Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật NGHIÊN cứu PHƯƠNG PHÁP THIẾT kế mặt ĐƯỜNG BTXM cốt THÉP LIÊN tục TRONG mặt ĐƯỜNG CỨNG sân BAY ở VIỆT NAM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.86 MB, 103 trang )
I.1
Bộ giáo dục và đào tạo
Tr-ờng đại học giao thôngvận tải
------------o0o------------
Học viên cao học
trần trung hiếu
luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Đề tài: Nghiên cứu ph-ơng pháp thiết kế mặt đ-ờng BTXM
cốt thép liên tục trong MặT Đ-ờng cứng sân bay ở Việt
Nam
Ngành : Xây dựng công trình giao thông
Chuyên ngành : Xây dựng đ-ờng ôtô và Thành phố
MÃ số : 60.58.30
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.2
Hà Nội, tháng 3 năm 2012
Bộ giáo dục và đào tạo
Tr-ờng đại học giao thôngvận tải
------------o0o------------
luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Đề tài: Nghiên cứu ph-ơng pháp thiết kế mặt đ-ờng BTXM
cốt thép liên tục trong MặT Đ-ờng cứng sân bay ở Việt
Nam
Ngành : Xây dựng công trình giao thông
Chuyên ngành : Xây dựng đ-ờng ôtô và Thành phố
MÃ số : 60.58.30
Giáo viên h-ớng dẫn
GS.TS. Phạm Huy Khang
Học viên cao học
Trần Trung Hiếu
Hà Nội, tháng 3 năm 2012
Nghiờn cu Phng phỏp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.3
MỤC LỤC
Chương I. Tổng quan về xây dựng mặt đường BTXM và BTXM cốt
thép liên tục trên thế giới
I. Tình hình phát triển mặt đường BTXM trên thế gíới
II. Ưu nhược điểm chung của mặt đường BTXM và BTXM cốt
thép liên tục
III. Phát triển mặt đường BTXM ở Việt Nam
IV. Kết luận và đề xuất
Chương II. Những tiêu chuẩn thiết kế mặt đường BTXM cốt thép
liên tục trên thế giới
II.1. Thiết kế mặt đường BTXM CTLT theo Quy trình JTJ-012-94
của Trung Quốc
II.2. Thiết kế mặt đường BTXM CTLT theo tiêu chuẩn Úc
II.3. Thiết kế mặt đường BTXM CTLT theo tiêu chuẩn của Nga
II.4. Thiết kế mặt đường BTXMCTLT theo AASHTO-1993
II.5. Nhận xét chung
Chương III. Lựa chọn phương pháp tính tốn mặt đường BTCTLT
tại Việt Nam và tổng kết một số cơng trình đã được áp dụng trong
thực tiễn
III.1. Lựa chọn phương pháp tính tốn mặt đường BTCTLT tại
Việt Nam
III.2. Các cơng trình đã được áp dụng sử dụng mặt đường
BTCTLT tại Việt Nam
III.2.1. Trạm thu phí Cầu Bãi Cháy thuộc QL18A
III.2.2. Triển khai thí điểm Km26+500 đến Km27+500 quốc lộ
12A tỉnh Quảng Bình
Chương IV. Áp dụng tính tốn mặt đường BTCTLT vào thiết kế kết
cấu đường lăn song song Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài
I-1
I-1
I-5
I-6
I-12
II-1
II-1
II-6
II-9
II-14
II-33
III-1
III-1
III-1
III-1
III-2
IV-1
IV.1. Tổng quan về dự án
IV-1
IV.2. Áp dụng tính tốn mặt đường BTCTLT vào dự án
IV-11
IV.3. Kết luận và kiến nghị
Phụ lục:
IV-16
Phụ lục 1: Tính tốn bố trí cốt thép của mặt đường BTCT liên tục
áp dụng cho dự án: Cải tạo, nâng cấp hệ thống đường lăn song song
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.4
CHK QT Nội Bài
Các bản vẽ kèm theo:
1. Mặt bằng hiện trạng Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài
A01
2. Mặt bằng tổng thể cải tạo, nâng cấp hệ thống đường lăn
A02
3. Mặt bằng phân khu kết cấu tầng phủ tính toán của Dự án
A03
4. Mặt bằng kết cấu tầng phủ của dự án theo kết cấu BTCT liên tục
A04
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.5
CHƯƠNG I . TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG
BTXM VÀ BTXM CỐT THÉP LIÊN TỤC TRÊN THẾ GIỚI
I. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẶT ĐƯỜNG BTXM TRÊN THẾ GIỚI
Mặt đường BTXM xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu ở Anh vào những
năm 1950, sau đó lan dần sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga…
Trong suốt hơn 100 năm qua, mặt đường BTXM đó được tiếp tục xây dựng
và phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở các nước có
nền kinh tế phát triển như: Canada, Hoa Kỳ, CHLB Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan,
Australia, Trung Quốc…
Mặt đường BTXM (mặt đường cứng) cùng với mặt đường mềm là 2 loại
hình mặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai
trũ quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của các khu vực,
lãnh thổ và xuyên quốc gia.
Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ
địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường
phố, đường trục chính, đường cao tốc. Mặt đường BTXM cũng thường được sử
dụng ở hầu hết các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các bãi đỗ xe.
Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu các nhà
quản lý rất quan tâm. Hệ thống Tiêu chuẩn ngày càng hồn thiện và cơng nghệ xây
dựng ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại. Hàng năm, những hội nghị tổng kết
phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại hình mặt đường
BTXM của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng của mặt
đường BTXM ngày càng được mở rộng.
Khối lượng mặt đường BTXM đó xây dựng ở một số nước (trích từ Báo cáo
Long - Life Concrete Pavements in Europe and Canada” của Cục Đường bộ Liên
bang Mỹ - FHWA công bố năm 2007) được thống kê dưới đây:
- Mỹ, mặt BTXM chiếm khoảng 9% của 490179 km đường đô thị và 4% của
1028491 km đường ngồi đơ thị.
- Tỉnh Quebec, Canada có 1239 km (đường 2 làn xe) trong tổng số 29000
km đường (khoảng 4%) là mặt đường BTXM nhưng lại phục vụ tới 75% lượng
giao thông ở Québec.
- Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25%
mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao.
- Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia
(14000 km), trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.6
- Bỉ, mạng lưới đường khoảng 134000 km, gồm đường cao tốc, đường tỉnh,
đường địa phương và đường nông thôn. Trong đó, đường cao tốc có khoảng 1700
km, tức là chỉ hơn 1%. Mặt đường BTXM chiếm 40% của những đường cao tốc và
60% đường nông thôn. Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 17%. Một
mạng lưới rộng lớn các đường ô tô của Bỉ được làm bằng BTXM CT liên tục.
Hình 1.1
đường
được xây
đường
tại Bỷ
.Mặt
CRCP
dựng trên
E40/A10
Hình 1.2 . Máy trải thi công CRCP được xây dựng trên đường E40/A10 tại Bỷ
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.7
Công nghệ xây dựng mặt đường BTXM CT liên tục tại Bỉ được chuyển giao
từ Mỹ. Hàng năm tại Bỉ sản xuất tới 30 triệu tấn BTXM
- Hà Lan, mạng lưới đường ơ tơ có khoảng 113000 km. Khoảng 2300 km là
đường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài, nhưng những con đường cao tốc này
phục vụ 38% lưu lượng giao thông. 5% đường cao tốc là mặt đường BTXM, trong
đó một nửa là mặt đường BTCT liên tục và một nửa là BTXM không cốt thép,
phân tấm. Hà Lan cịn có khoảng 140 km đường khu vực có mặt BTXM không cốt
thép, phân tấm. Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ơ
tơ. Ngồi ra, Hà Lan cũn cú 20000 km đường xe đạp, trong đó 10% là mặt đường
BTXM.
- Vương quốc Anh, mạng lưới đường có khoảng 285000 km, trong đó có
1500 km là mặt đường BTXM. Cho tới đầu những năm 1980, mặt đường BTXM
phân tấm, khơng hoặc có cốt thép vẫn là loại chủ yếu. Từ giữa những năm 1980
đến giữa những năm năm 1990, mặt đường BTXM điển hình lại là BTCT liên tục.
Từ cuối những năm 1990, do yêu cầu về giảm tiếng ồn, mặt đường BTXM buộc
phải có lớp mặt bê tông nhựa mỏng, nhưng yêu cầu này mới chỉ là bắt buộc trong
phạm vi xứ Anh (England), chứ chưa bắt buộc đối với các xứ khác (Scotland,
Wales và Bắc Ailen).
Ngoài ra, mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và
chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc.
Về phân loại mặt đường BTXM. Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đường
BTXM được phân ra một số loại như sau:
- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ (thông thường);
- Mặt đường BTXM cốt thộp;
- Mặt đường BTXM lưới thép;
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục; mặt đường BTXM cốt phân tán;
- Mặt đường BTXM lu lèn;
- Mặt đường BTXM ứng suất trước;
- Mặt đường BTXM lắp ghép.
Tương ứng với mỗi loại mặt đường BTXM có những đặc điểm và phạm vi
áp dụng nhất định:
- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm ra đời sớm nhất và vẫn đang
được áp dụng phổ biến ở nhiều nơi. Chiều dày của tấm từ 15 - 40cm; kích thước
tấm thay đổi tuỳ theo từng dự án có thể từ 3 - 7m, thơng thường khoảng 5m. Mặt
đường BTXM không cốt thép (không kể cốt thép dùng làm thanh truyền lực giữa
các tấm) sử dụng cho hầu hết đường ô tô các cấp, các bãi đỗ, bến cảng và sân bay.
Móng của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là đất, cát gia cố, vôi, xi
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.8
măng; đá gia cố xi măng; đôi khi là đá gia cố nhựa đường, BTN hoặc chính là
BTXM. Rất ít khi sử dụng móng là cát hoặc đá dăm.
- Mặt đường BTXM cốt thép thường được sử dụng đối với những tuyến
đường có tải trọng lớn như sân bay, đường chun dụng, đường có lưu lượng xe
lớn và các cơng trình đặc biệt có u cầu tuổi thọ cao. Về cơ bản, kích thước tấm
mặt đường BTXM cốt thép tương tự như BTXM phân tấm thông thường nhưng
được tăng cường thêm 2 lớp cốt thép (thép All) chịu lực (trong tính tốn thiết kế có
kể đến khả năng cùng chịu lực của cốt thép).
- Mặt đường BTXM lưới thép ra đời chủ yếu nhằm khắc phục và hạn chế
các vết nứt do co ngót của bê tơng và nứt do nhiệt. Trên cơ sở tính tốn thiết kế
như vậy mặt đường BTXM thông thường, lưới thép (thép All: 10 - 14 mm, @: 10 20cm) được bổ sung và bố trí cách bề mặt mặt đường từ 6 - 10 cm nhằm hạn chế
các vết nứt trong quá trình bê tơng hình thành cường độ và trong khai thác. Mặt
đường BTXM lưới thép xuất hiện chậm hơn BTXM thông thường và phạm vi áp
dụng của nó tương tự như phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM thông thường.
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục ra đời nhằm khắc phục những nhược
điểm cố hữu của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là giảm thiểu các mối
nối ngang mặt đường (khe co, giãn). Hàm lượng lưói thép thiết kế khoảng 0,54%,
bao gồm cốt thép dọc (thép All, 16 mm), cốt thép ngang (thép All, 12 mm) được bố
trí liên tục suốt chiều dài đường và đặt ở vị trí 1/3 - ½ bề dày tấm BTXM. Mục đích
của việc bố trí cốt thép này khơng phải là ngăn ngừa vết nứt do tải trọng và ứng
suất nhiệt, mà chỉ nhằm hạn chế việc mở rộng khe nứt. Theo yêu cầu, khoảng cách
khe nứt nằm trong khoảng 3,5 - 8,0 feets (1,05 - 2,4m), độ mở rộng khe nứt không
được quá 0,04 inch (1,0 mm) nhằm hạn chế nước thấm qua khe nứt phá huỷ cốt
thép và bảo đảm mặt đường khai thác được bình thường. Phạm vi áp dụng của mặt
đường BTXM cốt thép liên tục là khắc phục nhược điểm không êm thuận chạy xe
do các khe của mặt đường BTXM phân tấm, áp dụng chủ yếu đối với các tuyến
đường có lưu lượng xe lớn, đường cao tốc, đường băng sân bay và kinh phí đầu tư
ban đầu lớn hơn.
- Mặt đường BTXM cốt phân tán (cốt sợi) chỉ được sử dụng trong những
trường hợp đặc biệt có khả năng chịu lực rất lớn và chống mài mịn cao. Trong khi
trộn bê tơng tươi, ngồi cốt liệu đá và cát thông thường người ta bổ sung thêm và
trộn đều với các loại cốt sợi: thuỷ tinh, kim loại, tổng hợp (acrylic, aramid, cacbon,
nylon, polyester, polyethylene, polyproplene) và cốt sợi tự nhiên. BTXM cốt phân
tán có cường độ và khả năng chống mài mòn.
- Mặt đường BTXM lu lèn là loại mặt đường sử dụng bê tông khô, thi cơng
liên tục (khơng có mối nối) và bằng thiết bị lu thông thường. Do mặt đường
BTXM lu lèn được đổ dài liên tục nên trên đó phải làm thêm lớp đá dăm láng nhựa
(lớp láng nhựa) nhằm khắc phục các vết nứt do co ngót và do nhiệt độ, hoạt tải gây
ra. Chiều dày của lớp BTXM lu lèn dao động trong khoảng 20 cm, móng của nó có
thể là các vật liệu gia cố hoặc đá dăm. Mặt đường BTXM lu lèn được áp dụng có
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.9
hiệu quả cho các tuyến đường có lưu lượng xe khơng cao và làm lớp móng cho mặt
đường BTXM hoặc mặt đường bê tông nhựa.
- Mặt đường BTXM ứng suất trước ra đời cũng nhằm khắc phục các vết nứt
của mặt đường BTXM thông thường đồng thời tăng cường khả năng chịu lực của
kết cấu dạng tấm. Có loại mặt đường BTXM ứng suất trước sử dụng các sợi thép
căng trước và mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước căng sau. Mặt đường
BTXM cốt thép dự ứng lực có phạm vi áp dụng hạn chế vì cơng nghệ thi công
phức tạp.
- Mặt đường BTXM lắp ghép là loại mặt đường BTXM có hoặc khơng có
cốt thép được chế tạo sẵn tại xưởng và vận chuyển đến công trường lắp ghép thành
mặt đường. Các tấm BTXM đúc sẵn có thể đặt trực tiếp trên nền đất, nền cát hoặc
móng đá dăm. Phạm vi áp dụng đối với các đường lâm nghiệp, đường có thời hạn
sử dụng ngắn, cơng vụ và các tấm BTXM có thể được sử dụng lại.
II. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CHUNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM VÀ BÊ TÔNG XI
MĂNG CỐT THÉP LIÊN TỤC.
II.1. Ưu điểm
- Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông
nhựa (BTN). Tuỳ theo cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng
nói chung tuổi thọ của mặt đường BTXM được lấy vào khoảng 20 - 50 năm, Trung
Quốc lấy 45 năm. Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM nhiều khi lớn hơn dự
kiến khi thiết kế. Theo thống kê, có những đoạn mặt đường BTXM sau khi xây
dựng sau 50 năm mới phẳi tăng cường và 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, ổn định cường độ đối với ẩm và nhiệt,
cường độ không những không bị giảm mà có giai đoạn cịn tăng theo thời gian
(khơng có hiện tượng bị lão hóa như mặt đường BTN).
- Có khả năng chống bào mịn, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao,
an toàn cho xe chạy, mặt đường BTXM có mầu sáng nên thuận lợi cho việc chạy
xe ban đêm.
- Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp.
- Do thời gian phục vụ tương đối dài, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, nên
tổng giá thành xây dựng và khai thác của mặt đường bê tông xi măng có cao nhưng
khơng cao hơn nhiều so với mặt đường BTN.
II.2. Nhược điểm
- 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 doanh, khai thác (xe chạy không êm thuận). Khe nối lại là chỗ yếu
nhất của mặt đường BTXM, khiến cho chúng dễ bị phá hoại ở cạnh và góc tấm.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.10
- Sau khi xây dựng xong, phải bảo dưỡng một thời gian mới cho phép thơng
xe, do vậy ít thích hợp đối với trường hợp nâng cấp mặt đường cũ, cần đảm bảo
giao thơng.
- Móng đường BTXM u cầu có độ bằng phẳng cao, chất lượng đồng đều
và liên tục. Khơng xây dựng mặt đường BTXM trên nền đường cịn tiếp tục lún
như đi qua vùng đất yếu.
- Xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao
và đường cao tốc địi hỏi phải có thiết bị thi cơng đồng bộ, hiện đại và quy trình
cơng nghệ thi công chặt chẽ. Việc trộn BTXM và bảo dưỡng mặt đường đòi hỏi
nhiều nước.
- Khi mặt đường BTXM bị hư hỏng thì rất khó sửa chữa, trong qúa trình sửa
chữa rất ảnh hưởng đến việc đảm bảo giao thơng. Nâng cấp cải tạo mặt đường
BTXM địi hỏi chi phí cao, hoặc phải cào bóc để tăng cường mới bằng BTXM
hoặc BTN hoặc phải tăng cường lớp BTN khá dày để tránh nứt phản ánh.
- Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM cao hơn so với mặt
đường BTN và các loại mặt đường khác.
II.3. Phạm vi áp dụng của mặt đường 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 đó hết tuổi thọ như: mặt
đường BTN, mặt đường BTXM..
- Tuỳ 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 băng sân bay có thể sử dụng mặt đường BTXM 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 (compacté).
III. PHÁT TRIỂN MẶT ĐƯỜNG BTXM Ở VIỆT NAM
III.1. Các công trình đường giao thơng được xây dựng bằng BTXM trong
những năm gần đây.
- Mặt đường BTXM cốt thép được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà
Nội năm 1975. Trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên - Bắc Cạn xây dựng 30km đường
BTXM vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ (bắc cầu Chương Dương). Tiếp
theo là trên Quốc lộ 1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30km vào năm 1999
tại các đoạn ngập lụt. Đường Hồ Chí minh nhánh phía Đơng với chiều dài 86 km,
nhánh phía Tây với tổng chiều dài trên 300km. Quốc lộ 12A Quảng Bình với chiều
dài 12 km. Quốc lộ 70, đoạn thành phố Lào Cai…
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.11
- Mặt đường BTXM được sử dụng hầu hết tại các sân bay như: Đồng Hới,
Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài… Ngoài ra, loại mặt đường BTXM cốt thép liên
tục lần đầu tiên được ứng dụng 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình và sau đó
khoảng 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy.
- Hệ thống đường giao thơng nơng thơn ở một số tỉnh như Thái Bình, Thanh
Hóa, Hưng Yên… cũng có sử dụng mặt đường BTXM với kết cấu đơn giản, đáp
ứng nhu cầu giao thông ở địa phương với tải trọng nhỏ và lưu lượng thấp.
- Theo thống kê của Bộ GTVT, Tổng số đường giao thông nông thôn trong
cả nước bao gồm 172437 km, trong đó có 0,56% mặt đường bê tơng nhựa và 7,2%
mặt đường nhựa hoặc BTXM.
III.2. Thực trạng về thiết kê, thi công, nghiệm thu và khai thác mặt đường
BTXM ở nước ta
III.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng (mặt đường BTXM)
III.2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng đường ô tô 22 TCN 223 - 95
- Được ban hành năm 1995, là tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, phục vụ cho
việc thiết kế kết cấu mặt đường BTXM cho ngành GTVT.
- Các kết cấu áp dụng: Mặt đường bê tông xi măng phân tấm chủ yếu là loại
không cốt thép; móng BTXM dưới lớp mặt đường bê tơng nhựa.
III.2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng do SMEC biên soạn
- Được triển khai và hoàn thành năm 2008 trong Dự án xây dựng cầu đường
bộ giai đoạn 2 của Bộ GTVT, do công ty tư vấn SMEC liên danh với Hội Cầu
đường Việt Nam. Bản thảo đó được các chuyên gia trong nước sốt xét, đó gửi lên
Vụ KHCN chờ cấp thẩm định tiếp theo.
- Ngoài tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng, có biên soạn thêm Chỉ dẫn thiết
kế mặt đường cứng để bổ sung, giải thích rõ cho Tiêu chuẩn thiết kế.
- Kết cấu áp dụng: Mặt đường BTXM phân tấm khơng có cốt thép; mặt
đường BTXM phân tấm có cốt thép (tăng chiều dài tấm); mặt đường BTXM cốt
thép liên tục; lớp phủ bê tông nhựa trên mặt đường BTXM; lớp phủ BTXM khơng
dính kết trên mặt đường BTXM; mặt đường BTXM phân tấm khơng có cốt thép áp
dụng cho đường có lưu lượng xe thấp (sử dụng Catalog).
III.2.2. Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng
- Hiện nay ở Việt Nam chưa có Tiêu chuẩn thi cơng và nghiệm thu mặt
đường cứng được ban hành.
- Với các Dự án xây dựng mặt đường BTXM cụ thể (vốn vay nước ngồi,
trong nước) có chỉ dẫn kỹ thuật riêng, tuy nhiên, chưa được thống nhất.
- Viện KHCN GTVT có dự thảo Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt
đường BTXM cốt thép liên tục.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.12
- Năm 2008, SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam đó biên soạn
xong “Tiêu chuẩn thi cơng mặt đường BTXM” chờ ban hành.
- Cuối năm 2008, Bộ Xây dựng (Vụ KHCN Bộ Xây dựng) có giao nhiệm vụ
cho Viện KHCN GTVT (qua Vụ KHCN Bộ GTVT) biên soạn “Tiêu chuẩn thi
công và nghiệm thu mặt đường BTXM”.
III.2.3. Công nghệ thi công mặt đường BTXM
III.2.3.1 Giai đoạn trước năm 1995
Trong thời gian trước đây (trước 1995), thi công mặt đường BTXM ở nước
ta chủ yếu là cơ giới kết hợp với thủ công. Công đoạn trộn bê tông chủ yếu bằng
máy trộn nhỏ; riêng sân bay Tân Sơn Nhất và Nội Bài, có sử dụng máy trộn bê
tơng cưỡng bức năng suất cao. Vận chuyển bê tông ra công trường bằng ô tô (xe
ben). Rải bê tông kết hợp cơ giới với thủ công, thiết bị rải bê tông tự chế tạo, chủ
yếu bao gồm các khung dàn thép dùng tời kéo. Đầm bê tông bằng đầm dùi, đầm
bàn dùng sức người điều khiển. Ván khuôn thép được sử dụng chủ yếu để thi cơng
các loại mặt đường nói trên. Việc tạo khe thường bằng cách đặt các thanh gỗ được
tiến hành ngay trong q trình thi cơng mặt đường. Mastic chèn khe tự sản xuất ở
trong nước từ vật liệu nhựa đường thông thường.
III.2.3.2 Giai đoạn sau 1995
Thời điểm sau năm 1995, bắt đầu từ việc thi công sân bay Tân Sơn Nhất, sân
bay Nội Bài và sau này là Quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh, thi cơng mặt đường
BTXM ở nước ta đó được cơ giới hoá bằng các thiết bị nhập ngoại.
Cùng với việc sử dụng các thiết bị nêu trên, công nghệ thi công mặt đường
BTXM về cơ bản đó được cải thiện và chất lượng mặt đường BTXM được kiểm
soát. Cho đến thời điểm hiện nay, có thể nói rằng, ở Việt Nam hồn tồn có thể
làm chủ được cơng nghệ thi cơng mặt đường BTXM phân tấm đổ tại chỗ.
Tính đến ngày 30 - 6 - 2003, 12 máy rải BTXM các loại đó được nhập vào
Việt Nam được sử dụng để thi cơng một số cơng trình đường ơ tơ và sân bay trong
thời gian qua. Số lượng và chủng loại như sau: Máy có qua sử dụng khơng dùng
ván khn trượt của Đức (02); Singgapor - Slipform của Đức (01); HTH - 5000
Slipform (01); 01 HTH - 6000 Slopform của Trung Quốc (01); 1220 MAXI - PAV
Slipform của Trung Quốc (01); Gomaco COMMANDER III Slipform của Mỹ
(01); Power CURBURS 8700 Slipform của Mỹ (01)l Wirgen SP500 Slipform của
Đức (01); Gomaco C-450X tang trống lăn của Mỹ (03).
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.13
Hình 1.3. Máy rải Gomaco của Mỹ đang thi cơng mặt đường BTXMCT LT
Hình 1.4. Thi cơng lắp đặt cốt thép của mặt đường BTXMCT LT
III.2.4. Đánh giá chất lượng một số đoạn mặt đường BTXM qua nghiệm thu
Những số liệu đánh giá dưới đây có nguồn gốc từ Viện Khoa học và Cơng
nghệ GTVT trong q trình thực hiện nhiệm vụ của Bộ giao về việc kiểm tra và
nghiệm thu các đoạn đường ô tô sau khi xây dựng và một đoạn xây dựng thử
nghiệm.
III.2.4.1. Trên QL 1A, Đoạn Vinh - Đông Hà
- Trên các đoạn đường ngập lụt, xây dựng lớp BTXM phân tấm, khơng có
cốt thép, chiều dày thiết kế 24cm. Chiều dài xây dựng BTXM tổng cộng 16,125
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.14
km, trong đó HĐ1: dài 6,5 km; HĐ2: dài 3,2 km; HĐ3: dài 2,7 km; HĐ4: dài 3,275
km.
- Thiết bị thi công: bao gồm cả loại thiết bị ván khuôn trượt và ván khuôn cố
định.
- Đánh giá chất lượng mặt đường qua giá trị độ bằng phẳng IRI: Độ bằng
phẳng theo IRI trung bình của đoạn mặt đường BTXM được kiểm tra với 4 HĐ lần
lượt là: 4.3; 3.6; 3.3; và 3.42. Tình trạng mặt đường BTXM khơng bằng phẳng cục
bộ xảy ra khá phổ biến, tỷ lệ đoạn cục bộ có IRI > 4 khá nhiều.
- Đánh giá chung: Chất lượng thi công các đoạn mặt đường BTXM không
đạt yêu cầu về độ bằng phẳng. Sau khi thi công xong, nhiều đoạn đường BTXM có
bề mặt rất xấu, bong tróc (nhất là đoạn thuộc HĐ1 - Vinh). PMU1 đã áp dụng giải
pháp phủ 1 lớp lỏng nhựa (chipping) lên trên, nhưng khơng có hiệu quả (lớp nhựa
mỏng bị bong bật). Nhiều vị trí tấm bị nứt, Nhà thầu đó phải sửa lại bằng cách cắt
bỏ tấm nứt, đổ lại tấm mới. Sau một thời gian khai thác đó xuất hiện hiện tượng
nứt tại vị trí dọc vệt bánh xe.
III.2.4.2. QL 12A, Quảng Bình, đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục
- Đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục trên Quốc lộ 12 Quảng
Bình dài 1km (Km 26 + 600 đến Km 27 + 600) dày 24 cm, 2 làn xe, xây dựng trên
móng ĐDCP.
- Việc thi công được thực hiện bằng công nghệ ván khn cố định, kết hợp
hồn thiện bề mặt bằng thủ cơng.
- Độ bằng phẳng theo IRI trung bình của đoạn mặt đường BTXM được kiểm
tra dao động trong khoảng 3.54 - 4.47 (chuẩn là 3.0).
- Đánh giá chất lượng thi công qua khảo sát: khoảng cách và chiều rộng vết
nứt không đều, nhiều đoạn nứt với khoảng cách lớn 20m (quy định 2 - 3m). Độ mở
rộng vết lớn so với thiết kế, có vị trí vết nứt lớn 3 - 4mm (quy định độ mở rộng và
vết nứt không quá 1mm).
III.2.4.3. Trạm thu phí cầu Bãi Cháy, đoạn mặt đường BTXM cốt thép liên tục
- Cơng trình thử nghiệm BTXM cốt thép liên tục tại trạm thu phí Cầu Bãi
Cháy hoàn thành vào tháng 7 - 2006, dài 500 m (KM 0 + 120 Km 0 + 520), 10 làn
xe, dầy 24cm trên lớp móng CPĐD gia cố 6% xi măng.
- Chất lượng thi công: độ bằng phẳng tốt, độ nhám đạt yêu cầu. Khoảng cách
giữa các khe nứt tại thời điểm đưa vào khai thác 3 - 5m (cao hơn quy định), độ mở
rộng vết nứt nhỏ 0,5 - 0,8 mm (nhỏ hơn quy định).
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.15
Hình 1.5. Trạm thu phí cầu Bãi Cháy
III.2.4.4. Đường Hồ Chí Minh, mặt đường BTXM phân tấm khơng cốt thép
Mặt đường BTXM phân tấm được xây dựng 349 Km, trên đoạn Thạch
Quảng - Ngọc Hồi (nhánh phía Đơng và Nhánh phía Tây). Chiều dày tấm 22 cm,
đặt trên móng CPĐD.
Chất lượng thi cơng:
- Tồn bộ vật liệu mastic chốn khe của hãng IMASEAL - LB (Imax) bị hư
hỏng (chảy), hiện nay đó phải bóc bỏ. Loại mastic của Mỹ chèn khe có chất lượng
tốt.
- Có hiện tượng nứt một số tấm do các nguyên nhân: co ngót (97 tấm), cắt
khe chậm.
- Có hiện tượng một số tấm khơng đủ cường độ (83 tấm), một số tấm không
đủ chiều dầy (42 tấm).
III.2.5. Phân tích khả năng áp dụng các loại mặt đường BTXM ở nước ta
III.2.5.1 Mặt đường BTXM phân tấm
Mặt đường BTXM phân tấm được dùng phổ biến ở nước ngoài và ở Việt
Nam trong thời gian qua cho tất cả các cấp hạng đường ô tô và sân bay.
Hầu hết các Tổng công ty xây dựng trong ngành GTVT và xây dựng sân bay
đó làm chủ được cơng nghệ thi công mặt đường BTXM. Hiện các thiết bị thi cơng
mặt đường BTXM đang có mặt ở Việt Nam, chưa có điều kiện tiếp tục sử dụng.
Về kiểm sốt chất lượng, hiện có rút kinh nghiệm về kiểm sốt chất lượng
thi công mặt đường BTXM thông qua các công trỡnh QL 1A, đường Hồ Chí Minh
và các sân bay.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.16
Cần nâng cao khả năng đồng bộ hoá về thiết bị thi công và tăng cường công
tác hướng dẫn công nghệ và kiểm sốt chất lượng thi cơng, nhất là chất lượng bề
mặt, thi công công tác mối nối, bảo dưỡng, cắt khe, chèn khe.
Có thể áp dụng cho hầu hết các cấp hạng đường ô tô và sân bay.
III.2.5.2 Mặt đường BTXM cốt thép
Đã xây dựng ở đường Hùng Vương, Ba Đình, Hà Nội. Tuy nhiên phạm vi áp
dụng chỉ nên cho những cơng trình có tải trọng nặng, các cơng trình đặc biệt và
những tuyến đường đi qua vùng đất yếu (vẫn còn tiếp tục lún dư trong phạm vi cho
phép).
III.2.5.3 Mặt đường BTXM lưới thép
Mặt đường BTXM lưới thép thực chất là mặt đường BTXM phân tấm thông
thường được tăng cường lưới thép hạn chế các vết nứt khi thi công và trong khai
thác. Phạm vi áp dụng như mặt đường BTXM phân tấm thông thường nhưng trong
điều kiện thi công khắc nghiệt và trong những công trình yêu cầu chất lượng cao.
Loại mặt đường này đã được áp dụng trong dự án “ Cải tạo, nâng cấp hệ thống
đường lăn Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài do Công ty ADCC thiết kế”
III.2.5.4 Mặt đường BTXM cốt thép liên tục
Mặt đường BTXM cốt thép liên tục đó được nhiều nước trên thế giới áp
dụng. Đây là xu hướng cơng nghệ tiên tiến, đó và sẽ được ngày càng áp dụng rộng
rãi. Giá thành đầu tư ban đầu cao hơn mặt đường BTXM phân tấm thông thường
nhưng ưu điểm là mặt đường êm thuận. Hơn nữa, khi cần phải sửa chữa, nâng cấp
hồn tồn có thể áp dụng giải pháp tăng cường lên trên 1 hoặc 2 lớp BTN như mặt
đường mềm.
Loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục mới được xây dựng thử nghiệm ở
Việt Nam, tại QL 12A Quảng Bình (Chất lượng chưa đạt yêu cầu) và tại Trạm thu
phí cầu Bãi Cháy (chất lượng tốt, đạt yêu cầu đề ra). Cũng cần phải thận trọng về
kiểm sốt chất lượng thi cơng trong việc xây dựng đại trà.
Có thể áp dụng loại mặt đường này cho các tuyến đường cấp cao, đường cao
tốc, các đường băng, đường lăn sân bay.
III.2.5.5 Mặt đường BTXM lu lèn
Mặt đường BTXM lu lèn đó được áp dụng ở một số nước trên thế giới, nhất
là ở Pháp và Trung Quốc. Ở Việt Nam mới có tài liệu tham khảo mà chưa có kinh
nghiệm về xây dựng loại đường nói trên. Đây là loại mặt đường có cơng nghệ thi
cơng đơn giản, yêu cầu về vật liệu không khắt khe, giá thành hạ và chỉ cần phủ lên
trên lớp láng nhựa là có thể đưa vào khai thác được. Khi nâng cấp cải tạo đơn giản
hơn các loại mặt đường BTXM khác và có thể phủ tăng cường lên trên mặt như
mặt đường mềm thông thường.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
I.17
Có thể áp dụng cho các loại đường cấp cao thứ yếu, đường miền núi, đường
nông thôn. Cần tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm trước khi thi công đại trà.
IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Mặt đường BTXM là một trong 2 loại mặt đường chủ yếu dùng trong xây
dựng đường ô tô các cấp và sân bay ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam. Tỷ
trọng nói chung về mặt đường BTXM so với mặt đường các loại khác là khơng
lớn. Do có lợi thế về tuổi thọ và cơng nghệ xây dựng ngày càng có nhiều tiến bộ
nên mặt đường BTXM đang được các nước sử dụng nhiều cho các đường cấp cao,
đường cao tốc và sân bay.
Phạm vi áp dụng ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay:
- Mặt đường BTXM phân tấm, không cốt thép cho tất cả các cấp đường và
sân bay;
- Mặt đường BTXM lưới thép cho đường cấp cao, sân bay và những khu vực
thời tiết khắc nghiệt;
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục cho đường cấp cao, đường cao tốc và
sân bay.
- Mặt đường BTXM lu lèn cho các loại đường cấp cao thứ yếu và đường
nông thôn, đường miền núi.
Ở Việt Nam đó xây dựng mặt đường BTXM từ những năm 1975 nhưng
khối lượng và kinh nghiệm xây dựng chưa nhiều. Cần có những bổ sung hồn
thiện về tiêu chuẩn và thiết kế thi công, kiểm tra nghiệm thu mặt bằng đường
BTXM và các lớp móng gia cố xi măng trước khi triển khai thi công đại trà.
Trên cơ sở nhu cầu cấp thiết của cơng tác hồn chỉnh thiết kế và thi công
đối với mặt đường BTXM, tác giả xin đề xuất đề tài nghiên cứu “ Phương pháp
thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân bay ở Việt
Nam”.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.18
CHƯƠNG II . NHỮNG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG
BTXM CỐT THÉP LIÊN TỤC TRÊN THẾ GIỚI
Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển loại mặt đường BTXM CTLT, hiện
nay các nước trên thế giới đang sử dụng một số phương pháp tính tốn thiết kế kết
cấu mặt đường BTXM CTLT, điển hình là các phương pháp thiết kế của Mỹ, của
Úc, của Trung Quốc. Các nội dung cơ bản của các phương pháp tính tốn thiết kế
được trình bày dưới đây.
II.1. THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM CTLT THEO QUI TRÌNH JTJ-012-94
CỦA TRUNG QUỐC
Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM CTLT của Trung Quốc JTJ-012-94
được ban hành chính thức tháng 12/1994 do Bộ Giao thơng nước Cộng hồ nhân
dân Trung Hoa phê chuẩn. Nội dung và các bước thiết kế được trình bày tóm tắt
dưới đây:
II.1.1.Thiết kế chiều dày lớp BTXM:
Cốt thép dọc được đặt liên tục theo hướng dọc nhằm mục đích phịng ngừa
đường nứt mở rộng do đó trên ngun tắc tính tốn chiều dầy mặt đường BTXM
CTLT bằng chiều dầy tấm BTXM thông thường. Chiều dầy của mặt đường BTXM
CTLT được thiết kế có thể dựa vào các thông số kỹ thuật và các quy định theo thiết
kế mặt đường BTXM thông thường.
Dựa theo cấp giao thông mà mặt đường chịu, theo đó giả định chiều dày
tấm. Tiếp theo xác định ứng suất mỏi do tải trọng s p và ứng suất mỏi do nhiệt độ s t.
Khi sp + st không lớn hơn 103% cường độ kéo uốn thiết kế của bê tông fcm và
không thấp hơn 95% fcm thì lấy chiều dày giả định làm chiều dày thiết kế. Nếu
không, phải giả định lại chiều dày hoặc thay đổi kích thước tấm trên mặt bằng để
tính lại cho tới khi thoả mãn u cầu thì thôi.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.19
Hình 2.1. Sơ đồ khối của quá trình thiết kế chiu dy tm
Điều tra giao
thông
Điều tra và thử
nghiệm vật liệu
nền móng
Số trục tiêu
chuẩn thời kỳ
đầu
Sơ bộ xác định
kết cấu mặt
đ-ờng
Số trục tích luỹ
trong thời kỳ sử
dụng Ne
Tính môđun đàn
hồi tính toán trên
đỉnh lớp móng Etc
ứng suất nhiệt
lớn nhất
tm
Hệ số ứng st
mái do t¶i träng
kf
øng st do t¶i
träng
ps
hƯ sè øng st
mái do nhiệt độ
kt
Hệ số triết
giảm ứng suất
kr
ứng suất do tải
trọng
p
ứng suất do tải
trọng
Hệ số tổng hợp
kc
không đạt
Građien nhiệt
Tg
Thiết kế cấp
phối bê tông
C-ờng độ kéo uốn
thiết kế của bê
tông fcm
t
p + t=
(0,95-1,03)fcm
đ-ợc
Kết quả
Chiu dy mt ng BTXM CTLT s dng cho đường cao tốc lấy bằng
chiều dầy mặt đường BTXM thơng thường và bằng 0,9 chiều dầy đó trong trường
hợp sử dụng cho đường cấp 1.
Chiều dầy lớp móng của mặt đường BTXM CTLT bằng chiều dầy lớp móng
của mặt đường BTXM thơng thường.
II.1.2.Thiết kế bố trí cốt thép:
Việc thiết kế cốt thép của mặt đường BTXM CTLT dựa trên phương pháp
giải tích của Vetter C.P. Vetter đã tiến hành nghiên cứu sự thay đổi trạng thái chịu
lực của cốt thép do sự co rút thể tích và co rút do nhiệt độ gây ra. Khi phân tích
ứng suất của cốt thép không xét tới ảnh hưởng của tải trọng bánh xe. Căn cứ vào
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.20
phương pháp giải tích của Vetter, khi xác định tỷ lệ cốt thép dọc đã xét tới 3 nhân
tố sau:
a, Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất phải đủ để đảm bảo ứng suất co ngót sinh ra trong
bê tơng khi nhiệt độ hạ thấp so với nhiệt độ khi đổ bê tông không vượt quá ứng
suất kéo giới hạn lớn nhất của bê tông, để đảm bảo cự ly giãn cách giữa các đường
nứt trong bê tông ở phạm vi cho phép và không tiếp tục phát sinh đường nứt mới;
b, Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất phải đủ để đảm bảo nội ứng suất sinh ra do bê
tông co rút khi đông cứng không vượt qua ứng suất kéo giới hạn lớn nhất của bê
tông, để đảm bảo cự ly giãn cách giữa các đường nứt trong bê tông ở trong phạm
vi cho phép và không tiếp tục phát sinh đường nứt mới;
c, Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất phải đủ để đảm bảo ứng suất lớn nhất của cốt thép
ở vị trí đường nứt đã có khơng vượt quá ứng suất kéo giới hạn chảy dẻo của cốt
thép, để đảm bảo sự tiếp xúc chặt chẽ tại vị trí đường nứt đã có, khơng mở rộng
đường nứt.
Trên cơ sở ngun lý tính tốn trên, quy trình Trung Quốc đưa ra các quy
định về cách tính tốn và cấu tạo cốt thép dọc và ngang như sau:
- Cốt thép dọc và cốt thép ngang đều là cốt thép có gờ (cốt thép vằn). Tỷ lệ
cốt thép dọc thường khống chế trong phạm vi từ 0,5 - 0,7% của diện tích mặt cắt
ngang BTXM. Tỷ lệ cốt thép nhỏ nhất là 0,5%.
- Lượng cốt thép sử dung theo hướng ngang lấy bằng 1/5 - 1/8 lượng cốt
thép sử dụng theo hướng dọc
Ec f cm
(1,3 0, 2 ) 100
2 Ec f sy Es f cm
(2.1)
Trong đó:
Ec- Mơđun đàn hồi kéo uốn của bê tông (MPA);
Es- Môđun đàn hồi của cốt thép (MPA);
b - Tỷ lệ cốt thép bố trí theo hướng dọc (%);
fcm- cường độ kéo uốn thiết kế của bê tông;
fsy- cường độ chảy dẻo của cốt thép(MPA);
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.21
m - hệ số ma sát giữa tấm và lớp móng, thường lấy bằng 1,5;
Việc bố trí cốt thép phải phù hợp với yêu cầu dưới đây:
- Khoảng cách cốt thép dọc không nhỏ hơn 10cm, không lớn hơn 25cm;
- Khoảng cách cốt thép ngang không lớn hơn 80cm;
- Chiều dài hàn tiếp của cốt thép dọc theo hướng dọc khơng được nhỏ hơn
50cm hoặc 30 lần đường kíng của cốt thép. Vị trí các mối hàn tiếp phải so le nhau,
không được trùng nhau trên một mặt cắt;
- Khoảng cách từ cốt thép biên đến mép tấm thường là 10 - 15cm.
- Về vị trí cốt thép dọc trên mặt cắt ngang, theo kinh nghiệm của Trung
Quốc cho thấy có thể bố trí ở 1/2h hoặc 1/3h.
II.1.3.Bố trí khe:
- Khe dọc: Được bố trí song song với tim đường, nhưng khơng bố trí thanh
chịu kéo vì các cốt thép theo hướng ngang của tấm đã xuyên qua khe dọc và làm
nhiệm của thanh chịu kéo.
- Khe thi công: được bố trí theo hướng ngang trong trường hợp gián đoạn thi
công. Nên tận dụng tối đa công suất máy trộn, máy rải và bố trí dây chuyền thi
cơng hợp lý để giảm thiểu khe thi công. Phải đảm bảo chất lượng bêtơng tại vị trí
khe. Cốt thép dọc được duy trì liên tục xuyên qua khe nối. Cấu tạo của khe dãn
giống như với bê tông thường.
II.1.4.Xử lý đoạn chuyển tiếp:
Tại vị trí đầu mặt đường BTXM CTLT, nơi nối tiếp với các cơng trình khác
hoặc mặt đường nhựa, thường phải sử dụng kết cấu đoạn chuyển tiếp nhằm mục
đích hạn chế chuyển vị của kết cấu BTXM CTLT theo hướng dọc.
Để thiết kế kết cấu đoạn chuyển tiếp, cần phải tính được chuyển vị lớn nhất
có khả năng phát sinh trong kết cấu BTXM CTLT do tác dụng của sự chênh lệch
nhiệt độ gây ra. Sau đó, căn cứ vào yêu cầu khống chế chuyển vị (khống chế toàn
bộ hoặc một phần) để thiết kế kết cấu đoạn chuyển tiếp nhằm thoả mãn yêu cầu
khống chế chuyển vị đề ra.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.22
Mặt đ-ờng BTCT liên tục
150
Mặt đ-ờng BT th-ờng
40
500
40
500
40
500
Dầm neo
1620
Hỡnh 2.2. Neo dm ch nht (kớch thc cm)
Mặt đ-ờng BTCT liên tục
Mặt đ-ờng BT th-ờng
5 x 1200
Hỡnh 2.3. Khe dón b trớ liờn tc (kớch thc cm)
Mặt đ-ờng BTCT liên tục
A
240
22
32
A
750
Mặt đ-ờng BT th-ờng
D40
120
120 120
120
Mặt cắt A-A
Hỡnh 2.4. Neo cc bờ tụng (kớch thc cm)
Dầm thép chữ I
25
Mặt đ-ờng BTCT LT
1100-1200
Mặt đ-ờng BT th-ờng
Tấm đỡ BTCT
Hỡnh 2.5. Khe ni kiu dầm chữ I cánh rộng (kích thước cm)
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.23
II.2. THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BTXM CTLT THEO TIÊU CHUẨN CỦA ÚC
Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM CTLT của Úc (Austroad) được ban
hành chính thức tháng 7/1992. Nội dung của phương pháp thiết kế bao gồm:
II.2.1.Thiết kế cốt thép dọc:
Mục đích của cốt thép dọc trong mặt đường BTXM khơng phải để ngăn
ngừa vết nứt mà nhằm mục đích giữ chặt các vết nứt.
- Tỷ lệ cốt thép dọc được tính tốn theo cơng thức sau:
p f ' t / fb * db * s t / 2W
(2.2)
Trong đó:
+ p: Tỷ lệ cốt thép dọc, là tỷ số giữa tổng diện tích mặt cắt ngang cốt thép
dọc trên diện tích mặt cắt ngang tấm bêtơng.
+ f’t: Cường độ chịu kéo của bêtông.
+ fb: Cường độ gắn kết trung bình giữa cốt thép và bêtơng (thường lấy giá
trị bằng 1,0 với thép trơn và bằng 0,5 với thép gờ).
+ db: Đường kính thanh thép (mm).
+ s: Độ co ngót của bêtơng. Lấy giá trị trong khoảng 200 - 300m với loại
bêtơng sau 28 ngày khi thí nghiệm trong phịng có giá trị độ co ngót nhỏ hơn
450m.
+ t: Hệ số nhiệt của bêtông. Thông thường lấy giá trị 300m, đặc biệt lấy
giá trị 200m trong trường hợp nhiệt độ thi công nhỏ hơn 10oC.
+ W: Giá trị độ mở rộng vết nứt lớn nhất (mm). Thường lấy giá trị bằng
0,3mm trong điều kiện bình thường, bằng 0,2mm trong điều kiện mặt đường
bêtông chịu tác động phơi nắng liên tục.
Công thức (2.2) chỉ ra rằng tỷ lệ cốt thép dọc tỷ lệ nghịch với cường độ gắn
kết giữa thép và bêtông. Để đảm bảo đủ cường độ gắn kết giữa thép và bêtơng, cốt
thép dọc phải có các yêu cầu sau: nên sử dụng thép gờ làm cốt thép dọc; đường
kính cốt thép dọc khơng lớn hơn 20mm; khoảng cách giữa các cốt thép dọc không
lớn hơn 225mm.
- Với cốt thép gờ, công thức (2.2) được rút gọn thành (2.3):
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.24
p 0.25 * db * s t / W
(2.3)
- Để đảm bảo điều kiện cho cốt thép làm việc trong giai đoạn đàn hồi, tỷ lệ
cốt thép dọc thực tế phải lớn hơn giá trị tỷ lệ cốt thép dọc tối thiểu đưa ra ở công
thức sau:
Pcrit fct 1.3 0.2 / fsy m * fct (2.4)
Với:
+ Pcrit: Tỷ lệ cốt thép dọc tối thiểu phù hợp với cường độ thiết kế của
bêtông.
+ fct: Cường độ chịu kéo của bêtông (MPa), thường lấy giá trị tính tốn
khơng vượt q 60% của cường độ uốn dầm.
+ : Hệ số ma sát giữa đáy tấm và bề mặt móng, thường có giá trị từ 1,0 đến
2,0 tuỳ thuộc vào loại móng.
+ fsy: Cường độ chịu kéo của thép. Với thép gờ thường có giá trị 450MPa.
+ m: Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép với môđun đàn hồi của bêtông
(Es/Ec), thường lấy giá trị 7,5.
Phương trình (2.3) chỉ ra rằng tỷ lệ tối thiểu cốt thép dọc tăng nhanh hơn so
với đại lượng ứng suất kéo của bêtông. Giá trị phần trăm nhỏ nhất của cốt thép dọc
là 0,6%.
- Khoảng cách lý thuyết giữa các vết nứt trong mặt đường BTXM CTLT
được xác định theo phương trình sau:
Lct fct 2 / m * p 2 * u * fb * s t * Ec fct
(2.5)
Trong đó:
+ Lct: Khoảng cách lý thuyết giữa các vết nứt;
+ fct: Cường độ chịu kéo của bêtông (MPa);
+ m: Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép trên bêtơng, lấy bằng 7,5;
+ p: Diện tích của cốt thép dọc trong một đơn vị diện tích bêtông (tương
đương giá trị tỷ lệ cốt thép dọc);
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
II.25
+ u: Chu vi của cốt thép dọc trong một đơn vị diện tích cốt thép (bằng giá trị
2/bán kính cốt thép);
+ s: Độ co ngót của bêtơng. Lấy giá trị trong khoảng 200 - 300m với loại
bêtông sau 28 ngày khi thí nghiệm trong phịng có giá trị độ co ngót nhỏ hơn
450m.
+ t: Hệ số nhiệt của bêtơng. Thông thường lấy giá trị 300m, đặc biệt lấy
giá trị 200m trong trường hợp nhiệt độ thi công nhỏ hơn 10oC.
+ Ec: Mơđun đàn hồi của bêtơng (MPa).
Phương trình (2.4) chỉ ra rằng khoảng cách giữa các vết nứt tỷ lệ nghịch với
các đại lượng p, u và fb, vì vậy để đảm bảo đạt được khoảng cách tối ưu giữa các
vết nứt với độ mở rộng vết nứt tốt thì giá hàm lượng cốt thép dọc phải cao. Thực
nghiệm chỉ ra rằng, khoảng cách các vết nứt tối ưu là từ 1,0m đến 2,0m.
II.2.2.Thiết kế cốt thép ngang :
- Xác định hàm lượng cốt thép ngang trong mặt đường BTXM CTLT tương
tự như với mặt đường tấm BTXM cốt thép và được xác định bằng công thức sau:
As
*L*M * g *h
2 * fs
(2.6)
Trong đó:
+ As: Diện tích cốt thép ngang yêu cầu (mm2/m chiều rộng của tấm);
+ fs: Giá trị ứng suất kéo cho phép của thép (MPa);
+ g: Gia tốc trọng trường (m/s2);
+ h: Chiều dầy tấm (m);
+ M: khối lượng thể tích BTXM (kg/m3);
+ L: Khoảng cách từ cạnh tấm đến mép tự do (m);
+ : Hệ số ma sát giữa đáy tấm và bề mặt móng, thường có giá trị từ 1,0 đến
2,0 tuỳ thuộc vào loại móng.
Nghiên cứu Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM cốt thép liên tục trong mặt đường cứng sân
bay ở Việt Nam
