Đề tài “Nghiên cứu, đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm áp dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài từ cầu Chui - cầu Đông Trù - Phương Trạch - Bắc Thăng Long” Là một hướng
Trang 1- -NGUYỄN VĂN THÂN
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ THI CÔNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG 5 KÉO DÀI (TỪ CẦU CHUI – CẦU ĐÔNG TRÙ – PHƯƠNG TRẠCH – BẮC THĂNG LONG)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2017
Trang 2- -NGUYỄN VĂN THÂN
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ THI CÔNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG 5 KÉO DÀI (TỪ CẦU CHUI – CẦU ĐÔNG TRÙ – PHƯƠNG TRẠCH – BẮC THĂNG LONG)
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60.58.02.05.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS-TS Nguyễn Quang Phúc
HÀ NỘI - 2017
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo PGS.TS Nguyễn
Quang Phúc, các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn
này trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác.Tôi cũng xin cam đoan rằngmọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tintrích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình
Hà Nội, ngày… tháng….năm 2017
Tác giả
Nguyễn Văn Thân
Trang 4LỜI CẢM ƠN!
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến toàn thể cácthầy giáo, các cô giáo trong Trường Đại học giao thông vận tải đã tận tình giảngdạy, truyền đạt, hướng dẫn những kiến thức khoa học quý giá trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu tại trường đặc biệt là Thầy giáo PG-TS Nguyễn Quang
Phúc người đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ em với những chỉ dẫn khoa học
quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Nghiên cứuđánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm áp dụng cho dự án xây dựngđường 5 kéo dài (từ cầu chui – cầu Đông Trù – Phương Trạch – Bắc Thăng Long”
Em xin chân thành cảm ơn các bạn học viên trong lớp Xây dựng đường ô tô vàThành phố K23.1 đã góp ý kiến và giúp đỡ em triển khai và hoàn thành đề tài Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong giađình em
Hà Nội, Ngày tháng năm 2017
Học viên thực hiện
Nguyễn Văn Thân
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN! ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU vii
DANH MỤC HÌNH VẼ viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN vi
PHẦN MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 NHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHAI THÁC KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 4
1.1 Các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm 4
1.2 Các kết cấu áo đường mềm phổ biến và công nghệ thi công ở Việt Nam 9
1.2.1 Mặt đường bê tông nhựa 9
1.2.2 Măt đường đá dăm láng nhựa 10
1.2.3 Mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa 11
1.2.4 Hỗn hợp cấp phối dăm trộn nhựa 11
1.3 Các phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa 11
1.3.1 Phương pháp Marshall 11
1.3.2 Phương pháp Superpave 12
1.4 Các dạng hư hỏng và nguyên nhân hư hỏng kết cấu mặt đường bê tông nhựa .19
1.4.1 Nứt mỏi 19
1.4.2 Nứt do nhiệt độ thấp 22
1.4.3 Nứt dọc 23
1.4.4 Nứt ngang 25
1.4.5 Nứt lưới lớn dạng khối 28
1.4.6 Nứt phản ánh 30
1.4.7 Nứt trượt 31
1.4.8 Lún vệt bánh xe 31
1.4.9 Bong bật 35
Trang 61.4.10 Vết vá mặt đường/Ổ gà 37
1.4.11 Chảy nhựa 39
1.5 Kết luận chương 1 40
CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÔNG TÁC THIẾT KẾ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG DỰ ÁN ĐƯỜNG 5 KÉO DÀI 42
2.1 Giới thiệu về dự án xây dựng đường 5 kéo dài 42
2.2 Thiết kế kết cấu mặt đường dự án xây dựng đường 5 kéo dài 52
2.3 Phân tích đánh giá công tác thiết kế kết cấu mặt đường dự án xây dựng đường 5 kéo dài 54
2.3.1 Một số vấn đề còn tồn tại trong khâu thiết kế KCAĐ 54
2.3.2 Phân tích sự đáp ứng của kết cấu mặt đường khi tính theo AASHTO 55
2.4 Kết luận 57
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÔNG TÁC THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG 5 KÉO DÀI 59
3.1 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa của dự án xây dựng đường 5 kéo dài 59
3.1.1 Giai đoạn thiết kế sơ bộ 59
3.1.2 Giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh 60
3.1.3 Phê duyệt công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa 62
3.2 Kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa ở Dự án đầu tư xây dựng đường 5 kéo dài 63
3.3 Phân tích, đánh giá công tác thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa của dự án xây dựng đường 5 kéo dài 68
3.4 Thiết kế mác nhựa theo PG 69
3.4.1 Lựa chọn mác nhựa dựa trên nhiệt độ mặt đường 74
3.4.2 Hiệu chỉnh lựa chọn mác nhựa đường theo lưu lượng và vận tốc xe chạy .77
3.5 Kết luận 80
Trang 7CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ THI CÔNG MẶT
ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG 5
KÉO DÀI 82
4.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường BTN của dự án xây dựng đường 5 kéo dài 82
4.1.1 Phối hợp các công việc để thi công 83
4.1.2 Yêu cầu về điều kiện thi công 83
4.1.3 Yêu cầu về đoạn thi công thử 83
4.1.4 Chuẩn bị mặt bằng 84
4.1.5 Vận chuyển hỗn hợp bê tông nhựa 86
4.1.6 Rải hỗn hợp bê tông nhựa 86
4.1.7 Lu lèn hỗn hợp bê tông nhựa 89
4.1.8 Kiểm soát chất lượng bê tông nhựa 90
Kiểm soát chất lượng hỗn hợp: 90
4.2.Công tác thi công bê tông nhựa và kiểm soát chất lượngbê tông nhựa ở dự án đầu tư xây dựng đường 5 kéo dài 96
4.2.1 Kết quả thi công thảm thử 96
4.2.2 Đánh giá công nghệ thi công mặt đường bê tông nhựa bằng phương pháp thống kê 96
4.4 Đánh giá chất lượng mặt đường BTN sau khi đưa vào khai thác sử dụng 114
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO 122
Trang 8DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ
KT-XH Kinh tế - xã hội
ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long
GTVT Giao thông vận tải
GTNT Giao thông nông thôn
VLXD Vật liệu xây dựng
BGTVT Bộ giao thông vận tải
TCVN Tiêu chuẩn Việt nam
Trang 9DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Điều chỉnh mác nhựa theo điều kiện giao thông 16
Bảng 1.2 Cấp phối hỗn hợp Superpave 16
Bảng 1.3 Khống chế hỗn hợp bê tông nhựa 17
Bảng 1.4 Yêu cầu cốt liệu 18
Bảng 1.5 Số lần đầm nén thiết kế 18
Bảng 1.6: Các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế hỗn hợp 19
Bảng 2.1 Tổng mức đầu tư dự án QL5 45
Bảng 2.2 Các hệ số tải trọng trục tương đương dùng ở Việt Nam 54
Bảng 2.3 Bảng xác định tổng số ESAAL’s cho thời hạn phục vụ [25] 55
Bảng 3.1 Lọc số liệu và tính toán trạm Láng – Hà Nội 75
Bảng 3.2 Điều chỉnh mác nhựa đường theo điều kiện giao thông 78
Bảng 3.3 Bảng xác định tổng số ESAL’s cho thời hạn 20 năm 79
Bảng 4.1 Nhiệt độ quy định của hỗn hợp bê tông nhựa tương ứng với giai đoạn thi công 82
Bảng 4.2 Hàm lượng nhựa và độ rỗng dư của bê tông nhựa trong quá trình thi công .100
Bảng 4.3 Kết quả các chỉ tiêu Marshall trong quá trình thi công 102
Bảng 4.4 Tập hợp kết quả các chỉ tiêu Marshall mẫu khoan và độ chặt trong quá trình thi công 107
Trang 10DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Thống kê phương pháp thiết kế áo đường mềm của FHWA 6
Hình 1.2 Đoạn thử nghiệm AASHO 1958-1960 6
Hình 1.3 Trình tự thiết kế KCAĐ mềm theo cơ học – thực nghiệm 7
Hình 1.4 Định hướng sử dụng phương pháp cơ học – thực nghiệm 8
Hình 1.5 Sử dụng phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường ở Mỹ 8
Hình 1.6 Định hướng lộ trình sử dụng cơ học-thực nghiệm ở Mỹ 9
Hình 1.7 Mô tả trình tự thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Superpave 14
Hình 1.8 Biểu đồ lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu 14
Hình 1.9 Biểu đồ quan hệ số lần đầm và % tỷ trọng Gmm 15
Hình 1.10 Lựa chọn 3 cấp phối BTN19 17
Hình 1.11 Nứt mỏi dạng nhẹ 20
Hình 1.12 Nứt mỏi dạng vừa 20
Hình 1.13 Nứt mỏi dạng nặng 21
Hình 1.14 Nứt do nhiệt độ thấp 23
Hình 1.15 Nứt dọc nhẹ 23
Hình 1.16 Nứt dọc vừa 24
Hình 1.17 Nứt dọc nặng 24
Hình 1.17 Nứt ngang dạng nhẹ 26
Hình 1.19 Nứt ngang dạng vừa 26
Hình 1.20 Nứt ngang dạng nặng 27
Hình 1.21 Nứt lưới nhẹ 28
Hình 1.22 Nứt lưới vừa 29
Hình 1.23 Nứt lưới nặng 29
Hình 1.24 Nứt phản ánh 31
Hình 1.25 Lún vệt bánh xe nhẹ 33
Hình 1.26 Lún vệt bánh xe vừa 34
Hình 1.27 Lún vệt bánh xe nặng 34
Hình 1.28 Bong bật mức nhẹ 35
Hình 1.29 Bong bật mức vừa 36
Trang 11Hình 1.30 bong bật mức nặng 36
Hình 1.31 Ổ gà mức nhẹ 38
Hình 1.32 ổ gà mức nặng 39
Hình 1.33 Chảy nhựa 40
Hình 2.1 Bình đồ hướng tuyến đường 5 kéo dài 44
Hình 2.2 Mặt cắt ngang điển hình đường 5 kéo dài 47
Hình 2.3 Hình ảnh quy hoạch đường 5 kéo dài 50
Hình 2.4 Hình ảnh quy hoạch đường 5 kéo dài 51
Hình 2.5 Hình ảnh quy hoạch đường 5 kéo dài 51
Hinh 2.6 Hình ảnh quy hoạch đường 5 kéo dài 52
Hình 3.1 Sơ đồ về các lỗ rỗng và thành phần hỗn hợp BTN đầm chặt 71
Hình 3.2 Hằn lún vệt bánh xe tại các điểm nút giao có đèn tín hiệu 80
Hình 4.1 Dây chuyền rải thảm bê tông nhựa 91
Hình 4.2a Ô tô xả thảm vào máy rải bê tông nhựa 92
Hình 4.2b Lu lèn chặt bê tông nhựa 92
Hình 4.3 Công nhân làm mối nối và bù phụ bê tông nhựa 93
Hình 4.4 Lu sơ bộ bê tông nhựa 93
Hình 4.5 Làm mối nối ngang bê tông nhựa 94
Hình 4.6 Thảm bê tông nhựa ban đêm 94
Hình 4.7a Công nhân bù phụ bê tông nhựa ban đêm 95
Hình 4.7b Kiểm tra mô đun đàn hồi mặt đường bê tông nhựa 95
Hình 4.8 Các loại kiểm tra dùng trong đồ thị kiểm soát [26] 98
Hình 4.9 Biểu đồ kiểm soát hàm lượng nhựa mẫu hot bin theo ngày thi công 101
Hình 4.10 Biểu đồ kiểm soát độ rỗng dư mẫu hot bin theo ngày thi công 102
Hình 4.11 Biểu đồ phân bố độ ổn định Marshall trong quá trình thi công (mẫu trong phòng) 104
Hình 4.12 Biểu đồ phân bố độ dẻo Marshall trong quá trình thi công (mẫu trong phòng) 105
Hình 4.13 Biểu đồ phân bố độ ổn định Marshall sau khi ngâm trong nước 24h trong quá trình thi công (mẫu trong phòng) 105
Trang 12Hình 4.14 Biểu đồ phân bố độ dẻo Marshall sau khi ngâm trong nước 24h trong
quá trình thi công (mẫu trong phòng) 106Hình 4.15 Biểu đồ phân bố độ ổn định còn lại trong quá trình thi công (mẫu
trong phòng) 107Hình 4.16 Biểu đồ phân bố độ ổn định Marshall của mẫu khoan hiện trường
trong quá trình thi công 109Hình 4.17 Biểu đồ phân bố độ dẻo Marshall của mẫu khoan hiện trường trong
quá trình thi công 110Hình 4.18 Biểu đồ phân bố độ độ rỗng dư của mẫu khoan hiện trường trong quá
trình thi công 110Hình 4.19 Biểu đồ phân bố độ chặt của mẫu khoan hiện trường trong quá trình
thi công 111Hình 4.20 Biểu đồ kiểm soát độ rỗng dư mẫu hot bin và mẫu khoan hiện trường112Hình 4.21 Biểu đồ kiểm soát độ ổn định Marshall 40p, 24h mẫu hot bin và độ
ổn định Marshall 40p của mãu khoan 112Hình 4.22 Biểu đồ kiểm soát độ dẻo Marshall 40p, 24h mẫu hot bin và độ dẻo
Marshall 40p của mãu khoan 113Hình 4.23 Biểu đồ phân bố độ chặt hiện trường của mẫu khoan 113Hình 4.24 Hình ảnh mặt đường đưa vào khai thác sử dụng chụp tháng 5/2017 117Hình 4.25 Hình ảnh hằn lún vệt bánh xe tại vị trí đèn xanh, đèn đỏ 117Hình 4.26 Hình ảnh hư hỏng hằn lún vệt bánh xe tại vị trí đèn đỏ 118Hình 4.27 Hình ảnh hư hỏng hằn lún vệt bánh xe tại vị trí đèn đỏ 118
Trang 13PHẦN MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu Đông Trù - Phương Trạch
- Bắc Thăng Long) [11] là một Công trình có tầm quan trọng đặc biệt trong mạnglưới quy hoạch phát triển giao thông Thành phố Hà Nội, đồng thời là dự án trọngđiểm của thành phố Hà Nội giai đoạn 2010 – 2015 Công trình hoàn thành sẽ kết nốikhu đô thị Bắc Thăng Long Vân Trì tới Quốc lộ 5 tạo nên trục giao thông chínhgiúp phát triển các khu công nghiệp, khu đô thị phía Bắc sông Hồng, Từng bướchoàn thiện hệ thống tuyến đường vành đai II phía Đông Bắc Thành phố Hà Nội từSài Đồng đến Vĩnh Ngọc (nối về cầu Nhật Tân) góp phần giải tỏa lượng giao thôngliên tỉnh từ Hải Phòng, Hải Dương, Hưng yên đi sân bay Nội Bài và các tỉnh phíaTây và Tây Bắc, tạo nên hướng giao thông ngoại vi phía Bắc đối trọng với hướng điphía Nam qua cầu Thanh Trì, đặc biệt là hướng giao thông từ Quốc lộ 5 đi Quốc lộ
3 và Quốc lộ 2 góp phần thúc đẩy kinh tế xã hội của Thành phố
Theo thiết kế dự án xây dựng đường 5 kéo dài [11] có tổng chiều dài là13.32Km, nối từ tuyến đường chính B2 thuộc dự án xây dựng Hạ tầng cơ sở khu Đôthi Bắc Thăng Long – Vân Trì (phía Đông Anh) đến nút giao cầu Chui với Quốc lộ
5 (phía Quận Long Biên); Mặt cắt ngang theo chỉ giới đường đỏ = 68m Trên tuyếngồm có 3 cầu gồm : Một là cầu Đông Trù có chiều dài cầu L=1.139m, bề rộng mặtcắt ngang cầu 55m nhịp chính có khẩu độ 80 – 120 – 80 Hai là cầu Đông Hội (NgũHuyện Khê) có chiều rộng cầu 60m ; chiều dài cầu 47,15m gồm 01 nhịp 38m Ba làcầu Phương Trạch có chiều rộng cầu 63,5m ; chiều dài cầu 35,1m gồm 01 nhịp28m
Hiện nay, kết cấu mặt đường mềm đang được sử dụng khá phổ biến trong cáccông trình giao thông trên thế giới và ở Việt Nam, đặc biệt là đường Quốc lộ, đường
đô thị, đường cao tốc, kết cấu mặt đường mềm đáp ứng được yêu cầu về mặt kỹthuật và đảm bảo tính liên tục của mặt đường, mức độ êm thuận khi khai thác, Tiến
độ thi công đưa công trình vào khai thác nhanh, Giá thành phù hợp
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm không thể phủ nhận thì mặt đường mềm
có tuổi thọ không cao do nó vẫn còn một số nhược điểm cần được tiếp tục nghiên
Trang 14cứu một cách khoa học [14] để xác định như: Khả năng chịu lực và mô đun đàn hồi;
Độ bền nước; Nhạy cảm đối với sự thay đổi nhiệt độ môi trường; Các hiện tượng hưhỏng của kết cấu mặt đường như: hằn lún vệt bánh xe, nứt, trồi lún mặt đường bêtông nhựa xảy ra phổ biến trên phạm vi cả nước
Theo số liệu khảo sát thống kê của Tổng cục đường bộ Việt Nam, trình trạnghằn lún vệt bánh xe xảy ra hầu hết các trục quốc lộ chính có lưu lượng xe lớn vànhiều xe tải trọng nặng lưu thông Không chỉ xuất hiện trên các trục đường đã khaithác nhiều năm mà còn cả trên những đoạn đường mới hoàn thành, đưa vào khaithác như QL18 Uông Bí – Hạ Long, tuyến tránh TP Vinh và cả trên một số đoạnđường cao tốc Trên QL1A đoạn Cục đường bộ II quản lý có 70/620km, chiếm 13%chiều dài HLVBX độ sâu 2-10cm, đoạn Cục đường bộ II quản lý 90/593km, chiếm15% chiều dài có HLVBX độ sâu trên 7cm, chỗ sâu lún nhất 12-15cm Hay trênmặt cầu như cầu Thanh Trì, cầu Hòa Bình, cầu cạn đường vành đai 3 – Hà Nội
Do vậy việc lựa chọn thành phần bê tông nhựa, công nghệ thi công lớp mặtđường bê tông nhựa là việc không dễ, cần sự vào cuộc quyết liệt của các chuyêngia, tư vấn thiết kế, nhà thầu thi công, cán bộ quản lý, giám sát mới có thể giảiquyết triệt để được những vấn đề nêu trên
Đề tài “Nghiên cứu, đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm áp
dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu Đông Trù - Phương Trạch - Bắc Thăng Long)” Là một hướng nghiên cứu nhằm đưa ra những đánh giá,
phân tích về công nghệ thi công kết cấu mặt đường bê tông nhựa của dự án quantrọng này và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng thi công kết cấu mặt đườngmềm cho các dự án có điều kiện tương tự
2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông nhựa - kết cấu, các dạng hư hỏngkết cấu mặt đường sử dụng bê tông nhựa và công nghệ thi công kết cấu mặt đường
bê tông nhựa áp dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu ĐôngTrù - Phương Trạch - Bắc Thăng Long)
Trang 153 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đánh giá thiết kế kết cấu mặt đường, đánh giáthiết kế thành phần hỗn hợp BTN và đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặtđường áp dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu Đông Trù -Phương Trạch - Bắc Thăng Long)
4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu, đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm sử dụng cho
dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui – cầu Đông Trù – Phương Trạch –Bắc Thăng Long)
5 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp thu thập các số liệuliên quan đến đề tài, sau đó phân tích tổng hợp, đánh giá và có kết luận phù hợp chomục tiêu nghiên cứu
6 Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, kết cấu của luận văn gồm 4chương:
Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về thiết kế, thi công và khai thác kết cấu mặt
đường mềm.
Chương 2 Phân tích đánh giá công tác thiết kế kết cấu mặt đường dự án xây dựng
đường 5 kéo dài
Chương 3 Phân tích đánh giá công tác thiết kế thành phần hỗn hợp BTN áp dụng
cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài.
Chương 4 Phân tích đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường BTN áp dụng
cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài.
Trang 16CHƯƠNG 1 NHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ
KHAI THÁC KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM.
1.1 Các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm
Mỗi phương pháp thiết kế kết cấu áo đường nói chung cần được hình thànhtrên cơ sở giải quyết ba vấn đề như sau:
- Xác định trạng thái giới hạn và tiêu chuẩn trạng thái giới hạn Việc xác địnhnày bao gồm việc nghiên cứu để chọn được thông số trạng thái giới hạn thích hợpvới mô hình thiết kế và định lượng về giới hạn phát sinh hư hỏng
- Cơ sở lý thuyết cho tính toán và phương pháp tính toán - đánh giá mặtđường
- Xác định các thông số thiết kế tùy thuộc cơ sở lý thuyết và phương pháp tínhtoán, đề xuất phương pháp xác định các thông số này, thích hợp với mô hình thiết
kế và cơ sở lý thuyết của tính toán thiết kế
Các phương pháp chính được sử dụng trong thiết kế kết cấu mặt đường mềmbao gồm:
- Phương pháp lý thuyết sử dụng lý thuyết đàn hồi với các phương trình tínhứng suất - biến dạng phát sinh trong kết cấu mặt đường là hệ nhiều lớp đàn hồi Đây
là phương pháp hiện đang được Việt Nam sử dụng để thiết lập Tiêu chuẩn thiết kếkết cấu mặt đường mềm 22TCN211-06 [2] Thuộc nhóm này còn có các phươngpháp thiết kế mặt đường mềm của Pháp, Trung Quốc, Nga Phương pháp thiết kếmặt đường mềm theo tiêu chuẩn 22TCN211-06 hiện hành ở Việt Nam là phươngpháp lý thuyết-thực nghiệm dựa trên kết quả bài toán với mô hình bán không gian
vô hạn đàn hồi nhiều lớp theo mô hình Burmister Phương pháp thiết kế theo22TCN211-06 hiện cũng đang được nghiên cứu, chuyển đổi thành TCVN Nhữnghạn chế của phương pháp này là: Vẫn phải sử dụng các toán đồ được xây dựng từbài toán hệ đàn hồi 2 lớp, trong khi các phần mềm hiện đại, miễn phí đã tính toáncho hệ nhiều lớp đàn hồi và đàn nhớt dưới tác dụng của tải trọng tính và động.Phương pháp cũng chưa xét đến một số hiện tượng hư hỏng kết cấu khá phổ biếntrong thực tế trong các trạng thái giới hạn kiểm toán kết cấu mặt đường như biến
Trang 17dạng không hồi phục lún vệt bánh xe ở lớp bê tông nhựa do ứng suất cắt trượt lớn,đẩy trồi bê tông nhựa, nứt do xô trượt lớp mặt, nứt phản ánh Phá hoại mỏi cũng chỉđưa vào các hệ số khi tính toán Khi áp dụng 22TCN 211-06 sẽ khó khăn khi xácđịnh các thông số đầu vào, yêu cầu thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý làm thông
số tính toán của vật liệu trong tiêu chuẩn thiết kế hiện hành khó được thực hiện dođiều kiện về cơ sở thí nghiệm và kinh phí, thí nghiệm mô hình tĩnh xác định mô đunđàn hồi trong khi các tiêu chuẩn trên thế giới đều mô hình động Cách phân loại vậtliệu bê tông nhựa hiện nay chưa có sự thống nhất, tham chiếu lẫn nhau giữa tiêuchuẩn thi công nghiệm thu và tiêu chuẩn thiết kế, nhiều loại vật liệu mới hiện đãđược sử dụng nhưng chưa có các thông số tính toán tham chiếu trong tiêu chuẩn Hệ
số độ tin cậy cũng là một khó khăn khi lựa chọn và mâu thuẫn với các thông số đầuvào đã được lấy ở điều kiện bất lợi nhất
- Phương pháp kinh nghiệm với phương trình thiết kế là các mối quan hệ thựcnghiệm thu thập từ các thử nghiệm đường và từ kinh nghiệm trong quá trình thiết
kế, khai thác đường Hướng dẫn thiết kế mặt đường AASHTO là một tiêu chuẩnđiển hình cho các phương pháp thiết kế này Hướng dẫn thiết kế mặt đườngAASHTO đã được sử dụng tương đối phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt trong các dự
án đường sử dụng nguồn vốn nước ngoài Bộ Giao thông vận tải đã ban hành mộttiêu chuẩn ngành, 22TCN274-01 [1], tiêu chuẩn được soạn thảo dựa trên phươngpháp thiết kế mặt đường mềm của AASHTO Hiện nay, Tổng cục Đường bộ ViệtNam đang chuyển đổi thành tiêu chuẩn Việt Nam (6/2014 đã nghiệm thu cấp cơ sở)
[20] Phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của
AASHTO-93 vẫn được nhiều bang ở Mỹ và Canada sử dụng Theo khảo sát của Cục đường bộliên bang Mỹ năm 2007 còn đến 63% các bang sử dụng AASHTO-93, 12% sử dụngAASHTO-72, 13% sử dụng phương pháp do bang phát triển, 8% kết hợp AASHTO
và phương pháp của bang và 4% sử dụng phương pháp khác
Trang 18Hình 1.1 Thống kê phương pháp thiết kế áo đường mềm của FHWA [16]
Hình 1.2 Đoạn thử nghiệm AASHO 1958-1960 [17]
Phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của
AASHTO-93 được phát triển dựa trên thử nghiệm AASHO từ 10/1958 đến 11/1960 gần
Trang 19Ottawa, Illinois với những hạn chế bởi điều kiện khí hậu tại nơi thử nghiệm, kết cấuthử nghiệm, loại tải trọng thử nghiệm và thời gian thử nghiệm Tuy nhiên đây cũng
là phương pháp được nhiều nước sử dụng trong thiết kế kết cấu mặt đường củamình như Canada, Nhật, Đài Loan, Singapore, Malaysia,… Ở Việt Nam trong khichưa có những nghiên cứu địa phương hóa thì có thể sử dụng nguyên xi phươngpháp này để dần từng bước tích lũy kinh nghiệm mới có thể biên soạn tiêu chuẩnquốc gia chính thức
Cùng với việc sử dụng phương pháp thực nghiệm AASHTO, các bang của Mỹ
và Canada cũng đang nghiên cứu áp dụng phương pháp cơ học thực nghiệmMEPDG trong thiết kế mặt đường mềm
- Phương pháp cơ học - thực nghiệm, là phương pháp phối hợp các phươngtrình theo lý thuyết, bao gồm lý thuyết đàn hồi, lý thuyết nhiệt và các phương trình
từ các mối quan hệ thực nghiệm và kinh nghiệm thu thập được Phương pháp nàyđược tập trung nghiên cứu trong chương trình nghiên cứu Chiến lược đường bộSHRP Phần mềm dùng để tính toán thiết kế là MEPDG, đây là hướng nghiên cứuchính để phân tích xác định tuổi thọ của kết cấu áo đường mềm
Hình 1.3 Trình tự thiết kế KCAĐ mềm theo cơ học – thực nghiệm
Trang 20Phương pháp cơ học thực nghiệm (MEPDG) đã và đang được sử dụng trongthiết kế kết cấu mặt đường ở Mỹ và một số nước khác MEPDG khắc phục được cácnhược điểm của phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường thuần thực nghiệmAASHTO phát triển trên cơ sở các thử nghiệm AASHO Là một trong nhữngphương pháp tiên tiến nhất, M-E PDG được nhiều nước nghiên cứu sử dụng trongphân tích kết cấu mặt đường.
Phiên bản thương mại của phương pháp cơ học thực nghiệm là DARWin-ME2.1 với mức phí 5000USD/năm cho 1 máy Tuy nhiên phiên bản MEPDG 1.1 miễnphí với đầy đủ tính năng được sử dụng nhiều trong nghiên cứu
Hình 1.4 Định hướng sử dụng phương pháp cơ học – thực nghiệm
Hình 1.5 Sử dụng phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường ở Mỹ [16]
Trang 21Theo nghiên cứu có đến 80% các bang Mỹ định hướng nghiên cứu sử dụngphương pháp cơ học thực nghiệm, các bang cũng có kế hoạch và lộ trình thời giansử dụng phương pháp cơ học – thực nghiệm.
Hình 1.6 Định hướng lộ trình sử dụng cơ học-thực nghiệm ở Mỹ
- Phương pháp cơ học-thực nghiệm là phương pháp tiên tiến nhất hiện nay đểphân tích tính toán kết cấu áo đường Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi số liệuđầu vào lớn, thiết bị thí nghiệm đắt tiền, trình tự thí nghiệm xác định phức tạp,thông số khí hậu theo từng địa phương nên cần có thời gian tiếp cận, nghiên cứu,thử nghiệm và tích lũy kinh nghiệm ở Việt Nam
1.2 Các kết cấu áo đường mềm phổ biến và công nghệ thi công ở Việt Nam [19]
1.2.1 Mặt đường bê tông nhựa
Bao gồm cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột đá và nhựa đường được trộn bằngphương pháp thích hợp phụ thuộc vào biện pháp thi công tạo nên một hỗn hợp vậtliệu có chất lượng tốt, sử dụng cho đường có lưu lượng và tải trọng xe lớn Bê tôngnhựa thông thường là loại có cấp phối cốt liệt chặt và sử dụng nhựa đường đặc, vớihàm lượng nhựa thay đổi từ 4% đến 9% theo thành phần tổng hỗn hợp tùy thuộc vàloại cốt liệu cấp phối cốt liệu
Trang 22Có nhiều cách phân loại hỗn hợp bê tông nhựa làm mặt đường ô tô:
Phân loại theo kích cỡ cốt liệu lớn nhất danh định:
Phân loại theo đặc tính hỗn hợp
- Hỗn hợp bê tông nhựa thường
- Các loại hỗn hợp đặc biệt
Công nghệ thi công ở Việt Nam (ở đây chỉ xét đến hỗn hợp bê tông nhựa nóng)
[19]:
1.2.2 Măt đường đá dăm láng nhựa
Bao gồm các lớp cơ bản được tính vào thành phần chịu lực của kết cấu mặtđường là đá dăm tiêu chuẩn (đá dăm đồng đều kích cỡ) được bù phụ bằng các hạt
Trang 23đồng đều có kích cỡ nhở hơn cho kín bề mặt đường, hoặc cấp phối dá dăm được xử
lý bề mặt bằng phương pháp như trình bày ở trên
1.2.3 Mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa
Bao gồm lớp cơ bản là đá dăm tiêu chuẩn Sau đó tiếp tục rải đá đồng đều kích
cỡ 3 lần phối hợp hợp với rải nhựa 2 lần
1.2.4 Hỗn hợp cấp phối dăm trộn nhựa
Là hỗn hợp cốt liệu hạt có thành phần cỡ hạt theo tiêu chuẩn, hàm lượng hạtlọt sàng 0.0075 mm từ 0% - 7% đối với hỗn hợp trộn tại hiện trường và từ 3%-5%đối với hỗn hợp trộn tại trạm trộn Sự khác nhau về hàm lượng hạt mịn là yếu tốquyết định trong lựa chọn loại nhựa, hàm lượng nhựa đường và phương pháp thicông
1.3 Các phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa
1.3.1 Phương pháp Marshall [10]
Trình tự thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa:
Công tác thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa được tiến hành theo 3 bước: thiết kế
sơ bộ (Cold mix design), thiết kế hoàn chỉnh (Hot mix design) và xác lập công thứcchế tạo hỗn hợp bê tông nhựa (Job mix formular)
Thiết kế sơ bộ:
Mục đích của công tác thiết kế này nhằm xác định sự phù hợp về chất lượng
và thành phần hạt của các loại cốt liệu sẵn có tại nơi thi công, khả năng sử dụngnhững cốt liệu này để sản xuất ra bê tông nhựa thỏa mãn các chỉ tiêu quy định vớihỗn hợp bê tông nhựa Sử dụng vật liệu tại khu vực tập kết vật liệu của trạm trộn đểthiết kế Kết quả thiết kế sơ bộ là cơ sở định hướng cho thiết kế hoàn chỉnh
Thiết kế hoàn chỉnh sản phẩm bê tông nhựa:
Thiết kế hoàn chỉnh: Mục đích của công tác thiết kế này nhằm xác định thànhphần cấp phối của hỗn hợp cốt liệu và hàm lượng nhựa tối ưu khi cốt liệu đã đượcsấy nóng Tiến hành chạy thử trạm trộn trên cơ sở số liệu của thiết kế sơ bộ Lấymẫu cốt liệu tại các phễu dự trữ cốt liệu nóng để thiết kế Kết quả thiết kế hoàn
Trang 24chỉnh là cơ sở để quyết định sản xuất thử hỗn hợp bê tông nhựa và rải thử lớp bêtông nhựa.
Xác lập công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa:
Trên cơ sở thiết kế hoàn chỉnh, tiến hành công tác rải thử bê tông nhựa Trên
cơ sở kết quả sau khi rải thử lớp bê tông nhựa, tiến hành các điều chỉnh (nếu thấycần thiết) để đưa ra công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa phục vụ thi công đại tràlớp bê tông nhựa Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa là cơ sở cho toàn bộcông tác tiếp theo: sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa tại trạm trộn, thi công, kiểm tragiám sát chất lượng và nghiệm thu
Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa:
Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa phải chỉ ra các nội dung sau: Nguồncốt liệu và nhựa đường dùng cho hỗn hợp bê tông nhựa; Kết quả thí nghiệm các chỉtiêu cơ lý của nhựa đường, cốt liệu đá dăm, cát, bột khoáng; Thành phần cấp phốicủa hỗn hợp cốt liệu; Tỷ lệ phối hợp giữa các loại cốt liệu: đá dăm, cát, bột đá tạiphễu nguội, phễu nóng; Kết quả thí nghiệm Marshall và hàm lượng nhựa đường tối
ưu (tính theo phần trăm khối lượng của hỗn hợp bê tông nhựa); tỷ trọng lớn nhất bê
tông nhựa (là cơ sở để xác định độ rỗng dư); Khối lượng thể tích của mẫu bê tôngnhựa ứng với hàm lượng nhựa đường tối ưu (là cơ sở để xác định độ chặt lu lèn K);Phương án thi công ngoài hiện trường như: chiều dầy lớp bê tông nhựa chưa lu lèn,
sơ đồ lu, số lượt lu trên 1 điểm, độ nhám mặt đường… Trong quá trình thi công,nếu có bất cứ sự thay đổi nào về nguồn vật liệu đầu vào hoặc có sự biến đổi lớn vềchất lượng của vật liệu thì phải làm lại thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo các giaiđoạn nêu trên và xác định lại công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa.
1.3.2 Phương pháp Superpave
1.3.2.1 Trình tự thiết kế hỗn hợp theo Superpave
Superpave hiện hành không còn quy định 3 mức thiết kế mà chỉ thiết kế cácđiều kiện thể tích và thỏa mãn tỷ số cường độ kéo gián tiếp TSR (tensile strengthratio) theo thí nghiệm độ ổn định nước AASHTO T283 tối thiểu là 0.8 Mẫu thí
Trang 25nghiệm cường độ chịu kéo được chuẩn bị theo R30 và đầm nén theo T312 với độrỗng 7 ± 0.5%
Các công thức tính thể tích hỗn hợp không thay đổi Hình 1.7 ví dụ các biểu
đồ để lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu Hình 1.8 ví dụ biểu đồ quan hệ giữa số lầnđầm xoay và % tỷ trọng lớn nhất Gmm
Trình tự thiết kế gồm 4 bước [16] :
Bước 1: Lựa chọn vật liệu: Cốt liệu, bột khoáng, nhựa, RAP và phụ gia (nếu có).
+ Lựa chọn mác nhựa theo PG mô hình LTPP
+ Nguyên tắc lựa chọn mác nhựa
Bước 2: Thiết kế cấp phối cốt liệu: Chọn ít nhất 3 cấp phối.
Bước 3: Lựa chọn hàm lượng nhựa thiết kế.
Bước 4: Thí nghiệm đánh giá độ ổn định nước T283.
Trang 26Hình 1.7 Mô tả trình tự thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Superpave [16].
Hình 1.8 Biểu đồ lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu
Trang 27Hình 1.9 Biểu đồ quan hệ số lần đầm và % tỷ trọng Gmm
1.3.2.2 Lựa chọn mác nhựa theo đặc tính sử dụng (PG)
Tiêu chuẩn hiện hành M320-10 quy định việc lựa chọn mác nhựa theo PG cầnphải có các thông số nhiệt độ 7 ngày nóng nhất và 1 ngày lạnh nhất trong tối thiểu
20 năm cùng với mô hình dự báo nhiệt độ mặt đường Nhiệt độ cao nhất tính toán ởchiều sâu dưới mặt đường 20mm, nhiệt độ thấp nhất trên bề mặt đường Nhiệt độtính toán dựa vào độ tin cậy, thường quy định sử dụng độ tin cậy R=50% cho cácđường cấp cao thứ yếu và R=98% cho các đường cấp cao chủ yếu
Các loại mác nhựa sử dụng [16] là PG46-(34, 40, 46); PG52-(10, 16, 22, 28, 34, 40,46); PG58-(16, 22, 28, 34, 40); PG64-(10, 16, 22, 28, 34, 40); PG70-(10, 16, 22, 28,
34, 40); PG70-(10, 16, 22, 28, 34); PG82-(10, 16, 22, 28, 34)
Khác với các phiên bản trước đây, phiên bản 2010 có 2 bảng chỉ tiêu kỹ thuậtđối với từng mác nhựa Bảng số 1 (M320) là mặc định trong các trường hợp thôngthường khi không tập trung nhiều vào thí nghiệm chống nứt ở nhiệt độ thấp Bảng
số 2 (M320) bổ sung các chỉ tiêu kỹ thuật cho nhựa để đảm bảo khả năng chống nứt
ở nhiệt độ thấp (AASHTO R49, T313, T314) Nếu không có ghi chú thì các tiêuchuẩn sẽ mặc định là ở bảng số 1 của tiêu chuẩn M320
Dựa vào lưu lượng và đặc tính của dòng giao thông mà mác nhựa được cộnglên:
Trang 28Bảng 1.1 Điều chỉnh mác nhựa theo điều kiện giao thông
Lưu lượng xe được quy đổi về trục đơn 18kip tích lũy trong thời gian 20 nămtính cho 1 làn xe Dòng tiêu chuẩn khi tốc độ trung bình ≥70km/h; dòng chậm khitốc độ từ 20 đến 70 km/h; dòng đứng yên khi tốc độ nhỏ hơn 20km/h
Khi sử dụng bê tông nhựa tái chế RAP thì tùy theo khối lượng RAP thêm vào
mà lựa chọn mác nhựa cho thích hợp:
- Khi RAP < 15% khối lượng hỗn hợp thì giữ nguyên mác nhựa đã chọn;
- Khi RAP từ 15-25% thì giảm mềm nhựa đi 1 cấp (ví dụ định chọn mác nhựaPG64-22 thì sẽ chọn mềm đi 1 cấp là PG58-28);
- Khi RAP >25% thì phải thiết kế phối trộn nhựa chi tiết
1.3.2.3 Lựa chọn cốt liệu và cấp phối cốt liệu
Cấp phối cốt liệu được thể hiện ở Bảng 1.2 Tiêu chuẩn Superpave hiện hành
đã bỏ khái niệm vùng hạn chế, thay vào đó quy định độ góc cạnh của cốt liệu mịnFAA và lượng lọt qua sàng khống chế để có bê tông nhựa chặt mịn hay bê tôngnhựa chặt thô
Trang 29Bảng 1.3 giới hạn khống chế bê tông nhựa chặt mịn và bê tông nhựa chặt thôphụ thuộc vào lượng lọt qua sàng khống chế Ví dụ với BTN có cỡ hạt danh địnhlớn nhất 19.0mm, lượng lọt qua sàng khống chế 4.75mm dưới 47% thì là loại bêtông nhựa chặt thô Với từng loại hỗn hợp một vài tiêu chuẩn kỹ thuật có điều chỉnhcho phù hợp.
Bảng 1.3 Khống chế hỗn hợp bê tông nhựa
Hình 1.10 Lựa chọn 3 cấp phối BTN19
Bảng 1.4 quy định các chỉ tiêu của cốt liệu
Trang 30Bảng 1.4 Yêu cầu cốt liệu
Đương lượng cát ESmin
Tỷ lệ dài dẹt 5:1 max
- Độ góc cạnh của cốt liệu thô CAA thí nghiệm theo AASHTO T335
- Độ góc cạnh của cốt liệu mịn FAA thí nghiệm theo AASHTO T304
- Đương lượng cát thí nghiệm theo AASHTO T176
- Tỷ lệ dài dẹt được quy định là 5:1 với các hạt lọt qua sàng 9.5mm và sót trênsàng 4.75mm Thí nghiệm theo ASTM D4791
Bột khoáng theo tiêu chuẩn AASHTO M 17-11, các chỉ tiêu kỹ thuật của bộtkhoáng được quy định trong các tiêu chuẩn: Lấy mẫu thí nghiệm T127; Phân tíchthành phần hạt T37 và Chỉ số dẻo T90
Bảng 1.5 Số lần đầm nén thiết kế
Trang 31Các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp ở Bảng 1.6
Bảng 1.6: Các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế hỗn hợp
Quy định tỷ số giữa lượng lọt qua sàng 0.075mm và hàm lượng nhựa có hiệuD/B cho hỗn hợp mịn là từ 0.6-1.2 và cho hỗn hợp thô là từ 0.8-1.6
1.4 Các dạng hư hỏng và nguyên nhân hư hỏng kết cấu mặt đường bê tông nhựa
- Tải trọng nặng trùng phục nhiều trên mặt đường
- Mặt đường có bề dày nhỏ hoặc các lớp phía dưới yếu làm xuất hiện độ võnglớn trên mặt đường do tải trọng tác dụng Độ võng mặt đường lớn làm tăng các ứngsuất kéo ở phía đáy của lớp bê tông nhựa, dẫn tới hình thành vết nứt
- Chất lượng xây dựng kém hoặc thiết kế thiếu ngoài ra khả năng thoát nướcmặt đường kém làm giảm cường độ các lớp nền, móng bằng vật liệu không gia cốcũng góp phần làm tăng khả năng xuất hiện các vết nứt hoặc chất lượng chất dínhbám kém làm tăng giá trị ứng suất kéo dưới đáy lớp vật liệu bê tông nhựa
Trang 32- Trong trường hợp thông thường (khi mặt đường được thiết kế và thi côngđúng), hiện tượng nứt mỏi là một dấu hiệu báo mặt đường đã chịu tới số lượng tảitrọng trục thiết kế tính toán Mặt đường khi đó cần được nâng cấp, cải tạo cho phùhợp Nếu hiện tượng nứt mỏi xảy ra ở cuối thời kỳ thiết kế thì đó chỉ là một hiệntượng phát triển một cách tự nhiên theo như được dự đoán trong thiết kế Nếu quansát thấy các vết nứt xuất hiện sớm hơn so với thời kỳ thiết kế cũng có thể đó là dấuhiệu tải trọng giao thông được đánh giá không đúng mức trong khi thiết kế.
Hình 1.11 Nứt mỏi dạng nhẹ
Hình 1.12 Nứt mỏi dạng vừa
Trang 33Hình 1.13 Nứt mỏi dạng nặng [21]
Phân loại mức độ nghiêm trọng:
Dấu hiệu sớm của hiện tượng nứt mỏi là sự xuất hiện các vết nứt dài khôngliên tục theo vệt bánh xe (dạng nhẹ) Các vết nứt sau đó được phát triển dần lên do ởmột số điểm các vết nứt nối lại với nhau, hình thành các vùng nứt lớn (dạng vừa).Các vết nứt phát triển cho đến khi trở thành nứt kiểu da cá sấu (dạng nặng) Mặtđường sẽ tiếp tục bị hư hỏng nặng hơn nữa khi xuất hiện các ổ gà do xe cộ đi qualàm bong bật lớp mặt bê tông nhựa và làm cho nước mặt có khả năng thấm xuốnglàm giảm cường độ các lớp phía dưới
Với mỗi cấp mức độ nghiêm trọng, bằng trực quan ước tính độ dài và diện tíchvùng bị nứt mỏi Nếu trong một khu vực tồn tại nhiều cấp mức độ nghiêm trọngkhác nhau mà không thể dễ dàng phân biệt được thì sử dụng cấp độ cao nhất củamức độ nghiêm trọng trong khu vực đó để đánh giá
Trang 34%L; %M; %H là tỉ lệ phần trăm diện tích nứt mỏi ở các cấp độ nghiêmtrọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng trong vùng nứt mỏi, được tính bằng:
% (L,M,H)= SA
32*Bl
Trong đó: SA: Diện tích nứt mỏi (ở mỗi cấp độ), m2
Bl: Chiều rộng làn đường, m
Biện pháp sửa chữa :
Hiện tượng nứt mỏi cần được sửa chữa triệt để, thông thường bằng cách đào
bỏ và thay thế vật liệu mới hoặc có thể rải tăng cường trên toàn bộ mặt đường Nếukhông sửa chữa kịp thời, các vết nứt mỏi ban đầu nhanh chóng phát triển thành nứtlưới và bong bật ổ gà Ngoài ra, nước thấm xuống qua các khe nứt làm đất nền ẩmướt, giảm cường độ và hình thành hố lún dưới tác
1.4.2 Nứt do nhiệt độ thấp
Khái niệm:
Nứt ở nhiệt độ thấp thường là nứt ngang, được tạo thành khi ứng suất kéo tạo
ra do trương nở của hỗn hợp lớn hơn cường độ chịu kéo của vật liệu
Nguyên nhân:
Nứt do ứng suất nhiệt xuất hiện trên mặt đường bê tông nhựa thường là các vếtnứt ngang cách đều nhau Vết nứt thường xuất hiện khi nhiệt độ bề mặt đườngxuống thấp đủ để tạo ra một ứng suất kéo do nhiệt lớn hơn cường độ chịu kéo uốncủa vật liệu bê tông nhựa (có xét đến mỏi);
Các vết nứt do nhiệt độ thấp được tạo thành khi các lớp mặt đường bị co lạitrong thời tiết lạnh giá Khi hiện tưDợng co ngót mặt đường xuất hiện đồng thờicũng sinh ra các ứng suất kéo ở trong lớp bê tông nhựa Tại một vài điểm dọc theomặt đường, các ứng suất kéo vượt quá cường độ kháng kéo trong lớp bê tông nhựa
và dẫn tới hiện tượng nứt Hiện tượng nứt do nhiệt độ thấp xuất hiện chủ yếu từ mộtchu kỳ đơn của nhiệt độ thấp, nhưng nó có thể phát triển khi các chu kỳ nhiệt độthấp được lặp lại
Trang 35Hình 1.14 Nứt do nhiệt độ thấp Biện pháp sửa chữa:
Vá trám lại các vết nứt dạng này là hình thức sửa chữa hiệu quả để giảm tốc
độ xuống cấp của mặt đường
Trang 36Hình 1.16 Nứt dọc vừa
Hình 1.17 Nứt dọc nặng Phân loại mức độ nghiêm trọng:
Loại hình hư hỏng này được chia làm ba mức độ nghiêm trọng:
Trang 37Trong đó:
%L; %M; %H là tỉ lệ phần trăm nứt dọc ở các cấp độ nghiêm trọng tương ứng
là nhẹ, vừa, nặng trong vùng nứt dọc, được tính bằng:
Chiều dài vết nứt dọc, (m)
32(m)
Biện pháp sửa chữa:
Việc vá trám vết nứt dọc bằng vật liệu thích hợp là giải pháp hiệu quả để tránhviệc tăng mạnh tốc độ xuống cấp theo các hình thức: nứt thứ cấp từ vết nứt cũ, hìnhthành nứt lưới lớn do biến dạng lún lõm mặt đường lớn, khi nước theo các khe nứtngấm xuống làm giảm cường độ của các lớp móng đường và nền đường
Trang 38Hình 1.17 Nứt ngang dạng nhẹ
Hình 1.19 Nứt ngang dạng vừa
Trang 39Hình 1.20 Nứt ngang dạng nặng [13]
Phân loại mức độ nghiêm trọng:
Loại hình hư hỏng này được chia làm ba mức độ nghiêm trọng:
Trang 40%L; %M; %H là tỉ lệ phần trăm nứt ngang ở các cấp độ nghiêm trọngtương ứng là nhẹ, vừa, nặng, được tính bằng:
Tổng chiều dài vết nứt ngang (ở mỗi cấp)/Chiều rộng làn
Biện pháp sửa chữa:
Việc vá trám vết nứt ngang bằng vật liệu thích hợp là giải pháp hiệu quả đểtránh việc tăng mạnh tốc độ xuống cấp theo các hình thức: nứt thứ cấp từ vết nứt cũ,hình thành nứt lưới lớn do biến dạng lún lõm mặt đường lớn, khi nước theo các khenứt ngấm xuống làm giảm cường độ các lớp móng đường và nền đường
1.4.5 Nứt lưới lớn dạng khối
Khái niệm:
Là loại hình hư hỏng phát triển từ vết nứt ngang và nứt dọc Các vết nứt nốivới nhau và chia mặt đường thành những mảnh hình chữ nhật Mỗi khối có kíchthước xấp xỉ từ 0,1 m2 đến 9,0 m2 (1ft2 đến 100ft2) Những khối lớn hơn thì đượcxếp vào vết nứt dọc hay vết nứt ngang Nứt khối thông thường xuất hiện ở khu vựcmặt đường có tỉ lệ xe chạy lớn nhưng đôi khi sẽ chỉ xuất hiện ở khu vực không lưuthông
Hình 1.21 Nứt lưới nhẹ