Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Phần 1: THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG TỔNG THỂ 4 km MẶT ĐƯỜNG

1. XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG

1.1. Vị trí địa lý

Tuyến đường thiết kế là tuyến tránh qua thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam, được xây dựng

mới nằm trong quy hoạch chung của tỉnh. Đây là dự án giao thông có ý nghĩa rất quan trọng trong

việc giảm thiểu tai nạn giao thông và giảm bớt một lưu lượng xe lưu thông trên quốc lộ 1A đoạn qua

tành phố Tam Kỳ vốn đã quá tải và đã xuống cấp nặng.

Tuyến đường có cấp thiết kế là cấp III, tốc độ thiết kế là 80 km/h, tổng chiều dài 4000m, được

thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 4054 - 05.

Các thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến như sau:

Cấp thiết kế Cấp 3

Tốc độ thiết kế 80 km/h

Địa hình Đồng bằng - đồi

Loại nền đường Đắp lề trước từng phần

Số làn xe cơ giới 2

Bề rộng 1 làn xe 3,75 m

Bề rộng dải phân cách giữa & bên Không có

Bề rộng mặt đường 7,5 m

Bề rộng lề đường 2,5 m

Loại lề đường Gia cố tối thiểu

Bề rộng lề gia cố 2,0 m

Bề rộng nền đường 12,5 m

Mặt đường được sử dụng trên toàn tuyến là giống nhau, đây là loại mặt đường cấp cao A1 (mặt đường

cấp cao chủ yếu), từ trên xuống bao gồm các lớp như sau:

STT Tên lớp vật liệu Chiều dày (cm)

1 Bê tông nhựa polime Dmax 12.5 4

2 Bê tông nhựa polime Dmax 19 6

3 Cấp phối đá dăm loại 1 Dmax 25 18

4 Cát gia cố xi măng 8% 20

1.2. Các điều kiện tự nhiên

1.2.1. Địa hình

Khu vực thiết kế là đồng bằng và đồi, tương đối bằng phẳng, địa chất khá ổn định không có

hiện tượng trượt lở.

Độ dốc ngang sườn 0.7% - 11%.

1

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Tuyến có cấp thiết kế là cấp III nên được thiết kế bám theo đường đồng mức, với độ dốc dọc

nhỏ do đó chênh cao giữa các điểm đầu và cuối đoạn nhỏ tạo điều kiện thuận lợi khi thi công.

1.2.2. Địa mạo

Qua kết quả thị sát tình hình địa mạo thì khu vực tuyến đi qua là rừng loại II. Cây con dây leo

chiếm hơn 2/3 diện tích. Cứ 100m2

rừng có khoảng 5 đến 25 cây có đường kính từ 5-10cm, có xen

lẫn cây có đường kính lớn hơn 10 cm.

Đồng đất có các loại tràm, keo, … trên địa hình khô ráo.

1.2.3. Địa chất

Theo kết quả điều tra khảo sát điều kiện địa chất cho thấy điều kiện địa chất trong khu vực rất

ổn định, không có hiện tượng sụt lở, đá lăn, castơ hay nước ngầm lộ thiên.

Nhìn chung mắt cắt địa chất khu vực tuyến như sau:

- Lớp đất hữu cơ dày từ 10÷20cm

- Lớp đất á sét lẫn sỏi sạn dày từ 6÷8m

- Bên dưới là lớp đá gốc dày ∞

Qua kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đất cho thấy đất ở đây chứa ít muối hay không

chứa các muối hòa tan. Do vậy rất thích hợp để đắp nền đường.

1.2.4. Địa chất thủy văn

Tuy có mạch nước ngầm hoạt động trong khu vực tuyến nhưng mực nước ngầm ở sâu không

ảnh hưởng đến công trình.

Sông ở đây hình thành rõ ràng, suối không rõ ràng chỉ hình thành vào mùa mưa nên không ảnh

hưởng đến quá trình thi công vào mùa khô.

1.2.5 Thủy văn

Nước mặt thoát tương đối dễ dàng, nước chủ yếu tập trung theo các con suối nhỏ rồi đổ vào

các sông xuống đồng bằng.

1.2.6 Khí hậu, thời tiết

Khí hậu chia làm 2 mùa rõ rệt:

Mùa nắng thường kéo dài từ cuối xuân cho đến giữa thu, thường có nắng to khô hanh thỉnh

thoảng có mưa rào và dông vào buổi chiều.

2

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Mùa mưa là những tháng còn lại trong năm, thường có mưa phùn, rét kéo dài từng đợt do ảnh

hưởng của gió mùa đông bắc.

Nhiệt độ trung bình của mùa nóng là tương đối cao: 340

C.

Nhiệt độ trung bình của mùa mưa là: 200

C.

Độ ẩm trung bình 80%.

Với những đặc điểm trên về khí hậu, thời tiết thì thi công về mùa mưa sẽ gặp nhiều khó khăn

và tốn kém, chỉ nên tiến hành thi công vào mùa nắng. Khoảng thời gian thi công hợp lý nhất là từ

tháng 3 đến tháng 9.

1.3. Điều kiện xã hội

1.3.1. Dân cư và sự phân bố dân cư

Dân cư: Người dân ở đây hầu hết là dân tộc Kinh sống chủ yếu bằng nghề trồng trọt, chăn

nuôi, một số kinh doanh buôn bán nhỏ.

Sự phân bố dân cư: Mật độ dân cư khá đông, phân bố đều dọc theo tuyến thiết kế.

1.3.2. Tình hình văn hoá - kinh tế - xã hội trong khu vực

Trình độ văn hoá của dân cư ở mức khá, các xã phường đều có trường học.

Kinh tế thị xã Tam Kỳ những năm gần đây phát triển tương đối nhanh, mức tăng trưởng bình

quân 5 năm trở lại đây (2000-2004), mỗi năm tăng xấp xỉ 14,8%, cao hơn bình quân chung toàn tỉnh

trên 3,5% (bình quân của tỉnh là 10,3% năm), điều này khẳng định vai trò thị xã Tam Kỳ là trung tâm

kinh tế của Tỉnh, thúc đẩy phát triển kinh tế toàn Tỉnh.

Xã hội: Là khu vực ổn định an ninh và chính trị.

1.1.3.3. Các định hướng phát triển kinh tế xã hội trong tương lai

Với mục tiêu xây dựng tỉnh Quảng Nam thành tỉnh công nghiệp vào giai đoạn 2015-2020,

thành phố Tam Kỳ nói riêng và toàn tỉnh Quảng Nam nói chung có định hướng phát triển nền kinh tế

theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, trong đó chuyển dịch cơ cấu kinh tế từ nông lâm ngư

sang công nghiệp và dịch vụ, phát triển mạnh cơ cấu hạ tầng và chú trọng kinh tế công nghiệp, du

lịch, hải sản. Chiến lược phát triển lâu dài của tỉnh là mở cửa thu hút vốn đầu tư nước ngoài để xây

dựng và phát triển các khu công nghiệp. Ðặc biệt là kêu gọi đầu tư phát triển du lịch trong tỉnh.

1.4. Các điều kiện liên quan khác

1.4.1. Vật liệu xây dựng, bán thành phẩm

3

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Khoảng cách từ các nhà máy, xí nghiệp, mỏ cung cấp vật liệu xây dựng ở khá xa so với chân

công trình. Với cự ly vận chuyển trung bình khoảng 10km.

- Xi măng, sắt thép lấy tại các đại lý vật tư ở của thành phố.

- Nhựa đường lấy tại trạm trộn bê tông nhựa ở Tam Xuân.

- Đá các loại lấy tại mỏ đá Tam đàn.

- Cát, sạn lấy tại sông Tam Kỳ.

Các bán thành phẩm và cấu kiện đúc sẵn được sản xuất tại xí nghiệp phục vụ công trình, xí

nghiệp đóng tại vùng ven thành phố cách chân công trình 10 km. Năng lực sản xuất của xưởng đáp

ứng đầy đủ về số lượng, chất lượng theo yêu cầu đặt ra, đây là xí nghiệp phục vụ cho hầu hết các

công trình trong tỉnh.

1.4.2. Máy móc, nhân lực, phụ tùng thay thế

Các đơn vị thi công có đầy đủ các loại máy móc thi công như máy san, máy đào, máy ủi, máy

xúc, các loại lu (lu bánh cứng, lu bánh lốp, lu rung), các loại ô tô tự đổ, máy rải, xe tưới nước….., các

xe máy luôn được bảo dưỡng và sẵn sàng phục vụ thi công, có đội ngủ thợ máy giỏi có thể đảm bảo

cho máy móc thi công được an toàn, khi gặp sự cố có thể xử lý kịp thời.

1.4.3. Cung cấp năng lượng, nhiên liệu, nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt

Điện dùng cho kho xưởng, lán trại công nhân hoặc dùng cho thi công được lấy từ đường dây

hạ thế đã được xây dựng, đang phục vụ sinh hoạt cho nhân dân nên khá thuận lợi.

Vì ở trong khu vực thành phố nên việc cung cấp xăng, dầu và các loại nhu yếu phẩm, lương

thực, thực phẩm được tiện lợi và nhanh chóng.

1.4.4. Vấn đề thông tin liên lạc, y tế, đảm bảo sức khỏe

Hiện nay, hệ thống thông tin liên lạc trong khu vực đã tương đối hoàn thiện. Đây là điều kiện

thuận lợi cho công tác thi công, giám sát thi công, trao đổi thông tin giữa ban chỉ huy công trình và

các ban ngành khác có liên quan.

Về mặt y tế, bệnh viện trong khu vực được xây dựng khang trang, sạch sẽ, có đầy đủ các loại

thuốc và có bác sỹ trực. Ngoài ra, đơn vị thi công cũng có tủ thuốc riêng để phòng khi ốm đau nhẹ

hoặc bị xây xác.

2. NÊU ĐẶC ĐIỂM KCAĐ, CHỌN PHƯƠNG PHÁP TỔ CHỨC THI CÔNG

2.1. Đặc điểm các lớp kết cấu áo đường

4

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Các lớp kết cấu áo đường được xác định theo hồ sơ thiết kế, kết cấu lề gia cố chưa được thiết

kế. Căn cứ vào các yêu cầu của lề gia cố:

Chịu được lưu lượng xe chạy tính toán bằng 35% trên làn liền kề.

Lớp mặt trên cùng loại với lớp mặt đường.

Chịu được tải trọng tác dụng lâu dài khi xe nặng đỗ trên lề.

Khi nâng cấp, mở rộng đường thì tận dụng được kết cấu này.

Mặt đường bê tông nhựa không đặt trực tiếp trên nền đất.

Và để thi công thuận tiện ta chọn được kết cấu lề gia cố như sau:

4

3

2

1

Hình 1.1: Các lớp kết cấu áo đường ở phần xe chạy và lề gia cố

Ghi chú:

STT Tên lớp vật liệu

Chiều dày (cm)

Phần xe chạy

(7,5 m)

Lề gia cố

(2x2,0 m)

1 Bê tông nhựa polime Dmax 12.5 4 5

2 Bê tông nhựa polime Dmax 19 6 8

3 Cấp phối đá dăm loại 1 Dmax 25 18 20

4 Cát gia cố xi măng 8% 20 -

5

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Theo quan điểm thiết kế tổng quan nền – mặt đường thì phía dưới các lớp kết cấu áo đường

như trên còn lớp đáy áo đường (phần trên của nền đường), đảm bảo khu vực tác dụng của nền

đường.

2.1.1. Bê tông nhựa polime

2.1.1.1. Khái niệm

- Bê tông nhựa polime là loại đá nhân tạo mà thành phần cấu trúc bao gồm cốt liệu (cấp phối

đá dăm, cát sông, đá xay, bột khoáng), chất kết dính hữu cơ là nhựa đường polime ở dạng rắn,

được tạo thành do hỗn hợp bê tông dùng chất kết dính hữu cơ đem rải, lu lèn và để 1 thời gian cho

ổn định.

Nhựa đường polime shell Cariphalte (PMB) do hãng shell cung cấp, là loại nhựa đường được

cải thiện bằng polime dẻo nhiệt đàn hồi Styren-Butadien-Styren (SBS). Sự liên kết của SBS trong

Cariphalte tạo nên một hệ không gian ba chiều vững chắc làm giảm sự tác động của nhiệt độ môi

trường bên ngoài lên lớp BTN, tăng mô đun độ cứng ở nhiệt độ cao và độ đàn hồi tốt kể cả khi nhiệt

độ xuống thấp, chống lão hóa và biến dạng vĩnh viễn, phát huy tốt tác dụng ở những nơi có áp lực

cao thường xuyên tác dụng lên mặt đường.

2.1.1.2. Nguyên lý sử dụng vật liệu

Bê tông nhựa sử dụng vật liệu theo nguyên lý “cấp phối”. Theo nguyên lý này, cốt liệu gồm các

kích cỡ khác nhau, được phối hợp với nhau theo 1 tỷ lệ nhất định, vì vậy sau khi rải và lu lèn hạt nhỏ

lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt lớn, từ đó tạo nên 1 kết cấu đặc chắc, kín nước, cường độ cao, chịu

được tác dụng của lực thẳng đứng và nằm ngang đều tốt.

2.1.1.3. Cấu trúc vật liệu

Bê tông polime là kết cấu có cấu trúc đông tụ - keo tụ, mang tính toàn khối. Trong cấu trúc bê

tông nhựa, các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua 1 màng nhựa mỏng bao bọc các hạt.

Cốt liệu trong bê tông nhựa gồm cốt liệu lớn và nhỏ:

+ Cốt liệu lớn: cấp phối đá dăm là bộ khung chịu lực chính

+ Cốt liệu nhỏ: cát sông – làm tăng độ đặc cho bê tông nhựa. Đá xay – ngoài chức năng

làm tăng độ đặc, nó còn làm tăng tỷ diện của vật liệu, do đó làm tăng tính liên kết với nhựa.

Bột khoáng làm tăng độ chặt của bê tông nhựa polime, làm tăng tỷ diện vật liệu khoáng rất

nhiều nên làm tăng lớp vỏ cấu trúc và nâng cao nhiệt độ hóa mềm, giúp bê tông nhựa ổn định

nhiệt.

Nhựa polime trong bê tông nhựa có tác dụng bao bọc xung quanh các hạt khoáng, có 1 phần

thẩm thấu vào trong các mao quản trên bề mặt hạt khoáng, 1 phần tương tác với bề mặt cốt liệu

6

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

tạo thành màng xà phòng Can-xi không hòa tan, làm tăng đáng kể chất lượng và tính bền vững của

các liên kết ở khu vực tiếp xúc giữa nhựa và cốt liệu khoáng và 1 phần có tác dụng lấp 1 phần lỗ rỗng

còn lại của khung cốt liệu chính.

Ngoài ra trong bê tông nhựa có thể có phụ gia (hoặc các vật liệu sợi) để cải thiện 1 số tính

chất khi thi công và khai thác sử dụng.

2.1.1.4. Sự hình thành cường độ

Cường độ bê tông nhựa polime hình thành do thành phần lực dính và lực ma sát trong. Thành

phần lực dính: đây là thành phần chủ yếu, quan trọng quyết định chất lượng của bê tông nhựa

polime, được tạo ra bởi 2 yếu tố:

+ Thành phần lực dính phân tử (lực dính dạng keo): tạo ra do sự tác dụng tương hỗ giữa

nhựa và mặt ngoài khoáng vật và do lực dính kết bên trong của bản thân nhựa. Thành phần

này phụ thuộc nhiều vào cấu trúc, độ nhớt của nhựa, nhiệt độ của hỗn hợp, tỷ diện bề mặt của cốt

liệu khoáng vật, sự tương tác lý học, hóa học giữa màng nhựa và mặt ngoài khoáng vật, chiều dày

màng nhựa bao bọc các hạt khoáng và tốc độ biến dạng. Thành phần lực này đảm bảo tính

dính, nâng cao cường độ bê tông nhựa khi chịu tác dụng của các lực thẳng đứng và nằm ngang.

+ Lực dính tương hỗ (lực dính móc): do sự móc vướng giữa các hạt khi dịch chuyển gây ra,

có tác dụng làm tăng cường độ nhưng không chống lực ngang. Lực dính tương hỗ ít thay đổi theo

nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ biến dạng, nhưng sẽ giảm đi khi bê tông nhựa chịu tải trọng trùng phục.

Thành phần lực ma sát: sinh ra do sự ma sát giữa các hạt cốt liệu trong bê tông nhựa polime.

Thành phần lực này không phụ thuộc vào thời gian chịu tải nhưng giảm khi hàm lượng nhựa

polime lớn. Cốt liệu càng sần sùi, sắc cạnh, thì lực ma sát trong càng lớn và cốt liệu trơn nhẵn thì

ma sát kém.

Chính do cấu trúc và sự hình thành cường độ như trên mà bê tông nhựa polime có cường

độ cao, chịu tải trong thẳng đứng và nằm ngang đều tốt.

2.1.1.5. Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Do cấu trúc và đặc điểm hình thành cường độ như trên mà lớp bê tông nhựa polime có các ưu

điểm sau:

+ Kết cấu có cường độ cao và ổn định cường độ

+ Có khả năng chịu được tác dụng của cả lực thẳng đứng và nằm ngang đều tốt.

+ Kết cấu chặt kín, hạn chế được nước thấm qua.

+ Chống hao mòn tốt, mặt đường ít sinh bụi.

7

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

+ Hạt cốt liệu mịn nên dễ dàng tạo bằng phẳng cho mặt đường (làm lớp mặt trên).

+ Khả năng chống bong bật, chống các điều kiện bất lợi của thời tiết.

+ Công lu lèn nhỏ do vật liệu có tính cấp phối (so với vật liệu sử dụng theo nguyên

lý “đá chèn đá” thì công lu lèn có thể giảm đi một nửa).

+ So với bê tông nhựa thường thì bê tông nhựa polime có cường độ cao nhưng không quá dòn,

tính ổn định cường độ lớn, tính đàn hồi cao, tính ổn định nhiệt và nước lớn.

Nhược điểm:

+ Nhiệt độ khi thi công cao. Đối với loại rải nóng, nhiệt dộ lu lèn hiệu quả nhất từ 130 ÷

160

o

C, nhiệt độ thi công không được nhỏ hơn 130o

C lúc bắt đầu lu lèn và kết thúc lu lèn khi nhiệt độ

không nhỏ hơn 90o

C.

+ Thời gian vận chuyển, thời gian thi công bị khống chế. Do đó việc tổ chức thi công khó

khăn, phức tạp.

+ Gây nguy hiểm cho công nhân khi làm việc chung với máy trong dây chuyền.

+ Yêu cầu phải có thiết bị sản xuất và thi công chuyên dùng: trạm trộn BTN polime, máy rải,

lu bánh lốp.

+ Yêu cầu sản xuất, thi công theo 1 quy trình khá khắt khe.

+ Có thể gây hiện tượng trượt, lượn sóng, dồn đống nếu cấp phối không hợp lý.

+ Mặt đường dễ trơn trượt khi ẩm ướt và dễ chảy nhựa khi nhiệt độ cao nếu cấp phối

không hợp lý.

+ Giá thành đắt vì vậy chủ yếu dùng cho lớp trên của mặt đường .

2.1.1.6. Nhận xét về vật liệu

Bê tông nhựa polime thỏa mãn được các yêu cầu của vật liệu tầng mặt: có cường độ cao và

ổn định cường độ, có khả năng chịu cắt tốt, có khả năng chịu bào mòn do độ cứng lớn, kích cỡ nhỏ

nên dễ tạo bằng phẳng, hạn chế bong bật và tạo độ nhám cao cho mặt đường. Ngoài ra hỗn hợp

BTNP có cấp phối cốt liệu liên tục, chặt, các yêu cầu về chất lượng đá dăm, cát, bột khoáng và nhựa

đường polime dùng để chế tạo hỗn hợp được quy định chặt chẽ.

2.1.1.7. Các chú ý khi thi công

8

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Bê tông nhựa polime là loại vật liệu đắt tiền, có yêu cầu rất cao nên khi thi công phải theo

đúng như quy trình thi công và nghiệm thu lớp bê tông nhựa, phải đặc biệt chú ý đến các điểm sau

đây:

+ Kiểm tra khi sản xuất: đảm bảo về cấp phối, nhiệt độ khi trộn và khi cho lên xe vận chuyển

đến công trường.

+ Trước khi rải cần kiểm tra nhiệt độ hỗn hợp, cần phải lớn hơn nhiệt độ yêu cầu.

+ Đảm bảo thi công trong thời tiết thuận lợi, nhiệt độ không khí khi rải >150

C, không có mưa.

+ Thi công đúng hoặc vượt thời gian khống chế, vì quá thời gian này việc lu lèn bê tông nhựa

đã nguội không còn hiệu quả.

+ Độ chặt của bê tông nhựa có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ vật liệu nên cần được

thường xuyên kiểm tra, điều chỉnh công nghệ lu lèn cho hợp lý.

+ Tránh phân tầng khi thi công bê tông nhựa, cả về phân tầng cấp phối và phân tầng

nhiệt độ.

2.1.1.8. Đặc điểm của BTN polime Dmax 12.5 và Dmax 19

- BTN polime 12,5 có cỡ hạt danh định là 12,5mm và cỡ hạt lớn nhất là 19mm. Loại này thường

dụng làm lớp mặt trên của mặt đường cấp cao, ngoài ra còn dùng làm lớp mặt dưới của mặt đường

cấp cao.

- BTN polime 19 có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19mm và cỡ hạt lớn nhất là 25mm. Loại này

chỉ dùng cho lớp mặt dưới của mặt đường cấp cao.

Thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa polime:

Loại BTNP BTNP 12,5 BTNP 19

Cỡ hạt lớn nhất danh định (mm) 12,5 19

Phạm vi áp dụng Lớp mặt trên Lớp mặt

9

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Loại BTNP BTNP 12,5 BTNP 19

hoặc lớp mặt dưới dưới

Chiều dầy rải hợp lý (cm) 5-7 5-8

Cỡ sàng mắt vuông (mm)

25 - 100

19 100 90-100

12,5 90-100 71-86

9,5 74-89 58-78

4,75 48-71 36-61

2,36 30-55 25-45

1,18 21-40 17-33

0,600 15-31 12-25

0,300 11-22 8-17

0,150 8-15 6-12

0,075 6-10 5-8

Hàm lượng nhựa tham khảo (tính

theo % khối lượng hỗn hợp BTNP) 5,0-5,8 5,0-5,5

2.1.2. Lớp cấp phối đá dăm

2.1.2.1. Khái niệm

Cấp phối đá dăm là một hổn hợp cốt liệu, sản phẩm của một dây chuyền công nghệ nghiền đá

(sỏi), có cấu trúc thành phần hạt theo nguyên lý cấp phối, chặt, liên tục.

2.1.2.2. Nguyên lý sử dụng vật liệu

Vật liệu được sử dụng theo nguyên lý “cấp phối”, toàn bộ cốt liệu (kể cả thành phần hạt nhỏ

và hạt mịn) đều là sản phẩm nghiền từ đá sạch không lẫn đá phong hoá và hữu cơ. Sau khi rải và lu

lèn sẽ tạo nên 1 kết cấu đặc chắc, cường độ cao.

2.1.2.3. Cấu trúc vật liệu

10

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Cấp phối đá dăm là kết cấu có cấu trúc tiếp xúc. Trong cấu trúc này, các hạt khoáng trực tiếp

tiếp xúc với nhau mà không thông qua 1 màng chất lỏng nào. Cấp phối đá dăm không có tính toàn

khối, do đó khả năng chịu cắt kém và khi tính toán thì bỏ qua sức chống cắt của lớp vật liệu này,

không kiểm tra ứng suất kéo- uốn dưới đáy lớp.

Cấp phối đá dăm gồm nhiều cỡ hạt to nhỏ khác nhau, khi rải và lu lèn thì các hạt nằm sát lại

với nhau, ở giữa có lỗ rỗng. Các hạt nhỏ hơn sẽ chèn vào lỗ rỗng này, lượng hạt có kích thước nhỏ

dần được tính toán sao cho lấp đủ vào lỗ rỗng để cho kết cấu đặc nhất, có cường độ cao.

2.1.2.4. Sự hình thành cường độ

Cường độ cấp phối hình thành do thành phần lực dính phân tử do thành phần hạt mịn tạo ra

và do sự chèn móc ma sát giữa các hạt lớn.

Thành phần lực dính: đây là thành phần quan trọng quyết định chất lượng của cấp phối, được

tạo ra bởi 2 yếu tố :

+ Thành phần lực dính phân tử (lực dính dạng keo): được hình thành nhờ lực dính của thành

phần hạt nhỏ, có tác dụng làm cho cấp phối ổn định cường độ, chống lại tác dụng của các lực lực

thẳng đứng và nằm ngang. So với bê tông nhựa thì thành phần lực này nhỏ hơn nên cấp phối đá dăm

chịu tải trọng ngang kém hơn.

+ Lực dính tương hỗ (lực dính móc): hình thành nhờ sự tiếp xúc giữa các hạt do sự chèn móc

các hạt có kích thước lớn vào với nhau, có tác dụng làm tăng cường độ nhưng không chống lực

ngang. Thành phần lực này ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm mà phụ thuộc vào kích cỡ hạt và

thành phần hạt, chịu ảnh hưởng của tải trọng trùng phục. Khi cấp phối đá dăm có độ chặt lớn thì

thành phần lực này tăng lên.

Thành phần lực ma sát: sinh ra do sự ma sát giữa các hạt cốt liệu lớn trong cấp phối. Thành

phần lực này không phụ thuộc vào thời gian chịu tải nhưng giảm khi độ ẩm tăng lên. Vật liệu càng

sần sùi, sắc cạnh, ma sát trong càng lớn.

2.1.2.5. Ưu nhược điểm

- Ưu điểm:

+ Kết cấu chặt kín cường độ cao (Eđh= 2000-3000 daN/cm2

).

+ Sử dụng được các loại vật liệu địa phương.

+ Thi công đơn giản, công đầm nén nhỏ, có thể cơ giới hóa toàn bộ khâu thi công nên tốc độ

thi công cao.

+ Thi công không bị khống chế về thời gian vận chuyển, thi công cũng như nhiệt độ khi rải và lu

lèn như bê tông nhựa.

11

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

+ Tương đối ổn định nước, giá thành hợp lý.

- Nhược điểm:

+ Chịu lực ngang kém, khi khô hanh cường độ giảm nhiều.

+ Hao mòn sinh bụi nhiều khi khô hanh.

+ Cường độ giảm nhiều khi bị ẩm ước.

+ Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường nhỏ.

+ Dễ bị hao mòn, do đó được dùng làm tầng móng trong kết cấu áo đường cấp cao A1 (khi làm

tầng mặt cho các loại mặt đường khác thì phải cấu tạo lớp bảo vệ, chống hao mòn ở phía trên).

+ Không có tính toàn khối.

+ Vật liệu nặng, công tác vận chuyển có khối lượng lớn.

2.1.2.6. Nhận xét về vật liệu

Cấp phối đá dăm được dùng làm lớp móng rất hợp lý về phương diện chịu lực. Hoạt tải bánh

xe khi tryền đến tầng móng chỉ còn thành phần lực thẳng đứng (thành phần nằm ngang không đáng

kể) và trị số đã giảm, sử dụng cấp phối đá dăm là loại vật liệu chịu được tải trọng đứng tốt, đồng thời

nó không phải chịu tác dụng trực tiếp, gây bong bật và tác dụng của khí hậu, thời tiết.

2.1.2.7. Các chú ý khi thi công

Khi thi công cấp phối đá dăm phải đảm bảo theo đúng yêu cầu trong quy trình thi công và

nghiệm thu lớp móng cấp phối đá dăm, và phải đặc biệt chú ý đến các điểm sau:

+ Kiểm tra thành phần hạt, đảm bảo đúng cấp phối thiết kế. Có như vậy khi lu lèn mới đạt độ

chặt yêu cầu và hình thành cường độ.

+ Đảm bảo tránh phân tầng khi thi công , những chỗ nào khi đổ, rải bị phân tầng cần được thay

thế ngay.

+ Thi công đầm nén ở độ ẩm đầm nén tốt nhất để mang lại hiệu quả cao.

+ Luôn theo dõi, kiểm tra độ chặt K, mô-đun đàn hồi E ở từng lớp rải để điều chỉnh công nghệ

thi công cho hợp lý.

2.1.2.8. Đặc điểm lớp cấp phối đá dăm loại 1 Dmax 25

Cấp phối đá dăm loại 1 là cấp phối cốt liệu khoáng mà tất cả các cỡ hạt được nghiền từ đá

nguyên khai.

Cấp phối đá dăm cỡ hạt Dmax = 25mm thích hợp dùng cho lớp móng trên.

12

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Thành phần hạt của cấp phối:

Kích cỡ sàng mắt vuông (mm)

Tỷ lệ lọt sàng phần

trăm theo khối lượng

(%)

50 -

37,5 100

25 79-90

19 67-83

9,5 49-64

4,75 34-54

2,36 25-40

0,425 12-24

0,075 2-12

2.1.3. Lớp cát gia cố xi măng

2.1.3.1. Khái niệm

- Cát gia cố xi măng là một hỗn hợp gồm cát tự nhiên hoặc cát nghiền đem trộn với xi măng

theo 1 tỉ lệ nhất định rồi lu lèn chặt ở độ ẩm tốt nhất trước khi xi măng ninh kết, trong đó cát là các

hạt khoáng rời có kích cỡ chủ yếu từ 2 đến 0.05mm (nhưng cho phép có thể lẫn sỏi sạn có kích cỡ

lớn nhất đến 50mm).

- Cát gia cố xi măng là loại đá nhân tạo mà thành phần cấu trúc bao gồm cốt liệu (cát), chất

kết dính vô cơ là xi măng ở dạng bột. Hỗn hợp này được trộn lẫn, san rải, lu lèn sau 1 thời gian bão

dưỡng nó hình thành cường độ.

2.1.3.2. Nguyên lý sử dụng vật liệu

Cát gia cố xi măng sử dụng theo nguyên lí "đất gia cố". Theo nguyên lí này cốt liệu là cát ở dạng

hạt được trộn đều với một hàm lượng chất liên kết nhất định ở độ ẩm tốt nhất được san rải và lu lèn

chặt . Vì vậy cát gia cố xi măng sau khi hình thành cường độ có cấu trúc đông tụ hoặc kết tinh, có

cường độ cao, có khả năng chịu nén, chịu kéo khi uốn tốt và ổn định nước.

2.1.3.3. Cấu trúc vật liệu

13

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang

Thuyết minh: Đồ án thiết kế tổ chức thi công mặt đường ô tô

Cấu trúc chính của vật liệu là kết tinh, cát và xi măng sau khi hình thành cường độ nó tạo ra một kết

cấu có tính toàn khối. Các chât liên kết vô cơ bao bọc các hạt khoáng và có tác dụng liên kết các hạt khoáng

lại với nhau. Cát là cốt liệu chịu lực chính và cũng là khung chịu lực của hỗn hợp.

2.1.3.4. Sự hình thành cường độ

Cát gia cố xi măng sau khi hình thành cường độ có cấu trúc kết keo tụ, đông tụ hoặc kết tinh. Trong

đó cấu trúc chính là kết tinh, xi măng sau khi trộn với nước thì bị thủy hóa và kết tinh liên kết cốt liệu cát

thành một khối vững chắc có cường độ cao, có khả năng chịu kéo khi uốn.

Cường độ cát gia cố xi măng hình thành do thành phần lực dính và lực ma sát trong.

Thành phần lực dính: đây là thành phần chủ yếu, quan trọng quyết định chất lượng của cát gia

cố xi măng, được tạo ra bởi 2 yếu tố:

+ Thành phần lực dính phân tử (lực dính dạng keo): tạo ra do sự tác dụng tương hỗ giữa xi

măng và mặt ngoài cát và do lực dính kết bên trong của bản thân xi măng. Khi xi măng tương

tác với cát chúng tạo thành các liên kết ion, các ion này liên kết chặt chẻ các hạt cát và xi măng lại với

nhau. Thành phần lực này đảm bảo tính dính, nâng cao cường độ cát gia cố xi măng khi chịu tác

dụng của các lực thẳng đứng và nằm ngang.

+ Lực dính tương hỗ (lực dính móc): do sự móc vướng giữa các hạt khi dịch chuyển gây ra,

có tác dụng làm tăng cường độ nhưng không chống lực ngang. Lực dính tương hỗ ít thay đổi theo

nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ biến dạng, nhưng sẽ giảm đi khi cát gia cố xi măng chịu tải trọng trùng

phục.

Thành phần lực ma sát: sinh ra do sự ma sát giữa các hạt cốt liệu trong cát gia cố xi măng.

Thành phần lực này không phụ thuộc vào thời gian chịu tải nhưng giảm khi hàm lượng nhựa xi

măng lớn.

Chính do cấu trúc và sự hình thành cường độ như trên mà cát gia cố xi măng có cường độ

cao, chịu tải trong thẳng đứng và nằm ngang đều tốt.

2.1.3.5. Ưu nhược điểm

- Ưu điểm:

+ Cường độ tương đối cao (Eđh = 3000-5000 daN/cm2

), có khả năng chịu kéo khi uốn, rất ổn

định nhiệt và nước.

+ Sử dụng được các loại vật liệu rẻ tiền là cát nên giá thành rẻ.

+ Có thể cơ giới hóa toàn bộ khâu thi công.

+ Độ bằng phẳng cao, độ nhám của mặt đường tương đối cao và ít thay đổi khi bị ẩm ước.

14

SVTH: Phan Hoàng Nam - Lớp 03X3C Trang