Việc lựa chọn và bố trí các tầng, lớp vật liệu trong kết cấu áo đường, bao gồm các lớp móng và lớp mặt khi cần thiết, phải đảm bảo phù hợp với chức năng của từng tầng, lớp. Đồng thời, kết cấu cần đáp ứng các yêu cầu chung về kỹ thuật, phù hợp với khả năng cung ứng vật liệu, trình độ công nghệ thi công, cũng như đảm bảo thuận lợi cho công tác khai thác, duy tu, sửa chữa và bảo trì sau này.
Nguyên tắc cơ bản trong thiết kế cấu tạo nền – mặt đường
Mục lục
Ưu tiên sử dụng các loại vật liệu sẵn có tại địa phương và các sản phẩm phế thải công nghiệp đã qua xử lý thích hợp để thi công các lớp móng và lớp mặt áo đường. Có thể sử dụng vật liệu rời hoặc gia cố bằng chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ tùy theo yêu cầu kỹ thuật.
Chú trọng sử dụng các loại vật liệu đã được kiểm chứng về chất lượng và tính năng kỹ thuật thông qua thực tiễn áp dụng dài hạn hoặc qua các thí nghiệm chuyên sâu. Đồng thời, cần xem xét đến trình độ công nghệ của các đơn vị thi công và điều kiện quản lý, khai thác tuyến đường trong thực tế.
Thiết kế mặt đường bê tông nhựa Asphalt phải cân nhắc đến các yếu tố liên quan đến an toàn giao thông và bảo vệ môi trường. Điều này bao gồm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường trong quá trình thi công và khai thác sau này, cũng như đảm bảo các tiêu chuẩn về an toàn lao động và sức khỏe cho người lao động trong quá trình thực hiện dự án.
Đối với các tuyến đường cấp cao như đường cao tốc, đường cấp I và cấp II, cần áp dụng các giải pháp thiết kế kết cấu nền – mặt đường có độ bền vững cao và tuổi thọ dài. Các lớp vật liệu sử dụng cho lớp móng và lớp mặt chịu lực phải có chất lượng tốt để đảm bảo độ ổn định và độ bền lâu dài của công trình.
Thiết kế cần xem xét phương án phân kỳ đầu tư để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả kinh tế. Đồng thời, cần có phương án cấu tạo kết cấu nền – mặt đường phù hợp với quy hoạch tương lai, có thể tính đến khả năng tăng cường lớp phủ hoặc tăng độ dày để đáp ứng nhu cầu gia tăng lưu lượng phương tiện theo thời gian.
Trong giai đoạn thiết kế cần lập phương án đầu tư, đề xuất nhiều phương án cấu tạo kết cấu nền – mặt đường khác nhau để có thể phân tích, tính toán và lựa chọn giải pháp tối ưu về mặt kinh tế – kỹ thuật. Các phương án đề xuất có thể dựa trên những quan điểm thiết kế khác nhau, chẳng hạn như giải pháp kết cấu bền vững hoặc phương án phân kỳ đầu tư theo từng giai đoạn.
Trong trường hợp cần thiết, thiết kế cần đề xuất giải pháp thoát nước mặt đường để đảm bảo khả năng thoát nước hiệu quả trong quá trình thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội cho mặt đường, tránh tình trạng ứ đọng gây ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình.
Lựa chọn vật liệu cho các lớp của tầng mặt kết cấu nền – mặt đường mềm
Lớp tạo nhám phải đáp ứng yêu cầu đối với các tuyến đường cao tốc. Đây là lớp hỗn hợp bề mặt có tác dụng tăng độ ma sát, bao gồm các loại như bê tông nhựa siêu mỏng tạo nhám, bê tông nhựa mỏng tạo nhám theo tiêu chuẩn TCVN 12759-1 và TCVN 12759-2, hoặc bê tông nhựa rỗng thoát nước theo TCVN 13048. Khi sử dụng bê tông nhựa rỗng thoát nước, lớp tạo nhám có thể được tính vào tổng độ dày kết cấu nền – mặt đường, với chiều dày dao động từ 4 đến 6 cm theo hướng dẫn hiện hành.
Lớp tạo nhám cũng cần được áp dụng cho các tuyến đường cấp I và cấp II có tốc độ thiết kế từ 80 km/h trở lên, hoặc những đoạn đường thuộc các cấp khác nhưng yêu cầu cao về độ nhám để đảm bảo an toàn giao thông. Yêu cầu vật liệu cho lớp tạo nhám trong trường hợp này tương tự như lớp tạo nhám cho đường cao tốc, theo quy định tại bảng bên dưới.
Lớp bảo vệ và hao mòn là lớp vật liệu thường được phủ trên bề mặt của các tuyến đường cấp cao, gồm các loại như lớp nhũ tương nhựa, lớp phủ vừa nhựa Microsurfacing hoặc lớp vật liệu mỏng phủ lên mặt đường đã qua sử dụng. Tuy nhiên, lớp này không được tính vào tổng độ dày kết cấu nền – mặt đường khi thiết kế.
Tùy vào cấp đường, vật liệu và cấu tạo tầng mặt có thể khác nhau. Bảng dưới đây cung cấp khuyến nghị về vật liệu, cấu tạo tầng mặt và thời hạn thiết kế:
| Cấp đường | Loại tầng mặt | Vật liệu và cấu tạo tầng mặt | Thời hạn thiết kế (năm) |
| Đường cao tốc, cấp I, cấp II | Cấp cao A1 | Lớp tạo nhám + lớp mặt trên bằng hỗn hợp bê tông nhựa cải tiến + lớp mặt chịu lực IWC bằng bê tông nhựa chặt (BTNC) | 15 |
| Đường cấp III, IV | Cấp cao A1 | Lớp mặt trên bằng hỗn hợp bê tông nhựa cải tiến + lớp mặt chịu lực bằng hỗn hợp bê tông nhựa chặt hoặc hỗn hợp bê tông nhựa bán rỗng | 10 |
| Đường cấp IV, V | Cấp cao A2 | Bê tông nhựa chặt, đá dăm đen hoặc hỗn hợp nhựa nguội; thấm nhập nhựa; láng nhựa (cấp phối đá dăm, đá dăm tiêu chuẩn, đất đá gia cố trộn cùng nhựa) | 8 |
| Đường cấp V, VI | Cấp thấp B1 | Cấp phối đá dăm, đá dăm nước, hoặc cấp phối thiên nhiên có lớp bảo vệ rời rạc (cát) hoặc lớp hao mòn cấp phối hạt nhỏ | 6 |
| Đường cấp VI và đường giao thông nông thôn | Cấp thấp B2 | Cải thiện thành phần hạt, sử dụng đất, đá tái chế, vật liệu công nghiệp gia cố (trên lớp hao mòn, bảo vệ) | 6 |
Lưu ý:
(1) Hỗn hợp bê tông nhựa cải tiến bao gồm bê tông nhựa sử dụng nhựa đường có phụ gia polymer hoặc các phụ gia cải thiện tính năng khác được tư vấn thiết kế xác nhận phù hợp với điều kiện khai thác về nhiệt độ, tải trọng và đặc điểm tuyến đường, đồng thời được chủ đầu tư chấp thuận. Việc lựa chọn chất kết dính nhựa đường cho bê tông nhựa tham khảo theo tiêu chuẩn TCVN 8819.
(2) Lớp mặt trên bằng hỗn hợp bê tông nhựa cải tiến được sử dụng cho các đoạn đặc biệt trên tuyến như trạm thu phí, điểm dừng nghỉ, dốc lớn, khu vực gần nút giao, v.v.
Không nên bố trí kết cấu tầng mặt chỉ với một lớp bê tông nhựa có chiều dày dưới 7 cm đối với mặt đường cấp cao A1, trừ khi lớp mặt được đặt trực tiếp trên lớp móng trên bằng hỗn hợp đá chặt gia cố nhựa nóng hoặc bê tông nhựa bán rỗng có chiều dày tối thiểu 10 cm.
Khi các lớp của tầng mặt nhựa cấp cao A1 được đặt trực tiếp trên lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng hoặc bê tông nghèo, cần hạn chế hiện tượng nứt phản ánh. Trong trường hợp này, tổng độ dày tối thiểu của tầng mặt sử dụng bê tông nhựa phải đảm bảo từ 14 cm đến 18 cm.
Ngoài ra, có thể áp dụng các giải pháp kỹ thuật bổ sung như sử dụng lớp hấp thụ ứng suất (Stress Absorbing Membrane Interlayer – SAMI), lưới địa kỹ thuật hoặc lưới sợi thủy tinh, xử lý khe giả và chèn khe bằng vật liệu dẻo. Việc đề xuất và quyết định áp dụng các giải pháp này thuộc trách nhiệm của chủ đầu tư dự án.
Các tính toán thiết kế trong trường hợp này sẽ được thực hiện theo đề xuất của tư vấn thiết kế, dựa trên phương pháp và/hoặc phần mềm tính toán thích hợp đã được chủ đầu tư chấp nhận.
Trong trường hợp các lớp bê tông nhựa, các lớp mặt nhựa khác trong kết cấu áo đường nếu không được thi công liên tục theo thời gian hoặc rải bê tông nhựa trên các lớp mặt đường cũ, cần thiết phải thiết lập lớp nhựa dính bám giữa các lớp.
Khi bố trí các lớp mặt nhựa trên nền bằng đất, đá gia cố và nền bằng cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên hoặc đá dăm nước, cần thiết lập lớp thấm bám để đảm bảo liên kết giữa lớp móng và lớp mặt.
Tầng móng bao gồm móng trên gia cố chất kết dính hữu cơ, hỗn hợp gia cố nhựa (ATB – Asphalt Treated Base) và/hoặc gia cố chất kết dính vô cơ, hỗn hợp gia cố xi măng (CTB – Cement Treated Base) được yêu cầu áp dụng cho đường có lưu lượng giao thông nặng trở lên. Tổng chiều dày của các lớp vật liệu có sử dụng chất kết dính, bao gồm cả tầng mặt và lớp móng trên, đối với đường có lưu lượng giao thông nặng tối thiểu là 20 cm, với đường có lưu lượng giao thông rất nặng là 25 cm, và đối với đường có lưu lượng đặc biệt nặng là 30 cm. Móng trên dùng cho kết cấu áo đường có lưu lượng giao thông trung bình trở xuống có thể sử dụng vật liệu hạt không gia cố.
Lớp móng dưới có thể là vật liệu không gia cố hoặc gia cố chất liên kết vô cơ. Loại vật liệu và chiều dày lớp móng dưới được lựa chọn để đảm bảo cường độ chung của nền – mặt đường, tùy thuộc vào điều kiện đất nền, địa chất thủy văn của nền đường, điều kiện vật liệu địa phương và yêu cầu thi công.
Lớp móng dưới ở các đoạn đường chịu ảnh hưởng ẩm do mao dẫn từ mực nước ngầm nên sử dụng vật liệu gia cố vô cơ.
Trong trường hợp lớp móng trên hoặc lớp móng dưới có chức năng thoát nước, vật liệu lớp móng phải có cấp phối thích hợp để đảm bảo độ rỗng sau đầm nén cao, từ 15% – 20%, và đạt hệ số thấm lớn hơn 3,0 m/ngày, được xác định theo ASTM D 2434 đối với móng không gia cố và EN 12697-19 hoặc EN 12697-40 đối với vật liệu gia cố.
Bề rộng các lớp móng phải rộng hơn các lớp phía trên để đảm bảo hiệu quả đầm nén và phạm vi phân bố tải trọng của các lớp vật liệu. Cụ thể:
- Bề rộng của lớp móng trên phải rộng hơn bề rộng của tầng mặt mỗi bên 20 cm;
- Bề rộng lớp móng dưới phải rộng hơn bề rộng lớp móng trên mỗi bên 15 cm;
- Bề rộng lớp móng có chức năng thoát nước nên rộng bằng bề rộng nền đường, kết hợp giải pháp gia cố taluy để chống xói lở hoặc thiết kế các rãnh thoát nước phù hợp.
Chiều dày của các lớp cấu tạo áo đường được kiểm toán để đảm bảo cường độ chung, chống biến dạng của tổng thể kết cấu nền – mặt đường, đảm bảo cường độ chịu kéo khi uốn của các lớp gia cố liên kết, và tối thiểu phải đủ để duy trì cấu trúc ổn định của vật liệu, phụ thuộc vào đường kính cỡ hạt cốt liệu lớn nhất theo khuyến cáo trong Bảng 3.
Khi sử dụng các loại vật liệu làm lớp phủ bề mặt đường cũng cần tuân thủ các chỉ tiêu chiều dày lớp tối thiểu trong Bảng 3.
Chiều dày lớp vật liệu từ kiểm toán nên được điều chỉnh tăng bằng bội số của bề dày tối thiểu để đảm bảo đầm nén có hiệu quả với thiết bị đầm nén sử dụng. Nếu chiều dày lớp thiết kế lớn hơn chiều dày đầm nén có hiệu quả thì phải chia lớp để thi công.
Chiều sâu hiệu quả đầm nén phụ thuộc vào thiết bị đầm nén sử dụng. Đối với các thiết bị đầm nén thông dụng, chiều dày lớp đầm nén tối đa là 8 cm đối với bê tông nhựa chặt, 16 cm đối với hỗn hợp nhựa bán rỗng hoặc đá dăm trộn nhựa chặt nóng, 18 cm đối với đá dăm gia cố chất liên kết vô cơ và vật liệu hạt không gia cố.
Lớp đệm móng (capping layer) được bố trí theo quy định tại điều 4.4 và phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Chiều dày tối thiểu là 30 cm.
- Độ chặt đầm nén (so với độ chặt tiêu chuẩn theo TCVN 12790).
- Vật liệu làm lớp đệm móng phải có mô đun đàn hồi ở điều kiện độ chặt và độ ẩm thi công E ≥ 50 MPa hoặc tỷ số CBR ngâm mẫu bão hòa 4 ngày ≥ 12.
- Bề rộng lớp đệm móng ít nhất phải rộng hơn bề rộng tầng móng mỗi bên 15 cm và ngang bằng bề rộng nền đường.
- Bố trí lớp đệm móng phải phù hợp với các giải pháp thoát nước mặt – nền đường trong điều kiện địa chất thủy văn nền đường bất lợi .
Trong phạm vi khu vực tác động của nền đường – có thể là đất nền tự nhiên hoặc vật liệu đắp – phải là các loại đất nằm trong phạm vi phân loại đất cho mục đích xây dựng đường theo AASHTO M145 hoặc ASTM D3282, và nên là các loại đất A1, A2 và A3 theo phân loại này. Sức chịu tải và độ chặt đầm nén của khu vực nền đường phải đáp ứng các yêu cầu quy định trong Bảng 2 và Bảng 3 của TCVN 9436.
Cấu tạo đường giả cơ được bố trí có lớp mặt trên cùng làm từ vật liệu có cùng đặc tính với lớp mặt trên cùng của làn xe liền kề. Các lớp dưới có thể điều chỉnh về số lượng, độ dày và vật liệu tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của phần xe chạy hoặc các yếu tố giảm chi phí, nhưng vẫn phải đảm bảo thuận lợi cho quá trình thi công mặt đường.
Cấu tạo đường giả cơ có thể giữ nguyên độ dày và vật liệu giống với phần xe chạy nếu điều kiện kinh tế cho phép, đặc biệt trong trường hợp đầu tư xây dựng, cải tạo, mở rộng hay nâng cấp đường nhằm đảm bảo tính đồng bộ với kết cấu đã có.
Đối với các tuyến đường cao cấp có dải phân cách cố định để tách làn xe cơ giới và giả cơ (đồng thời là làn đường dành cho xe thô sơ), việc thiết kế đường giả cơ cần phù hợp với nhu cầu giao thông của làn xe thô sơ. Lớp mặt có thể sử dụng vật liệu chất lượng thấp hơn so với làn xe cơ giới để tiết kiệm chi phí, tuy nhiên vẫn phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Bề mặt giả cơ tối thiểu phải đạt tiêu chuẩn mặt đường cấp cao A2, đảm bảo khả năng thoát nước và ngăn thấm nước xuống các lớp nền, tránh ảnh hưởng đến kết cấu.
Có thể giảm số lớp hoặc giảm độ dày của lớp móng nhưng vẫn phải đảm bảo thuận lợi cho việc thi công đường giả cơ và làn xe liền kề.
Cấu tạo đường làn dừng xe khẩn cấp trên đường cao tốc nên được thiết kế tương tự như làn xe chạy chính. Trong trường hợp phân kỳ đầu tư, nếu có đề xuất từ chủ đầu tư và được cơ quan chuyên ngành chấp thuận, làn dừng khẩn cấp có thể có thiết kế khác với phần đường xe chạy. Tuy nhiên, tư vấn thiết kế cần tính toán chi tiết và phân tích đầy đủ để đảm bảo tính hợp lý.
Lớp phủ của dải phân cách giữa trên đường cao tốc hoặc đường ô tô cấp I, cấp II khi có yêu cầu theo TCVN 5729 cũng cần được thiết kế theo quy định của đường giả cơ. Tại các vị trí cắt dải phân cách, kết cấu đường phải tương đương với phần xe chạy chính.
Cấu tạo đường tại các làn xe phụ như làn xe leo dốc, làn chuyển tốc, nhánh nối tại nút giao hoặc lối vào các khu dịch vụ dọc tuyến cần được thiết kế dựa trên yêu cầu giao thông cụ thể, với lớp mặt trên cùng tối thiểu phải đạt tiêu chuẩn mặt đường cấp cao A2.
Lớp phủ mặt cầu phải đảm bảo không thấm nước, có độ bám dính tốt với bề mặt cầu và ổn định, tránh trơn trượt hay hình thành vết hằn bánh xe. Vật liệu phủ mặt cầu có thể sử dụng hỗn hợp bê tông nhựa cải tiến, phù hợp với điều kiện khai thác, nhiệt độ môi trường và tải trọng, tương tự như quy định đối với lớp mặt trên cùng trong Bảng 2.
Kết cấu phủ mặt cầu thông thường bao gồm lớp bảo vệ mặt cầu (nếu cầu có kết cấu mặt thấp), lớp chống thấm và lớp phủ bằng bê tông nhựa thông thường, bê tông nhựa sử dụng nhựa đường cải tiến hoặc hỗn hợp đá vữa nhựa (Stone Mastic Asphalt – SMA). Tổng chiều dày lớp phủ thường dao động từ 7 cm đến 10 cm đối với các cầu lớn trên đường cao tốc và đường cấp cao, từ 5 cm đến 9 cm đối với các cầu trên đường từ cấp III trở xuống. Hỗn hợp bê tông nhựa cải tiến có thể sử dụng phụ gia hoặc cốt sợi phân tán để nâng cao độ bền, tùy thuộc vào điều kiện khai thác và quyết định của chủ đầu tư.
Hệ thống thoát nước trong lớp phủ mặt cầu cần được bố trí hợp lý bằng các khe dẫn nước hoặc ống nhựa có kích thước phù hợp với chiều dày lớp phủ, đảm bảo thoát nước nhanh và giảm thiểu ảnh hưởng đến bề mặt cầu.
Nên ưu tiên sử dụng kết cấu áo đường cứng cho đoạn qua trạm thu phí, tham khảo các tiêu chuẩn và hướng dẫn thiết kế áo đường cứng hiện hành. Trường hợp thiết kế áo đường mềm, tùy thuộc vào cấp đường và lưu lượng giao thông, cần có giải pháp đặc biệt để tránh hằn lún vệt bánh xe và trơn trượt, với mặt đường (bao gồm cả lớp mặt trên cùng và lớp chịu lực) sử dụng hỗn hợp bê tông nhựa cải tiến. Móng gia cố có thể sử dụng:
Hỗn hợp gia cố nhựa có độ cứng cao với kích cỡ và tỷ lệ cốt liệu lớn, dùng nhựa đường có độ kim lún thấp.
- Gia cố xi măng cho lớp móng trên.
- Móng sỏi cuội, cát gia cố xi măng cho lớp móng dưới.
Cấu tạo đường của đường gom hai bên đường cao tốc được thiết kế độc lập với đường chính, tùy thuộc vào lưu lượng giao thông dự báo và điều kiện khai thác của tuyến gom.
Liên hệ trực tiếp với T&C Việt Nam để nhận được báo giá thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội sát nhất với thực tế. Trân trọng và xin cảm ơn sự quan tâm của quý vị.
