Tiểu luận môn học: Công nghệ xây dựng đường thiÕt kÕ tèi u nÒn ®êng ®¾p CHUYÊN ĐỀ ĐẤT, VẬT LIỆU XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG I Khái niệm - Nền đường ôtô công trình có tác dụng: Khắc phục địa hình thiên nhiên nhằm tạo nên dải đủ rộng dọc theo tuyến đường có tiêu chuẩn bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đáp ứng điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận kinh tế Làm sở cho áo đường: lớp phía đường với áo đường chịu tác dụng tải trọng xe có ảnh hưởng lớn đến cường độ tình trạng khai thác kết cấu áo đường - Cấu tạo chung đường bao gồm vấn đề xử lý đất để xây dựng đường định kích thước hình học phận đường Cấu tạo chung đường phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu đường: + Nền đường phải đảm bảo luôn ổn định toàn khối; + Nền đường phải bảo đảm có đủ cường độ định; + Nền đường phải đảm bảo ổn định cường độ - Đất sản phẩm phong hóa từ đá gốc (đá mác ma, đá trầm tích, đá biến chất), đất tồn phổ biến thiên nhiên, tồn khắp nơi mặt vỏ đất Đất gồm hạt đất (hạt khoáng vật) tổ hợp thành, hạt hình thành lỗ rỗng, lỗ rỗng thường chứa nước khí Đất có đặc tính rõ rệt vật thể rời rạc, phân tán có nhiều lỗ rỗng, đất có: + Tính thấm nước; + Tính ép co nén lún; + Tính ma sát chống cắt; + Và có khả đầm chặt - Đất hình thành thiên nhiên phức tạp đa dạng, gồm nhiều loại khác Với mục đích xây dựng, loại đất đặt tên, xếp phân loại Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô đường thành phố A – K20-1 Tiểu luận môn học: Công nghệ xây dựng đường theo hệ thống chặt chẽ, logic vừa phù hợp với mục đích xây dựng công trình, vừa phản ánh thực tế khách quan, đất sản phẩm lịch sử tự nhiên II Ý nghĩa, tầm quan trọng việc nghiên cứu chuyên đề - Đất làm đường: đất vật liệu chủ yếu để xây dựng đường Tính chất trạng thái đất (độ ẩm độ chặt đất) ảnh hưởng lớn đến cường độ mức độ ổn định đường + Về ảnh hưởng trạng thái đất: Các đặc trưng cường độ (lực dính C, góc ma sát ϕ) đặc trưng biến dạng (mô đun đàn hồi E, kG/cm 2) đường nói chung phụ thuộc vào loại đất, điều kiện chịu tải độ chặt độ ẩm đất, đặc biệt chúng thay đổi nhiều theo trạng thái ẩm đất đất có tính dính dẻo Độ ẩm đất lớn cường độ giảm đất biến dạng nhiều Trạng thái ẩm đất có ảnh hưởng quan trọng đến làm việc đất tác dụng tải trọng trùng phục CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TOÁN CỦA ĐẤT NỀN TÙY THEO ĐỘ ẨM TƯƠNG ĐỐI (THEO 22TCN 211-06) Loại đất Các tiêu Á sét nhẹ và cát bụi nặng Á cát nhẹ cát Cát mịn Đất bazan Tây Nguyên W Wnh 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 46 (60) 42 (57) 40 (53) 34 (50) 29 (46) 25 (42) 21 (40) 20 (38) ϕ (độ) 27 24 21 18 15 13 12 11,5 c (Mpa) 0,038 0,032 0,028 0,023 0,019 0,015 0,013 0,012 E (Mpa) 48 45 42 37 32 27 23 22 ϕ (độ) 28 26 26 25 25 24 24 23 c (Mpa) 0,024 0,022 0,018 0,014 0,012 0,011 0,010 0,009 E (Mpa) 49 45 42 38 34 32 30 28 ϕ (độ) 30 28 28 27 27 26 26 25 c (Mpa) 0,020 0,018 0,014 0,012 0,011 0,010 0,009 0,008 E (Mpa) Sét sét Độ ẩm tương đối a = E (Mpa) ϕ (độ) c (Mpa) 40 35 0,005 E (Mpa) 51 44 40 25 23 21 16 ϕ (độ) 17 12 14 11 c (Mpa) 0,036 0,031 0,028 0,024 0,019 0,015 0,011 Ghi chú: Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô đường thành phố A – K20-1 Tiểu luận môn học: Công nghệ xây dựng đường Đối với đất lẫn sỏi sạn trị số E lấy theo trị số ngoặc hàng đầu tương ứng với đất sét sét; trị số c, ϕ lấy tương ứng với loại đất sỏi sạn; Các trị số bảng tương ứng với điều kiện độ chặt tối thiểu K=0,95 (đầm nén tiêu chuẩn) Việc tăng, giảm độ chặt xét đến xác định độ ẩm tính toán Độ chặt đầm nén k=0,95 tương ứng với trị số độ ẩm tính toán lớn k ≥ 0,98 chọn trị số độ ẩm tính toán nhỏ phạm vi tương ứng với loại hình gây ẩm I, II, III (theo 22TCN 211-06) Phân loại đất bảng sử dụng tiêu chí đây: - Sét sét loại đất có số dẻo từ 12 ÷ 27; - Á sét nhẹ có số dẻo từ ÷ 12 tỷ lệ hạt cát từ 2-0,05mm chiếm 40% khối lượng đất khô; - Á cát bụi nặng loại có số dẻo ÷ tỷ lệ cỡ hạt ÷ 0,05mm chiếm 20%; - Á cát nhẹ có số dẻo ÷ tỷ lệ cỡ hạt ÷ 0,05mm chiếm 50%; - Á cát loại có số dẻo ÷ 7; - Cát mịn loại có số dẻo cỡ hạt > 0,05 mm chiếm >75% Về ảnh hưởng tính chất đất: chủ yếu ảnh hưởng tính chất hạt đất, kích cỡ hạt đất có ảnh hưởng quan trọng Cỡ hạt đất lớn đất có cường độ cao; tính mao dẫn thấp; tính thấm, thoát nước tốt; không nở gặp nước không co khô Những tính chất khiến cho loại đất chứa nhiều cỡ hạt lớn có tính ổn định nước tốt nhiên lại có nhược điểm tính dính, tính dẻo Cõ hạt đất nhỏ tính chất nói hoàn toàn ngược lại + PHÂN LOẠI HẠT ĐẤT THEO KÍCH CỠ Tên hạt Kích cỡ hạt (mm) Cuội Sỏi: Cát: 100-40 to 40-20 To 20-10 vừa 10-4 Bé 4-2 To 2-1 vừa 1-0,5 Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô đường thành phố A – K20-1 Tiểu luận môn học: Công nghệ xây dựng đường Tên hạt Kích cỡ hạt (mm) nhỏ 0,5-0,25 nhỏ (mịn) 0,25-0,05 To 0,05-0,01 nhỏ 0,01-0,005 Sét 2mm chiếm 25-50% 0,5mm chiếm >50% 0,25mm chiếm >50% 0,10mm chiếm >75% 0,05mm chiếm >75% 50 1-7 Rất thích hợp Á cát nhẹ > 50 1-7 Thích hợp Á cát bụi 20-50 1-7 Ít thích hợp Á cát bụi nặng < 20 1-7 Không thích hợp Á sét nhẹ > 40 7-12 Thích hợp Á sét nhẹ bụi < 40 7-12 Ít thích hợp Á sét nặng > 40 12-17 Thích hợp Á sét nặng bụi < 40 12-17 Ít thích hợp Sét nhẹ > 40 17-27 Thích hợp Sét bụi Không quy định 17-27 Ít thích hợp Sét béo Không quy định > 27 Không thích hợp Loại đất - Ở nước ta nay, đất xây dựng thức phân loại theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5747-1993 Các loại đất sử dụng để đắp đường cho bảng sau: Loại đất Tỷ lệ hạt cát (2-0.05mm) theo % khối lượng Chỉ số dẻo Khả sử dụng Á cát nhẹ, hạt to >50% 1-7 Rất thích hợp Á cát nhẹ >50% 1-7 Thích hợp Á sét nhẹ >40% 7-12 Thích hợp Á sét nặng >40% 12-17 Thích hợp Sét nhẹ >40% 17-27 Thích hợp - Không dùng đất có tính chất sau để đắp đường (các loại gọi đất không thích hợp): Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô đường thành phố A – K20-1 Tiểu luận môn học: Công nghệ xây dựng đường Đất có lẫn rễ cây, cỏ, tạp chất hữu cơ, mẩu gỗ vụn Đất có hợp chất hữu cao như: than bùn, rác Các loại đất có giới hạn chảy WL > 80% số dẻo Ip > 55% Đất nhạy cảm với độ trương nở, có trị số trương nở lớn 1,25 Đất có chứa chất hoá học Không dùng loại đất lẫn muối lẫn thạch cao (quá 5%), đất bùn, đất than bùn, đất phù sa đất mùn (quá 10% thành phần hữu cơ) để làm đường - Nếu dùng đất cát làm đường đường có cường độ cao ổn định nước tốt (hệ số ma sát cát tương đối lớn, tính thấm thoát nước tốt mao dẫn kém) Nhưng đất cát rời rạc, không dính nên phải có lớp đất dính bọc xung quanh (lề taluy) để giữ cho đường không bị phá hoại gió, mưa xói, súc vật lại phá hoại dùng cách trộn thêm sét vào cát để làm lớp bọc Vì ưu điểm nên đặc biệt thường dùng để đắp đường lầy, qua vùng đất yếu (sét bão hòa nước), thay chỗ yếu cục (như tượng hố cao su đường cũ) - Đất sét hạt nhỏ nên tính chất hoàn toàn ngược lại với cát: thấm ướt khó khô; thể tích dễ thay đổi theo trạng thái khô, ẩm (nở, co); chiều cao mao dẫn lại lớn tính ổn định nước đất sét Đất sét khô lại cứng, khó đập vỡ làm nhỏ, ướt lại nhão nên dễ phát sinh tượng “cao su” khó đầm nén chặt Do nên dùng đất sét đắp đường nơi đắp cao, thoát nước tốt đặc biệt phải có biện pháp đầm nén chặt Đất sét đầm nén chặt lại trở nên khó thấm nước (vì màng nước mỏng bọc kín hạt sét) Tuy nhiên, thường biện pháp đầm nén chặt đất đòi hỏi tốn hơn, thường dùng đất sét nén chặt làm lớp phòng nước lớp phòng nước đắp đường chỗ có cống, có mố cầu - Đất bụi vừa dính (không dính hạt sét) lại vừa ổn định nước (hạt nhỏ khó thoát nước, mao dẫn lớn) nên loại đất bất lợi yêu cầu xây dựng đường Đất có hàm lượng bụi lớn thường mưa nhão nhoét, dễ xói chảy, khô lại rời rạc sinh bụi, chiều cao mao dẫn lại lớn (0,8÷1,5m) đầm nén chặt cường độ thấp Vì thế, loại đất chứa nhiều hạt bụi không thích hợp nên dùng để xây dựng lớp đường (dưới khu vực tác dụng) Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô đường thành phố A – K20-1 Tiểu luận môn học: Công nghệ xây dựng đường - Các loại đất hữu cơ, nguyên nhân hình thành nên thường loại đất yếu, thành phần hữu lại hút nước mạnh giảm độ chặt đất nên tránh sử dụng chúng để xây dựng đường Tóm lại, cần nắm vững tính chất đất để tìm cách xử lý, cải thiện đề xuất biện pháp cấu tạo khác (như thoát nước, đắp cao, gia cố ) để khắc phục nhược điểm loại đất nhằm thỏa mãn yêu cầu đường cách tốt IV Kiến nghị Như phân tích, vật liệu đất đắp đường quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng công trình giao thông đường Bên cạnh yếu tố môi trường, nguồn gây ẩm cho đường không phần quan trọng Thực tế, trình triển khai thi công, đơn vị từ Tư vấn thiết kế, Chủ đầu tư, Tư vấn giám sát Nhà thầu chưa quan tâm mức đầy đủ đến yêu cầu Chẳng hạn, trình thiết kế, tư vấn không quy định chặt chẽ vật liệu đất đắp, không khảo sát kỹ nguồn vật liệu khả thoát nước đường Trước thực trạng trên, cán bộ phận chuyên thiết kế công trình giao thông em, yêu cầu thiết kế đường quan tâm trình thiết kế lập hồ sơ Do trình thiết kế số công trình có thiết kế chưa có nghiên cứu đề xuất phù hợp gây thiệt hại lớn cho công trình xây dựng Ví dụ thực tế: theo quy định 22TCN 211-06, đất đường phải thí nghiệm thực tế để xác định thông số (E, C, ϕ) đưa vào kiểm toán kết cấu áo đường Bảng B-3 tiêu chuẩn đưa (để tham khảo) đặc trưng tính toán đất tùy theo độ ẩm tương đối để tính toán Theo bảng này, đặc trưng tính toán đất phụ thuộc nhiều vào độ ẩm tương đối Tuy nhiên, trình thiết kế, đơn vị Tư vấn chọn đất có Eo = 40Mpa để tính toán kiểm toán mà yêu cầu kiểm soát nguồn gây ẩm cho đường phù hợp với đặc thù dự án, tuyến đường Có thể nói, trị số tất loại đất đắp đường vùng khác Có lẽ yêu cầu việc thi công lớp CPĐD, lớp phải có mô đun đàn hồi đất nên tối thiểu E=40Mpa nên trị số đưa vào tính toán Trước tình trạng “không nghiên cứu” đơn vị Tư vấn mà dùng trị số khuyến cáo quy trình, cần phải có nghiên cứu cụ thể cho loại đất, vùng độ gây ẩm cho đường để lựa chọn trị số cường độ đất đưa vào tính toán Hiện quy Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô đường thành phố A – K20-1 Tiểu luận môn học: Công nghệ xây dựng đường trình tính toán có phân loại trạng thái ẩm đạt được: Loại I - khô ráo; Loại II - ẩm vừa; Loại III - ẩm Việc đánh giá mang tính chủ quan phụ thuộc vào yếu tố chủ quan nhiều nên thực tế tính toán bỏ ngỏ, công trình giao thông thường không kiểm soát thời gian hư hỏng phải sửa chữa sau đầu tư Thậm chí nhiều công trình gần đây, sau đưa vào khai thác, sau hết hạn bảo hành (thường 01 năm) bắt đầu phát sinh hư hỏng nặng dự án cải tạo, nâng cấp Quốc lộ đoạn Đoan Hùng - Thanh Thủy; dự án đầu tư xây dựng Quốc lộ đoạn tránh Thành phố Huế; dự án cải tạo, nâng cấp Quốc lộ đoạn Hòa Bình - Sơn La, Dự án QL48 Nghệ An.v.v Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô đường thành phố A – K20-1