LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG HỢP LÝ CHO KHU VỰC ĐIỆN BIÊN

Bộ giáo dục và đào tạo
Tr ờng đại học giao thông vận tải
&





ngô quý đức




Nghiên cứu sử dụng kết cấu mặt đ ờng
Hợp lý cho khu vực điện biên


Chuyên nghành : Xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng thành phố
Mã số : 60.58.30



Phần Phụ lục
Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật



Ng ời h ớng dẫn khoa học:
Ts. Lã văn chăm

Hà nội - 2007

Lời cảm ơn

Sau một thời gian đ ợc học tập và nghiên cứu tại
Tr ờng Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội đến nay
em đã hoàn thành ch ơng trình đào tạo thạc sỹ khoa học
kỹ thuật chuyên nghành Xây dựng Đ ờng ôtô và Đ ờng
thành phố khoá 12. Nhân dịp này cho phép em đ ợc gửi
đến lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong Ban
giám hiệu, các thầy cô trong bộ môn, các khoa và các
phòng ban khác đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt
quá trình học tập tại tr ờng. Đặc biệt, em xin gửi lời cám
ơn chân thành và sâu sắc đến thầy TS. Lã Văn Chăm đã
trực tiếp tận tình h ớng dẫn và chỉ bảo để em hoàn thành
đ ợc đề tài này.
Một lần nữa em xin cám ơn và kính chúc các thầy cô
luôn luôn dồi dào sức khoẻ và hạnh phúc!
Hà Nội, ngày 6 tháng 11 năm 2007
Học viên


Ngô Quý Đức
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 1
Mở đầu
1. Đặt vấn đề nghiên cứu:

Điện Biên là một tỉnh miền núi vùng cao biên giới phía Bắc n ớc ta, với
địa hình miền núi cao nh vậy nên có khá nhiều nguồn vật liệu tự nhiên khai
thác đ ợc nh cát, đá sỏi, cấp phối thiên nhiên và gần đây là nguồn xi măng ở
địa ph ơng đã đ a vào khai thác sử dụng.
Để phát huy tiềm năng thế mạnh của Điện Biên, đẩy nhanh tốc độ tăng
tr ởng của nền kinh tế trong tỉnh theo h ớng công nghiệp hoá, hiện đại hoá thì
vấn đề đặt ra là phải phát triển nhanh cơ sở hạ tầng của nền kinh tế trong đó
giao thông vận tải đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Phát triển giao thông vận tải
là xây dựng, phát triển kết cấu hạ tầng kỹ thuật tạo tiền đề, động lực cho các
ngành kinh tế khác phát triển, nâng cao lợi thế cạnh tranh của hàng hoá trên
thị tr ờng.
Tuy nhiên, chi phí để xây dựng công trình giao thông rất lớn, trong đó
chi phí về vật liệu chiếm một tỉ trọng cao trong toàn bộ giá thành xây dựng.
Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật rất mạnh mẽ trong
nhiều lĩnh vực thì vật liệu xây dựng là một định h ớng có tính chiến l ợc
trong sự vận dụng tối đa nguyên vật liệu tại chỗ, lựa chọn kết cấu mặt đ ờng
phù hợp với điều kiện sử dụng của địa ph ơng.
Để tiết kiệm nguồn vốn ngân sách, nâng cao hiệu quả vốn đầu t trong
xây dựng đ ờng thì vấn đề đặt ra là phải tiến hành nghiên cứu, xác định và lựa
chọn kết cấu mặt đ ờng với chiều dày hợp lý để tận dụng đ ợc vật liệu địa
ph ơng và phù hợp với điều kiện tự nhiên thì việc ra đời Nghiên cứu sử
dụng kết cấu mặt đ ờng hợp lý cho khu vực Điện Biên nhằm đáp ứng
đ ợc các yêu cầu trên. Đồng thời cũng trong khuôn khổ của đề tài, tác giả
mạnh dạn đề xuất bộ Catalo áo đ ờng cho Điện Biên.
2. Nội dung nghiên cứu:
a. Tổng quan về các ph ơng pháp thiết kế mặt đ ờng ô tô hiện tại ở trong n ớc
và n ớc ngoài.
b. Nghiên cứu hiện trạng hệ thống đ ờng giao thông của tỉnh Điện Biên bao
gồm: Phân loại đ ờng giao thông trong tỉnh; Nghiên cứu đánh giá chất l ợng
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 2
đ ờng; Xác định các nguyên nhân gây h hỏng kết cấu mặt đ ờng.
c. Một số đặc tr ng về các thông số tính toán kết cấu áo đ ờng ở khu vực Điện Biên.
d. Tính toán kết cấu áo đ ờng cho đ ờng giao thông của Điện Biên, xây dựng
Catalo kết cấu áo đ ờng phù hợp và phạm vi sử dụng.
e. Nhận xét và kiến nghị.
3. Ph ơng pháp nghiên cứu:
Ph ơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với điều tra, thu thập số liệu,
tham khảo tài liệu của các cơ quan liên quan đến chuyên nghành. Từ đó, tác
giả tính toán theo các quy trình hiện hành để có đ ợc kết luận theo mục tiêu,
nội dung nghiên cứu.
4. Mục tiêu cần đạt đ ợc của đề tài:
a. Đ a ra đ ợc một số kết cấu mặt đ ờng định hình, ứng dụng cho các loại
đ ờng trong tỉnh tuỳ thuộc vào cấp hạng đất nền, cấp hạng tải trọng và cấp
hạng đ ờng.
b. Góp phần làm sáng tỏ những cơ sở khoa học thuộc lĩnh vực chuyên nghành
đ ờng ô tô khi áp dụng vào tỉnh Điện Biên.
c. Góp phần h ớng dẫn và định h ớng cho các công ty t vấn, cơ quan phê
duyệt cũng nh các đơn vị duy tu, bảo d ỡng trong Tỉnh dễ dàng trong việc sử
dụng, quản lý hợp lý nhất hệ thống giao thông đ ờng bộ.
5. Quy mô của đề tài:
Đề tài bao gồm 4 ch ơng, 70 trang và các bảng biểu, hình vẽ.
Ch ơng I: Tổng quan về các ph ơng pháp thiết kế kết cấu áo đ ờng ở Việt
Nam và trên thế giới.
Ch ơng II: Hiện trạng hệ thống mặt đ ờng u, nh ợc điểm kết cấu đang
đ ợc sử dụng ở Điện Biên.
Ch ơng III: Đề xuất các kết cấu mặt đ ờng hợp lý cho khu vực Điện Biên.
Ch ơng IV: Kết luận kiến nghị.

Phần phụ lục: Bao gồm các kết quả thu thập và tính toán.
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 3
Ch ơng I
Tổng quan về các ph ơng pháp thiết kế kết cấu áo
đ ờng ở Việt Nam và trên thế giới

1. Cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu áo đ ờng:
1.1. Định nghĩa áo đ ờng:
áo đ ờng là công trình đ ợc xây dựng trên nền đ ờng bằng nhiều tầng, lớp
vật liệu có c ờng độ và độ cứng lớn hơn so với đất nền đ ờng để phục vụ cho
xe chạy, trực tiếp chịu tác dụng phá hoại th ờng xuyên của các ph ơng tiện
giao thông l u hành trên đ ờng và của các nhân tố thiên nhiên (m a, gió, sự
thay đổi nhiệt độ ).
1.2. Cấu tạo chung của kết cấu áo đ ờng:
Sơ đồ phân bố các tầng lớp áo đ ờng từ trên xuống

Lớp bảo vệ
Tầng mặt (tầng phủ) Lớp hao mòn
áo đ ờng Lớp chịu lực chủ yếu
KCAĐ Tầng móng Các lớp móng
Lớp có chức năng thoát n ớc
Móng nền đất (phần trên của nền đ ờng)
1.3. Nguyên lý và trình tự tính toán:
Việc tính toán để đ a đến thiết kế một kết cấu áo đ ờng là tính toán về mặt
c ờng độ để đảm bảo kết cấu đó chịu đ ợc tác dụng của tải trọng xe.
a) Đối với áo đ ờng mềm:
Nguyên lý tính toán:

D ới tác dụng của tải trọng xe chạy, khi đạt đến c ờng độ giới hạn
trong kết cấu áo đ ờng mềm sẽ xảy ra các hiện t ợng theo mô tả ở (H.vẽ). Do
vậy, để đảm bảo các yêu cầu về mặt tính toán c ờng độ thì phải đảm bảo các
điều kiện khi tính toán sau:
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 4
* ứng suất cắt ở mọi điểm trong nền đất d ới áo đ ờng và trong các lớp
áo đ ờng do tải trọng xe chạy tính toán gây ra tại các vị trí đó không đ ợc
v ợt qua trị số ứng suất cắt giới hạn của đất hoặc vật liệu Tiêu chuẩn chịu
cắt tr ợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:









Các hiện t ợng phá hoại áo đ ờng mềm ở trạng thái giới hạn d ới tác dụng của
tải trọng xe chạy
T
ax
+ T
av

tr
cd

tt
K
C
(1 - 1)
Trong đó: T
ax
ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán
gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính kết (MPa).
T
av
- ứng suất cắt hoạt động do trọng l ợng bản thân các lớp vật
liệu nằm trên nó gây ra tại điểm đang xét (MPa).
tr
cd
K hệ số c ờng độ về chịu cắt tr ợt đ ợc chọn tuỳ thuộc độ tin
cậy thiết kế.
C
tt
Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính
(MPa) ở trạng thái độ ẩm , độ chặt tính toán.
* ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy áo đ ờng hoặc ở đáy các lớp vật
liệu tầng mặt do tải trọng xe tính toán gây ra
ku
không đ ợc v ợt quá trị số
ứng suất kéo uốn giới hạn cho phép
ku
tt
R của vật liệu liền khối tại các vị trí đó
Kéo
Kẽ nứt

Cắt
Nén
Kéo
Trồi
Truyền áp lực lên đất
( đất bị nén)
Lún
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 5
Tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối:
ku

ku
cd
ku
tt
K
R
(1 2)
ku
cd
K hệ số c ờng độ về chịu kéo khi uốn đ ợc chọn tuỳ theo độ tin cậy thiết kế.
* Độ võng đàn hồi (biến dạng thẳng đứng) của cả kết cấu áo đ ờng d ới tác dụng
của tải trọng xe chạy tính toán (động và trùng phục) l
đh
không đ ợc v ợt quá độ
võng đàn hồi giới hạn cho phép l
gh

Tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép:
K
đ.v

dh
gh
l
l
(1 3)
Hay:
dv
cd
K
yc
ch
E
E
(1 4)
K
đv
,
dv
cd
K - hệ số về độ võng và c ờng độ, đ ợc xác định tuỳ theo độ tin
cậy mong muốn.
E
ch
Mô đun đàn hồi chung của cả kết cấu áo đ ờng t ơng ứng với độ
võng l
đh

.
E
yc
Mô đun đàn hồi yêu cầu của cả kết cấu áo đ ờng để khi chịu tải
trọng xe chạy tác dụng cả kết cấu sẽ chỉ phát sinh độ võng bằng độ võng đàn
hồi giới hạn cho phép l
đh
.
Do vậy, nguyên lý để tính toán áo đ ờng mềm chính là xét 3 điều kiện
trên hay 3 trạng thái giới hạn mà kết cấu áo đ ờng cần phải đạt đ ợc để chịu
đựng đ ợc tải trọng và c ờng độ xe chạy tính toán, bảo đảm đ ợc các yêu cầu
sử dụng trong quá trình khai thác.
Trình tự tính toán:
* Tính toán c ờng độ áo đ ờng mềm theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi giới hạn:
- Xác định số trục xe tính toán trên một làn xe của phần xe chạy sau
khi quy đổi về trục tiêu chuẩn tính toán, tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn
trên một làn xe t ơng ứng với năm tính toán.
- Từ số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên một làn xe xác định trị số E
yc

theo bảng 3 4, 3 5 [3].
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 6
- Dự kiến cấu tạo các lớp áo đ ờng theo các nguyên tắc thiết kế kết cấu
nền áo đ ờng [3].
- áp dụng cách đổi tầng để đ a hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp (hoặc hệ 3 lớp)
rồi áp dụng toán đồ hình 3 1 để tính ra E
ch

của cả kết cấu [3].
- Hệ số c ờng độ về độ võng
dv
cd
K đ ợc lựa chọn theo Bảng 3-2, 3-3 [3].
- So sánh, kiểm tra theo điều kiện (1 4) nếu đạt là đ ợc.
* Tính toán c ờng độ áo đ ờng mềm theo điều kiện cân bằng giới hạn về
tr ợt trong nền đất và các lớp kém dính kết:
- Dự kiến cấu tạo các lớp áo đ ờng (bề dày và trị số mô đun đàn hồi
tính toán của các lớp theo loại vật liệu cấu tạo nh theo tính toán của trạng
thái giới hạn trên).
- Đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp nh cách đổi trên. Trị số mô đun đàn
hồi tính toán của các lớp trên đ ợc quy đổi thành trị số mô đun đàn hồi trung
bình với bề dày của các lớp:
E
tb
=

=
i
i
i
ii
h
hE
1
.
(1 5)
Nếu kiểm tra ở lớp móng áo đ ờng thì lớp móng và nền đất đ ợc quy đổi
thành một lớp bán không gian ở phía d ới theo toán đồ Kogan ở hình 3 1 [3].

- Sau khi đ a về hệ 2 lớp, tính toán đ ợc T
ax
theo hình 3 2 (hoặc 3 -
3) và T
av
theo hình 3- 4 [3].
- Xác định C
tt
theo công thức:
C
tt
= C . K
1
. K
2
. K
3
(1 6)
Trong đó: C - lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính (Mpa).
K
1
hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt tr ợt khi đất hoặc
vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động.
K
2
hệ số xét đến sự làm việc không đồng nhất của kết cấu, lấy
theo Bảng 3 8 [3].
K
3
hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt tr ợt của đất hoặc vật

liệu kém dính khi điều kiện làm việc của kết cấu khác với mẫu thử.
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 7
- Thay các giá trị và kiểm tra nếu thoả mãn điều kiện (1-1) là đạt.
* Tính toán c ờng độ áo đ ờng mềm theo điều kiện chịu kéo khi uốn:
- Sau khi dự kiến cấu tạo các lớp áo đ ờng với các đặc tr ng của nó (h,
E, R
ku
) thì đối với các lớp phía d ới lớp mặt cần kiểm tra phải đổi về một bán
không gian vô hạn bằng cách đổi hai lớp một từ d ới lên (kể cả nền đất) theo
toán đồ Kogan hình 3 1, tính đ ợc trị số E
ch.m
(đ a hệ nhiều lớp về hệ hai
lớp có lớp mặt kiểm tra là lớp trên cùng) [3].
- Tra toán đồ, tính
ku
ở đáy các lớp cần kiểm tra theo công thức:
bkuku
kp = (1 7)
Trong đó: p - áp lực bánh của tải trọng trục tính toán.
K
b
hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo
đ ờng d ới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh
đơn.
ku
- ứng suất kéo uốn đơn vị, xác định theo toán đồ hình 3-5 (3- 6) [3].
- Xác định c ờng độ chịu kéo uốn tính toán

ku
tt
R :
ku
tt
R = k
1
. k
2
. R
ku
(1 8)
Trong đó: R
ku
c ờng độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán và ở tuổi
mẫu tính toán (Mpa).
k
1
- hệ số xét đến sự suy giảm c ờng độ do vật liệu bị mỏi d ới tác
dụng của tải trọng trùng phục, phụ thuộc vào các loại vật liệu của
kết cấu.
k
2
- hệ số xét đến sự suy giảm c ờng độ theo thời gian so với các
tác nhân về khí hậu, thời tiết, phụ thuộc loại vật liệu của kết cấu.
- Thay các giá trị và kiểm tra theo điều kiện (1 2).
b) Đối với áo đ ờng cứng:
Do đặc điểm cấu tạo của áo đ ờng cứng - chủ yếu là tấm bê tông xi
măng (BTXM) đ ợc làm lớp mặt hay lớp móng - khác với áo đ ờng mềm về
đặc điểm chịu lực nên nguyên lý tính toán và ph ơng pháp thiết kế là hoàn

toàn khác nhau. D ới tác dụng của tải trọng xe chạy, tấm BTXM của áo
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 8
đ ờng cứng làm việc trong điều kiện chịu uốn cùng với sự tác dụng của sự
biến đổi nhiệt độ theo mùa và theo chu kỳ ngày đêm. Việc tính toán thiết kế
kết cấu áo đ ờng cứng đảm bảo không bị phá hoại trong thời kỳ tính toán quy
định chính là thoả mãn các điều kiện sau:
* Đối với tấm BTXM:
kuku
Rk. (1 9)
Trong đó:
ku
- ứng suất kéo uốn ở bất kỳ điểm nào trong tấm BTXM do tải
trọng xe, biến đổi nhiệt độ gây ra.
R
ku
- c ờng độ giới hạn chịu kéo uốn của BTXM ở tuổi 28 ngày (kG/cm
2
).
k hệ số tổng hợp chiết giảm c ờng độ, xét đến mỏi và các yếu tố
khác.
* Đối với tầng móng của kết cấu áo đ ờng cứng:
Để đảm bảo không xuất hiện biến dạng dẻo (dẫn đến tích luỹ biến
dạng) thì cũng phải thoả mãn điều kiện nh ở kết cấu áo đ ờng mềm:
T
ax
+ T
av

tr
cd
tt
K
C
(1 10 )
Trong đó: T
ax
ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán
gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính kết (MPa).
T
av
- ứng suất cắt hoạt động do trọng l ợng bản thân các lớp vật
liệu nằm trên nó gây ra tại điểm đang xét (MPa).
tr
cd
K hệ số c ờng độ về chịu cắt tr ợt đ ợc chọn tuỳ thuộc độ tin
cậy thiết kế.
C
tt
Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính
(MPa) ở trạng thái độ ẩm , độ chặt tính toán.
Đặc điểm chịu lực của mặt đ ờng cứng khác nhiều so với mặt đ ờng
mềm nên lý thuyết tính toán và ph ơng pháp thiết kế cũng hoàn toàn khác
nhau. Tấm BTXM có bề dày th ờng không quá 1/10 bề rộng và độ võng d ới
tác dụng của bánh xe rất nhỏ nên có thể xem là tấm mỏng: Tấm không trọng
l ợng, đồng nhất , đẳng h ớng, chuyển vị thẳng đứng không thay đổi theo bề
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 9
dày của tấm. D ới tác dụng của tải trọng, tấm mặt đ ờng bê tông xi măng
biến dạng rất ít nên có thể xem tấm bê tông là tấm đàn hồi. Mặt khác, trên
thực tế tấm có thể phát sinh một số biến dạng dẻo theo thời gian (từ biến)
nh ng do rất nhỏ và thay đổi chậm nên có thể bỏ qua. D ới áp lực của tải
trọng xe chạy, do có độ cứng khi uốn của các tấm bê tông rất lớn nên phản lực
xuất hiện d ới tấm giảm xuống 4-5 lần và độ lún đàn hồi thẳng đứng cho phép
của mặt đ ờng nhỏ hơn độ lún t ơng ứng so với mặt đ ờng mềm từ 3-4 lần.
Vì vậy, có thể giả thiết nền đất biến dạng tuyến tính và xem nền đất là bán
không gian vô hạn đàn hồi và có thể dùng lý thuyết Tấm mỏng trên nền đàn
hồi để tính chiều dày của tấm bê tông mặt đ ờng thông qua trị số
ku
.
Tính toán theo ph ơng pháp Westergard [8]:
Do Westergard đề xuất lần đầu tiên vào năm 1926, dùng mô hình hệ số
nền K mô hình nền Winkler - là mô hình xem độ lún tại một điểm bất kỳ
của nền móng d ới tấm bê tông tỉ lệ thuận với áp lực tác dụng lên điểm đó với
điều kiện biên là tổng lực cắt và mô men uốn ở các cạnh tấm bằng 0 (xem nh
cạnh biên tự do) và ông đã tìm đ ợc các công thức tính toán ứng suất kéo -
uốn lớn nhất cho ba tr ờng hợp tác dụng tải trọng điển hình có thể xảy ra trên
mặt đ ờng:
I. Tải trọng tác dụng ở giữa tấm ứng suất kéo lớn nhất sinh ra ở mặt đáy của
tấm ngay d ới vị trí tác dụng tải trọng:

max
= 0,275(1+à)
2
h
P

lg
4
3
KR
Eh
(1 11)
II. Tải trọng tác dụng ở cạnh tấm: ứng suất kéo lớn nhất sinh ra ở mặt đáy của
tấm ngay d ới vị trí tác dụng tải trọng:

max
= 0,529(1+0,54à)






71,0lg
4
3
2
KR
Eh
h
P
(1 12)
III. Tải trọng tác dụng ở góc tấm: ứng suất kéo lớn nhất sinh ra ở mặt trên của
tấm và nằm trên đ ờng phân giác của góc tấm đó:

max

=
2
3
h
P
(
)
( )


















6,0
15,0
3
2

2
112
1 R
Eh
Kà
(1 13)
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 10

Trong đó:
P tải trọng bánh sau của ôtô tính toán (đã nhân với hệ số xung kích),
KG
R bán kính của vệt bánh xe tính toán, cm.
h chiều dày tấm bê tông mặt đ ờng, cm
E mô đun đàn hồi của tấm bê tông, kG/cm
3
.
à - hệ số Possion của bê tông mặt đ ờng; à = 0,15.
K hệ số nền của nền đất, kG/cm
3
.
Tính toán theo mô hình nền bán vô hạn [8]:
Trong công thức của Westergard có nh ợc điểm lớn là giả thiết hệ số
nền mà nó dùng làm căn cứ không phản ánh đ ợc hiện t ợng vật lý phức tạp
xảy ra trong thực tế khi tấm chịu uốn d ới tác dụng của tải trọng: nền móng
không chỉ bị lún trong phạm vi của một khu vực chịu nén mà xung quanh khu
vực này một phạm vi nhất định cũng xuất hiện một độ lún nhất định.
Do đó, mô hình nền bán vô hạn (đặc tr ng là ph ơng pháp của Shekter)

[8] với các điều kiện biên t ơng tự (cạnh tấm xem là tự do) đã tính đ ợc mô
men pháp (M
F
) và mô men tiếp (M
T
) trên đơn vị chiều rộng của tấm:
- D ới tác dụng của tải trọng phân bố đều trên một diện tích hình tròn
có bán kính R ở giữa tấm:
M
F
= M
T
=
aR
CP
tt
.
2
)1(

à+
(1 14)
- D ới tác dụng của tải trọng tập trung cách điểm tác dụng một
khoảng cách r:
M
F
= (A+
b
à B)P
tt

(1 15)
M
T
= (B+
b
à A)P
tt
(1 16)
Trong đó: M
F
mô men h ớng tâm (daN.cm/cm)
M
T
mô men tiếp tuyến (daN.cm/cm)
P
tt
tải trọng tập trung (kG)
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 11
b
à - hệ số poisson của bê tông
C hệ số có giá trị thay đổi theo aR
A, B hệ số có giá trị thay đổi theo ar
R - bán kính vòng tròn vệt bánh t ơng đ ơng
r khoảng cách từ điểm cần tính mô men đến điểm tác dụng tải
trọng.
a - đặc tr ng đàn hồi tấm bê tông, thay đổi theo độ cứng hình trụ của tấm:
a=

3
2
0
2
0
1(
)1(6
1
à
à


b
b
E
E
h
(1 17)
với E
b
mô đun đàn hồi của bê tông.
E
0
mô đun đàn hồi của nền.
h chiều dày tấm.
Tuy nhiên, ph ơng pháp của Shekter chỉ thích hợp khi tải trọng tác dụng
cách mép tấm đủ xa (tr ờng hợp tác dụng ở giữa tấm) còn khi tác dụng ở góc
và cạnh tấm thì không xác định đ ợc. Vì vậy, I.A Mednicov [8] đã kết hợp cả
hai mô hình trên: giả định mô men uốn xác định theo Shekter bằng mô men
uốn trong tr ờng hợp tải trọng tác dụng giữa tấm xác định theo Westergard để

tìm mối quan hệ giữa hệ số nền và mô đun đàn hồi của móng nền và từ đó xác
định công thức tính mô men và bề dày tấm khi tải trọng tác dụng ở góc và
cạnh tấm theo E
0
,
0
à của mô hình nền bán vô hạn đàn hồi.
Các công thức tính bề dày tấm:
- khi tải trọng ở giữa tấm: h
I
=
[]

P.
1
(1 - 18)
- khi tải trọng ở cạnh tấm: h
II
=
[]

P.
2
(1 - 19)
- khi tải trọng ở góc tấm: h
III
=
[]

P.

3
(1 - 20)
Các giá trị
1
,
2
,
3
đ ợc lập thành bảng, tuỳ thuộc tỉ số E
b
/E
0
và h/


với E
b
là mô đun đàn hồi

của bê tông; E
0
là mô đun đàn hồi chung của cả lớp
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 12
móng d ới tấm BTXM và nền đất. Đây cũng là ph ơng pháp đ ợc dùng chính
thức trong quy trình Việt Nam 22 TCN 223-95 [5].

2. Các ph ơng pháp thiết kế mặt đ ờng trên thế giới:

Hiện nay trên thế giới có hơn 50 ph ơng pháp thiết kế mặt đ ờng nh ng
chủ yếu là theo hai nhóm chính sau:
Nhóm các ph ơng pháp lý thuyết - thực nghiệm.
Nhóm các ph ơng pháp kinh nghiệm thực nghiệm.
2.1. Nhóm các ph ơng pháp lý thuyết - thực nghiệm:
Nhóm các ph ơng pháp này đ ợc xây dựng bằng cách lập các mô hình
và ph ơng trình tính toán rồi qua thực nghiệm để kiểm tra nhằm xác định điều
kiện bền.
Cách tính toán thông th ờng là xác định ứng suất do xe chạy gây ra
trong các lớp mặt đ ờng bằng lý thuyết và so sánh các ứng suất này với c ờng
độ cho phép của vật liệu làm đ ờng (th ờng lấy theo kinh nghiệm).
Thuộc nhóm này có một số ph ơng pháp:
a. Ph ơng pháp tính toán của Trung Quốc (trong quy trình JTJ014-86) [7]
* Nội dung:
- Ph ơng pháp tính: Dựa trên lời giải lý thuyết hệ nhiều lớp đặt trên nền
bán không gian vô hạn đàn hồi với các giả thiết:
+ Mỗi lớp đều do một loại vật liệu đồng nhất, đẳng h ớng, đàn hồi và
xem nh không có trọng l ợng tạo ra. Các thông số là: mô đun đàn hồi (E
i
), hệ
số Poisson(
i
à ).
+ Tầng d ới cùng là tầng bán không gian vô hạn và kéo dài vô hạn theo
ph ơng ngang. Các lớp phía trên kéo dài vô hạn theo ph ơng dọc và ph ơng
ngang và có chiều dày hữu hạn h
i
theo ph ơng thẳng đứng.
+ Tại mặt phân giới giữa các lớp có ứng suất và chuyển vị hoàn toàn
liên tục hoặc chỉ có ứng suất và chuyển vị theo ph ơng thẳng đứng là liên tục

còn lực cản trở do ma sát giữa các lớp bằng không (hệ chuyển dịch tự do).
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 13
+ Tại độ sâu vô hạn ở lớp d ới cùng, ứng suất và chuyển vị đều bằng không.
- Từ các giả thiết trên, giải và lập các toán đồ xác định độ võng đàn hồi
và các hệ số ứng suất của mặt đ ờng d ới tác dụng của tải trọng bánh xe đơn
hoặc kép đ ợc quy về một hay hai vòng tròn diện tích t ơng đ ơng có bán
kính

cho hệ hai lớp và ba lớp. Trong tr ờng hợp hệ nhiều hơn ba lớp thì quy
đổi về hệ ba lớp theo hiệu ứng t ơng đ ơng.
* Trình tự tính toán:
- Dựa vào yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế, xác định cấp hạng mặt đ ờng
và loại lớp mặt, tính toán số lần tích luỹ trục xe t ơng đ ơng trên một làn xe
trong thời hạn thiết kế và tính toán trị số độ võng cho phép trên bề mặt mặt
đ ờng. Nếu mặt đ ờng phải tiến hành nghiệm toán ứng suất kéo uốn thì
cần tính toán trị số ứng suất kéo uốn cho phép.
- Dựa vào loại đất và chế độ thuỷ nhiệt của nền đ ờng, chia đ ờng thiết
kế ra làm một số đoạn (từ 500 1000m) để xác định trị số mô đun đàn hồi
(MĐĐH) của nền đất cho từng đoạn.
- Dự kiến một số ph ơng án bố trí kết cấu và chiều dày áo đ ờng khả
thi, xác định trị số MĐĐH của vật liệu các lớp.
- Xác định bề dày áo đ ờng dựa theo độ võng cho phép.
- Nghiệm toán ứng suất kéo uốn trong các lớp bê tông nhựa, các lớp
móng bằng vật liệu có tính toàn khối đảm bảo nhỏ hơn ứng suất kéo uốn
cho phép của vật liệu đó.
- Nghiệm toán ứng suất cắt trong các lớp mặt nhựa đ ờng để không
v ợt quá ứng suất cắt cho phép của vật liệu.

- Đối với mặt đ ờng ở những vùng đóng băng theo mùa thì cần nghiệm
toán bề dày lớp phòng chống đóng băng xem có phù hợp với yêu cầu không.
b. Ch ơng trình Alizé 5 của Pháp [19]:
- Ch ơng trình Alizé 5 version 5.02-6/1991 của Viện nghiên cứu cầu
đ ờng trung tâm (LCPC) là một phần mềm để giải chính xác bài toán bán
không gian nhiều lớp đàn hồi của Burmister bằng máy tính. Sử dụng ch ơng
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 14
trình có thể tính ứng suất và chuyển vị cho kết cấu có tối đa 10 lớp , số l ợng
kiểu tải trọng tối đa đặt lên kết cấu là 15, số l ợng vị trí đặt trục quan sát tối
đa trên mặt là 20, cho mỗi lớp tối đa tới 4 vị trí quan sát.
- Đây là ph ơng pháp giải đúng bài toán tính kết cấu mặt đ ờng nhiều
lớp, kết hợp với sự phân tích lý thuyết, các thí nghiệm và thực nghiệm sử dụng
vật liệu để tính toán kết cấu áo đ ờng.
- Sử dụng ch ơng trình cho phép tính toán ứng suất và biến dạng phát
sinh trong các lớp khác nhau của mặt đ ờng d ới tác dụng của tải trọng.
- Các lớp kết cấu đ ợc đặc tr ng bằng bề dày h, mô đun đàn hồi E, hệ
số Poisson
à
. điều kiện liên kết giữa các lớp có thể tr ợt hoặc không tr ợt
hoàn toàn hoặc từng phần.
- Tải trọng tính toán:
+ Tải trọng xe 13T có P
tt
= 0.662 Mpa phân bố trên 02 hình tròn bán
kính r = 0.125m, khoảng cách 2 tâm = 0.375m.
+ Tải trọng xe 6.5T có P
tt

= 0.662 Mpa phân bố trên 01 hình tròn bán
kính r = 0.125m.
+ Tính cho các tải trọng khác do ng ời sử dụng nhập vào (có thể giống
hoặc không giống nhau). Các tải trọng có thể là phân bố trên cả diện tròn, chu
tuyến tròn hoặc tác dụng tại tâm, cũng có thể là tải trọng tác dụng ngang.
- Sử dụng ch ơng trình cho nhiều kết quả:
+ Biến dạng và ứng suất ngang:
T
,
T
và thẳng đứng:
Z
,
Z
tại các
lớp kết cấu.
+ Độ võng D và bán kính cong R tại bề mặt kết cấu ở các điểm quan sát.
+ Các ứng suất chính:
1
,
2
,
2.2. Nhóm các ph ơng pháp kinh nghiệm - thực nghiệm:
Các ph ơng pháp này đ ợc thành lập trên cơ sở là dựa trên các kinh
nghiệm thu đ ợc trên các đoạn đ ờng thực nghiệm hoặc trên mạng l ới đ ờng
đang khai thác.
Thuộc nhóm này có một số ph ơng pháp:
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt

Trang 15
a. Ph ơng pháp theo h ớng dẫn của AASHTO [6]:
- Ph ơng trình cơ bản để tính toán và thiết kế áo đ ờng mềm:
Ph ơng trình này có dạng giải tích và dạng toán đồ.
Ph ơng trình cơ bản:
W
18
= f (SN, M
R
,

PSI, Z
R
,S
o
) (1- 21)
Với SN = a
1
D
1
+a
2
D
2
m
2
+a
3
D
3

m
3
(1- 22)
Trong đó:
W
18
số lần tác dụng của ESAL 18 kip trên một làn (lần/làn xe)
SN chỉ số kết cấu hay chỉ số cấu tạo (Strutural Number) là một chỉ
số đặc tr ng cho c ờng độ cơ học của lớp mặt đ ờng. Nếu áo đ ờng gồm 3
lớp: lớp mặt (1), lớp móng trên (2), lớp móng d ới (3) thì SN đ ợc xác định
theo công thức trên, trong đó D
1
, D
2
, D
3
lần l ợt là bề dày các lớp với a
1
, a
2
, a
3

lần l ợt là các hệ số t ơng đ ơng các lớp đó. Còn m
2
, m
3
là các hệ số xét đến
điều kiện môi tr ờng.

PSI - tổng tổn thất mức phục vụ của kết cấu từ lúc mặt đ ờng đ ợc
đ a vào sử dụng cho đến khi đã chịu đựng đ ợc W
18
lần tác dụng của tải trọng
ESAL18 kip. Các tổn thất này do xe cộ và do cả điều kiện chế độ thuỷ nhiệt
gây ra.


PSI = p
o
- p
t
(1- 23)
Với p
o
(hoặc PSI
o
) là chỉ số phục vụ chất l ợng phục vụ) của mặt đ ờng
lúc đ a vào sử dụng; p
t
(PSI
t
) là chỉ số phục vụ ở thời điểm t sau khi mặt
đ ờng chịu đ ợc W
18
lần tải trọng trục thông qua.
M
R
mô đun đàn hồi hữu hiệu của nền đất (psi)
Nh vậy, ph ơng trình thể hiện mối quan hệ giữa chất l ợng phục vụ

của mặt đ ờng với các yếu tố cấu tạo kết cấu nh bề dày các lớp, loại vật liệu
các lớp đã sử dụng, điều kiện chế độ thuỷ nhiệt, c ờng độ nền đất.
Khi vận dụng ph ơng trình trên để tính toán kết cấu mặt đ ờng thì mục
tiêu lúc này là: trên cơ sở một nền đất đã biết M
R
, xác định đ ợc một chỉ số
kết cấu yêu cầu đạt đ ợc SN
yc
để chịu đ ợc số lần tác dụng tải trọng trục W
18

dự kiến sẽ thông qua trong thời kỳ tính toán, sao cho ở cuối thời kỳ tính toán
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 16
đó chỉ số phục vụ p
t
của mặt đ ờng chỉ giảm đến một trị số chấp nhận đ ợc.
Từ trị số SN
yc
này theo công thức trên sẽ xác định đ ợc bề dày các lớp bằng
cách giả thiết chúng rồi nghiệm lại trong điều kiện đã biết m
2
, m
3
và a
1
, a
2

, a
3
.
Sai số tiêu chuẩn tổng hợp S
0
và độ lệch tiêu chuẩn Z
R
đ ợc đ a vào để
xét đến việc dự báo số trục xe, xác định các thông số và đánh giá chất l ợng
mặt đ ờng khác với thực tế. Độ lệch tiêu chuẩn Z
R
phụ thuộc vào độ tin cậy R.
Khi áp dụng khái niệm độ lệch tiêu chuẩn và độ tin cậy nh trên thì các
thông số tính toán khác đều phải dùng trị số trung bình chứ không phải trị số
bất lợi nhất.
Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn: là chỉ số phục vụ PSI đặc tr ng cho chất
l ợng khai thác sử dụng của mặt đ ờng. PSI là một chỉ tiêu tổng hợp xác định
qua thử nghiệm AASHTO phụ thuộc vào độ bằng phẳng, tỷ lệ khe nứt, tỷ lệ
diện tích phải vá chữa trên mặt đ ờng.
b. Ph ơng pháp CBR [11]:
Ph ơng pháp CBR do OJ Porter ở Viện đ ờng bộ bang California đề
xuất năm 1938. Sau 14 năm tiến hành thí nghiệm trên các đ ờng của bang này
đã tìm đ ợc mối quan hệ thực nghiệm giữa chỉ số CBR của đất (xác định bằng
thí nghiệm nén CBR quy định) với chiều dày tối thiểu của mặt đ ờng bảo đảm
không bị phá hoại do sinh ra biến dạng dẻo trong đất đó.
Đã lập đ ợc toán đồ tìm chiều dày cần thiết của móng đ ờng cho hai
cấp giao thông trung bình - nặng (t ơng đ ơng với bánh xe 5,4T) và giao
thông nhẹ (bánh xe 3,1T).
Dựa theo các đ ờng cong của toán đồ đã đ a ra công thức tính chiều
dày mặt đ ờng:

e =
5
150100
+
+
CBR
P
(1- 24)
Trong đó: e - chiều dày mặt đ ờng (cm).
P - trọng l ợng bánh xe (T).
CBR - tính bằng %.
c. Ph ơng pháp của Viện nghiên cứu đ ờng Anh [11]:
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 17
Cho đến năm 1960 ở Anh vẫn sử dụng toán đồ của Corps of engineers
(Hiệp hội kỹ s quân đội Mỹ) nh ng có tăng thêm 20% trọng l ợng bánh xe
lớn nhất thiết kế để xét đến sự lặp lại của tải trọng.
Sau những thí nghiệm tiến hành trên các đ ờng ôtô ở Anh, Viện nghiên
cứu đ ờng Anh (TRRL) đã công bố các toán đồ mới, so với ph ơng pháp CBR
có những cải tiến:
- Xem tác dụng của sự lặp lại tải trọng đối với chiều dày tuân theo quy
luật logarit.
- Bỏ qua tác dụng của các xe có tổng trọng l ợng d ới 3T. Ph ơng pháp
này tính mặt đ ờng với tuổi thọ khoảng 20 năm. Để hạn chế chiều sâu vệt hằn
bánh xe tối đa là 2cm, ph ơng pháp này cố định chiều dày lớp mặt và lớp
móng trên và xác định chất l ợng vật liệu của các lớp này. Chỉ có chiều dày
của lớp móng d ới thay đổi theo CBR của lớp trên nền đ ờng.
- Ph ơng pháp này còn ch a xét đến sự t ơng đ ơng giữa các trục bánh

xe, tuy nhiên đã xét đến sự lặp lại của tải trọng.
- Về chất l ợng vật liệu: nếu lớp móng trên làm bằng hỗn hợp đá trộn
nhựa thay cho vật liệu không gia cố thì cho phép giảm đi 40% chiều dày. Các
điều kiện của thí nghiệm CBR ngâm n ớc đ ợc cho là quá nghiêm khắc nên
việc nén lún đ ợc tiến hành ở độ ẩm gần với độ ẩm tốt nhất của Proctor khi
mực n ớc ngầm nằm d ới cao độ nền đ ờng trên 1m.
- Trong lần xuất bản thứ ba (1971), các toán đồ này đã có nhiều cải tiến
so với hai lần tr ớc (1960 và 1966) ở các điểm:
+ L ợng giao thông đ ợc đánh giá theo số t ơng đ ơng của trục bánh
tiêu chuẩn (8.1T)
+ Tuổi thọ quy định là 20 năm với mặt đ ờng mềm và 40 năm với mặt
đ ờng cứng.
Ngoài ra còn có các ph ơng pháp thực nghiệm sử dụng thí nghiệm của
AASHTO:
- Ph ơng pháp Shook & Finn.
- Ph ơng pháp Liddle.
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 18
- Ph ơng pháp của Viện công trình Mỹ.
- Ph ơng pháp của Viện Asphalt Mỹ.
- Ph ơng pháp SHELL
3. Quy trình thiết kế mặt đ ờng mềm 22TCN 211- 06, mặt đ ờng cứng
22TCN 223-95 và những vấn đề cần chú ý khi xây dựng kết cấu mặt đ ờng:
3.1. Quy trình thiết kế mặt đ ờng mềm 22TCN 211- 06 [3]:
Đây là ph ơng pháp thiết kế theo nhóm Ph ơng pháp lý thuyết
thực nghiệm hiện nay đang đ ợc sử dụng hiện hành ở n ớc ta.
Nội dung:
Việc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đ ờng mềm gồm các lớp móng và các

lớp mặt (và cả lớp đất trên cùng của nền đ ờng) đ ợc dựa trên lý thuyết phân
bố tải trọng xe theo chiều sâu từ trên xuống, từ đó đ a ra các ph ơng án cấu
tạo kết cấu nền áo đ ờng. Sau đó, yêu cầu của việc tính toán là kiểm tra xem
các ph ơng án, cấu tạo đã đề xuất cùng với điều kiện nền đã biết có đủ c ờng
độ không, đồng thời tính toán xác định lại bề dày cần thiết của mỗi lớp kết cấu
và có thể phải điều chỉnh lại bề dày của mỗi lớp theo kết quả tính toán.
Điều kiện cần đạt đ ợc khi tính toán theo ph ơng pháp này là: Kết cấu
áo đ ờng mềm đ ợc xem là đủ c ờng độ nếu nh trong suốt thời hạn thiết kế
quy định d ới tác dụng của ôtô nặng nhất và của toàn bộ dòng xe, trong bất kỳ
lớp nào (kể cả nền đất) cũng không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của
các lớp liền khối không bị phá vỡ và độ võng đàn hồi của kết cấu áo đ ờng
không v ợt quá trị số cho phép.
Do vậy, việc tính toán kết cấu áo đ ờng mềm chính là tính toán kiểm tra
ba tiêu chuẩn c ờng độ khi biết tr ớc tải trọng và trọng l ợng trục xe thiết kế:
- Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắt
tr ợt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo trong chúng không xảy
ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phát sinh biến dạng dẻo).
- Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối
nhằm khống chế không cho phép nứt ở các lớp đó.
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 19
- Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng, biểu
thị bằng trị số mô đun đàn hồi Ech của cả kết cấu nền áo đ ờng so với trị số
mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc. Tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo hạn chế đ ợc sự
phát triển của hiện t ợng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu d ới tác dụng
trùng phục của dòng xe, do đó đảm bảo duy trì đ ợc khả năng phục vụ của kết
cấu đến hết thời hạn thiết kế.
Cơ sở của ph ơng pháp tính toán theo 3 tiêu chuẩn trạng thái giới hạn

nói trên là lời giải của bài toán hệ bán không gian đàn hồi nhiều lớp có điều
kiện tiếp xúc giữa các lớp là hoàn toàn liên tục d ới tác dụng của tải trọng
bánh xe (đ ợc mô hình hoá là tải trọng phân bố đều hình tròn t ơng đ ơng với
diện tích tiếp xúc của bánh xe trên mặt đ ờng), kết hợp với kinh nghiệm sử
dụng và khai thác áo đ ờng tích luỹ đ ợc trong nhiều năm để đ a ra các quy
định về các tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cho phép.
* Các thông số tính toán c ờng độ và bề dày áo đ ờng mềm:
Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán:
a. Tải trọng trục tính toán:
- Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn: đ ợc quy định là trục đơn của ôtô
có trọng l ợng 100 kN. Nếu trên đ ờng ô tô các cấp (hoặc đ ờng cao tốc) có
các trục đơn nặng trên 120 kN và d ới 144 kN với số l ợng chiếm d ới 5%
tổng số trục xe tải và xe buýt chạy trên đ ờng thì tải trọng trục tính toán là
120 kN. Còn nếu có các loại trục xe nặng khác biệt nhiều so với trục tiêu
chuẩn thì kết cấu áo đ ờng phải đ ợc tính theo tải trọng trục đơn nặng nhất có
thể có trong dòng xe.
- Tải trọng trục nặng nhất tính toán của xe nhiều trục: Đ ợc xác định
gần đúng theo biểu thức:
P
tt
= P
n
. k
c
(1-25)
Với : P
n
tải trọng trục nặng nhất trong số các trục trên cùng một cụm trục (kN)
k
c

hệ số xét đến ảnh h ởng của các trục khác :
k
c
= a - b cL
m
(1-26)
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 20
L
m
khoảng cách giữa các trục ngoài cùng của cụm trục (m)
a, b, c các hệ số cho theo bảng A 3[3].
Sơ đồ tải trọng tính toán: là sơ đồ một vòng tròn có diện tích t ơng
đ ơng D (cm) và áp lực tính toán lên mặt đ ờng p (Mpa).
b. Số trục xe tính toán trên một làn xe:
Số trục xe tính toán là tổng số trục xe đã đ ợc quy đổi về trục xe tính
toán tiêu chuẩn (hoặc trục xe nặng nhất tính toán) sẽ thông qua mặt cắt ngang
đoạn đ ờng thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào
thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế qui định, tuỳ thuộc loại tầng mặt
dự kiến, theo công thức sau:
Ntt = Ntk . f
l
(trục/làn.ngày đêm) (1- 27)
Trong đó: Nkt tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục
xe tính toán trong một ngày đêm trên cả hai chiều xe chạy ở năm
cuối của thời hạn thiết kế (trục/ngày đêm.2 chiều).
f
l

hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe, tuỳ thuộc
vào số làn xe và dải phân cách.
Các thông số tính toán của đất nền đ ờng: Mô đun đàn hồi E, lực
dính C, góc nội ma sát

t ơng đ ơng đ ợc xác định ở các điều kiện bất lợi
nhất về chế độ thuỷ nhiệt. Việc xác định các thông số này đ ợc tiến hành qua
các thí nghiệm.
Các thông số tính toán của các lớp vật liệu làm áo đ ờng: Mô đun
đàn hồi E, lực dính C, góc nội ma sát

và c ờng độ chịu kéo uốn của các lớp
vật liệu. T ơng tự nh với nền đất, các thông số của vật liệu làm áo đ ờng
đ ợc xác định thông qua các thí nghiệm phù hợp trong điều kiện bất lợi nhất.
* Một số nhận xét về ph ơng pháp thiết kế mặt đ ờng mềm theo quy
trình 22TCN 211- 06:
Đây là quy trình mới đ ợc Bộ GTVT đ a ra thay thế cho quy trình
22TCN 211 93 và là ph ơng pháp hầu hết đang đ ợc sử dụng trong thiết kế
kết cấu áo đ ờng mềm ở n ớc ta. Qua thời gian áp dụng và rút kinh nghiệm từ
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 21
thực tế đã đạt đ ợc hiệu quả nhất định trong việc lựa chọn kết cấu và chiều
dày các lớp áo đ ờng. Với cơ sở lý thuyết về mặt tính toán vững chắc, dễ áp
dụng, cho các kết quả trên thực tế khi thiết kế các kết cấu áo đ ờng mềm theo
ph ơng pháp này trong việc xây dựng trên mạng l ới đ ờng ở n ớc ta là ch a
bộc lộ những nh ợc điểm lớn. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu quả hơn nữa khi sử
dụng ph ơng pháp này thì cần chú ý đến một số vấn đề sau:
Tuy đã đ a ra các thông số đầu vào thay đổi và phù hợp hơn với thực tế

khi kết cấu chịu lực: số trục xe, tải trọng trục, tải trọng trục tích luỹ, hệ số độ
tin cậy, các đặc tr ng tính toán của đất nền đ ờng và vật liệu làm áo đ ờng đã
rõ ràng, chi tiết hơn nh ng ph ơng pháp tính toán c ờng độ và chiều dày các
lớp kết cấu áo đ ờng mềm trên cơ sở của 3 tiêu chuẩn trạng thái giới hạn, trên
cơ sở lời giải tìm ứng suất và biến dạng của lý thuyết đàn hồi và trên cơ sở các
thông số thực nghiệm và kinh nghiệm thì kết quả tính là phụ thuộc vào các
tham số đầu vào rất lớn mà việc xác định chúng đòi hỏi phải đ ợc tiến hành
nghiêm túc, có sự thống nhất và cụ thể với các loại đất nền, vật liệu đó. Đây sẽ
là vấn đề rất quan trọng, ảnh h ởng trực tiếp kết quả tính toán cũng nh hiệu
quả kinh tế.
Ph ơng pháp đ ợc dùng với cơ sở lý thuyết của bài toán là hệ đàn hồi
đặt trên bán không gian đàn hồi nhiều lớp nh ng thực tế nền đất và vật liệu kết
cấu áo đ ờng không phải là vật liệu đàn hồi đồng nhất, đẳng h ớng mà là vật
liệu có tính đàn hồi dẻo nhớt. Do đó, khi lấy kết quả tính toán đ ợc chỉ
là gần đúng với sự làm việc thực tế của kết cấu áo đ ờng, trạng thái làm việc
của kết cấu mặt đ ờng vẫn có thể ở vào một trong hai trạng thái: đàn hồi - dẻo
và đàn hồi.
Các toán đồ đ ợc lập với hệ kết cấu hai lớp, nếu hệ có nhiều hơn hai lớp
thì phải dùng công thức tính đổi lớp trên nguyên tắc độ cứng t ơng đ ơng và
trị số mô đunđàn hồi sau khi đ ợc tính đổi với hệ số điều chỉnh thêm vào chỉ
là gần đúng. Trên thực tế hiện nay, một số quy trình (Trung Quốc, Liên Xô)
và các sách đã có kết quả giải hệ đàn hồi ba lớp. Đồng thời, với sự phát triển
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 22
của máy tính có các ch ơng trình tính toán : Ch ơng trình Alizé 5 của Pháp
thì việc giải chính xác bài toán hệ đàn hồi lớn hơn hai lớp không là vấn đề khó
khăn, phức tạp nữa.
Ch a có cách tính toán trực tiếp c ờng độ và độ ổn định của tầng mặt

áo đ ờng d ới tác dụng của lực ngang và ch a có cách tính bề dày các lớp áo
đ ờng d ới tác dụng của nhiệt độ và chế độ thay đổi nhiệt độ.
Khi kiểm toán theo điều kiện cân bằng giới hạn về tr ợt trong nền đất
và các lớp kém dính kết, việc xác định ứng suất và áp dụng toán đồ với đất có
tính dính hoặc kém dính ch a chính xác vì kết cấu trong thực tế lại là th ờng
có trị số trung gian giữa hai giới hạn trên.
3.2. Quy trình thiết kế mặt đ ờng cứng 22TCN 223-95 [5]:
áo đ ờng cứng đ ợc thiết kế với lớp mặt là bê tông xi măng (BTXM)
toàn khối (đổ tại chỗ có hoặc không có cốt thép) hay lắp ghép dựa vào việc
chọn lựa cấu tạo và bố trí hợp lý kích th ớc tấm, các khe và liên kết giữa các
khe tấm, chọn vật liệu lớp móng, vật liệu chèn khe, vật liệu lớp tạo phẳng và
bố trí mặt cắt ngang của kết cấu áo đ ờng cùng với việc đ a ra các biện pháp
để tăng c ờng độ và ổn định c ờng độ của nền đất d ới lớp móng. Sau đó, tính
toán, kiểm tra c ờng độ (bề dày) của tấm xi măng và lớp móng d ới tác dụng
của tải trọng và d ới tác dụng của nhiệt độ rồi lựa chọn lại kết cấu cho phù
hợp hơn.
áo đ ờng cứng với đặc tr ng là tấm BTXM khi làm việc trong điều
kiện chịu uốn d ới tác dụng của tải trọng xe chạy và tác dụng của nhiệt độ
(biến đổi theo mùa và theo chu kỳ ngày đêm) sẽ bị xem là phá hoại nếu nh
trong thời kỳ tính toán quy định (20 năm) tấm bị nứt, vì nh vậy kết cấu áo
đ ờng cứng khi đó sẽ mất đi tính toàn khối ban đầu khiến cho năng lực chịu
tải của nó giảm xuống d ới mức yêu cầu và đó cũng chính là trạng thái giới
hạn của kết cấu áo đ ờng cứng.
Do đó, khi tính toán thiết kế áo đ ờng cứng để trạng thái giới hạn đó không
xảy ra trong suốt thời kỳ tính toán quy định thì phải đạt các tiêu chuẩn sau:
- Đối với tấm BTXM:
Luận án thạc sỹ khkt ngô quý đức

tr ờng đại học gtvt
Trang 23

ku
k.R
ku
(1- 28)
Trong đó:
ku
- ứng suất kéo uốn ở bất kỳ thời điểm nào trong tấm BTXM do
tải trọng xe, do biến đổi nhiệt độ.
R
ku
- C ờng độ giới hạn chịu kéo uốn của BTXM ở tuổi 28 ngày (kG/cm
2
)
K hệ số tổng hợp chiết giảm c ờng độ , xét đến mỏi và các yếu
tố ảnh h ởng khác (chất l ợng bê tông không đồng nhất )
- Đối với tầng móng của kết cấu áo đ ờng cứng: để đảm bảo không xuất hiện
biến dạng dẻo (dẫn đến tích luỹ biến dạng) tầng móng cũng phải thoả mãn
điều kiện:
+=
abmaa

.max.
K.c (1 - 29)
Trong đó:
max.a
- ứng suất cắt hoạt động lớn nhất của nền đất và các lớp d ới.
ma.
- ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra
ba .

- ứng suất cắt hoạt động do khối l ợng bản thân của các lớp
trên gây ra
c lực dính của đất móng áo đ ờng
K hệ số tổng hợp
- Ngoài ra, khi xét đến tác dụng đồng thời của hoạt tải và của ứng suất nhiệt
thì sẽ phải áp dụng điều kiện kiểm tra d ới đây:
kutxe
R)90,085,0( ữ+ (1 - 30)
Trong đó:
xe
- ứng suất kéo uốn do hoạt tải.
t
- ứng suất kéo uốn do chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt
d ới của tấm.
R
ku
C ờng độ giới hạn chịu kéo uốn của BTXM ở tuổi 28 ngày
(kG/cm
2
).
* Các thông số tính toán c ờng độ và bề dày áo đ ờng cứng:
Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán:
- Cũng đ ợc thống nhất theo quy định của Tiêu chuẩn thiết kế áo
đ ờng mềm 22TCN 211 - 06 và khi tính toán tải trọng bánh xe đ ợc nhân
thêm với hệ số xung kích.