Chương 1 (TKD2)

NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA ĐẤT NỀN ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung đối với nền đường  Để đảm bảo các yêu cầu nói trên, khi thiết kế và xây dựng nền đư

TS LÊ VĂN PHÚC GVBM: Đường Bộ-Đường Sắt Email: lvphuc@utc2.edu.vn

University of Transport and Communications

Campus in Ho Chi Minh

CÁC CÔNG TRÌNH CHỐNG ĐỠ NỀN ĐƯỜNG Chương III

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐƯỜNG ÔTÔ

Chương II

2

THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG Chương VII

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG Chương V

TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ (BỀ DÀY) ÁO ĐƯỜNG MỀM (THEO 22TCN 211-06) Chương VI

3

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THÔNG THƯỜNG

4

1.1 Những yêu cầu chung đối với nền đườngNền đường ô tô là một công trình bằng đất (đá) có tác dụng:

 Khắc phục địa hình thiên nhiên nhằm tạo nên một dải đất đủ rộng dọc theo tuyến đường có các tiêu chuẩn về bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đáp ứng được điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận và kinh tế

 Làm cơ sở cho áo đường: lớp phía trên của nền đường cùng với áo đường chịu tác dụng của tải trọng xe cộ và của các nhân tố thiên nhiên do đó có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và tình trạng khai thác của cả công trình đường

1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ

ẤT NỀN ĐƯỜNG

1.1 Những yêu cầu chung đối với nền đường

 Để đảm bảo các yêu cầu nói trên, khi thiết kế và xây dựng nền đường cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây:

1 Nền đường phải đảm bảo luôn ổn định toàn khối, nghĩa là kích thước hình học và hình dạng của nền đường không bị phá hoại hoặc

biến dạng gây bất lợi cho việc thông xe

1.1 Những yêu cầu chung đối với nền đường

2 Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ nhất định, tức là đủ độ bền khi chịu cắt trượt và không được biến dạng quá nhiều

(hay không được tích luỹ biến dạng) dưới tác dụng của tải trọng bánh xe

3 Nền đường phải luôn đảm bảo ổn định về mặt cường độ, nghĩa là cường độ của nền đường không được thay đổi theo thời gian,

theo điều kiện khí hậu, thời tiết một cách bất lợi

1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ

ẤT NỀN ĐƯỜNG

1.1 Những yêu cầu chung đối với nền đường

Nền đường thường bị phá hoại do các nguyên nhân sau đây:

 Sự phá hoại của thiên nhiên như mưa làm tích nước hai bên đường, làm giảm cường độ của đất nền đường, gây sạt lở mái dốc ta luy

 Điều kiện địa chất thủy văn tại chỗ không tốt về cấu tạo tầng lớp và mức độ phong hoá đất đá, đặc biệt là sự phá hoại của nước ngầm (nước ngầm chảy lôi theo đất gây hiện tượng xói ngầm và giảm cường độ của đất)

 Do tác dụng của tải trọng xe chạy

 Do tác dụng của tải trọng bản thân nền đường khi nền đường đắp quá cao hoặc đào quá sâu, ta luy quá dốc thường hay bị sạt lở

 Do thi công không đảm bảo chất lượng: đắp không đúng quy cách, loại đất đắp, lu lèn không chặt,…

Trong số các nguyên nhân nói trên, tác dụng phá hoại của nước đối với nền đường là chủ yếu nhất (gồm nước mặt, nước ngầm và cả hơi nước)

1.2 Chiều sâu hoạt động của đất nền đường

Chiều sâu hoạt động của đất nền đường hay phạm vi hoạt động của

đất nền đường là khu vực chịu tác dụng của tải trọng động (tải

trọng xe cộ đi trên đường truyền xuống) Phạm vi này được

xác định bằng chiều sâu za ở hình bên

1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ

ẤT NỀN ĐƯỜNG

1.2 Chiều sâu hoạt động của đất nền đường

 Trên hình vẽ, ứng suất tại mỗi điểm trong đất do trọng lượng bản thân nền đắp gây nên là: (xét trường hợp đất đồng nhất)

σγ= γ.z

γ - dung trọng của đất đắp (t/m3); z – chiều sâu tính ứng suất, m

 Ứng suất thẳng đứng do tải trọng động của bánh xe P gây ra sẽ phân bố tắt dần theo chiều sâu theo công thức của Bussinet:

σz =k.P/z2

k – hệ số Bussinet  

 Giả thiết khi σγ= nσz là có thể bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng động thì ta có thể xác định được chiều sâu za của khu vực tác dụng theo quan hệ:

Thường giả thiết n = 5 – 10 và với các tải trọng bánh xe thông thường sẽ tính được za = 0,9 – 1,5m

Như vậy, để nền đường có cường độ và độ ổn định nhất định cần đầm nén chặt đất nền đường bằng các phương tiện đầm nén.

1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ

ẤT NỀN ĐƯỜNG

 Đầm nén chặt đất nền đường: là một biện pháp tăng được cường độ và cải thiện được chế độ thủy nhiệt của nền đường tương đối

đơn giản, phổ biến và có hiệu quả cao

 Hiện nay người ta thường dùng đại lượng dung trọng khô γ(g/cm3) của đất để đặc trưng cho độ chặt của đất được đầm nén thông qua hệ số đầm nén:

K = γ/γ0

Trong đó γ- là dung trọng khô của đất sau khi được nén chặt trên thực tế và γ0 là dung trọng khô của loại đất đó nhưng được nén

chặt trong điều kiện tiêu chuẩn (độ chặt lớn nhất – xác định bằng cối Proctor)

1.3 Nguyên tắc thiết kế nền đường

1 Phải đảm bảo khu vực tác dụng của nền đường (khi không có tính toán đặc biệt, khu vực này có thể lấy tới 80 cm kể từ dưới đáy

áo đường trở xuống) luôn đạt được các yêu cầu sau:

 Không bị quá ẩm (độ ẩm không lớn hơn 0,6 giới hạn nhão) và không chịu ảnh hưởng các nguồn ẩm bên ngoài (nước mưa, nước ngầm, nước bên cạnh nền đường)

 30 cm trên cùng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 8 đối với đường cấp I, cấp II và bằng 6 đối với đường các cấp khác

 50 cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với đường cấp I, cấp II và bằng 4 với đường các cấp khác

Ghi chú: CBR xác định theo điều kiện mẫu đất ở độ chặt đầm nén thiết kế và được ngâm bão hòa 4 ngày đêm.

1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ

ẤT NỀN ĐƯỜNG

1.3 Nguyên tắc thiết kế nền đường

2 Để hạn chế tác hại xấu đến môi trường và cảnh quan, cần chú trọng các nguyên tắc:

 Hạn chế phá hoại thảm thực vật Khi có thể nên gom đất hữu cơ trong nền đào để phủ xanh lại các hố đất mượn, các sườn taluy

 Hạn chế phá hoại cân bằng tự nhiên Đào đắp vừa phải Chú ý cân bằng đào đắp Gặp địa hình hiểm trở nên so sánh nền đường với các phương án cầu cạn, hầm, nền ban công Chiều cao mái dốc nền đường không nên cao quá 20 m

 Trên sườn dốc quá 50% nên xét phương án tách thành hai nền đường độc lập

 Nền đào và nền đắp thấp nên có phương án làm thoải (1:3 ~ 1:6) và gọt tròn để phù hợp địa hình và an toàn giao thông

 Hạn chế các tác dụng xấu đến đời sống kinh tế và xã hội của cư dân như gây ngập lụt ruộng đất, nhà cửa Các vị trí và khẩu độ công trình thoát nước phải đủ để không chặn dòng lũ và gây phá nền ở chỗ khác, tránh cản trở lưu thông nội bộ của địa phương, tôn trọng quy hoạch thoát nước của địa phương

2.1 Các loại đất đắp nền đường

 Đất, đá là vật liệu chủ yếu để xây dựng nền đường, kết cấu của nền mặt đường và sự làm việc của công trình đường phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của đất Trong xây dựng nền đường, để hạ giá thành xây dựng thường dùng đất tại chỗ để đắp nền đường

Cường độ và độ ổn định của nền đường phụ thuộc vào loại đất và cường độ của đất

 Cỡ hạt đất càng lớn thì đất có cường độ càng cao, tính mao dẫn càng thấp, tính thấm và thoát nước tốt, ít hoặc không nở khi gặp nước cũng như ít hoặc không co khi khô Những tính chất này khiến cho loại đất chứa nhiều cỡ hạt lớn có tính ổn định nước tốt,

tuy nhiên nó có nhược điểm lớn là tính dính và tính dẻo kém

 Cỡ hạt đất càng nhỏ thì các tính chất trên ngược lại

2 CÁC LOẠI ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƯỜNG – TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG

Một số yêu cầu đối với đất đắp nền đường

1 Đất đắp nền đường lấy từ nền đào, từ mỏ đất, từ thùng đấu Việc lấy đất phải tuân thủ nguyên tắc hạn chế tác động xấu đến môi

trường Thùng đấu phải thiết kế có hình dáng hình học hoàn chỉnh, không làm xấu cảnh quan và khi có thể phải tận dụng được sau

khi làm đường

Đất từ các nguồn phải có thí nghiệm, không được đắp hỗn độn mà đắp thành từng lớp

Các lớp được đắp xen kẽ nhau nhưng khi lớp bằng đất có tính thoát nước tốt ở trên lớp đất có tính khó thoát nước thì mặt của lớp

dưới phải làm dốc ngang 2 đến 4% để thoát nước

Một số yêu cầu đối với đất đắp nền đường

2 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

 Trong khu vực tác dụng không được dùng đất sét nặng có độ trương nở tự do vượt quá 4%

 Không nên dùng đất bụi và đá phong hoá để đắp các phần thân nền đường trong phạm vi bị ngập nước

 Tại chỗ sau mố cầu và sau lưng tường chắn nên chọn vật liệu đắp hạt rời có góc nội ma sát lớn

 Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá thải, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho phép là 10cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng 80cm kể từ đáy áo đường và 15cm đối với phạm vi đắp phía dưới; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất này không được vượt quá 2/3 chiều dầy lớp đất đầm nén (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng)

2 CÁC LOẠI ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƯỜNG – TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG

Một số yêu cầu đối với đất đắp nền đường

3 Không được dùng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hoá (đá sít ) để đắp nền đường

4 Khi nền đường đắp bằng cát, nền đường phải được đắp bao cả hai bên mái dốc và cả phần đỉnh nền phía trên để chống xói lở

bề mặt và để tạo thuận lợi cho việc đi lại của xe, máy thi công áo đường Đất đắp bao hai bên mái dốc phải có chỉ số dẻo lớn hơn

hoặc bằng 7; còn đất đắp bao phía trên đỉnh nền phải có chỉ số dẻo từ 6 đến 10 và nên sử dụng cấp phối sỏi đồi Đất đắp bao phần

trên đỉnh nền không được dùng vật liệu rời rạc để hạn chế nước mưa, nước mặt xâm nhập vào phần đắp cát

Bề dầy đắp bao hai bên mái dốc tối thiểu là 1,0m và bề dầy đắp bao phía đỉnh nền (đáy áo đường) tối thiểu là 0,30m

2.2 Tiêu chuẩn đầm nén đất nền đường

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05 và tiêu chuẩn đầm nén đất TCVN 4201-1995, tiêu chuẩn đầm nén đất quy định như sau:

Bên dưới chiều sâu kể trên

3 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN THIÊN NHIÊN ĐẾN NỀN ĐƯỜNG - CHẾ ĐỘ THUỶ NHIỆT CỦA NỀ

N ĐƯỜNG

3.1 Sự ảnh hưởng của các điều kiện thiên nhiên đến nền đường

3.1.1 Ảnh hưởng của nước

1 Nước mưa; 2 Nước mặt; 3 Nước ngầm; 4 Hơi nước

3.1 Sự ảnh hưởng của các điều kiện thiên nhiên đến nền đường

3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ

Sự thay đổi của nhiệt độ có ảnh hưởng tới độ ẩm của đất, khi nhiệt độ cao nước trong đất có khả năng bốc hơi nhiều do độ ẩm

của không khí giảm

3.1.3 Ảnh hưởng của gió

Độ bốc hơi càng lớn khi lực gió càng lớn vì khi gió mạnh, không khí chuyển động, lớp không khí ở sát mặt đất không bị bão hoà

hơi nước nữa

Qua các phân tích trên ta thấy độ ẩm là nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến nền đường Độ ẩm càng lớn thì cường độ của nền

đường càng giảm và đất càng biến dạng nhiều Nói chung người ta thường tìm cách hạn chế tác hại của độ ẩm và luôn giữ cho đất

nền đường ở trạng thái dẻo cứng

3 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN THIÊN NHIÊN ĐẾN NỀN ĐƯỜNG - CHẾ ĐỘ THUỶ NHIỆT CỦA NỀ

N ĐƯỜNG

3.2 Chế độ thủy nhiệt của nền đường

3.2.1 Chế độ thủy nhiệt của nền đường

Nội dung nghiên cứu chế độ thủy nhiệt của nền đường là nhằm xác định được quy luật thay đổi và phân bố độ ẩm của đất nền

đường theo thời gian đối với các kết cấu nền mặt đường khác nhau ở các vùng thiên nhiên khác nhau Nhờ đó có thể nắm được

quy luật phân bố độ ẩm trong thời gian bất lợi nên có thể đề xuất được các biện pháp thay đổi tình trạng phân bố đó như ngăn chặn

các nguồn ẩm, tăng cường độ của đất nền đường

3.2 Chế độ thủy nhiệt của nền đường

3.2.2 Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt của đất nền đường

Cải thiện chế độ thuỷ nhiệt là áp dụng các biện pháp thiết kế hạn chế tác hại của của các nguồn ẩm như đắp cao nền đường, mở

rộng lề đường, thoát nước mặt, thay đất hoặc đầm nén chặt đất Các biện pháp cải thiện chế độ thuỷ nhiệt trước hết cần phải thực

hiện đối với khu vực tác dụng của nền đường

 Cao độ đáy áo đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán (hay mực nước đọng thường xuyên) một trị số cao độ ghi trong bảng 1.5 (theo TCVN 4054-05).

Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính toán (hoặc mức nước đọng thường xuyên) tới đáy áo đường

5 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG

Các loại trắc ngang nền đường thường gặp bao gồm:

- Nền đắp hoàn toàn

- Nền đào hoàn toàn

- Nền nửa đào nửa đắp

- Nền đào hình chữ L (Là loại nền đào đặc biệt)

5 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG

Tuỳ theo độ cao của mái đắp và loại vật liệu đắp, độ dốc mái đắp theo qui định trong bảng 1.6 (theo TCVN 4054-05)

 Khi độ dốc của sườn dốc nhỏ hơn 20% thì chỉ cần dãy cỏ hoặc đào bỏ lớp đất hữu cơ phía trên rồi đắp trực tiếp nền đường trên sườn dốc.

 Khi độ dốc của sườn dốc từ 20 – 50% thì phải đánh cấp (bậc) như hình Nếu thi công bằng thủ công thì chiều rộng bậc a = 1m; nếu thi công bằng máy thì chiều rộng bậc là a = 3~4 m (bằng chiều rộng lưỡi máy) Bản chất của đánh cấp là thay lực ma sát nhỏ

giữa nền đắp và sườn dốc bằng sức chống cắt cao hơn của đất đắp

5 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG

 Nếu độ dốc của sườn dốc lớn hơn 50% thì không thể đắp đất với mái dốc ta luy 1:1,5 được nữa mà phải dùng các giải pháp chống đỡ để tăng ổn định (kè chân, kè vai, xếp khan, xây vữa, bê tông xi măng)

a) Xếp đá; b) Xây tường chắn

5.2 Các trắc ngang định hình nền đường đào

a) Nền đào hoàn toàn; b) Nền đào chữ L

Nền đào khi xây dựng sẽ phá vỡ thế cân bằng của các tầng đất, đá thiên nhiên, vì vậy mái dốc ta luy đào cần phải có độ dốc

nhất định để đảm bảo ổn định cho ta luy và sườn dốc

5 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG

5.2 Các trắc ngang định hình nền đường đào

Quyết định độ dốc ta luy đào cần quan sát, phân tích các yếu tố sau:

- Thành phần và tính chất cơ lý của các lớp đất đá

- Thế nằm và sự phát triển các mặt nứt, kẽ nứt

- Nguyên nhân hình thành địa chất (sườn tích, đồi tích đá, trầm tích, )

- Tính chất kết cấu và mức độ phong hoá của đất đá

- Chiều cao mái dốc,

5.2 Các trắc ngang định hình nền đường đào

Độ dốc của mái dốc ta luy nền đường đào được lấy như sau (theo TCVN 4054-05):

Ghi chú bảng 1.7: Với nền đào đất, chiều cao mái dốc không nên vượt quá 20 m Với nền đào đá mềm, nếu mặt tầng đá dốc ra phía

ngoài với góc dốc lớn hơn 25o thì mái dốc thiết kế nên lấy bằng góc dốc mặt tầng đá và chiều cao mái dốc cũng nên hạn chế dưới

30m

5 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG

5.2 Các trắc ngang định hình nền đường đào

 Khi chiều cao mái dốc cao hơn 12m thì phải tiến hành phân tích, kiểm toán ổn định bằng các phương pháp thích hợp tương ứng với trạng thái bất lợi nhất (đất, đá phong hoá bão hoà nước) Với mái dốc bằng vật liệu rời rạc, ít dính thì nên áp dụng

phương pháp mặt trượt phẳng; với đất có dính kết thì nên dùng phương pháp mặt trượt tròn Hệ số ổn định nhỏ nhất phải bằng

hoặc lớn hơn 1,25

 Khi mái dốc qua các tầng, lớp đất đá khác nhau thì phải thiết kế có độ dốc khác nhau tương ứng, tạo thành mái dốc đào kiểu mặt gẫy hoặc tại chỗ thay đổi độ dốc bố trí thêm một bậc thềm rộng 1÷3,0 m có độ dốc 5 – 10 % nghiêng về phía trong rãnh; trên bậc thềm phải xây rãnh thoát nước có tiết diện chữ nhật, tam giác đảm bảo đủ thoát nước đủ thoát nước từ tầng ta luy phía trên

5.2 Các trắc ngang định hình nền đường đào

Cấu tạo nền đào qua các lớp đất khác nhau

5 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG

5.3 Cấu tạo nền đường nửa đào nửa đắp

Thường gặp khi nền đường qua các vùng sườn dốc nhẹ (dưới 50%) Lúc này có thể vận dụng các cấu tạo nói riêng cho phần đào và

phần đắp Khi thi công cần tận dụng vận chuyển ngang đất từ nửa đào sang nửa đắp