Bài giảng xây dựng mặt đường ô tô

  • 185 trang
  • file .pdf
TS. ĐẶNG VĂN THANH
X¢Y DùNG
MÆT §¦êng « t«
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2017
TS. ĐẶNG VĂN THANH
BÀI GIẢNG
XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ
(Dùng cho hệ Đại học ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2017
1
2
LỜI NÓI ĐẦU
Bài giảng “Xây dựng mặt đường ô tô” được xuất bản nhằm đáp ứng yêu
cầu học tập của sinh viên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Khoa Cơ điện &
Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam. Ngoài ra, bài giảng này có
thể làm tài liệu tham khảo cho giáo viên, cán bộ kỹ thuật và sinh viên đang công
tác và học tập trong các lĩnh vực chuyên môn có liên quan.
Bài giảng được biên soạn theo chương trình giảng dạy dành cho các học
phần 10 tín chỉ. Với phương châm “Cơ bản, hiện đại và thực tế” tác giả đã thu
thập, đúc kết và biên tập mang tính kế thừa có chỉnh sửa bổ sung từ các giáo
trình và tài liệu khoa học trong và ngoài nước có liên quan đến lĩnh vực khoa
học này.
Bài giảng gồm 6 chương:
- Chương 1: Các vấn đề chung về xây dựng mặt đường;
- Chương 2: Mặt đường đá dăm và cấp phối đá dăm;
-Chương 3: Mặt đường gia cố xi măng;
-Chương 4: Mặt đường láng nhựa và thấm nhập nhựa;
-Chương 5: Mặt đường bê tông nhựa;
-Chương 6: Mặt đường bê tông xi măng.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự giúp đỡ quý báu của các
nhà khoa học của Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam và Trường Đại học
Giao thông Vận tải Hà Nội; xin trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Kỹ thuật
Công trình, Khoa Cơ điện & Công trình, Phòng Đào tạo, Thư viện - Trường Đại
học Lâm nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để cuốn bài giảng này được
xuất bản.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng với thời gian và điều kiện hạn chế, bài
giảng này chắc chắn không thể tránh khỏi những sự thiếu sót nhất định. Tác giả
xin trân trọng đón nhận những ý kiến đóng góp xây dựng của các nhà khoa học,
giáo viên, sinh viên và bạn đọc để lần xuất bản sau được hoàn thiện hơn.
Xin trân thành cảm ơn!
3
4
Chương 1
CÁC VẤN
N ĐỀ
Đ CHUNG VỀ XÂY DỰNG MẶT
T ĐƯ
ĐƯỜNG
1.1. Khái niệm chung
1.1.1. Khái niệm mặtt đường
đư
Mặt đườngng (còn gọi
g là áo đường) là một kết cấu gồồm một hoặc nhiều
tầng (lớp) vật liệu đư rải trên nền đường, nhằm
u khác nhau, được m đđảm bảo các yêu
cầu về cường độ, độ bằằng phẳng và độ nhám cho xe chạyy an toàn, êm thu
thuận và
nhanh chóng.
ủa mặt đường được thể hiện ở hình 1.1.
Cấu tạo cơ bản củ 1.
Hình 1.1.
1 Sơ đồ kết cấu mặt đường
Mặt đường là mộ ột bộ phận rất quan trọng của đường, ng, là bbộ phận đắt tiền
nhất. Mặt đường tốtt hay xấux sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chấtt lư lượng chạy xe: an
toàn, êm thuận, kinh tế.. Do vậy,
v ngoài việc tính toán thiết kế nh nhằm tìm ra một kết
cấu mặt đường có đủ bềề dày, đủ cường độ thì công nghệ thi công, ch chất lượng thi
công nhằm tạo ra các tầầng lớp vật liệu như trong tính toán là hếết sức quan trọng.
1.1.2. Nguyên tắc cấuu tạo
t mặt đường
Sơ đồ mô tả phân bố b ứng suất trong kết cấu áo đườngng theo chi
chiều sâu được
thể hiện ở hình 1.2. Tổổng hợp các lực tác dụng lên mặt đường ng có ththể chia thành
n: thành ph
hai thành phần: phần lực thẳng đứng và thành phần lự ực nằm ngang. Qua
phân tích tính chất củaa tải
t trọng tác dụng lên kết cấu mặt đườ ờng thể hiện ở hình
1.2 cho thấy:
5
- Lực thẳng đứng: Theo chiều sâu tác dụng thì ứng suất thẳng đứng giảm
dần từ trên xuống dưới. Do vậy, để kinh tế thì cấu tạo kết cấu mặt đường gồm
nhiều tầng lớp có chất lượng vật liệu (Eđh) giảm dần từ trên xuống phù hợp với
qui luật phân bố ứng suất thẳng đứng.
Hình 1.2. Sơ đồ phân bố ứng suất trong mặt đường theo chiều sâu
-Lực nằm ngang: bao gồm lực hãm, lực kéo và lực đẩy ngang. Các lực
này giảm rất nhanh theo chiều sâu. Do vậy, vật liệu làm tầng, lớp trên mặt
đường phải có khả năng chống lại lực đẩy ngang (chống trượt).
1.1.3. Kết cấu cơ bản của mặt đường
Sơ đồ mô tả kết cấu cơ bản của mặt đườngô tô được thể hiện ở hình 1.1.
Cấu tạo cơ bản của mặt đường bao gồm các lớp:tầng mặt (gồm các lớp mặt),
tầng móng (gồm các lớp móng)và lớp trên nền đường(lớp nền đường cải thiện).
* Tầngmặt
- Tầng mặt(Surfacingcourse)là kết cấu trên cùng,có thể bao gồm nhiều lớp:
+ Lớp mặt xe chạy: Là lớp trên của kết cấu mặt đường (có thể gồm 1 ÷ 2
lớp), trực tiếp chịu tác dụng của xe cộ và các tác nhân khí hậu, thời tiết;
+ Lớp liên kết giữa lớp mặt và móng (có thể có hoặc không có).
- Lớp mặt chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng bánh xe (gồm lực thẳng
đứng và lực ngang, có giá trị lớn) và các nhân tố thiên nhiên (như mưa, nắng,
nhiệt độ…).
- Yêu cầu tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng của kết cấu áo
đường; phải bằng phẳng; có đủ độ nhám; chống thấm nước; chống được biến
dạng dẻo ở nhiệt độ cao; chống được nứt; chống được bong bật; phải có khả
năng chịu bào mòn tốt và không sinh bụi.
6
- 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
-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).
- Với các mặt đường có lưu lượng giao thông lớn, các lớp móng thường
được làm bằng vật liệu gia cố các chất kết dính hữu cơ hoặc vô cơ, làm cho
chúng tăng khả năng chịu được tác dụng thẳng đứng của các loại xe nặng gây ra;
với mặt đường ít xe chạy, có thể không làm lớp móng dưới, mà chỉ làm lớp
móng bằng vật liệu 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
- Lớp trên nền đường hay còn gọi lớp đáy móng, lớp lót hoặc lớp đệm
(capping layer - improved)là lớp chuyển tiếp 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;
+ Tạo "hiệu ứng đe" để bảo đảm chất lượng đầm nén các lớp móng phía trên;
+ Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đường,
không gây hư hại nền đất phía dưới (nhất là khi 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.
7
1.1.4. Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường
MÆt ®ưêng chÞu t¸c dông trùc tiÕp cña t¶i träng xe ch¹y, cña c¸c nh©n tè
tù nhiªnnhư mưa, n¾ng, sù thay ®æi nhiÖt ®é... Nªn ®Ó b¶o ®¶m ®¹t ®ưîc c¸c chØ
tiªu khai th¸c, vËndoanh cã hiÖu qu¶ nhÊt th× viÖc thiÕt kÕ và x©y dùng mÆt
®ưêng ph¶i ®¹t ®ưîc c¸cyªu cÇu sau:
- §ñ cưêng ®é: MÆt ®ưêng ph¶i cã ®ñ cưêng ®é chung và t¹i mçi ®iÓm
riªngtrong tõng tÇng, líp vËt liÖu. NãđượcbiÓu thÞ b»ng kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn
d¹ng th¼ng ®øng,biÕn d¹ng trưît, biÕn d¹ng co d·n khi chÞu kÐo-uèn hoÆc do
nhiÖt ®é;
- æn ®Þnh cưêng ®é: Cưêng ®é ph¶i Ýt bịthay ®æi theo ®iÒu kiÖn thêi tiÕt,
khÝ hËu.Để đảm bảo yêu cầu này, vật liệu xây dựng mặt đường cần phải được
lựa chọn cho phù hợp với loại mặt đường và tính chất, điều kiện giao thông, điều
kiện thời tiết của từng khu vực;
- Đủ độb»ng ph¼ng: MÆt ®ưêng ph¶i ®¹t ®ưîc ®é b»ng ph¼ng nhÊt ®Þnh ®Ó
gi¶m søcc¶n l¨n, gi¶m sãc khi xe ch¹y. Do ®ã, n©ng cao ®ưîc tèc ®é và độ êm
thuận choxe ch¹y,gi¶m tiªu hao nhiªn liÖu, kÐo dài tuæi thä cña xe... Yªu cÇu
này ®ưîc ®¶m b¶o b»ng viÖcchän vËt liÖu thÝch hîp, vào biÖn ph¸p và chÊt lưîng
thi c«ng;
- §ñ ®é nh¸m: MÆt ®ưêng ph¶i cã ®ñ ®é nh¸m ®Ó n©ng cao hÖ sè b¸m
gi÷a b¸nh xevà mÆt ®ưêng, t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho xe ch¹y an toàn víi tèc ®é cao
và trong nh÷ng trưênghîp cÇn thiÕt cã thÓ dõng xe nhanh chãng. Yªu cÇu này
chñ yÕu phô thuéc vào viÖc chänvËt liÖu làm líp trªn mÆt và nã còng hoàn toàn
kh«ng cã m©u thuÉn g× víi yªu cÇu vÒ ®éb»ng ph¼ng;
- Ýt bôi: Bôi là do xe cé ph¸ ho¹i, bào mßn vËt liÖu làm mÆt ®ưêng;bôi g©y
« nhiÔmm«i trưêng, gi¶m tÇm nh×n.Yêu cầu này liên quan đến tính năng của loại
vật liệu xây dựng mặt đường và điều kiện thời tiết của từng khu vực.
1.2. Mặt đường mềm và mặt đường cứng
1.2.1.Mặtđường mềm
- Mặt đường mÒm (Flexible Pavement)là một kết cấu gåm cã tÇng mÆt
lµm b»ng c¸c vËt liÖu h¹t hoÆc c¸c vËt liÖu h¹t cã trén hay t­íi nhùa ®­êng vµ
tÇng mãng lµm b»ng c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau, ®Æt trùc tiÕp trªn nÒn ®­êng
hoÆc trªn líp ®¸y mãng (theo 22 TCN 211-06).
8
Vật liệu hạt là một tập hợp các hạt rời có kích cỡ từ 0 đến D (D là kích cỡ
hạt lớn nhất).Trong đó, cường độ liên kết giữa các hạt luôn nhỏ hơn nhiều so với
cường độ bản thân mỗi hạt và do đó cường độ chung của một lớp vật liệu hạt
được đặc trưng bằng sức chống cắt trượt của lớp; lớp kết cấu bằng vật liệu hạt
không có tính liền khối.
Từ khái niệm trên ta có thể nhận thấy, trõ áo ®­êngbê tông xi măng
(BTXM), tÊt c¶ c¸c lo¹i mặt ®­êng ®Òuthuéc lo¹i mặt®­êng mÒm.
- 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
-Tầng mặt chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng bánh xe (gồm lực thẳng
đứng và lực ngang, có giá trị lớn) và các nhân tố thiên nhiên (như mưa, nắng,
nhiệt độ…).
-Yêu cầu lớp tầng phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng của kết cấu áo
đường; phải bằng phẳng; có đủ độ nhám; chống thấm nước; chống được biến
dạng dẻo ở nhiệt độ cao; chống được nứt; chống được bong bật; phải có khả
năng chịu bào mòn tốt và không sinh bụi.
-Để đạt được yêu cầu sử dụng, tầng mặt của mặt đường mềm thường được
cấu tạo bởi 3 lớp cơ bản: lớp chịu lực chủ yếu; lớp hao mòn và lớp bảo vệ.
+ Lớp chịu lực chủ yếu:
Có thể được cấu tạo từ một hoặc nhiều lớp vật liệu. Do tính chất chịu lực
(chịu nén, chịu uốn và chịu cắt) nên lớp chịu lực chủ yếu phải cấu tạo từ vật liệu
có cường độ cao, có khả năng chống trượt nhất định. Thông thường là hỗn hợp
đá - nhựa (bê tông nhựa (BTN), đá trộn nhựa...), đá dăm gia cố xi măng,cấp phối
đá dăm (CPDD) hay đá dăm nước được chêm chèn và lu lèn chặt.
9
+ Líp b¶o vÖ và líp hao mßn:
Được bố trí trên lớp chịu lực chủ yếu cũng có tác dụng làm giảm tác động
của lực ngang, tăng cường sức chống bào mòn cho tầng mặt. Tác dụng chủ yếu
là để giảm bớt tác động của lực xung kích, chống lại sự mài mòn trực tiếp của
bánh xe và thiên nhiên (ví dụ như: lớp láng nhựa có tác dụng chống nước thấm
vào lớp chịu lực chủ yếu, giữ cho lớp này ổn định cường độ...). Ngoải ra, lớp
bảo vệ và lớp hao mòn còn có tác dụng làm tăng độ bằng phẳng, tăng độ nhám
cho mặt đường.
Lớp hao mòn: Thường là một lớp mỏng, có chiều dày từ 1  3 cm, ở ngay
trên lớp mặt chủ yếu và thường làm bằng vật liệu có tính dính: lớp láng nhựa, bê
tông nhựa chặt (BTNC) hạt mịn hay BTN cát.
Lớp bảo vệ: Cũng là một lớp mỏng 0,5  1 cm, để bảo vệ cho lớp dưới khi
chưa hình thành cường độ (lớp cát trong mặt đường dăm nước...). Đối với mặt
đường BTN và có xử lý nhựa thì không có lớp này.
Lớp hao mòn và lớp bảo vệ là các lớp định kì phải khôi phục trong quá
trình khai thác sử dụng đường.
-Yêucầuđối với vật liệulàmtầngmặt:
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;
3) Cóđộcứnglớnđểhạnchếđượctácdụnggâybàomòncủabánhxehoạttải;
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:
1)Tầng mặtcấpcaoA1
+Lµ lo¹i mặt đường mềm có líp mÆt trªn b»ng bª t«ng nhùa chÆt
(BTNC)lo¹i I trén nãng.
+ Nêncấutạocảlớpmặt trên và lớpmặt dưới (2 lớp)đểtiếtkiệmvậtliệu,
giảmchiphíxâydựng.
2)Tầng mặtcấpcaothø yÕu A2
+Lµ lo¹i có líp mÆt b»ng BTNC lo¹i II trén nãng hoÆc BTN nguéi trªn cã
10
l¸ng nhùa, ®¸ d¨m ®en trªn cã l¸ng nhùa hoÆc b»ng líp thÊm nhËp nhùa hay líp
l¸ng nhùa.
+ Cóthể khôngcólớpmặt dưới(1 lớp).
3) Tầng mặtcấpthấp
Là loại không dùng chất kết dính; cóthểchỉ cấutạobởi 1 hoặc2 lớp;
vừađóng vai trò làtầngmặt vừađóngvaitròlàtầngmóng; bao gồm 2 loại:lớp
mặtcÊp thÊp B1 và lớp mặtcÊp thÊp B2.
+ Tầng mặtcÊp thÊp B1: Lµ lo¹i có líp mÆt b»ng cÊp phèi ®¸ d¨m, ®¸ d¨m
n­íc, cÊp phèi tù nhiªn víi ®iÒu kiÖn lµ phÝa trªn chóng ph¶i cã líp b¶o vÖ rêi
r¹c ®­îc th­êng xuyªn duy tu b¶o d­ìng (th­êng xuyªn r¶i c¸t bï vµ quÐt ®Òu
phñ kÝn bÒ mÆt líp).
+ Tầng mặtcÊp thÊp B2:Lµ lo¹i cã líp mÆt b»ng ®Êt c¶i thiÖn hay b»ng ®Êt,
®¸ t¹i chç gia cè hoÆc phÕ th¶i c«ng nghiÖp gia cè chÊt liªn kÕt v« c¬ víi ®iÒu
kiÖn lµ phÝa trªn chóng ph¶i cã líp hao mßn vµ líp b¶o vÖ ®­îc duy tu b¶o
d­ìng th­êng xuyªn.
* Tầng mãng
- Kh¸c víi tầng mÆt, tầng mãng chØ chÞu t¸c dông cña lùc th¼ng ®øng.
NhiÖm vô cñanã là ph¶i ph©n bè, làm gi¶m nhá øng suÊt th¼ng ®øng truyÒn
xuèng nÒn ®­êng tíi mét gi¸trÞ không lớn hơn sức chịu tải của nền, ®Ó ®Êt nÒn
cã thÓ chÞu ®ùng ®­îcmà kh«ng t¹o nªn biÕn d¹ng qu¸ giới hạn cho phép.
- Do lùc th¼ng ®øng truyÒn xuèng ngày càng bÐ ®i, nªn ®Ó tiÕt kiÖm, tầng
mãng thườngcãcÊu t¹o từ nhiÒu líp vËt liÖu cã c­êng ®é gi¶m dÇn tõ trªn xuèng;
th«ng th­êng tầng móng gồm 2líp: líp mãng trªn vàlíp mãng d­íi.
- Do kh«ng chÞu t¸c dông bào mßn trùc tiÕp, t¸c dông lùc ngang mà chØ
chÞu lùcth¼ng ®øng nªn vËt liÖu làm cáclớp mãng kh«ng yªu cÇu cao nh­các lớp
mÆt và cã thÓ dïngc¸c loại vËt liÖu rêi r¹c, chÞu bào mßn kÐm; nh­ng l¹i ®ßi hái
cã ®é cøng cao và Ýtbị biÕn d¹ng.
- Các lớp mãng th­êngđược làm b»ng c¸c lo¹i vËt liÖu nh­: cÊp phèi ®¸
d¨m lo¹i 1, cÊpphèi ®¸ gia cè xi m¨ng, ®¸ d¨m l¸ng nhùa, ®¸ d¨m tiªu chuÈn...
(líp mãng trªn) và cÊpphèi ®¸ d¨m lo¹i 2, ®Êthoặc c¸t gia cè xi m¨ng, gia cè
nhùa, cÊp phèi sái suèi, cÊp phèi sáiong, cÊp phèi ®åi... (líp mãng d­íi).
- Yêucầuđối với vật liệulàmtầngmóng:
+ Có độ cứng nhất định, ít biếndạng vì không chịu tác
11
dụngtrựctiếpcủabánhxehoạt tải vàtácdụngtrựctiếpcủacácyếutốkhíquyển;
+ Cóthểchịubàomònkém, kíchcỡ lớn, dùng vật liệu rời
rạccườngđộgiảmdầntheo
chiềusâuđểtruyềnáplựcvàphânbốáplựcthẳngđứngcủaxecộđếnnền đất đủ để nền
đất có thểchịuđựngđược;
+ Khituyếnđườngđi quavùngcóchế độ thuỷ nhiệt bất lợi, lớpmóng dưới
ngoài chức năng chịulựccòncóthểđóngvaitròlớp thoát nước, cách hơi, cách nước
để cải thiệnchế độthuỷnhiệtcủanềnmặtđường.
Lưu ý:Kh«ng ph¶i bao giê mét kÕt cÊu mÆt ®­êng mÒm còng bao gåm ®Çy
®ñ c¸c tÇng, lípnh­đã mô tả; mà tuú theo yªu cÇu xe ch¹y, tïy theo ®iÒu kiÖn cô
thÓ nã cã thÓ chØ gåm mét sètÇng líp nào ®ã. VÝ dô: Nh­ víi ®­êng cÊp thÊp, ¸o
®­êng cã thÓ chØ gåm tÇng mÆt;khi đótÇng mÆt kiªm lu«n chøc n¨ng cña tÇng
mãng; nhưngvíi ®­êng cÊp cao th× kÕt cÊu ¸o®­êng bao giờ cũngth­êng được
cấu tạo bởi nhiều lớp.
HiÓu râ chøc n¨ng cña mçi tÇng líp trong kÕt cÊu ¸o ®­êng míi cã thÓ
chän ®­îccÊu t¹o, chän vËt liÖu sö dông trong mçi tÇng líp ®­îc hîp lý và míi
®Ò xuÊt ®óng ®¾n c¸cyªu cÇu thi c«ng cô thÓ ®èi víi mçi tÇng líp ®ã.
* Lớptrên nềnđường
-Lớp trên nền đường (hay còn gọi lớp nền đường gia cố hoặc
lớpđáyáođường) thường đượcxây dựng từlớpcấpphốithiênnhiên hoặc đất gia
cốcó độchặt không nhỏ hơn độ chặt nền đường (K≥ 0,98), chiềudàytốithiểucủa
lớptrên nềnđường thường không nhỏ hơn30cm.
-Chứcnăngcủalớptrên nền đường:
+ Tạo được một lòng đường cócường độ cao và đồng đều;
+ Tiếpnhậnvà phânbốtải trọngtruyềnquakết cấu mặt đường,
làmgiảmđộlúnđànhồicủatoànbộkếtcấu, tăng tuổithọcho kết cấu mặt đường;
+ Cải thiệnchế độthuỷnhiệt củakết cấu nền-mặt đường(dokết cấu nền-mặt
đườngcóđộchặt lớn, tínhthấmnhỏ);
+ Tạora hiệuứng“ĐE”đểlulèncáclớpmặt đườngnhanhđạtđộchặt yêu cầu;
+ Đảmbảochoxemáythi côngmặt đường đi lại mà khônggây hư hỏng bề
mặt nềnđường.
* Mặt đường nhựa có lớp móng bằng vật liệu hạt không gia cố
- Lớp móng bằng vật liệu hạt không gia cố chất liên kết khiến cho độ
12
cứng của lớp này nhỏ, phụ thuộc vào cường độ của đất nền và chiều dày lớp
móng. Vì chiều dày của lớp mặt bitum mỏng, nên các lực thẳng đứng do xe chạy
gây ra được truyền xuống nền đất theo một góc phân bố ngang nhỏ.
- Ứng suất nén thẳng đứng lớn và trùng phục, sẽ gây ra biến dạng dẻo
trong đất và trong lớp móng, tạo thành các chỗ lún lõm trên bề mặt của mặt
đường, gây tụ nước. Mặt khác, đáy của lớp mặt nhựa bitum chịu tác dụng trùng
phục của ứng suất kéo uốn có thể bị nứt gãy do mỏi; đầu tiên là các đường nứt
riêng rẽ rồi phát triển dần thành một mạng lưới đường nứt. Từ đó nước dễ dàng
thấm xuống nền móng và làm tăng nhanh việc mở rộng đường nứt, bong bật vật
liệu, rồi hình thành các ổ gà. Nếu không bảo dưỡng, sửa chữa kịp thời thì mặt
đường sẽ bị hư hỏng rất nhanh.
Vì vậy, loại kết cấu mặt đường mềm có lớp móng bằng vật liệu hạt không
gia cố chỉ thích hợp với các đường có lượng giao thông nhỏ và ít xe có tải trọng lớn.
* Mặt đường nhựa có lớp móng bằng vật liệu hạt gia cố
- Loại mặt đường này thườngcó nhiều lớp nhựa, thường xây dựng trên các
đường trục có nhiều xe nặng chạy hoặc hoặc trên các kết cấu mặt đường tăng
cường.
- Độ cứng và cường độ chịu kéo của các lớp móng gia cố cho phép giảm
nhanh ứng suất thẳng đứng truyền xuống nền đường. Ngược lại, tải trọng xe
chạy gây ra ứng suất kéo uốn trong các lớp mặt và lớp móng. Nếu các lớp này
dính chặt với nhau, độ cứng của kết cấu sẽ rất lớn. Như vậy, chất lượng của các
mặt tiếp giáp có ảnh hưởng lớn đến tình hình làm việc của loại mặt đường này.
- Trong kết cấu mặt đường mềm, lớp mặt xe chạy là bộ phận trực tiếp chịu
tác dụng của bánh xe và của mưa nắng. Để đủ sức chống lại các tác dụng trên, lớp
mặt phải được làm bằng vật liệu có cường độ cao: bê tông nhựa, đá trộn
nhựahoặcthấm nhập nhựa; khi lượng giao thông nhỏ có thểlà các lớp láng nhựa.
1.2.2.Mặt đường cứng
- Mặtđường cứng (Rigid Pavement) là loại mặt đường có tầng mặt làm
bằng bê tông xi măng và tầng móng làm bằng các loại vật liệu khác nhau, đặt
trực tiếp trên nền đường hoặc trên lớp đáy móng (theo Quy định tạm thời về kỹ
thuật thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng công
giao thông -Ban hành theo Quyết định số 1951/QĐ-BGTVT, ngày 17/8/2012
của Bộ Giao thông Vận tải).
- Mặt ®­êng cøng làloại mặt ®­êng làm b»ng các loại vËt liÖu cã kh¶ n¨ng
chÞu uèn lín, cã®é cøng cao; nªn nguyªn lý làm viÖc cña mặt ®­êng cøng là“tÊm
13
trªn nÒn ®àn håi” (kh¸cvíi mặt ®­êng mÒm là “hÖ ®ànn håi nhiÒu líp trªn b¸n
kh«ng gian v« h¹n ®àn håi”)
n håi”).
Từ các khái niệm đãã trình bày ta nhận thấy,chỉ mÆt®­êng
êng bª t«ng xi m¨ng
thuéc lo¹i mÆt ®­êng cøng.
- Do cã ®é cøng rÊt cao nªn mặt ®­êng
êng cøng cã biÕn d¹ng lón rÊt nhá dd­íi
t¸c dôngcña t¶i träng b¸nh xe, tÊm BTXM chÞu øng suÊt kÐo uèn lín h¬n mÆt
®­êng mÒm, cã nghÜalà tÊm BTXM chÞu hÇu hÕt t¸c dông cña t¶i träng b¸nh xe.
V× vËy, kÕt cÊu mặt ®­êngcøng
êngcøng thường cã Ýt tÇng líp hơn kÕt cÊu mặt ®­êng
mÒm. CÊu t¹o cơ bản củamặặt ®­êng cøng bao gåmtÇng mÆt và tÇng mãng mãng, thể
hiện ởhình 1.3.
Hình 1.3. Sơ đồ
ồ cấu tạo cơ bản của mặt đường cứng
ng
* TÇng mÆt
- Tầng mặt là tầng chịuu lực
l và tạo độ bằng phẳng phẳng, độ nh
nhám cần thiết.
- Tầng mặt của mặtt đường
đư cứng thường chỉ gåm líp chÞu lùc
lùcbằng BTXM
(tấm BTXM)có chiều dày từ dày15cm (6 inches) đến30cm(12inches)
n30cm(12inches); còng cã thÓ
cã thªm líp hao mßn b»ng BTNh¹t nhá như: BTN mÞn, BTN c¸t.. Líp BTN nnày
cßn cã t¸c dông rÊt lín là gi¶m xãc cho mÆt®­êng
mÆt® êng do c¸c khe nèi g©y ra.
- Yêucầuđối với vật liệulàmtầngmặt:
+ TÊm BTXM ph¶i cã c­êng c ®é chÞu uèn cao, ®ñ cưêng
êng ®é dùtr÷ ®Ó
chèng l¹i hiÖn t­êng
êng mái, hiÖn tt­îng
îng ph¸ ho¹i côc bé ë gãc tÊm do t¸c dông cña
träng trïng phôc, lùc xung kÝch;
t¶iträng
+ Do xe ch¹y trùc tiÕp trªn bề mặt, nên tÊm BTXM cßn ph¶i cã kh¶ n¨ng
chÞu ®­îc màimßn;
+ Cócườngđộcaovàổnđ nđịnhcườngđộ:
đểtấmBTXMchịuđựngđượctácd
ctácdụngcủabánhxehoạt tải (tảitrọọngthẳngđứng,
nằmngang, tácdụngxungkích)
ngxungkích) và
vàứngsuất nhiệtphát
tphát sinh trong ttấmkhi nhiệt
độthayđổi;
+ BTXMlàmmặtt đườngôtôphải
đư đảmbảo: Ngoàigoài kh khả năng
14
năngchịunénphải cócườngđộchịukéokhiuốncao;
+ Cóđộcứnglớnđểhạnchếđượctácdụng gây bào mòncủa bánh xehoạttải;
+ Cókíchcỡnhỏđểdễtạophẳng, tạorađộnhámcao.
* TÇng mãng
- Kh¸c víi mặt ®­êng mÒm, trong mÆt ®­êng cøng th× b¶n th©n tÊm
BTXM chÞulùc là chñ yÕu.
-MÆt kh¸c, ¸p lùc do t¶i träng b¸nh xe truyÒn xuèng líp mãng rÊt nhá (v×
diÖnph©n bè ¸p lùc d­íi tÊm BTXM rÊt réng) nêntÇng mãng còng nh­ nÒn ®Êt
tham giachÞu lùc kh«ng ®¸ng kÓ, do đócÊu t¹o tÇng mãng mÆt ®­êng cøng sÏ Ýt
líp vËt liÖu h¬n.
- Tầng móng có thể bao gồm 1 đến 2 lớp: lớp móng trên và lớp móng dưới.
- TÇng mãng cña mÆt ®­êng cøng tuy kh«ng tham gia chÞu lùc lín nh­
trong mÆt ®­êng mÒmnh­ng nã cã t¸c dông quan träng ®èi víi sù bÒn v÷ng l©u
dài cña tÊm BTXM ë trªn: NÕu tÇng mãng kh«ng b»ng ph¼ng hoÆc ®Çm nÐn
kh«ng tèt, kh«ng ®Òu, kh«ng ®ñc­êng ®é sÏ x¶y ra tÝch luü biÕn d¹ng d­, lón
kh«ng ®Òu. Lóc này tÊm BTXM sÏ bÞ cËpkªnh, ®iÒu kiÖn làm viÖc b×nh th­êng
cña tÊm kh«ng cßn nªn tÊm BTXM sÏ bÞ ph¸ ho¹i.
ChÝnh v× thÕ, yªu cÇu quan träng nhÊt cña líp mãng mÆt ®­êng cøng là
ph¶i ®¶m b¶o ®iÒukiÖn tiÕp xóc tèt nhÊt gi÷a tÊm bª t«ng và líp mãng trong suèt
qu¸ tr×nh chÞu t¶i. §¸p øngyªu cÇu này, líp mãng mÆt ®­êng cøng th­êng là líp
mãng c¸t gia cè xi m¨ng, cÊp phèi®¸ gia cè xi m¨ng... cã nghÜa là vËt liÖu cã ®é
cøng lín, rÊt Ýt biÕn d¹ng d­ và dÔ t¹oph¼ng.
- Yêucầuđốivớivậtliệutầngmóng:
Ứngsuấtdohoạttảigâyrasaukhitruyềnxuốngtầngmóng đã còn rất
nhỏvìtấmBTXMmặt đườngcóđộcứngrấtlớn. Chínhvì vậy,
tầngmóngcủamặtđườngcứngkhôngyêucầucócườngđộcao.
Mặc dù tầng móng của mặt đườngcứngkhôngyêucầucó
cườngđộcao,songphảiđảmbảo:
+ Cóđộcứngnhấtđịnh, ítbiếndạng;
+ Ổnđịnh nước, kínnước;
+ Dễtạophẳng, đảmbảotấmtiếpxúctốt trên lớpmóng, không phát sinh các
ứng suất cục bộtrong quátrình làm việc sau này;
+ Bề mặt móng ít nhám, masát giữatấmvà móngnhỏ,
tạođiềukiệnchotấmchuyểnvị dễdàngkhico, giãndưới tácdụngcủanhiệt độthay
15
đổiđều, không làm phát sinh nội ứng suất quálớn trong tấm bê tông.
Vì các yêucầutrên mà hiệnnaylớpmóngcát giacốxi măng, cấpphối
đádămgiacốxi măngđượcdùngphổbiếntrong kết cấutầngmóngáođườngcứng.
* Phầntrên nềnđường(lớpđáyáođường)
Phầntrên nềnđường của kết cấu áo đường cứng cũng có cấu tạo và chức
năng tương tự như với kết cấu áo đường mềm.
1.3. Vật liệu và nguyên lý sử dụng vật liệu làm mặt đường
1.3.1. Vật liệu xây dựng
* 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.
-Cèt liÖu:
+ Thưêng là ®Êt, ®¸, cuéi sái, xØ phÕ liÖu c«ng nghiÖp...;
+ BÊt cø cáctÇng, líp nào trong kÕt cÊu mÆt ®ưêng ®Òu ph¶i sử dụngít
nhấtmét loại cốt liệu.
-ChÊt liªn kÕt:
+ Đưîc trén vào cèt liÖu víi mét tû lÖ nhÊt ®Þnh ®Ó tăng cưêng liªn kÕt
giữa c¸c h¹t cèt liÖu, do ®ã làm tăng cưêng ®é cña c¶ hçn hîp vËt liÖu;
+ Tuú theo yªu cÇu còng như ®iÒu kiÖn làm viÖc cña mçi tÇng, líp mà cã
thểkh«ng cÇn vËt liÖu liªn kÕt;
+ ChÊt liªn kÕt thưêng cã 3 lo¹i: chÊt liªn kÕt thiªn nhiªn (®Êt sÐt dÝnh);
chÊt liªn kÕt v« c¬: xi m¨ng, v«i...; chÊt liªn kÕt h÷u c¬: bitum, nhò tư¬ng...;
+ Sù liªn kÕt, biÕn cøng, s¾p xÕp cèt liÖu, chÊt liªn kÕt trong hçn hîp vËt
liÖu t¹o racÊu tróc vËt liÖu.
- Phụ gia:
Là những chất được sử dụng với hàm lượng nhỏ (thường không lớn quá 5%
so với khối lượng chất kết dính), nhằm cải thiện một số tính chất của hỗn hợp
vật liệu trong và sau khi thi công.
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.
* CÊu tróc vËt liÖu làm mÆt ®ưêng
Các loại vật liệu làm đường sau khithi côngxongsẽ hìnhthànhcấutrúc
16
cócườngđộ. Vậtliệumặtđườngcó3 loạicấutrúcchñ yÕu:cấutrúckeotụ (đôngtụ),
cấutrúctiếpxúcvàcấutrúckếttinh.
- CÊu tróc keo tô (®«ng tô):
Các hạtkhoángtiếpxúcvớinhauthôngquamộtmàngmỏngchất
lỏngbaobọcxung quanhhạt(màngnhựahoặc nước).
Khi c¸c h¹t cøng ®ưîc bao bäc b»ng c¸c màng mángchÊt láng (như h¹t
®Êt cã c¸c màng nưíc bao bäc, c¸c h¹t kho¸ng chÊt cã nhùa bao bäc...), cưêng
®é cña mét líp cã cÊu tróc keo tô phô thuéc chñ yÕu vào thành phÇn, lo¹i
màngchÊt láng, sè lưîng và chÊt lưîng cña nã;đång thêi còng phô thuéc vào
cưêng ®é cña c¸ch¹t cøng còng như sù tiÕp xóc bÒ mÆt gi÷a c¸c h¹t.
§Æc ®iÓm cña cÊu tróc keo tô:
+ Cưêng ®é thÊp nhÊt;
+ TÝnh xóc biÕn ®¹t tèi ®avàkh«i phôc l¹i hoàn toàn sau khi ph¸ ho¹i;
+ TÝnh dÎo và kh¶ n¨ng tõ biÕn râ rÖt nhÊt;
+ TÝnh ®àn håi cao mÆc dï tõng h¹t kho¸ng pha r¾n cã tÝnh cøng và dßn.
- CÊu tróc kÕt tinh:
Cáchạtkhoángđượcbaobọcbởi mộtmàngchấtliên kếtbiếncứng.Khi c¸c h¹t
cøng ®ưîc bao bäc b»ng c¸c màng chÊt liªn kÕt biÕncøng (như bª t«ng xi m¨ng).
Cưêng ®é cña lo¹i kÕt cÊu này còng phô thuéc sè lưîngvàchÊtlưîng chÊt liªn kÕt,
cưêng ®é vËt liÖu kho¸ng chÊt và diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a c¸c h¹t.
§Æc®iÓmcủa cấu trúc kết tinh: vật liệu có cường ®é cao và ổn định nước.
- CÊu tróc tiÕp xóc:
+ Cáchạtvậtliệu(hạtkhoáng) tiếp xúc trực tiếp với nhaukhôngthông
quamột màngchất lỏngtrunggiannào;
+ C¸c h¹t cøng tiÕp xóc trùc tiÕp kh«ng cã c¸c màng liªn kÕt ng¨nc¸ch.
Cưêng ®é cña lo¹i cÊu tróc này phô thuéc vào t¸c dông gi÷a c¸c lùc ph©n tö ë bÒ
mÆttiÕp xóc cña c¸c h¹t và còng phô thuéc diÖn tiÕp xóc gi÷a c¸c h¹t (ma s¸t);
+ CÊu tróc tiÕp xóc trong ®Êt h×nh thành dÇn dÇn tõ cÊu tróc keo tô khi cÊu
tróc keo tô®ưîc tho¸t nưíc th«ng qua qu¸ tr×nh ®Çm nÐn.
Yªu cÇu ph¶i sö dông c¸c lo¹i vËt liÖu như thÕ nào, cô thÓ ph¶i quyÕt ®Þnh
yªu cÇu®èi víi mçi thành phÇn vËt liÖu, tØ lÖ phèi hîp gi÷a c¸c thành phÇn ra sao
®Ó t¹o nªn méthçn hîp vËt liÖu mà sau khi hoàn thành c¸c kh©u thi c«ng cÇn
thiÕt cã thÓ ®¹t ®ưîc mét cÊutróc cã cưêng ®é nhÊt ®Þnh, ®¸p øng ®ưîc c¸c yªu
cÇu phï hîp víi chøc n¨ng cña mçi tÇnglíp mÆt ®ưêng.
1.3.2. Các nguyên lý sử dụng vật liệulàm mặt đường
Mçi phư¬ng ph¸p x©y dùng mÆt ®ưêng ph¶i dùa trªn mét nguyªn lý sö
17
dông vËt liÖunhÊt ®Þnh và tr×nh tù thi c«ng nhÊt ®Þnh. Mçi nguyªn lý sö dông vËt
liÖu kh¸c nhau sÏquyÕt ®Þnh yªu cÇu ®èi víi mçi thành phÇn vËt liÖu vÒ sè lưîng
và chÊt lưîng, ®ång thêicòng quyÕt ®Þnh c¸c biÖn ph¸p và kü thuËt thi c«ng cÇn
thiÕt. Ngưîc l¹i, nÕu cã s½n nh÷ngthø vËt liÖu nào ®ã th× nªn theo mét nguyªn lý
cÊu t¹o tư¬ng øng. Như vËy, míi ®¶m b¶o cãthÓ t¹o nªn mét tÇng líp cã lîi nhÊt
vÒ cưêng ®é và ®é æn ®Þnh cưêng ®é trong thời gian sử dụng.
Cho ®Õn nay, c¸c phư¬ng ph¸p x©y dùng mÆt ®ưêng ®Òu dùa vào mét
trong 4nguyªn lý sö dông vËt liÖu sau:
1) Nguyªn lý ®¸ chÌn ®¸ (nguyªn lý Macadam)
- Cèt liÖu là ®¸dăm, cuéi sái cøngcó mặt vỡ, sÇn sïi, s¾c c¹nh, kÝch cì
tư¬ng ®èi ®ång ®Òu ®em r¶ithànhtõng líp råi lu lÌn chÆt cho c¸c hßn ®¸ chÌn
mãcvàonhau.Cưêng ®é h×nh thành do sù chÌn mãc, ma s¸t gi÷a c¸c hßn ®¸ víi
nhau t¹o ra métkÕt cÊu cưêng ®é nhÊt ®Þnh, cã kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng
th¼ng ®øng còng như kh¶n¨ng chèng bong bËt bÒ mÆt do ¶nh hưëng cña lùc
ngang. Hình ảnh mô tả nguyên lý đá chèn đá được thể hiện ở hình 1.4.
H×nh 1.4. Mô hình vËt liÖu theo nguyªn lý ®¸ chÌn ®¸
- Loại mặt đường sử dụng nguyên lý này có kết cấu hở, độ rỗng còn dư
lớn, độ nhám nhỏ, chịu lực ngang kém nên thường phải cấu tạo thêm lớp bảo vệ,
chống bong bật, tạo ma sát nếu dùng làm lớp mặt.MÆt ®ưêng lo¹i này bao gåm:
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, 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.
18
- ¦u ®iÓm: Mặt đường xây dựng theo nguyên lý đá chèn đá có các ưu
điểm cơ bản là: công nghÖ thi c«ng ®¬n gi¶n, cèt liÖu yªu cÇu Ýt kÝch cì, do ®ã
dÔ khèngchÕ, kiÓm tra chÊt lưîng khi thi c«ng.
- Nhưîc ®iÓm:Mặt đường xây dựng theo nguyên lý đá chèn đá có một số
nhược điểm như sau:
+ Cưêng ®é líp vËt liÖu làm mÆt ®ưêng h×nh thành do lùc ma s¸t, chÌn
mãc gi÷a c¸ch¹t cèt liÖu, do vËy rÊt tèn c«ng lu lÌn. Khi c«ng lu kh«ng ®ñ th× sù
chÌn mãc gi÷a c¸c h¹tcèt liÖu sÏ kÐm làm chÊt lưîng mÆt ®ưêng kh«ng ®ưîc
®¶m b¶o như ®¸ dÔ bÞ bong bËt...;
+ Cưêng ®é cña líp mÆt ®ưêng sÏ kh«ng cßn khi h¹t cèt liÖu bÞ vì vôn,
nªn yªu cÇu®¸ làm mÆt ®ưêng ph¶i cã cưêng ®é rÊt cao;
+ Trong qu¸ tr×nh sö dông, dưíi t¸c dông cña lùc b¸nh xe, ®¸ sÏ bÞ trßn
c¹nh làmcho c¬ cÊu chÌn mãc, ma s¸t kh«ng cßn n÷a nªn ®¸ bÞ bong bËt dưíi t¸c
dông cña lùcngang, g©y ph¸ háng mÆt ®ưêng. §Ó kh¾c phôc nhưîc ®iÓm này, ta
cã thÓ dïng thªm vËtliÖu liªn kÕt dưíi h×nh thøc tưíi hoÆc trén vËt liÖu liªn kÕt
(®Êt dÝnh nhào thành bïn, bitum, v÷a xi m¨ng láng...) vào cèt liÖu ®Ó t¨ng cưêng
søc chèng trưît cho cáclớp kết cấu mÆt ®ưêng.
2) Nguyªn lý xÕp l¸t
- Dïng vËt liÖu ®· ®óc s½n hay gia c«ng s½n như: c¸c hßn ®¸, phiÕn ®¸,
tÊm bª t«ng ®ócs½n, g¹ch block... ®em xÕp l¹i thành lớp. Hình ảnh mô tả nguyên
lý xếp lát được thể hiện ở hình 1.5.
- Cốt liệu chính là các tấm lát được gia công hoặc chế tạo có kích cỡ đồng
đều, được lát xếp trên một lớp mỏng bằng phẳng, đủ cường độ; khe hở giữa các
tấm lát có thể dùng vữa xi măng, các loại keo, mastic để trám trít, miết mạch.
- Cưêng ®é líp mÆt ®ưêng này cã ®ưîc nhờ cường độ của bản thân tấm lát,
sù chÌn khÝt, lùc ma s¸t gi÷ac¸c tÊm, phiÕn vËt liÖu và søc chÞu t¶i cña líp mãng
hay nÒn ®Êt phÝa dưíi.
19