TKD CHUONG 6 thiet ke ao duong mem

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM
6.1 Yêu cầu chung đối với áo đường và cấu tạo kết cấu áo đường
6.1.1 Yêu cầu chung đối với áo đường
Áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp
vật liệu khác nhau, trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và sự phá hoại thường
xuyên của các nhân tố thiên nhiên như mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,… Do đó khi
thiết kế và xây dựng áo đường phải đạt được các yêu cầu sau đây:
- Áo đường phải có đủ cường độ chung biểu thị qua khả năng chống lại biến
dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn do chịu kéo uốn hoặc do thay đổi
nhiệt độ. Ngoài ra, cường độ của áo đường phải ít thay đổi theo điều kiện thời tiết, khí
hậu, tức là phải ổn định về mặt cường độ.
- Mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản
lăn, giảm xóc khi xe chạy. Do đó sẽ nâng cao được tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiện
liệu và kéo dài tuổi thọ của xe, giảm giá thành vận tải. Để đảm bảo được độ bằng phẳng
thì khi thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp và chú ý đến các biện
pháp kỹ thuật khi thi công.
- Bề mặt của áo đường phải có đủ độ nhám nhất định để nâng cao hệ số bám
giữa bánh xe với mặt đường, tạo điều kiện cho xe chạy an toàn với tốc độ cao và trong
trường hợp cần thiết có thể dừng xe nhanh chóng. Để đảm bảo được độ nhám thì khi
thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp.


CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM


CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM


CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM

- Áo đường càng sản sinh ít bụi càng tốt, áo đường phải kín nước. Vì bụi sẽ
làm giảm tầm nhìn, gây tác dụng xấu cho hành khách, hàng hóa và gây ô nhiễm môi
trường.
6.1.2 Cấu tạo kết cấu áo đường
Cấu tạo của kết cấu áo đường hoàn chỉnh gồm có tầng mặt và tầng móng, mỗi
tầng lại có thể gồm nhiều lớp vật liệu (Hình 1.1).
- Tầng mặt : chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe chạy (lực thẳng đứng và
lực nằm ngang) và tác dụng của các nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, thay đổi nhiệt độ,
…).
Tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, có đủ độ
nhám, chống thấm nước, chống nứt, có khả năng chịu mài mòn tốt, không bụi và ít
bong bật.
Tầng mặt gồm lớp tạo nhám kiêm chức năng lớp hao mòn bảo vệ( nếu có) và
lớp chịu lực: có thể gồm 1, 2 hoặc 3 lớp phụ thuộc cấp đường, quy mô giao thông


- Tầng móng: có thể bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù
hợp với biểu đồ phân bố ứng suất do tải trọng bánh xe truyền xuống nền đường.
Như vậy có thể tận dụng được vật liệu tại chỗ.
+ Lớp móng trên : tiếp nhận áp lực của tầng mặt truyền xuống móng dưới và nền đất,
có tác dụng phân bố lực thẳng đứng để khi truyền xuống nền đất ứng suất sẽ giảm
đến một mức độ mà nền đất có thể chịu được. Tầng móng có thể làm bằng vật liệu
gia cố chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ, hoặc các vật liệu rời rạc. Ngoài ra nên cố
gắng sử dụng vật liệu tại chỗ để làm lớp móng.
+ Lớp móng dưới có chức năng tương tự, nhưng lớp móng dưới cùng ngoài chức năng
chịu lực, trong một số trường còn có một số chức năng đặc biệt: thoát nước làm khô
nền đường, cách nước cách hơi, tuỳ theo chức năng có thể làm bằng vật liệu thoát
nước tốt hoặc vật liệu cách nước cách hơi; ( vải địa kỹ thuật, đất sét, đất gia cố hoặc
đất đầm chặt cường độ cao )

(KÕt cÊu tæng thÓ nÒn mÆt ® êng)

(Subgrade)

Lí p ®¸ y mãng (C apping layer)

KÕt cÊu nÒn ¸ o ® êng

Lí p mãng d í i (Sub-base)

(Pavement structure)

Lí p mÆt (Surfacing)

¸ o ® êng
(hay kÕt cÊu ¸ o ® êng)

TÇng mÆt

Lí p mãng trª n (Base)

Khu vùc t¸ c dông 80-100 cm

Lí p t¹ o nh¸ m (nÕu cã)

TÇng mãng

Hình 1.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đường mềm và kết cấu nền - áo đường

Cấu tạo trắc ngang áo đường


6.2 Phân loại áo đường
6.2.1 Phân loại theo vật liệu và cấu trúc vật liệu
1) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc
theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối:
- Theo nguyên lý đá chèn đá: là mặt đường đá dăm nước (hay đá dăm
macadam) được cấu trúc bằng đá dăm có kích cỡ đồng đều, hình dạng sần sùi sắc cạnh
và có cường độ tương đối cao. Thông qua quá trình vừa lu lèn (khi lu có tưới nước để
đá dễ chặt và khỏi vỡ) vừa chèn thêm các cỡ đá dăm kích thước nhỏ hơn so với đá cơ
bản, cường độ của lớp áo đường này sẽ hình thành trên cơ sở ma sát, chèn móc giữa
các hòn đá với nhau.
Ưu điểm: công nghệ thi công đơn giản.
Nhược điểm: đòi hỏi quá cao về hình dạng, kích cỡ và cường độ của đá, tốn
công lu lèn, sức chịu bong bật kém nên thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp thấp
và làm lớp móng cho đường cấp cao.


- Theo nguyên lý cấp phối: là mặt đường cấp phối được cấu trúc bằng hỗn hợp
đá, sỏi, cuội, cát, đất từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định để đảm
bảo sau khi lu lèn hỗn hợp có độ rỗng nhỏ, tức là đạt được độ chặt lớn. Cường độ sẽ
được hình thành do lực dính và lực ma sát giữa các hạt tăng lên.
Yêu cầu chính là khống chế đúng tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần hạt và chỉ
số dẻo (thông qua hàm lượng hạt nhỏ – đất dính). Nếu hàm lượng sét quá nhiều làm
cho mặt đường kém ổn định với nước, nếu quá ít sẽ không đủ dính kết.
Ưu điểm: tạo thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu địa phương, cường độ hạt
không đòi hỏi quá cao, ít tốn công lu lèn. Nhược điểm: kém ổn định đối với nước, mùa
mưa thì lầy lội, mùa khô thì nhiều bụi.

2) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc
theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết dính
vô cơ (xi măng, vôi,…): nhờ có chất kết dính nên cường độ và tính ổn định nước của
các loại mặt đường này được tăng lên rõ rệt.
Điển hình cho loại mặt đường này là các lớp: đất hoặc đá có gia cố vôi, xi
măng,… và thường dùng làm lớp móng cho đường cấp cao. Áo đường bê tông xi măng
cũng thuộc loại này nhưng được cấu trúc đặc biệt tốt và thường dùng làm lớp mặt cho
đường cấp cao, chịu được bào mòn bề mặt, khả năng chịu kéo khi uốn lớn.


3) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc
theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết dính
hữu cơ (bi tum, guđrông): tùy theo phương pháp thi công, ta có:
+ Theo phương pháp tưới:
- Mặt đường thấm nhập nhựa: tưới nhựa vào các lớp đá đã rải sẵn rồi chèn và
lu lèn, tùy theo chiều sâu nhựa thấm nhập mà ta có: thấm nhập nhẹ, bán thấm nhập và
thấm nhập sâu.
- Mặt đường láng nhựa: tưới nhựa lên tầng mặt đã hình thành rồi rải sỏi sạn
hoặc đá dăm nhỏ và lu cho đá sỏi chìm vào trong nhựa
+ Thi công theo phương pháp trộn thì có các loại: đất gia cố nhựa; đá dăm
đen (đá có kích cỡ đồng đều trộn với nhựa rồi rải và chèn đá con trộn nhựa); hỗn hợp
đá trộn nhựa (cấp phối đất đá trộn nhựa rồi lu lèn chặt) và bê tông nhựa (bao gồm đá,
cát, bột khoán và 4-12% nhựa đem trộn với nhau theo nguyên lý cấp phối tốt nhất và lu
lèn chặt).
6.2.2 Phân loại theo đặc điểm tính toán cường độ áo đường
Có hai loại: áo đường cứng và áo đường mềm.


- Áo đường cứng (mặt đường bê tông xi măng): là kết cấu có khả năng chịu
kéo khi uốn rất lớn, làm việc theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi, tức là phân bố được

áp lực của tải trọng bánh xe xuống nền đất trên một diện tích rộng làm cho nền đất phía
dưới ít phải tham gia chịu tải.
- Áo đường mềm: là kết cấu với các tầng lớp không có khả năng chịu uốn hoặc
có khả năng chịu uốn nhỏ, dưới tác dụng của tải trọng bánh xe chúng chịu nén và chịu
cắt trượt là chủ yếu. Do đó nền đất cũng tham gia chịu tải cùng với mặt đường ở mức
độ đáng kể.
Thuộc về áo đường mềm là tất cả các loại áo đường làm bằng các vật liệu khác
nhau, trừ mặt đường bê tông xi măng.


6.2.3. Phân loại theo đặc tính và phạm vi sử dụng:


6.3 Nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường
6.3.1 Trình tự thiết kế áo đường:
1) Đề xuất các phương án cấu tạo kết cấu áo đường, mỗi phương án bao gồm
tầng mặt và tầng móng, mỗi tầng có thể có nhiều lớp vật liệu khác nhau.
2) Kiểm toán cường độ chung của cả kết cấu áo đường và cường độ trong mỗi
tầng lớp áo đường. Tính toán xác định bề dày từng lớp.
3) Tính toán luận chứng kinh tế – kỹ thuật, so sánh các phương án để lựa chọn
phương án tối ưu.
6.3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường:
Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường là nhằm chọn và bố trí hợp lý các lớp vật
liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng lớp áo đường.


Nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm:
1) Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường, tức là phải sử
dụng các biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ của nền đất, tạo điều kiện thuận lợi
cho nền đất cùng tham gia chịu tải với áo đường.

- Yêu cầu là thiết kế một kết cấu áo đường kín và ổn định nhiệt, có tầng mặt
không thấm nước, thoát nước mặt nhanh.
- Phải chú ý sử dụng tối đa các vật liệu tại chỗ nhằm giảm giá thành xây dựng
của công trình.
- Phải phù hợp với khả năng thi công thực tế, cơ giới hóa và công nghiệp hóa
quá trình xây dựng để giảm giá thành.
- Áp dụng nguyên tắc phân kỳ đầu tư trong thiết kế cấu tạo áo đường, dự tính
biện pháp tăng cường bề dày, thay đổi kết cấu để nâng cấp áo đường cho phù hợp với
yêu cầu xe chạy tăng dần theo thời gian.
2) Cấu tạo tầng mặt áo đường:
Tùy theo cấp hạng kỹ thuật mặt đường và phạm vi sử dụng các loại tầng mặt
bao gồm:
- Bê tông nhựa chặt dưới hình thức nhựa bitum đun nóng, nhũ tương bitum
hoặc nhựa bitum lỏng.
- Đá dăm nước không có hoặc có xử lý nhựa (thấm nhập nhựa, láng nhựa,…)
hoặc xử lý bằng chất kết dính vô cơ rồi láng nhựa lên trên.
- Cấp phối đá dăm hoặc cấp phối thiên nhiên có hoặc không có xử lý chất kết
dính vô cơ.


- Cát, đất cải thiện thành phần hạt hoặc gia cố các chất kết dính vô cơ, trên có
lớp bảo vệ.
- Lát đá, gạch nung hoặc lát gạch bê tông.
Có các loại tầng mặt:
- Cấp cao A1 (bê tông nhựa chặt): dùng trên các tuyến đường cấp cao.
- Cấp cao A2 (bê tông nhựa rải nguội và ấm, thấm nhập nhựa, láng nhựa):
dùng cho các loại đường ít quan trọng.
- Cấp thấp B1 và B2 (đá gia cố chất kết dính vô cơ láng nhựa, đá dăm nước,
cấp phối,…): dùng trên các tuyến đường cấp thấp, giao thông nông thôn.

3) Cấu tạo tầng móng áo đường:
- Nên bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với biểu
đồ phân bố ứng suất của tải trọng xe chạy nhằm sử dụng hợp lý khả năng làm việc
của vật liệu mỗi lớp . Tỷ số mô đun đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới kề nó bằng vật
liệu kém dính không nên vượt quá 3 lần và tỷ số mô đun đàn hồi của lớp móng dưới
với mô đun đàn hồi của nền đất nên trong phạm vi 2,5 – 10 lần. Số lớp cũng không
nên nhiều quá để tránh phức tạp cho việc thi công và kéo dài thời gian khai triển
dây chuyền công nghệ thi công.
- Vật liệu làm tầng móng bao gồm:
+ Đá dăm nước, đá dăm cấp phối có hay không có gia cố chất kết dính (dùng cho
lớp móng trên).
+ Đất, cát có gia cố chất kết dính (dùng cho lớp móng trên hoặc lớp móng dưới).
+ Cấp phối thiên nhiên, cấp phối sỏi cuội (dùng cho lớp móng dưới).





4) Bề dày các lớp vật liệu:
- Vì đắt tiền nên các lớp càng ở trên càng nên làm mỏng đến mức tối thiểu,
trong khi các lớp dưới rẻ tiền nên tăng bề dày.


4) Bề dày các lớp vật liệu:
- Bề dày mỗi lớp không nên vượt quá bề dày có thể lèn ép được (tương ứng
với các công cụ đầm nén sẵn có). Nếu vượt quá thì cùng một lớp vật liệu phải thi công
hai lần, do đó chỉ hợp lý khi bề dày chọn gần với bội số của bề dày có thể lèn ép được.
- Bề dày tối thiểu của mỗi lớp vật liệu không được nhỏ hơn 1,5 lần kích cỡ hạt
cốt liệu lớn nhất và không được nhỏ hơn theo quy định của quy trình 22TCN 211-06

tùy theo loại vật liệu.


4) Bề dày các lớp vật liệu:


4) Bề dày các lớp vật liệu: (Khi sử dụng lớp móng trên là đất đá gia cố chất kết dính vô
cơ)


 BÀI 6.4: CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM &
NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN
 Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, kết cấu áo đường mềm có thể gặp những
hư hỏng như sau: