Xây dựng nền mặt đường 2

Yêu cầu đối với vật liệu tầng móng  Tầng móng của mặt đường cứng không yêu cầu có cường độ cao..  Nguyên lý “ Đá chèn đá “ Cốt liệu là đá dăm hoặc sỏi sạn có mặt vỡ, có kích thước đồn

BÀI GI ẢNG:

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VÀ

TRÌNH TỰ CHUNG XD CÁC LOẠI KCAD

CHƯƠNG 2: CÔNG TÁC ĐẦM NÉN MẶT ĐƯỜNG

CHƯƠNG 3: MẶT ĐƯỜNG GIẢN ĐƠN & MẶT ĐƯỜNG

CHƯƠNG 6: MẶT VÀ MÓNG ĐƯỜNG ĐÁ DĂM ĐEN

CHƯƠNG 7: MẶT ĐƯỜNG BTN (BÊ TÔNG ASPHALT )

CHƯƠNG 8: THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG BTXM

CHƯƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VÀ TRÌNH TỰ CHUNG XD CÁC LOẠI KCAD

§1.1: GIỚI THIỆU CÁC LOẠI KẾT CẤU ÁO

ĐƯỜNG (KCAD) VÀ NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO

CÁC LỚP KCAD

1.1 Khái niệm

Mặt đường:

- Là một kết cấu gồm 1 hoặc nhiều lớp vật liệu

khác nhau làm trên nền đường

- Đáp ứng các yêu cầu chạy xe về cường độ, độ bằng phẳng & độ nhám; đảm bảo xe chạy với vận tốc cao, an toàn, êm thuận & kinh tế.

1.2 Phân loại KCAD

1.2.1 Theo VL sử dụng và sơ đồ tính toán cơ học

 Mặt đường mềm: Độ cứng nhỏ, khả năng chịu kéo, chịu uốn không đáng kể; trạng thái chịu lực chủ yếu là chịu nén & chịu cắt.

 Mặt đường cứng: Độ cứng rất lớn, khả năng chịu nén, chịu kéo, chịu uốn đều tốt; trạng thái chịu lực chủ yếu là chịu kéo khi uốn

H1.2.1: Minh họa sự phân bố áp lực của bánh xe

xuống tầng móng

Mặt đường cứng Mặt đường mềm

Mặt đường mềm

Mặt đường cứng

1.2.2 Theo chức năng của đường (22TCVN 06):

211- Mặt đường cấp cao A1 (tên cũ: cấp cao chủ yếu).

 Mặt đường cấp cao A2 (cấp cao thứ yếu).

 Mặt đường cấp thấp B1 (cấp quá độ).

 Mặt đường cấp thấp B2 (cấp thấp).

1.3 Giới thiệu các tầng lớp KCAD

H1.3.1: Phân bố áp lực trên bề mặt các tầng lớp

mặt đường mềm

Lớp móng trên Lớp móng dưới Nền đường

1.3.1 Kết cấu mặt đường mềm

H1.3.2: Kết cấu mặt đường mềm

1 2 3

4

5 6

 Tầng mặt (Surface course):

- Lớp bảo vệ, chịu hao mòn, tăng ma sát, thoát

nước (nếu cần).

- Lớp mặt trên (Wearing Course):

- Lớp mặt dưới (Binder Course):

- Lớp móng trên (Base course).

- Lớp móng dưới (Subbase course).

 Phần nền đường (subgrade):

 Tầng móng:

7

1 2

I

II

3 4

1.3.2 Kết cấu mặt đường cứng

 Tầng mặt (Surface course):

- Lớp tạo phẳng, thoát nước (nếu cần).

- Lớp mặt chịu lực: thường là tấm BTXM (PCC) dày 15cm (6 in) - 30cm (12in)

 Tầng móng:

- CPDD I gia cố 6 - 8% XM, Kyc = 98 %

- Hoặc BT nghèo M không nhỏ 150, h < 15 cm

- Lớp ngăn cách : tạo phẳng, giảm ma sát : 2 lớp giấy dầu hoặc polime 5mm

 Phần đáy áo đường:

1

3 2

4

H1.3.4: Phải bố trí các thanh truyền lực giữa các

tấm để hạn chế gẫy cạnh & góc tấm

Không bố trí thanh truyền lực giữa các tấm

Bố trí thanh truyền lực giữa các tấm

 Chọn vật liệu làm KCAD căn cứ vào tải trọng của xe sinh ra trong kết cấu, đảm bảo:

 Giảm thiểu được tiếng ồn và bụi

1.4 Nguyên tắc lựa chọn vật liệu làm KCAD

1.4.1 Yêu cầu đối với vật liệu làm KCAD mềm

 Có cường độ cao và ổn định cường độ (với nhiệt

& nước) để chịu đựng được áp lực thẳng đứng,tác dụng trực tiếp của các yếu tố khí quyển; cócấp phối tốt, độ rỗng nhỏ, kín nước

 Có khả năng chịu cắt để chịu đựng được tải trọng

nằm ngang của ô tô

 Có độ cứng lớn để hạn chế được tác dụng gây

bào mòn của bánh xe hoạt tải

a Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng mặt

 Có kích cỡ nhỏ để dễ tạo phẳng, hạn chế tác

dụng gây bong bật của bánh xe và tạo ra độnhám cao, xe chạy ít ồn

 Khi lớp mặt trên không đảm bảo được đầy đủ các

yêu cầu trên thì phải cấu tạo lớp bảo vệ, chịu haomòn, tăng ma sát hoặc thoát nước

b Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng móng:

 Chức năng của lớp đáy áo đường:

 Tạo được một lòng đường có cường độ cao &

đồng đều;

 Tiếp nhận & phân bố tải trọng của hoạt tải

truyền qua KCAĐ, làm giảm độ lún đàn hồi củatoàn bộ kết cấu, tăng tuổi thọ cho KCAĐ

 Tạo ra hiệu ứng ”ĐE“ để lu lèn các lớp mặt

đường nhanh đạt độ chặt

 Đảm bảo cho xe máy thi công mặt đường đi lại

mà không gây hư hỏng bề mặt nền đường

a Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng mặt

 Có cường độ cao và ổn định cường độ Ngoài ra

còn chịu ứng suất nhiệt phát sinh trong tấm khinhiệt độ thay đổi

 BTXM làm mặt đường ô tô phải đảm bảo: ngoài

khả năng chịu nén phải có cường độ chịu kéo khiuốn cao, chịu mỏi và tải trọng trùng phục

1.4.2 Yêu cầu đối với vật liệu làm KCAD cứng

 Do tấm BTXM có độ cứng lớn chịu tác dụng

chủ yếu nên:

 Có độ cứng lớn để hạn chế được tác dụng gây

bào mòn của bánh xe hoạt tải

 Có kích cỡ nhỏ để dễ tạo phẳng, tạo ra độ nhám

cao

b Yêu cầu đối với vật liệu tầng móng

 Tầng móng của mặt đường cứng không yêu cầu

có cường độ cao

 Tầng móng của mặt đường cứng phải đảm bảo:

 Có độ cứng nhất định, ít biến dạng.

 Ổn định nước, kín nước.

 Dễ tạo phẳng, đảm bảo tấm tiếp xúc tốt trên lớp

móng, không phát sinh các ƯS cục bộ trong quá trình làm việc sau này.

 Bề mặt móng ít nhám, ma sát giữa tấm & móng nhỏ,

tạo điều kiện cho tấm chuyển vị dễ dàng khi co, giãn dưới tác dụng của nhiệt độ.

 Lớp móng cát gia cố XM, cấp phối đá dăm gia cố

XM được dùng phổ biến trong kết cấu tầng móng áo đường cứng.

Lún - nứt kết cấu mặt đường do không đảm bảo

cường độ

Trồi trượt - gồ ghề do kết cấu mặt đường không

đảm bảo ổn định cường độ

Mặt đường gồ ghề, phương tiện lưu thông khó

khăn

1.2.1 Các loại vật liệu để làm mặt & móng đường

 Các loại vật liệu cơ bản:

 Các loại vật liệu sau khi thi công xong sẽ hình thành cấu trúc có cường độ.

 Vật liệu mặt đường có 3 loại cấu trúc:

 Cấu trúc tiếp xúc.

 Cấu trúc keo tụ, đông tụ.

 Cấu trúc kết tinh.

 Cấu trúc tiếp xúc : các hạt vật liệu (hạt

khoáng) tiếp xúc trực tiếp với nhau không thông qua một màng chất lỏng trung gian nào.

 Cấu trúc keo tụ, đông tụ : các hạt khoáng tiếp

xúc với nhau thông qua một màng mỏng chất lỏng bao bọc các hạt (màng nhựa hoặc nước).

 Cấu trúc kết tinh : các hạt khoáng được bao

bọc bởi một màng chất liên kết biến cứng.

 Nguyên lý “ Đá chèn đá “

 Cốt liệu là đá dăm hoặc sỏi sạn (có mặt vỡ), có

kích thước đồng đều, được rải với một chiều dàynhất định & lu lèn chặt để các viên đá chèn mócvào nhau tạo thành 1 cấu trúc tiếp xúc có cường

độ cao, có khả năng chịu lực thẳng đứng & nằmngang

 Loại mặt đường sử dụng nguyên lý này có kết

cấu hở, độ rỗng còn dư lớn, độ nhám nhỏ, chịulực ngang kém nên thường phải cấu tạo thêm lớpbảo vệ, chống bong bật, tạo ma sát nếu dùng làmlớp mặt

 Ví dụ: Mặt đường đá dăm, đá dăm thấm nhập

nhựa, đá dăm đen rải theo phương pháp chèn, đá dăm thấm nhập vữa xi măng cát…

 Nguyên lý "Lát xếp"

 Cốt liệu chính là các tấm lát được gia công hoặc

chế tạo có kích cỡ đồng đều, được lát xếp trênmột lớp móng bằng phẳng đủ cường độ, khe hởgiữa các tấm lát có thể dùng vữa ximăng, cácloại keo, mastic để trám, miết mạch

 Cường độ mặt đường hình thành nhờ cường độ

của bản thân tấm lát, cường độ lớp móng & sựchèn móc giữa các tấm lát

Một số loại bêtông gạch tự chèn

Máy thi công theo nguyên lý “lát xếp”

Một số ứng dụng Bãi đậu xe Đường ô tô

Sân bãi bến cảng

Sân đỗ máy bay

 Nguyên lý "Gia cố đất"

 Cốt liệu chính là đất đã được làm nhỏ, được trộn

đều với một hàm lượng chất liên kết nhất định, ởmột độ ẩm tốt nhất; được san rải & lu lèn chặt

 Sau khi hình thành cường độ đất gia cố trở thành

1 lớp vật liệu có cấu trúc đông tụ hoặc kết tinh cócường độ cao, có khả năng chịu nén, chịu kéokhi uốn & rất ổn định nước

 Ví dụ: Mặt đường đất gia cố vôi, cát gia cố xi

măng, cát gia cố nhựa, đất gia cố chất kết dính tổng hợp

Một dây chuyền gia cố đất

 Loại mặt đường sử dụng nguyên lý này có kết

cấu chặt kín, hạn chế được nước thấm qua, cócường độ cao, rất ổn định cường độ khi chịu tácdụng lâu dài của nhiệt & nước

 Nguyên lý “Cấp phối”

 Cốt liệu là các hạt có kích cỡ to nhỏ khác nhau,

được phối hợp với nhau theo 1 tỉ lệ nhất định

 Sau khi san rải và lu lèn chặt các hạt nhỏ lấp đầy

lỗ rỗng còn lại giữa các hạt lớn tạo thành 1 kếtcấu đặc chắc, kín nước, có cường độ cao, có khảnăng chịu lực thẳng đứng & lực ngang đều tốt

 Cường độ vật liêu được hình thành là do lực dính

(chủ yếu) và lực ma sát trong

 Về lực dính, có 2 dạng: dạng keo của các hạt có

kích thước rất nhỏ (lực dính phân tử) và tácdụng tương hỗ giữa các hạt có kích thước to hơn(dính móc)

 Về lực ma sát: Để nâng cao hệ số ma sát trong

của cấp phối thì các hạt cốt liệu phải sắc cạnh,sần sùi, có kích cỡ lớn và đồng đều

 Hai cấp phối có độ chặt như nhau nhưng thành

phần hạt có độ lớn khác nhau thì sẽ có cường độkhác nhau và ngược lại

Có các loại cấp phối:

 Cấp phối tự nhiên:

• Cấp phối sỏi sạn (cấp phối đồi)

• Cấp phối sỏi ong (cỡ hạt lớn hơn CP sỏi sạn)

• Cấp phối sỏi cuội (sỏi suối)

sản xuất đá theo qui luật cấp phối tốt nhất

 Khi chất liên kết là xi măng: ta có cấp phối

BTXM

 Khi chất liên kết là nhựa bi tum: cấp phối BTN

§1.3: TRÌNH TỰ CHUNG XÂY DỰNG

MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

 Công tác chuẩn bị:

• Thi công khuôn đường.

• Thi công hệ thống rãnh thoát nước mặt

đường (nếu có).

• Vận chuyển vật liệu.

 Thi công các lớp mặt đường.

 Hoàn thiện & bảo dưỡng.

 San sửa bề mặt nền đường.

 Lu lèn chặt đáy áo đường đúng yêu cầu

 Đào rãnh thoát nước tạm thời.

 Kiểm tra kích thước, cao độ, độ bằng phẳng;

đo E0, K.

 Nghiệm thu khuôn đường.

 Lưu ý : phải kể đến chiều cao phòng lún khi lu

lèn đáy áo đường để đáy áo đường đúng cao

độ thiết kế.

1.2 Trình tự thi công khuôn đường đắp lề hoàn toàn

 Định vị tim đường, mép phần xe chạy, mép lề gia cố.

 Đầm nén chặt đất đắp lề ( K >= 0,95 ).

 Tháo, dỡ thành chắn.

 San sửa bề mặt nền đường.

 Lu lèn tăng cường bề mặt nền đường.

 Đào rãnh thoát nước tạm thời.

 Kiểm tra kích thước, cao độ, độ bằng phẳng;

đo Eo, K.

 Nghiệm thu khuôn đường.

Lưu ý:

 Một số trường hợp có thể thi công khuôn đường đắp theo kiểu đắp lề từng phần: đắp lề đường đến đâu thi công lớp mặt đường đến đó.

 Có thể dựng thành chắn thi công lớp mặt đường trước, sau đó dỡ thành chắn và đắp phần

lề đường sau.

Khuôn đường đã thi công xong

Nắn khuôn đường

1.3.2 Công tác chủ yếu

 Thi công tầng đệm cát và hệ thống làm khô mặt

đường và phần trên nền đường (Nếu có trong thiết kế).

 Lần lượt xây dựng các tầng lớp trong kết cấu mặt

đường.

1.3.3 Công tác hoàn thiện

 Tu bổ bề mặt phần xe chạy.

 Đầm lại lề đường ở những chỗ chưa đảm bảo chất

lượng hoặc bị phá hỏng do hoạt động của xe máy hay do đổ vật liệu trong quá trình thi công.

 Chỉnh sửa taluy, rãnh.

1.3.4 Thi công hệ thống rãnh thoát nước mặt đường

 Chức năng hệ thống rãnh thoát nước mặt

đường

 Thoát nước tạm thời trong quá trình thi công,

đảm bảo nền đường, móng đường luôn khô ráo.

 Thoát nước mặt thấm qua kết cấu mặt đường

hở trong quá trình khai thác sau này.

 Các loại rãnh thoát nước mặt đường:

 Rãnh thoát nước tạm thời: bố trí so le 2 bên lề đường khoảng cách 15÷40m (tùy theo chiều rộng mặt đường), rộng 20÷40cm

 Rãnh xương cá: bố trí so le 2 bên lề đường khoảng cách 15÷20m, cấu tạo theo kiểu tầng lọc ngược.

 Các loại rãnh khác tham khảo giáo trình

CHƯƠNG II

LÝ THUYẾT ĐẦM NÉN MẶT VÀ MÓNG ĐƯỜNG

 Vật liệu làm mặt đường là: Vật liệu gồm 3

pha: rắn, lỏng & khí Khi mới san rải, thể tích pha khí trong vật liệu thường rất lớn, vật liệu rời rạc, cấu trúc lỏng lẻo.

 Đầm nén mặt đường nhằm mục đích làm tăng

độ chặt của vật liệu bằng cách đẩy không khí

ra ngoài (làm giảm thể tích pha khí).

2.1 Mục đích của công tác đầm nén

 Do vật liệu có độ chặt lớn nên:

 Tăng được số lượng liên kết & tiếp xúc trong 1

đơn vị thể tích

 Các chất liên kết nhờ đó phát huy được tác dụng,

nội bộ vật liệu hình thành được cấu trúc mới

 Lực dính, góc ma sát trong, tính nhớt của vật liệu

đều tăng lên

 Giảm hệ số thấm nước, giảm hệ số truyền ẩm

của vật liệu

Mục đích của công tác đầm nén

 Vì vậy, lớp vật liệu sau khi đầm nén & bảo dưỡng có đủ cường độ, ổn định cường độ dưới tác dụng của xe cộ & các yếu tố khí quyển trong suốt quá trình phục vụ sau này.

Mục đích của công tác đầm nén

2.2 Vai trò của công tác đầm nén

 Đầm nén là một khâu quan trọng trong công

nghệ thi công mặt & móng đường

 Chất lượng công tác đầm nén có ảnh hưởng

quyết định đến chất lượng sử dụng của các tầng lớp áo đường.

 Chỉ sau khi đầm nén, lớp mặt đường mới hình

thành được cấu trúc mới đảm bảo cường độ,

độ ổn định cần thiết

 Công tác đầm nén là khâu tốn công, kỹ thuật

phức tạp trong công nghệ thi công các lớp mặt

và móng đường; quyết định đến tốc độ dây chuyền thi công.

 Thường là khâu kết thúc 1 khâu công nghệ để

chuyển sang 1 khâu kế tiếp nên cần tập trung chỉ đạo & kiểm tra.

Vai trò của công tác đầm nén

 Công tác đầm nén thường được tiến hành bằng các phương tiện đầm nén:

Lu bánh lốp

Lu bánh cứng

Phương tiện đầm nén

 Lu bánh lốp thích hợp với vật liệu sức cản nhớt lớn: BTN, cấp phối hoặc đất gia cố

 Hiệu quả tỷ lệ thuận với tải trọng lốp, áp lực lốp; tỷ lệ nghịch với đường kính và bề rộng lốp

 Dùng trong giai đoạn lu sơ bộ và lu hoàn thiện (tạo phẳng)

Lu rung 2 bánh chủ động

Vai trò của công tác đầm nén Phương tiện đầm nén

Lu chấn động

Vai trò của công tác đầm nén Phương tiện đầm nén

 Lu rung phù hợp với vật liệu rời, ít dính, có tính xúc biến (VD: BTXM, cấp phối đá dăm, CPĐD gia cố XM, cát gia cố XM…)

2.3 Quá trình đầm nén

a Quá trình đầm nén

 Khi tải trọng đầm nén tác dụng, trong vật liệu phát sinh sóng ứng suất - biến dạng; độ chặt của vật liệu càng tăng thì sóng ứng suất - biến dạng lan truyền càng nhanh.

 Dưới tác dụng của áp lực lan truyền của tải trọngđầm nén  các hạt khoáng & màng mỏng pha lỏngbao bọc chúng bị nén đàn hồi.

 Ứng suất tăng dần

 Số lần đầm nén tăng lên

 Cấu trúc của màng mỏng pha lỏng bị phá hoại,

 Cường độ màng mỏng giảm đi; các hạt khoáng

dễ dàng dịch chuyển đến vị trí ổn định mới, hạt nhỏlấp vào lỗ rỗng còn lại giữa các hạt lớn, độ chặt củavật liệu tăng lên

Mục đích của công tác đầm nén Quá trình đầm nén

 Do tải trọng đầm nén lặp lại nhiều lần nên biến dạng không phục hồi trong lớp vật liệu đầm nén tích luỹ dần, không khí bị đẩy ra ngoài, số lượng liên kết và tiếp xúc trong 1 đơn vị thể tích tăng lên, giữa các hạt phát sinh các tiếp xúc & liên kết mới.

Mục đích của công tác đầm nén Quá trình đầm nén

 Qua giai đoạn này, nếu tiếp tục đầm nén độ chặt vật liệu tăng không đáng kể nhưng với cấu trúc đông tụ, keo tụ thì cường độ vật liệu tăng nhiều do màng chất lỏng bị nén thêm sẽ tạo điều kiện để liên kết biến cứng, tăng ma sát và lực dính.

Mục đích của công tác đầm nén Quá trình đầm nén

 Sức cản cấu trúc

 Phát sinh do liên kết cấu trúc giữa các pha có trong thành phần vật liệu Nó tỉ lệ thuận với trị

số biến dạng và độ chặt của vật liệu.

 Tải trọng lu quá nặng hoặc độ chặt của vật liệu tăng đều làm cho sức cản cấu trúc tăng theo.

Mục đích của công tác đầm nén Quá trình đầm nén

 Sức cản nhớt

 Phát sinh do tính nhớt của màng mỏng pha lỏng bao bọc các hạt và sự móc vướng giữa các hạt khi trượt gây ra Sức cản nhớt tỉ lệ thuận với tốc độ biến dạng tương đối & độ nhớt của vật liệu.

 Sức cản nhớt sẽ tăng khi tốc độ đầm nén quá nhanh, cường độ màng mỏng pha lỏng tăng hoặc vật liệu sần sùi sắc cạnh.

Mục đích của công tác đầm nén Quá trình đầm nén

 Tóm lại :

 Trong quá trình đầm nén, sức cản đầm nén ngày càng tăng do độ chặt, góc ma sát, lực dính, tính nhớt của vật liệu tăng lên.

 Việc xác định một kỹ thuật đầm nén hợp lý có thể khắc phục được các loại sức cản phát sinh trong quá trình đầm nén mặt & móng đường.

Mục đích của công tác đầm nén Quá trình đầm nén

 Theo N.N.Ivanov sức cản đầm nén được tính

theo công thức thực nghiệm sau:

 Để đầm nén chặt được vật liệu: 2 yêu cầu

 Áp lực của phương tiện đầm nén thắng

được sức cản đầm nén  tạo ra được biến dạng dư tích luỹ trong quá trình đầm nén

 Áp lực này phải không được quá lớn, dễ

phá hoại cấu trúc vật liệu.

 Sức cản đầm nén ngày càng tăng trong quá trình đầm nén vì vậy áp lực đầm nén cũng phải ngày càng tăng trong quá trình đầm nén.

Mục đích của công tác đầm nén Quá trình đầm nén