượng đất dính không đủ, thì không thể đảm bảo lực dính khi thời tiết khô hanh; nhưng nếu nhiều qúa hay chất lượng đất dính không đảm bảo (tính dẻo qúa lớn), sẽ lμm giảm cường độ của cấp phối khi bị ẩm ướt

4 Cường độ chống ép lún q (KG/cm2) của cấp phối tốt nhất khi dùng tấm ép có

đưòng kính D có thể biểu thị bằng công thức gần đúng sau:

)245(

C: lực dính của cấp phối (kG/cm2);

ϕ: góc ma sát trong của cấp phối (0);

Từ công thức trên, ta thấy góc ma sát có ảnh hưởng rất rõ rệt đối với cường độ chống ép lún vμ môđun biến dạng của cấp phối Trong trường hợp đó, lực dính cμng cao, ảnh hưởng của góc ma sát trong cμng lớn

Đối với cấp phối đá sỏi, khi ϕ = 350 - 400, c = 1,5Kg/cm2, thì E = 750 - 900kG/cm2; khi = 350, c = 1Kg/cm2, thì E = 500cm2 vμ nếu c = 0,5cm2, thì E = 250cm2

5 Do đó, khi gia cố đất bằng các vật liệu hạt, thực tế có 3 nhiệm vụ chủ yếu sau:

a Chọn cấp phối mμ trong đó có các vật liệu hạt sắc cạnh, lớn nhất có thể được chèn vμo chỗ rỗng bằng vật liệu hạt nhỏ lμm cho hỗn hợp đạt được độ chặt lớn nhất

b Xác định số lượng thμnh phần hạt nhỏ (đất dính) cần thiết vμ đủ để dính kết các cốt liệu (có thể xét đến điều kiện khí hậu) vμ tạo thμnh cấp phối tốt nhất

c Trộn đều vμ đầm chặt đạt hệ số đầm nén 95 - 98%

Khi dùng cấp phối trên lμm mặt đường, nhất thiết phải tăng tỷ lệ thμnh phần đất dính trong cấp Vì thế, mặc dù cường độ của cấp phối có thể bị giảm vμo mùa ẩm ướt, nhưng đảm bảo được tính dính cần thiết của cấp phối vμo mùa khô hanh Vμo mùa ẩm

ướt, mặt đường không tránh khỏi bị biến dạng nên phải tăng cường công tác duy tu bảo dưỡng để đảm bảo mặt đường luôn luôn có độ bằng phẳng nhất định

Dùng cấp phối lμm bằng vật liệu nhẵn (đá sỏi, cuội) có tính dẻo cao khi ẩm ướt lμm móng đường (đặc biệt lμm móng cho mặt đường cấp cao) thì không thích hợp, vì

sẽ lμm cho mặt đường bị biến dạng vμ bị phá hỏng Trong trường hợp nμy, có thể dùng

vật liệu dính kết tương đối ổn định với nước (nhựa bitum, ximăng, vôi) để gia cố cấp phối thì có thể khắc phục được tình trạng đó

Hiện nay, khi chọn cấp phối, người ta bắt đầu từ những thμnh phần hạt có kính thước lớn hơn 0,05mm; còn những vật liệu hạt có kích cỡ nhỏ hơn thì gộp lại thμnh một nhóm (đặc trưng cho bộ phận đất trong cấp phối) vμ thường dùng chỉ số dẻo vμ giới hạn nhão của loại hạt nhỏ hơn 0,05mm để biểu thị tính chất của bộ phận hạt nμy

ở nhiều nước, đã có nhiều người nghiên cứu thμnh phần hạt của cấp phối sỏi sạn hay cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng theo các dạng đường cong liên tục khác nhau Việc nghiên cứu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn phần lớn dựa trên cơ sở thực nghiệm

Đã nhiều năm nay, các nhμ nghiên cứu về lĩnh vực xây dựng đường ô tô trên thế giới đã quan tâm nghiên cứu nhiều về thμnh phần của các vật liệu hạt cốt liệu có kích

cỡ khác nhau, phối hợp với nhau như thế nμo để đạt được một hỗn hợp, sau khi đầm nén có được độ chặt lớn nhất, dùng trong xây dựng nền móng đường ô tô Nhìn chung,

đường cong cấp phối cốt liệu được nghiên cứu thường theo các dạng liên tục Việc nghiên cứu đường cong cấp phối cốt liệu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn phần lớn dựa trên cơ sở thực nghiệm

Các đường cong cấp phối lý thuyết được các học giả phương Tây nghiên cứu có tính khả thi cao thể kể đến các lý thuyết sau:

ƒ Lý thuyết cấp phối của Fuller;

ƒ Lý thuyết cấp phối của Talbot;

ƒ Lý thuyết cấp phối của Ivanop

1 Lý thuyết cấp phối của Fuller:

Kết quả nghiên cứu của Fuller đã chỉ ra rằng, đường cong cấp phối có dạng cμng gần với đường cong Parabol thì cấp phối đó có độ chặt cμng lớn Đường cong cấp phối

lý tưởng của Fuller có dạng sau:

P2 = 266,67.d P = 16,33.d 0,5 (1-20) Tương tự với một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất lμ 25 mm thì công thức đường cong cấp phối lý tưởng của Fuller sẽ lμ:

P2 = 400.d P = 40.d 0,5 (1-21)

Từ công thức (1-19), (1-20) vμ (1-21) ta dễ dμng tính được tỷ lệ % lọt qua sμng khác nhau

2 Lý thuyết cấp phối của Talbot:

Theo nghiên cứu của Talbot, nếu cấp phối cốt liệu phù hợp với công thức sau thì

sẽ đạt được độ chặt lớn nhất:

100

x D

d P

2 / 1

37

2 / 1

Nhận xét: Công thức của Fuller lμ trường hợp riêng của công thức Talbot

3 Lý thuyết cấp phối của Ivanop:

Trên cơ sở thực nghiệm, Ivanop vμ Okhotina đã đưa ra các luận điểm cơ bản về

lý thuyết cấp phối tốt nhất như sau:

1 Độ rỗng của cấp phối hạt có kích cỡ kề nhau chênh nhau 2 lần sẽ như nhau khi tỷ lệ về khối lượng của các hạt kề nhau không đổi

2 Độ rỗng của cấp phối sẽ nhỏ nhất, nếu kích thước của các hạt chèn vμo lỗ rỗng của các hạt to hơn sẽ lần lượt giảm đi 16 lần vμ khối lượng của các loại hạt sau (hạt nhỏ hơn) bằng 43% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn) Hệ số K=0,43

được gọi lμ hệ số giảm khối lượng

3 Khi chọn cấp phối hạt có kích cỡ hạt chênh nhau 1/8; 1/4; 1/2 thì độ rỗng của cấp phối sẽ lớn hơn vμ do đó khối lượng hạt chèn phải tăng lên Vì vậy để cấp phối vẫn đảm bảo có độ chặt lớn nhất (độ rỗng nhỏ nhất) thì khối lượng của các loại hạt sau (hạt nhỏ hơn) sẽ bằng 55%, 66% vμ 81% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn) (hệ số K=0,55; 0,66 vμ 0,81) tương ứng với kích cỡ hạt chênh nhau lμ 1/8; 1/4; 1/2 lần

Dựa vμo nguyên tắc đã nêu trên vμ dựa vμo thực nghiệm, Ivanop đã định ra

đường cong giới hạn của cấp phối Trong trường hợp các cỡ hạt chênh nhau 2 lần, khoảng bao của hệ số K theo Ivanop lμ K = 0,70 - 0,84

Đường cong cấp phối tốt nhất vẽ theo tỷ lệ lọt sμng (%) với cỡ hạt chênh nhau 2 lần được thể hiện trong “Xây dựng mặt đường ô tô (1978) của tác giả Trần Đình Bửu, Nguyễn Quang Chiêu, Dương Học Hải, Nguyễn Khải, Hình 3.6 Trang 91” với cấp phối

có đường kính Dmax=64 mm vμ Dmax=32 mm

Việc so sánh lý thuyết của Ivanop với lý thuyết Talbot được tiến hμnh trên cơ sở

số liệu của đường bao cấp phối Ivanop vμ công thức Talbot với loại cấp phối Dmax=32

mm, lμ loại có cỡ hạt thích hợp với cấp phối đá dăm

Trình tự tiến hμnh như sau:

ƒ Tiến hμnh xác định các giá trị lượng lọt qua sμng trên cơ sở đường cong cấp

phối Ivanop với D max =32 mm, hệ số K=0,65; 0,88 vμ 0,9

ƒ Tiến hμnh xác lập công thức cấp phối theo Talbot với D max =32 mm tương ứng với số mũ n=0,6; 0,5; 0,4 vμ 0,3 So sánh giữa cấp phối Talbot vμ Ivanop

0,06 2 8 15 3 9 19 0,03 2 6 12 2 7 14 0,015 1 5 10 1 4 10 0,008 0,7 3,6 8,3 0,5 2,5 5

Kết luận: Về lý thuyết, đường cong cấp phối của Fuller vμ Ivanop đều tuân

theo lý thuyết của Talbot Để tiện cho việc phân tích ở các phần sau, sử dụng công thức

của Talbot lμm cơ sở để so sánh với các tiêu chuẩn vật liệu cấp phối đá dăm

4 Xác định đường cong cấp phối lý thuyết theo Talbot:

Trên cơ sở các công thức lý thuyết về cấp phối lớn nhất của Talbot, tiến hμnh

tính toán thμnh phần cấp phối theo lý thuyết để đạt được độ chặt lớn nhất với ba loại

cấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất lμ 50 mm; 37,5 mm vμ 25 mm Với công thức

Talbot, ta chọn hệ số n với các giá trị lμ 0,3; 0,4 vμ 0,5 Để tiện cho tính toán, các công

thức tưong ứng với đường kính hạt lớn nhất 50 mm; 37,5 mm vμ 25 mm, với n=0,3;

n=0,4 vμ n=0,5 được thống kê ở bảng 1-6 sau:

Bảng 1-6

Công thức xác định thμnh phần cấp phối theo Talbot

Công thức cấp phối theo Talbot

Căn cứ vμo các công thức ở bảng 1-6, thμnh phần cấp phối theo lý thuyết để đạt

được độ chặt lớn nhất với hai loại cấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất lμ 50 mm;

37,5mm vμ 25 mm theo Fuller vμ Talbot được tính toán vμ thể hiện ở bảng 1-7, 1-8 vμ

1-9

B¶ng 1-7

§−êng cong cÊp phèi chuÈn theo Talbot, D max =50 mm

L−îng lät sμng (%) KÝch cì sμng vu«ng

50 100,0 100,0 100,0 37,5 86,6 89,1 91,7

25 70,7 75,8 81,2

19 61,6 67,9 74,8 12,5 50,0 57,4 66,0 9,5 43,6 51,5 60,8 4,75 30,8 39,0 49,3 2,0 20,0 27,6 38,1 1,18 15,4 22,3 32,5 0,60 11,0 17,0 26,5 0,425 9,2 14,8 23,9 0,075 3,9 7,4 14,2

B¶ng 1-8

§−êng cong cÊp phèi chuÈn theo Fuler vμ Talbot, D max =37,5 mm

L−îng lät sμng (%) KÝch cì sμng vu«ng

1,18 17,7 25,1 35,4 0,60 12,6 19,1 28,9 0,425 10,6 16,7 26,1 0,075 4,5 8,3 15,5

B¶ng 1-9

§−êng cong cÊp phèi chuÈn theo Fuler vμ Talbot, D max =25 mm

L−îng lät sμng (%) KÝch cì sμng vu«ng

25,0 100 100 100 19,0 87,2 89,6 92,1 12,5 70,7 75,8 81,2 9,5 61,6 67,9 74,8 4,75 43,6 51,5 60,8 2,36 30,7 38,9 49,3 2,0 28,3 36,4 46,9 1,2 21,7 29,5 40,0 0,6 15,5 22,5 32,7 0,425 13,0 19,6 29,5 0,075 5,5 9,8 17,5

Đ2.1 mặt đường đất gia cố chất kết dính vô cơ

(22 tcn 81-84)

1 Khái niệm chung:

- Vật liệu đất gia cố bằng chất kết dính vô cơ (chủ yếu lμ vôi, xi măng) dùng để lμm các lớp kết cấu áo đường ôtô, đường thμnh phố, quảng trường, sân bay

Đất có thể gia cố bằng vôi, xi măng cố thể ở dạng hỗn hợp của riêng rẽ từng chất kết dính với đất (đất-xi măng, đất-vôi) hoặc tổ hợp nhiều chất kết dính với đất (đất-vôi-xi măng, đất-vôi-xi măng-vμ các chất phụ gia, )

Để đảm bảo cho việc gia cố đạt hiệu quả cao vμ thi công thuận tiện, việc sử dụng một hay nhiều chất kết dính vμ chất phụ gia để gia cố phải dựa theo kết quả thí nghiệm Trong trường hợp nμy, cần thiết phải tiến hμnh so sánh kinh tế-kỹ thuật vμ

điều kiện áp dụng để lựa chọn một phương án thích hợp nhất

- Trước lúc soạn thảo đề án gia cố đất lμm vật liệu xây dựng phải lμm các thí nghiệm cần thiết sau đây để xác định khả năng vμ điều kiện sử dụng đất vμ các chất kết dính:

+ Thí nghiệm tính chất lý hoá của đất: thμnh phần hạt, chỉ số dẻo, hμm lượng hữu cơ, độ pH, các muối hoμ tan,

+ Thí nghiệm tính chất hoá lý của chất gia cố: tính chất cơ, lý, hoá của vôi, xi măng vμ các chất phụ gia

+ Tính chất cơ lý của hỗn hợp đất gia cố: độ ẩm tốt nhất, dung trọng khô lớn nhất,

độ bền nén, độ bền kéo khi uốn, mô đuyn đμn hồi, độ ổn định với nước, độ hút nước,

- Trên cơ sở của các số liệu thí nghiệm có xét tới các nhân tố ảnh hưởng của điều kiện thiên nhiên ở khu vực xây dựng, cần chọn liều lượng chất gia cố hợp lý vμ phương pháp gia cố thích hợp để đảm bảo độ bền theo yêu cầu, độ ổn định cần thiết vμ chọn phương án tổ chức thi công phù hợp với điều kiện thực tế của vật liệu vμ thiết bị sẵn

có

- Sau khi biến cứng trong điều kiện ẩm, đất gia cố có độ bền vμ các chỉ tiêu cơ lý phải thoả mãn yêu cầu ghi trong bảng sau: