TIÊu chuẩn ngành 22 tcn 274-2001

Tiêu chuẩn thi công yêu cầu hệ số đầm nén đạt 95% (đầm nén cải tiến của AASHTO) với độ sâu tối thiểu 200mm kể từ bề mặt nền xuống và hệ số đầm nén 98% cho các lớp móng trên và móng dưới không xử lý. Không nên dùng điều khoản đặc biệt để sửa đổi yêu cầu này. Ngoài ra, tiêu chuẩn thi công còn yêu cầu hệ số đầm nén không nhỏ hơn 95% với độ sâu 800mm kể từ cao độ thiết kế xuống trong khoảng bề rộng làn xe và các làn đường phụ cộng thêm mỗi bên 1m. Quy định này đôi khi được thay bằng các quy định đặc biệt, việc này được chứng minh ở mục 2.1 (3). Các lý do để thay là:

(a) Một phần của đường địa phương đang được thay thế bằng một kết cấu tốt hơn.

(b) việc xây dựng lại từng phần theo chiều sâu được quy định, hoặc

(c) di chuyển các thiết bị, cấu kiện ngầm còn sử dụng được, hoặc,

(d) các dự án mở rộng tạm thời được yêu cầu cho đường có lưu lượng xe thấp, các làn rẽ trong nút giao thông hay làn đỗ xe trong đường thành phố.

Các vị trí áp dụng quy định đặc biệt cần phải chỉ rõ trên mặt cắt ngang điển hình. Chiều sâu đầm nén 800 mm phải được thực hiện cho phạm vi phần xe chạy hoặc các làn phụ của các quốc lộ.

CHƯƠNG 5. LỚP MÓNG DƯỚI VÀ MÓNG TRÊN

5.1. GIỚI THIỆU

Các đặc điểm của lớp móng dưới và móng trên khác nhau mà được sử dụng trong kết cấu sẽ được thảo luận trong chương tiếp theo. Nhìn chung, các lớp móng dưới và móng trên này có thể được sử dụng với các tổ hợp khác nhau để thiết kế các kết cấu kinh tế nhất cho một dự án riêng biệt. Các kết cấu tiêu chuẩn được dùng cho mặt đường bê tông xi măng poóc lăng (PCCP) bằng cách kết hợp lớp móng trên và móng dưới theo kiểu lựa chọn. Các loại cốt liệu có xử lý và không được xử lý khác nhau có khả năng chống lại các lực do xe cộ gây ra khác nhau. Các cường độ thay đổi hay cường độ tương đối ổn định này được cân nhắc khi tính toán chiều dày kết cấu bằng các chọn một hệ số lớp thích hợp trong quá trình thiết kế như thảo luận trong chương 9. Vì việc thiết kế mặt đường là một lĩnh vực liên tục phát triển nên phần tiếp theo dây không có nhằm quy định vật liệu hay phương pháp mới có thể được sử dụng.

Lớp móng dưới bằng cấp phối (AS) thường được xem là bộ phận thấp nhất của mọi kết cấu vì nó thường dẫn đến thiết kế kinh tế nhất. Nó có thể gồm nhiều hơn một lớp. Nếu đất nền đường có M_R > 69000 kPa hoặc (CBR > 10) hay khi kết quả thiết kế cho chiều dày lớp móng dưới mỏng thì phải cân nhắc để hủy bỏ lớp móng dưới và thiết kế lớp móng trên dày hơn. Quyết định này thường dựa trên mục tiêu chi phí ban đầu thấp nhất, khi hai thiết kế tương đương về kết cấu.

Nơi có bố trí một lớp vật liệu thấm nước ở dưới toàn bộ chiều rộng của kết cấu để thoát nước dưới bề mặt thì lớp thấm nước được xem như là lớp móng dưới trong tính toán thiết kế.

5.3 LỚP MÓNG TRÊN BẰNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM (AB)

Các lớp móng cấp phối không được xử lý có thể được dùng dưới lớp mặt bê tông atphan khi cân nhắc về kinh tế. Khi móng cấp phối không được xử lý được sử dụng với lớp mặt AC, việc sử dụng nó thay thế cho lớp móng thấm nước được xử lý (TPB) phải tuân theo Mục 6.2(3). Nó có thể được dùng dưới lớp TPB nhưng bề mặt của nó cần được gia cố bằng lớp nhựa thấm bám.

Nhựa, xi măng poóc lăng, hỗn hợp xi măng poóc lăng và vật liệu Puzolan, vôi, và các loại xi măng hay chất gia cố khác có thể được kết hợp với cốt liệu được lựa chọn hoặc đất hay các vật liệu ở địa phương để cải thiện tính ổn định và cường độ của các thành phần chịu tải của kết cấu. Việc sử dụng các vật liệu này phụ thuộc vào một loạt các biến số bao gồm, chi phí tương đối, khả năng sẵn có vật liệu, các loại vật liệu tự nhiên, điều kiện môi trường, dự báo giao thông, các tiêu chuẩn đã có và thực tế sử dụng. Nhựa hay xi măng có thể được dùng để cải tạo cốt liệu chất lượng thấp dùng để làm lớp móng trên hoặc lớp móng dưới.

Loại và hàm lượng của chất gia cố cần sử dụng được xác định sau khi thí nghiệm các vật liệu và so sánh về chi phí với vật liệu cấp phối tiêu chuẩn không được xử lý.

5.5. LỚP MÓNG TRÊN XỬ LÝ BẰNG XI MĂNG (CTB)

Lớp móng trên xử lý bằng xi măng thường chỉ áp dụng với mặt đường atphalt và được quy định thành 2 loại dưới đây:

(a) CTB loại A bao gồm cốt liệu trộn với xi măng dù để tạo ra lớp móng trên với cường độ khá lớn của tấm. CTB loại A được dùng trực tiếp dưới AC để đảm bảo tăng cường độ dưới tác dụng của các xe tải nặng hoặc rải trực tiếp dưới lớp TPB.

(b) CTB loại B gồm có cốt liệu với M_R không nhỏ hơn 125000 KPa được trộn với một lượng xi măng vừa đủ để tăng M_R sao cho không nhỏ hơn 240000 KPa.

Cả CTB loại A và CTB loại B đều có thể dùng với mặt bê tông atphan để tăng khả năng chịu tải và độ bền của nó. Vì cường độ của loại A và tính ổn định cao của loại B mà việc sử dụng một trong hai loại này là cách tiết kiệm nhất đối với toàn bộ móng cấp phối vì giảm được chiều dày yêu cầu của lớp móng. CTB có thể trộn tại trạm trộn hoặc trộn tại chỗ. Ưu tiên trộn tại trạm trộn còn tại chỗ chỉ cho phép khi khối lượng nhỏ. Khi sử dụng phương pháp trộn tại chỗ, phải chứng minh tính hợp lý trong báo cáo thiết kế địa chất và báo cáo vật liệu. Khi dùng cát không dính làm móng dưới và trên là lớp móng xử lý xi măng thì cần phải có một “lớp công tác” là lớp móng dưới bằng cốt liệu, móng trên bằng cốt liệu hay cốt liệu gia cố, “lớp công tác” này thường dày từ 75 mm đến 105 mm thích hợp để làm mặt bằng thi công lớp móng xử lý bằng xi măng. “lớp công tác” được xem như là vật liệu cho lớp móng dưới trong thiết kế.

5.6. MÓNG BÊ TÔNG NGHÈO (LCB)

Móng bê tông nghèo được sử dụng để làm một lớp móng cứng hơn và ít bị xói mòn hơn CTB loại A truyền thống, dùng bên dưới PCCP. Việc sử dụng LCB làm giảm ảnh hưởng các tác động phụt và bị đứt đoạn trong PCCP. LCB là một hỗn hợp bê tông được trộn cốt liệu với một nửa hàm lượng xi măng của bê tông thông thường.

Ưu điểm của LCB so với CTB là:

(a) LCB có cường độ dài hạn lớn hơn CTB.

(b) Cùng một kiểu thiết bị rải như dùng để rải PCCP có thể dùng loại LCB.

(c) LCB có thể được thi công với cao độ chính xác hơn, và

(d) Điều quan trọng nhất, bề mặt LCB cứng hơn và ít bị ăn mòn để rồi gây ra đứt đoạn mà thường tạo ra hiện tượng cập nhật kênh khi xe tải chạy trên bề mặt PCCP.

5.7. MÓNG BÊ TÔNG NHỰA (ACB)

Mặc dù thường được nhắc tới như là một hạng mục riêng, móng bê tông nhựa (ACB) là một loại bê tông nhựa cấp phối chặt được trộn ở trạm trộn thường được dùng cho lớp mặt, ngoại trừ cấp phối thô hơn để có thể làm tăng độ ổn định ACB được gọi là loại A hoặc loại B, phụ thuộc vào chất lượng của cốt liệu. Loại A cơ bản là đá xay có tính ổn định cao hơn loại B.

Khi dùng với mặt bê tông atphan (ACP), ACB được xem như là một phần của lớp mặt. Hệ số lớp của ACB được ấn định là hệ số lớp của phần còn lại của AC trong kết cấu.

5.8. MÓNG XỬ LÝ THẤM NƯỚC (TPB)

Móng xử lý thấm nước (TPB) là hỗn hợp của cấp phối đá xay thô chất lượng cao và vật liệu kết dính. Vật liệu kết dính có thể là atphan hoặc là xi măng poóc lăng. Việc quyết định dùng lớp móng thấm nước được xử lý bằng atphan hay lớp móng thấm nước được xử lý bằng xi măng phải được dựa trên sự cân nhắc về kinh tế và tính sẵn có của vật liệu là chủ yếu. Sự lựa chọn thường là do quyết định của kỹ sư mặt đường về ACP. TPB cung cấp lớp thoát nước tốt trong kết cấu. Móng thấm nước trải rộng thêm về một bên là 0.3 kể từ mép ngoài của mặt đường ở phía cao đến mép ngoài của rãnh thoát nước bên phía thấp của kết cấu xem hình 6.2 A. Lớp TPB là một phần gắn liền với kết cấu và đáp ứng tất cả hoặc một phần chức năng cường độ thông thường được đòi hỏi của lớp móng.

Một số loại đất, khi được xử lý bằng vôi, sẽ hình thành hỗn hợp dính kết tạo nên một loại vật liệu cường độ tương đối cao. Khi hỗn hợp dính kết có cường độ chịu nén nở hông tự do (UCS) khoảng 2,75 MPa hoặc lớn hơn, như đã được xác định. Nó có thể thay thế lớp móng dưới một cách thỏa đáng và tiết kiệm. Đối với đường ít xe thì đất xử lý vôi cũng có thể làm lớp móng trên đúng như yêu cầu.

Nói chung những hư hỏng xảy ra sớm trên cả hai loại mặt đường cứng và mặt đường mềm là do các xa tải trọng nặng chạy qua khi kết cấu mặt đường đang ở tình trạng bão hòa nước. Sự bão hòa nước của kết cấu hay vật liệu móng nằm ở dưới hoặc cả hai nói chung sẽ gây nên việc giảm cường độ hoặc giảm khả năng chịu các tải trọng trục xe tải nặng. Các vấn đề tiềm ẩn được kết hợp với sự bão hòa nước của kết cấu và lớp nền gồm có các hiện tượng cập kênh, sự giãn nở khác nhau (trương nở) của đất nền, tính xói mòn và mao dẫn của vật liệu mịn tạo ra các lỗ rỗng làm tổn thất khả năng chịu lực của lớp nền, sự bong bật của các cốt liệu bê tông asphalt và quá trình oxy hóa gia tăng của chất kết dính asphalt. Thoát nước nhanh khỏi kết cấu là rất cần thiết và nói chung phụ thuộc vào toàn bộ hệ thống thoát nước chủ động.

(1) Các bộ phận thoát nước và những vấn đề xem xét có liên quan đến thiết kế. Thoát nước nhanh phần kết cấu mặt đường là cần thiết để giảm thiểu thời gian kết cấu bị bão hòa nước. Điều này có thể đạt được một cách tốt nhất bằng cách rải lớp thoát nước bằng vật liệu có tính thấm cao nằm dưới toàn bộ chiều rộng mặt đường trong thời gian thi công ban đầu. Các bộ phận chính của hệ thống thoát nước kết cấu mặt đường mềm là:

(a) Một lớp thoát nước bằng vật liệu có tính thấm cao.

(b) Hệ thống thu nước.

(c) Cửa thoát nước, lỗ thấm nước và thiết bị làm sạch.

(2) Lớp thoát nước. Một lớp thoát nước gồm có hoặc là lớp móng thấm nước được xử lý bằng asphalt (ATPB) dày 75mm hoặc lớp móng thấm nước được xử lý bằng xi măng (CTPB) dày 105mm nên được xem xét để rải ngay bên dưới lớp mặt AC ngăn ngừa nước mặt thâm nhập vào kết cấu. Ngoại trừ ở các vùng có lượng mưa trung bình hàng năm rất thấp (< 125 mm) hoặc ở những nơi đất nền thoát nước tự do (khả năng thấm nước lớn hơn 3.53 x 10^-4m/s). Lớp thoát nước được kéo dài về hai phía với khoảng cách 0.3m tính từ mép ngoài đường xe chạy của bên lề cao đến mép của rãnh thu nước bên lề thấp. Mặt cắt AC điển hình với lớp móng xử lý thấm (TPB) được chỉ ra ở hình 6.1 A.

Khi có vấn đề liên quan đến sự thâm nhập của nước mặt có thể làm bão hòa và làm mềm lớp móng dưới hoặc cả lớp nền (cả trong quá trình thi công hay khi đang được sử dụng) thì nên sử dụng lớp nhựa láng hay lớp màng mỏng phù hợp. Lớp nhựa hay lớp màng này được rải lên trên lớp móng trên, lớp móng dưới hay lớp nền để ngăn sự xói mòn vật liệu nằm dưới. Cả lớp ATPB tiêu chuẩn dày 75mm hoặc lớp CTPB dày 105mm nói chung sẽ cho khả năng thoát nước lớn hơn lượng nước phải thoát yêu cầu dưới mặt đường AC. Chiều dày tiêu chuẩn dựa chủ yếu vào năng lực thi công với một khoảng bù vào dung sai bề dày khi thi công. Bằng cách kết hợp thống nhất các điều kiện, ví dụ ở những nơi tỷ lệ thấm vượt quá 15mm/h và mặt đường rất rộng (≥ 4 làn xe với 1 độ dốc ngang), trình tự sau đây có thể dùng để xác định chiều dày lớp cần thiết. Nếu vật liệu khác loại ATPB hay CTPB với khả năng thấm nước khác nhau được sử dụng với các điều kiện như trên, thì cần phải kiểm tra xem chiều dày đã đủ chưa. Lượng ước tính của nước mặt sẽ thấm vào mặt AC (lưu lượng Q tính bằng m³/s/m của lòng đường). Có thể xác định theo phương trình:

Q = IW/3,6 x 10⁶

Trong đó:

W – chiều rộng (tính bằng m) của lớp thoát nước thông thường được đo thẳng góc với tim đường;

I – hệ số thấm tính bằng mm/h.

Nếu số liệu về lượng mưa ở địa phương có sẵn tại hiện trường nơi thực thi dự án thì có thể dựa vào phương trình sau để xác định hệ số thấm “I”:

I = (0,33) (cường độ mưa tính theo giờ thiết kế)

Chiều dầy yêu cầu, t (mm) của lớp thoát nước có thể tính bằng phương pháp sau:

t = 1000Q ks

Trong đó:

k – khả năng thấm của vật liệu đã sử dụng trong lớp thoát nước (m/s) (0,0529m/s đối với ATPB, và 0,014 m/s đối với CTPB) và

s – độ dốc ngang mặt đường (m/m)

Trước hết, cộng thêm 25 mm được thêm vào chiều dày lớp thấm nước được tính toán để bù cho việc có thể nhiễm bẩn và dung sai cho phép trong thi công, sau đó tổng chiều dài sẽ được xác định bằng cách làm tròn gần đến 15mm.

Mặt cắt AC điển hình có lớp thoát nước TPB

Ghi chú

2. Hình này chỉ có ý thể hiện chi tiết mặt cắt kết cấu mặt đường, chi tiết mặt cắt ngang hình học xem chương 8.

Hai loại mặt đường thường được xem xét để xây dựng mới là mặt đường cứng và mặt đường mềm, điển hình là mặt đường bê tông xi măng Poóc lăng (PCCP) và mặt đường bê tông atphan (ACP). Không có công thức hoặc thủ tục cụ thể nào trả lời rõ ràng là loại mặt đường nào thích hợp nhất. Hơn nữa vì lý do các điều kiện vật lý và ảnh hưởng của các nhân tố khác thay đổi đáng kể từ vị trí này sang vị trí khác nên các dự án phải được nghiên cứu một cách riêng rẽ. Do đó người thiết kế phải cân nhắc những yếu tố được miêu tả dưới đây, đưa ra các giả thiết nhất định và sử dụng những đánh giá kỹ thuật trên cơ sở những kiến thức tốt nhất sẵn có khi xác định loại mặt đường.

Bất kể yếu tố nào mà khống chế việc lựa chọn loại mặt đường phải được ghi chép trong hồ sơ lưu trữ của dự án.

Sự so sánh kinh tế chi tiết của các loại mặt đường phải được thực hiện như những thảo luận ở phần sau. Những trường hợp ngoại lệ không phải so sánh được cho phép theo những điều kiện sau:

● Những nơi mặt đường hiện tại sẽ được mở rộng hoặc làm lớp phủ mặt bằng vật liệu tương tự như mặt đường cũ.

● Những nơi chiều dài mặt đường mới ít hơn 6.5 km một làn xe.

● Những nơi phần xe chạy cho phép ngập lụt định kỳ thì nên để xuất sử dụng mặt đường bê tông xi măng.

● Những nơi mà không hợp lý về kinh tế để định vị trí và xây dựng đường do đó mà hiện tượng lún và trương nở không đều sẽ được loại bỏ, thì ở đó buộc phải sử dụng mặt đường bê tông atphan.

● Những đoạn ngắn liên kết giữa các đường bộ có cùng loại mặt đường với nhau.

Khi không thực hiện so sánh kinh tế chi tiết thì phải trình bày nguyên nhân đầy đủ trong bản trình loại mặt đường, như trong Chương 2.

Khi lựa chọn loại mặt đường cần xem xét các yếu tố sau:

Các yếu tố chính:

● Giao thông.

● Các đặc trưng của các loại đất.

● Thời tiết.

● Biện pháp xây dựng.

● Tái sinh mặt đường.

● So sánh giá thành.

Thứ tự các yếu tố trong danh mục trên không mang một ý nghĩa nào cả. Những yếu tố này cần được cân nhắc và ghi chép cụ thể ở trong tất cả các văn bản chấp thuận dự án.

Các yếu tố thứ yếu thích hợp và nên được cân nhắc bao gồm:

● Sự làm việc của các loại mặt đường tương tự trong khu vực của dự án.

● Khu vực quanh vùng mặt đường hiện tại,

● Việc bảo tồn các nguồn vật liệu và năng lượng,

● Sự có sẵn các loại vật liệu địa phương hoặc năng lực của các nhà thầu,

● An toàn giao thông và an toàn lao động,

● Kết hợp của các dạng mặt đường thử nghiệm,

● Khuyến khích cạnh tranh, và

● Ưu tiên các khu đô thị, ưu tiên sự tham gia của chính quyền địa phương và công nhận nền công nghiệp địa phương.

Mặt khác phải xem xét có thể ảnh hưởng đến quyết định cuối cùng là có sự khống chế cao độ như là rào phân cách giữa thiết bị thoát nước, tĩnh không hai bên và tĩnh không theo chiều đứng, và các kết cấu có thể giới hạn thiết kế mặt cắt cấu trúc hoặc các kế hoạch cải tạo. Việc lựa chọn loại mặt đường nên xem xét các đặc trưng phụ này ảnh hưởng như thế nào đến mặt cắt kết cấu mặt đường. Việc thiết kế xây dựng đường mới hoặc là kế hoạch cải tạo phải giảm tối thiểu nguy hiểm và an toàn tối đa cho các lực lượng xây dựng, duy tu và thiết bị của họ. Sau khi xem xét các yếu tố chủ yếu khác nhau và các hạng mục cụ thể khác có liên quan với dự án được nghiên cứu, thì các kết cấu lựa chọn phải tiếp tục được phân tích. Một khi các kết cấu được lựa chọn thì phải phân tích kinh tế hoàn chỉnh. Nếu việc phân tích chi tiết không được yêu cầu theo mục 7.1 thì vẫn phải hoàn thành việc phân tích kém toàn diện hơn. Phân tích này là cơ sở để xem xét các thành phần của mặt cắt kết cấu mặt đường kinh tế nhất trong số các phương án lựa chọn khác nhau.

Nếu việc phân tích kinh tế chi tiết được yêu cầu thì phải theo trình tự trong mục 7.3. Điều quan trọng phải lưu ý là không chỉ các nhà kinh tế quyết định việc chọn lựa kết cấu cuối cùng hoặc các thành phần phương án của chúng. Sau khi phân tích tất cả các thông tin có sẵn, các kết cấu mới hoặc kế hoạch cải tạo được lựa chọn và đệ trình theo Chương 2.

7.3. PHÂN TÍCH KINH TẾ

7.3.1. CHI PHÍ CHU TRÌNH TUỔI THỌ CỦA DỰ ÁN (LCC) (gọi tắt là chi phí chu trình dự án).

Điều cần thiết trong việc đánh giá kinh tế là tập hợp tất cả các chi phí xuất hiện trong suốt thời gian tuổi thọ của dự án. Khi so sánh kinh tế không phải lúc nào người thiết kế mặt đường cũng chú ý cẩn thận hoặc thậm chí hiểu được điều này bởi vì những so sánh thường được làm trong một thời kỳ thiết kế cố định bằng nhau. Vì thế người thiết kế đã cho rằng những so sánh về chi phí ban đầu đã đầy đủ cho việc nghiên cứu kinh tế. Điều này không đúng và để nhấn mạnh cho sự cần thiết của việc phân tích chi phí hoàn chỉnh giá thành thì thuật ngữ “chi phí chu trình dự án” đã được hình thành và sử dụng cho một đường vào khoảng năm 1970.

Chi phí chu trình dự án liên quan tới tất cả các chi phí (và trong ý nghĩa đầy đủ, còn có tất cả các lợi ích) nó bao gồm sự dự phòng của mặt đường trong toàn bộ chu trình dự án. Chi phí này dĩ nhiên bao gồm chi phí xây dựng, chi phí duy tu, chi phí cải tạo v.v…

Chi phí này cũng yêu cầu xem xét đến thời gian sử dụng của mặt đường. Lớp xử lý bề mặt bitum có thể được 7 – 10 năm trong khi mặt đường đắt tiền như là ACP trên lớp nền vững chắc có thể được 25 năm. Người ta đề nghị một giai đoạn phân tích chung cho mục đích so sánh các phương án. Trong giai đoạn này có thể được yêu cầu xây dựng lại nhiều lần cho một loại mặt đường này và chỉ yêu cầu có một lớp phủ thôi trên mặt đường khác. Vì tất cả các chi phí này không xuất hiện cùng một thời gian nên phải xác định lượng tiền sử dụng đề đầu tư tại một thời điểm cố định (thông thường là khi bắt đầu dự án) và phải kiếm đủ tiền với một lãi suất cụ thể cho phép thanh toán tất cả các chi phí chúng xuất hiện. Vì vậy lãi suất hoặc giá trị thời gian của tiền trở nên quan trọng trong các tính toán.

Khi đó “Các chi phí chu trình dự án” là một thuật ngữ được tạo ra để thu hút sự chú ý đặc biệt thực tế rằng việc phân tích kinh tế hoàn chỉnh và có cập nhật là cần thiết nếu phải so sánh các phương án với nhau một cách xác thực và chính xác.

Các so sánh kinh tế của chu trình dự án phải được thực hiện giữa các loại kết cấu mặt đường được lựa chọn cho việc chấp thuận xây dựng. Kết cấu mặt đường đã được lựa chọn trong khi so sánh kinh tế phải được đưa vào trong kế hoạch cuối cùng trừ khi một sự xem xét tiếp theo lại được chấp thuận. Trong trường hợp này cần viết một bản ghi nhớ ngắn căn cứ vào tài liệu gốc, nói rõ các chi tiết thay đổi, nguyên nhân thay đổi, và chi phí chu kỳ dự án đã tính lại.

7.3.2. CÁC ĐỊNH NGHĨA LIÊN QUAN TỚI PHÂN TÍCH KINH TẾ