Luan van thac sy Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi trường TPHCM đến sự làm việc của mặt đường BTXM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

NGHIÊN CỨU SỰ TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA
MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hồ Chí Minh – Năm 2015
1
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa i
Lời cam đoan ii
Lời cảm ơn iii
Mục lục iv
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt viii
Danh mục các bảng x
Danh mục các hình vẽ, đồ thị xiv
Phụ lục xvi
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG
BÊ TÔNG XI MĂNG TẠI THÀNH PHỐ HỐ CHÍ MINH 3
1.1.Khái quát tình hình xây dựng và phát triển mặt đường BTXM trên thế giới
3
1.2 Khái quát tình hình xây dựng mặt đường BTXM ở nước ta 9
1.3 Khái niệm mặt đường BTXM: 10
1.4 Cấu tạo chung của mặt đường BTXM: 10
1.4.1 Cấu tạo mặt đường BTXM: 10
1.4.1.1 Tấm bê tông: 10
1.4.1.2 Lớp dãn cách: 11

1.4.1.3 Lớp móng: 11

1.4.2 Cấu tạo khe nối mặt đường BTXM: 11
1.4.2.1 Tác dụng khe nối: 11
1.4.2.2 Khe dãn: 13
1.4.2.3 Khe co: 15
1.4.2.4 Khe dọc 17
1.5 Phân loại mặt đường BTXM: 18
1.6 Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM: 20
1.7 Ưu nhược điểm của mặt đường BTXM: 20
1.7.1 Ưu điểm: 20
2
1.7.2 Nhược điểm: 21

1.8 Thực tế công tác xây dựng mặt đường BTXM ở Việt Nam và các Quốc gia
khác trên thế giới: 21
1.8.1 Công tác xây dựng mặt đường BTXM ở Việt Nam: 21
1.8.2 Công tác xây dựng mặt đường BTXM của các Quốc gia trên thế giới: 22
1.9 Thực trạng công tác xây dựng mặt đường BTXM tại Thành phố Hồ Chí
Minh 24
1.10 Xu hướng phát triển loại mặt đường BTXM ở Thành phố Hồ Chí
Minh:………………………………………………………………………. 27
1.11 Kết luận chương 1: ……………………………………………………… 28
Chương 2. SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRONG THIẾT KẾ TÍNH TOÁN
MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 29
2.1 Phương pháp tính toán theo Quy trình Việt Nam hiện hành: 29
2.2 Phương pháp tính theo Quy trình Mỹ hiện hành 40
2.2.1 Các tính chất của bê tông và các chi tiết của tấm bê tông 41
2.2.2 Cốt thép 42
2.2.3 Chiều dày tấm bê tông 43

2.3 Các phương pháp tính toán theo các Quy trình hiện hành của một số nước
khác trên thế giới 47
2.3.1 Phương pháp thiết kế mặt đường cứng của Anh 47
2.3.2 Phương pháp thiết kế mặt đường BTXM của Pháp 53
2.3.2.1 Lý thuyết tính toán 53
2.3.2.2 Các tham số 57
2.4 Kết luận chương 2 60
Chương 3. KHẢO SÁT TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT CỦA
MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 61
3.1 Điều tra, khảo sát nhiệt độ môi trường và bức xạ của khu vực Thành phố Hồ
Chí Minh 61
3.1.1 Vị trí đia lý 61
3.1.2 Điều kiện môi trường tư nhiên 61
3.1.3 Điều kiện về khí tượng 62
3
3.1.3.1 Nhiệt độ không khí 62
3.1.3.2 Độ ẩm không khí 63
3.1.3.3 Tốc độ gió 64
3.1.3.4 Bức xạ 64
3.1.3.5 Lượng mưa 65
3.1.4 Điều kiện thủy văn 66
3.2 Các xác định nhiệt độ bề mặt trên mặt dường BTXM 67
3.3 Tính toán xác định nhiệt độ bề mặt trên mặt đường BTXM tại Thành phố Hồ
Chí Minh 68
3.3.1 Nhiệt độ và bức xạ đo được tại trạm khi tượng Tân Sơn Hòa – Nhà Bè
68
3.3.1.1 Nhiệt độ trung bình tháng theo giờ năm 2013 đối với khu vực Thành
phố Hồ Chí Minh Bức xạ 69
3.3.1.2 Bức xạ trung bình tháng theo giờ năm 2013 đối với khu vực Thành
phố Hồ Chí Minh Bức xạ 70

3.3.2 Xác định nhiệt độ tính toán bề mặt tấm BTXM mặt đường tại khu vực
Thành phố Hồ Chí Minh 71
3.3.2.1 Xác định nhiệt độ không khí 71
3.3.2.2 Xác định nhiệt độ làm nóng thêm mặt đương do bức xạ 71
3.3.2.3 Xác định nhiệt độ bề mặt tấm BTXM mặt đường tại khu vực Thành
phố Hồ Chí Minh 72
3.4 Nhận xét và kết luận 73
Chương 4. NGHIÊN CỨU SỰ TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT
ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 75
4.1 Nghiên cứu sự truyền nhiệt và sự thay đổi của nhiệt độ trong tấm bê tông của
mặt đường BTXM 75
4.1.1 Xác định trường nhiệt độ tính toán trong mặt đường BTXM (theo GS.TS
Phạm Cao Thăng 75
4.1.2 Kết quả nghiên cứu của một số tác giả khác 81
4.1.2.1 Theo GS Dương Học Hải 81
4.1.2.2 Theo TS Nguyễn Duy Đồng 81
4
4.1.3 Trường nhiệt độ tính toán trong tấm BTXM mặt đường chịu tác dụng của
nhiệt độ môi trường tại Thành phố Hồ Chí Minh 82
4.2 Mối quan hệ giữa chiều dày và chiều dài tấm khi xét đến sự ảnh hưởng của
nhiệt độ bề mặt BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh 84
4.3 Tính toán ứng suất nhiệt trong tấm BTXM do tác dụng của nhiệt độ 89
4.3 Kết luận chương 4 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93
PHỤ LỤC 95
5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
SỐ TT
KÝ HIỆU,

CHỮ VIẾT TẮT
GIẢI THÍCH NỘI DUNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
1
α
An pha; là hệ số nở dài
2
γ
Ga ma; trọng lượng riêng; chuyển vị góc …
3
∆Τ
,
t
∆
,
∆
,
δ
Đen ta, Chênh lệch nhiệt độ
4
ε
Epxilon; biến dạng dài tương đối
5
x
ε
,
y
ε
,
z

ε
biến dạng theo phương x, phương y, phương z
6
λ
Lamđa; hệ số dẫn nhiệt; độ mỏng …
7
µ
Muy; hệ số Poát xông
8
Π
,
π
Pi
9
ρ
Rô; mật độ khối lượng riêng
10
τ
Tao
11
σ
Sigma; ứng suất
12
[ ]
σ
Sigma cho phép; ứng suất cho phép
13
x
σ
,

y
σ
,
z
σ
ứng suất theo phương x, phương y, phương z
14
ϕ
Phi; là góc nội ma sát
15
w
Độ võng của tấm
16
E
Mô đuyn đàn hồi của bê tông
17
f
Hệ số ma sát
18
C
Hệ số nền. Lực dính …
II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1 BT Bê tông
2 BTXM Bê tông xi măng
3 GCXM Gia cố xi măng
4 BTCTLT Bê tông cốt thép liên tục.
5 KTQS Kỹ thuật Quân sự
6 MĐC mặt đường cứng
7 GS giáo sư
8 PGS phó giáo sư

9 PTS phó tiến sĩ
6
10 TS tiến sĩ
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT KÝ HIỆU NỘI DUNG TÊN CÁC BẢNG TRANG
II Chương 2
Điều kiện khí hậu Việt Nam và trường nhiệt độ
trong mặt đường BTXM
1 Bảng 2.1
Nhiệt độ không khí lớn nhất, nhỏ nhất bình quân trong
tháng và cường độ bức xạ lớn nhất (kcal/m
2
) của các
tháng mùa hè thuộc khu vực Hà Nội
31
2 Bảng 2.2
Nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời đốt nóng
thêm mặt đường BTXM thuộc khu vực Hà Nội
32
3 Bảng 2.3 Biên độ nhiệt độ bề mặt của mặt đường BTXM (biên 33
7
độ A) khu vực Hà Nội
4 Bảng 2.4
Giá trị của M phụ thuộc vào chiều dày mặt đường h và
hệ số nhiệt cả bê tông
34
5 Bảng 2.5
Gradien nhiệt độ trong mặt đường BTXM vào tháng 7
của khu vực Hà Nội
0

C
35
6 Bảng 2.6 Hệ số C,
γ
37
7 Bảng 2.7
Chi tiết của các thanh truyền lực của AASHO
41
8 Bảng 2.8
Phân loại năng lực chịu tải của các kết cấu mặt đường
cứng
49
9 Bảng 2.9
Chiều dày của lớp móng
50
10 Bảng 2.10
Biến số phụ thuộc vào sự rủi ro r% - Độ rủi ro r% được
chọn phụ thuộc vào cấp giao thong. Với mặt đường
BTXM
55
11 Bảng 2.11
Giá trị của u được tra theo bảng dưới (bảng 2.11)
55
12 Bảng 2.12
Độ dốc của quy luật mỏi của vật liệu được xác định
theo kết quả thí nghiệm mỏi của vật liệu làm mặt
đường. Với BTXM lấy theo bảng 2.12
55
15 Bảng 2.13
K

δ
được xác định theo bảng 2.13 phụ thuộc vào mô
đun của nền đất (hoặc của lớp móng không gia cố)
57
16 Bảng 2.14
Bê tông được chia thành 4 cấp (từ cấp 5 đến cấp 2) theo
bt
σ
(MPA) (bảng 2.14)
58
17 Bảng 2.15 Kích thước và khoảng cách giữa các thanh truyền lực 59
III Chương 3
Nghiên cứu sự tác động của môi trường đến sự làm
việc của mặt đường BTXM
18 Bảng 3.1 Thống kê nhiệt độ khu vực (0C) 62
19 Bảng 3.2 Thông kê độ ẩm khu vực (%) 63
20 Bảng 3.3 Số giờ nắng khu vực dự án (giờ) 64
21 Bảng 3.4
Lượng mưa trung bình khu vực giai đoạn 2009-2013
(mm)
66
8
22 Bảng 3.5
Nhiệt độ không khí trung bình tháng theo giờ năm 2013
đối với khu vực Thành phố Hồ Chí Minh
69
23 Bảng 3.6
Nhiệt độ trung bình của không khí theo từng giờ tại
trạm Tân Sơn Hòa – Nhà Bè (theo số liệu năm 2013 với
các tháng II, III, IV và V)

70
24 Bảng 3.7
Nhiệt độ trung bình của không khí theo từng giờ tại
trạm Tân Sơn Hòa – Nhà Bè (theo số liệu năm 2013 với
các tháng II, III, IV và V)
71
25 Bảng 3.8
Bức xạ trung bình của theo từng giờ tại trạm Tân
Sơn Hòa – Nhà Bè (theo số liệu năm 2013 với các
tháng II, III, IV và V
71
26 Bảng 3.9
Nhiệt độ tính toán bề mặt tấm BTXM mặt đường sân
bay tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (nhiệt độ
tháng III)
73
IV Chương 4
Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ bề mặt đến sự
làm việc của mặt đường BTXM
27 Bảng 4.1
Nhiệt độ theo từng địa phương tại Việt Nam
78
28 Bảng 4.2
Građien nhiệt độ lớn nhất theo chiều dày h (ký hiệu:
max
∆Τ
; đơn vị: 0C/cm)
81
29 Bảng 4.3
Chênh lệch nhiệt độ và Gradien nhiệt với điều kiện khí

hậu Thành phố Hà Nội
82
30 Bảng 4.4
Chênh lệch nhiệt độ và Gradien nhiệt với điều kiện khí
hậu Thành phố Hồ Chí Minh
82
31 Bảng 4.5
Xác định với điều kiện nhiệt độ tại Thành phố Hồ Chí
Minh
83
32 Bảng 4.6
Chiều dài lớn nhất tương ứng với chiều dày tấm (theo
tác giả)
87
33 Bảng 4.7
Chiều dài lớn nhất tương ứng với chiều dày tấm (theo
quy trình)
88
34 Bảng 4.8 Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ: 89
9
(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ
Chí Minh) với tấm có kích thước là 500 x 500
35 Bảng 4.9
Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:
(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ
Chí Minh) với tấm có kích thước là 500 x 500
89
36 Bảng 4.10
Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:
(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ

Chí Minh) với tấm có kích thước là 600 x 600
90
37 Bảng 4.11
Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:
(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ
Chí Minh) với tấm có kích thước là 650 x 650
90
38 Bảng 4.12
Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:
(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ
Chí Minh) với tấm có kích thước là 700 x 700
90
39 Bảng 4.13
Giá trị ứng suất uốn vồng do tác dụng của nhiệt độ:
(theo Tác giả nghiên cứu tại khu vực Thành phố Hồ
Chí Minh) với tấm có kích thước là 762 x 762
90
10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TT KÝ HIỆU NỘI DUNG, TÊN HÌNH VẼ TRANG
I Chương 1
Tổng quan về công tác xây dựng mặt đường BTXM
tại Thành phố Hồ Chí Minh
1 Hình 1.1 Cấu tạo mặt đường BTXM 10
2 Hình 1.2 Sơ đồ bố trí khe co, dãn và khe dọc. 12
3 Hình 1.3 Khi không có thanh truyền lực. 12
4 Hình 1.4 Khi có thanh truyền lực 12
5 Hình 1.5 Bố trí thanh truyền lực để truyền lực giữa các tấm. 13
6 Hình 1.6
Khe dãn có thanh truyền lực

14
7 Hình 1.7 Khe dãn có tấm đỡ bê tông. 14
8 Hình 1.8 Khe dãn kiểu ngàm 14
9 Hình 1.9 Khe co kiểu ngàm 15
10 Hình 1.10 Khe có có thanh gỗ giảm yếu tiết diện 16
11 Hình 1.11 Khe co xẻ trong bê tông đã đông cứng 16
12 Hình 1.12 Máy xẻ bê tông đã đông cứng 17
13 Hình 1.13 Khe sau khi cắt 17
14 Hình 1.14 Cầu trên đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây 25
15 Hình 1.15 Đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây. 28
II Chương 2 Điều kiện khí hậu Việt Nam và trường nhiệt độ
11
trong mặt đường BTXM
16 Hình 2.1
Sơ đồ ứng tính toán ứng suất trong tấm BTXM khi
nhiệt độ thay đổi đều.
36
17 Hình 2.2 Giá trị của C
x
,C
y
39
18 Hình 2.3
Phân bố cốt thép yêu cầu trong mặt đường cứng có khe
nối
43
19 Hình 2.4 Toán đồ thiết kế mặt đường cứng P
t
=2,0 44
20 Hình 2.5 Toán đồ thiết kế mặt đường cứng, P

t
=2,5. 45
21 Hình 2.6 Chiều dày tấm bê tông 46
22 Hình 2.7 Trọng lượng tối thiểu của cốt thép (theo Road Note 29) 52
23 Hình 2.8
Khoảng cách giữa các khe trong tấm BTCT (theo Road
Note 29)
53
III Chương 3
Nghiên cứu sự tác động của môi trường đến sự làm
việc của mặt đường BTXM
21 Hình 3.1
Nhiệt độ không khí và nhiệt độ tính toán bề mặt tấm
BTXM mặt đường theo chu kỳ ngày đêm của khu vực
Thành phố Hồ Chí Minh.
73
IV Chương 4
Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ bề mặt đến sự
làm việc của mặt đường BTXM
22 Hình 4.1
Sự thay đổi nhiệt độ trong tấm bê tông ở các độ sâu
khác nhau (các số trên đường cong – chỉ độ sâu, cm)
80
12
PHỤ LỤC
TT NỘI DUNG TRANG
1 Phụ lục 01: Những hình ảnh đặc trưng về các vết nứt của
mặt đường BTXM
99
2 Phụ lục 02: Nhiệt độ và bức xạ tại khu vực Thành phố Hồ

Chí Minh năm 2013.
101
13
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
1.1 Cơ sở khoa học:
Trong điều kiện thời tiết Việt Nam thuộc khu vực nhiệt đới với nhiệt độ không
khí về mùa hè cao, bức xạ mặt trời mạnh, chế độ thuỷ nhiệt của nền đường của
một số nơi khá bất lợi…Là nhân tố ảnh hưởng không tốt đến cường độ và độ ổn
định của mặt đường. Vì vậy, khi làm mới hay cải tạo nâng cao chất lượng mặt
đường ở nước ta cần phải chú ý đến việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ
đến sự làm việc của mặt đường, đặt biệt là mặt đường BTXM.
Những năm gần đây, hệ thống hạ tầng giao thông ở nước ta ngày càng phát
triển vượt bậc về nhiều lĩnh vực, cùng với sự phát triển của mặt đường BTN thì
mặt đường BTXM cũng được áp dụng ngày càng rộng rãi hơn đặc biệt là tại một
số vị trí, công trình quan trọng như: Sân bay, các trạm thu phí, vùng ngập nước
v.v Trong thời gian gần đây cho thấy sản lượng xi măng đã và đang tăng lên
đáng kể. Điều này cho thấy số lượng và khối lượng mặt đường BTXM ngày càng
phát triển.
Do đó, cần có các giải pháp nâng cao chất lượng công tác thiết kế, tính toán,
xây dựng, khai thác và quản lý loại đường BTXM để nâng cao khả năng khai thác
và sử dụng các tuyến đường là BTXM.
1.2 Tính thực tiễn của đề tài:
Mặt đường BTXM ngoài việc chịu tải trọng của bánh xe, chúng còn chịu tác
động của nhiệt độ môi trường. Trên một số đoạn đường người ta quan sát thấy
mặt đường BTXM xuất hiện những vết nứt ngay cả khi không chịu sự tác động
của tải trọng bánh xe (tại những đoạn đường ít khai thác và chịu tác động của tải
trọng nhỏ).
Vì vậy, sự xuất hiện vết nứt trong mặt đường BTXM là do sự tác động của
nhiệt độ môi trường Do đó, việc “Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi

trường Thành phố Hồ Chí Minh đến sự làm việc của mặt đường BTXM” là một
yêu cầu có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn
2. Tên của đề tài:
“Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ môi trường Thành phố Hồ Chí Minh
đến sự làm việc của mặt đường BTXM”
14
3. Mục tiêu của đề tài
- Tổng quan những vấn đề đặt ra về mặt đường BTXM.
- Trình bày các cơ sở khoa học về sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong thiết kế
tính toán kết cấu mặt đường BTXM.
- Tiến hành nghiên cứu thực tế và tính toán sự tác động nhiệt độ môi trường
tại Thành phố Hồ Chí Minh đến sự làm việc của mặt đường BTXM.
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập, điều tra, khảo sát các số liệu về nhiệt độ và bức xạ của khu vực
Thành phố Hồ Chí Minh; xác định nhiệt độ tính toán bề mặt của mặt đường
BTXM
- Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở các phương pháp tính toán kết cấu mặt
đường BTXM hiện đang được áp dụng ở Việt Nam, có tham khảo các phương
pháp tính toán kết cấu mặt đường BTXM của các Quốc gia khác trên thế giới.
5. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu:
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sự làm việc của mặt đường BTXM chịu
sự tác động của nhiệt độ môi trường Thành phố Hồ Chí Minh
- Đối tượng nghiên cứu: mặt đường BTXM
6. Nội dung của đề tài, các vấn đề giải quyết:
Chương 1: Tổng quan về công tác xây dựng mặt đường BTXM tại Thành phố
Hồ Chí Minh.
Chương 2: Sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong thiết kế, tính toán mặt đường
BTXM.
Chương 3: Khảo sát tính toán, xác định nhiệt độ bề mặt của mặt đường
BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Chương 4: Nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ bề mặt đến sự làm việc của
mặt đường BTXM tại Thành phố Hồ Chí Minh
15
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG
BÊ TÔNG XI MĂNG TẠI THÀNH PHỐ HỐ CHÍ MINH
1.1 Khái quát tình hình xây dựng và phát triển mặt đường BTXM trên thế
giới:
Vào cuối thế kỷ XIX, ở Châu Âu đã ra đời một loại vật liệu mới: Chất kết dính
vô cơ xi măng pooc lăng, thì đồng thời việc xây dựng mặt đường cứng BTXM
cũng được bắt đầu. Năm 1856, ở Ê cốt (Anh) mặt đường BTXM đã được xây
dựng; năm 1876 được xây dựng ở gần nhà máy xi măng Gronop (Pháp); Đretslau
(Đức) năm 1988 và được phát triển nhanh ở Mỹ (1892), Nga (1913) và nhiều
nước khác. Đến năm 1925, ở Đức đã có 100.000m
2
, ở Mỹ có 600 triệu mét vuông
mặt đường BTXM (riêng 2 năm 1924÷1925 đã thi công đến 124 triệu mét
vuông). Đến những năm 30 của thế kỷ XX, sau khi tích luỹ được những kinh
nghiệm cần thiết người ta bắt đầu xây dựng mặt đường BTXM trên quy mô lớn
và phát triển nhanh cả về chất lượng và số lượng. Vào những năm đó, riêng ở
nước Đức đã xây dựng được 52 triệu mét vuông trong vòng 5 năm, trong đó có
khoảng 40 triệu mét vuông là đường cao tốc (chiếm khoảng 90% diện tích mạng
lưới đường cao tốc được xây dựng trước đại chiến thế giới thứ II). Ở Mỹ đến đầu
những năm 40 của thế kỷ này đã có 360 triệu mét vuông mặt đường BTXM.
Trong đại chiến tranh thế giới thứ II, cũng như những năm đầu sau chiến tranh,
việc xây dựng mặt đường BTXM vẫn được tiếp tục nhưng hạn chế vì xi măng
dùng nhiều trong việc xây dựng công sự, khôi phục và sửa chữa nhà ở.
Từ những năm 60 của thế kỷ XX trở lại đây, tốc độ xây dựng mặt đường
BTXM lại liên tục phát triển. Ở Đức, khoảng 17 triệu mét vuông một năm, ở Liên
Xô cũ, Tiệp Khắc và nhiều nước khác nhịp độ xây dựng mặt đường BTXM cũng

không ngừng tăng lên. Cùng với sự phát triển nhanh chóng về quy mô xây dựng
và công nghệ thi công, vấn đề cải tạo và phương pháp tính toán mặt đường
BTXM cũng có những thay đổi cơ bản.
Do tích luỹ kinh nghiệm xây dựng và khai thác mặt đường BTXM, do kết quả
của việc nghiên cứu và thực nghiệm từ những thí nghiệm nhỏ trong phòng đến
những thực nghiệm quy mô lớn ở hiện trường (như việc thực nghiệm của tổ chức
AASHO
*
được tiến hành ở Mỹ vào những năm 1959 và 1960 tiêu tốn 26 triệu đô
16
la), từ đó người ta đã hoàn chỉnh dần về hình thức cấu tạo và phương pháp thiết
kế mặt đường BTXM.
Lúc đầu người ta không thực hiện việc đầm nén nền đường vì cho rằng tấm bê
tông phân bố lực đều trên nền đất, nên dưới tấm bê tông không có lớp móng mà
chỉ có một lớp cát mỏng gọi là lớp làm sạch bê tông. Trong quá trình sử dụng
người ta đã nhận thức được đầy đủ vai trò quan trọng của nền móng dưới mặt bê
tông và đã đề ra những yêu cầu cao đối với nền móng. Cho đến Hội nghị Quốc tế
về đường ô tô lần thứ 15 họp tại Mehico (năm 1976) đã thống nhất phải xây dựng
lớp móng có gia cố xi măng chắc chắn và ổn định dưới tấm BTXM
Về cường độ bê tông làm mặt đường cũng không được quy định rõ ràng, gần
đây người ta đã đề nghị dùng bê tông mác cao với cường độ chịu uốn 50-
60KG/cm
2
.
Về cấu tạo các khe co dãn cũng có những thay đổi quan trọng, sau một thời
gian tranh luận, hiện nay người ta đã thống nhất là cần bố trí các thanh truyền lực
trong khe ngang vì các thanh truyền lực có tác dụng truyền tải trọng rất tốt, do
đó, tuổi thọ mặt đường được tăng lên nhiều.
Về phương pháp tính toán mặt đường bê tông, cũng có sự phát triển và hoàn
chỉnh rất cơ bản. Trong giai đoạn đầu người ta không tính toán và thường lấy

chiều dày tấm bê tông từ 15÷17,5cm, trực tiếp đặt trên nền đất, không xét đến các
loại đất và điều kiện thoát nước. Đến năm 1919, sau khi phát hiện các tấm bê tông
bị nứt gãy ở góc tấm, Gônbêch (Golbek) mới đề ra công thức đầu tiên để tính
toán chiều dày tấm với quan niệm là tấm góc làm việc như một công son hoàn
toàn không tiếp xúc với nền đất. Đến năm 1927 Oeterogat (Westergaard) thông
qua việc giải bài toán “tấm trên nền đàn hồi” theo mô hình hệ số nền của Vincle
(Wikler) và rút ra các công thức để xác định ứng suất trong của tấm bê tông mặt
đường cho ba trường hợp đạt tải trọng khác nhau (ở giữa, ở cạch và ở góc tấm).
Đến năm 1930, sau khi phát hiện ảnh hưởng của sự uốn vồng do nhiệt độ đến ứng
suất bê tông Oetterogat và Braburi (Brabbury) đã đề ra lần đầu tiên các công thức
tính ứng suất nhiệt trong mặt đường BTXM.
Cũng trong thời gian đó, ở Liên Xô cũ Sêchchia (Shekter) thông qua việc giải
bài toán tấm trên nền đàn hồi theo mô hình bán không gian đần hồi, đã tìm ra
công thức xác định momen uốn trong trường hợp tải trọng tác dụng ở phần giữa
17
tấm bê tông và có xét đến ảnh hưởng của bánh xe bên cạch đến trị số momen uốn
xuất hiện dưới bánh xe tính toán. Sau đó Gorobunop – Posadop được các giáo sư
N.N Ivanop, Mednicop và nhiều người khác đánh giá cao vì cho là phản ánh
chính xác hơn tình hình thực tế làm việc của mặt đường BTXM so với lời giải của
Oetterogat dựa theo mô hình nền Vincle và đã được sử dụng ở Liên Xô cũ từ
trước đến nay. Tuy nhiên, về mặt tính toán học, do điều kiện biên của mô hình
môdun đàn hồi không xác định nên các phương pháp của Sechchia Gorobunop –
Posadop không có công thức tính toán lý thuyết để tìm ứng suất trong trường hợp
tải trọng tác dụng ở cạnh và góc tấm (là những trường hợp nguy hiểm). Vì vậy,
sau khi tìm được ứng suất ở giữa tấm theo các phương trình trên, phải phân nó
với các hệ số thực nghiệm (ví dụ: các hệ số do Manvelop tìm ra) để xác định ứng
suất cho trường hợp tải trọng ở cạnh và ở góc tấm. Cũng do nhận định là mô hình
modun đần hồi phản ánh chính xác thực tế hơn so với mô hình Vincle nên
Mednicop đã tìm cách biểu diễn các công thức tính ứng suất của Oetterogat qua
mô hình modun đàn hồi. Kết quả là đã tìm được công thức gần đúng (công thức

Oetterogat – Sechchia – Mednicop) để tính ứng suất cho ba trường hợp tác dụng
của tải trọng theo mô hình modun đàn hồi E
0
. Ở nước ta trong thời gian qua,
chúng ta vẫn sử dụng các công thức tính toán này để thiết kế chiều dày của mặt
đường BTXM.
Do sự tăng tải trọng và mật độ xe chạy trên đường người ta đã chú ý hơn đến
sự tác dụng trùng phục của xe chạy. Nếu nhưng trước đây người ta mới chú ý tới
sự ảnh hưởng của sự trùng phục đến hiện tượng mỏi của tấm bê tông, thì ngày
nay người ta còn chú ý đến sự tích lũy của biến dạng dư trong nền móng, nhất là
trong khu vực dưới các khe ngang, do tác dụng trùng phục gây ra. Hiện tượng tích
lũy biến dạng dư trong nền móng (gọi là hiện tượng lầy lún) đã được R.Eat đề cập
đến từ năm 1932 nhưng mãi đến năm 1949 sau khi theo dõi đoạn đường thí
nghiệm ở bang Merilan (Mỹ), người ta mới kết luận được sự lầy lún xuất hiện
nghiêm trọng cạnh các khe ngang và là nguyên nhân chủ yếu làm xuất hiện các
đường nứt, nhất là trên các đoạn mặt đường bê tông xây dựng trên nền đất dính.
Kết quả theo dõi các đường ô tô đang khai thác ở Liên Xô cũ cũng cho thấy có
khoảng 50% đường nứt xuất hiện ở khoảng 1/3 chiều dài tấm bê tông gần mép
dọc phía ngoài của mặt đường do khu vực này thường xuyên ẩm ướt và chịu tác
dụng trùng phục trực tiếp của bánh xe chạy. Các thí nghiệm của tổ chức AASHO
18
tiến hành ở hiện trường cũng đã đi đến một kết luận quan trọng là “Các đường
nứt trong mặt đường cứng cùng phát triển với sự tăng tải trọng hoặc số lần tác
dụng của tải trọng” và đã tìm ra được mối quan hệ giữa số lần tác dụng của tải
trọng N với chỉ tiêu đường nứt C của mặt đường BTXM không có cốt thép như
sau:
LgN = 4,7 + 0,5lgC’-2,62lg×
2
0,54
P

+4,84lg
2,54
h
±0,96 (1.1)
Trong đó:
C’ – chỉ tiêu đường nứt, bằng tỷ số của tổng chiều dài đường nứt các loại
trên diện tích mặt đường bê tông co chiều dày h, theo AASHO C’ = 3m/100m
2
P – Tải trọng tác dụng
Dựa vào các kết quả thí nghiệm trên đây, tổ chức AASHO, Viện nghiên cứu
khoa học cầu đường Liên Xô cũ, Trường Đại học đường ô tô Matxcova đã đề
xuất phương pháp tình toán mặt đường BTXM dưới tác dụng của tải trọng trùng
phục.
Gần đây, một số tác giả đã đề ra phương pháp tính toán tấm bê tông mặt đường
theo tải trong phá hoại (còn gọi là phương pháp tính toán trên nền đàn hồi ngoài
giới hạn đàn hồi) nhằm mô tả đúng bản chất làm việc của mặt đường cứng dưới
tác dụng của xe chạy và các yếu tố của môi trường, do đó đặt cơ sở cho việc chọn
kết cấu hợp lý nhất để tính và đánh giá độ bền và biết được dự trữ của mặt đường
cứng. Tuy nhiên, hiện nay do chưa giải quyết được đầy đủ vấn đề làm việc ngoài
giai đoạn đàn hồi của mặt đường cứng, nên phương pháp tính toán theo tải trọng
phá hoại chưa được sử dụng rộng rãi.
Phần lớn các nước Âu – Mỹ dùng phương pháp tính toán của Hiệp hội xi măng
Pooc Lăng (PCA)
*
để tính toán chiều dày mặt đường bê tông. Phương pháp này
dựa trên công thức của Piket là công thức nửa thực nghiệm, tìm được trên cơ sở
các số liệu về sự làm việc thực tế của mặt đường và kết quả thực nghiệm ở bang
Arlinhton (Mỹ). Công thức Piket vẫn được sử dụng tham số bán kính độ cứng của
tấm bê tông của Oetterogat với mô hình hệ số nền Vincle.
Ngoài việc sử dụng lời giải bài toán tấm trên nền đàn hồi, người ta còn dùng

lời giải bài toán tính toán nhiều lớp và lý thuyết đàn hồi để xác định ứng suất và
19
chuyển vị (độ võng) ở khu vực giữa tấm bê tông mặt đường. Các phương pháp
của Buaromitsto (Burmister) (Mỹ), Kogan (Liên Xô), phương pháp toán đồ của
Giuphoroy – Basole (Jeuffroy – Bachelez), chương trình tính toán mặt đường
ALIZE3 của Pháp đã giải quyết vấn đề tính kết cấu mặt đường BTXM theo
phương pháp này. Ưu điểm của phương pháp trên là có thể tính toán ứng suất và
chuyển vị của tấm bê tông và trong các lớp móng của kết cấu mặt đường.
Như vậy, cùng với sự phát triển của quy mô xây dựng, phương pháp tính toán
mặt đường BTXM đã không ngừng phát triển. Hiện nay, trên thế giới đang tồn tại
hàng chục phương pháp tính toán, thiết kế khác nhau, thậm chí trong một số nước
cũng đang sử dụng vài phương pháp tính toán thiết kế khác nhau.
Thông qua các tài liệu của Hội nghị Quốc tế trong những năm gần đây về
đường ô tô và sách, tạp chí đã được công bố liên quan đến tính toán thiết kế cấu
tạo mặt đường BTXM, có thể rút ra những kết luận tương đối thống nhất như sau:
- Chiều dày tấm BTXM trên các trục đường ô tô thường vào khoảng
22÷25cm, gần đây một số nước như Pháp, Anh đã dùng các tấm bê tông dày
25÷28cm không có cốt thép và không đặt thanh truyền lực trong các khe dãn.
Việc xuất hiện loại kết cấu này chứng tỏ xu hướng đơn giải hóa kết cấu mặt
đường để có thể sử dụng máy đổ bê tông ván khuôn trượt.
- Phần lớn các nước đều dùng bê tông mác cao, với cường độ chịu uốn
R
u
=45÷55KG/cm
2
để làm mặt đường
- Loại kết cấu phổ biến nhất hiện nay là mặt đường BTXM không có cốt
thép nhưng có bố trí thanh truyền lực ở các khe. Hiện có xu hướng giảm khoảng
cách giữa các khe co xuống còn 5m, tăng đường kính thanh truyền lực lên đến
25÷30mm, tăng diện tích giữa các khe dãn lên 100÷200m, thậm chí bỏ khe dãn.

- Một số nước sử dụng rộng rãi mặt đường BTCT liên tục vì loại mặt đường
này bằng phẳng và chịu tải cao.
- Các kết cấu mặt đường BTXM hiện đại thường có tầng móng dày nhiều
lớp làm bằng các vật liệu khác nhau (hỗn hợp cát, sỏi, bê tông nghèo) với tổng
chiều dày tư 15 đến 60cm hoặc dày hơn tùy theo điều kiện địa phương. Thường
thì lớp móng dưới tấm mặt đường bê tông được làm bằng cát hoặc cấp phối đá gia
có xi măng, bê tông nghèo để đảm bảo khả năng ổn định lâu dài dưới tác dụng
20
của tải trong trùng phục, vừa bảo đảm cho ô tô vận chuyển phục vụ thi công, cho
các máy đổ bê tông vận hành thi công.
- Các đường trục BTXM hiện đại phải có độ bằng phẳng cao và độ nhám tốt,
ở nhiều nước đã đề ra yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường như sau: Khe hở
giữa mặt đường và kích thước kiểm tra dài 3m, không được lớn hơn 3mm. Để
đảm bảo an toàn cho xe chạy trên đường cao tốc, thường phải tạo các rãnh ngang
để tăng độ nhám của mặt đường. Chiều sâu của các rãnh này sau 3 năm khai thác
không được mòn hơn 1mm.
- Đề tăng khả năng chống mài mòn các mặt đường, ở nhiều nước đã có xu
hướng tăng cường độ bê tông (dùng bê tông M500) – cốt liệu bê tông phải sạch
có cường độ cao và có thành phần cấp phối tốt (thường chia thành 3-4 nhóm hạt
để đảm bảo thành phần cấp phối). Nhiều nước đã sử dụng các chất phụ gia và các
phương pháp khác nhau để tăng cường độ và độ ổn định của bê tông.
- Gần đây, ở các nước công nghiệp phát triển, người ta sử dụng rộng rãi loại
máy đổ bê tông có ván trượt chạy trên bánh xích, có hệ thống kiểm tra tự động,
năng suất cao, do đó đẩy nhanh được tốc độ thi công (v ≥ 2km/ca), mà vẫn đảm
bảo chất lượng.
- Nhiều nước đã áp dụng kỹ thuật là khe hiện đại: dùng mà xẻ khe có gắn đĩa
dao kim cương nhân tạo để xẻ khe trong bê tông mới đông cứng và dùng vật liệu
polime để làm chất chèn khe. Với kỹ thuật hiện đại hiện nay người ta đã làm được
các khe rộng 2÷4mm, do đó tăng độ bằng phẳng của mặt đường lên rất nhiều.
Về kỹ thuật bảo dưỡng hiện phổ biến loại vật liệu tạo màng, phun thành một

màng mỏng bọc kín mặt đường bê tông làm chậm sự bốc hơi trong bê tông, thay
cho kỹ thuật bảo dưỡng bằng cách tưới ẩm vẫn dùng trước đây.
1.2 Khái quát tình hình xây dựng mặt đường BTXM ở nước ta:
Mặt đường BTXM được xây dựng ở nước ta từ trước năm 1945 cho một số
sân bay và vài đoạn đường ô tô các tấm có kích thước nhỏ (khoảng 2x2m, dày từ
15÷18cm) bằng bê tông mác thấp (150÷200) thi công theo phương pháp thủ công
kỹ thuật đơn giản. Tuy vậy, thời gian sử dụng những loại đường này cũng được
trên 20÷30 năm, như đoạn đường BTXM dài 100m trên Quốc lộ 1A thuộc địa
phận Kỳ Anh (Nghệ Tĩnh) cho đến năm 70 vẫn còn tồn tại.
21
Từ năm 1954-1975, ở Miền Bắc chúng ta tiếp tục khôi phục cải tạo và làm
mới một số sân bay và đường ô tô bằng BTXM, như sân bay Nội Bài, đường ô tô
ở thị trấn Xuân Hòa (Hà Nội), đường Hùng Vương và quảng trường Ba Đình (Hà
Nội), Bằng phương pháp thi công thủ công kết hợp với một số thiết bị cải tiến,
chúng ta đã có thể thi công các mặt đường BTXM, kể cả mặt đường BTCT hiện
đại, đảm bảo chất lượng; ở Miền Nam, Mỹ cũng sử dụng làm một số sân bay và
vài đoạn đường ô tô bằng BTXM
Từ năm 1975 đến nay, vì phải tập trung xi măng cho các như cầu khôi phục
kinh tế và xây dựng nhà ở nên loại mặt đường BTXM vẫn chưa được phát triển.
Hiện nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, mật độ xe trên đường ngày
càng tăng, trọng lượng xe cơ giới ngày càng nặng, khả năng sản xuất bê tông
trông nước ngày càng dồi dào Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng rộng rãi mặt
đường BTXM vào xây dựng đường ở nước ta là một vấn đề quan trong và cấp
thiết.
Trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam với lượng mưa lớn, nhiệt độ khí hậu về
mùa hè khá cao, bức xạ mặt trời khá mạnh, chế độ thủy nhiệt của nền mặt đường
ở một số nơi lại thường bất lợi là những nhân tố anh hưởng không tốt đến cường
độ và ổn định của mặt đường nhựa. Vì vậy, muốn cải tạo mặt đường ở nước ta,
cần phải chú ý đẩy mạnh việc xây dựng mặt đường BTXM
Việc xây dựng mặt đường BTXM ở nước ta có những thuận lợi như sau:

- Tận dụng được vật liệu tại chỗ: cát, sỏi, sạn vốn rất sẵn ở trong các sông
suối vùng núi và trung du.
- Có thể thi công bằng phương pháp thủ công kết hợp cơ giới hoặc cũng có
thể thi công hoàn toàn bằng thủ công với các đường địa phương.
- Thích hợp với điều kiện khí hậu nước ta, thời gian sử dụng lâu và hầu như
không phải bảo dưỡng trong quá trình khai thác.
1.3. Khái niệm mặt đường BTXM:
Là loại mặt đường cứng chịu uốn. Hỗn hợp BTXM có cốt liệu là đá (theo một
thành phần cấp phối nhất định), cát vàng, nước và phụ gia được phối hợp theo
một tỷ lệ nhất định.
22
1.4. Cấu tạo chung của mặt đường BTXM:
1.4.1 Cấu tạo mặt đường BTXM:
Hình 1.1. Cấu tạo mặt đường BTXM:
1.Tấm BTXM; 2.Lớp làm bằng mặt; 3. Lớp móng;
4. Lớp móng phụ; 5. Nền đất
1.4.1.1 Tấm bê tông: là bộ phận chủ yếu của mặt đường BTXM, tấm bê tông
có thể là bê tông không cốt thép, BTCT, BTCT dự ứng lực…
+ Chiều dày tấm BTXM do tính toán thiết kế quyết định, thông thường có
chiều dày từ 18 – 24cm, với đường cấp cao hoặc đường sân bay 24 – 40cm.
+ Độ dốc ngang của mặt đường BTXM thường là 1.5 – 2%.
+ Tấm bê tông thường có cấu tạo chiều dày không đổi, cũng có khi chiều
dày tấm thay đổi, hai bên mép được tăng cường làm dày hơn ở giữa, tuy nhiên
điều này khó khăn cho thi công vi vậy không nên dùng.
+ Tại vi trí góc tấm là vị trí yếu nhất, có thể tăng cường bằng cách bố trí
các thanh thép ở góc tấm.
1.4.1.2 Lớp ngăn cách: có thể làm bằng các vật liệu sau:
+ Làm bằng giấy dầu: Tác dụng chủ yếu của lớp giấy dầu là ngăn không
cho móng cát hút nước của tấm bê tông khi tấm bê tông mới đổ và làm giảm ma
23

sát của tấm bê tông với đáy móng, làm cho tấm bê tông có thể duy chuyển khi
nhiệt độ thay đổi mà không gây nứt bề mặt.
+ Làm bằng cát trộn nhựa dày 2 – 5cm (thường dùng nhựa lỏng từ 2 – 4%
theo khối lượng hoặc nhũ tương từ 4 – 8% theo khối lượng). Lớp cát trộn nhựa
được làm khi các lớp móng là đá dăm, đá dăm gia cố xi măng, đất gia cố… Nó
có tác dụng tạo phẳng và làm giảm ma sát của tấm bê tông với dáy móng. Nếu
không có cát trộn nhựa có thể làm bằng cát thiên nhiên (tốt nhất là cát mịn) để tạo
phẳng sau đó trải giấy dầu lên.
1.4.1.3 Lớp móng:
+ Thường bằng đất gia cố, cát gia cố xi măng, cấp phối đá dăm, cấp phối
đá dăm gia cố xi măng, bê tông nghèo hoặc đá dăm.
+ Hiện chỉ làm lớp móng cát trên các đường có ít xe chạy và xe tải trọng
nhẹ.
1.4.2 Cấu tạo khe nối mặt đường BTXM:
1.4.2.1 Tác dụng khe nối:
Khi có sự thay đổi của nhiệt độ, trong tấm bê tông sẽ xuất hiện ứng suất nhiệt
do tấm bê tông co, giãn. Để giảm bớt ứng suất này, không cho tấm bê tông xuất
hiện các đường nứt, cần phải chia tấm BT thành nhiều tấm riêng rẽ bằng các khe
nối dọc và ngang.
Các khe nối này có mục đích cụ thể như sau:
+ Bảo đảm khả năng biến dạng bình thường của tấm bê tông (co, dãn, uốn
vồng) do sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm.
+ Giảm bớt các vết nứt xuất hiện trong tấm bê tông do sự bất lợi về chế độ
thủy nhiệt của nền đường gây ra.
+ Bảo đảm sự tiếp xúc bình thường giữa các tấm bê tông khi không thể thi
công cùng thời điểm
Có 03 loại khe nối trong mặt đường BTXM: khe co, khe dãn và khe nối dọc.
24
Hình 1.2. Sơ đồ bố trí khe co, dãn và khe dọc.
Chú ý: Để truyền lực giữa các tấm, tránh vỡ cạnh và mép tấm, phải bố trí

thanh truyền lực bằng thép trơn, đường kính Ф = 18 – 24 mm, chiều dài 40 – 60
cm, một đầu quét nhựa lỏng hoặc nhủ tương để có thể chuyển vị tự do.
Hình 1.3. Khi không có thanh truyền lực.
Hình 1.4. Khi có thanh truyền lực
25