Báo cáo khoa học: "ph-ơng pháp thiết kế nâng cấp mặt đ-ờng bêtông xi măng" pptx

phơng pháp thiết kế nâng cấp mặt
đờng bêtông xi măng



pgs. ts Phạm huy khang
Bộ môn Đờng bộ - ĐH GTVT
Tóm tắt: Bi báo trình by một số giải pháp v phơng pháp tính toán gia cờng mặt
đờng bê tông xi măng khi thiết kế cải tạo nâng cấp các loại mặt đờng bê tông cũ.
Summary: The article presents some solutions and caculating methods to enforce
concrete pavement when designing to improving and upgrading concrete pavements which are
in use.

I. Đặt vấn đề
Cho đến nay chúng ta đã có nhiều đoạn
tuyến đờng (trên các QL), nhiều hệ thống
đờng trong các thành phố, thị xã, thôn xóm
có mặt bằng BTXM. Vì nhiều lý do khác nhau,
cho đến nay ngời ta đã bắt đầu nghiên cứu
cải tạo, nâng cấp lại loại mặt đờng này. Bài
báo đề cập đến các phơng pháp thiết kế cải
tạo và nâng cấp các loại mặt đờng bê tông xi
măng cũ, những cơ sở lý thuyết và thực tiễn,
giúp cho những ngời làm công tác này có
những căn cứ và dữ liệu cần thiết, đồng thời
trực tiếp giúp đỡ cho công tác thiết kế cải tạo
nâng cấp loại mặt đờng này.
II. Thực trạng loại mặt đờng BTXM
ở nớc ta hiện nay
Mặt đờng bê tông xi măng (BTXM) với
những u điểm nổi bật về cờng độ (chịu nén,

chịu kéo cao), về tuổi thọ và khả năng ổn định
với nớc, về duy tu bảo dỡng thuận lợi, nên
đã trở nên phổ biến ở một số nớc phát triển.
Hầu hết các đờng cao tốc của các nớc phát
triển hoặc đang phát triển trên thế giới đều
bằng BTXM.
Do điều kiện chiến tranh, và do nền kinh
tế gặp nhiều khó khăn, mặt đờng BTXM ở
nớc ta còn có nhiều hạn chế cha phát triển.
Những đoạn đờng đầu tiên bằng bê
tông xi măng (BTXM) ở nớc ta là vào những
năm 1964 - 1965 ở miền Nam, đó là xa lộ Sài
gòn Biên hoà gần 30 km bằng BTXM lắp
ghép do Mỹ xây dựng, nhằm vào mục đích
phục vụ cho cuộc chiến tranh xâm lợc của
Mỹ ở miền nam nớc ta.
Còn ở miền Bắc đoạn đờng đầu tiên và
cũng là đoạn đờng BTXM cốt thép hiện đại -
đẹp nhất nớc ta hiện nay chính là đờng
Hùng Vơng trớc lăng Hồ Chủ Tịch, đây là
đoạn đờng đợc xây dựng vào năm 1975 do
Liên xô giúp đỡ. Đây là đoạn đờng phục vụ
cho các cuộc duyệt binh vào ngày lễ lớn của
dân tộc.
Một thời gian dài khoảng 10 năm, do
những khó khăn về kinh tế, đờng giao thông
nói chung và mặt đờng BTXM nói riêng gần
nh không đợc phát triển.
Trong những năm gần đây, nền kinh tế
nớc ta phát triển mạnh, cơ sở hạ tầng đợc

đảng và nhà nớc chú trọng, u tiên phát
triển. Cùng với việc phát triển các loại mặt

đờng thông dụng khác, mặt đờng bê tông xi
măng cũng đợc hết sức chú trọng.
Vào cuối thập niên 80 của thế kỷ trớc,
trên một số tuyến QL đã sử dụng BTXM làm
mặt đờng (QL3 đoạn Thái nguyên Bắc cạn
khoảng 40 km) QL4 (đoạn Đầm Hà Tiên Yên
khoảng 10 km), QL 37 đoạn qua Nghĩa Lộ
(Yên Bái) khoảng 20 km.
Một số thành phố lớn nh Hà nội, Thành
phố Hồ Chí Minh, Thành phố Yên bái, Tuyên
quang cũng đã xây dựng một số tuyến đờng
có mặt bằng BTXM.
Cuối thế kỷ trớc (khoảng nửa cuối thập
niên 90) thực hiện chủ trơng kích cầu của
Chính phủ, phong trào bê tông hoá đờng
giao thông nông thôn đã phát triển mạnh.
Nhiều tỉnh đã có các huyện, xã hoàn
thành công tác bê tông hoá hệ thống đờng
trong các thôn, các đờng liên xã - điển hình
là các tỉnh Thái bình, Hà nam, một số huyện
của tỉnh Nam định, Ninh bình. Một số tỉnh
miền núi nh Lai châu, Yên bái, Tuyên quang
cũng đã có hệ thống đờng có mặt bằng
BTXM tơng đối lớn.
Hiện nay chúng ta đang tiến hành xây
dựng khoảng gần 500km đờng BTXM trên
QL1 (khoảng 100 km trên những đoạn ngập

lụt) và trên đờng Hồ Chí Minh khoảng 400
km (những đoạn đèo dốc). Những công trình
nay đang đợc tiến hành và đã có một số km
đã đợc xây dựng.
Theo thống kê của Cục đờng bộ Việt
nam, cho đến nay hệ thống đờng có mặt
bằng BTXM ở nớc ta (quy đổi) mới chiếm
khoảng 2,5% số đờng quốc lộ trên toàn
quốc. Nh vậy so với thế giới, tỷ lệ này còn
quá thấp, chúng ta phải phấn đấu nhiều mới
bằng các nớc trong khu vực.
Những vấn đề đặt ra:
Về mặt lý thuyết tuổi thọ của mặt đờng
BTXM nếu đảm bảo tốt khâu thiết kế và thi
công sẽ khoảng 30 - 40 năm. Hệ thống đờng
BTXM chúng ta hiện nay nhiều đoạn mới khai
thác khoảng 10 - 15 năm nhng đã xuống cấp
nghiêm trọng (đặc biệt là những đoạn đờng
do địa phơng tự xây dựng, nguyên nhân chủ
yếu nh sau:
+ Vấn đề về thiết kế, cho đến tận 1995
chúng ta mới chính thức ban hành đợc quy
trình thiết kế mặt đờng cứng. Trớc đó chúng
ta phải dựa vào các quy trình nớc ngoài mà
chủ yếu là của Liên xô, Trung quốc. Ngoài ra
do điều kiện kinh tế khó khăn, việc lựa chọn
kết cấu còn bị hạn chế, phải bỏ qua nhiều yếu
tố quan trọng trong kết cấu.
+ Vấn đề thứ hai là trình độ và số lợng
cán bộ kỹ thuật hoặc công nhân kỹ thuật về

loại mặt đờng này còn hạn chế về trình độ và
ít kinh nghiệm.
+ Thiết bị thi công và chất lợng thi công
rất kém. Nhiều đoạn đờng thi công bằng thủ
công, hoặc thi công bán thủ công với chất
lợng không đảm bảo.
Những hiện tợng h hỏng
1. Mặt đờng BTXM bị vỡ tấm ở giữa
hoặc góc cạnh. Hiện tợng này có thể xảy ra
nh hiện tợng vỡ thành nhiều mảnh hoặc
gẫy đôi tấm.
Nguyên nhân là do tải trọng vợt tải và
móng của tấm BTXM không đảm bảo, không
đồng nhất dẫn đến hiện tợng phát sinh ứng
suất cục bộ gây vỡ tấm. Một nguyên nhân nữa
cũng có thể dẫn đến hiện tợng này là do chiều
dày tấm và kích thớc của tấm không đúng.
2. Xảy ra hiện tợng cập kênh giữa hai
tấm. Nguyên nhân là do không có thanh
truyền lực, hoặc thanh truyền lực không đúng,
chất lợng thi công mối nối kém. Hiện tợng
này ảnh hởng nghiêm trọng đến chất lợng
chạy xe.
3. Bề mặt tấm bị trơ đá do hiện tợng
mòn bề mặt làm ảnh hởng xấu, gây xóc khi
chạy xe.

Nguyên nhân là do cờng độ tấm bê tông
thấp, dẫn đến hiện tợng mòn nh trên.
Vì những nguyên nhân trên, nhiều đoạn

đờng mặt bằng BTXM cần phải đợc nâng
cấp nhằm đảm bảo độ bằng phẳng, êm thuận
cho xe chạy.
III. Giải pháp thiết kế nâng cấp
mặt đờng BTXM
Với những phân tích ở trên, chúng ta thấy
rằng có thể, tuỳ theo nguyên nhân và các hiện
tợng h hỏng để đề ra các giải pháp khác
nhau.
Có thể nêu ra các giải pháp sau:
1. Với những tấm bê tông cũ bị vỡ nát, để
đảm bảo tính đồng nhất cho móng khi thiết kế
mới, giải pháp trong trờng hợp này là loại bỏ
phần bê tông mặt đờng cũ, chỉ tận dụng
móng cũ còn lại nếu:
+ Móng cũ là đá dăm các loại.
+ Móng cũ là vật liệu rời (cát, cuội sỏi).
+ Móng cũ là vật liệu gia cố chất liên kết
vô cơ còn tốt.
2. Với những loại mặt đờng bê tông bị
vỡ thành miếng lớn, hoặc một tấm bị gẫy làm
hai hoặc 3 tấm, bị gẫy góc. Ngời ta có thể
tận dụng mặt bê tông để thiết kế thêm lớp mặt
tăng cờng. Trong trờng hợp này bê tông trở
thành bê tông hai lớp.
3. Với loại mặt đờng bê tông xi măng cũ
chỉ trơ đá bề mặt, hoặc bị mòn nhanh dẫn đến
trơn trợt mặt đờng. Trờng hợp này chỉ nên
xử lý lại bề mặt bằng nhựa (BTN hoặc láng
nhựa).

4. Với trờng hợp khe giữa các tấm bị
vênh nhau (cập kênh) nhng không vỡ tấm,
có thể bị mòn mép tấm tại khe nối Chúng ta
có thể xử lý bằng cách xử lý làm sạch, gia
cờng lại mép và đổ lớp mắt tít mới tạo độ
bằng phẳng và êm thuận.
Phơng pháp tính toán với trờng hợp 2:
Khi tấm bị vỡ thành một số tấm nhỏ,
hoặc tấm không bị vỡ nhng muốn tăng
cờng để nâng cao tải trọng. Chúng ta có thể
quy về bài toán sau:






Sơ đồ phân bố ứng suất của tấm hai lớp cách ly.
Các giả thuyết:
Giữa tấm bê tông cũ và mới có tiếp xúc
trơn. Các tấm mỏng riêng rẽ có mặt trung hoà
riêng, độ võng của tấm trên và dới giống
nhau, tổng mô men uốn của tấm hai lớp thu
nhận là tổng mô men mối lớp thu nhận.
Khi
1
=
2
= và từ phơng trình chuyển
vị khi phân tích ứng suất do tải bánh xe gây

ra, ta có thể tìm đợc độ cứng khi uốn D
3
của
tấm hai lớp cách ly là tổng độ cứng của lớp
trên và lớp dới D
1
và D
2

D
3
= D
1
+ D
2
=
()
2
3
22
3
11
112
hEhE

+
(1)
Mô men uốn M
1
và M

2
của lớp dới và lớp
trên của tấm hai lớp cách ly có thể tính theo
công theo công thức sau:
M
1
=
3
1
D
D
M =
3
22
3
11
3
11
hEhE
hE
+
M
M
2
=
3
2
D
D
M =

3
22
3
11
3
12
hEhE
hE
+
M
Từ công thức tính ứng suất của tấm:
=
2
h
M6
(3)
p
h
2
, E
2
,

2


2

H
1

, E
1
,

1


1

(2)

Ta có thể tìm đợc ứng suất ở đáy tấm
của mỗi lớp:

1
=
2
1
1
h
M6
;

2
=
2
2
1
h
M6

Với trờng hợp 3 có thể có hai trờng hợp
xảy ra:
- Trờng hợp 1: Khi bị hạn chế về kinh
phí, chúng ta chỉ cần láng nhựa lên trên tấm bê
tông cũ, lợng nhựa láng có thể 2 - 3 lớp với
lợng nhựa 3,5 kg/m
2
. Đá nên dùng đá dăm
kích cỡ 0,5x1.
- Trờng hợp 2: Khi có điều kiện và để
đảm bảo êm thuận và giải quyết vấn đề tăng
cờng khả năng chịu lực. Chúng ta có thể rải
hai lớp bê tông nhựa với tổng chiều dày không
nhỏ hơn 12 cm để chống nứt lan truyền
(thờng là 7 cm bê tông nhựa hạt tho và 5 cm
bê tông nhựa hạt mịn).
Ngoài ra còn có 1 giải pháp tích cực hơn
nếu ta rải tăng cờng lên trên khoảng 10 - 12
cm cấp phối đá dăm loại 1, sau đó thảm
khoảng 5 cm bê tông nhựa hạt trung hoặc hạt
mịn lên trên.
III. Kết luận
Mặt đờng bằng vật liệu bê tông xi măng
là loại vật liệu có độ cứng lớn, đòi hỏi khi thiết
kế và thi công cần cẩn trọng. Hiện nay, nhiều
nhà thiết kế đang gặp nhiều khó khăn khi thiết
kế cải tạo nâng cáp loại mặt đờng này. Với
các kiến nghị một số giải pháp, tác giả mong
muốn rằng các giải pháp nêu trên sẽ giúp các

nhà thiết kế có hớng đi đúng, đồng thời cũng
mong nhận đợc sự góp ý cùng tác giả.
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Quang Chiêu. Thiết kế mặt đờng bê
tông xi măng. Nhà xuất bản GTVT, 1995.
[2] Lục Đỉnh Trung - Trịnh Gia Cầu. Công trình nền
- mặt đờng ôtô, Tập II - Đại học Đồng Tế Trung
quốc.
[3] Nguyễn Quang Chiêu, Phạm Huy Khang. Xây
dựng mặt đờng ôtô. Nhà xuất bản GTVT,
1998
Ă