PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài. Dự án đƣờng nối từ QL51 và cảng cái mép là một phần của dự án quy hoạch phát triển cảng biển quốc tế Cái mép-Thị Vải thuộc huyện Tân Thành tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu. Tuyến đƣờng dài 8,3km nối từ QL51 vào cảng Cái Mép.
Dựa trên công tác khảo sát địa chất đã đƣợc thực hiện, dự án đƣợc xác định nằm trên khu vực có địa chất phức tạp. Tuyến đƣờng đƣợc sử dụng cho các loại xe có tải trọng nặng.Vì vậy việc thiết kế kết cấu cũng nhƣ vật liệu đƣợc sử dụng cần phải đảm bảo khả năng vận hành. Vật liệu cát gia cố xi măng đƣợc sử dụng để làm lớp móng dƣới. Đây là loại vật liệu đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và đã đƣợc đánh giá cao.
Vật liệu cát gia cố xi măng tuy đã đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới nhƣng việc đánh giá hiệu quả của nó ở nƣớc ta vẫn chƣa thật sự đầy đủ. Do vậy đề tài “Nghiên cƣ́u, đánh giá hiệu quả của vật liệu cát gia cố xi măng của dự án thi công đƣờng nối QL51 vào cảng Cái Mép- Thị Vải ” là vấn đề có ý nghĩa cấp bách và thiết thực. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đƣa ra các nhận xét, đánh giá về hiệu quả đạt đƣợc của lớp vật liệu cát gia cố xi măng làm lớp móng dƣới.
Qua đây có thể xem xét áp dụng và o điều kiện của tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu các yếu tố của vật liệu cát gia cố xi măng trong việc áp dụng vào làm lớp móng dƣới móng của dự án đƣờng nối từ QL51 vào cảng Cái Mép Thị Vải. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu về tính chất cơ học, biện pháp thi công vật liệu cát gia cố xi măng, điều kiện địa chất của dự án đƣờng 5 nối từ QL51 vào cảng Cái Mép Thị Vải. Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài đƣợc nghiên cứu theo phƣơng pháp lý thuyết và thực nghiệm: + Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu vật liệu cát gia cố xi măng về khả năng chịu lực, về cƣờng độ, về tính chất cơ lý và công nghệ thi công.
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu, phân tích khả năng chịu lực thực tế, cƣờng độ thực tế tại hiện trƣờng, những vấn đề cần giải quyết trong quá trình thi công.Từ đó đánh giá hiệu quả của vật liệu cát gia cố xi măng. 6 CHƢƠNG 1: KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG HIỆN NAY 1. TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG. CẤU TẠO NỀN ĐƢỜNG VÀ MẶT ĐƢỜNG Kết cấu áo đƣờng gồm tầng móng và tầng mặt, mỗi tầng có thể bao gồm nhiều lớp, tính từ trên xuống dƣới bao gồm: Tầng mặt: tầng mặt đầy đủ có nhiều lớp.
Lớp tạo nhám tạo phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn trên cùng (đây là lớp không tính vào bề dày chịu lực của kết cấu mà là lớp có chức năng đúng nhƣ tên gọi của chúng, chức năng hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt và trực tiếp tạo ra chất lƣợng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đƣờng. Tầng móng: thƣờng gồm lớp móng trên và móng dƣới có tác dụng: góp phần tạo thêm cƣờng độ đáng kể cho kết cấu áo đƣờng, tạo tầng móng vững chắc và ổn định để đặt lớp mặt lên trên cho kết cấu áo đƣờng đủ bền vững, còn là nơi có thể kiêm luôn chức năng thoát nƣớc cho kết cấu áo đƣờng. Tuy nhiên, việc thiết kế một kế cấu áo đƣờng không thể tách rời kết cấu áo đƣờng đó ra khỏi nền đƣờng. Hay nói chính xác đó là phần thân nền đƣờng (Subgrade) nó nằm trong phạm vi bằng 80-100cm kể từ đáy kết cấu áo đƣờng trở xuống.
Đó là phạm vị nền đƣờng cùng với kết cấu áo đƣờng chịu tác dụng của tải trọng bánh xe truyền xuống. Trong một số trƣờng hợp phần thân nền đƣờng này còn cần phải bố trí lớp gọi là lớp đáy móng. Lớp đáy móng hay lớp đáy áo đƣờng thay thế cho 30cm đất trên cùng của phần thân nền đƣờng có tác dụng: - Tạo một lòng đƣờng chịu lực đồng nhất (đồng đều theo bề rộng), có sức chịu tải tốt; - Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đƣờng và từ dƣới lên tầng móng áo đƣờng; 7 - Tạo hiệu ứng đe để bảm bảo chất lƣợng đầm nén các lớp móng phía trên. - Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đƣờng không gây hƣ hỏng nền đất phía dƣới (nhất là khi thời tiết xấu).
Nền đƣờng: là bộ phận của đƣờng chịu tác động của tải trọng phƣơng tiện truyền xuống áo đƣờng, có cấu tạo bao gồm nền thƣợng, nền thông thƣờng và đấp bao ta tuy nén đƣờng. Nền thƣợng: phần phía trên cùng của nền đƣờng tiếp giáp với đáy áo đƣờng; Nền thông thƣờng: phần nền đƣờng tiếp dƣới nền thƣợng; Đắp bao ta luy nền đƣờng: là lớp vật liệu đắp bề mặt ta tuy nền đƣờng nhằm hạn chế xối lở. Khái niệm cấu tạo và chức năng của kết cấu áo đƣờng ở trên chỉ mang tính chất tƣơng đối để ta hình dung sơ bộ và gọi tên và kết cấu áo đƣờng theo quan điểm thiết kế của Việt Nam. Kết cấu áo đƣờng theo quan điểm chung nhất đó là các lớp vật liệu có bề dày và tính chất khác nhau đặt chồng lên nhau để tạo ra một mặt đƣờng đảm bảo cho xe hay các phƣơng tiện giao thông có thể đi đƣợc ở một mức độ nào đó.
Dƣới tải trọng xe chạy và các tác nhân gây hại khác, kết cấu các lớp vật liệu chồng lên nhau này phải đáp ứng đƣợc những yêu cầu đề ra nhất định, tuy thuộc mỗi nơi, mỗi nƣớc. YÊU CẦU CƠ BẢN VỀ THIẾT KẾ NỀN ĐƢỜNG Trên cơ sở cấu tạo nền đƣờng, vai trò của nền đƣờng trong hệ thống nền- mặt đƣờng, trong tiêu chuẩn “Đƣờng ôtô I Yêu cầu thiết kế - TCVN 4054 - 2005” do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành theo quyết định số 151/QĐ- BKHCN ký ngày 7/2/2006 đâ thể hiển rõ các yêu cầu cơ bản với nền đƣờng nhƣ sau: Phải đảm bảo nền đƣờng ổn định, duy trì đƣợc các kích thƣớc hình học, 8 có đủ cƣờng độ để chịu đƣợc tác động của tải trọng xe và của các yếu tố thiên nhiên trong suốt thời gian sử dụng. Nền đƣờng yếu, áo đƣờng sẽ biến dạng, rạn nứt và hƣ hỏng mau, cho nên trong bất kỳ tình huống nào, nền đƣờng cũng phải có đủ cƣờng độ tức là đủ độ bền khi chịu cắt trƣợt và không bị biến dạng quá nhiều (không bị tích lũy biến dạng) dƣới tác dụng của áp lực bánh xe chạy qua, đủ khả năng chống đƣợc các tác dụng phá hoại của các nhân tố bên ngoài. Nền đƣờng phải đảm bảo ổn định vể cƣờng độ, nghĩa là cƣờng độ nền đƣờng không đƣợc thay đổi theo thời gian, theo khí hậu, thời tiết một cách bất thƣờng, nếu để nƣớc thấm vào nền đƣờng càng nhiều thì độ ẩm của đất càng cao, cƣờng độ của nó càng giảm đi.
Yếu tố chủ yếu ảnh hƣởng tới cƣờng độ và độ ổn định của nền đƣờng là tính chất đất của nền đƣờng, phƣơng pháp đắp, chất lƣợng đầm nén, biện pháp thoát nƣớc và biện pháp bảo vệ nền đƣờng. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ NỀN ĐƢỜNG Để bảo đảm cƣờng độ và ổn định của nền đƣờng phải đáp ứng các yêu cầu sau: 1. Về cƣờng độ (CBR): Phải đảm bảo khu vực tác dụng của nền đƣờng (khi không có tính toán đặc biệt, khu vực này có thể lấy tới 80 cm kể từ đáy áo đƣờng trở xuống) luôn đạt đƣợc các yêu cầu sau: - Không bị quá ẩm và không chịu ảnh hƣởng các nguồn ẩm bên ngoài (nƣớc mƣa, nƣớc ngầm, nƣớc bên cạnh đƣờng); - 30 cm trên cùng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 8 đối với đƣờng cấp I, cấp II và bằng 6 đối với đƣờng cấp khác; - + 50 cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với đƣờng cấp 1 cấp II và bằng 4 đối với đƣờng cấp khác. Về độ chặt (K): Nền đƣờng phải đảm bảo độ chặt theo quy định của bảng [1.
Ngoài ra phần thân của nền đắp chịu tác động của nƣớc ngầm hoặc nƣớc ngập đều phải đạt độ chạt tối thiểu là K>= 0,95 bất kể nền đắp thuộc cấp hạng nào. Trong phạm vi khu vực tác dụng, đất sau khi đầm nén phải có sức chịu tải xác định theo chỉ tiêu CBR đạt yêu cầu nhƣ nêu ở mục 1. Nếu đất khó đầm nén đạt yêu cầu ở bảng [1.1] hoặc đầm nén rồi vẫn không đạt chỉ số sức chịu tải CBR yêu cầu thì phải thiết kế cải thiện đất, gia cố hay thay đất để đạt đƣợc đồng thời các yêu cầu.1: Độ chặt quy định của nền đƣờng Độ chặt K Độ sâu tính từ đáy áo Đƣờng ôtô Loại công trình Đƣờng ôtô đƣờng từ cấp I đến cấp V, VI xuống, cm cấp IV Khi áo đuờng dày trên 60 30 >0,98 >0,95 Khi áo đƣờngcmdày dƣới 60 50 >0,98 >0,95 Nền cm đắp Bên Đất mới đắp >0,95 >0,93 dƣới chiều Đất nền tự nhiên Cho đến 80 >0,93 >0,90 sâu kể (*) trên Nền tƣ nhiên (**); không đào, 30 >0,98 >0,95 không đắp 30-80 >0,93 >0,90 * Trƣờng hợp này là nền đắp thấp, phần nền đất tự nhiên nằm trong khu vực tác dụng phải có độ chặt tối thiểu là 0,90. ** Nếu nền tự nhiên không đạt độ chặt yêu cầu ở bảng này thì phải đào bỏ phần không đạt rồi đầm nén lại để đạt yêu cầu.
YÊU CẦU VỀ ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƢỜNG VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƢỜNG, SAN NỀN CÁC CÔNG TRÌNH 10 1. Yêu cầu và tính chất đất đắp nền đƣờng Trong công tác xây dựng nền đƣờng ô tô vật liệu đắp nền đƣờng đóng vai trò rất lớn đến sự ổn định và bền vững của công trình. Phải cố gắng chọn vật liệu có chất lƣợng tốt tại chổ để đắp nền đƣờng ( các loại đất đá có cƣờng độ cao, ổn định với nƣớc, tính co nhỏ, tiện thi công đầm nén, cự ly vận chuyển ngắn, khi chọn đất đắp một mặt phải xét tới nguồn vật liệu và tính kinh tế, mặt khác phải xét tới tính chất của nó có phù hợp hay không) và tiến hành đầm chặt theo yêu cầu quy định để đảm bảo nền đƣờng ổn định và ít biến dạng.