ĐỀ XUẤT MỘT SỐ LOẠI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH. LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ XUẤT MỘT SỐ LOẠI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH... ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ----

ĐỀ XUẤT MỘT SỐ LOẠI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG

XI MĂNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

  

MAI TẤN NGHI

ĐỀ XUẤT MỘT SỐ LOẠI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI

HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Trang: i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Mai Tấn Nghi

Trang: ii

ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BTXM TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐƯỜNG

GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI HUYỆN CẦU NGANG, TỈNH TRÀ VINH

Học viên: Mai Tấn Nghi Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình

giao thông

Mã số: 60.58.02.05 Khóa: K31 Trường: Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt -Với các kết quả nghiên cứu, phân tích ở trên của luận văn đã chỉ ra vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tính toán mặt đường BTXM đi qua khu vực có địa chất yếu khi xét đến bài toán ổn định và biến dạng của nền đất yếu bên dưới Kết quả phân tích đã cho thấy việc tính toán theo QĐ-3230/QĐ-BGTVT hiện nay vẫn chưa phản ảnh hết được thực trạng làm việc của kết cấu tấm BTXM, đặc biệt khi đi qua vùng đất yếu Kết quả phân tích của luận văn đã đưa ra được

3 giải pháp khi tính toán, thiết kế mặt đường BTXM đường GTNT tại huyện Cầu Ngang, tỉnh

Trà Vinh: (i) tấm BTXM kích thước 3x4.5m và 3.5x5m chiều dày 18cm với Mác BT M20, lớp móng CPĐD dày 15cm đặt trực tiếp lên nền đất khi chiều dày lớp cát mịn trên bề mặt đất nền

lớn hơn 1.5m; (ii) khi chiều dày này bé hơn 1.5m, thì tiến hành bóc lớp cát mịn này và thay vào bằng lớp cát hạt trung pha sét dày 50cm, rộng hơn mặt đường 1m, và (iii) đắp vồng lên một lớp đất cát hạt trung pha sét dày 50cm Ngoài ra, luận văn cũng đã chỉ ra, khi thiết kế mặt đường BTXM cho đường GTNT đạt hiệu quả cao nhất khi nền đất có trị số mô đun biến dạng

E 0 ≥20Mpa

Từ khóa: Mặt đường BTXM;Mạng lưới đường GTNT;phương pháp PTHH;ứng suất; biến dạng

PROPOSED SOME CONCRETE PAVEMENT STRUCTURAL ON SUBSOIL BASED FOR RURAL TRANSPORT IN CAU NGANG DISTRICT, TRA VINH

PROVINCE Abstract - The thesis has focused analysis and has shown a very important role in calculating

BTXM pavement passing through geologically weak areas when considering stability and deformation under weak ground The results of the analysis show that the calculation of QD-

3230 / QD-BGTVT has not reflected all the mistakes of the board structure, especially when passing through the weak land Analysis results of the dissertation have presented three solutions when calculating and designing road surface road BTXM road in Cau Ngang district, Tra Vinh province: (i) 3x4.5m and 3.5x5m thick sheet thickness of 18cm With the Mark M20 BT, the CPDD 15 cm thick foundation is placed directly on the ground when the fine sand layer thickness is greater than 1.5 m on the ground surface; (ii) when this thickness is less than 1.5m, remove the smooth sand layer and replace it with 50cm thick sandy clay sand layer, 1m wider than the one, and (iii) medium phase clay 50 cm thick In addition, the thesis has also shown that when designing BTXM pavement for RT road it is most effective when soil base has modulus of elastic modulus E0≥20Mpa

Key words: Concrete pavement; rural transportation network; FEM; Stress; Deformation;

Trang: iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANHMỤC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài: 1

2.Mục đích nghiên cứu: 2

3.Đối tượng nghiên cứu: 2

4.Phạm vi nghiên cứu: 2

5.Phương pháp nghiên cứu: 2

6.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 2

7.Bố cục của luận văn: 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 4

1.1 MỞ ĐẦU 4

1.2 MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 4

1.2.1 Lịch sử phát triển các loại mặt đường BTXM: 4

1.2.2 Ưu nhược điểm của mặt đường BTXM 5

1.2.3 Những đặc điểm cần lưu ý khi thiết kế và xây dựng mặt đường BTXM 6

1.3 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM 8

1.3.1 Bong tróc lớp vữa tấm 8

1.3.2 Vỡ góc 9

1.3.3 Nứt dọc 9

1.3.4 Nứt ngang 10

1.3.5 Gãy, vỡ tấm 11

1.3.6 Kết luận 11

1.4 ĐẶC ĐIỂM ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN 12

1.4.1 Khái niệm 12

1.4.2 Phân loại 12

1.4.3 Yêu cầu 13

1.4.4 Kết luận 13

1.5 CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MẶT ĐƯỜNG BTXM 14

1.5.1 Tính toán tấm BTXM theo bài toán “tấm trên nền đàn hồi” 14

Trang: iv

1.5.2 Tính toán tấm BTXM bằng phương pháp phần tử hữu hạn 16

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 22

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN Ở HUYỆN CẦU NGANG 24

2.1 MỞ ĐẦU 24

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HUYỆN CẦU NGANG 24

2.2.1 Vị trí, địa lý: 24

2.2.2 Mạng lưới giao thông ở huyện Cầu Ngang: 25

2.3 ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CỦA NỀN ĐẤT TẠI HUYỆN CẦU NGANG 28

2.3.1 Mặt cắt địa chất: 28

2.3.2 Tính chất cơ lý: 28

2.3.3 Kết luận: 29

2.4 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BTXM - GTNT Ở HUYỆN CẦU NGANG 30

2.4.1 Mạng lưới GTNT ở huyện Cầu Ngang: 30

2.4.2 Các dạng hư hỏng mặt đường BTXM GTNT ở huyện Cầu Ngang: 30

2.4.3 Nguyên nhân: 32

2.4.4 Nhận xét 32

2.5 HIỆN TRẠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM Ở HUYỆN CẦU NGANG 33

2.5.1 Tính toán thiết kế mặt đường BTXM theo QĐ 3230/QĐ-BGTVT: 33

2.5.2 Hạn chế trong việc thiết kế mặt đường BTXM tại huyện Cầu Ngang 35

2.5.3 Nhận xét: 37

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 37

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BTXM CHO ĐƯỜNG GTNT TẠI HUYỆN CẦU NGANG 39

3.1 MỞ ĐẦU 39

3.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KẾT CẤU 39

3.2.1 Dạng mặt cắt ngang điển hình 39

3.2.2 Đề xuất giải pháp kết cấu: 40

3.2.3 Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu và đất nền 42

3.3 PHÂN TÍCH KẾT CẤU THEO QĐ-3230/QĐ-BGTVT 42

3.3.1 Ảnh hưởng của kích thước tấm BTXM 43

3.3.2 Ảnh hưởng của Mác BT 45

3.3.3 Ảnh hưởng của chiều dày lớp móng 48

3.3.4 Kết luận 48

3.4 PHÂN TÍCH KẾT CẤU CÓ XÉT ĐẾN BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU 49

3.4.1 Mô hình vật liệu trong Plaxis 49

Trang: v

3.4.2 Phân tích ổn định nền đường và tấm BTXM: 50

3.4.3 Phân tích ổn định mặt đường BTXM khi sử dụng giải pháp thay đất hoặc đắp thêm đất 53

3.4.4 Kết luận 55

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 56

KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN 57

1 Kết quả chính: 57

2 Kết luận 59

3 Kiến nghị: 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

Trang: vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 : Hiện tượng nứt và bong tróc bề mặt tấm BTXM 9

Hình 1.2: Hiện tượng nứt vỡ góc tấm BTXM 9

Hình 1.3: Hiện tượng nứt dọc tấm BTXM 10

Hình 1.4: Hiện tượng nứt ngang tấm BTXM 11

Hình 1.5: Hiện tượng gãy, vỡ tấm BTXM 11

Hình 1.7: Quan hệ giữa tải trọng ngoài và độ võng của nền theo mô hình bán không gian đàn hồi 15

Hình 1.8: Khai báo vật liệu trong Plaxis – 1 19

Hình 1.9: Khai báo vật liệu trong Plaxis – 2 19

Hình 1.10: Khai báo tấm BTXM trong Plaxis 20

Hình 36: Cửa sổ tính toán của Calculations 21

Hình 1.10: Kết quả tính toán của phần mềm Plaxis: chuyển vị của tấm BTXM, Moment trong tấm BTXM; hệ số ổn định Mfs 22

Hình 2.1.Bản đồ vị trí địa lý huyện Cầu Ngang 25

Hình 2.2.Một số hình ảnh về mặt đường BTXM sử dụng ở huyện Cầu Ngang 26

Hình 2.3.Mặt cắt ngang phổ biến mặt đường BTXM-GTNT ở Cầu Ngang 27

Hình 2.4.Mặt cắt địa chất tại huyện Cầu Ngang 28

Hình 2.5.Tấm BTXM bị lún lệch do nền đất không đủ sức chịu tải 31

Hình 2.6.Tấm BTXM bị nứt dọc do nền đất không đủ sức chịu tải 31

Hình 2.7.Tấm BTXM bị nứt góc cạnh do nền đất không đủ sức chịu tải 32

Hình 2.8.Kết quả phân tích ứng suất và biến dạng của tấm BTXM: mô hình tính, phân bố ứn suất, biến dạng nền đất, hệ số an toàn Mfs 36

Hình 3.1.Mặt cắt địa chất tính toán 40

Hình 32.Đặt trực tiếp tấm BTXM trên nền đất 41

Hình 3.3.Đắp một lớp đất có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn trước khi đặt tấm BTXM 41

Hình 3.4.Thay lớp đất có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn trước khi đặt tấm BTXM 42

Hình 3.5.Ảnh hưởng của chiều dày tấm BTXM và E0 đến ứng suất trong tấm BTXM (hm=10cm, L=4.5m, B=3m) 43

Hình 3.6.Ảnh hưởng của chiều dày tấm BTXM và E0 đến ứng suất nhiệt trong tấm BTXM (hm=10cm, L=4.5m, B=3m) 44

Hình 3.7.Ảnh hưởng của chiều dày tấm BTXM và E0 đến ứng suất trong tấm BTXM (hm=20cm, L=4.5m, B=3m): ứng suất do tải trọng; ứng suất nhiệt 44

Hình 3.8.Ảnh hưởng của kích thước tấm BTXM và E0 đến ứng suất trong tấm BTXM (hm=10cm): BxL=3x4m; BxL=3.5x5m 45

Hình 3.8.Ảnh hưởng của Mác BTXM và chiều dày tấm đến ứng suất trong tấm BTXM (hm=10cm, L=4.m, B=3m) 45

Trang: vii

Hình 3.9.Ảnh hưởng của Mác BTXM và chiều dày tấm đến ứng suất trong tấm BTXM

(hm=10cm, L=4.5m, B=3m) 46

Hình 3.10.Ảnh hưởng của Mác BTXM và chiều dày tấm đến ứng suất trong tấm BTXM (hm=10cm, L=5m, B=3.5m) 46

Hình 3.11.Ảnh hưởng của Mác BTXM và E0 đến ứng suất trong tấm BTXM ( L=4.5m, B=3m) 47

Hình 3.12.Ảnh hưởng của Mác BTXM, kích thước tấm BTXM và E0 đến ứng suất trong tấm BTXM 47

Hình 3.13.Ảnh hưởng của chiều dày lớp móng đến ứng suất trong tấm BTXM 48

Hình 3.14.Khai báo tấm BTXM trong Plaxis 49

Hình 3.15.Mô hình phân tích mặt đường BTXM đặt trực tiếp trên nền đất yếu 50

Hình 3.16.Mô hình phần tử lưới tam giác mặt đường BTXM đặt trực tiếp trên nền đất yếu 50

Hình 3.17.Biến dạng của nền đất và tấm BTXM 51

Hình 3.18.Ứng suất trong nền đất và tấm BTXM 51

Hình 3.19.Mooment và chuyển vị cảu tấm BTXM 52

Hình 3.20.quan hệ giữa hệ số an toàn Mfs và độ lún tại các vị trí của tấm BTXM 52

Hình 3.21.Chuyển vị và moment của tấm BTXM khi tải tác dụng lệch tâm 52

Hình 3.22.Ảnh hưởng của chiều dày lớp số 1 (cát mịn) đến Moment trong tấm BTXM và hệ số ổn định nền Mfs 53

Hình 3.23.Sơ đồ tính toán cho giải pháp đắp vồng lên 50cm đất cát hạt trung lẫn sét 54

Hình 3.24.Hệ số ổn định nền Mfs sau khi đắ vồng đất lên 50cm trong trường hợp chiều sâu lớp cát mịn là 1.4m 54

Hình 3.23.Sơ đồ tính toán cho giải pháp thay đất 50cm đất cát hạt trung lẫn sét 55

Hình 3.26.Hệ số ổn định nền Mfs sau khi đắ vồng đất lên 50cm trong trường hợp chiều sâu lớp cát mịn là 1.4m 55

Trang: viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các loại mặt đường GTNT 13

Bảng 2.1.Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của các mẫu đất 29

Bảng 3.1.Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đất và vật liệu 42

Bảng 3.2.Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của BTXM 42

GTVT Giao thông vận tải

GTNT Giao thông nông thôn

Những năm qua, các chủ trương lớn của Ðảng và việc thực hiện quyết liệt của Chính phủ, hiện nay hệ thống giao thông nông thôn đã có buớc phát triển căn bản và nhảy vọt, làm thay đổi không chỉ về số luợng mà còn nâng cấp về chất lượng Con đuờng về tới tận thôn xóm tạo điều kiện thuận lợi phát triển văn hóa, xã hội và thu hút các lĩnh vực đầu tư về khu vực nông thôn, tạo công ăn việc làm, xóa đói, giảm nghèo, đảm bảo an sinh

xã hội

Theo Quyết định phê duyệt Chương trình mục tiêu Quốc gia về xây dựng nông thôn mới của Thủ tướng Chính phủ Thì việc đầu tư cơ sở hạ tầng là một trong những chủ trương, chính sách lớn của Đảng và Nhà nước nhằm thay đổi cơ sở vật chất và diện mạo của nông thôn, cho nên việc quan trọng đầu tiên là cần xây dựng hệ thống giao thông hoàn chỉnh là rất cần thiết Theo số liệu thống kê, đến 01/7/2011 cả nuớc đã có 8940 xã, chiếm 98,6% tổng số xã cả nuớc đã có đuờng ô tô đến trung tâm xã (tăng 2,3% so với năm 2006), trong đó đi lại đuợc 4 mùa là 8803 xã, chiếm 97,1% ( tăng 3,5% so với năm 2006); trong đó xã có đuờng ô tô đến trung tâm xã đã đuợc nhựa hóa, bê tông hóa là 7917

xã chiếm 87,3% (tăng 17,2% so với năm 2006) Một điều đáng chú ý là không chỉ đuờng đến trung tâm huyện, xã được chú trọng mà đường đến các thôn, bản miền núi cũng được các cấp chính quyền hết sức quan tâm đầu tư với số liệu rất ấn tuợng đó là có tới 89,5%

số thôn, bản có đường ô tô đến đuợc

Cùng với các huyện trong Tỉnh, trong những năm gần đây, huyện Cầu ngang có nhiều nổ lực trong việc triển khai thực hiện Chương trình mục tiêu Quốc gia xây dựng nông thôn mới gắn với người nghèo, đem lại nhiều chuyển biến tích cực, làm thay đổi đáng kể bộ mặt nông thôn hiện nay Nhất là các tuyến đường liên ấp, liên xã từ nền đường đất về mùa mưa bị lầy lội, mùa nắng bụi bậm, mặt đường gồ ghề lỗm chõm ảnh hưởng đến việc lưu thông vận chuyển hàng hóa cùa nhân dân trong vùng, nhất là việc đi lại của các em học sinh Nay đã được đầu tư bằng mặt đường bê tông xi măng Đây là yêu cầu hết sức cần thiết và cấp bách phù hợp quy hoạch chung của huyện, đồng thời đáp ứng tâm tư, nguyện vọng của nhân dân và chính quyền địa phương

Tuy nhiên, trong quá trình triễn khai thực hiện dự án xây dựng công trình, nhất là đường bê tông xi măng còn gặp nhiều vướng mắc Các tuyến đường đắp thấp (nhỏ hơn

Trang: 2

3m) đến đắp cao (lớn hơn 5m), hầu như đều đắp trên nền đất yếu Chính vì vậy, các giải pháp xử lý như đào thay thế một phần hay toàn bộ đất yếu, bấc thấm, giếng cát, hay sàn giảm tải được áp dụng Tuy nhiên, với các tuyến đường giao thông nông thôn thì việc xử

lý nền đất yếu bằng các giải pháp như thay đất, bấc thấm sẽ không mang lại hiệu quả kinh

tế chính vì vậy trong quá trình thi công, thiết kế thường bỏ qua giải pháp này đặc biệt đối với các huyện còn khó khăn của tỉnh Trà Vinh

Trong quá trình khai thác, sử dụng hiện nay ở huyện Cầu Ngang, mặc dù các mặt đường BTXM giao thông nông thôn đã được thiết kế, thi công theo các tiêu chuẩn, quy định của Bộ (QĐ 3230/QĐ-BGTVT, QĐ-1951/BGTVT, TCVN-10380:2014) nhưng vẫn xảy ra các vấn đề về mất ổn định trượt, sụp lún nền làm nứt, sức mẻ, cong vênh bề mặt tấm Bê tông xi măng Do tuyến thường đi qua vùng có tầng đất yếu dày, trong khi các quy định tính toán hiện nay không xét đến ảnh hưởng của nền đất yếu bên dưới Trong khi với điều kiện địa chất ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung, tỉnh Trà Vinh nói riêng thì hầu như là nền đất yếu Điều này cho thấy, việc tính toán theo các tiêu chuẩn hiện hành vẫn chưa xét hết được điều kiện làm việc của công trình và đất nền bên dưới, đặc biệt khi tuyến đường đi qua khu vực có nền đất yếu

Từ thực trạng trên cho thấy việc phân tích, tính toán mặt đường bê tông xi măng trên nền đất yếu khu vực huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh nhằm đề xuất thêm một số loại kết cấu mặt đường bê tông xi măng để giảm bớt các phá hoại, hư hỏng là hết sức cần

thiết Từ đó, đề tài “Đề xuất một số kết cấu mặt đường BTXM trên nền đất yếu cho

đường giao thông nông thôn tại huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh” được lựa chọn

2 Mục đích nghiên cứu:

Phân tích sự làm việc của tấm BTXM làm đường giao thông nông thôn có xét đến ảnh hưởng của nền đất yếu từ đó đề xuất kết cấu phù hợp với điều kiện địa chất ở khu

vực huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh

3 Đối tượng nghiên cứu:

Sự làm việc của tấm BTXM dưới ảnh hưởng của nền đất yếu

4 Phạm vi nghiên cứu:

Tấm BTXM làm đường giao thông nông thôn

Điều kiện địa chất tại khu vực huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh

5 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết về tính toán tấm BTXM, ổn định tấm BTXM trên nền đất yếu

Khảo sát, đánh giá hiện trạng mạng lưới giao thông nông thôn tại huyện Cầu Ngang

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Đề tài nghiên cứu, phân tích sự làm việc của tấm BTXM khi có xét đến ảnh hưởng của nền đất yếu bên dưới Từ đó làm cơ sở để phát triển cho các mô hình phân tích, tính toán tấm BTXM khi có xét đến sự làm việc của nền đất

Trang: 3

Vận dụng kết quả nghiên cứu đề xuất một số giải pháp cho mặt đường BTXM giao thông nông thôn tại huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh

7 Bố cục của luận văn:

Luận văn được thực hiện trong 75 trang A4, gồm 3 chương, phần mở đầu và phần kết luận, kiến nghị

 Chương 1: Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng và các lý thuyết tính toán

 Chương 2: Hiện trạng mặt đường giao thông nông thôn tại huyện Cầu Ngang

 Chương 3: Đề xuất kết cấu mặt đường BTXM cho đường giao thông nông thôn trên địa bàn huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh

Trang: 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI

MĂNG VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

Trong chương này, luận văn tập trung giới thiệu tổng quan về mặt đường BTXM nói chung, cùng với đó là các dạng hư hỏng thường gặp của mặt đường BTXM Phần tiếp theo của chương, luận văn sẽ giới thiệu về các lý thuyết tính toán mặt đường BTXM hiện nay đang được sử dụng, cùng với các ưu nhược điểm của các phương pháp trên Từ đó đi đến kết luận lựa chọn phương pháp phù hợp trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam nói chung và tại huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh nói riêng

1.2 MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

1.2.1 Lịch sử phát triển các loại mặt đường BTXM:

Mặt đường BTXM xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu ở Anh vào những năm

1950 Trong suốt hơn 100 năm qua, mặt đường BTXM đã được tiếp tục xây dựng và phát triễn ở hầu hết các nước trên thế giới Mặt đường BTXM (mặt đường cứng) cùng với mặt đường mềm là 2 loại hình chính được sử dụng cho giao thông đường bộ Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường và các công trình đặc biệt như sân bay, bến cảng, đường chuyên dụng…

Ngày nay, mặt đường BTXM rất được quan tâm, hệ thống tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ, hiện đại Phạm vi áp dụng mặt đường BTXM luôn được duy trì và ngày càng mở rộng

Phân loại mặt đường BTXM gồm một số loại như sau:

+ Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đỗ tại chỗ ( thông thường);

1.2.2 Ưu nhược điểm của mặt đường BTXM

Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông nhựa (BTN) Tùy theo cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng Quốc gia nhưng nói chung tuổi thọ của mặt đường BTXM vào khoảng 20–50 năm, thậm chí có đoạn tồn tại sau 78 năm sử dụng

Cường độ mặt đường BTXM cao và không thay đổi theo nhiệt độ như mặt đường nhựa, thích hợp với tất cả các loại xe, cường độ không những không bị giảm và có giai đoạn còn tăng theo thời gian (không có hiện tượng bị lão hóa như mặt đường bê tông nhựa)

Có khả năng chống bào mòn, hệ số bám giữ bánh xe và mặt đường cao, an toàn cho xe chạy, có màu sáng nên thuận lợi cho việc tham gia giao thông vào ban đêm

Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp

Do có thời gian phục vụ tương đối dài và chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, nên tổng giá thành xây dựng và khai thác của mặt đường BTXM có cao nhưng không cao hơn nhiều so với mặt đường BTN

Trang: 6

Mặt đường BTXM thông thường tồn tại các khe nối, vừa làm phức tạp thêm cho việc thi công và duy tu, bảo dưỡng, vừa tốn kém, lại vừa ảnh hưởng đến chất lượng vận hành, khai thác (xe chạy không yêm thuận) Khe nối lại là chổ yếu nhất của mặt đường BTXM, khiến cho chúng dễ bị phá hoại ở cạnh và gốc tấm

Sau khi xây dựng xong, phải bảo dưỡng một thời gian mới cho phép thông xe, do vậy ít thích hợp đối với trường hợp nâng cấp mặt đường cũ cần đảm bảo giao thông

Móng đường BTXM yêu cầu có độ bằng phẳng cao, chất lượng đồng điều và liên tục Không xây dựng mặt đường bê tông xi măng trên nền đường còn tiếp tục lún như đi qua vùng đất yếu

Xây dựng mặt đường bê tông xi măng chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao và đường cao tốc đòi hỏi phải có thiết bị thi công đồng bộ, hiện đại và quy trình thi công chặt chẽ Việc trộn bê tông xi măng và bảo dưỡng mặt đường đòi hỏi nhiều nước

Khi mặt đường bê tông xi măng bị hư hỏng thì rất khó sửa chữa, trong quá trình sửa chữa rất ảnh hưởng đến việc đảm bảo giao thông Nâng cấp cải tạo mặt đường bê tông xi măng đòi hỏi chi phí cao, hoặc phải cào bóc để tăng cường mới bằng bê tông xi măng hoặc bê tông nhựa hoặc phải tăng cường lớp BTN khá dày để tránh nức phản ánh

Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM cao hơn với mặt đường BTN

và các loại mặt đường khác

Phạm vi áp dụng của mặt đường bê tông xi măng (BTXM)

+ Làm lớp móng cho tất cả các loại đường ô tô và sân bay;

+ Làm lớp mặt (tầng phủ) đối với các loại đường ô tô, bãi đỗ và sân bay;

+ Lớp mặt tăng cường cho các loại mặt đường đã hết tuổi thọ như: mặt đường BTN, mặt đường BTXM…

Tùy theo yêu cầu khai thác của các cấp hạng đường khác nhau mà có thể sử dụng một trong các loại mặt đường BTXM sau đây: BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép, BTXM cốt thép liên tục và BTXM lu lèn Đường cao tốc và đường sân bay có thể sử dụng mặt đường BTXM có cốt thép liên tục hoặc BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép Mặt đường cấp cao thứ yếu (quá độ) có thể sử dụng BTXM lu lèn (compacte)

1.2.3 Những đặc điểm cần lưu ý khi thiết kế và xây dựng mặt đường BTXM

Trang: 7

Chịu mài mòn bề mặt bởi các phương tiện xe cộ trên đường với lưu lượng lớn ( >

160 CPU) Do đó, để tăng khả năng chống mài mòn và xâm thực của nước mưa, lão hóa

do thời tiết, cường độ (mác) của BTXM yêu cầu càng phải cao

Tại các khe nối mặt đường (khe nối dọc, khe co và khe dãn) là nơi bấc lợi về chịu lực, nơi xảy ra các hư hỏng như nức vở tấm BTXM, nơi dể thấm nước làm hư hỏng móng

và nền đường và không êm thuận trong giao thông Tại đây cần phải đảm bảo về chất lượng về tạo khe, chèn khe cũng như điều kiện làm việc bình thường của các thanh truyền lực giữa các tấm trong suốt quá trình khai thác

Kết cấu móng tiếp nhận và phân bố tải trọng xuống nền đất và chịu tác dụng trùng phục dẫn đến lún không điều và lún lích lũy Yêu cầu về cường độ của lớp móng không lớn nhưng đòi hỏi phải đồng điều, ổn định toàn khối và bằng phẳng Thường được cấu tạo từ đất, cát, đá dăm gia cố xi măng

Vật liệu BTXM Do yêu cầu về chịu lực (chịu kéo khi uốn) và chống mài mòn nên cường độ nén (mác) của BTXM: 30, 35, 40 Mpa và cường độ chịu kéo khi uốn: 4, 4.5 Mpa hoặc lớn hơn nữa

Do điều kiện thi công ngoài công trường có diện rộng, bốc hơi nhanh, điều kiện bảo dưỡng khó khăn dẫn đến co ngót do mất nước nên độ sụt của bê tông tươi (lượng nước/xi măng) càng nhỏ càng tốt, thậm chí bằng không hoặc bê tông khô

Nước dùng cho mặt đường BTXM cả để trộn bê tông và bảo dưỡng mặt đường nhất là trời nóng là rất lớn Cần phải tính toán cẩn trọng và lưu ý trước về nước trong trường hợp thi công đường miền núi, đồi dốc và nước đá trong trường hợp thi công mùa

hè nóng nực để làm giảm nhiệt độ cho bê tông tươi

Vật liệu thép chịu lực, thép thanh truyền lực, cốp pha; vật liệu dùng làm lớp ngăn cách (cách ly); vật liệu chèn khe (mastic); vật liệu bảo dưỡng; vật liệu phụ gia cho bê tông cũng là đặc trưng của mặt đường BTXM

Đối với mõi loại mặt đường BTXM và tùy thộc vào thiết bị thi công mà có những yêu cầu về trình tự và nội dung công nghệ thi công cụ thể riêng biệt Tuy nhiên, sau đây

là các bước cơ bản cần phải có trong công nghệ thi công mặt đường BTXM:

+ Hoàn thiện lớp móng;

+ Lắp đặt cốp pha trên móng (nếu có);

+ Thi công lớp ngăn cách;

+ Lắp đặt cốt thép các loại;

+ Trộn và vận chuyển hỗn hợp BTXM;

+ Rải và đầm nén hỗn hợp BTXM;

+ Mặt đường BTXM cốt thép liên tục;

+ Thi công khe nối;

+ Hoàn thiện bề mặt, tạo nhám;

Trang: 8

+ Bảo dưỡng;

+ Cắt khe;

+ Chèn khe;

+ Kiểm tra và nghiệm thu chất lượng mặt đường BTXM

Về mặt thiết bị thi công Để đảm bảo chất lượng và tiến độ thi công mặt đường BTXM nhất thiết phải sử dụng các thiết bị thi công cơ giới từ trộn tới vận chuyển, rải và đầm BTXM Tùy theo điều kiện và tính chất công trình mà lựa chọn các loại thiết bị gọn nhẹ linh hoạt đáp ứng yêu cầu thi công cho các tuyến đường có chiều rộng nhỏ hoặc những thiết bị đồng bộ hiện đại phục vụ cho các tuyến đường cấp cao hoặc công trường

có khối lượng xây dựng lớn như sân bay

Đối với tuyến đường cải tạo hoặc nâng cấp, việc tổ chức thi công vừa đảm bảo chất lượng mặt đường vừa phải đảm bảo giao thông thường gặp rất nhiều khó khăn

Khai thác: Mặt đường BTXM cho phép khai thác quanh năm Tuy nhiên, cần phải giới hạn về tải trọng cho phép và cấm xe vượt tải Khi mặt đường BTXM bị nứt gãy nói chung rất khó sửa chữa nhưng vẫn phải có những biện pháp khắc phục kịp thời

Khi mặt đường BTXM hết tuổi thọ, cần phải đánh giá chính xác mức độ hư hỏng

để đưa ra các phương án nâng cấp có hiệu quả như: phải cào bốc một phần hoặc toàn bộ lớp mặt đường BTXM cũ rồi mới tăng cường lên trên bằng các lớp mặt đường BTN, mặt đường BTXM mới

1.3 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM

Với mỗi một phương pháp tính toán khác nhau, cùng với những điều kiện vận hành khai thác, ảnh hưởng của điều kiện thời tiết khí hậu khác nhau làm cho mặt đường BTXM luôn tồn tại một số dạng hư hỏng phổ biến sau

 Bong tróc lớp vữa bề mặt và trơ cốt liệu (đá)

Vỡ sâu: loại vết vỡ này phát triển bên dưới chiều sâu của rãnh thậm chí còn dưới

cả thanh chốt, do một số nguyên nhân sau đây:

+ Khe giảm vết nứt đáy bị lệch so với rãnh;

+ Quá trình tích lũy mãnh vụng trong toàn bộ chiều sâu mối nối;

Trang: 10

+ Móng mặt đường không bằng phẳng theo chiều dọc: sự cố do thoát nước và sự thay đổi quá lớn độ ẩm của lớp nền nhất là mất ổn định đối với các lớp nền sét tạo điều kiện cho vết nứt phát triển

+ Ứng suất nén: trong trường hợp không có các mối nối dãn nở và co ngót thì do các cốt liệu nhỏ mất liên kết gây ra tích lũy ứng suất nén mà gây ra ứng suất kéo và vết nứt xuất hiện

+ Mối nối không dịch chuyển tự do được;

+ Cắt mối nối quá muộn;

+ Mức độ cản trở cao tại mặt tiếp giáp tấm bản và đáy móng;

+ Thiếu sự phân bố tải trọng tại mối nối;

+ Tải trọng vượt tải

+ Do thi công tấm BTXM không đủ cường độ;

+ Do hư hỏng lề mặt nền dẫn đến móng nền phía lề yếu gây gãy vỡ tấm;

+ Ngoài ra cũng có thể do chiều dày tấm và kích thước tấm không đúng;

+ Do nền đất không đồng nhất và không đủ sức chịu tải

Hình 1.5: Hiện tượng gãy, vỡ tấm BTXM

1.3.6 Kết luận

Việc hư hỏng của tấm BTXM do nhiều nguyên nhân gây nên, trong đó có do thiết

kế, thi công, do khai thác hay do nền đất không đủ sức chịu tải Các hư hỏng này làm cho tuổi thọ của kết cấu mặt đường BTXM giảm đi, gây khó khăn cho việc lưu thông của các phương tiện trên đường Vì vậy việc khắc phục các nguyên nhân này ngay từ giai đoạn

Trang: 12

thiết kế sẽ góp phần làm tăng tuổi thọ của tấm BTXM và chất lượng khai thác thông qua việc lựa chọn các mô hình phân tích, tính toán phù hợp với điều kiện thực tế của tuyến đường

1.4 ĐẶC ĐIỂM ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN

Trong hệ thống mạng lưới đường giao thông ở nước ta, thì mạng lưới đường giao thông nông thôn có vai trò rất quan trọng trong việc thúc đẩy phát triển kinh tế khu vực nông thôn, nâng cao văn hóa và đẩy mạnh lưu thông hàng hóa từ các vùng quê lên các khu thị trấn, thị tứ Chính vì đặc thù như vậy, ở nước ta đường giao thông nông thôn có những đặc điểm, và yêu cầu riêng so với các đường giao thông khác

Ðường giao thông nông thôn là đường thuộc khu vực nông thôn Ðược định nghĩa

là loại đường có chi phí xây dựng tương đối thấp, lưu luợng xe ít, các đường nhánh, các đường phục vụ chủ yếu cho khu vực nông nghiệp nối với hệ thống đường chính, các trung tâm phát triển chủ yếu hoặc các trung tâm hành chính và nối tới các làng mạc các cụm dân cư dọc tuyến, các chợ, mạng luới giao thông huyết mạch hoặc các tuyến cấp cao hơn

1.4.2 Phân loại

Ðường giao thông nông thôn bao gồm đường huyện, đường xã, đường thôn xóm, đường từ thôn xóm ra cánh đồng (đường phục vụ sản xuất) Theo Luật giao thông đường

bộ, có quy định rõ tiêu chí xác định đường huyện và đường xã, cụ thể như sau:

 Ðường huyện là đường nối trung tâm hành chính của huyện với trung tâm hành chính của xã, cụm xã hoặc trung tâm hành chính của huyện lân cận; đường có vị trí quan trọng dối với sự phát triển kinh tế - xã hội của huyện

 Ðường xã là đường nối trung tâm hành chính của xã với các thôn, làng, ấp, bản và đơn vị tương đương hoặc đường nối với các xã lân cận; đường có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của xã

Theo Thông tư số 54/2009/TT-BNNPTNT, ngày 21/8/2009 huớng dẫn thực hiện Bộ tiêu chí quốc gia về nông thôn mới:

 Ðường thôn là đường nối giữa các thôn đến các xóm

 Ðường xóm là đường nối giữa các hộ gia đình (đường chung của liên gia)

 Ðường sản xuất (trục chính nội đồng) là đường chính nối từ đồng ruộng đến khu dân cư

Trang: 13

1.4.3 Yêu cầu

Đường giao thông nông thôn được thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 10380-2014 với

2 loại mặt đường phổ biến là loại A và B với bề rộng mặt đường tương ứng là 3,5 và 3m cùng với bề rộng nền móng là 5m và 4m Kết cấu mặt đường giao thông nông thôn thường có 3 loại chính:

 Kết cấu mặt đường bê tông xi măng: Mặt duờng bê tông xi măng có rất nhiều ưu điểm so với các kết cấu mặt đường khác như: có tuổi thọ cao, có cường độ mặt đường cao

và không bị ảnh huởng bởi nhiệt dộ, có khả năng chống bào mòn, hệ số bám giữa bánh xe

và mặt duờng cao, an toàn cho xe chạy, mặt đường BTXM có màu sáng nên thuận lợi cho việc chạy xe ban đêm, chi phí duy tu, bảo duỡng thấp Việc lựa chọn kết cấu mặt đuờng

bê tông xi măng cho đuờng GTNT hiện nay đang rất phổ biến bởi mặt đường có nhiều ưu điểm như trên

 Kết cấu mặt đường láng nhựa: Kết cấu mặt đường láng nhựa trên móng cấp phối

đá dăm (CPÐD) hoặc đá dăm tiêu chuẩn hiện nay được sử dụng nhiều trong thi công các tuyến đường GTNT Có nhiều dạng kết cấu mặt đường với hàm luợng nhựa khác nhau như: láng nhựa 1 lớp, láng nhựa 2 lớp; láng nhựa 3 lớp trên móng cấp phối đá dăm hoặc trên đá dăm tiêu chuẩn

 Kết cấu mặt đuờng đất gia cố xi măng hoặc vôi: Ðất gia cố xi măng hoặc vôi có tính chất nâng cao cường độ chịu tải của đất, chịu nước tốt (đường có bị ngập nuớc vài ngày cũng không bị hư hỏng) Ðất gia cố có nhược điểm là chịu mài mòn kém và thường

bị nứt ngang mặt đường từng quãng phân bố theo chiều dài của tuyến đường (5m-10m)

Bảng 1.1: Các loại mặt đường GTNT

Ðất, sỏi ong gia cố vôi + láng nhựa cấp A, cấp B

Cát, sỏi sạn gia cố xi măng + láng nhựa cấp A, cấp B, cấp C

Ðá dăm, cấp phối dá dăm, đá thải cấp A, cấp B, cấp C

Sỏi ong; Cát sỏi; Gạch vỡ, đất nung, xỉ lò cao cấp A, cấp B, cấp C

1.4.4 Kết luận

Với yêu cầu và đặc điểm như đã nêu, việc thiết kế mặt đường GTNT luôn có những đặc thù rất riêng trong đó bài toán thiết kế với chi phí rẻ luôn luôn được quan tâm Chính vì vậy luôn có yêu cầu đối với nhà thiết kế là phải lựa chọn giải pháp sao cho phù hợp với tình hình kinh tế địa phương của tuyến đường, song lại đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

đề ra Đây luôn là một bài toán khó đối với các nhà thiết kế Việc lựa chọn giữa giá thành

rẽ và yêu cầu kỹ thuật cũng là một trong những nguyên nhân gây hư hỏng mạng lưới đường GTNT ở nước ta hiện nay

Trang: 14

1.5 CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MẶT ĐƯỜNG BTXM

Việc tính tốn, phân tích tấm BTXM hiện nay cĩ nhiều lý thuyết khác nhau, phổ biến nhất hiện nay là hai trường phái: (i) xem tấm BTXM như một dầm trên nền đàn hồi [Nguyễn Thùy Anh, 2012; Đồn Văn Duẫn, 2010; Vũ Thanh Thủy, 2010], và (ii) phương pháp phần tử hữu hạn [Yang, 2004; Nguyễn Tuấn Anh, 2014]

1.5.1 Tính tốn tấm BTXM theo bài tốn “tấm trên nền đàn hồi”

Trong những năm gần đây, cĩ rất nhiều mơ hình nền đã được xem xét, chẳng hạn

mơ hình Filonenko-Borodich, Hentenvy, Rasternak, mơ hình đàn dẻo, mơ hình phi tuyến

và đàn nhớt,…Mỗi mơ hình đều cĩ ưu điểm, nhược điểm và phạm vi áp dụng riêng Vấn

đề đặt ra là cần phải cĩ mơ hình hĩa và đơn giản hĩa sự làm việc của đất nền dưới tác động của tải trọng, nhằm giảm khối lượng tính tốn và tăng độ bềnh dự trữ cho cơng trình Mơ hình đàn hồi Winkler và mơ hình bán khơng gian đàn hồi và được sử dụng phổ biến nhất

Theo mơ hình này, độ lún của nền tỷ lệ với tải trọng tác dụng Ý này do Viện sĩ người Nga FuKsser đề xuất vào năm 1801 và được E.Winkler ứng dụng để tính tốn dầm trên nền đàn hồi vào năm 1867

Ưu điểm của mơ hình này là tính đơn giản, độ lún của mặt đất nền cũng là độ lún của tấm đặt trên nền và chỉ chuyển vị thẳng đứng

Nhược điểm của mơ hình này là hệ số nền khơng chỉ phụ thuộc vào tính chất của đất nền mà cịn phụ thộc vào diện tích đặt tải.Ngồi ra khơng xác định được ảnh hưởng lún của cơng trình bên cạnh tới cơng trình đang xét

Theo AASHTO, FAA, khi tính tốn chiều dày tấm BTXM mặt đường ơ tơ và sân bay, sử dụng mơ đun hữu hiệu của đất nền được xác định thơng qua thí nghiệm FWD, để tính hệ số nền, sau đĩ hệ số nền được hiệu chỉnh qua hệ số tổn thất và theo mùa Cuối cùng đưa hệ số nền đã hiệu chỉnh vào các tốn đồ để xác định chiều dày tấm BTXM

Phương pháp PCA dựa trên cơng thức Picket là cơng thức nữa thực nghiệm, tìm được trên cơ sở về sự làm việc thực tế của nền – mặt đường và kết quả thực nghiệm của bang Arinhton (Mỹ) Cơng thức của Picket sử dụng tham số bán kính độ cứng của tấm bê tơng của Westergard dựa trên mơ hình

MÔ HÌNH Winkler

TấmTải trọng qx,y)

Lò xo

Trang: 15

Kết cấu mặt đường bê tơng xi măng được tính tốn dựa trên nguyên lý tấm trên nền đàn hồi với lời giải của Westergaard cho 3 trường hợp tải trọng đặt tải giữa tấm, ở cạnh và gĩc tấm Cơng thức của Westergaard dựa trên mơ hình Winkler với hệ số nền (k), đã giải quyết được khiếm khuyết của phương pháp Shekter.I.A.Mednicov đã tính đổi

từ mơ hình hệ số nền (k) sang mơ hình bán khơng gian đàn hồi cĩ mơ đun biến dạng (Eo)

và hệ số poisson (μo) Quan hệ giữa (k) và (Eo) được tìm bằng cách đồng nhất các cơng thức tính tốn ứng suất cho trường hợp đặt tải ở giữa tấm của Westergaard và của Shekter Kết quả là Mednicov đã tìm được cơng thức xác định chiều dày tấm BTXM mặt đường cho cả 3 trường hợp đặt tải Dựa vào quan hệ này, Mednicov, Ivanov và Motulev

đã soạn được các bảng tính để xác định chiều dày tấm BTXM cho các trường hợp đặt tải

và được sử dụng trong 22TCN 223-95

Theo AASHTO-T222, cường độ của nền đường dưới mặt đường BTXM được xác định bằng tấm ép, hoặc xác định bằng cách đo mơ đun đàn hồi tĩnh Từ thí nghiệm đĩ, xác định đươc hệ số nền

Hiện nay trên thế giới, phương pháp tính tốn mặt đường BTXM cùa FAA và của

CH Pháp được dùng phổ biến nhất, thơng qua các tốn đồ hoặc các đồ thị Hệ số nền được sử dụng là hệ số nền tương đương cho cả nền đất và mĩng nhân tạo

Những năm gần đây, cĩ nhiều bài viết nghiên cứu về tấm trên nền đàn hồi, mơ hình sử dụng phổ biến là mơ hình Winkler, [Liu, 1998; Shi and Wang, 1997; Chun and Lim, 2011; Li et al 2009]

Nền đất được xem như một bán khơng gian đàn hồi đồng nhất và đẳng hướng (sau đây gọi tắt là nền bán khơng gian đàn hồi), cĩ đặt trưng là mơ đun biến dạng (Eo) và hệ

số poisson (μo) Biến dạng của đất nền dưới kết cấu khi chịu tác dụng khơng chỉ trong phạm vi dưới kết cấu và cả ngồi phạm vi kết cấu Mơ hình này được G.Proctor và K.Wieghardt đề xuất từ những năm đầu thế kỹ XX, sau đĩ đã được các nhà khoa học N.Gersevanop, B.Zemochkin, O.Shekter (1939), M.Gorbunov-Possadov (1941),…

Hình 1.7: Quan hệ giữa tải trọng ngồi và độ võng của nền theo mơ hình bán khơng gian

đàn hồi

QUAN HỆ GIỮA ĐỘ VÕNG NGOÀI VÀ TẢI TRỌNG CỦA NỀN

TấmTải trọng qx,y)

Phản lực đất nền R(x,y)THEO MÔ HÌNH BÁN KHÔNG GIAN ĐÀN HỒI

Trang: 16

Ưu điểm của mô hình này là khi thử nghiệm hiện trường mô đun biến dạng (Eo) của đất nền không phụ thuộc vào kích thước tấm ép và cho phép xét đến ảnh hưởng lún của công trình bên cạnh tới công trình đang xét

Nhược điểm là khó xác định chính xác phản lực trên biên móng

Mô hình này được một số nước như Pháp, Nga, Trung quốc sử dụng trong quy phạm tính toán của mình Việc đánh giá quá cao tác động của tải trọng tác dụng trên lớp mặt, nên chiều dày tấm mặt đường tính toán theo mô hình này có xu hướng lớn hơn so với khi sử dụng mô hình nền khác

Tấm là vật thể được giới hạn bởi hai mặt phẳng và khoảng cách giữa chúng, gọi là

bề dày tấm, nhỏ hơn nhiều so với hai kích thước còn lại Mặt ngăn cách và cách điều hai mặt phẳng trên gọi là mặt trung bình của tấm Giao tuyến của mặt trung bình với những mặt bên của tấm gọi là chu tuyến Căn cứ vào độ lớn tương đối giữa bề dày với cạnh bé nhất của tấm, người ta chia tấm thành ba loại: tấm dày, tấm mỏng và màng Hiện nay ở nước ta, bài toán này vẫn đang được sử dụng làm cơ sở cho việc tính toán mặt đường BTXM thông qua QĐ-3230/QĐ-BGTVT ban hành năm 2014

Tuy nhiên, mô hình bài toán “tấm trên nền đàn hồi” chỉ cho kết quả đúng với các trường hợp nền đất có tính chất cơ lý tốt (C, E0 cao), trong khi đó trong trường hợp tấm đặt trên nền đất yếu, thì trong mô hình tính toán lại không xét được ảnh hưởng của nền đất yếu trong các phương trình tính toán

1.5.2 Tính toán tấm BTXM bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp PTHH là một phương pháp tiên tiến hiện nay trong việc phân tích kết cấu cơ học Nguyên lý chung của phương pháp đó là phân tích kết cấu thành các lưới phần tử, và bài toán được chuyển về tính toán chuyển vị tại các nút của mắt lưới phần tử,

từ đó xác định được ứng suất của cảu kết cấu

 Phương pháp giải:

 Bước 1: Rời rạc hóa miền tính toán (kết cấu) thành N phần tử

 Bước 2: Chọn một hàm nội suy (hàm hình dạng) bên trong phần tử (e) bất kỳ thỏa mãn một số yêu cầu về hội tụ:

( , , )( , , )w( , , )

Trang: 17( , , )

Q là vectơ chuyển vị tại nút phần tử (e)

 Bước 3: Dùng nguyên lý thế năng cực tiểu để xác định ma trân độ cứng từng phần

e



 , với  ( )e là thế năng phần tử + Trạng thái cân bằng của kết cấu được xác định từ điều kiện cần thiết cực tiểu thế năng: ( )

1

N

e e

V

   là ma trận độ cứng phần tử (e)

+Qlà vectơ chuyển vị nút toàn kết cấu

+Plà vectơ lực nút tổng cộng gồm: lực trực tiếp tác dụng vào nút, lực bề mặt (áp lực đất, thủy tĩnh, ), lực bản thân quy về nút

+  B ma trận biểu thị quan hệ biến dạng và chuyển vị

 Khai báo mô hình hình học:Menu Geometry → Geometry line (Có thể import từ file “.geo”)

 Khai báo vật liệu:Materials → Soild & Interface hoặc nhấp vào nút

 Indentification (tên lớp đất)

 Material model (mô hình vật liệu): Mohr-Coulomb

 Material type (loại vật liệu): Drained (thấm)

Trang: 19

 unsat, sat

: dung trọng trên mực nước ngầm và dưới mực nước ngầm

 kx, ky: hệ số thấm theo phương ngang và phương dọc

 Eref: môđun đàn hồi hay môđun biến dạng

 : hệ số nuy

 cref: lực dính

 φ(phi): góc nội ma sát

 ψ(psi): góc trương nở

Hình 1.8: Khai báo vật liệu trong Plaxis – 1

Hình 1.9: Khai báo vật liệu trong Plaxis – 2

Trang: 20

Khai báo tấm BTXM;

 Khai báo vật liệu:Materials → Plate hoặc nhấp vào nút

 Indentification (tên lớp đất)

 Material model (mô hình vật liệu): Elastic

Hình 1.10: Khai báo tấm BTXM trong Plaxis

 Gán vật liệu vào mô hình: kéo loại vật liệu thả vào vùng tương ứng trên mô hình hình học

 Phát sinh điều kiện biên:Menu Loads → Standard fixites hoặc bấm vào nút

 Khai báo mật độ của lưới: Menu Mesh → Global coarseness

 Phát sinh lưới:Menu Mesh → Refine global hoặc bấm vào nút

 Điều kiện ban đầu:Menu Initial → initial conditions hoặc bấm vào nút

 Tạo mực nước ngầm:Menu Geometry → Phreatic level hoặc nhấp vào nút

 Tạo ứng suất bởi nước ngầm: Menu Generate → Water pressures hoặc nhấp vào nút

 Tạo ứng suất ban đầu (do bản thân):Menu Generate → Initial stresses hoặc nhấn vào nút

 Tạo các trường hợp để tính toán:

Phase 1: Tính toán phân tích thi công

Trang: 21

 Number/ID (tên giai đoạn)

 Start from phase (bắt đầu từ giai đoạn): 0 – Initial phase (từ giai đoạn ban đầu)

 Calculation type (loại tính toán): Consolidation (phân tích thi công)

 Time interval: khoảng thời gian tính toán

 Định nghĩa mô hình (nút Define): kích hoạt hay không kích hoạt lớp đất, …

 Menu View → Select points for curves (chọn các điểm cho cung trượt)

Phase 2: Tính toán hệ số an toàn

 Number/ID (tên giai đoạn)

 Start from phase (bắt đầu từ giai đoạn): Phase1 (từ giai đoạn 1)

 Calculation type (loại tính toán): Phi/c reduction (phương pháp giảm phi/c)

 Reset displacements to zero: thiết lập chuyển vị bằng 0

 Định nghĩa mô hình (nút Define): kích hoạt hay không kích hoạt lớp đất, …

Hình 1: Cửa sổ tính toán của Calculations

Trang: 22

1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này, đề tài tập trung tổng hợp các khái niệm chung về mặt đường BTXM cũng như các đặc điểm của mạng lưới đường giao thông nông thôn Các dạng hư hỏng điển hình của mặt đường BTXM được trình bày cùng với các nguyên nhân chủ yếu gây nên các hỏng hóc này Ở phần cuối chương, đề tài giới thiệu 2 phương pháp cơ bản

và phổ biến hiện nay dùng để tính toán tấm BTXM

 Phần đầu chương, luận văn giới thiệu về các khái niệm chung của mặt đường BTXM, các ưu điểm và nhược điểm của mặt đường BTXM cũng như các lưu ý trong quá trình thi công và khai thác đối với loại mặt đường này Tiếp theo, luận văn tổng hợp 5 dạng hư hỏng phổ biến của mặt đường BTXM, và phân tích các nguyên nhân chủ yếu gây

ra các hỏng hóc này

Trang: 23

 Ở phần tiếp theo, luận văn tập trung trình bày một số đặc điểm chung và nổi bật của

hệ thống mạng lưới đường GTNT, từ đó nêu lên các yêu cầu về vật liệu cũng như các giải pháp có thể xem xét khi đề xuất kết cấu mặt đường cho loại đường GTNT này, đặc biệt khi thiết kế cho các vùng có kinh tế khó khăn

 Và ở phần cuối cùng của chương, luận văn tập trung giới thiệu 2 phương pháp phổ bến hiện nay để tính toán, phân tích mặt đường BTXM: phương pháp xem tấm BTXM như tấm trên nền đàn hồi, và phương pháp PTHH Lý thuyết tấm trên nền đàn hồi được giải dựa trên 2 mô hình nền cơ bản của Winkler và mô hình bán không gian đàn hồi, với một số ưu điểm như đơn giản trong quá trình tính toán mà hiện nay Việt Nam ta đang sử dụng phương pháp này [QĐ-3230/QĐ-BGTVT], tuy nhiên phương pháp này lại không xét được biến dạng của nền đất bên dưới tấm BTXM đến sự làm việc của tấm BTXM, đặc biệt là khi nền đất bên dưới là đất yếu Phương pháp PTHH mà đại biểu cho nó là phần mềm Plaxis, xét đến biến dạng và sự làm việc cùng nhau giữa tấm BTXM và đất nền, do đó cho ta biết được biến dạng của tấm BTXM và ảnh hưởng của nền đất đến tấm BTXM do đó phương pháp này đặt biệt hiệu quả khi tính toán mặt đường BTXM đặt trên nền đất yếu

Trang: 24

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG GIAO

THÔNG NÔNG THÔN Ở HUYỆN CẦU NGANG

2.1 MỞ ĐẦU

 Như trong chương 1 đã trình bày, các dạng hư hỏng phổ biến của mặt đường BTXM được mô tả, đồng thời các lý thuyết tính toán mặt đường BTXM được giới thiệu tổng hợp Tuy nhiên để đánh giá ảnh hưởng của nền đất bên dưới đến sự làm việc của tấm BTXM thì cần phải có các chỉ tiêu cơ lý, thông số của nền đất ở khu vực thiết kế

 Trong chương này, luận văn tập trung giới thiệu, phân tích tổng hợp các điều kiện địa chất tại khu vực huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh Trên cơ sở đó để đánh giá tình trạng nền đất ở khu vực này Phần tiếp theo, luận văn tổng hợp, đánh giá hiện trạng hư hỏng của các mặt đường BTXM giao thông nông thôn ở huyện Cầu Ngang, từ đó tìm ra nguyên nhân gây ra các hỏng hóc trên Ở phần cuối của chương, luận văn sẽ sử dụng phương pháp PTHH (phần mềm plaxis) để đánh giá nguyên nhân hư hỏng của các mặt đường BTXM ở huyện Cầu Ngang

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HUYỆN CẦU NGANG

2.2.1 Vị trí, địa lý:

Tỉnh Trà Vinh là tỉnh ven biển ở đồng bằng sông Cửu Long, Miền Nam Việt Nam Huyện Cầu Ngang nằm về phía Đông nam tỉnh Trà Vinh, Nằm bên bờ sông cổ Chiên và cửa Cung Hầu

+ Phía Đông giáp huyện Châu Thành và tỉnh Bến Tre

+ Phía tây giáp huyện Châu Thành và huyện Trà Cú

+ Phía Nam giáp huyện Trà Cú và huyện Duyên Hải

+ Phía Bắc giáp huyện Cầu Kè

+ Huyện cầu Ngang có 15 đơn vị hành chính trực thuộc gồm 13 xã và 02 thị trấn Trung tâm huyện nằn ven theo Quốc lộ 53, cách thành phố Trà Vinh 23 km về phía Tây Bắc

Trang: 25

Hình 2.1.Bản đồ vị trí địa lý huyện Cầu Ngang

2.2.2 Mạng lưới giao thông ở huyện Cầu Ngang:

Cùng với các huyện trong tỉnh, trong những năm gần đây, huyện Cầu ngang có nhiều nổ lực trong việc triển khai thực hiện Chương trình mục tiêu Quốc gia xây dựng nông thôn mới gắn với người nghèo, đem lại nhiều chuyển biến tích cực, làm thay đổi đáng kể bộ mặt nông thôn hiện nay Nhất là các tuyến đường liên ấp, liên xã từ nền đường đất về mùa mưa bị lầy lội, mùa nắng bụi bậm, mặt đường gồ ghề lỗm chõm ảnh hưởng đến việc lưu thông vận chuyển hàng hóa cùa nhân dân trong vùng, nhất là việc đi lại của các em học sinh Nay đã được đầu tư bằng mặt đường bê tông xi măng Đây là yêu cầu hết sức cần thiết và cấp bách phù hợp quy hoạch chung của huyện, đồng thời đáp ứng tâm tư, nguyện vọng của nhân dân và chính quyền địa phương

Đường trục nội đồng, thôn, xóm …, chiều dài 430km Trong đó mặt đường Bê tông xi măng dài 293.93km (chiếm 70%), các loại mặt đường khác dài 136.63km (chiếm 30%)

Một số mặt đường bê tông xi măng sử dụng phổ biến ở huyện Cầu Ngang:

H C HA

ÂU T HA ØNH

BIEÅN ÑOÂNG

Trang: 26

Hình 2.2.Một số hình ảnh về mặt đường BTXM sử dụng ở huyện Cầu Ngang

Với đặc điểm và điều kiện kinh tế cịn khĩ khăn, hiện nay đường giao thơng nơng thơn của huyện Cầu Ngang chủ yếu cĩ bề rộng từ 3-3.5m Hiện tại ở huyện Cầu ngang sử dụng phổ biến nhất là loại mặt đường BTXM phân tấm khơng cốt thép, đỗ tại chỗ (thơng thường), với ba loại mặt cắt như sau:

LỀ ĐƯỜNG MẶT ĐƯỜNG BTXM

3%

4%

NỀN ĐƯỜNG

3% LỀ ĐƯỜNG4%

MẶT CẮT NGANG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP

- Bêtông xi măng đá 1x2

- Cấp phối đá dăm

- Cát tôn nền

- Nền tự nhiên

- Đất sét bao

- Nền tự nhiên

Với vai trị là đường GTNT, chi phí thi cơng xây dựng rất thấp nên hầu hết các tấm BTXM mặt đường GTNT ở huyện Cầu Ngang đều đặc trực tiếp trên nền đất với lớp mĩng CPDD dày 15cm

LỀ ĐƯỜNG MẶT ĐƯỜNG BTXM

MẶT CẮT NGANG - NỀN NỮA ĐÀO , NỮA ĐẮP

- Bêtông xi măng đá 1x2

- Cấp phối đá dăm

- Cát tôn nền

- Bêtông xi măng đá 1x2

- Cấp phối đá dăm