THIẾT kế tối ưu nền ĐƯỜNG đắp CHUYÊN đề đất, vật LIỆU xây DỰNG nền ĐƯỜNG

Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

thiÕt kÕ tèi u nÒn ®êng ®¾p
CHUYÊN ĐỀ
ĐẤT, VẬT LIỆU XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG
I. Khái niệm
- Nền đường ôtô là một công trình có tác dụng:
Khắc phục địa hình thiên nhiên nhằm tạo nên một dải đủ rộng dọc theo
tuyến đường có các tiêu chuẩn về bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đáp ứng được điều
kiện chạy xe an toàn, êm thuận và kinh tế.
Làm cơ sở cho áo đường: lớp phía trên của nền đường cùng với áo đường
chịu tác dụng của tải trọng xe do đó có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và tình
trạng khai thác của kết cấu áo đường.
- Cấu tạo chung của nền đường bao gồm các vấn đề xử lý đất để xây dựng
đường và quyết định kích thước hình học các bộ phận của nền đường. Cấu tạo
chung của nền đường phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đối với đường:
+

Nền đường phải đảm bảo luôn luôn ổn định toàn khối;

+

Nền đường phải bảo đảm có đủ cường độ nhất định;

+

Nền đường phải đảm bảo ổn định về cường độ.

- Đất là sản phẩm phong hóa từ đá gốc (đá mác ma, đá trầm tích, đá biến
chất), do đó đất tồn tại rất phổ biến trong thiên nhiên, tồn tại khắp nơi trên mặt vỏ
quả đất. Đất gồm các hạt đất (hạt khoáng vật) tổ hợp thành, giữa các hạt hình

thành lỗ rỗng, trong lỗ rỗng thường chứa nước và khí. Đất có đặc tính rõ rệt là vật
thể rời rạc, phân tán và có nhiều lỗ rỗng, do đó đất có:
+

Tính thấm nước;

+

Tính ép co và nén lún;

+

Tính ma sát và chống cắt;

+

Và có khả năng đầm chặt.

- Đất hình thành trong thiên nhiên rất phức tạp và đa dạng, gồm nhiều loại
khác nhau. Với mục đích xây dựng, các loại đất được đặt tên, sắp xếp và phân loại

Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
1


Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

theo một hệ thống chặt chẽ, logic vừa phù hợp với mục đích xây dựng công trình,
vừa phản ánh đúng thực tế khách quan, đất là sản phẩm lịch sử tự nhiên.
II. Ý nghĩa, tầm quan trọng của việc nghiên cứu chuyên đề

- Đất làm nền đường: đất là vật liệu chủ yếu để xây dựng nền đường. Tính
chất và trạng thái của đất (độ ẩm và độ chặt của đất) ảnh hưởng rất lớn đến cường
độ và mức độ ổn định của nền đường.
+

Về ảnh hưởng của trạng thái đất: Các đặc trưng cường độ (lực dính C, góc

ma sát ϕ) và đặc trưng biến dạng (mô đun đàn hồi E, kG/cm 2) của nền đường nói
chung phụ thuộc vào loại đất, điều kiện chịu tải cũng như độ chặt và độ ẩm của
đất, đặc biệt chúng thay đổi rất nhiều theo trạng thái ẩm của đất nhất là các đất có
tính dính dẻo. Độ ẩm của đất càng lớn thì cường độ của nó càng giảm và đất càng
biến dạng nhiều. Trạng thái ẩm của đất cũng có ảnh hưởng quan trọng đến sự làm
việc của đất dưới tác dụng của tải trọng trùng phục.
CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TOÁN CỦA ĐẤT NỀN TÙY THEO ĐỘ ẨM TƯƠNG ĐỐI
(THEO 22TCN 211-06)
Loại đất

Các chỉ
tiêu

Á sét nhẹ
và và á cát
bụi nặng
Á cát nhẹ
và á cát

Cát mịn
Đất bazan
Tây
Nguyên

W
Wnh

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

46
(60)

42
(57)

40
(53)

34

(50)

29
(46)

25
(42)

21
(40)

20
(38)

ϕ (độ)

27

24

21

18

15

13

12

11,5

c (Mpa)

0,038

0,032

0,028

0,023

0,019

0,015

0,013

0,012

E (Mpa)

48

45

42

37

32

27

23

22

ϕ (độ)

28

26

26

25

25

24

24

23

c (Mpa)

0,024

0,022

0,018

0,014

0,012

0,011

0,010

0,009

E (Mpa)

49

45

42

38

34

32

30

28

ϕ (độ)

30

28

28

27

27

26

26

25

c (Mpa)

0,020

0,018

0,014

0,012

0,011

0,010

0,009

0,008

E (Mpa)
Sét và á sét

Độ ẩm tương đối a =

E (Mpa)
ϕ (độ)
c (Mpa)

40
35
0,005

E (Mpa)

51

44

40

25

23

21

16

ϕ (độ)

17

12

14

8

11

9

7

c (Mpa)

0,036

0,031

0,028

0,024

0,019

0,015

0,011

Ghi chú:
Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
2


Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

1. Đối với đất lẫn sỏi sạn trị số E có thể được lấy theo trị số trong ngoặc ở
hàng đầu tương ứng với đất sét và á sét; còn trị số c, ϕ lấy tương ứng với loại
đất không có sỏi sạn;
2. Các trị số trong bảng là tương ứng với điều kiện độ chặt tối thiểu K=0,95
(đầm nén tiêu chuẩn). Việc tăng, giảm độ chặt được xét đến khi xác định độ ẩm
tính toán. Độ chặt đầm nén k=0,95 tương ứng với trị số độ ẩm tính toán lớn và
nếu k ≥ 0,98 thì được chọn trị số độ ẩm tính toán nhỏ trong phạm vi tương ứng
với loại hình gây ẩm I, II, III (theo 22TCN 211-06).
3. Phân loại đất trong bảng trên sử dụng các tiêu chí như ở dưới đây:
- Sét và á sét là loại đất có chỉ số dẻo từ 12 ÷ 27;
- Á sét nhẹ có chỉ số dẻo từ 7 ÷ 12 và tỷ lệ hạt cát từ 2-0,05mm chiếm trên
40% khối lượng đất khô;
- Á cát bụi nặng là loại có chỉ số dẻo 1 ÷ 7 và tỷ lệ cỡ hạt 2 ÷ 0,05mm chiếm
dưới 20%;

- Á cát nhẹ có chỉ số dẻo 1 ÷ 7 và tỷ lệ cỡ hạt 2 ÷ 0,05mm chiếm trên 50%;
- Á cát là loại có chỉ số dẻo 1 ÷ 7;
- Cát mịn là loại có chỉ số dẻo dưới 1 và cỡ hạt > 0,05 mm chiếm >75%.
Về ảnh hưởng của tính chất đất: chủ yếu là ảnh hưởng của tính chất các hạt
đất, trong đó kích cỡ của hạt đất có ảnh hưởng quan trọng nhất. Cỡ hạt đất càng
lớn thì đất có cường độ càng cao; tính mao dẫn càng thấp; tính thấm, thoát nước
càng tốt; ít hoặc không nở khi gặp nước cũng như ít hoặc không co khi khô.
Những tính chất đó khiến cho loại đất chứa nhiều cỡ hạt lớn có tính ổn định nước
tốt tuy nhiên nó lại có nhược điểm là tính dính, tính dẻo kém. Cõ hạt đất càng nhỏ
thì các tính chất nói trên sẽ hoàn toàn ngược lại.
+

PHÂN LOẠI HẠT ĐẤT THEO KÍCH CỠ
Tên hạt

Kích cỡ hạt (mm)

Cuội
Sỏi:

Cát:

100-40
rất to

40-20

To

20-10

vừa

10-4

Bé

4-2

To

2-1

vừa

1-0,5

Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
3


Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

Tên hạt

Kích cỡ hạt (mm)
nhỏ

0,5-0,25

rất nhỏ (mịn)

0,25-0,05

To

0,05-0,01

nhỏ

0,01-0,005

Sét

<0,005

Bụi

Tính chất và độ bền của đất xây dựng ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến
chất lượng và quy mô công trình, do đó nghiên cứu đất xây dựng là vấn đề trọng
yếu, có quan hệ mật thiết đến kinh tế - kỹ thuật của công trình nói chung và nền
đường ôtô nói riêng.
III. Các loại đất sử dụng xây dựng nền đường
- Do ảnh hưởng của kích cỡ hạt đất đối với việc sử dụng đất để xây dựng
nền đường và mặt đường là rõ rệt và rất quan trọng nên trong xây dựng đường
cũng thường dựa theo thành phần hạt để phân loại đất.
PHÂN LOẠI CÁT
Loại cát

Tỷ lệ hạt theo kích cỡ

(% khối lượng)

Chỉ số
dẻo

Khả năng sử dụng để xây
dựng nền đường

Cát sỏi

Hạt >2mm chiếm 25-50%

<1

Rất thích hợp nhưng phải
có lớp bọc mái taluy

Cát to

Hạt >0,5mm chiếm >50%

<1

thích hợp nhưng phải có
lớp bọc mái taluy

Cát vừa

Hạt >0,25mm chiếm >50%

<1

thích hợp nhưng phải có
lớp bọc mái taluy

Cát nhỏ

Hạt >0,10mm chiếm >75%

<1

thích hợp nhưng phải có
lớp bọc mái taluy

Cát bụi

Hạt >0,05mm chiếm >75%

<1

Ít thích hợp

PHÂN LOẠI ĐẤT DÍNH
Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
4


Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

Tỷ lệ hạt cát (2-0,05mm) có

trong đất (% khối lượng)

Chỉ số
dẻo

Khả năng sử dụng để
xây dựng nền đường

Á cát nhẹ, hạt
to

> 50

1-7

Rất thích hợp

Á cát nhẹ

> 50

1-7

Thích hợp

Á cát bụi

20-50

1-7

Ít thích hợp

Á cát bụi nặng

< 20

1-7

Không thích hợp

Á sét nhẹ

> 40

7-12

Thích hợp

Á sét nhẹ bụi

< 40

7-12

Ít thích hợp

Á sét nặng

> 40

12-17

Thích hợp

Á sét nặng bụi

< 40

12-17

Ít thích hợp

Sét nhẹ

> 40

17-27

Thích hợp

Sét bụi

Không quy định

17-27

Ít thích hợp

Sét béo

Không quy định

> 27

Không thích hợp

Loại đất

- Ở nước ta hiện nay, đất xây dựng được chính thức phân loại theo Tiêu
chuẩn Việt nam TCVN 5747-1993. Các loại đất có thể sử dụng để đắp nền đường
cho trong bảng sau:
Loại đất

Tỷ lệ hạt cát (2-0.05mm)
theo % khối lượng

Chỉ số dẻo

Khả năng sử dụng

Á cát nhẹ, hạt to

>50%

1-7

Rất thích hợp

Á cát nhẹ

>50%

1-7

Thích hợp

Á sét nhẹ

>40%

7-12

Thích hợp

Á sét nặng

>40%

12-17

Thích hợp

Sét nhẹ

>40%

17-27

Thích hợp

- Không được dùng đất có các tính chất sau để đắp nền đường (các loại này
gọi là đất không thích hợp):
Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
5


Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

Đất có lẫn các rễ cây, nền cỏ, tạp chất hữu cơ, các mẩu gỗ vụn.
Đất có hợp chất hữu cơ cao như: than bùn, rác.
Các loại đất có giới hạn chảy WL > 80% và chỉ số dẻo Ip > 55%.
Đất nhạy cảm với độ trương nở, có trị số trương nở lớn hơn 1,25.
Đất có chứa chất hoá học.
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.
- Nếu dùng đất cát làm nền đường thì nền đường có cường độ cao và ổn
định nước tốt (hệ số ma sát trong của cát tương đối lớn, tính thấm thoát nước tốt
và mao dẫn kém). Nhưng đất cát rời rạc, không dính nên phải có lớp đất dính bọc
xung quanh (lề và taluy) để giữ cho nền đường không bị phá hoại vì gió, mưa xói,
súc vật đi lại phá hoại... cũng có thể dùng cách trộn thêm sét vào cát để làm lớp
bọc đó. Vì những ưu điểm của nó nên đặc biệt thường dùng để đắp nền đường quá
lầy, qua vùng đất yếu (sét bão hòa nước), thay thế các chỗ nền yếu cục bộ (như
hiện tượng hố cao su trong nền đường cũ).
- Đất sét vì hạt rất nhỏ nên tính chất hoàn toàn ngược lại với cát: khi đã
thấm ướt thì khó khô; thể tích dễ thay đổi theo trạng thái khô, ẩm (nở, co); chiều
cao mao dẫn lại lớn do đó tính ổn định nước của đất sét kém. Đất sét khi khô lại
rất cứng, khó đập vỡ và làm nhỏ, khi ướt lại nhão nên dễ phát sinh hiện tượng “cao
su” và khó đầm nén chặt. Do đó chỉ nên dùng đất sét đắp nền đường ở những nơi
đắp cao, thoát nước tốt và đặc biệt phải có biện pháp đầm nén chặt. Đất sét nếu

đầm nén chặt thì lại trở nên khó thấm nước (vì các màng nước mỏng đã bọc kín
các hạt sét). Tuy nhiên, thường biện pháp đầm nén chặt đất sẽ đòi hỏi tốn kém
hơn, do đó thường chỉ dùng đất sét nén chặt làm các lớp phòng nước như lớp
phòng nước đắp nền đường tại chỗ có cống, có mố cầu.
- Đất bụi vừa kém dính (không dính như hạt sét) lại vừa ổn định nước kém
(hạt nhỏ khó thoát nước, mao dẫn lớn) nên là loại đất bất lợi nhất đối với yêu cầu
xây dựng nền đường. Đất có hàm lượng bụi lớn thường khi mưa thì nhão nhoét, dễ
xói chảy, khi khô lại quá rời rạc và sinh bụi, chiều cao mao dẫn lại rất lớn
(0,8÷1,5m) ngay cả khi đã đầm nén chặt cường độ cũng rất thấp. Vì thế, các loại
đất chứa càng nhiều hạt bụi thì càng không thích hợp và chỉ nên dùng để xây dựng
các lớp dưới của nền đường (dưới khu vực tác dụng).
Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
6


Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

- Các loại đất hữu cơ, do nguyên nhân hình thành của nó nên thường là loại
đất yếu, thành phần hữu cơ lại hút nước mạnh và giảm độ chặt của đất do đó nên
hết sức tránh sử dụng chúng để xây dựng nền đường.
Tóm lại, cần nắm vững các tính chất đất để tìm cách xử lý, cải thiện nó hoặc
đề xuất các biện pháp cấu tạo khác (như thoát nước, đắp cao, gia cố...) để khắc
phục các nhược điểm của mỗi loại đất nhằm thỏa mãn các yêu cầu đối với nền
đường một cách tốt nhất.
IV. Kiến nghị
Như trên đã phân tích, vật liệu đất đắp nền đường rất quan trọng, ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng công trình giao thông đường bộ. Bên cạnh đó yếu tố môi
trường, nguồn gây ẩm cho nền đường cũng không kém phần quan trọng. Thực tế,
trong quá trình triển khai thi công, các đơn vị từ Tư vấn thiết kế, Chủ đầu tư, Tư
vấn giám sát và Nhà thầu chưa quan tâm đúng mức và đầy đủ đến các yêu cầu

này. Chẳng hạn, trong quá trình thiết kế, tư vấn không quy định chặt chẽ vật liệu
đất đắp, không khảo sát kỹ nguồn vật liệu và khả năng thoát nước nền đường.
Trước thực trạng trên, là cán bộ bộ phận chuyên thiết kế các công trình giao
thông như em, yêu cầu về thiết kế nền đường luôn được quan tâm trong quá trình
thiết kế lập hồ sơ. Do trong quá trình thiết kế một số công trình đã có những thiết
kế chưa có những nghiên cứu đề xuất phù hợp đã gây ra những thiệt hại lớn cho
công trình xây dựng.
Ví dụ thực tế: theo quy định của 22TCN 211-06, đất nền đường phải được thí
nghiệm thực tế để xác định các thông số (E, C, ϕ) đưa vào kiểm toán kết cấu áo
đường. Bảng B-3 của tiêu chuẩn đưa ra (để tham khảo) các đặc trưng tính toán của
đất nền tùy theo độ ẩm tương đối để tính toán. Theo bảng này, các đặc trưng tính
toán của đất nền phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm tương đối. Tuy nhiên, trong quá
trình thiết kế, đơn vị Tư vấn đã chọn nền đất có Eo = 40Mpa để tính toán kiểm
toán mà không có những yêu cầu về kiểm soát nguồn gây ẩm cho nền đường phù
hợp với đặc thù từng dự án, từng tuyến đường. Có thể nói, trị số này là như nhau
đối với tất cả các loại đất đắp nền đường ở các vùng khác nhau. Có lẽ do yêu cầu
của việc thi công lớp CPĐD, lớp nền phải có mô đun đàn hồi của đất nên tối thiểu
E=40Mpa nên trị số này được đưa vào tính toán. Trước tình trạng “không nghiên
cứu” của đơn vị Tư vấn mà chỉ dùng luôn các trị số khuyến cáo của quy trình, cần
phải có những nghiên cứu cụ thể cho từng loại đất, từng vùng và độ gây ẩm cho
nền đường để lựa chọn trị số cường độ đất nền đưa vào tính toán. Hiện tại quy
Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
7


Tiểu luận môn học: Công nghệ mới trong xây dựng nền đường

trình tính toán có phân ra 3 loại trạng thái ẩm đạt được: Loại I - luôn khô ráo; Loại
II - ẩm vừa; Loại III - quá ẩm. Việc đánh giá mang tính chủ quan này phụ thuộc
vào yếu tố chủ quan nhiều nên thực tế tính toán vẫn bỏ ngỏ, công trình giao thông

thường không kiểm soát được thời gian hư hỏng phải sửa chữa sau khi đầu tư.
Thậm chí nhiều công trình gần đây, sau khi đưa vào khai thác, ngay sau khi hết
hạn bảo hành (thường là 01 năm) đã bắt đầu phát sinh các hư hỏng nặng như ở dự
án cải tạo, nâng cấp Quốc lộ 2 đoạn Đoan Hùng - Thanh Thủy; dự án đầu tư xây
dựng Quốc lộ 1 đoạn tránh Thành phố Huế; dự án cải tạo, nâng cấp Quốc lộ 6
đoạn Hòa Bình - Sơn La, Dự án QL48 Nghệ An.v.v...

Nguyễn Trọng San - Lớp cao học đường ô tô và đường thành phố A – K20-1
8