Kỹ thuật hạ tầng giao thông - Chương 5: Công trình nền mặt đường

11 CHƯƠNG 5. CÔNG TRÌNH NỀN MẶT ĐƯỜNG 5.1 Khái niệm công trình nền đường và các yêu cầu đối với nền đường Nền đường ô tô là một công trình bằng đất có tác dụng: - Khắc phục địa hình thiên nhiên nhằm tạo nên một dải đủ rộng dọc theo tuyến đường có các tiêu chuẩn về bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đáp ứng được điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận, kinh tế. - Làm cơ sở cho áo đường: Lớp phía trên của nền đường cùng với áo đường chịu đựng tác dụng của xe do đó có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và tình trạng khai thác của cả kết cấu áo đường 2 Các yêu cầu đối với nền đường a/ Nền đường phải đảm bảo luôn luôn ổn định toàn khối: nghĩa là kích thước hình học và hình dạng của nền đường trong mỗi hoàn cảnh không bị phá hoại hoặc biến dạng gây bất lợi cho việc thông xe. b/ Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ nhất định: tức là đủ độ bền khi chịu cắt trượt và không bị biến dạng quá nhiều (hay không được tích luỹ biến dạng) dưới tác dụng của áp lực bánh xe chạy qua. Nếu không đảm bảo yêu cầu này thì kết cấu áo đường sẽ bị phá hoại. c/ Nền đường phải được đảm bảo ổn định về cường độ: nghĩa là cường độ nền đường không được thay đổi theo thời gian, theo khí hậu, thời tiết một cách bất lợi. 3 5.2 Các dạng nền đuờng (1/5) Nền đường đắp thấp : Chiều cao đắp H < 6m. Độ dốc ta luy tuỳ thuộc loại vật liệu đắp, thường là 1:1.5 Nền đường đắp cao và đắp trên nền đất yếu : Chiều cao đắp H > 6m. Độ dốc ta luy tuỳ thuộc loại vật liệu đắp, phần dưới độ dốc cấu tạo thoải hơn, phần trên đắp thông thường. Giữa phần dưới và phần trên có thể có bậc rộng 1-2m. 24 5.2 Các dạng nền đuờng (2/5) Nền đường nửa đào, nửa đắp : Độ dốc ta luy đào, đắp thường khác nhau. Chân taluy dương có bố trí rãnh thoát nước dọc. Nền đường đào chữ L : Chân taluy dương có bố trí rãnh thoát nước dọc. Độ dốc taluy dương tuỳ thuộc loại vật liệu nền đào. 5 5.2 Các dạng nền đuờng (3/5) Nền đường đào chữ U : Chân taluy dương có bố trí rãnh thoát nước dọc. Độ dốc taluy dương tuỳ thuộc loại vật liệu nền đào. Nền đường kết hợp với tường chắn (kè chân) Thường là nền đường đắp trên sườn có độ dốc khá lớn. 6 5.2 Các dạng nền đuờng (4/5) Nền đường kết hợp với kè đá vai đường : Thường là nền đường trong thành phố với mục đích tiết kiệm diện tích chiếm dụng. Kè đá được xây sát mép mặt đường . Nền đường kết hợp với tường chắn chống sụt taluy dương. Thường là nền đường đào có độ dốc taluy dương lớn, kém ổn định. 37 5.2 Các dạng nền đuờng (5/5) Nền đường kết hợp với tường chắn có móng cọc sâu chống trượt sâu taluy dương. Thường là nền đường đào có độ dốc taluy dương lớn, kém ổn định, dễ bị trượt sâu. Đường hầm 8 5.3 Thiết kế mái đường đào Bảng 24 TCVN 4054 - 2005 9 5.4 Thiết kế mái đường đắp Bảng 25 TCVN 4054 - 2005 410 5.5 Xây dựng nền đường trên nền đất yếu 5.5.1 Khái niệm về đất yếu Đất yếu là các loại đất có: + Sức chịu tải nhỏ (khoảng 0,5 – 1,0 daN/cm2) + Có tính nén lún lớn + Hầu như bão hòa nước + Có hệ số rỗng lớn (e>1) + Môđun biến dạng thấp (thường Eo = 50 daN/cm2) + Lực chống cắt nhỏ Đất yếu là các vật liệu mới hình thành (từ 10.000 đến 15.000 năm tuổi) Có thể chia làm 3 loại: + Đất sét hoặc đất á sét bụi mềm, có hoặc không có chất hữu cơ; + Than bùn; + Các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn. 11 5.5.2 Các dạng phá hoại nền đường đắp trên nền đất yếu Sơ đồ độ lún và chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên 12 5.5.2 Các dạng phá hoại nền đường đắp trên nền đất yếu Phá hoại do trượt sâu ở nền đắp thực nghiệm gần Bordeaux (Pháp) 513 Hai kiểu phá hoại xảy ra sau khi đào đắp đất a) Tôn cao nền đắp; b) Đào ở chân taluy nền đắp 14 Các phá hoại dạng đường cong tròn a) Có đường nứt do kéo trong nền đắp; b) Không có đường nứt kéo trong nền đắp 15 Khi xây dựng nền đường trên đất yếu thì phải tính toán đảm bảo ổn định cho nền đường trong suốt qúa trình khai thác con đường. Nếu không đảm bảo thì cần có các biện pháp xử lý thích hợp khi xây dựng. 5.5.3 Các biện pháp xây dựng trên nền đất yếu 616 Trên thực tế có thể chia ra ba nhóm biện pháp xử lý như sau : Nhóm 1: Thay đổi sửa chữa đồ án thiết kế như: + Giảm chiều cao nền đắp. + Thay đổi vị trí tuyến tới chỗ khác. + Dùng vật liệu nhẹ để đắp nền đường như xỉ, tro công nghiệp... 5.5.3 Các biện pháp xây dựng trên nền đất yếu 17 Nhóm 2: Các biện pháp liên quan tới: + Bố trí thời gian: xây dựng theo giai đoạn + Các giải pháp về vật liệu (làm bệ phản áp, đắp bằng vật liệu nhẹ, đào bỏ một phần hay toàn bộ lớp đất yếu...), + Gia tải tạm thời 5.5.3 Các biện pháp xây dựng trên nền đất yếu Xây dựng nền đường theo giai đoạn 18 Nhóm 3: Các biện pháp xử lý chính bản thân nền đất yếu nhằm cải thiện các tính chất của đất: 5.5.3 Các biện pháp xây dựng trên nền đất yếu c1. Dùng cọc cát , giếng cát. 719 Thi công cọc cát c1. Dùng cọc cát , giếng cát (tiếp) Các bước làm cọc cát bằng phương pháp nổ mòn 20 c1. Dùng cọc cát , giếng cát (tiếp) Khoan các lỗ bằng phương pháp xói nước Tạo lỗ cọc cát bằng phương pháp đóng ống thép a) Thiết bị tạo lỗ; b) Sơ đồ mũi ống thép 21 Quá trình thi công cọc cát 822Quá trình thi công cọc cát (tiếp) 23 5.5.3 Các biện pháp xây dựng trên nền đất yếu (5/6) c2. Sử dụng bấc thấm. Cấu tạo bấc thấm Thi công cắm bấc thấm 24 c2. Sử dụng bấc thấm (tiếp) Thi công bấc thấm a) Thiết bị cắm bấc thấm; b) Ống lồng bấc thấm 925 c2. Sử dụng bấc thấm (tiếp) Mạng lưới các đường thấm a) Đường thấm thẳng đứng; b) Rãnh thấm 26 Quá trình thi công cột ba lát 1. Khoan lỗ bằng chấn động và xói nước 2. Cho vật liệu rời vào đầm bằng đầm chấn động, kết hợp kéo đầu đầm lên 3. Cột ba lát đã làm xong c3. Cọc balát, cọc đất đá gia cố vôi 27 c3. Cọc balát, cọc đất đá gia cố vôi (tiếp) Máy thi công cọc đất gia cố vôi (xi măng) LPS3 a) Sơ đồ; b) Mũi khoan; c) Dạng chung 10 28 5.5.3 Các biện pháp xây dựng trên nền đất yếu c4. Nền cọc Nền đắp trên cọc a) Cọc độc lập b) Cọc có liên kết bằng tấm bê tông cốt thép 29 5.5.2 Các biện pháp xây dựng trên nền đất yếu c4. Nền cọc (tiếp) 30 5.6. Khái niệm mặt đường Mặt đường là phần xe chạy được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp vật liệu có độ cứng và cường độ cao hơn so với đất nền đường đảm bảo chịu được tác động của tải trọng xe và các yếu tố thiên nhiên. 11 31 Mặt đường có kết cấu đồng đều trên toàn mặt cắt ngang Mặt đường có kết cấu không đồng đều trên toàn mặt cắt ngang Mặt đường cấp cao (có dải phân cách) 32 Mặt đường phải đủ cường độ và độ ổn định trong suốt thời kỳ khai thác, nghĩa là mặt đường phải chịu được tải trọng xe và các yếu tố thiên nhiên , cường độ ít bị thay đổi theo mùa trong năm và trong suốt thời kỳ khai thác. Mặt đường phải có đủ độ bằng phẳng để đảm bảo cho xe chạy với vận tốc thiết kế . Độ bằng phẳng phụ thuộc vào chất lượng của các loại vật liệu xây dựng lớp mặt và phương pháp thi công. Mặt đường phải có đủ độ bám đảm bảo cho xe chạy an toàn. Mặt đường không bụi để đảm bảo vệ sinh môi trường và bảo đảm sức khoẻ cho người và gia súc ven đường. 5.7. Các yêu cầu cơ bản đối với mặt đường 33 5.8.1. Phân loại mặt đường theo tính chất sử dụng Theo quy trình thiết kế mặt đường 22TCN 211-93 phân ra mặt đường: 5.8. Phân loại mặt đường 12 34 5.8.2. Phân loại theo phương pháp thiết kế -Mặt đường mềm: là loại mặt đường chịu nén là chủ yếu và đánh giá cường độ của mặt đường thông qua độ lún dưới tác dụng của tải trọng. Nó bao gồm tất cả các loại mặt đường trừ mặt đường bêtông ximăng. (mặt đường làm bằng hỗn hợp đá nhựa, bằng sỏi đá, đất hoặc đá , đất gia cố chất liên kết ) 35 5.8.2. Phân loại theo phương pháp thiết kế - Mặt đường cứng: là kết cấu mặt đường có lớp mặt hoặc lớp móng làm bằng bêtông ximăng Mặt đường cứng được thiết kế dựa theo lý thuyết “tấm trên nền đàn hồi” đồng thời có xét tới sự thay đổi của nhiệt độ và của các nhân tố khác gây ra với tấm bêtông. 36 5.9. Ví dụ một số loại mặt đường thường gặp 1. Mặt đường cấp phối : đồi, suối, nghiền. 13 37 2. Mặt đường đá dăm (Macadam) 38 3. Mặt đường nhựa: mặt đường bêtông nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa. Mặt đường bê tông nhựa rải nóng 39 Mặt đường bê tông nhựa 3. Mặt đường nhựa: mặt đường bêtông nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa. 14 40 Mặt đường asphan rải nóng ít đá găm 3. Mặt đường nhựa: mặt đường bêtông nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa. 41 Mặt đường asphan rải nóng nhiều đá găm 3. Mặt đường nhựa: mặt đường bêtông nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa. 42 Đá nhựa thấm ướt 3. Mặt đường nhựa: mặt đường bêtông nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa. 15 43 Lớp mặt đá nhựa đặc kín – Cỡ hạt 10 mm 3. Mặt đường nhựa: mặt đường bêtông nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa. 44 4. Mặt đường bêtông ximăng Thi công mặt đường BTXM nông thôn 45 Thi công mặt đường bêtông ximăng bằng máy hiện đại 4. Mặt đường bêtông ximăng 16 46Sơ đồ trạm trộn 5.10. Giới thiệu một số loại máy thi công mặt đường 47 Sơ đồ trộn, rải lớp vữa nhựa 48 Sơ đồ trộn, rải lớp vữa nhựa (tiếp) 17 49 Toàn cảnh rải và đầm nén lớp mặt bằng bê tông asphan rải nóng 50 Lu bánh lốp 51 Lu bánh thép bọc cao su 18 52 Lu chấn động hiện đại 53 Lu chấn động hiện đại 54 Lu tĩnh thông thường 19 55Máy rải hiện đại 56 Máy vận chuyển bitum hiện đại 57Xe tưới nhựa hiện đại đang thi công lớp láng mặt