Mặt đường bê tông cốt thép liên tục

Mặt đường bê tông cốt thép liên tục
1. Sơ đồ các công nghệ móng / mặt đường ô tô
2. Đặt vấn đề
• Mặt đường BTXM cốt thép liên tục được xây dựng đầu tiên ở Mỹ năm 1930
và phát triển mạnh năm 1960. Hiện nay, công nghệ xây dựng mặt đường BTXM ít
mối nối được áp dụng khá phổ biến ở nhiều nước.
• Những năm gần đây ở nước ta, loại mặt đường BTXM phân tấm (JCP) đã
được sử dụng nhiều trên các Quốc lộ, như: QL1A, QL3, QL18, QL12A, Đường Hồ
Chí Minh, QL6, v.v Mặt đường BTXM phân tấm vẫn tồn tại những khe nối ngang
ảnh hưởng lớn đến mực độ êm thuận khi xe chạy ở tốc độ cao. Việc nghiên cứu và
phát triển xây dựng mặt đường BTXM sử dụng ít khe hoặc bỏ khe nối là cần thiết ở
VN.
• Công nghệ mặt đường BTXMCTLT có ưu điểm vừa giảm hoặc bỏ được khe
nối ngang nhưng lại có công nghệ thi công thuận tiện, đơn giản, dễ kiểm soát chất
lượng… là một hướng nghiên cứu phát triển ở nước ta.
3. Giới thiệu về mặt đường BTXMCTLT
3.1 Nguyên lý, đặc điểm cấu tạo chung
Cốt thép được bố trí liên tục suốt chiều dài đường không phải để chịu kéo uốn do tải
trọng bánh xe và do nhiệt độ gây ra mà chỉ để hạn chế việc phát sinh số lượng khe
nứt và hạn chế việc mở rộng khe nứt nhằm không cho nước thấm qua khe nứt và bảo
đảm mặt đường khai thác bình thường. Do vậy, cốt thép dọc cũng được đặt ở vị trí
như với mặt đường BTXM lưới thép (1/3 ~ 1/2h kể từ bề mặt mặt đường).
3.2. Ưu, nhược điểm
Ưu điểm chính của loại mặt đường BTXMCTLT là hoàn toàn bỏ khe nối ngang,
không cần lớp cách ly.
3.3. Phạm vi sử dụng
- Vì không có khe nối nên mặt đường có độ bằng phẳng cao, thường sử dụng
để làm mặt đường cao tốc và đường cấp cao.
- Bề rộng khe nứt không được quá 1,0 mm. Nhiều nước yêu cầu không quá
0,2 - 0,5mm.
- Theo AASHTO, trạng thái giới hạn về xuất hiện khe nứt ngang cho phép

phải khống chế theo các tiêu chuẩn sau:
- Khoảng cách khe nứt phải nằm trong khoảng 1,05 - 2,4m; nhiều nước
khống chế là 1,0 - 3,0m; nếu khoảng cách khe nứt quá xa, lớn hơn 2,4m, thì bề rộng
khe nứt sẽ lớn; nếu khoảng cách khe nứt quá gần, nhỏ hơn 1m, thì cường độ mặt
đường sẽ bị giảm.
Hình 3. Sơ đồ khe nứt
4. Chỉ dẫn thiết kế mặt đường BTXMCTLT
4.1. Chiều dầy tấm
Nhìn chung bề dày tấm bằng với chiều dày của mặt đường BTXM mối nối
thông thường. Tính toán thiết kế tương tự như mặt đường BTXM có mối nối thông
thường.
Hình 3. Cấu tạo chung kết cấu
4.2. Cốt thép
4.2.1. Cốt thép dọc:
- Lượng cốt thép dọc thường từ 0,5% - 0,7% diện tích tiết diện mặt đường
BTXM, để khống chế phát sinh các vết nứt ngang cách nhau trong khoảng từ 1,0m -
2,5m. Theo các báo cáo tổng hợp của Mỹ cũng như các nước Châu Âu đã sử dụng
loại mặt đường BTXMCTLT thì hàm lượng cốt thép dọc không nên dưới 0,6% diện
tích tiết diện BTXM. Cốt thép dọc có thể được bố trí ít hơn ở những vị trí mà theo
kinh nghiệm cho thấy có thể đảm bảo được yêu cầu. Tại những vùng có nhiệt độ
thấp, nhiệt độ trung bình hàng tháng nhỏ nhất là -12
o
C hay nhỏ hơn nữa thì cần
lượng cốt thép dọc là 0,7%.
- Cốt thép phải là cốt thép có gờ tuân theo tiêu chuẩn AASHTO, theo những
chỉ dẫn kỹ thuật ở phần I: M31, M42 hoặc M53. Khả năng chịu kéo của thép phải
theo yêu cầu Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu của Mỹ (ASTM), đạt cấp 60. Khoảng
cách cốt thép dọc không nhỏ hơn 10cm hay 5/2 lần đường kính cốt liệu hạt lớn nhất
và không lớn hơn 23cm.
Đất nền đường

Móng đường
- Cốt thép nên được đặt khoảng 1/3 – 1/2 chiều dày mặt đường tính từ mặt
đường xuống. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần thiết tối thiểu là 1,5 - 5,0cm. Với
những mặt đường có chiều dày lớn hơn 28cm, một số nước đã bắt đầu thử nghiệm
sử dụng 2 lớp cốt thép dọc, loại mặt đường này có thời gian sử dụng chưa đủ để có
thể đánh giá được hiệu quả của nó. Do đó, công nghệ này mới chỉ mang tính chất
thử nghiệm.
- Theo hướng dẫn thiết AASHTO 1993, hàm lượng thép dọc phải đảm bảo 3
điều kiện sau:
+ Khoảng cách các vết nứt (X) có công thức sau:
+ Độ mở rộng vết nứt (CW):
+ ứng suất của cốt thép (σ
s
):
Trong đó:
f
t
- cường độ chịu kéo gián tiếp của bê tông;
Z - độ co ngót của bê tông ở 28 ngày;
α
c
- hệ số co dãn nhiệt của bê tông;
1,794,65,20
ω
2,191,15
χ
σ
6.7
τ
1000Ζ0(1*Π)(1*)

1000
σ
(1
Φ)(1*)
2α
α
(1*)
1000
φ
1,32(1
Ξ
+++
+++
=
55.491.4
19.253.6
)1(*)
1000
1(
)1(*)
1000
1(00932.0
P
f
CW
w
t
++
Φ++
=

σ
74.2494.014.3
09.4425.0
)1(*)*10001(*)
1000
1(
)
1000
1(*)
100
1(*300.47
Pz
f
DT
w
t
D
s
+++
++
=
σ
σ
φ - đường kính thanh thép hoặc sợi thép;
α
s
- hệ số nhiệt cốt thép;
DTD - độ hạ nhiệt độ thiết kế;
σ
w

- ứng suất do tải trọng bánh xe.
4.2.2 Cốt thép ngang:
- Lượng cốt thép ngang thường bằng 1/5 - 1/8 lượng cốt thép dọc. Khoảng
cách cốt thép ngang không nên nhỏ hơn 90cm, không lớn hơn 150cm. Nếu bố trí cốt
thép ngang, thì nên chọn loại φ12, φ14, φ16, cốt thép ngang cũng nên là thép có gờ
tuân theo những quy trình như đã đề cập đối với cốt thép dọc;
- Mặc dù có thể bỏ qua các cốt thép ngang, nhưng chúng lại có thể làm giảm
được sự mở rộng của các vết nứt dọc và do đó giảm được nguy cơ bê tông bị phá
huỷ. Khi sử dụng cốt thép ngang, có thể sử dụng công thức sau để xác định số lượng
cốt thép ngang cần thiết:
+ Với mặt đường BTXMCT liên tục, nói chung là không cần sử dụng cốt
thép bọc chất chống gỉ. Tuy nhiên ở những vùng thép bị gỉ nghiêm trọng do tác dụng
mạnh của các loại muối thì nên dùng cốt thép chống gỉ. Khi đó, nên tăng thép liên
kết lên 15% để tăng khả năng liên kết giữa bê tông và cốt thép;
+ Khi nối cốt thép dọc, đoạn nối chồng bằng ít nhất 25 lần đường kính
thanh, trong đó kiểu nối thường là nối đan chéo hoặc là xếp nghiêng. Nếu nối kiểu
đan chéo, không quá 1/3 số thanh được xếp trên mặt phẳng nằm ngang và khoảng
cách nhỏ nhất giữa các thanh đan nên là 1,2m.
+ Cần có chi tiết bố trí cốt thép hoặc những chỉ dẫn kỹ thuật cụ thể để đảm
bảo đủ cốt thép tại những điểm không liên tục như các khe dừng thi công, khe
chuyển tiếp v.v
+ Hàm lượng cốt thép ngang cần thiết :
100.
.2
.
s
s
t
f
FW

P =
Trong đó:
P
t
- cốt thép ngang %;
W
s
- tổng chiều rộng mặt đường (f
t
);
F - hệ số ma sát nền;
F
s
- ứng suất làm việc cho phép của thép, Psi.
Có thể sử dụng phương trình sau để tính khoảng cách cần thiết giữa các cốt
thép ngang:
Trong đó:
Y - khoảng cách giữa các cốt thép ngang;
A
s
- diện tích mặt cắt ngang của thép;
P
t
- % cốt thép ngang;
D - bề dày tấm.
5. Các lớp móng đường
Móng đường cần phải được thiết kế sao cho:
- Tránh tụ nước dưới đáy mặt đường đây là nguyên nhân chính dẫn tới sự
phá hoại nhanh chóng của mặt đường BTXM;
- Lớp móng thoát nước tốt sẽ ngăn chặn được sự tích ẩm bên dưới mặt

đường và ngăn việc hình thành các rãnh tụ;
- Các lớp móng có khả năng chống lại được sự xói mòn dới tác dụng của áp
lực nước lớn sẽ hạn chế được sự biến dạng của mặt đường dưới tác dụng của tải
trọng xe chạy;
- Mặt đường trên những lớp móng được gia cố hoặc móng bằng đá dăm nhìn
chung là tốt hơn so với mặt đường đặt trên lớp móng sỏi không được gia cố.
6. Nền đường
100.
DP
A
Y
t
s
=
- Không nên thi công các mặt đường BTXMCTLT trên những nền đất bị
biến dạng do dãn nở, băng giá hoặc vùng đất lún;
- Cần đặt mặt đường BTXMCTLT lên trên những nền đồng nhất, và đã được
đầm nén đến một mức độ cần thiết;
- Với những vùng đất yếu, cần có các biện pháp xử lý nền móng.
7. Các khe nối
Mối nối dọc là cần thiết và thường được sử dụng với những mặt đường rộng
hơn 4,5m. Các khe nối dọc thường được tạo nên bằng cách xẻ mặt đường xuống 1/3
chiều dày của nó. Các tấm kề nhau được liên kết bằng các thanh liên kết hoặc các
thanh truyền lực ngang để chống sự phân chia theo các làn. Việc thiết kế các thanh
liên kết đã được đề cập đến trong mặt đường BTXM thông thường.
a. Các khe nối chuyển tiếp: các biện pháp xử lý khe nối chuyển tiếp thông
dụng là dùng dầm thép cánh rộng để định hướng chuyển động và dầm neo để khống
chế sự chuyển động của tấm mặt đường.
Sử dụng dầm thép để định hướng chuyển động:
Hình 3. Cấu tạo chung kết cấu

b. Hệ dầm neo:
Được sử dụng cho mối nối chuyển tiếp, thường gồm từ 3 - 5 dầm ngang hình
chữ nhật bằng bê tông kiên cố. Các dầm này được ngàm vào nền đường trước khi thi
công phần mặt đường. Mối nối kiểu này phụ thuộc vào sức kháng bị động của đất
nền. Do đó, mối nối này không hiệu quả đối khi sử dụng tại vùng đất cố kết.
Hình 3. Cấu tạo chung kết cấu
c. Các khe nối
Mối nối ngừng thi công: cần đặt các tấm ván khuôn ngang qua mặt đường
sao cho cốt thép dọc vẫn được liên tục qua khe nối. Cốt thép dọc qua khe nối phải
tăng ít nhất là 1/3 lần bằng cách bố trí các thanh chịu cắt cùng kích cỡ và dài 1m
giữa các cốt thép dọc.
d. Đoạn BTXM chuyển tiếp, làn phụ và vai đường
Nên sử dụng mặt đường BTXM phân tấm cho đoạn chuyển tiếp, làn phụ và
phần vai đường của mặt đường BTXM cốt thép liên tục và liên kết dọc với mặt
đường sẽ tốt hơn.
Việc sử dụng mặt đường BTXM phân tấm làm đoạn chuyển tiếp sẽ định
hướng được sự chuyển động và giảm nguy cơ phá hoại đối với mặt đường BTXMCT
liên tục tại đoạn đầu đoạn chuyển tiếp.
Viện KHCN GTVT đã tiến hành áp dụng thí điểm lần đầu tiên vào tháng
4/2003 trên QL12A Quảng Bình với chiều dài đoạn thí điểm là 1km (Km26+600 -
Km27+600). Hiện nay đang tiến hành thiết kế KT-TC phần mặt đường tại 2 trạm thu
phí trên QL18 sử dụng mặt đường BTXM cốt thép liên tục.
8. Kết cấu mặt đường đã ứng dụng trên QL12A
a. Các thông số chính sử dụng tính toán:
+ Tải trọng trục tính toán: 8,2 tấn;
+ Thời gian khai thác: 30 năm;
+ Cờng độ chịu nén của BTXM: 350daN/cm
2
(5.000psi);
+ Cường độ kéo uốn của BTXM: 45daN / cm

2
;
+ Độ chênh nhiệt độ: 25
o
C.
b. Hàm lượng cốt thép dọc thiết kế: P =0,54 %
c. Cấu tạo kết cấu mặt đường.
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục:
+ Chiều dày 24cm;
+ Cốt thép dọc loại có gờ, AII, φ16, a=15cm;
+ Cốt thép ngang loại có gờ, AII, φ12, a=50;
- Lớp ngăn cách : 1 lớp giấy dầu, 1 lớp nilon;
- Lớp móng cấp phối đá dăm dầy 18cm.
Hình 3. Cấu tạo chung kết cấu
d. Mặt bằng bố trí các vị trí khe chuyển tiếp
- Bố trí hai đoạn chuyển tiếp BTCT phân tấm 20m;
- Bố trí mỗi tấm dài 240m một đầu dùng hệ dầm, đầu dùng khe giãn đặc
biệt.
Hình 3. Cấu tạo chung kết cấu
Kết luận
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục hiện nay tuy đã và đang được sử dụng phổ biến
cho đường cấp cao ở các nước trên thế giới, nhưng đối với Việt Nam thì loại mặt
đường này vẫn còn mới mẻ. Việc nghiên cứu, thí điểm nhằm xây dựng một tiêu
chuẩn hướng dẫn thiết kế cho loại mặt đường này là cần thiết.
- Viện KH&CN - GTVT dựa trên cơ sở nghiên cứu, những báo cáo tổng kết đánh
giá, quy trình quy phạm về thiết kế xây dựng mặt đường BTXM cốt thép của các
nước đã sử dụng loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục và đặc biệt là các kết quả
nghiên cứu ứng dụng thí điểm loại mặt đường này trên QL12A và 2 trạm thu phí trên
QL18 sắp tới, sẽ tiến đến xây dựng hoàn thiện Quy trình thiết kế mặt đường BTXM
cốt thép liên tục trình Bộ GTVT phê duyệt.

Hệ dầm neo
Hình . ảnh về công tác thí điểm (Mỹ)
Hình 3. Cấu tạo khe chuyển tiếp
Hình 3. ảnh vê công tác thí điểm (QL12A)
Hình 3. ảnh chụp khe thi công trước khi đổ bê tông