Nền đường

 Các yêu cầu cơ bản và các nguyên tắc thiết kế

• Phải bảo đảm nền đường ổn định, duy trì được các kích thước hình học, có đủ cường độ để chịu được các tác động của tải trọng xe và của các yếu tố thiên nhiên trong suốt thời gian sử dụng.
• Để có các giải pháp thiết kế thích hợp phải tiến hành công tác điều tra  khảo sát các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn (đặc biệt là sự hiện diện của các nguồn nước, các tác động gây xói lở, phá hoại nền đường) và nghiên cứu kỹ các dữ liệu liên quan.
• Phải bảo đảm việc xây dựng nền đường ít phá hoại sự cân bằng tự nhiên vốn có và không gây tác động xấu đến môi trường, không phá hoại cảnh quan của vùng. Chú ý rằng khi môi trường bị phá hoại, bản thân nền đường cũng bị phá hoại theo, không đảm bảo nổi sự ổn định bản thân nền  đường.

Các nguyên tắc thiết kế

• Phải đảm bảo khu vực tác dụng của nền đường (khi không có tính toán đặc biệt, khu vực này có thể lấy tới 80 cm kể từ dưới đáy áo đường trở xuống) luôn đạt được các yêu cầu sau:

• Không bị quá ẩm và không chịu ảnh hưởng các nguồn ẩm bên ngoài (nước mưa, nước ngầm, nước bên cạnh nền đường);
• 30 cm trên cùng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 8 đối với đường cấp I, cấp II và bằng 6 đối với đường các cấp khác;
• 50 cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với đường cấp I, cấp II và  bằng 4 với đường các cấp khác.

trong đó: CBR là chỉ số sức chịu tải xác định trong phòng thí nghiệm theo điều kiện mẫu đất ở độ chặt đầm nén tiêu chuẩn, theo 22 TCN 332 – 05 và được ngâm bão hòa 4 ngày đêm.

– Nền đắp trên đất yếu Áp dụng theo 22 TCN 262

– Nền đường trong vùng có địa chất phức tạp, áp dụng theo 22 TCN 171

– Nền đường vùng có động đất, áp dụng theo 22 TCN 211

Để hạn chế tác hại xấu đến môi trường và cảnh quan, cần chú trọng các nguyên tắc:

• Hạn chế phá hoại thảm thực vật. Khi có thể nên gom đất hữu cơ trong nền đào để phủ xanh lại  các hố đất mượn, các sườn taluy;
• Hạn chế phá hoại cân bằng tự nhiên. tránh đào sâu, đắp cao và chú ý cân bằng khối lượng đào đắp. Gặp địa hình hiểm trở nên so sánh nền đường với các phương án cầu cạn, hầm, nền ban công. Chiều cao mái dốc nền đường không nên cao quá 20 m;
• Trên sườn dốc quá 50% nên xét phương án tách thành hai nền đường độc lập;
• Nền đào và nền đắp thấp nên có phương án làm thoải (1:3 ~ 1:6) và gọt tròn để phù hợp địa hình và an toàn giao thông;
• Hạn chế các tác dụng xấu đến đời sống kinh tế và xã hội của cư dân như gây ngập lụt ruộng đất, nhà cửa. Các vị trí và khẩu độ công trình thoát nước phải đủ để không chặn dòng lũ và gây phá nền ở chỗ khác, tránh cản trở lưu thông nội bộ của địa phương, tôn trọng quy hoạch thoát nước của địa phương.

– Chiều rộng nền đường

Kích thước chiều rộng nền đường và chiều rộng các yếu tố của  nền đường cho trong Bảng 6  và  Bảng 7 là các kích thước tối thiểu. Trường hợp thiết kế tăng thêm số làn xe, trường hợp bố trí dải phân cách giữa có lớp  phủ nhưng có bố trí trụ công trình hoặc không có lớp phủ, trường hợp có bố  trí dải phân cách bên và trường hợp phải tăng chiều rộng làn xe đạp (b) theo tính toán thì người thiết kế phải xác định lại chiều rộng nền đường thiết kế.

– Cao độ thiết kế nền đường

• Cao độ thiết kế của nền đường là cao độ ở tim đường. Khi có hai nền đường độc lập sẽ có hai cao độ thiết kế trên hai mặt cắt dọc riêng biệt.
• Cao độ thiết kế mép nền đường ở những đoạn ven sông, đầu cầu nhỏ, cống, các đoạn qua các cánh đồng ngập nước phải cao hơn mức nước ngập theo tần suất tính toán quy định trong Bảng 30 ít nhất là 0,5 Mức nước ngập phải kể cả chiều cao nước dềnh và sóng vỗ vào mặt mái đường.

Trong trường hợp có khó khăn, đặc biệt là trường hợp đường qua vùng có  nhiều dân cư và mức nước ngập duy trì liên tục không quá 20 ngày thì việc quyết định tần suất ngập lũ tính toán nên được cân nhắc trên quan điểm kinh tế, kỹ thuật và cả trên quan điểm tác động môi trường. Khi cần thiết có thể đề xuất việc hạ thấp cao độ thiết kế  của nền đường. Trong trường hợp như vậy, tư vấn thiết kế  có trách nhiệm đề xuất và kiểm tra sự ổn định lâu dài của công trình và việc quyết định là thuộc thẩm quyền của người có thẩm quyền quyết định đầu tư.

• Cao độ đáy áo đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán (hay mực nước đọng thường xuyên) theo qui định trong Bảng 22

Bảng 22 − Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính toán (hoặc mức nước đọng thường xuyên) tới đáy áo đường

Đơn vị tính bằng cm

• Cao độ mặt đường chỗ có cống tròn phải cao hơn đỉnh cống tròn ít nhất là 0,5 Khi chiều dày áo đường dày hơn 0,5 m, độ chênh cao này phải đủ để thi công được chiều dày áo đường.

Đất đắp nền đường

• Đất đắp nền đường lấy từ nền đào, từ mỏ đất, từ thùng đấu. Việc lấy đất phải tuân thủ nguyên tắc hạn chế tác động xấu đến môi trường. Thiết kế, tạo dáng thùng đấu, không làm xấu cảnh quan và khi có thể tận dụng được sau khi làm đường.
• Đất từ các nguồn phải được thí nghiệm để phân loại , không được đắp hỗn độn mà đắp thành từng lớp.
• Các lớp được đắp xen kẽ nhau nhưng khi lớp bằng đất có tính thoát nước tốt ở trên lớp đất có tính  khó thoát nước thì mặt của lớp dưới phải làm dốc ngang 2 % đến 4 % để thoát nước.
•  Không dùng các loại đất lẫn muối và lẫn thạch cao (quá 5 %), đất bùn, đất than bùn, đất phù sa và đất mùn (quá 10 % thành phần hữu cơ) để làm nền đường.
•  Trong khu vực tác dụng không được dùng đất sét nặng có độ trương nở tự do  vượt quá 4 %.
• Không nên dùng đất bụi và đá phong hoá để đắp các phần thân nền đường trong phạm vi bị ngập nước.
• Tại chỗ sau mố cầu và sau lưng tường chắn nên chọn vật liệu đắp hạt rời có góc nội ma sát lớn.
• Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá thải, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho phép là 10 cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng 80 cm kể từ đáy áo đường và 15 cm đối với phạm vi đắp phía dưới; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất này không được vượt quá 2/3 chiều dày lớp đất đầm nén (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng).

– Không được dùng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hoá (đá sít…) để đắp nền đường.

– Khi nền đường đắp bằng cát, nền đường phải được đắp bao cả hai bên mái dốc và cả phần đỉnh nền phía trên để chống xói lở bề mặt và để tạo thuận lợi cho việc đi lại của xe, máy thi công áo đường. Đất đắp bao hai bên mái dốc phải có chỉ số dẻo lớn hơn hoặc bằng 7; còn đất đắp bao phía trên đỉnh nền nên sử dụng cấp phối đồi. Đất đắp bao phần trên đỉnh nền không được dùng vật  liệu  rời rạc để hạn chế nước mưa, nước mặt xâm nhập vào phần đắp cát.

Chiều dày đắp bao hai bên mái dốc tối thiểu là 1,0 m và bề dày đắp bao phía đỉnh nền (đáy áo đường) tối thiểu là 0,3 m. Khi không thoả mãn thì:

• Giảm chiều dầy lớp đất đắp còn 0,5 m (theo phương vuông góc với ta luy), đồng thời phải  thiết kế gia cố chống xói mái ta luy và có biện pháp chống thấm đối với phía trong nền đường.
• Thiết kế giải pháp thay lớp đất bao phía đỉnh nền.

Xử lý nền đất tự nhiên trước khi đắp

• Khi nền tự nhiên có dốc ngang dưới 20 %, phải đào bỏ lớp đất hữu cơ rồi đắp trực tiếp.
• Khi nền tự nhiên dốc ngang từ 20 % đến 50 % phải đào thành bậc cấp trước khi đắp nền đường.
• Khi nền tự nhiên dốc ngang trên 50 % phải thiết kế công trình chống đỡ (tường chân, tường chắn, đắp đá, cầu cạn, cầu kiểu ban công…).

– Trong phạm vi đáy nền đắp, phải thiết kế các biện pháp thoát nước, ngăn chặn dòng chảy từ sườn dốc phía trên tích đọng lại chân mái dốc nền đắp.

Trường hợp nền đắp qua ruộng và các khu vực có nước đọng thường xuyên phải thiết kế vét lầy,  thay đất. Khi có điều kiện nên dùng các loại vật liệu đắp rời rạc có bọc tầng lọc (như bọc vải địa kỹ thuật) để đắp trong phạm vi tích đọng nước thường xuyên hoặc dùng thêm vôi trộn với đất có tính dính để xử lý thay đất.

– Xử lý nền tự nhiên là đất yếu trước khi đắp nền đường phải tuân thủ theo 22 TCN 262

– Ở vùng đặc biệt như vùng cát động, vùng cacstơ, vùng có các hiện tượng địa chất phức tạp phải có điều tra địa chất và thí nghiệm để tính toán và tìm các biện pháp cấu tạo cho nền đường ổn định. Các biện pháp này phải thích hợp với cấp hạng của đường, với công trình trên đường và thích hợp với địa chất vùng đặt tuyến.

Độ chặt đầm nén nền đường

Nền đường phải đạt độ chặt qui định trong Bảng Ngoài ra phần thân nền đắp chịu tác động của nước ngập hoặc nước ngầm đều phải đạt độ chặt tối thiểu là 0,95 bất kể nền đắp thuộc  cấp hạng đường nào. Tại chỗ đắp sau mố, sau lưng tường chắn nên tăng độ chặt yêu cầu so với giá trị quy định ở Bảng 23 thêm từ 1 % đến 2 %.

Bảng 23 − Độ chặt quy định của nền đường (đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 – 05)

• Trong phạm vi khu vực tác dụng, đất sau khi đầm nén phải có sức chịu tải xác định theo chỉ số CBR đạt yêu cầu như nêu ở 7.1.2.1. Nếu đất khó đầm nén đạt yêu cầu ở Bảng 23 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 được đồng thời các yêu cầu trên (phải thí nghiệm xác định tỷ lệ vôi, tỷ lệ cải thiện thích hợp).

Thiết kế mái đường đào

Độ dốc mái đường đào

Căn cứ vào điều kiện cấu tạo địa chất và độ cao  mái đường có thể tham khảo Bảng 24 để chọn độ dốc mái đường đào. Trước đó phải điều tra độ dốc các mái đường đào và các sườn dốc tự nhiên đã ổn định lâu dài có điều kiện địa chất tương tự ở trong vùng lân cận tuyến đường thiết kế để có cơ sở chắc chắn quyết định độ dốc mái đường đào thiết kế.

Bảng 24 − Độ dốc mái đường đào

– Khi chiều cao mái dốc cao hơn 12 m phải tiến hành phân tích, kiểm toán ổn định bằng các phương pháp thích hợp tương ứng với trạng thái bất lợi nhất (đất, đá phong hoá bão hoà nước). Với mái dốc bằng vật liệu rời rạc, ít dính thì nên áp dụng phương pháp mặt trượt phẳng; với đất dính kết thì nên dùng phương pháp mặt trượt tròn, hệ số ổn định nhỏ nhất phải bằng hoặc lớn hơn 1,25.

Đối với mái dốc bằng đá, phải có phân tích so sánh với độ dốc của các mái dốc ổn định (mái dốc nền đường, công trình hoặc mái dốc tự nhiên) đã tồn tại ở trong khu vực lân cận.

– Khi mái dốc qua các tầng, lớp đất đá khác nhau thì phải thiết kế có độ dốc khác nhau tương ứng, tạo thành mái dốc đào kiểu mặt gẫy hoặc tại chỗ thay đổi độ dốc bố trí thêm một bậc thềm rộng 1 m ÷ 3,0 m có độ dốc 5 % đến 10 % nghiêng về phía trong rãnh; trên bậc thềm phải xây rãnh thoát nước có tiết diện chữ nhật, tam giác đảm bảo đủ thoát nước từ tầng taluy phía trên.

– Khi mái dốc đào không có các tầng lớp đất, đá khác nhau nhưng chiều cao lớn thì cũng nên thiết kế bậc thềm như trên với khoảng chiều cao giữa các bậc thềm từ 6 m đến 12m.

– Khi mái dốc có cấu tạo dễ bị lở, rơi thì giữa mép ngoài của rãnh biên tới chân mái dốc nên có một bậc thềm rộng tối thiểu 1,0 Khi đã có tường phòng hộ, hoặc khi mái dốc thấp hơn 12 m thì không cần bố trí bậc thềm này.

– Mái dốc nền đào phải có biện pháp gia cố chống xói lở bề mặt, chống đất đá phong hoá sạt lở cục bộ (trồng cỏ, trồng cây bụi, bọc mặt neo các ô dàn bê tông …) và khi cần phải xây tường chắn, tường bó chân mái dốc để tăng cường mức độ ổn định của toàn mái dốc.

– Phải thiết kế quy hoạch đổ đất thừa từ nền đào, không được tuỳ tiện đổ đất xuống sườn dốc phía dưới gây mất ổn định sườn dốc tự nhiên, không được đổ xuống ruộng, vườn, sông suối phía dưới. Chỗ đổ đất được san gạt thành bãi, trồng cây cỏ phòng hộ và có biện pháp thoát nước thích hợp.

Thiết kế mái đường đắp

Tuỳ theo độ cao của mái đắp và loại vật liệu đắp, độ dốc mái đắp được qui định trong Bảng 25

Bảng 25 − Độ dốc mái đường đắp

– Nền đắp có mái dốc bằng đá thì đá có kích cỡ lớn hơn 25 cm và xếp khan (có chêm chèn) trong phạm vi chiều dày 1,0 m ÷ 2,0 m với độ dốc như ở Bảng 25; theo độ dốc có thể xếp khan kiểu giật cấp (không cần tạo mái dốc có độ dốc đều). Phía trong phạm vi xếp khan có thể đắp đá bằng cách: đổ đá cỡ lớn thành lớp, rồi rải thêm các đá thải cỡ nhỏ lên trên và dùng lu  rung loại nặng, lu  chặt cho đến khi đá trên mặt lớp ổn định. Cần tổ chức rải thử để quyết định chiều dày lớp đá rải,  lượng đá chèn và số lần lu cần thiết. Kết quả rải thử là căn cứ  để  kiểm tra, nghiệm thu (kể cả độ  chặt) của nền đắp đá.

– Trường hợp nền đắp đất (cát) qua vùng ngập nước thì phải áp dụng độ dốc mái dốc đắp bằng 1:2 ÷ 1:3 đối với phạm vi nền đường dưới mức nước ngập thông thường và bằng 1:1,75 ÷ 1:2,0 đối với phạm vi nền đường dưới mức nước thiết kế.

– Khi mái dốc nền đắp đất tương đối cao thì cứ 8 m đến 10 m cao phải tạo một bậc thềm rộng từ 1,0 m đến 3,0 m; trên bậc thềm có cấu tạo dốc ngang và rãnh xây như qui định ở 7.3. Ngoài ra mái dốc cao nên được gia cố bề mặt bằng đá xây hoặc các tấm bê tông đúc sẵn.

– Trường hợp chiều cao mái dốc đắp lớn hơn 12,0 m phải kiểm toán ổn định như đã qui định ở điều

– Khi kiểm toán ổn định nền đường ngập nước phải xét đến áp lực thủy động do gradien thủy lực gây nên. Chiều cao mái dốc đắp đất không nên quá 16,0 m và đắp đá không nên quá 20,0 m.

– Trường hợp đắp cao và đắp trên sườn dốc, nếu kết quả kiểm toán ổn định không bảo đảm thì phải thiết kế các giải pháp chống đỡ để tăng độ ổn định (kè  chân, kè  vai), bằng đá xếp khan, xây vữa, hoặc bê tông xi măng.

– Mặt mái dốc nền đắp phải được gia cố bằng các biện pháp thích hợp với điều kiện thủy văn và khí hậu tại chỗ để chống xói lở do tác động của mưa, của dòng chảy, của sóng và của sự thay đổi mức nước ngập.

– Các chỗ lấy đất để đắp nền đường phải được quy hoạch trước và được sự chấp nhận của địa phương theo nguyên tắc sau:

• Tận dụng các chỗ hoang hoá, đất có chất lượng và điều kiện khai thác thích hợp;
• Không ảnh hưởng môi trường, tiết kiệm đất đai;
• Kết hợp việc khai thác đất với nông, ngư nghiệp (tạo nơi chứa nước, nuôi trồng thủy sản…).