Luận án thạc sỹ KHKT Trang 1
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
Phần Mở đầu
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đờng là tiến hành lựa chọn, bố trí các tầng lớp kết
cấu một cách hợp lý để đảm bảo đúng chức năng của mỗi lớp đạt yêu cầu về chịu tác
dụng của tải trọng xe chạy và về các nhân tố tác động của môi trờng, đồng thời vừa
đảm bảo đợc tính kinh tế trong đầu t xây dựng và trong duy tu bảo dỡng về sau.
Thiết kế nền mặt đờng theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đờng, mỗi lớp
kết cấu thờng đợc làm bằng vật liệu khác nhau có cờng độ và chiều dày khác nhau
với chức năng độc lập. Tuỳ theo vị trí của mỗi lớp mà vai trò chức năng của nó đối
với toàn bộ kết cấu áo đờng sẽ khác nhau. Tuy nhiên chúng ta không thể phủ nhận
vai trò của nền đờng, nhất là cờng độ lớp trên của nền.
Vì nhiều lý do mà từ trớc đến nay chúng ta cha thực sự quan tâm đến lớp trên
nền đờng.
Chính vì vậy, mà tác giả rất mong muốn qua đề tài này nghiên cứu ảnh hởng
của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm.
2. Nội dung nghiên cứu:
Trình bày một cách hệ thống và làm sáng tỏ những ảnh hởng lớp trên nền đ-
ờng đến kết cấu áo đờng mềm.
Kiến nghị một số giải pháp cụ thể có thể sử dụng trong công tác thiết kế cho
lớp trên nền đờng trong kết cấu áo đờng mềm.
3. Đối tợng nghiên cứu:
Lớp trên nền đờng (đáy áo đờng): cả trong phạm vi nền đắp và nền đào với
chiều sâu giới hạn 0,60m -:- 0,8m.
Lớp nền đờng.
Cờng độ của đất nền, môđun đàn hồi đặc trng trên mặt đờng cũ.
Các đặc trng cơ lý phần đất đáy áo đờng.
4. Phơng pháp nghiên cứu:
Phơng pháp nghiên cứu thực tiễn, phơng pháp nghiên cứu lý thuyết tính toán
Cách tính toán: xác định ứng suất do xe chạy gây ra trong các lớp mặt đờng
bằng lý thuyết và so sánh các ứng suất này với cờng độ cho phép của vật liệu làm đ-
ờng (thờng đợc lấy theo kinh nghiệm). Các phơng pháp thuộc nhóm này gồm:
Phơng pháp tính toán theo JTJ014-86 (Trung Quốc).
Phơng pháp 22 TCN-211-06 (Việt Nam).
Phơng pháp Alizé 3 (Pháp).
Phơng pháp kinh nghiệm thực nghiệm:
Đợc xây dựng dựa trên các cơ sở kinh nghiệm thu đợc trên các đoạn đờng
thực nghiệm hoặc trên các mạng lới đờng đang khai thác:
Phơng pháp CBR.
Phơng pháp của viện nghiên cứu đờng bộ Anh (TRRL).
Các phơng pháp thực nghiệm của Mỹ:
o Phơng pháp Shook và Finn.
o Phơng pháp Liddle.
o Phơng pháp Shell.
o Phơng pháp AASHTO.
Phơng pháp của Trung tâm thiết kế nhà và công trình Pháp.
Các bản thiết kế điển hình (Catalo) đợc lập riêng cho từng nớc Các bản
catalo này đợc lập dựa vào các số liệu thu đợc qua theo dõi tình hình mạng lới đờng
đang khai thác và kiểm toán lại kết cấu bằng phơng pháp lý thuyết.
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 4
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
1.1.1. Phơng pháp CBR:
Phơng pháp CBR do OJ Porter ở Viện đờng bộ bang Clifornia đề xuất năm
1938 Sau 14 năm tiến hành thí nghiệm trên các tuyến đờng của bang này, Porter
đã đợc mối quan hệ thực nghiệm giữa chỉ số CBR của đất (xác định bằng thí nghiệm
nén CBR quy định) với chiều dày tối thiểu của mặt đờng bảo đảm không bị phá hoại
nhiên đã xét đến sự lặp lại của tải trọng.
Về chất lợng vật liệu, nếu lớp móng trên làm bằng hỗn hợp đá trộn nhựa thay
cho vật liệu không gia cố thì cho phép giảm đi 40% chiều dày. Các điều kiện thí
nghiệm CBR ngâm nớc đợc cho là quá nghiêm khắc nên việc nén lún đợc tiến hành
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 5
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
ở độ ẩm gần với độ ẩm tốt nhất của Proctor khi mực nớc ngầm nằm dới cao độ nền
đờng trên 1m.
Trong lần xuất bản thứ 3 (năm 1971), các toán đồ này đã đợc cải biến nhiều
so với hai lần trớc 1960 và 1966 với các đặc điểm sau:
- Lợng giao thông đợc đánh giá theo số tơng đơng của trục bánh xe tiêu chuẩn
(8,1T).
- Tuổi thọ quy định là 20 năm đối với mặt đờng mềm và 40 năm đối với mặt đ-
ờng cứng.
1.1.3. Thí nghiệm của AASHTO và các phơng pháp dựa trên kết quả của thử
nghiệm:
Thí nghiệm về đờng ôtô của AASHTO tiến hành ở bang IIIinois (Mỹ) từ năm
1958 đến năm 1962 đã xác định đợc các vấn đề chủ yếu sau:
Khi tác dụng trùng phùng và tải trọng trục bánh của ôtô càng lớn thì chiều
dày mặt đờng càng dày.
Giữa tác dụng của các ôtô có tại trọng trục bánh khác nhau và áp lực hơi trong
bánh khác nhau có tồn tại bằng quan hệ hằng số nhất định. Từ đó có thể xác định
hệ số quy đổi ôtô các loại về ôtô tính toán.
Chiều dày quy đổi của kết cấu mặt đờng có thể tính theo công thức:
H
qđ
=a
Trên cơ sở nghiên cứu thống kê quan sát áo đờng mềm đã tìm ra công thức
xác định PSI nh sau:
2
38,101,0)1lg(91,103,5 dPCitbPSI ++=
Di
tb
: độ thay đổi trung bình của dốc dốc dọc đợc đo theo trục di chuyển của
bánh xe.
C diện tích mặt đờng có đờng nứt cục bộ kiểu da cá sấu (h hỏng cấp 2) và
bị bong bật (h hỏng cấp 3) m
2
/1000m
2
.
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 6
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
P diện tích mặt đờng cần sửa chữa, m
2
/1000m
2
.
d
2
- Bình phơng chiều sâu trung bình của vết bánh xe (inch).
Với thí nghiệm AASHTO:
phải đại tu (PSI=2,5) và trị số biến dạng trong thời kỳ nền đờng bị mềm yếu và xe
chỉ chạy đợc với tốc độ từ 3,2 -:- 4,8km/giờ
+= lQN lg25,3lg32,140,1lg
Trong đó:
Q: tải trọng trục bánh xe tính toán (t).
l: Độ võng (cm).
N: Cờng độ giao thông
Hầu hết các phơng pháp sử dụng ở các nớc Tây âu và Mỹ đều dựa trên các số
liệu căn cứ sau:
Các đặc trng cờng độ (năng lực chịu tải) của nền đờng.
Lợng giao thông trên một làn xe đã tính đổi về tải trọng tính toán (trục bánh 8
10 13T).
Cờng độ của đất ở Mỹ và nhiều nớc khác đợc đặc trng bằng chỉ số CBR đợc
xác định bằng tấm ép đờng kính 5cm, ép với tốc độ 1,25mm/phút, đến độ
sâu 2,5mm trong mẫu đất hoặc vật liệu làm đờng khác trong cối hình trụ
chiều cao 20cm, đờng kính 20cm. Đất thí nghiệm ngâm bão hoà nớc trong 4
ngày đêm. áp lực đo đợc đợc đối chiếu với áp lực chuẩn bằng 100. áp lực
chuẩn là áp lực tác dụng trên tấm ép đặt trên nền đá dăm.
1.1.3.1. Phơng pháp Shook và Finn:
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 7
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
Dựa trên việc phân tích các kết quả thí nghiệm của AASHTO, phơng pháp này
xác định chiều dày quy đổi H
qđ
của áo đờng theo trị số CBR và tổng số lần đi qua
của ôtô tính toán theo toán đồ.
1.1.3.3. Phơng pháp của Viện công trình Mỹ:
Dựa trên các kinh nghiệm của Viện này và các lý thuyết thu đợc độc lập với
thí nghiệm AASHTO. Chiều dày tổng cộng của các áo đờng rải trên nền đất có chỉ
số CBR nào đó đợc xác định theo công thức:
=
qCBR
QH
1
1,8
1
2
0
Trong đó:
Q: tải trọng trên bánh xe.
q - áp lực bên trong bánh xe.
Chiều dày các lớp áo đờng có thể xác định có xét tới các lớp phái dới, phơng
pháp này còn cha hoàn chỉnh vì thực tế còn cha xét tới độ cứng các lớp.
1.1.3.4. Phơng pháp của Viện ASPHALT (Mỹ):
Phơng pháp này tính chiều dày tổng cộng của áo đờng có điều chỉnh cho các
lớp gia cố bằng vật liệu kết dính.
Trình tự các bớc tính toán nh sau:
Tính đổi lợng giao thông ngày đêm về lợng giao thông tính toán trục bánh
8,2T cho làn xe nặng nhất.
ở cuối niên hạn sử dụng của mặt đờng (thờng từ 2 -:- 2,5) mà theo quy định không
đợc thấp hơn trị số này.
Để xác định chỉ số kết cấu SN phải sử dụng sơ đồ hình vẽ:
Tính toán kết cấu mặt đờng theo trình tự sau:
Kiểm toán chỉ số kết cấu mặt đờng ở độ cao nền đờng theo công thức:
333222113
mDamDaDaSN ++=
Chỉ số này phải cao hơn hoặc bằng chỉ số kết cấu SN tìm đợc ở toán đồ
tính toán chiều dày kết cấu mặt đờng của AASHTO.
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 9
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
Kiểm toán chỉ số kết cấu mặt đờng ở lớp móng dới:
222112
mDaDaSN +=
Chỉ số này phải cao hơn hoặc bằng chỉ số kết cấu SN tìm đợc ở toán đồ
AASHTO nhng với mođul đàn hồi là môđun đàn hồi tơng đơng của lớp móng dới
và nền đờng.
Tơng tự tìm đợc chỉ số kết cấu mặt đờng ở lớp móng trên:
113
DaSN =
Trong đó:
D
i
: chiều dày các lớp kết cấu mặt đờng.
a
i
: các hệ số tơng đơng của vật liệu.
gian nhiều lớp đàn hồi của Burmister bằng máy tính) Sử dụng chơng trình ALIZE
3,5 thì có thể tính ứng suất và biến dạng trong mọi điểm của lớp trong kết cấu mặt
đờng nhiều lớp (cho đến 6 lớp) rồi so sánh kết quả tính toán với cờng độ và độ lún
cho phép của vật liệu xác định bằng thí nghiệm ở trong phòng và kiểm tra hiện tr-
ờng.
1.1.5. Phơng pháp tính toán áo đờng mềm theo 22TCN 211-06:
Nguyên tắc thiết kế:
Phải tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đờng, tức là trong mọi tr-
ờng hợp phải chú trọng các biện pháp nâng cao cờng độ và sự ổn định cờng độ của
khu vực tác dụng để tạo điều kiện cho nền đất tham gia chịu lực cùng với áo đờng
đến mức tối đa, từ đó giảm đợc bề dày áo đờng và hạ giá thành xây dựng. Đồng thời,
còn phải sử dụng các biện pháp tổng hợp khác nhau (biện pháp sử dụng vật liệu và tổ
hợp các thành phần vật liệu, biện pháp thoát nớc cho các lớp có khả năng bị nớc xâm
nhập ) để hạn chế các tác dụng của ẩm và nhiệt đến c ờng độ và độ bền của mỗi
tầng, lớp trong kết cấu áo đờng và đặc biệt là biện pháp hạn chế các hiện tợng phá
hoại bề mặt đối với lớp mặt trên cùng do xe chạy gây ra.
Công tác thiết kế áo đờng mềm gồm các nội dung chủ yếu sau:
+ Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đờng: Nội dung chính ở đây là chọn và bố trí
hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng, lớp áo đờng,
chọn các giải pháp tăng cờng cờng độ và sự ổn định cờng độ của khu vực tác dụng
(bao gồm cả các giải pháp thoát nớc nếu cần, cho các lớp kết cấu nền áo đờng).
+ Việc thiết kế cấu tạo này có ý nghĩa hết sức quan trọng vì thực tế có nhiều yêu
cầu không thể giải quyết bằng biện pháp tính toán, đặc biệt là để hạn chế tác dụng
phá hoại bề mặt do xe cộ và do các tác nhân môi trờng thì chỉ có thể giải quyết
bằng biện pháp cấu tạo thích hợp.
+ Tính toán kiểm tra cờng độ chung và cờng độ trong mỗi lớp kết cấu áo đờng
xác định bề dày mỗi lớp kết cấu áo đờng theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép.
+ Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa
vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm
Lớp mặt (Surfacing)
Tầng mặt
Tầng móng
Lớp móng trên (Base)
Lớp móng dới (Sub-base)
Lớp đáy móng (Capping layer)
Khu vực tác dụng 80-100 cm
(Subgrade)
Kết cấu nền áo đờng
(Kết cấu tổng thể nền mặt đờng)
áo đờng
(hay kết cấu áo đờng)
(Pavement structure)
Lớp tạo nhám (nếu có)
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 12
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
tợng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu dới tác dụng trùng phục của xe cộ, do đó bảo
đảm duy trì đợc khả năng phục vụ của cả kết cấu đến hết thời hạn thiết kế.
Cơ sở của phơng pháp tính toán:
Cơ sở của phơng pháp tính toán theo 3 tiêu chuẩn giới hạn nêu trên là lời giải
của bài toán hệ bán không gian đàn hồi nhiều lớp có điều kiện tiếp xúc giữa các lớp
là hoàn toàn liên tục dới tác dụng của tải trọng bánh xe (đợc mô hình hoá là tải trọng
phân bố đều hình tròn tơng đơng với diện tích tiếp xúc của bánh xe trên mặt đờng),
đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thác đờng trong nhiều năm để đa
ra các quy định về các tiêu chuẩn giới hạn cho phép.
Căn cứ vào môđun đàn hồi nền đờng làm một trong những cơ sở thiết kế áo đ-
ờng mềm.
1.2. Quan niệm vai trò lớp trên nền đờng trong công tác
thiết kế
Bảng 1-1. Nếu có điều kiện thì nên thiết kế đạt độ chặt cao hơn (độ chặt K1,0)
Bảng 1-1: Độ chặt tối thiểu của nền đờng trong phạm vi khu vực tác dụng
(so với độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 05)
Loại nền đờng
Độ sâu
tính từ
Độ chặt K
Đờng ô tô
từ cấp I
đến cấp
IV
Đờng ô
tô cấp V
và cấp
VI
Nền đắp
Khi áo đờng dày trên
60cm
30 0,98 0,95
Khi áo đờng dày dới 60cm 50 0,98 0,95
Bên dới
chiều sâu
Đất mới đắp 0,95 0,93
Đất nền tự
nhiên (*)
Cho đến
80
0,93 0,90
Nền đào và nền không đào không đắp
(đất nền tự nhiên) (**)
các cấp khác.
+ 50cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với
đờng cao tốc, cấp I, II và bằng 4 đối với đờng các cấp khác.
+ Mỗi mẫu thử CBR chỉ đặc trng cho 1 lớp đất có bề dày 20cm. Do vậy
đối với trờng hợp nền đào hoặc nền không đào không đắp thì phải lấy mẫu
từng lớp 20cm để thử nghiệm kiểm tra chỉ tiêu này kết hợp với việc thí
nghiệm độ chặt để quyết định có cần đào thay thế hoặc đầm nén lại không
(việc kiểm tra có thể dùng các phơng pháp thí nghiệm xác định CBR hiện tr-
ờng hoặc phơng pháp tơng đơng khác) (CBR xác định theo điều kiện mẫu đất
ở độ chặt đầm nén thiết kế và đợc ngâm bão hoà nớc 4 ngày đêm).
Tuỳ theo trong trờng hợp cụ thể của công trờng (tính chất của đất, điều kiện
khí hậu thời tiết, điều kiện thuỷ văn địa chất, tình hình vận chuyển phục vụ thi công
) mà có thể làm lớp trên nền đ ờng dới các hình thức khác nhau:
Nếu các đặc trng của đất đắp nền đờng hoặc của đất đào phù hợp với chất l-
ợng yêu cầu của vật liệu lớp trên nền đờng thì không cần làm lớp trên nền đờng.
Nếu chỉ có một loại vật liệu phù hợp với chất lợng yêu cầu thì làm lớp trên
nền đờng một lớp.
Nếu có nhiều loại vật liệu phù hợp với yêu cầu thì có thể làm lớp trên nền đ-
ờng nhiều lớp.
1.2.2. Các chức năng của lớp trên nền đờng:
Lớp trên nền đơng phải đồng thời đáp ứng đợc các chức năng sau:
a. Trớc mắt:
Bảo đảm cho các xe trở vật liệu làm lớp móng có thể đi lại trong mọi điều
kiện, mọi thời tiết.
Có thể lu lèn lớp móng dới đạt yêu cầu và độ bằng phẳng. Nh vậy, lớp trên
nền đờng phải đủ sức chịu tải để các thiết bị lu lèn làm việc trong thời tiết bất lợi.
Tạo hiệu ứng đe để đảm bảo chất lợng đầm nén các lớp móng phía trên.
Bảo đảm cao độ của lớp mặt nền đờng phù hợp với cao độ thiết kế với sai số
3cm.
Bảo vệ nền đất không bị ma lũ xói mòn trong khi chờ đợi thi công mặt đờng.
thậm trí còn có thể sinh ra hiện tợng sình lầy làm cho mặt đờng bị h hỏng quá sớm
do nền móng lún không đều.
Để đảm bảo tính năng sử dụng cho nền mặt đờng, giảm nhẹ nhiệm vụ của mặt
đờng, hạ giá thành công trình thì nền đờng phải đủ năng lực chịu tải và ổn định với
nớc.
Chính vì vậy, lớp trên nền đờng tốt nhất phải đợc đắp bằng đất tốt, phải đợc
đầm nén cẩn thận, khi cần thiết phải có lớp cách ly hoặc có biện pháp xử lý khác.
1.2.4. Vật liệu của lớp trên nền đờng:
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 16
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
Vật liệu của lớp trên nền đờng phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Không nhạy cảm với nớc.
Các đặc trng cơ học của vật liệu phải không phụ thuộc vào độ ẩm của nó. Nếu
vật liệu ở trạng thái tự nhiên không thoả mãn yêu cầu này thì phải xử lý (nh gia cố
vôi hoặc xi măng hoặc loại bỏ các nhóm hạt nhỏ).
Cớ hạn lớn nhất của vật liệu không đợc lớn hơn một trị số quy định để đảm
bảo sai số cho phép cao độ nền đờng là 3cm và có thể trộn đều với các chất liên
kết khi cần thiết.
Đủ cờng độ, chịu đợc tác dụng của xe máy thi công và vận chuyển vật liệu.
1.2.5. Chiều dày của lớp trên nền đờng
Theo quy định của Pháp chiều dày lớp trên nền đờng đợc xác định thông qua
tính toán phụ thuốc vào cấp bề mặt của đất đào, đắp (ARi), cấp cơ học của vật liệu
làm lớp trên nền đờng và cấp cờng độ của mặt nền đờng cần đạt đợc PFi:
Theo quy định của Pháp (Quy trình thi công nền đờng và lớp trên nền đờng,
SETRA-LCPC, 9/1975), lớp trên nền đờng đợc chia thành 3 loại:
Lớp trên nền đờng dày: Chiều dày trên 80cm bằng vật liệu không gia cố, hoặc
trên 60cm bằng vật liệu gia cố vôi và trên 40cm bằng vật liệu gia cố xi măng.
Các sức chịu tải của nền
đất (lúc thi công xong)
Lớp trên nền đờng của mặt đờng
Có lớp móng gia cố
bằng vật liệu xi
măng
Các loại mặt đờng
khác
0 (CBR < 3%) dày dày
1 (CBR = 3 6) Trung bình Mỏng
2 (CBR = 6 10) Mỏng Không cần
3 (CBR = 10 20) Không cần Không cần
Sau khi làm xong lớp trên nền đờng cho phép tăng cấp sức chịu tải của nền
đất nh quy định sau:
Lớp trên nền đờng chiều dày trên 20cm bằng vật liệu gia cố xi măng, hoặc
trên 30cm bằng vật liệu không gia cố hoặc gia cố vôi: đợc tăng lên 1 cấp.
Lớp trên nền đờng chiều dày trên 35cm bằng vật liệu gia cố xi măng, hoặc
trên 50cm bằng vật liệu không gia cố hoặc gia cố vôi: đợc tăng lên 2 cấp.
1.2.6. Các chỉ tiêu kỹ thuật của lớp trên nền đờng:
1.2.6.1. Môđun đàn hồi của nền đờng:
Để xét tới tác dụng của tải trọng bánh xe lên đỉnh nền đờng thờng dùng
mođul đàn hồi đo đợc bằng phơng pháp nén tấm ép tròn lên nền đờng.
Biến dạng đàn hồi đợc hiểu theo nghĩa có thể khôi phục đợc, cũng phản ánh
tính chất đàn hồi của khối đất.
Do vậy nền đờng thờng đợc xem là bán không gian đàn hồi vô hạn đồng nhất.
Thông qua thí nghiệm tấm ép ta có thể vẽ đờng cong quan hệ giữa tải trọng ở
đỉnh nền đờng (áp lực đơn vị), và biến dạng đàn hồi (độ võng), tính đợc môđun
đàn hồi đại diện cho cả nền đờng (từ trên xuống).
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
nền móng Et quy định lấy biến dạng không quá 1mm, dùng phơng pháp quy nạp
tuyến tính để tính toán:
=
i
i
l
p
D
E )1(
4
2
à
Trong đó:
E - là môđun đàn hồi.
D - Đờng kính tấm ép, quy định dùng 60cm (30cm).
Hệ số poisson, với đất nền lấy bằng 0.35 và lớp móng bằng 0.30.
P
i
- áp lực đơn vị tải trọng các cấp trớc khi biến dạng 1mm.
L
i
Biến dạng đàn hồi tơng ứng với p
i
(cm).
1.2.6.2. Môđun phản ứng nền:
Độ võng tại một điểm bất kỳ trên nền đờng chỉ tỷ lệ thuận với áp lực đơn vị p
tác dụng lên điểm đó.
p
p
CBR =
Trong đó
P: áp lực đơn vị ứng với một lợng lún nào đó trong vật liệu thí nghiệm.
P1: áp lực đơn vị ứng với một lợng lún nh vậy trong đá dăm tiêu chuẩn.
Thông thờng khi tính toán trị số CBR lấy với độ lún là 1/2.54mm hoặc
5.087mm nếu tơng ứng CBR với lợng lún trên nhỏ hơn lợng lún dới.
Chú ý rằng giữa k và CBR hoặc CBR và môđun đàn hồi có thể lập đờng cong
quan hệ với nhau và lợi dụng tài liệu thí nghiêm CBR để tính đổi thành trị số k hoặc
mođul đàn hồi.
1.2.6.4. Tiêu chuẩn đầm nèn:
Tác dụng của đầm nèn:
Nền đờng sau khi đầm nèn đảm bảo tiêu chuẩn sẽ chặt khít lại, giảm nhỏ
tính ép lún tính thấm nớc và thay đổi thể tích, tăng cờng độ tăng năng lực chống
biến dạng và độ ổn định đối với nớc, khắc phục đợc việc sinh ra biến dạng lún chặt
dới tác dụng của tải trọng bản thân, của tác dụng lặp lại của xe chạy, khống chế đ-
ợc việc tích tụ ẩm dẫn đến hiện tợng đông chớng và lầy lội, tránh đợc các h hỏng
do lún sụt gây ra.
Tỷ số của độ chặt sau khi đầm nén trên độ chặt lớn nhất tìm đợc bằng thí
nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (thí nghiệm Proctor) để biểu thị mức độ nén chặt, gọi
là độ nén chặt làm chỉ tiêu yêu cầu phải nèn chặt.
Hiện nay đang quy định:
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 20
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
Với đờng cấp 3 và cấp 4 cho phép đạt độ chặt lớn nhất xác định bằng
thí nghiệm Proctor thờng.
gian vô hạn.
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 21
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
Ch ơng II:
Một số giải pháp vật liệu dùng cho lớp trên nền đờng
và Phơng pháp xác đinh môđun đàn hồi của
lớp trên nền đờng
2.1. một số giải pháp vật liệu dùng cho lớp trên nền đờng
2.1.1. Đất đắp lớp trên nền đờng:
Nh chúng ta đã biết, đất là loại vật liệu chủ yếu dùng để làm nền đờng có mặt
ở khắp mọi nơi. Thành phần của chúng rất đa dạng và phức tạp, tính chất của đất
phụ thuộc vào tỷ lệ và thành phần hạt thành phần vật liệu khoáng chất, trạng thái (độ
ẩm).
Đất đợc tạo thành do kết quả phong hoá vật lý và hoá học của các loại đá gốc.
Chúng là những hạt mảnh vụn cha đợc gắn kết lại với nhau trong quá trình trầm tích.
Trong suốt thời gian tồn tại, đất chịu tác dụng của các thay đổi về điều kiện tự
nhiên nh sự tái trầm tích nhiều lần, sự làm chặt dới tác dụng của trọng lợng các tầng
trầm tích mới phủ lên, sự nới nén khi các tầng trầm tích ấy bị xói mòn, sự ngập nớc
hay tháo khô mới khi có các hoạt động kiến tạo những thay đổi này sẽ quyết định
các đặc điểm tính chất vật lý của từng loại đất.
2.1.1.1. Các thành phần chủ yếu của đất:
Thành phần vật chất của đất rất đa dạng, nhng nói chung nó gồm 3 nhóm hạt
khoáng vật rắn, nớc và khí.
Hạt khoáng vật rắn của đất là những loại hạt khác nhau về hình dạng, thành
phần và kích thớc (từ vài cm nh hạt cuội, hạt dăm đến các hạt cực nhỏ < 1 nh các
hạt sét).
+ Thành phần khoáng vật của các hạt rắn có ý nghĩa rất lớn, quyết định tính
sau:
+ Nớc trong khoáng vật của hạt đất.
Đây là loại nớc nằm trong tinh thể khoáng vật của các hạt dới dạng phân tử
H
2
O hay dạng ion H
+
và OH
-
chúng không thể tách rời khỏi đất bằng các biện pháp
cơ học và cũng ít ảnh hởng tới tính chất của đất, nên cũng ít đợc quan tâm tới.
+ Nớc kết hợp ở mặt ngoài hạt đất.
Đây là loại nớc đợc giữ lại trên bề mặt hạt đất do tác dụng hoá học, hoá lý và
điện phân tử. Tính chất của nó khác với nớc tự do và không chịu sự chi phối của
trọng lực.
Nớc hút bám bám rất chặt vào mặt ngoài hạt đất. Loại nớc này có tỷ trọng là
1,5 không dẫn điện, không kết tinh. Với cát lợng hút bám là 0,5%, với cát pha là 5-
7% và với sét là 10-20%.
Nớc kết hợp, nớc mềm mỏng bao ở bên ngoài lớp hút bám và đợc chia ra 2
loại:
Nớc kết hợp mạnh bám tơng đối chắc vào hạt, khó tách đợc chúng ra khỏi hạt
bằng hạt ly tâm, nớc này có thể hoà tan muối. Đất chỉ có nớc kết hợp mạnh thờng ở
trạng thái nửa cứng.
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 23
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
Nớc kết hợp yếu bao bọc bên ngoài lớp nớc kết hợp mạnh. Tính chất của nó
không khác nhiều so với nớc thờng. Trong đất tự nhiên chứa nớc kết hợp yếu, nếu
Khí trong đất:
Trong các lỗ rỗng có chứa khí. Khi đất khô hoàn toàn thì khí sẽ chứa đầy các
lỗ rỗng. Khi đất bão hoà nớc thì toàn bộ lỗ rỗng của đất sẽ đầy nớc và khí sẽ không
có nớc. Nói chung thành phần khí ít ảnh hởng tới tính chất cơ học của đất.
2.1.1.2. Kiến trúc và cấu tạo của đất:
Kiến trúc của đất rất đa dạng, nhng nói chung có thể chia ra làm một số dạng
sau:
+ Kiến trúc hạt đơn hình thành do sự chìm lắng của những hạt tơng đối, thô
trong môi trờng nớc. Trọng lợng của các hạt lớn sức hút giữa chúng nên các hạt
sắp xếp hạt nọ đè lên hạt kia.
+ Kiến trúc hạt đơn còn đợc chia thành kiến trúc xốp và chặt tuỳ theo, các lỗ
rỗng tạo ra trong quá trình sắp xếp của các hạt nhiều hay ít, với các kiến trúc hạt
đơn chặt thì đất ổn định, sức chịu tải cao.
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Luận án thạc sỹ KHKT Trang 24
Nghiên cứu ảnh hởng của lớp trên nền đờng đến kết cấu áo đờng mềm
+ Kiến trúc tổ ong hình thành do sự chìm lắng của các hạt tơng đối nhỏ trong n-
ớc. Trọng lợng hạt không đủ lớn để thắng đợc các lực hút giữa chúng với nhau các
hạt ở trạng thái không ổn định, tạo thành nhiều lỗ rỗng nh tổ ong.
+ Kiến trúc bông hình thành khi kích thớc các hạt rất nhỏ (hạt keo), chúng luôn
luôn chuyển động xô đẩy nhau và khi đợc gắn lại với nhau vì một nguyên nhân gì
đó thì lỗ rỗng giữa chúng rất lớn tạo thành các đám hạt nhỏ kiến trúc này
cũng đợc gọi kiến trúc tổ ong kép.
+ Trong thực tế kiến trúc đất rất phức tạp hơn nhiều vì đồng thời tồn tại cả ba
loại kiến trúc trên.
Do tồn tại nhiều kiến trúc nên cũng hình thành các liên kết kiến trúc là những
kiên kết nội tại gắn liền các hạt hay các đám hạt với nhau. Tuỳ theo thời gian hình
thành mà các liên kết đợc chia thành liên kết nguyên sinh và liên kết thứ sinh.
cát thô, cát vừa, cát nhỏ và cát mịn.
Độ rỗng của cát thờng từ 36 40%. Tính thấm nớc và thoát nớc khá tốt. Tầng
cát thờng là tầng chứa nớc rất tốt, khi chịu tải, cát bị nén chặt nhanh, nhng độ lún
không lớn. Khi bị chấn động, độ lún của cát tăng rõ rệt, nên nền cát không thích
hợp với những công trình có chấn động nh trạm bơm, nhà máy thuỷ điện, cát bão
hoà nớc dễ gây hiện tợng chảy cát.
2.1.1.3.2. Đất dính:
Đất cát pha: Lợng hạt sét từ 2 -10%. Đất hơi có tính dính. Tính thấm nớc
không lớn chiều cao mao dẫn khoảng 1,5m. Khi lợng hạt bụi trong đất cát pha
> 30% thì dễ bị thành làm nhão khi gặp nớc, tạo thành hiện tợng cát chảy.
Đất sét pha: Lợng hạt sét từ 10-30%. Tính dẻo tơng đối lớn. Tính thấm nớc
nhỏ, có thể dùng làm tờng chống thấm trong đập hay vật liệu đắp.
Đất sét: phân bố rộng rãi trên mặt đất. Lợng hạt sét > 30%. Khoáng vật trong
đất phần lớn là các hạt khoáng vật sét (nh kaolnit, ilit, montmorilonit ). Ngoài ra
còn có thạch anh, mica, clonit và các chất hữu cơ khác. Đất sét có nhiều màu
khác nhau nh trắng, vàng, xám, nâu tuỳ theo các tạp chất có trong nó.
Độ rỗng của đất sét rất lớn (tới 50 70%). Sét có tính dẻo, tính dính và trơng
nở mạnh. Tính thấm nớc của đất sét rất nhỏ và thực tế có thể coi nh không thấm
nên thờng đợc dùng làm vật liệu chống thấm.
Khi chịu tải đất sét bị lún nhiều và lâu ổn định trong suốt thời gian dài.
Bảng 2-1: Các loại đất rời
Loại
Hàm lợng hạt theo kích cỡ Khả năng sử dụng trong xây dựng đờng
Hỡng dẫn khoa học học viên thực hiện
TS. Lã Văn Chăm Hoàng anh đức
Copyright: Tài liệu đại học ©