NGHIÊN cứu một số yếu tố ẢNH HƯỞNG đến BIẾN DẠNG lún vệt BÁNH XE có xét đến đặc TÍNH mỏi của bê TÔNG NHỰA CHẶT làm lớp mặt ĐƯỜNG VIỆT NAM (full)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÙI NGỌC HƯNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
BIẾN DẠNG LÚN VỆT BÁNH XE CÓ XÉT ĐẾN
ĐẶC TÍNH MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT LÀM LỚP
MẶT ĐƯỜNG VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2016


ii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

Bùi Ngọc Hưng

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
BIẾN DẠNG LÚN VỆT BÁNH XE CÓ XÉT ĐẾN
ĐẶC TÍNH MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT LÀM LỚP

MẶT ĐƯỜNG VIỆT NAM
Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông
Mã số

: 62.58.02.05

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Vũ Đức Chính
GS. TS. Dương Học Hải

Hà Nội, 2016


iii

LỜI CẢM ƠN

Được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy hướng dẫn, sự ủng hộ của Viện Khoa
học và Công nghệ GTVT, sự giúp đỡ của thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, người thân, với sự
nỗ lực của bản thân, luận án “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng lún vệt
bánh xe có xét đến đặc tính mỏi của bê tông nhựa chặt làm lớp mặt đường Việt Nam” của
tôi – Nghiên cứu sinh Bùi Ngọc Hưng đã hoàn thành.
Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học và Công
nghệ GTVT, các đơn vi ̣ trực thuộc Viện Khoa học và Công nghệ GTVT: Phòng thí nghiệm
Trọng điểm Đường bộ I, Viện chuyên ngành Đường bộ và Sân bay, Phòng Tổ chức – Hành
chính, Phòng Khoa học Công nghệ, Tiêu chuẩn và Hợp tác quốc tế đã tạo mọi điều kiện
giúp đỡ.
Bằng những tình cảm chân thành nhất, tác giả vô cùng cảm ơn, GS.TS. Dương Học

Hải, PGS.TS. Vũ Đức Chính, hai người Thầy đã định hướng, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,
động viên tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cảm ơn TS. Trần Ngọc Huy, TS. Nguyễn
Quang Phúc đã cung cấp thêm nhiều thông tin, tài liệu thiết thực và cung cấ p cho tôi nhiều
kiến thức chuyên môn liên quan.
Chân thành cảm ơn các thầy, cô và đồng nghiệp tại Bộ môn Đường bộ, Bộ môn Vật
liệu Xây dựng - Trường Đại học Giao thông Vận tải đã giúp đỡ, chỉ bảo cho tôi các kiến
thức chuyên môn, góp phần không nhỏ để tôi hoàn thành luận án.
Cảm ơn gia đình và bạn bè, những người thân luôn ở bên tôi, ủng hộ và khích lệ tôi
hoàn thành luận án tiến sỹ này.
Trân trọng.
Nghiên cứu sinh Bùi Ngọc Hưng


iv

MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. xiv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................ xvi
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
1. Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1
2. Tính cầ n thiế t của luâ ̣n án......................................................................................... 1
3. Đố i tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu ............................................................................ 2
4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2
5. Nô ̣i dung nghiên cứu ................................................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu .............................................. 2
7. Cấu trúc của luận án .................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG
NHỰA CHẶT ...................................................................................................................... 4

1.1. Sự cầ n thiế t nghiên cứu lún vêṭ bánh xe và nứt mỏi của bê tông nhựa ............ 4
1.2. Lún vêṭ bánh xe ...................................................................................................... 4
1.2.1. Khái niê ̣m về lún vệt bánh xe ............................................................................. 4
1.2.2. Các da ̣ng lún vệt bánh xe.................................................................................... 5
1.2.2.1. Lún vệt bánh xe do BTN bi ̣chảy dẻo - Instability Rutting (Plastic Flow) . 5
1.2.2.2. Lún vệt bánh xe do kết cấu - Structural Rutting ......................................... 7
1.2.2.3. Lún vệt bánh xe lớp mặt BTN- Surface/Wear Rutting ............................... 7
1.2.3. Các phương pháp thí nghiệm lún vệt bánh xe .................................................... 8
1.2.3.1. Các phương pháp thí nghiê ̣m theo Nhóm 1 ................................................ 8
1.2.3.2. Các phương pháp thí nghiê ̣m theo Nhóm 2 .............................................. 12
1.2.4. Các phương pháp dự báo lún vệt bánh xe ........................................................ 14
1.2.4.1. Phương pháp đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường thông qua tiêu chuẩn
LVBX ..................................................................................................................... 14
1.2.4.2. Phương pháp thiế t kế cơ học - thực nghiệm ............................................. 15
1.2.4.3. Phương pháp của chương trình nghiên cứu chiến lược đường ô tô SHRP 16
1.2.4.4. Phương pháp của Shell sử dụng tiện ích SPDM ....................................... 16


v

1.2.5. Các phương pháp xác định lún vệt hằn bánh xe ngoài hiện trường ................. 17
1.2.5.1. Phương pháp đo đạc mặt cắt ngang mặt đường (Transverse Surface Profile)
................................................................................................................................ 17
1.2.5.2. Phương pháp sử dụng thước đo theo ASTM E1703/E1703M .................. 17
1.2.5.3. Phương pháp sử dụng thiết bị laser để đo lún vệt hằn bánh xe ................. 17
1.3. Nứt do mỏi ............................................................................................................ 17
1.3.1. Khái niê ̣m ......................................................................................................... 17
1.3.2. Phương pháp thí nghiê ̣m mỏi BTN theo mô hin
̀ h uố n dầ m 4 điể m ................. 18
1.3.2.1. Bản chấ t của phương pháp thí nghiê ̣m mỏi uố n dầ m 4 điể m.................... 19

1.3.2.2. Nhiê ̣t đô ̣ thí nghiê ̣m mỏi ........................................................................... 20
1.3.2.3. Tầ n số tải thí nghiê ̣m mỏi.......................................................................... 21
1.3.2.4. Chế độ thí nghiệm mỏi .............................................................................. 22
1.3.3. Phương pháp dự báo tuổ i tho ̣ mỏi của bê tông nhựa ........................................ 22
1.4. Các yế u tố ảnh hưởng đế n lún vệt bánh xe và nứt mỏi của bê tông nhựa ...... 23
1.4.1. Ảnh hưởng của các yế u tố liên quan đế n BTN ................................................ 23
1.4.1.1. Ảnh hưởng của nhựa đường ...................................................................... 23
1.4.1.2. Ảnh hưởng của cố t liê ̣u ............................................................................. 25
1.4.1.3. Ảnh hưởng của hỗn hơ ̣p BTN ................................................................... 27
1.4.2. Ảnh hưởng của lưu lươ ̣ng xe, tải tro ̣ng xe, tố c đô ̣ dòng xe, nhiê ̣t đô ̣ môi trường
.................................................................................................................................... 30
1.4.2.1. Ảnh hưởng của lưu lươ ̣ng xe..................................................................... 30
1.4.2.2. Ảnh hưởng của tải tro ̣ng tru ̣c xe................................................................ 30
1.4.2.3. Ảnh hưởng của áp suấ t hơi bánh xe .......................................................... 31
1.4.2.4. Ảnh hưởng của tố c đô ̣ dòng xe ................................................................. 32
1.4.2.5. Ảnh hưởng của nhiê ̣t đô ̣............................................................................ 32
1.4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố khác........................................................................ 33
1.4.3.1. Kế t cấ u áo đường ...................................................................................... 33
1.4.3.2. Chất lượng vật liệu, thiết kế hỗn hợp và thi công bê tông nhựa ............... 33
1.5. Các kết quả nghiên cứu liên quan đế n lún vệt bánh xe và nứt mỏi của bê tông
nhựa ....................................................................................................................... 34
1.5.1. Trên thế giới ..................................................................................................... 34
1.5.2. Tại Việt Nam .................................................................................................... 35


vi

1.5.2.1. Tiêu chuẩn kỹ thuâ ̣t, văn bản pháp quy .................................................... 35
1.5.2.2. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ ..................................................... 36
1.5.2.3. Luâ ̣n án tiế n sỹ .......................................................................................... 37

1.6. Những vấn đề tồn tại cần giải quyết trong luận án ........................................... 38
1.6.1. Về ảnh hưởng của mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” đế n lún vệt bánh xe .......... 38
1.6.1.1. Phân tích .................................................................................................... 38
1.6.1.2. Lựa cho ̣n .................................................................................................... 39
1.6.2. Về nguyên nhân gây lún vệt bánh xe của mă ̣t đường bê tông nhựa xảy ra trong
những năm gầ n đây..................................................................................................... 39
1.6.2.1. Phân tích .................................................................................................... 39
1.6.2.2. Lựa cho ̣n .................................................................................................... 39
1.6.3. Về ảnh hưởng liên quan đến đồng thời lún vệt bánh xe và độ bền mỏi của bê
tông nhựa .................................................................................................................... 39
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG LÚN VỆT BÁNH XE QUA
KẾT QUẢ KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG ...................................................................... 41
2.1. Mục đích và nội dung khảo sát hiện trường ...................................................... 41
2.1.1. Mu ̣c đić h ........................................................................................................... 41
2.1.2. Nội dung khảo sát hiện trường ......................................................................... 41
2.2. Kết quả khảo sát hiện trường lún vệt bánh xe tại một số dự án ..................... 43
2.3. Tổng hợp các kết quả khảo sát, thí nghiệm, kiểm định trong dự án có hư hỏng
lún vệt bánh xe...................................................................................................... 45
2.3.1. Nội dung khảo sát phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường
.................................................................................................................................... 45
2.3.2. Nhận xét, đánh giá kết quả khảo sát, thu thập số liệu về lưu lượng, tải trọng, tính
toán kết cấu mặt đường và nhiệt độ tại một số dự án ................................................. 46
2.3.2.1. Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 01 .................................................. 46
2.3.2.2. Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 02 .................................................. 47
2.3.2.3. Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 03 .................................................. 48
2.3.2.4. Dự án xây dựng Quốc lộ 3 cũ, đoạn số 04 ................................................ 49
2.3.3. Nhận xét, đánh giá kết quả kiểm định các lớp kết cấu mặt đường tại nhiều dự án
.................................................................................................................................... 50
2.3.3.1. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu về chiều dày và dính bám ...... 50
2.3.3.2. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý trên mẫu chế bị

................................................................................................................................ 50


vii

2.3.3.3. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý trên mẫu khoan
................................................................................................................................ 53
2.3.3.4. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu về thành phần hạt và hàm lượng
nhựa ........................................................................................................................ 54
2.3.3.5. Các mẫu cấp phối đá dăm móng trên và móng dưới không đạt yêu cầu về
chiều dầy, thành phần hạt và độ chặt đầm nén ....................................................... 55
2.4. Phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng lún vệt bánh xe tại một số dự án điển
hình ........................................................................................................................ 56
2.4.1. Phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường mềm .................... 56
2.4.2. Thiếu chiều dầy các lớp kết cấu áo đường và dính bám kém .......................... 56
2.4.3. Chất lượng thi công các lớp kết cấu áo đường tại các vị trí kiểm tra không đảm
bảo yêu cầu kỹ thuật ................................................................................................... 56
2.4.4. Lưu lượng và tải trọng trục xe .......................................................................... 56
2.4.4.1. Lưu lượng xe ............................................................................................. 56
2.4.4.2. Tải trọng trục xe ........................................................................................ 57
2.4.4.3. Lựa chọn mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc) .................................................. 57
2.4.5. Nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường khu vực khảo sát .......................... 57
2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................................ 57
2.5.1. Qua kế t quả khảo sát......................................................................................... 57
2.5.2. Đánh giá, đề xuất và hướng nghiên cứu thực nghiệm trong phòng ................. 58
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI
CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT ĐIỂN HÌNH................................................................. 59
3.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trong phòng .......................... 59
3.1.1. Mục đích ........................................................................................................... 59
3.1.2. Các nội dung nghiên cứu thực nghiệm ............................................................. 59

3.1.3. Phân tích lựa chọn thông số đầu vào ................................................................ 60
3.1.3.1. Lựa cho ̣n cấ p phố i theo mức đô ̣”thô” và thiế t kế cấ p phố i theo đường cong
chữ S ....................................................................................................................... 60
3.1.3.2. Lựa cho ̣n vâ ̣t liê ̣u ....................................................................................... 60
3.1.3.3. Lựa chọn độ rỗng dư bê tông nhựa để thí nghiệm lún vệt bánh xe và độ bền
mỏi .......................................................................................................................... 61
3.1.3.4. Phân tích, đánh giá tương quan giữa chỉ tiêu lún vệt bánh xe và độ bền mỏi
của bê tông nhựa .................................................................................................... 62
3.2. Lựa chọn thiết bị và các thông số thí nghiệm .................................................... 62


viii

3.2.1. Thí nghiệm lún vệt bánh xe .............................................................................. 62
3.2.1.1. Thiết bị sử dụng......................................................................................... 62
3.2.1.2. Thông số thí nghiệm.................................................................................. 63
3.2.2. Thí nghiệm độ bền mỏi..................................................................................... 63
3.2.2.1. Thiết bị sử dụng......................................................................................... 63
3.2.2.2. Luận chứng lựa chọn các thông số thí nghiệm ......................................... 63
3.3. Thiết kế thực nghiệm ........................................................................................... 66
3.3.1. Hàm mục tiêu ................................................................................................... 66
3.3.2. Biến phụ thuộc .................................................................................................. 66
3.3.3. Biến độc lập ...................................................................................................... 66
3.3.4. Số lượng mẫu thí nghiệm độ bền mỏi kiểm chứng .......................................... 67
3.4. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu phục vụ công tác thiết kế bê tông
nhựa ....................................................................................................................... 68
3.4.1. Cốt liệu (đá) ...................................................................................................... 68
3.4.2. Cát nghiền (cốt liệu mịn) .................................................................................. 68
3.4.3. Bột khoáng ........................................................................................................ 69
3.4.4. Nhựa đường ...................................................................................................... 69

3.5. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa ...................................................... 69
3.5.1. Hỗn hợp cố t liê ̣u cho bê tông nhựa BTNC 12,5 ............................................... 69
3.5.2. Hỗn hợp bê tông nhựa BTNC 19...................................................................... 73
3.6. Thí nghiệm lún vệt bánh xe ................................................................................. 78
3.6.1. Đúc mẫu thí nghiệm ......................................................................................... 78
3.6.2. Thí nghiệm lún vệt bánh xe .............................................................................. 79
3.7. Thí nghiệm độ bền mỏi ........................................................................................ 79
3.7.1. Chế bị mẫu thí nghiệm ..................................................................................... 79
3.7.2. Thí nghiệm độ bền mỏi..................................................................................... 80
3.8. Tổng hợp kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe và độ bền mỏi .......................... 81
3.8.1. Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe .................................................................. 81
3.8.1.1. Bê tông nhựa BTNC 12,5 .......................................................................... 81
3.8.1.2. Bê tông nhựa BTNC 19 ............................................................................. 82
3.8.2. Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi ........................................................................ 84
3.8.2.1. Bê tông nhựa BTNC 12,5 .......................................................................... 84


ix

3.8.2.2. Bê tông nhựa BTNC 19 ............................................................................. 85
3.9. Kiểm chứng các giả thuyết tương quan giữa biến độc lập và biến phụ thuộc
thông qua phân tích phương sai (ANOVA) và theo mô hình tuyến tính tổng
quát (GLM) ........................................................................................................... 86
3.9.1. Cơ sở lý thuyết.................................................................................................. 86
3.9.2. Tổng hợp số liệu thí nghiệm ............................................................................. 87
3.9.3. Kết quả phân tích thông kê ............................................................................... 88
3.9.3.1. Lún vệt bánh xe tại 15000 lượt tác dụng tải .............................................. 89
3.9.3.2. Lún vệt bánh xe tại 20000 lượt tác dụng tải .............................................. 91
3.9.3.3. Lún vệt bánh xe tại 40000 lượt tác dụng tải .............................................. 93
3.10. Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm ............................................................. 95

3.10.1. Ảnh hưởng của nguồn gốc đá dăm đến khả năng kháng lún vệt bánh xe và độ
bền mỏi của bê tông nhựa ........................................................................................... 95
3.10.1.1. Khả năng kháng lún vệt bánh xe ............................................................. 95
3.10.1.2. Độ bền mỏi .............................................................................................. 97
3.10.2. Ảnh hưởng của mức độ thô cấ p phố i cố t liê ̣u đến khả năng kháng lún vệt bánh
xe và độ bền mỏi của bê tông nhựa ........................................................................... 99
3.10.2.1. Khả năng kháng lún vệt bánh xe ............................................................. 99
3.10.2.2. Độ bền mỏi ............................................................................................ 100
3.10.3. Ảnh hưởng của loa ̣i nhựa đường đến khả năng kháng lún vệt bánh xe và độ bền
mỏi của bê tông nhựa................................................................................................ 101
3.10.3.1. Khả năng kháng lún vệt bánh xe ........................................................... 101
3.10.3.2. Độ bền mỏi ............................................................................................ 101
3.10.4. Mối tương quan giữa chỉ tiêu lún vệt bánh xe và độ bền mỏi của bê tông nhựa
sử dụng nhựa đường 60/70 ....................................................................................... 102
3.10.4.1. Bê tông nhựa BTNC 12,5...................................................................... 102
3.10.4.2. Bê tông nhựa BTNC 19 ......................................................................... 103
3.11. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 103
CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM THIỂU LÚN VỆT BÁNH
XE VÀ TĂNG ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT .................................. 106
4.1. Đề xuất các giải pháp trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa nhằm giảm thiểu
lún vệt bánh xe và tăng độ bền mỏi .................................................................. 106
4.1.1. Cấp phối cốt liệu ............................................................................................. 106
4.1.2. Kết cấu mặt đường ......................................................................................... 107


x

4.1.3. Nhựa đường (bitum) ....................................................................................... 107
4.1.4. Chỉ tiêu độ bền mỏi ........................................................................................ 107
4.1.5. Tương quan giữa lún vệt bánh xe và độ bền mỏi ........................................... 108

4.1.6. Hoàn thiện và bổ sung một số chỉ tiêu thí nghiệm khi thiết kế bê tông nhựa 108
4.2. Đề xuất điều chỉnh chỉ tiêu qui định thí nghiệm trong phòng về độ sâu lún vệt
bánh xe của bê tông nhựa .................................................................................. 109
4.3. Đề xuất tuổi thọ mỏi thực tế từ các kết quả thí nghiệm trong phòng ........... 113
4.3.1. Lựa chọn phương pháp dự báo tuổi thọ mỏi thực tế ...................................... 113
4.3.2. Đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế qua kết quả thí nghiệm mỏi trong phòng ....... 115
4.3.3. Đề xuất lựa chọn độ bền mỏi trong phòng của BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường
60/70 ......................................................................................................................... 118
4.4. Kết luận chương 4 .............................................................................................. 119
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 121
A. Kết luận, những đóng góp mới của luận án ........................................................ 121
B. Những tồn tại, hạn chế .......................................................................................... 122
C. Kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................. 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. a
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .............................. f
1. Bài báo khoa học ......................................................................................................... f
2. Đề tài nghiên cứu khoa học ........................................................................................ f


xi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học
của PGS. TS. Vũ Đức Chính và GS. TS. Dương Học Hải. Các số liệu và kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bấ t kỳ các công trình nào khác.

Tác giả luận án

Bùi Ngọc Hưng

xii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BTN

Bê tông nhựa

BTNC

Bê tông nhựa chặt

CPĐD

Cấp phối đá dăm

LVBX

Lún vệt bánh xe

4PBT

Four Point Bending Tests (thí nghiệm uốn dầm 4 điểm)

AASHTO

American Association of State Highways and Transportation Officials
(Hiệp hội những người làm đường và vận tải toàn nước Mỹ)

AI

Asphalt Institute (Viện asphalt)

ASTM

American Society of Testing Materials (Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Mỹ)

LCPC

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Phòng thí nghiệm trung
tâm Đường và Cầu)

M-E

Mechanical - Empirical (Cơ học - thực nghiệm)

M-E PDG

Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (Hướng dẫn thiết kế mặt
đường theo Cơ học thực nghiệm)

NCAT

NCHRP

SHRP

The National Center for Asphalt Technology (Trung tâm công nghệ

Asphalt)
National Cooperative Highway Research Program (Chương trình hợp
tác nghiên cứu đường)
Strategic Highway Research Program (chương trình nghiên cứu Chiến
lược đường bộ)

SPDM

Shell Pavement Design Manual (hướng dẫn thiết kế mặt đường Shell)

ESAL

Equivalent Single Axle Load (Tải trọng trục đơn tương đương)

SuperPave

Superior Performing Asphalt Pavement System

SGC

Superpave Gyratorry Compacter (Thiết bị đầm xoay Superpave)

SST

Superpave Shear Test (Thí nghiệm cắt Superpave)

IDT

Indirect Tensile Test (Thí nghiệm kéo gián tiếp)

RDW

Độ sâu lún vệt bánh xe



Biến dạng tương đối (µ/m), biến dạng tương đối gọi tắt là “biến dạng”
m/m ~ microstrain, viết tắt là µ

µ


xiii

DS

Dynamic Stability (Độ ổn định động)



Cường độ kháng cắt của bê tông nhựa

C

Là lực dính của bê tông nhựa



Ứng suất pháp tuyến trong bê tông nhựa



Góc nội ma sát trong bê tông nhựa

Teff (FC)

Nhiệt độ sử dụng cho thí nghiệm độ bền mỏi

MAPT

Nhiệt độ mặt đường trung bình năm

VBE

Hàm lươ ̣ng nhựa có hiê ̣u

AFT

Chiề u dày màng nhựa biể u kiế n

FB

Tỷ lê ̣ bô ̣t/Hàm lươ ̣ng nhựa có hiê ̣u

VFA

Voids Filled with Asphalt (Độ rỗng lấp đầy nhựa)

VMA

Voids in the Mineral Aggregate (Độ rỗng cốt liệu)

Vb

Hàm lượng nhựa tính theo thể tích hỗn hợp

Va

Volume of Air Voids (Độ rỗng dư)

VCA

Voids of Coarse Aggregate (Độ rỗng của cốt liệu thô)

CAA

Coarse Aggregate Angularity (Độ góc cạnh của cốt liệu thô)

G*

Mô đun phức của nhựa đường

δ

Góc pha của nhựa đường

HWTD
(HWT)

Hamburg Wheel Tracking Device (Thiết bị thí nghiệm vệt bánh xe

Hamburg)

APA

Asphalt Pavement Analyzer (Thiết bị phân tích mặt đường Asphalt)

NAT

Nottingham Asphalt Tester (Thiết bị thí nghiệm Asphalt Nottingham)

Eyc

Mô đun đàn hồi yêu cầu

Ntt

Số lượng trục xe tính toán trên làn xe


xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Giới ha ̣n độ sâu LVBX theo phương pháp Hamburg Wheel-Tracking [31] .... 10
Bảng 1-2: Qui định độ sâu LVBX ứng với cấ p lưu lươ ̣ng theo phương pháp APA [31] .. 12
Bảng 1-3: Các hệ số hồi quy theo mô hình phá hoại LVBX [36] ...................................... 15
Bảng 1-4: Xác định tần số tải thông qua vận tốc xe và chiều dài vùng phân bố tải [7] .... 21
Bảng 1-5: Các hệ số hồi quy theo mô hình phá hoại mỏi [36] .......................................... 23
Bảng 1-6: Các yếu tố ảnh hưởng đến LVBX và mỏi của của BTN [31] ........................... 24
Bảng 1-7: Chỉ tiêu đánh giá khả năng kháng LVBX và kháng mỏi của nhựa đường qua thí

nghiê ̣m DSR [44] ............................................................................................................... 25
Bảng 1-8: Mức đầ m nén hỗn hơ ̣p BTN tương ứng với mức lưu lươ ̣ng giao thông [44] ... 28
Bảng 1-9: Lựa cho ̣n mác nhựa PG mức lưu lươ ̣ng xe và tố c đô ̣ dòng xe [49] .................. 32
Bảng 1-10: Quy đinh
̣ cấ p phố i thô theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1] .................................... 35
Bảng 1-11: Quy định kỹ thuật về độ sâu LVBX theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4] ............. 36
Bảng 2-1: Kết quả khảo sát thực trạng hư hỏng LVBX tại một số dự án [20] .................. 43
Bảng 3-1: Quy định kỹ thuật Tổ hợp các lớp nghiên cứu kết cấu ...................................... 66
Bảng 3-2: Số mẫu thí nghiệm đánh giá tương quan giữa chiều sâu LVBX với nguồn gốc đá
dăm, loại BTN, cấp phối cốt liệu và loại nhựa.................................................................... 67
Bảng 3-3: Số lượng mẫu thí nghiệm độ bền mỏi kiểm chứng tương ứng với các mẫu thí
nghiệm LVBX của BTNC 19 và BTNC 12,5 ..................................................................... 67
Bảng 3-4: Thành phần hạt của cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 ........................................ 69
Bảng 3-5: Các chỉ tiêu thiết kế của hỗn hợp BTNC 12,5 ................................................... 72
Bảng 3-6: Thành phần hạt của cấp phối thí nghiệm BTNC 19 ........................................... 74
Bảng 3-7: Các chỉ tiêu thiết kế của hỗn hợp BTNC 19 ...................................................... 77
Bảng 3-8: Các thông số khi đúc mẫu trên thiết bị đầm lăn ................................................. 78
Bảng 3-9: Kết quả thí nghiệm LVBX của 03 loại BTNC 12,5, đá dăm gốc bazan ............ 81
Bảng 3-10: Kết quả thí nghiệm LVBX của 03 loại BTNC 12,5, đá dăm gốc đá vôi ......... 82
Bảng 3-11: Kết quả thí nghiệm LVBX của 03 loại BTNC 19, đá dăm gốc bazan ............. 82
Bảng 3-12: Kết quả thí nghiệm LVBX của 03 loại BTNC 19, đá dăm gốc đá vôi ............ 83
Bảng 3-13: Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của 03 loại BTNC 12,5, đá dăm gốc bazan ... 84
Bảng 3-14: Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của 03 loại BTNC 12,5, đá dăm gốc đá vôi .. 84


xv

Bảng 3-15: Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của 03 loại BTNC 19, đá dăm gốc bazan ...... 85
Bảng 3-16: Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của 03 loại BTNC 19, đá dăm gốc đá vôi ..... 86
Bảng 3-17: Bảng tổng quát phân tích ANOVA .................................................................. 86

Bảng 3-18: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm đưa vào phân tích thống kê ....................... 87
Bảng 3-19: Xử lý thống kê theo mô hình GLM .................................................................. 88
Bảng 3-20: Kết quả chi tiết phân tích sai số tập mẫu LVBX tại 15000 lượt tác dụng ....... 89
Bảng 3-21: Kết quả chi tiết phân tích sai số tập mẫu LVBX tại 20000 lượt tác dụng ....... 91
Bảng 3-22: Kết quả chi tiết phân tích sai số tập mẫu LVBX tại 40000 lượt tác dụng ....... 93
Bảng 4-1: Phổ độ sâu LVBX và độ sâu LVBX tích lũy của BTNC 12,5 và BTNC 19, nhựa
đường 60/70 ...................................................................................................................... 109
Bảng 4-2: Đề xuất quy định kỹ thuật độ sâu LVBX thử nghiệm theo phương pháp A .... 112
Bảng 4-3: Mô đun đàn hồi của hỗn hợp bê tông nhựa, MPa [55] , [56] .......................... 114
Bảng 4-4: Tính toán tuổi thọ mỏi thực tế Nf của BTNC 12,5 ........................................... 116


xvi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Hư hỏng LVBX điển hình trên mă ̣t đường BTN tại dự án Đại lộ Đông Tây....... 4
Hình 1-2: Lún vệt bánh xe chảy dẻo lớp bê tông nhựa [27] ................................................ 5
Hình 1-3: Cơ chế hiǹ h thành LVBX trong lớp BTN [28] .................................................... 6
Hình 1-4: Lún vệt bánh xe kết cấu [27] ............................................................................... 7
Hình 1-5: Lún vệt bánh xe lớp mặt bê tông nhựa

[27] ..................................................... 8

Hình 1-6: Thiết bị ALT để đánh giá LVBX và các chỉ tiêu cường đô ̣ mặt đường [29] ...... 9
Hình 1-7: Một dạng thiết bị Hamburg Wheel-Tracking điể n hiǹ h tại Viện KH&CN GTVT
............................................................................................................................................. 10
Hình 1-8: Hư hỏng nứt mỏi mặt đường BTN điển hình trên Quốc lộ 5 ............................. 18
Hình 1-9: Thiết bị thí nghiệm mỏi uốn dầm 4 điểm điển hình [42] ................................... 19
Hình 1-10: Biểu đồ thí nghiệm mỏi S – N của BTN [31] .................................................. 20

Hình 1-11: Mô hình tính tần số tải thí nghiệm [7] ............................................................. 21
Hình 1-12: Quan hệ giữa số lần tác dụng của tải trọng với LVBX [45] ............................ 30
Hình 1-13: Ảnh hưởng của tải tro ̣ng tru ̣c xe đế n LVBX [46] ............................................ 31
Hình 1-14: Ảnh hưởng của áp suấ t hơi bánh xe đế n LVBX [46] ...................................... 31
Hình 1-15: Ảnh hưởng của tố c đô ̣ dòng xe đế n LVBX [46] ............................................. 32
Hình 2-1: Khảo sát hư hỏng LVBX tại Quốc lộ 1A [20] ................................................... 42
Hình 2-2: Khảo sát tải trọng trục xe tại Quốc lộ 1 [20] ..................................................... 42
Hình 2-3: Công tác thí nghiệm, kiểm định trên một số dự án hư hỏng LVBX [20] .......... 42
Hình 2-4: Hư hỏng LVBX tại Quốc lộ 1A, đoạn số 01 [7]................................................. 44
Hình 2-5: Hư hỏng LVBX tại Quốc lộ 1A, đoạn số 02 [7]................................................. 44
Hình 2-6: Hư hỏng LVBX tại Quốc lộ 1A, đoạn số 03 [7]................................................. 44
Hình 2-7: Hư hỏng LVBX tại QL3 cũ, đoạn số 04 [7] ....................................................... 44
Hình 2-8: Kiểm tra mặt cắt ngang đường để xác định phạm vi LVBX .............................. 45
Hình 2-9: Vẽ mặt cắt ngang mặt đường để xác định biến dạng LVBX .............................. 45
Hình 2-10: Nhiệt độ trung bình và cao nhất trong tháng tại trạm Ninh Bình [20] ............ 47
Hình 2-11: Nhiệt độ trung bình và cao nhất trong tháng tại trạm Thanh Hóa [20] ........... 48
Hình 2-12: Tỷ lệ mẫu BTN không đạt yêu cầu về chiều dày và dính bám ......................... 50


xvii

Hình 2-13: Tỷ lệ mẫu BTN không đạt yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý trên mẫu chế bị ............. 51
Hình 2-14: Biểu đồ thống kê độ ổn định và độ dẻo Marshall của BTN lớp trên ................ 51
Hình 2-15: Biểu đồ thống kê độ ổn định và độ dẻo Marshall của BTN lớp dưới ............... 52
Hình 2-16: Biểu đồ thống kê độ rỗng dư của BTN lớp trên ............................................... 52
Hình 2-17: Biểu đồ thống kê độ rỗng dư của BTN lớp dưới .............................................. 53
Hình 2-18: Biểu đồ thống kê tỷ lệ độ rỗng dư không đạt yêu cầu ...................................... 53
Hình 2-19: Tỷ lệ mẫu BTN không đạt yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý trên mẫu khoan............. 54
Hình 2-20: Tỷ lệ mẫu BTN không đạt yêu cầu về thành phần hạt và hàm lượng nhựa ..... 54
Hình 2-21: Biểu đồ thống kê tỉ lệ mẫu BTN lớp trên có thành phần hạt không thỏa mãn yêu

cầu theo từng cỡ sàng .......................................................................................................... 55
Hình 2-22: Biểu đồ thống kê tỉ lệ mẫu BTN lớp dưới có thành phần hạt không thỏa mãn yêu
cầu theo từng cỡ sàng .......................................................................................................... 55
Hình 3-1: Mô hình tải trọng đề nghị nghiên cứu ứng suất - biến dạng ............................... 65
Hình 3-2: Các điểm nghiên cứu ứng suất, biến dạng .......................................................... 65
Hình 3-3: Đá dăm dùng cho thí nghiệm của đề tài nghiên cứu .......................................... 68
Hình 3-4: Thành phần hạt của 03 loại cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 ............................ 70
Hình 3-5: Thành phần hạt cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 – (1) ...................................... 71
Hình 3-6: Thành phần hạt cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 – (2) ...................................... 71
Hình 3-7: Thành phần hạt cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 – (3) ...................................... 72
Hình 3-8: Thành phần hạt của 03 loại cấp phối thí nghiệm BTNC 19 ............................... 75
Hình 3-9: Thành phần hạt cấp phối thí nghiệm BTNC 19 – (4) ......................................... 75
Hình 3-10: Thành phần hạt cấp phối thí nghiệm BTNC 19 – (5) ....................................... 76
Hình 3-11: Thành phần hạt cấp phối thí nghiệm BTNC 19 – (6) ....................................... 76
Hình 3-12: Quá trình đúc mẫu cho thí nghiệm LVBX ....................................................... 78
Hình 3-13: Thực hiện thí nghiệm LVBX tại Viện Khoa học và Công nghệ GTVT........... 79
Hình 3-14: Gia công mẫu thí nghiệm độ bền mỏi............................................................... 80
Hình 3-15: Thực hiện thí nghiệm độ bền mỏi tại Trường Đại học GTVT ......................... 80
Hình 3-16: Biểu đồ phân tích sai số tập mẫu LVBX tại 15000 lượt tác dụng .................... 89
Hình 3-17: Các biến ảnh hưởng chính tại 15000 lượt tác dụng .......................................... 90
Hình 3-18: Các ảnh hưởng tương tác tại 15000 lượt tác dụng ............................................ 90
Hình 3-19: Biểu đồ phân tích sai số tập mẫu LVBX tại 20000 lượt tác dụng .................... 91


xviii

Hình 3-20: Các biến ảnh hưởng chính tại 20000 lượt tác dụng .......................................... 92
Hình 3-21: Các ảnh hưởng tương tác tại 20000 lượt tác dụng ............................................ 92
Hình 3-22: Biểu đồ phân tích sai số tập mẫu LVBX tại 40000 lượt tác dụng .................... 93
Hình 3-23: Các biến ảnh hưởng chính tại 40000 lượt tác dụng .......................................... 94

Hình 3-24: Các ảnh hưởng tương tác tại 40000 lượt tác dụng ............................................ 94
Hình 3-25: Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và
PMBIII cho 02 loại đá dăm gốc bazan và đá vôi - Ứng với 15000 lần tác dụng tải cho nhựa
60/70, 40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII .................................................. 95
Hình 3-26: Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và
PMBIII cho 02 loại đá dăm gốc bazan và đá vôi - Ứng với 20000 lần tác dụng tải cho nhựa
60/70, 40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII .................................................. 96
Hình 3-27: Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 19 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và PMBIII
cho 02 loại đá dăm gốc bazan và đá vôi - Ứng với 15000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70,
40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII ............................................................. 96
Hình 3-28: Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 19 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và PMBIII
cho 02 loại đá dăm gốc bazan và đá vôi - Ứng với 20000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70,
40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII ............................................................. 97
Hình 3-29: Kết quả thí nghiệm Độ bền mỏi của BTNC 12,5 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và
PMBIII cho 02 loại đá dăm gốc bazan và đá vôi ................................................................ 98
Hình 3-30: Kết quả thí nghiệm Độ bền mỏi của BTNC 19 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và
PMBIII cho 02 loại đá dăm gốc bazan và đá vôi ................................................................ 98
Hình 3-31: So sánh kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 với 3 loại nhựa
60/70, 40/50 và PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan và đá vôi - Ứng với 15000 lần tác dụng
tải cho nhựa 60/70, 40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII ............................. 99
Hình 3-32: So sánh kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 với 3 loại nhựa
60/70, 40/50 và PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan và đá vôi - Ứng với 20000 lần tác dụng
tải cho nhựa 60/70, 40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII ........................... 100
Hình 3-33: So sánh kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của BTNC 12,5 và BTNC 19 với 3 loại
nhựa 60/70, 40/50 và PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan và đá vôi ................................ 101
Hình 3-34: Quan hệ giữa LVBX và độ bền mỏi của BTNC 12,5, nhựa đường 60/70, đá bazan
và đá vôi ............................................................................................................................ 102
Hình 3-35: Quan hệ giữa LVBX và độ bền mỏi của BTNC 19, nhựa đường 60/70, đá bazan
và đá vôi ............................................................................................................................ 103
Hình 4-1: Biểu đồ Histogram của độ sâu LVBX và tần suất ............................................ 111

Hình 4-2: Biểu đồ tích lũy độ sâu LVBX ......................................................................... 111


xix

Hình 4-3: Biểu đồ phổ giá trị độ sâu LVBX ..................................................................... 112
Hình 4-4: Mô hình tính toán các lớp của kết cấu mặt đường mềm [55] .......................... 114
Hình 4-5: Ảnh hưởng của độ rỗng dư và thể tích nhựa tới tuổi thọ mỏi của BTN [55] .. 115
Hình 4-6: Quan hệ giữa độ bền mỏi trong phòng và tuổi thọ mỏi thực tế BTNC 12,5- đá
bazan.................................................................................................................................. 117
Hình 4-7: Quan hệ giữa độ bền mỏi trong phòng và tuổi thọ mỏi thực tế BTNC 12,5- đá vôi
........................................................................................................................................... 117


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong những năm gầ n đây, hiê ̣n tươ ̣ng lún vệt bánh xe (LVBX) xuấ t hiê ̣n nhiề u ta ̣i các
tuyế n quố c lô ̣, các tuyến đường có qui mô giao thông lớn gây mấ t an toàn cho người tham
gia giao thông cũng như gây bức xúc trong dư luâ ̣n xã hô ̣i. Các cơ sở nghiên cứu, đào ta ̣o
trong nước như: Viê ̣n Khoa ho ̣c và Công nghê ̣ GTVT, Trường đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải
và các chuyên gia trong nước trong thời gian qua đã nỗ lực triể n khai các nghiên cứu, đề
xuấ t các giải pháp để khắ c phu ̣c LVBX, tuy nhiên cho đế n nay LVBX vẫn xuấ t hiê ̣n tại
nhiều tuyến đường, thậm chí ngay sau khi đưa vào khai thác.
Mặt đường bê tông nhựa cần phải được thiết kế sao cho khắc phục được cả LVBX và
nứt do mỏi dưới tác động của tải trọng xe và nhiệt độ môi trường. Nếu thiết kế hỗn hợp
BTN quá thiên về nâng khả năng kháng LVBX thì mặt đường BTN dễ có xu hướng bị nứt
mỏi và ngược lại.
Vì vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu tim

̀ hiể u bản chấ t, các nhân tố ảnh hưởng đế n LVBX, về nứt
mỏi và đề xuấ t giải pháp giảm thiể u LVBX có xem xét đến giảm thiểu nứt mỏi của mă ̣t
đường bê tông nhựa Viê ̣t Nam là cầ n thiế t và mang tin
́ h thời sự.

2. Tính cầ n thiế t của luâ ̣n án
Để đưa ra đươ ̣c các giải pháp khắ c phu ̣c LVBX có xem xét đến giảm thiểu nứt do mỏi
trên các tuyế n đường bô ̣ Viê ̣t Nam, việc nghiên cứu đă ̣c tiń h LVBX có xem xét đến đặc tính
mỏi trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên thế giới, từ đó đánh giá đươ ̣c nguyên nhân gây hư
hỏng LVBX cũng như giảm thiểu nứt do mỏi đã xảy ra trên nhiề u đoa ̣n tuyế n Quố c lô ̣ nước
ta hiê ̣n nay và đề xuất giải pháp vừa giảm thiểu LVBX cũng như tăng độ bền mỏi là cần
thiết.
Quyết định số 858/QĐ–BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT “Hướng dẫn áp dụng hệ
thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi
công mặt đường BTN nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn” (QĐ
858/QĐ-BGTVT) [1] đang đươ ̣c áp du ̣ng phổ biế n ở nước ta. QĐ 858/QĐ-BGTVT đã đưa
ra quy đinh
̣ rõ về “cấ p phố i thô” (nhiề u đá dăm), “cấ p phố i min”
̣ (ít đá dăm) và áp du ̣ng
“cấ p phố i thô” cho mặt đường bê tông nhựa (BTN) có quy mô giao thông lớn; quy đinh
̣ về
thiế t kế cấ p phố i cố t liê ̣u theo đường cong chữ S nhằ m giảm thiể u LVBX. Tuy nhiên không
it́ nhà thầ u xây dựng la ̣m du ̣ng quy đinh
̣ này, sử du ̣ng cấ p phố i quá “thô” cho BTN dẫn đế n
không ít đoa ̣n đường BTN có hiê ̣n tươ ̣ng phân bố cố t liê ̣u không đồ ng đề u, quá it́ nhựa
đường, dẫn đế n mă ̣t đường dễ bi,̣ bong tróc, thấ m nước, nứt mỏi làm suy giảm tuổ i tho ̣. Vì
vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu đánh giá mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” cho BTN, qua đó khuyế n nghi ̣
“cấ p phố i thô” phù hơ ̣p ứng với loa ̣i cố t liê ̣u, loa ̣i nhựa đường là cầ n thiế t nhằ m đảm bảo
lớp BTN vừa cải thiê ̣n LVBX, vừa cải thiê ̣n sức kháng mỏi để kéo dài tuổ i tho ̣. Để có cơ sở
đưa ra “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p, cầ n thiế t phải thí nghiê ̣m LVBX kế t hơ ̣p với thí nghiê ̣m mỏi

2

trên các tâ ̣p mẫu BTN với cấ p phố i cố t liê ̣u có mức đô ̣ “thô” khác nhau để đưa ra các khuyến
nghị, đề xuất nhằm giảm thiể u hư hỏng LVBX và nứt mỏi mă ̣t đường BTN nước ta.

3. Đố i tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu
Đố i tươ ̣ng nghiên cứu của luâ ̣n án là bê tông nhựa chă ̣t (BTNC) rải nóng.
Pha ̣m vi nghiên cứu của luâ ̣n án bao gồ m nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây LVBX
của BTN trên mô ̣t số tuyế n đường có hư hỏng LVBX; nghiên cứu đề xuấ t “cấ p phố i thô”
phù hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau nhằ m giảm thiể u LVBX và nứt
mỏi mă ̣t đường BTN.

4. Phương pháp nghiên cứu
Luâ ̣n án sử du ̣ng phương pháp nghiên cứu lý thuyế t kế t hơ ̣p với nghiên cứu thực
nghiê ̣m.
Nghiên cứu lý thuyế t dựa trên kế t quả nghiên cứu của thế giới và Viê ̣t Nam trong
những năm gầ n đây liên quan đế n LVBX, nứt mỏi của BTN làm cơ sở tìm ra các nguyên
nhân gây LVBX nước ta; nghiên cứu phương pháp và lựa cho ̣n thiế t bi ̣thí nghiê ̣m LVBX,
thí nghiê ̣m mỏi áp du ̣ng cho nghiên cứu thực nghiê ̣m.
Nghiên cứu thực nghiê ̣m đươ ̣c tiế n hành trên các tổ mẫu BTN (BTNC 12,5; BTNC 19
với các loa ̣i “cấ p phố i thô” khác nhau, các loa ̣i nhựa đường khác nhau (nhựa đường 40/50,
60/70, PMBIII) qua quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m, qua thí nghiê ̣m LVBX, thí nghiê ̣m mỏi với các
tổ mẫu BTN để đưa ra khuyế n nghi ̣về “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN.

5. Nô ̣i dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về LVBX, nứt mỏi của BTN và các nhân tố ảnh hưởng.
- Nghiên cứu phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng LVBX trên một số tuyến đường
bộ Việt Nam hiện nay qua kết quả khảo sát hiện trường ta ̣i một số dự án điển hình có hư

hỏng LVBX .
- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng để đánh giá mức đô ̣ “thô” của cấ p phố i cố t liê ̣u
ảnh hưởng đế n LVBX, có xem xét đế n đô ̣ bề n mỏi cho BTNC 12,5, BTNC 19 sử du ̣ng nhựa
đường 40/50, 60/70, PMB III.
- Nghiên cứu đề xuấ t mô ̣t số nô ̣i dung cầ n thiế t cho BTN để cải thiê ̣n khả năng kháng
LVBX, kháng mỏi của BTN.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
- Kết quả nghiên cứu lý thuyế t về LVBX, nứt mỏi của BTN; các nhân tố ảnh hưởng
đế n LVBX, nứt mỏi; các giải pháp giảm thiể u LVBX, nứt mỏi trên cơ sở tổ ng kế t các kế t
quả nghiên cứu của thế giới trong những năm gầ n đây là tài liê ̣u tham khảo cho các kỹ sư
đường bô ̣, nâng cao kiế n thức áp du ̣ng trong thực tiễn nhằ m giảm thiể u hư hỏng LVBX.
- Kế t quả nghiên cứu thực nghiê ̣m đưa ra khuyế n nghi về
̣ mức độ thô của cấp phối cốt
liệu phù hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau (nhựa đường 40/50; nhựa


3

đường 60/70; nhựa đường polime) ta ̣o điề u kiê ̣n cho các nhà thầ u xây dựng đường bộ trong
viê ̣c lựa cho ̣n cấ p phố i phù hợp cho BTN nhằm ha ̣n chế cả LVBX cũng như nứt mỏi.
- Những đề xuất của đề tài về độ bền mỏi khi thử nghiệm trong phòng với BTNC 12,5
sử dụng nhựa đường 60/70; điều chỉnh qui định chiều sâu LVBX của BTNC 12, 5 và BTNC
19 thiết kế theo hướng dẫn của QĐ 858/QĐ-BGTVT; lựa cho ̣n mức đô ̣ “thô” của “cấ p phố i
thô” với loa ̣i nhựa đường khác nhau (40/50; 60/70 và PMB III) đã đóng góp cho chuyên
ngành về cơ sở thiết kế hỗn hợp BTNC cũng như nâng cao chất lượng xây dựng mặt đường
BTNC nhằm giảm thiểu LVBX và nứt mỏi.

7. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận án bao gồm các chương sau:

- Chương 1: Tổng quan về lún vệt bánh xe và mỏi của bê tông nhựa chặt.
- Chương 2: Phân tích nguyên nhân hư hỏng lún vệt bánh xe qua kết quả khảo sát hiện
trường.
- Chương 3. Nghiên cứu thưc nghiệm về lún vệt bánh xe và mỏi của bê tông nhựa chặt
điển hình.
- Chương 4. Đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu lún vệt bánh xe và tăng độ bền
mỏi của bê tông nhựa chặt.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE
VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT
1.1. Sư ̣ cầ n thiế t nghiên cứu lún vêṭ bánh xe và nứt mỏi của bê tông như ̣a
Mă ̣t đường bê tông nhựa đươ ̣c áp du ̣ng rô ̣ng raĩ trên thế giới cũng như ở Viê ̣t Nam. Để
chiụ đươ ̣c tác đô ̣ng của tải tro ̣ng xe và các yế u tố môi trường trong quá trình khai thác, mă ̣t
đường bê tông nhựa phải đươ ̣c thiế t kế , thi công sao cho có đủ cường đô ̣, độ ổn định trong
suố t thời gian phu ̣c vu ̣.
Các da ̣ng hư hỏng mă ̣t đường bê tông nhựa điể n hin
̀ h phát sinh trong quá triǹ h khai
thác làm ảnh hưởng đế n công năng của mă ̣t đường đươ ̣c thế giới tổ ng kế t bao gồm: lún vê ̣t
bánh xe (LVBX); nứt do mỏi; nứt do nhiê ̣t.
Do điề u kiê ̣n khí hâ ̣u Viê ̣t Nam, nhiê ̣t đô ̣ không khí không quá thấ p vào mùa la ̣nh nên
hư hỏng đă ̣c thù của mă ̣t đường bê tông nhựa Viê ̣t Nam chủ yế u là lún vê ̣t bánh xe (LVBX)
và nứt do mỏi.
Do bê tông nhựa chă ̣t (BTNC) đươ ̣c áp du ̣ng phổ biế n hiê ̣n nay ta ̣i Viê ̣t Nam nên luâ ̣n
án chỉ tâ ̣p trung nghiên cứu về loa ̣i bê tông nhựa này.
Thuâ ̣t ngữ bê tông nhựa (viế t tắ t là BTN) trong luâ ̣n án cũng tương đồ ng với thuâ ̣t ngữ
bê tông nhựa chă ̣t (viế t tắ t là BTNC).

1.2. Lún vêṭ bánh xe
1.2.1. Khái niê ̣m về lún vệt bánh xe
Lún vê ̣t bánh xe (rutting) là hiện tượng bề mặt của mă ̣t cắ t ngang mă ̣t đường BTN
không còn giữ nguyên được hình dạng như thiết kế ban đầu, mă ̣t đường bị lún xuống tại vi ̣
trí vệt bánh xe, và hình thành các vê ̣t lún theo chiề u do ̣c của đường (Hình 1-1).

Hình 1-1: Hư hỏng LVBX điển hình trên mă ̣t đường BTN tại dự án Đại lộ Đông Tây


5

LVBX là hiện tượng tích lũy biến dạng không hồi phục của các lớp BTN mặt đường
do ảnh hưởng của phương tiê ̣n xe lưu thông và nhiê ̣t đô ̣ môi trường gây ra trong quá trình
khai thác.
LVBX là da ̣ng hư hỏng điể n hiǹ h của biến dạng vĩnh cửu (thuật ngữ tiếng Anh go ̣i là
Permanent Deformation). Trong nhiề u trường hơ ̣p, thuâ ̣t ngữ LVBX cũng đồ ng nhấ t với
thuâ ̣t ngữ biế n da ̣ng viñ h cửu [26] .
LVBX là do tổ hơ ̣p của các nguyên nhân: Do dòng xe lưu thông (lưu lươ ̣ng xe, tải
tro ̣ng xe); chấ t lươ ̣ng các lớp kế t cấ u áo đường (BTN mă ̣t đường, móng đường, nề n đường);
điề u kiê ̣n khí hâ ̣u (nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩ m) [26] .
1.2.2. Các da ̣ng lún vệt bánh xe
Có 3 dạng LVBX phổ biến đó là: LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo (Instability Rutting Plastic Flow); LVBX do kết cấu (Structural Rutting); và LVBX ta ̣i lớp mặt BTN
(Surface/Wear Rutting) [27] . Ứng với mỗi da ̣ng LVBX có các nguyên nhân đă ̣c thù đươ ̣c
phân tích dưới đây.
1.2.2.1. Lún vệt bánh xe do BTN bi ̣ chảy dẻo - Instability Rutting (Plastic Flow)
LVBX do BTN bi ̣chảy dẻo là hư hỏng chủ yế u của mă ̣t đường BTN và đươ ̣c thế giới
tâ ̣p trung nghiên cứu nhằ m đưa ra các giải pháp khắ c phu ̣c.
LVBX do BTN bi ̣chảy dẻo có đă ̣c thù sau: biế n da ̣ng (lún) xuấ t hiê ̣n ta ̣i vê ̣t bánh xe
trên phạm vi he ̣p, hình thành các mô dồn (trồ i) BTN dọc 2 bên vệt bánh xe. Điể n hin
̀ h của

LVBX do chảy dẻo BTN đươ ̣c thể hiê ̣n ta ̣i Hình 1-2.

Mặt cắt ngang
ban đầu

Lớp bê tông nhựa
yếu
Nền đường hoặc các lớp phía dưới

Phần mặt bị cắt
trượt

Hình 1-2: Lún vệt bánh xe chảy dẻo lớp bê tông nhựa [27]
Nguyên nhân gây ra LVBX là do BTN bi ̣chảy dẻo, do BTN “yế u”, không đủ cường
độ kháng cắt để chố ng la ̣i ứng suấ t cắ t do tải tro ̣ng bánh xe gây ra trong lớp BTN. Khi đó,
trong lớp BTN xuấ t hiê ̣n mă ̣t cắ t phá hoa ̣i do cắ t (Hình 1-3), dẫn đế n lớp BTN bi ̣ LVBX
[28] .


6
Mặt cắt

Trước khi có tải

Sau khi có tải

Hình 1-3: Cơ chế hình thành LVBX trong lớp BTN [28]
Cường đô ̣ kháng cắ t  của BTN đươ ̣c biể u thi ̣ qua phương trình Mohr – Coulomb,
đươ ̣c xác định theo công thức (1.1) [28] :

τ = C + σ tg

(1.1)

Trong đó:
 : là cường độ kháng cắt của BTN;
C : là lực dính của BTN;
 : là ứng suất pháp tuyến do tải tro ̣ng xe gây ra;
 : là góc nội ma sát trong BTN.
Cường đô ̣ kháng cắ t của BTN phu ̣ thuô ̣c lực dính C, góc nội ma sát φ và ứng suất pháp
tuyến do tải tro ̣ng xe gây ra , trong đó:
- Lực dính C: phu ̣ thuô ̣c chủ yế u vào đă ̣c tính của nhựa đường, đă ̣c tiń h của vữa nhựa
(hỗn hơ ̣p nhựa đường - ha ̣t khoáng min)
̣ trong BTN.
- Góc nô ̣i ma sát φ: phu ̣ thuô ̣c chủ yế u vào đă ̣c tính của cố t liê ̣u (đá dăm, cát) trong
BTN.
- Ứng suấ t : chủ yế u phu ̣ thuô ̣c vào tải tro ̣ng xe, tố c đô ̣ lưu thông của dòng xe.
Những phân tích liên quan đế n ảnh hưởng của C, φ,  đế n cường đô ̣ kháng cắ t của
BTN đươ ̣c chi tiế t ta ̣i mu ̣c 1.4.
LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo thường xảy ra do hỗn hơ ̣p BTN mă ̣t đường không đảm
bảo chấ t lươ ̣ng; hoă ̣c do hỗn BTN đươ ̣c thiế t kế không chiụ đươ ̣c tải tro ̣ng xe nă ̣ng, lưu
lươ ̣ng xe lớn lưu thông; hoă ̣c do hỗn BTN đươ ̣c thiế t kế không phù hơ ̣p với các đoa ̣n đường
có tố c đô ̣ xe lưu thông ha ̣n chế (đoa ̣n đường xe chạy chậm, dừng đỗ, ùn tắ c).
LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo thường xuấ t hiê ̣n vào mùa nóng khi nhiê ̣t đô ̣ mă ̣t đường
cao, và thường xuấ t hiê ̣n sớm ngay sau mô ̣t vài tháng khi thông xe hoă ̣c sau mô ̣t hai năm
đưa đường vào khai thác.
Những kế t quả nghiên cứu trên thế giới chỉ ra rằ ng, LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo chủ
yếu xảy ra trong các lớp BTN với chiề u sâu khoảng 10 cm tính từ bề mặt đường. Các kết
quả nghiên cứu và khảo sát tại Việt Nam cũng cho kết luận tương tự [2] , vì vậy trong khoảng
chiều dày này, cần thiết kế các lớp BTN phù hơ ̣p để khắ c phu ̣c LVBX do BTN bi chảy

dẻo.
̣