A. MỞ ĐẦU Mặt đường BTXM cốt thép liên tục (CRCP) 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… 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 BTXM cốt thép liên tục 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. Ở nước ta “Nghiên cứu công nghệ mới trong xây dựng mặt đường bộ và sân bay bằng bê tong cốt thép và cốt thép ứng suất trước” do Viện KH và CN GTVT chủ trì, đã tiến hành xây dựng thí điểm CRCP trên đoạn đường thường xuyên ngập lụt (Km26+600 – km27+600) thuộc QL12A và bước đầu đã thu được những kết quả nhất định. Để có đủ cơ sở khoa học và thực tiễn trước khi biên soạn chỉ dẫn thiết kế và quy trình công nghệ thi công loại hình công nghệ CRCP trong điều kiện Việt Nam, Bộ GTCT đã cho phép ứng dụng thí điểm CRCP tại trạm thu phí Cầu BC. Mặc dù tôi đã cố gắng tìm tòi với tinh thần trách nhiệm, song do đây là vật liệu mới tài liệu còn thiếu, kiến thức còn nhiều hạn chế chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong thầy chủ nhiệm bộ môn cùng các bạn đọc góp ý bổ sung để tôi có thể hoàn thiện thêm kiến thức của mình. Tôi xin cảm ơn! 1 B. NỘI DUNG I. CƠ SỞ KHOA HỌC. Với ý tưởng không cần phân tấm ngay trong khi thi công mà cữ đổ BTXM liên tục suốt chiều dài đường và sau này dỉa BTXM đó sẽ tự nứt ra thành các “tấm” do sự co ngót của bản than bê tông, do tác dụng của nhiệt độ môi trường và tải trọng xe chạy. Chính vì vậy, để đơn giản trong thiết kế, người ta lấy chiều dày của lớp CRCp đúng bằng chiều dày của lớp mặt đường BTXM phân tấm không cốt thép thong thường hoặc có thể nhỏ hơn một chút do có kể đến sự có mặt của cốt thép và kích thước “tấm: nhỏ hơn so với quy định (5-6m). Theo AASHTO 93, chiều dày lớp CRCP thường lấy bằng 0,9-1,0H (H là chiều dày tấm BTXM mặt đường thông thường). Cốt thép được bố trí liên tục suốt chiều dài đường (gần đường trung hòa) không phải để chịu kéo uốn do tải trọng bánh xe và do nhiệt độ gây ra mà chỉ để phân bố đều các vết nứt và hạn chế việc mở rộng khe nứt tới một giới hạn nhất định nhằm hạn chế nước thấm qua khe nứt phá hủy cốt thép và bảo đảm mặt đường khai thác được bình thường. Do vậy cốt thép được đặt ở vị trí 1/3 – 1/2 bề dày tấm BTXM kể từ bề mặt mặt đường. Cũng theo AASHTO 93, lượng cốt thép cần thiết phải được tính toán để đảm bào được các tiêu chuẩn giới hạn độ mở rộng và mật độ khe nứt ngang như sau: - Bề rộng khe nứt không được quá 0,04inch (1,0mm), (có nước yêu cầu từ 0,3-0,6 mm); - Khoảng cách khe nứt phải nằm trong khoảng 3,5-8,0 feets (1,05-2,4 m), (có nước khống chế là 1,0-3,0 m). Nếu khoảng cách giữa 2 khe nứt liền kề quá lớn (lớn hơn 8 feets) thì bề rộng he nứt sẽ lớn; nêu quá nhỏ (nhỏ hơn 3,5 feets) thì “tấm” sẽ bất lợi khi chịu lực hay cường độ chung mặt đường sẽ bị giảm. - Ngoài việc bô trí cốt thép, những yếu tổ sau đây có ảnh hưởng đến độ mở rộng và mật độ khe nứt của CRCP, đó là vật liệu BTXM và vật liệu của lớp móng đường; sự tiếp xúc giữa lớp móng và lớp mặt; điều kiện thi công như độ sụt của bê tông tươi và nhiệt độ khi rải; điều kiện bảo dưỡng mặt đường. 2 - Dọc theo chiều dài mặt đường CRCP, còn có thể bố trí các hệ neo, nhằm hạn chế sự chuyển dịch (co giãn) tường đối giữa lớp mặt BTXM cốt thép liên tục và các lớp nền, móng ở phía dưới. Trong mặt đường bê tông cốt thép liên tục phải làm 2 loại khe: - Khe thi công: có 2 loại khe thi công cần thiết: + Khe thi công dọc: được xây dựng giữa các làn xe (với mặt đường có nhiều làn xe) + Khe thi công ngang: được làm tại vị trí kết thúc và bắt đầu rải mặt đường. - Khe uốn vồng: khe uốn vồng hoặc khe nối khớp được xây dựng khi chiều rộng vệt dải bê tông lớn hơn khoảng cách lớn nhất giữa các khe dọc. Để đảm bảo tính liên tục của mặt đường và giữ cho mặt đường nứt ở vị trí khe luôn khớp chặt, cốt thép ngang phải xuyên qua khe uốn vồng. II. CHỈ DẪN KỸ THUẬT. 1. Nền đường. - Không nên thi công các Mặt đường BTXMCT liên tục trên những nền đất bị biến dạng do dãn nở, băng giá hoặc vùng đất lún. - Cần đặt mặt đường BTXMCT liên tục 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. 2. Móng đường. - 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 dưới 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. 3. Cốt thép. 3 * 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 1m đến 2,5m (3,5 – 8 feet). Theo các báo cáo tổng hợp của Mỹ cũng như các nước Châu Âu đã sử dụng loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục 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 -12o C ( 10o F) 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. - 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 cm. 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. * 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 (36-60 inchs). 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: 4 - 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 4 feet. - 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 4. Các khe nối. - Mối nối dọc: là cần thiết và thường được sử dụng với những mặt đường rộng hơn 4,5 m. 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. - 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. + Hệ dầm neo: Được sử dụng cho mối nối chuyển tiếp, thường gồm từ 3 đến 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 5 dụng tại vùng đất cố kết. - Mối nối ngừng thi công Mối nối ngừng thi công : cần đặt các tấm ván khuôn ngang qua mặt : 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 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 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. và dài 1m giữa các cốt thép dọc. - 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. III. CÔNG NGHỆ THI CÔNG. Về tổng thể, công nghệ thi công mặt đường BTXM cốt thép liên tục tương tự mặt đường BTXM, với những điểm lưu ý sau: - Chuẩn bị mặt bằng thi công phải đủ dài cho một lần rải và hợp lý để hạn chế các mối nối thi công phát sinh trên một vệt rải đã được định trước. Diều đó được tính toán phụ thuộc vào khả năng cấp liệu bê tông tươi, công tác chuẩn bị lưới cốt thép, công suất máy rải và năng lực tổ chức thi công của nhà thầu. Trên thực tế, bản vẽ thi công đã được tư vấn PCI duyệt và luôn được kiểm soát chặt chẽ của TVTK và TVGS trong suốt quá trình thi công. - Lưới cốt thép yêu cầu là liên tục, do đó phải thi công và rải cốt thép trước và trực tiếp ngoài công trường với sự kiểm soát nghiêm ngặt về khoảng cạch giữa các cốt thép và khoảng cách giữa lớp cốt thép và lớp móng đường; các mối nối cốt thép; các vị trí neo và giãn đặc biệt; các vị trí chuyển tiếp và mối nối dọc. 6 - Công tác bảo dưỡng mặt đường CRCP là một khâu quan trọng và được đặc biệt quan tâm. Khoảng cách các vết nứt phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ khi rải và sự mất nước trong thời điểm BTXM bắt đầu hình thành cường độ. + 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. 7 C. 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 02 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. 8 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tạp chí giao thông vận tải số 03 năm 2007. 2. Các kết cấu mặt đường bê tông kiểu mới - Nguyễn Quang Chiêu NXB Xây dựng. 3. Mặt đường bê tông xi măng cho đường ô tô - sân bay NXB Xây dựng. 9 10 . khuôn ngang qua mặt đường sao cho cốt thép dọc vẫn được liên tục qua khe nối. Cốt thép dọc qua khe đường sao cho cốt thép dọc vẫn được liên tục qua khe nối. Cốt thép dọc qua khe nối phải tăng ít. nghiệm. * 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 (36-60 inchs). Nếu bố trí cốt thép ngang,. chuyển dịch (co giãn) tường đối giữa lớp mặt BTXM cốt thép liên tục và các lớp nền, móng ở phía dưới. Trong mặt đường bê tông cốt thép liên tục phải làm 2 loại khe: - Khe thi công: có 2 loại