VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG
Khái niệm chung
Mặt đường (còn g tầng (lớp) vật liệu khác nhau, đư cầu về cường độ, độ bằ nhanh chóng
Cấu tạo cơ bản củ
Mặt đường là mộ nhất Mặt đường tốt hay x toàn, êm thuận, kinh tế Do v cấu mặt đường có đủ bề công nhằm tạo ra các tầ
Sơ đồ mô tả phân b thể hiện ở hình 1.2 Tổ hai thành phần: thành ph phân tích tính chất của t
Mặt đường, hay còn gọi là áo đường, là một kết cấu gồ ghề được rải trên nền đường nhằm tạo độ phẳng và độ nhám cần thiết cho xe chạy an toàn và êm ái Hình 1.1 minh họa rõ nét về mặt đường này.
Mặt đường là một phần quan trọng của hệ thống giao thông, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ bền của đường Để đảm bảo mặt đường đạt yêu cầu, cần tính toán thiết kế độ dày và cường độ phù hợp, bên cạnh đó, công nghệ thi công và lựa chọn vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng Việc phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường phải được xem xét kỹ lưỡng, bao gồm các thành phần lực thẳng đứng và lực tải trọng tác động lên mặt đường.
T ĐƯỜNG ồm một hoặc nhiều m đảm bảo các yêu y an toàn, êm thuận và
1 ng, là bộ phận đắt tiền t lượng chạy xe: an nhằm tìm ra một kết thi công, chất lượng thi ết sức quan trọng. ng theo chiều sâu được ng có thể chia thành ực nằm ngang Qua ờng thể hiện ở hình
Ứng suất thẳng đứng trong kết cấu mặt đường giảm dần từ trên xuống dưới, vì vậy để tiết kiệm chi phí, cấu trúc mặt đường cần được thiết kế với nhiều lớp vật liệu có chất lượng (Eđh) giảm dần từ trên xuống, phù hợp với quy luật phân bố ứng suất này.
Hình 1.2 Sơ đồ phân bố ứng suất trong mặt đường theo chiều sâu
Lực nằm ngang trên mặt đường bao gồm lực hãm, lực kéo và lực đẩy ngang, và chúng giảm nhanh theo chiều sâu Do đó, vật liệu sử dụng cho tầng lớp trên cùng của mặt đường cần có khả năng chống lại lực đẩy ngang để đảm bảo an toàn và giảm nguy cơ trượt.
1.1.3 Kết cấu cơ bản của mặt đường
Sơ đồ kết cấu cơ bản của mặt đường ô tô được minh họa trong hình 1.1, bao gồm ba lớp chính: tầng mặt với các lớp mặt, tầng móng với các lớp móng, và lớp trên nền đường, thường là lớp nền đường đã được cải thiện.
Tầng mặt (Surfacing course) là lớp kết cấu trên cùng của đường, bao gồm nhiều lớp khác nhau Lớp mặt xe chạy, là lớp trên cùng của kết cấu mặt đường, có thể gồm từ 1 đến 2 lớp, chịu tác động trực tiếp từ xe cộ cũng như các yếu tố khí hậu và thời tiết.
+ Lớp liên kết giữa lớp mặt và móng (có thể có hoặc không có)
Lớp mặt của đường chịu ảnh hưởng trực tiếp từ tải trọng bánh xe, bao gồm cả lực thẳng đứng và lực ngang với giá trị lớn, cùng với các yếu tố thiên nhiên như mưa, nắng và nhiệt độ.
Tầng mặt của kết cấu áo đường cần đảm bảo độ bền cao trong suốt thời gian sử dụng, bề mặt phải bằng phẳng và có độ nhám thích hợp Ngoài ra, nó phải chống thấm nước, chịu được biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, ngăn ngừa nứt và bong bật Đặc biệt, khả năng chịu bào mòn tốt và không phát sinh bụi cũng là yêu cầu quan trọng.
- Chất lượng sử dụng và tuổi thọ của mặt đường phụ thuộc nhiều vào các đặc trưng bề mặt của lớp mặt đường xe chạy
- Vật liệu làm tầng mặt bao gồm cốt liệu và chất kếtdính (có thể dùng hoặc không dùng chất kết dính)
-Tầng móng nằm ngay dưới các lớp mặt, thường chia thành 2 lớp: lớp móng trên(base course) và lớp móng dưới (subbase course)
- Tác dụng của tầng móng:
+ Truyền và phân bố đều áp lực xuống nền đường;
+ Giữ ổn định các lớp mặt và nền đường
- Vật liệu xây dựng các lớp móng:
+ Các loại vật liệu cấp phối, cát, đá…;
+ Vật liệu gia cố (chỉ dùng cho móng trên)
Trên các mặt đường có lưu lượng giao thông lớn, lớp móng thường được gia cố bằng chất kết dính hữu cơ hoặc vô cơ để tăng khả năng chịu lực từ các xe nặng Ngược lại, đối với những mặt đường ít xe chạy, có thể không cần lớp móng dưới mà chỉ sử dụng lớp móng gia cố.
- Các lớp móng phân bố đều áp lực lên nền đất và đảm bảo các biến dạng của nền đường nằm trong các giới hạn cho phép
Lớp trên nền đường, hay còn gọi là lớp đáy móng, lớp lót hoặc lớp đệm, đóng vai trò là lớp chuyển tiếp quan trọng giữa nền đất và tầng móng của mặt đường.
- Lớp đáy móng có các chức năng như sau:
+Tạo ra một lòng đường chịu lực đồng nhất (đồng đều theo bề rộng), có sức chịu tải tốt;
+ Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất và từ dưới lên tầng móng áo đường;
Để đảm bảo chất lượng đầm nén các lớp móng phía trên, cần tạo "hiệu ứng đe" Đồng thời, việc này cũng giúp tạo điều kiện cho xe máy di chuyển trong quá trình thi công áo đường mà không làm hư hại nền đất bên dưới, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết xấu.
Nếu nền đường làm bằng vật liệu có cường độ cao, ổn định với nước tốt thì không cần làm lớp này
1.1.4 Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường
Mặt đường phải chịu ảnh hưởng trực tiếp từ tải trọng xe và các yếu tố tự nhiên như mưa, nắng, và biến đổi nhiệt độ Để đảm bảo hiệu quả khai thác và vận hành tối ưu, thiết kế và xây dựng mặt đường cần đáp ứng các yêu cầu nhất định.
Mặt đường cần đạt đủ cường độ tổng thể và tại từng điểm cụ thể trong các lớp vật liệu Cường độ này được thể hiện qua khả năng chống lại biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, cũng như biến dạng co dãn khi chịu kéo-uốn hoặc do tác động của nhiệt độ.
Để đảm bảo ổn định cường độ cho mặt đường, cường độ cần ít bị thay đổi theo điều kiện thời tiết và khí hậu Việc lựa chọn vật liệu xây dựng phù hợp với loại mặt đường, tính chất, điều kiện giao thông và điều kiện thời tiết của từng khu vực là rất quan trọng.
Mặt đường mềm và mặt đường cứng
Mặt đường mềm (Flexible Pavement) là kết cấu bao gồm tầng mặt được làm từ vật liệu hạt hoặc vật liệu hạt trộn với nhựa đường, kết hợp với tầng móng sử dụng các loại vật liệu khác nhau Kết cấu này được đặt trực tiếp trên nền đường hoặc trên lớp đáy móng, theo quy định của 22 TCN 211-06.
Vật liệu hạt bao gồm các hạt rời có kích thước từ 0 đến D, với D là kích thước hạt lớn nhất Cường độ liên kết giữa các hạt trong vật liệu hạt thường nhỏ hơn nhiều so với cường độ của từng hạt riêng lẻ Do đó, cường độ tổng thể của lớp vật liệu hạt được xác định bởi sức chống cắt trượt của lớp đó, và lớp kết cấu bằng vật liệu hạt không có tính chất liền khối.
Từ khái niệm trên ta có thể nhận thấy, trõ áo ® êngbê tông xi măng (BTXM), tất cả các loại mặt đường đềuthuộc loại mặtđường mềm
- Một số loại mặt đường mềm thường dùng:
+ Mặt đường mềm có lớp mặt nhựa;
+ Mặt đường mềm có lớp mặt bằng vật liệu hạt không gia cố (mặt đường quá độ);
+ Mặt đường mềm có lớp mặt nhựa vàlớp móng bằng vật liệu hạt không gia cố;
+ Mặt đường mềm có lớp mặt nhựa vàlớp móng bằng vật liệu hạt gia cố xi măng (mặt đường nửa cứng)
-Mặt đường mềm là loại mặt đường có khả năng chống biến dạng không lớn, có độ cứng nhỏ (cường độ chịu uốn thấp)
-Cấu tạo hoàn chỉnh mặt đường mềm gồm có lớp mặt và lớp móng, mỗi lớp lại có thể gồm nhiều lớp vật liệu (hình 1.1).
Tầng mặt đường phải chịu tác động trực tiếp từ tải trọng của bánh xe, bao gồm lực thẳng đứng và lực ngang với giá trị lớn, cùng với các yếu tố thiên nhiên như mưa, nắng và nhiệt độ.
Lớp tầng của kết cấu áo đường cần đảm bảo độ bền vững trong suốt thời gian sử dụng, đồng thời phải phẳng, có độ nhám thích hợp và khả năng chống thấm nước Ngoài ra, lớp này cần chống biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, ngăn ngừa nứt và bong bật, đồng thời phải có khả năng chịu bào mòn tốt và không tạo ra bụi.
Để đáp ứng yêu cầu sử dụng, mặt đường mềm thường được cấu tạo từ ba lớp cơ bản: lớp chịu lực chính, lớp hao mòn và lớp bảo vệ.
+ Lớp chịu lực chủ yếu:
Cấu trúc có thể bao gồm một hoặc nhiều lớp vật liệu, trong đó lớp chịu lực chủ yếu cần được làm từ vật liệu có cường độ cao và khả năng chống trượt Các loại vật liệu thường được sử dụng bao gồm hỗn hợp đá - nhựa như bê tông nhựa (BTN), đá trộn nhựa, đá dăm gia cố xi măng, cấp phối đá dăm (CPDD) và đá dăm nước được chèn chặt và lu lèn.
Lớp bảo vệ và lớp hao mòn được thiết kế để giảm tác động của lực ngang và tăng cường khả năng chống bào mòn cho bề mặt đường Chúng giúp giảm bớt lực xung kích và bảo vệ lớp chịu lực chính khỏi sự mài mòn do bánh xe và các yếu tố tự nhiên, như nước thấm vào Ngoài ra, lớp này còn nâng cao độ bằng phẳng và tăng độ nhám cho mặt đường, đảm bảo sự ổn định và an toàn khi sử dụng.
Lớp hao mòn là lớp mỏng, có độ dày từ 1 đến 3 cm, nằm ngay trên bề mặt chính Lớp này thường được làm từ các vật liệu có tính dính như lớp láng nhựa hoặc bê tông nhựa chặt (BTNC) hạt mịn và BTN cát.
Lớp bảo vệ là một lớp mỏng từ 0,5 đến 1 cm, có chức năng bảo vệ lớp dưới chưa đạt cường độ, chẳng hạn như lớp cát trong mặt đường dăm nước Tuy nhiên, đối với mặt đường bê tông nhựa (BTN) đã được xử lý bằng nhựa, lớp bảo vệ này không cần thiết.
Lớp hao mòn và lớp bảo vệ là các lớp định kì phải khôi phục trong quá trình khai thác sử dụng đường.
1) Cócườngđộcaovàổnđịnh cườngđộ(vớinhiệtvà nước) đểchịuđựngđượcáplựcthẳngđứngcủabánhxehoạt tải với trị sốlớncùngvớitác dụngtrực tiếpcủa các yếutốkhí quyển; cócấpphối tốt, độrỗngnhỏ, kínnước;
2) Cókhả năng năngchịucắt để chịuđựngđượctảitrọngnằmngangcủaôtô;
4) Cókíchcỡhạt nhỏđểdễtạophẳng, hạnchếtácdụnggâybongbật củabánhxevàtạorađộnhámcao, xe chạy ít ồn
Lưu ý:Khilớpmặt trên khôngđảmbảo được đầy đủ các yêucầutrên thì phải cấutạolớpbảovệ, chịuhaomòn, tăngmasáthoặcthoát nước
- Một số loại tầng mặt đường thường dùng cho mặt đường mềm:
+Là loại mặt đường mềm cú lớp mặt trên bằng bê tông nhựa chặt (BTNC)loại I trộn nóng
+ Nêncấutạocảlớpmặt trên và lớpmặt dưới (2 lớp)đểtiếtkiệmvậtliệu, giảmchiphíxâydựng
Cú lớp mặt bằng BTNC loại II có thể được trộn nóng hoặc nguội, bao gồm lớp láng nhựa và đá dăm đen Lớp này có thể được hoàn thiện bằng lớp thấm nhập nhựa hoặc lớp láng nhựa, tạo độ bền và chất lượng cho bề mặt.
Là loại không dùng chất kết dính; cóthểchỉ cấutạobởi 1 hoặc2 lớp; vừađóng vai trò làtầngmặt vừađóngvaitròlàtầngmóng; bao gồm 2 loại:lớp mặtcÊp thÊp B 1 và lớp mặtcÊp thÊp B 2
Tầng mặt cấp thấp B1 là lớp mặt bằng được cấu thành từ đá dăm, đá dăm nước và cấp phối tự nhiên, yêu cầu có lớp bảo vệ rời rạc ở phía trên Lớp bảo vệ này cần được duy tu bảo dưỡng thường xuyên bằng cách rải cát bù và quét đều để phủ kín bề mặt.
Tầng mặt cấp thấp B2 là loại mặt bằng được cải thiện từ đất hoặc đá tại chỗ, sử dụng phế thải công nghiệp kết hợp với chất liên kết vô cơ Điều kiện để đảm bảo chất lượng là phải có lớp hao mòn và lớp bảo vệ được duy tu bảo dưỡng thường xuyên ở phía trên.
Tầng móng khác với tầng mặt ở chỗ chỉ chịu lực thẳng đứng Nhiệm vụ của tầng móng là phân bố và giảm ứng suất thẳng đứng truyền xuống nền đường, đảm bảo giá trị này không vượt quá sức chịu tải của nền, giúp đất nền có thể chịu đựng mà không gây ra biến dạng vượt quá giới hạn cho phôi.
Để tiết kiệm chi phí và hiệu quả trong xây dựng, tầng móng thường được cấu tạo từ nhiều lớp vật liệu có cường độ giảm dần từ trên xuống Thông thường, tầng móng bao gồm hai lớp chính: lớp móng trên và lớp móng dưới, giúp giảm lực thẳng đứng truyền xuống.
Vật liệu làm cỏ lớp móng không yêu cầu cao như các lớp mặt vì chỉ chịu lực thẳng đứng và không bị tác động bào mòn trực tiếp Do đó, có thể sử dụng các loại vật liệu rời rạc, mặc dù chúng chịu bào mòn kém Tuy nhiên, vật liệu này cần có độ cứng cao và khả năng chống biến dạng tốt.
Vật liệu và nguyên lý sử dụng vật liệu làm mặt đường
* Các loại vật liệu dùng trong xây dựng mặt đường
Vật liệu xây dựng mặt đường ô tô có thể được chia làm 2 loại chính: cốt liệu, chất kết dính và phụ gia
+ Thường là đất, đá, cuội sỏi, xỉ phế liệu công nghiệp ;
+ Bất cứ cỏctầng, lớp nào trong kết cấu mặt đường đều phải sử dụngớt nhấtmét loại cốt liệu
Được trộn vào cốt liệu với tỷ lệ nhất định, chất phụ gia giúp tăng cường liên kết giữa các hạt cốt liệu, từ đó nâng cao độ bền của hỗn hợp vật liệu.
+ Tuỳ theo yêu cầu cũng như điều kiện làm việc của mỗi tầng, lớp mà có thểkhông cần vật liệu liên kết;
Chất liên kết được phân thành ba loại chính: chất liên kết thiên nhiên như đất sét dính, chất liên kết vô cơ bao gồm xi măng và vôi, và chất liên kết hữu cơ như bitum và nhũ tương.
+ Sự liên kết, biến cứng, sắp xếp cốt liệu, chất liên kết trong hỗn hợp vật liệu tạo racấu trúc vật liệu
Các chất phụ gia được sử dụng với tỷ lệ nhỏ (thường không vượt quá 5% so với khối lượng chất kết dính) nhằm cải thiện các đặc tính của hỗn hợp vật liệu trong quá trình thi công và sau khi hoàn thiện.
Lưu ý:Khi xây dựng đường, phải biết cách phối hợp các loại vật liệu trên và thi côngchúngtheo một côngnghệnhất địnhnàođóđể tạora cácloại mặt đườngcó cườngđộcaovà ổnđịnh, thỏamãntốtnhấtcácyêucầuvềchạyxe
* Cấu trúc vật liệu l à m mặt đ ư ờng
Các loại vật liệu làm đường sau khithi côngxongsẽ hìnhthànhcấutrúc cúcườngđộ Vậtliệumặtđườngcú3 loạicấutrỳcchủ yếu:cấutrỳckeotụ (đụngtụ), cấutrúctiếpxúcvàcấutrúckếttinh
- Cấu trúc keo tụ (đông tụ):
Các hạtkhoángtiếpxúcvớinhauthôngquamộtmàngmỏngchất lỏngbaobọcxung quanhhạt(màngnhựahoặc nước)
Cường độ của lớp cấu trúc keo tụ được xác định bởi thành phần và loại màng chất lỏng bao bọc các hạt cứng, cùng với số lượng và chất lượng của màng đó Ngoài ra, cường độ của các hạt cứng và sự tiếp xúc bề mặt giữa chúng cũng ảnh hưởng đến đặc điểm của cấu trúc keo tụ.
+ Tính xúc biến đạt tối đavàkhôi phục lại hoàn toàn sau khi phá hoại; + Tính dẻo và khả năng từ biến rõ rệt nhất;
+ Tính đàn hồi cao mặc dù từng hạt khoáng pha rắn có tính cứng và dòn
Cỏchạtkhoỏngđượcbaobọcbởi mộtmàngchấtliờn kếtbiếncứng.Khi các hạt cứng được bao bọc bằng các màng chất liên kết biếncứng (như bê tông xi măng)
Cường độ của kết cấu này phụ thuộc vào số lượng và chất lượng của chất liên kết, cường độ của vật liệu khoáng chất, cùng với diện tích tiếp xúc giữa các hạt Đặc điểm nổi bật của cấu trúc kết tinh là vật liệu có cường độ cao và khả năng ổn định nước.
+ Cáchạtvậtliệu(hạtkhoáng) tiếp xúc trực tiếp với nhaukhôngthông quamột màngchất lỏngtrunggiannào;
+ Các hạt cứng tiếp xúc trực tiếp không có các màng liên kết ngăncách
Cường độ của cấu trúc này phụ thuộc vào lực phân tử tác động tại bề mặt tiếp xúc giữa các hạt, cũng như diện tích tiếp xúc và ma sát giữa chúng.
+ Cấu trúc tiếp xúc trong đất hình thành dần dần từ cấu trúc keo tụ khi cấu trúc keo tụđược thoát nước thông qua quá trình đầm nén
Để tạo ra một hỗn hợp vật liệu đạt yêu cầu về cường độ cho mặt đường, cần xác định rõ loại vật liệu sử dụng, tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần và yêu cầu đối với từng thành phần Việc này đảm bảo rằng sau khi hoàn thành các khâu thi công, cấu trúc mặt đường sẽ đáp ứng được chức năng và độ bền cần thiết cho mỗi lớp.
1.3.2 Các nguyên lý sử dụng vật liệulàm mặt đường
Mỗi phương pháp xây dựng mặt đường cần tuân theo nguyên lý sử dụng vật liệu cụ thể và quy trình thi công nhất định Nguyên lý này không chỉ quyết định yêu cầu về số lượng và chất lượng của các thành phần vật liệu mà còn xác định các biện pháp và kỹ thuật thi công phù hợp Nếu có sẵn những loại vật liệu nhất định, việc áp dụng nguyên lý cấu tạo tương ứng sẽ đảm bảo tạo ra một lớp nền tối ưu về cường độ và độ ổn định trong suốt thời gian sử dụng.
Cho đến nay, các phương pháp xây dựng mặt đường đều dựa vào một trong 4nguyên lý sử dụng vật liệu sau:
1) Nguyên lý đá chèn đá (nguyên lý Macadam)
Cốt liệu bao gồm đádăm và cuội sỏi có bề mặt vỡ, sần sùi, sắc cạnh, với kích cỡ tương đối đồng đều Các hòn đá được xếp thành từng lớp và lu lèn chặt để tạo ra sự chèn móc giữa chúng Cường độ của kết cấu này hình thành nhờ vào sự ma sát giữa các hòn đá, giúp nó có khả năng chống lại biến dạng thẳng đứng và bong bật bề mặt do lực ngang Nguyên lý đá chèn đá được minh họa trong hình 1.4.
Hình 1.4 Mụ hỡnh vật liệu theo nguyên lý đá chèn đá
Mặt đường sử dụng nguyên lý kết cấu hở có độ rỗng lớn và độ nhám nhỏ, chịu lực ngang kém, do đó thường cần thêm lớp bảo vệ để chống bong bật và tạo ma sát Các loại mặt đường này bao gồm: 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, và bê tông nhựa thoát nước.
- Để giảm độ rỗng và cải thiện khả năng chịu tác dụng của lực ngang xe cộ, có thể sử dụng một số loại vật liệu chèn
Mặt đường xây dựng theo nguyên lý đá chèn đá mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm công nghệ thi công đơn giản và yêu cầu cốt liệu với kích cỡ nhỏ, giúp dễ dàng trong việc kiểm soát và kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công.
- Nhược điểm:Mặt đường xõy dựng theo nguyờn lý đỏ chốn đỏ cú một số nhược điểm như sau:
Cường độ của lớp vật liệu làm mặt đường phụ thuộc vào lực ma sát và sự chèn móc giữa các hạt cốt liệu, do đó, việc lu lèn rất tốn công sức Nếu quá trình lu lèn không đạt yêu cầu, sự chèn móc giữa các hạt cốt liệu sẽ bị giảm, dẫn đến chất lượng mặt đường không đảm bảo, gây ra hiện tượng đá dễ bị bong bật.
+ Cường độ của lớp mặt đường sẽ không còn khi hạt cốt liệu bị vỡ vụn, nên yêu cầuđá làm mặt đường phải có cường độ rất cao;
Trong quá trình sử dụng, lực tác động từ bánh xe làm cho đá bị tròn cạnh, dẫn đến việc cơ cấu chèn móc và ma sát giảm, gây bong bật đá dưới tác động của lực ngang và phá hỏng mặt đường Để khắc phục tình trạng này, có thể sử dụng vật liệu liên kết như đất dính, bitum hoặc vữa xi măng lỏng để trộn vào cốt liệu, nhằm tăng cường sức chống trượt cho lớp kết cấu mặt đường.
Sử dụng các vật liệu đã được đúc sẵn hoặc gia công như hòn đá, phiến đá, tấm bê tông đúc sẵn và gạch block để xếp thành lớp là một phương pháp hiệu quả Hình ảnh minh họa nguyên lý xếp lát được trình bày ở hình 1.5.
Cốt liệu là các tấm lát có kích thước đồng đều, được gia công hoặc chế tạo và được xếp lên một lớp nền phẳng có độ cứng đủ Các khe hở giữa các tấm lát có thể được trám trít bằng vữa xi măng, keo hoặc mastic để tạo độ bền và thẩm mỹ cho bề mặt.
Công tác đầm lèn mặt đường
Đầm lèn các vật liệu mặt đường là cần thiết để cải thiện đặc trưng cơ học và giảm độ lún trong quá trình khai thác Các vật liệu này phải được đầm lèn cẩn thận để chịu được ứng suất lớn và đáp ứng các tiêu chuẩn quy định.
1.4.1 Vai trò củacôngtácđầmlèn Đầmlèn(đầm nén) làmột khâu rất quan trọng trongcông tácthi công mặtvà móngđường.Chấtlượng công tác đầm lèn cóảnhhưởng quyết định đếnchấtlượng sửdụng củacác tầng lớpáođường
Bấtcứ1 lớpvậtliệugì, đượcxây dựng theonguyên lý nào thì chỉ sau khi đầmlèn,trong nộibộ vậtliệumớihìnhthànhđượccấutrúcmớiđảmbảocườngđộ, độổnđịnh cầnthiết.Nói cách khác, chỉ sau khiđầmlènlớpmặtđường mớicóđược 1 cấutrúcmớitốthơnhẳncấutrúcbanđầu
Ngoài ra, công tácđầmlènlàkhâutốncông nhất, kỹthuậtphứctạpnhấttrongcông nghệthi công các lớpmặt đường; quyết địnhđếntốcđộdây chuyềnvàlàkhâu kếtthúc1 quá trình công nghệnênphảitập trung chỉđạovà kiểmtra
1.4.2 Mục đích của đầm lèn
Vật liệu làm mặt đường bao gồm ba pha: rắn, lỏng và khí Khi mới san rải, thể tích pha khí lớn, khiến vật liệu rời rạc và cấu trúc lỏng lẻo, dẫn đến độ rỗng cao của mặt đường Việc đầm lèn vật liệu có mục đích chính là tăng độ chặt bằng cách đẩy không khí ra ngoài, từ đó giảm thể tích pha khí và cải thiện tính năng cơ lý của lớp vật liệu.
Tăng cường liên kết và tiếp xúc giữa các hạt giúp hình thành cấu trúc mới, do vật liệu có độ chặt lớn nên số lượng liên kết và tiếp xúc trong một đơn vị thể tích được gia tăng Nhờ đó, các chất liên kết phát huy tác dụng hiệu quả hơn, tạo nên cấu trúc mới bên trong vật liệu với liên kết tốt hơn.
-Tăng lực dính, góc ma sát trong và tính nhớt của vật liệu;
- Tính thấm của vật liệu giảm (tính chống thấm tăng)…
Sau khi được đầm lèn và bảo dưỡng, lớp vật liệu sẽ đạt đủ cường độ và độ ổn định cần thiết để chịu đựng tác động từ xe cộ và các yếu tố môi trường trong suốt quá trình sử dụng sau này.
Để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc đầm lèn, việc xác định độ ẩm thích hợp là rất quan trọng Độ ẩm này được xác định thông qua các thí nghiệm và phụ thuộc vào từng loại vật liệu cụ thể Nước đóng vai trò then chốt trong quá trình đầm lèn, và mỗi loại vật liệu sẽ tương ứng với một thiết bị đầm lèn nhất định, tạo ra độ ẩm tốt nhất cho việc lu lèn Do đó, khi thi công, cần xác định chính xác phạm vi độ ẩm phù hợp cho từng loại vật liệu để đảm bảo chất lượng công trình.
+ Với cấp phối đồi, cấp phối sỏi ong có chỉ số dẻo cao, phạm vi độ ẩm thích hợp khi lu lèn tương đối hẹp
+ Với các loại vật liệu hạt như cát, cấp phối đá dăm không qua sàng phạm vi này rộng hơn
Các vật liệu không có lực dính như cát sạch chỉ bị ảnh hưởng nhẹ bởi độ ẩm khi lu lèn Khi được đầm nén bằng phương pháp chấn động, cát sạch có thể đạt độ chặt tối ưu ở độ ẩm gần bão hòa.
Để kiểm soát độ ẩm hiệu quả trong quá trình lu lèn, cần thường xuyên kiểm tra độ ẩm tại hiện trường trong suốt thi công công trình Có hai trường hợp có thể xảy ra khi độ ẩm không thích hợp.
+ Trường hợp 1: Độ ẩm tự nhiên thấp hơn độ ẩm tốt nhất
Để đảm bảo độ ẩm cho lớp vật liệu đã rải, cần sử dụng ô tô xitéc để tưới ẩm bổ sung trước khi tiến hành lu Ngoài ra, có thể tăng thêm lượng nước vào trạm trộn khi chế biến các hỗn hợp vật liệu tại đây.
+ Trường hợp 2: Độ ẩm tự nhiên cao hơn độ ẩm tốt nhất
Trong quá trình thi công vào mùa mưa hoặc ở những khu vực ẩm ướt, việc làm khô vật liệu là rất cần thiết Điều này thường được thực hiện bằng cách xới đất và hong gió Trong những trường hợp khó khăn, có thể sử dụng phương pháp trộn vôi sống để xử lý.
1.4.4 Phương pháp và thiết bị làm chặt mặt đường a) Các phương pháp làm chặt mặt đường
- Phương pháp lu lèn: dùng máy lu
- Phương pháp đầm: dùng máy đầm hoặc thủ công
- Phương pháp chấn động: dùng máy lu có bộ phận rung động
- Phương pháp kết hợp: đầm - chấn động và lu - chấn động b) Chọn phương pháp làm chặt mặt đường
- Phương pháp lu lèn: Phổ biến nhất, có thể áp dụng cho mọi loại vật liệu; áp dụng thuận lợi khi diện thi công rộng;
- Phương pháp đầm: Dùng khi phương tiện lu lèn không có hoặc không thể thực hiện được do diện thi công hẹp;
- Phương pháp chấn động: Áp dụng cho các loại vật liệu dạng hạt rời rạc, lực dính kết nhỏ
Phương pháp kết hợp là một phương pháp phổ biến trong việc làm chặt mặt đường, được lựa chọn dựa trên đặc điểm của công trình và các tính chất của lớp vật liệu trong từng giai đoạn Việc chọn thiết bị làm chặt cũng cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả tối ưu cho quá trình thi công.
Việc lựa chọn thiết bị làm chặt mặt đường được dựa trên các căn cứ cơ bản sau:
- Loại vật liệu sử dụng;
- Điều kiện của đơn vị thi công;
- Đặc điểm, tính năng của thiết bị
Lu bánh cứng là thiết bị có khả năng lu lèn mọi loại vật liệu, đặc biệt hiệu quả với những vật liệu có sức cản đầm nén lớn nhưng sức cản nhớt nhỏ như đá dăm và đá dăm thấm nhập khi chưa tưới nhựa Việc sử dụng lu bánh cứng là cần thiết trong quá trình lu lèn sơ bộ và hoàn thiện bề mặt vật liệu nhằm tạo độ phẳng.
Lu bánh hơi là phương pháp hiệu quả nhất để lu lèn các loại vật liệu có sức cản đầm nén nhỏ nhưng lại có sức cản nhớt lớn, như các loại mặt đường có tính dính như BTN, cấp phối và đất gia cố vôi.
Lu-chấn động, hay còn gọi là lu rung, được áp dụng cho các loại vật liệu rời và vật liệu cấp phối như cấp phối đá dăm, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, và cát gia cố xi măng.
1.4.5 Tải trọng và tốc độthiết bị làm chặt mặt đường a) Chọn tải trọng lu lèn
+ Tải trọng phải đủ lớn để khắc phục sức cản;
+ Tải trọng không quá lớn để tránh phá hoại cục bộ lớp vật liệu và làm hư hỏng lớp móng hoặc nền đất
- Lựa chọn theo các giai đoạn lu lèn:
+ Lu lèn sơ bộ: Dùng lu nhẹ hoặc lu trung bánh cứng;
+ Lu lèn chặt: Dùng lu nặng, tải trọng tăng dần;
+ Lu lèn hoàn thiện: Dùng lu nặng bánh cứng b) Vận tốc lu lèn
Vận tốc lu lèn cần phải được điều chỉnh chậm để đảm bảo các hạt vật liệu có thời gian dịch chuyển và chặt lại, từ đó tránh tăng sức cản đầm nén và ngăn ngừa hiện tượng vật liệu bị vỡ nát, trồi, trượt hoặc lượn sóng.
+ Vận tốc lu lèn phải đủ lớn: Để có năng suất lu lèn cao
- Lựa chọn theo các giai đoạn lu lèn:
+ Lu lèn sơ bộ: Ở giai đoạn đầu vật liệu còn rời rạc, nên lu vận tốc lu nên chậm (Vmax≤ 2 Km/h);
+ Lu lèn chặt: Tăng dần tốc độ (do độ chặt đã tăng):
Lu bánh cứng, lu rung: V = 2 4 Km/h;
+ Lu lèn hoàn thiện: Lu chậm (Vmax≤ 2,5 Km/h)
1.4.6 Kiểm tra chất lượng đầm lèn
Phương pháp cổ điển chủ yếu kiểm tra sau khi thi công Đo một số đặc trưng cơ lý của vật liệu đã đầm lèn (sau khi thi công):
Khối lượng thể tích và độ chặt của vật liệu đắp có thể được xác định thông qua hai phương pháp chính: khoan mẫu và rót cát Độ chặt được tính bằng tỷ lệ giữa khối lượng thể tích khô của vật liệu tại hiện trường và khối lượng thể tích tổng.
+ Biến dạng dưới tải tr võng quang học;
+ Độ võng dưới tấm ép
Phương pháp kiểm tra hi trước, trong và sau khi thi công
+ Làm đoạn đường thí đi
+ Kiểm tra sau thi công. Ưu điểm cơ bản của phương pháp hi công và có thể điều chỉnh kịp th
Công trình thoát nước mặtđường
1.5.1 Nhiệm vụ của công trình thoát n
Công trình thoát nước m và thoát nước ra khỏi nền đư ngập nước; cường độ ổn định.
1.5.2 Phân loại công trình thoát n
Theo nhiệm vụ, có thể
- Các công trình tập trung nư
Các công trình thu nước mưa được thiết kế theo tiêu chuẩn từ phòng thí nghiệm, sử dụng thiết bị hiện đại như cần Benkelmen để kiểm tra độ nén Việc kiểm tra kỹ thuật được thực hiện ngay tại nơi cung cấp vật liệu và sau khi thi công để đảm bảo chất lượng Phương pháp kiểm tra hiện đại không làm gián đoạn quá trình thi công, giúp đảm bảo mặt đường luôn khô ráo Công trình thoát nước mặt đường được chia thành ba khu vực để tối ưu hóa khả năng thu nước, từ đó đảm bảo hiệu quả trong việc duy trì mặt đường khô sạch.
Các công trình thoát nước ra khỏi nền đường;
Các công trình thoát nước địa hình
Các công trình thu nước thường được bố trí ở mép hoặc tim của mặt đường, nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc thu nước Việc sử dụng thiết bị như Benkelmen hoặc máy đo độ giúp kiểm tra các giai đoạn thi công mà không làm chậm tiến độ Điều này đảm bảo rằng khu vực thu nước luôn khô ráo và không bị ngập, được phân loại thành ba loại: mặt, nền đường và các hạng mục khác như thể hiện trong hình 1.8.
Hình 1.8 Mặt cắt ngang đường ô tô
Rãnh sâu có đậy nắp được sử dụng cho các khu vực có lượng mưa lớn hoặc mặt đường có độ dốc dọc nhỏ Chúng thường được lắp đặt trong dải phân cách giữa hoặc mép lề đường và thường được làm bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ, được thi công trước khi hoàn thiện lớp mặt đường cuối cùng.
- Rãnh nông: Thường dùng với các khu vực có lượng mưa nhỏ, mặt đường có đủ độ dốc dọc thoát nước
Bó vỉa là công trình được xây dựng tại mép mặt đường hoặc lề đường, có chức năng chống xói mòn taluy và dẫn nước mưa về hố ga thu nước Thông thường, bó vỉa được làm từ bê tông đúc sẵn để đảm bảo độ bền và hiệu quả trong việc quản lý nước.
Gờ chắn nước là cấu trúc thường được lắp đặt dọc theo mép trên của taluy nền đắp cao, nhằm ngăn chặn tình trạng xói mòn do nước mặt Chức năng chính của gờ chắn nước là dẫn nước chảy về rãnh hoặc dốc nước, giúp bảo vệ sự ổn định của taluy Thông thường, gờ chắn nước được chế tạo từ bê tông xi măng để đảm bảo độ bền và hiệu quả trong việc kiểm soát dòng chảy.
*Các công trình tập trung nước
- Tác dụng:Đảm bảo vận chuyển nước mưa từ các công trình thu nước đến các công trình thoát nước nằm ngoài nền đường
- Bao gồm các hạng mục:
+ Tiếp nối của gờ chán nước và dốc nước
*Các công trình thoát nước ra khỏi nền đường
Nhiệm vụ chính của hệ thống thoát nước là dẫn nước từ mặt đường và lề đường xuống chân taluy của nền đắp, hoặc từ rãnh đỉnh taluy nền đào xuống ga thu nước và các rãnh có nắp ở mép nền đường.
+ Thường làm bằng bê tông đổ tại chỗ hoặc lắp ghép
+Đầu đường ống thoát nước;
+ Nối tiếp đường ống thoát nước và dốc nước;
+Nối tiếp giữa dốc nước và rãnh
*Các công trình thoát nước địa hình
- Rãnh dọc: rãnh đất, rãnh bê tông…
- Các công trình lắng và lọc nước.
Lớp trên nền đường
1.6.1 Khái niệm về lớp trên nền đường
Lớp trên nền đường, hay còn gọi là lớp đáy móng hoặc lớp nền đường cải thiện, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của đất đắp hoặc đất đào Lớp kết cấu này được thiết kế nhằm đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết cho sự ổn định và bền vững của công trình.
- Nếu đất nền đã phù hợp thì không cần lớp này
Có thể sử dụng một hoặc nhiều lớp vật liệu phù hợp trong xây dựng, bao gồm lớp vải địa kỹ thuật, lớp vật liệu hạt lớn và lớp vật liệu hạt nhỏ để hoàn thiện.
1 lớp sỏi sạn rải mặt…
1.6.2 Chức năng của lớp trên nền đường
Lớp trên nền đường phải đồng thời đáp ứng các chức năng yêu cầu về trước mắt và về lâu dài
- Đảm bảo xe chở vật liệu làm móng đi lại;
- Có thể lu lèn lớp móng dưới đạt độ chặt yêu cầu và bằng phẳng;
- Bảo vệ nền đất không bị mưa lũ xói mòn trong khi chờ thi công các lớp kết cấu mặt đường
- Để đảm bảo nền đường có sức chịu tải đồng đềucó thể xây dựng mặt đường với chiều dày không đổi;
- Đảm bảo sức chịu tải của nền đường ít thay đổi
1.6.3 Vật liệu xây dựng lớp trên nền đường
Vật liệu xây dựng lớp trên nền đường phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:
- Không nhạy cảm với nước;
Cỡ hạt lớn nhất cần phải phù hợp để đảm bảo sai số cho phép của cao độ nền đường là ±3cm, đồng thời có khả năng trộn đều với chất kết dính khi cần thiết.
- Đủ cường độ: Để chịu được tác dụng của máy thi công
1.6.4 Phân loại và lựa chọn chiều dày lớp trên nền đường
Lớp trên nền đường có thể có độ dày khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu sử dụng Theo quy trình của Pháp, có thể chia lớp này thành ba loại dựa trên chiều dày của chúng.
(h) và loại vật liệu sử dụng:
- Lớp trên nền đường dày:
+ h > 80 cm - với vật liệu không gia cố;
+ h > 60cm - với đất gia cố vôi;
+ h > 40 cm - với vật liệu gia cố xi măng
- Lớp trên nền đường trung bình:
+ h > 40cm - với vật liệu không gia cố;
+ h > 30cm - với đất gia cố vôi;
+ h > 20cm - với vật liệu gia cố xi măng
- Lớp trên nền đường mỏng:
+ h > 30cm - với vật liệu không gia cố;
+ h > 20cm - với đất gia cố vôi
Cách lựa chọn:Lựa chọn loại lớp trên nền đường dựa vào sức chịu tải của nền và loại mặt đường sẽ xây dựng, thể hiện ở bảng 1.1
Bảng 1.1 Chọn loại lớp trên nền đường
Sức chịu tải của nền đất (lúc thi công xong)
Lớp trên nền đường của mặt đường
Có lớp móng bằng vật liệu gia cố xi măng Các loại mặt đường khác
3 (CBR = 10÷20%) Không cần Không cần
Trình tự chung xây dựng mặt đường ô tô
Trình tự chung xây dựng mặt đường có thể chia thành 5 bước cơ bản: 1- Thi công khuôn đường;
2- Thi công hệ thống rãnh thoát nước mặt đường (nếu có);
4- Thi công các lớp mặt đường;
5- Hoàn thiện và bảo dưỡng
-Lulènchặt, tạođáyáođường(lớp trên nền đường) đúngyêucầu;
-Nghiệmthukhuônđường: kiểm tra kích thước, cao độ, độ bằng phẳng; đo mô đun đàn hồi E0, độ chặt K…
Lưuý:Phải kểđếnchiềucaophònglúnkhilu lènđáyáođườngđểđáyáođườngđúngcaođộthiết kế
- Định vị tim đường, mép phần xe chạy, mép lề gia cố;
- Vận chuyển và lắp dựng khuôn (thành chắn, cọc sắt);
- Vận chuyển đất đắp lề đường;
- Tưới ẩm bề mặt lề đường;
- San rải và đầm nén đất đắp lề;
- Tháo dỡ thành chắn, cọc sắt;
- San sửa và lu lèn tăng cường bề mặt nền đường;
- Đào rãnh thoát nước tạm thời;
- Kiểm trakích thước, caođộ, độbằngphẳng; đo mô đun đàn hồi E0, độ chặt K…
- Một số trườnghợpcó thể thi công khuônđườngđắptheokiểuđắplềtừngphần: Đắplề đườngđếnđâuthi công lớpmặt đườngđếnđó;
- Có thể dựngthànhchắnthi công lớpmặtđường trước, sau đódỡthànhchắnvàđắpphầnlềđườngsau;
- Ngoài 2 loại khuônđườngkểtrên, loại khuônđườngđắplề 1/2 có thể ápdụngcho cácđoạnnềnđườngchuyểntiếptừnềnđàosangnềnđắphoặcngượclại
1.7.2 Thi công hệ thống rãnh thoát nướcmặt đường
- Thoát nướctạmthời trong quátrìnhthicông, đảmbảonềnđường, móngđườngluônkhôráo;
- Thoát nước mặt thấm qua kết cấu mặt đường trong quá trình sử dụng đường saunày (với mặt đường hở)
- Rãnhthoát nướctạmthời: Bốtrí sole 2 bênlềđường, khoảngcách15÷40m (tùytheo chiều rộng mặt đường), rộng20÷40cm:
- Rãnh xươngcá (cố định): Bốtrí so le 2 bênlề, đường khoảng cách 15÷20m, cấu tạotheokiểutầnglọc ngược
- Đàorãnh bằngthủcông (phầnlòng và lềđường);
- Xếpvật liệuvàorãnh(theo nguyênlý tầnglọc ngược);
Theo yêu cầu, đặc tính của vật liệu cũng như công nghệ thi công, có thể chia vật liệu làm đường thành hai loại chính:
- Loại 1:Là loại vật liệu khôngkhốngchếthời gian vận chuyển và thi công; như đádăm, cấpphối đádăm, cấpphối thiênnhiên…;
Loại 2 là loại vật liệu xây dựng có khả năng kiểm soát thời gian vận chuyển và thi công, bao gồm các cấp phối như đá dăm gia cố xi măng, cát gia cố xi măng, bêtông nhựa và bêtông ximăng.
* Các hình thức vận chuyển vật liệu làm đường
- Vật liệuđượcvậnchuyểnđổthànhđống hoặc thành luống tại hiệntrườngtrướckhithi công (chỉ áp dụng cho vật liệu loại 1)
-Vậtliệuvậnchuyểnđếnđâu thicôngđếnđấy(ápdụngchocảvật liệu loại 1vàvật liệu loại2)
* Tính toán lượng vật liệu vận chuyển
- Vật liệucơbản: Là loại vật liệunênchiềudàylớp mặt đường; đồng thời là loại vật liệu chịu lựcchính
Vk = K1.K2.B.H.L.γk/γkox (m 3 ) + Công thức tính khối lượng vật liệu ở trạng thái ẩm:
B, L, H: Lần lượt là chiều rộng, chiều dài, chiều dày lớp vật liệu ởtrạngtháichặt (m);
γk, γw: Khối lượng thể tích khô vàkhối lượng thể tích ẩm của vật liệuởtrạngtháiđầmchặt(tấn/m3);
γkox, γwox: Khối lượngthểtíchkhôvàkhối lượng thể tích ẩmcủavật liệuở trạng thái đổ đống hoặc trên thùng xe(tấn/m3)
Ghichú:Khối lượngtrên cóthể lấytheo địnhmức XDCBhoặc định mức trong các quytrìnhthicôngvà nghiệmthu
- Vậtliệuchèn(hoặcrảimặt): Là loạichènvàolỗ rỗngcủa vật liệuchínhhoặc làmthànhlớpmỏngphíatrên
Q= K1.K2.B.L.qk/100 (tấn) V= K1.K2.B.L.qk.γkox/100 (m 3 ) Trongđó:qk- địnhmứcsửdụngvậtliệuchèn (m 3 /100m 2 )
1.7.4 Thi công các lớp mặt đường, hoàn thiện và bảo dưỡng
Công nghệ thi công và bảo trì các lớp mặt đường được xác định dựa trên loại mặt đường và điều kiện thi công cụ thể, sẽ được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo.