Nghiên cứu một số thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM đường ô tô bằng phương pháp không phá hủy ở Việt Nam (LA tiến sĩ)

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và chưa được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.

Tác giả

Lƣơng Xuân Chiểu


ii

LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với GS.TSKH Hà Huy
Cương và PGS.TS Lã Văn Chăm đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tác giả với
những chỉ dẫn khoa học có giá trị và thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi,
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án và nâng
cao năng lực khoa học của tác giả.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Giáo sư, Phó giáo sư, Tiến sỹ, các chuyên gia,
các nhà khoa học trong và ngoài Trường Đại học Giao thông Vận tải đã chỉ dẫn và
đóng góp ý kiến để luận án được hoàn thiện.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Trường Đại học Giao
thông Vận tải, Phòng Đào tạo Sau đại học, Bộ môn Đường bộ, Trung tâm Khoa học
Công nghệ Giao thông Vận tải, Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải,
Phòng thí nghiệm Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, Bộ môn Cầu đường Sân bay - Học viện Kỹ thuật Quân sự, Tổng Công ty Cảng hàng không Việt
Nam, Sở Giao thông Vận tải Quảng Ninh đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả hoàn
thành luận án này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao
thông Vận tải và anh em đồng nghiệp trong Trung tâm, đã tạo điều kiện, tận tình giúp
đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, những người thân đã động
viên, khích lệ và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận
án. Tác giả cũng xin dành những lời cám ơn sâu sắc tới vợ và các con của tác giả. Nếu
không có sự động viên, chia sẻ và hy sinh của họ thì chắc chắn tác giả sẽ không hoàn
thành được bản luận án này.
Tác giả

Lƣơng Xuân Chiểu


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ ..........................................................................................viii
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................xiii
CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN ................................... xiv
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM ........................................................ 4
1.1. Khái niệm về chất lƣợng, sức chịu tải của mặt đƣờng ...................................... 4
1.2. Tổng quan về kết cấu mặt đƣờng BTXM .......................................................... 4
1.2.1. Cấu tạo mặt đường BTXM thông thường ........................................................... 4
1.2.2. Về tấm BTXM mặt đường ................................................................................. 6
1.3. Tổng quan về các loại hƣ hỏng kết cầu mặt đƣờng BTXM .............................. 7

1.4. Các thông số đặc trƣng cho khả năng khai thác của kết cấu mặt đƣờng bê
tông xi măng. .............................................................................................................. 8
1.4.1. Nhóm 1: Đánh giá theo kinh nghiệm .................................................................. 8
1.4.2. Nhóm 2: Các thông số dựa trên cơ sở bài toán cơ học ........................................ 8
1.5. Phân tích tổng quan kết quả nghiên cứu ........................................................... 9
1.5.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài .......................................................... 9
1.5.2. Một số nghiên cứu của tác giả trong nước ........................................................ 11
1.6. Phân tích tổng quan ứng dụng phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng
BTXM trên thế giới.................................................................................................. 13
1.6.1. Phương pháp sử dụng tải trọng tĩnh đánh giá sức chịu tải ................................. 13
1.6.2. Phương pháp sử dụng tải trọng động đánh giá sức chịu tải ............................... 14
1.6.3. Phương pháp truyền sóng xác định đặc tính cơ học. ......................................... 17
1.7. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng BTXM hiện đang áp dụng
tại Việt Nam ............................................................................................................. 18
1.7.1. Các quy định pháp lý có liên quan.................................................................... 18


iv
1.7.2. Các thiết bị thí nghiệm gia tải động hiện có tại Việt Nam ................................. 19
1.8. Phân tích lựa chọn vấn đề nghiên cứu ............................................................. 20
1.9. Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................. 22
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU
TẢI MẶT ĐƢỜNG BTXM. .................................................................................... 24
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán mặt đƣờng cứng ...................................................... 24
2.2. Cơ sở lý thuyết thử nghiệm đánh giá sức chịu tải mặt đƣờng BTXM tại hiện
trƣờng. ...................................................................................................................... 28
2.2.1. Các nghiên cứu về chậu võng ........................................................................... 28
2.2.2. Phương pháp xác định hệ số nền theo đặc trưng chậu võng .............................. 29
2.2.3. Xác định mô đun đàn hồi tấm bê tông, cường độ chịu kéo khi uốn tại thời điểm
đánh giá ..................................................................................................................... 30

2.3. Nghiên cứu lý thuyết và nguyên lý của phƣơng pháp truyền sóng ................. 32
2.3.1. Tóm tắt lý thuyết truyền sóng ........................................................................... 32
2.3.2. Các đặc trưng của sự truyền sóng ..................................................................... 32
2.3.3. Các loại sóng.................................................................................................... 33
2.4. Các phƣơng trình cơ bản và phƣơng trình truyền sóng của môi trƣờng đàn
hồi. ............................................................................................................................ 35
2.4.1. Các liên hệ cơ bản của môi trường đàn hồi. ...................................................... 35
2.4.2. Xây dựng các phương trình vi phân cân bằng và các phương trình truyền sóng
theo PPNLCT Gauss. ................................................................................................. 36
2.5. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................. 43
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHÙ HỢP PHỤC VỤ NGHIÊN
CỨU THỰC NGHIỆM ............................................................................................ 45
3.1. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo kiểm tra chiều dày, đánh giá độ đồng nhất của
BTXM-TOTC1......................................................................................................... 45
3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu chế tạo thiết bị................................................................. 45
3.1.2. Nguyên lý hoạt động. ....................................................................................... 46
3.1.3. Thiết kế hệ thiết bị thí nghiệm .......................................................................... 51
3.1.4. Đo đạc thử nghiệm trên mô hình trong phòng thí nghiệm ................................. 52
3.1.5. So sánh đối chứng với thiết bị thương mại ....................................................... 62


v
3.1.6. Đo đạc kiểm tra mặt đường BTXM đường Hồ Chí Minh ................................. 64
3.1.7. Đo đạc kiểm tra mặt đường BTXM đường QL18 Hạ Long – Mông Dương...... 67
3.1.8. Những vấn đề ảnh hưởng đến kết quả đo và phương án xử lý.......................... 69
3.2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo độ cập kênh giữa hai tấm bê tông qua khe nối
TOTC-02 .................................................................................................................. 69
3.2.1. Mục tiêu chế tạo ............................................................................................... 69
3.2.2. Nguyên lý cấu tạo của thiết bị .......................................................................... 70
3.3. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng TOTC-03 ........................................ 71

3.3.1. Mục tiêu chế tạo ............................................................................................... 71
3.3.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ...................................................................... 72
3.3.3. Chế tạo dụng cụ đo biến dạng sử dụng cảm biến điện trở ................................ 74
3.3.4. Đo đạc thử nghiệm trên mẫu thử trong phòng thí nghiệm ................................. 76
3.4. Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................. 77
CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM HOÀN THIỆN PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ
CÁC THAM SỐ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM ............. 80
4.1. Thử nghiệm xây dựng tƣơng quan giữa mô đun đàn hồi và cƣờng độ chịu kéo
khi uốn...................................................................................................................... 80
4.2. Nghiên cứu đo đạc thực nghiệm trên mô hình tấm mặt đƣờng tại phòng thí
nghiệm ...................................................................................................................... 87
4.2.1. Mục đích của thí nghiệm .................................................................................. 87
4.2.2. Các công thức sử dụng tính toán ...................................................................... 87
4.2.3. Mô hình thử nghiệm ......................................................................................... 89
4.2.4. Kết quả thí nghiệm ........................................................................................... 91
4.2.5. Tính toán xử lý kết quả đo ............................................................................. 93
4.3. Thiết kế thử nghiệm đánh giá sức chịu tải của mặt đƣờng BTXM đoạn đƣờng
tại trƣờng Đại học Giao thông Vận tải ................................................................... 94
4.3.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 95
4.3.2. Thiết kế thực nghiệm: Thiết kế kết cấu, thiết kế thí nghiệm và hệ thống đo đạc
đánh giá ..................................................................................................................... 95
4.3.3. Thiết bị đo đạc chính đã sử dụng .................................................................... 103
4.3.4. Phân tích kết quả đo ....................................................................................... 108


vi
4.3.5. Các kết quả thu được sau khi đo đạc xử lý ..................................................... 111
4.3.6. Xác định tải thí nghiệm phù hợp với kết cấu mặt đường ................................. 119
4.4. Nghiên cứu thực nghiệm tại đƣờng nội bộ - Nhà xƣởng Hangar A76 .......... 121
4.4.1. Bố trí sơ đồ đo biến dạng ............................................................................... 122

4.4.2. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................... 123
4.4.3 Kết quả thí nghiệm FWD tại đường nội bộ nhà xưởng Hangar A76 ................ 124
4.4.4. Phân tích ngược xác định mô đun lớp............................................................. 124
4.4.5. Kết quả thực nghiệm đo biến dạng dưới đáy tấm ............................................ 125
4.4.6. Xác định ứng suất – biến dạng tại đáy tấm BTXM bằng phần mềm EverFE 2.25
................................................................................................................................ 125
4.4.7. Biến dạng tại đáy tấm BTXM ........................................................................ 126
4.5. Nghiên cứu đánh giá khả năng truyền tải trọng giữa các tấm BTXM ......... 126
4.5.1. Những lỗi thường gặp khi thi công khe nối .................................................... 127
4.5.2. Phương pháp đánh giá chất lượng khe nối ...................................................... 128
4.5.3. Trình tự đo đạc đánh giá................................................................................. 133
4.6. Nghiên cứu thực nghiệm mặt đƣờng BTXM tại dự án QL18 đoạn Hạ Long –
Mông Dƣơng. ......................................................................................................... 133
4.6.1. Kết cấu áo đường BTXM đoạn Hạ Long – Mông Dương ............................... 133
4.6.2. Thí nghiệm đo chậu võng ............................................................................... 134
4.6.3.Xử lý kết quả đo chậu võng. ............................................................................ 135
4.6.4. Tính toán xác định các đặc trưng cường độ của mặt đường BTXM ................ 136
4.7. Đề xuất các bƣớc thực hiện đánh giá mặt đƣờng BTXM.............................. 142
4.8. Kết luận chƣơng 4 ........................................................................................... 144
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 146
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ THAM GIA CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG
BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................................................................ 148
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 149
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT ....................................................................................... 149


vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Bảng giá trị trở kháng âm với các loại vật liệu ........................................... 47

Bảng 3.2. So sánh một số tính năng và ưu nhược điểm của thiết bị ............................ 63
Bảng 3.3. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM đường Hồ Chí Minh ................... 64
Bảng 3.4. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM QL18 Hạ Long – Mông Dương .. 67
Bảng 3.5. Hệ số cảm biến tương ứng với các vật liệu chế tạo ..................................... 73
Bảng 4.1. Cấp phối bê tông sử dụng thử nghiệm (đơn vị tính 1m3) ............................ 83
Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định tương quan R ku và Ebt ..................... 83
Bảng 4.3. Tổng hợp so sánh kết quả giữa 2 công thức thực nghiệm ........................... 85
Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 30 kN. .......................... 91
Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 40 kN. .......................... 91
Bảng 4.6. Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 50 kN. .......................... 92
Bảng 4.7.Tổng hợp kết quả độ võng trung bình các cấp tải trọng tĩnh. ....................... 92
Bảng 4.8. Bảng tổng hợp kết quả đo độ võng động tại thời điểm tải trọng đạt giá trị lớn
nhất............................................................................................................................ 93
Bảng 4.9. Kết quả đo tĩnh được tính toán xử lý .......................................................... 93
Bảng 4.10. Kết quả đo động được tính toán xử lý ...................................................... 93
Bảng 4.11. Mô tả vị trí lắp đặt các đầu đo .................................................................. 98
Bảng 4.12. Kết quả thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông....................... 106
Bảng 4.13. Kết quả xác định chậu võng tại tâm tấm BTXM..................................... 111
Bảng 4.14. Giá trị mô đun điển hình và phạm vi mở ................................................ 113
Bảng 4.15. Hệ số Poisson điển hình và phạm vi mở ................................................. 113
Bảng 4.16. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp................................... 116
Bảng 4.17. Kết quả xác định chậu võng tại tâm tấm BTXM..................................... 124
Bảng 4.18. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp................................... 124
Bảng 4.19. Kết quả đo hệ số truyền tải trọng một số tấm BTXM mặt đường QL18
(đoạn Hạ Long- Mông Dương) ................................................................................ 131
Bảng 4.20. Phân loại đánh giá độ cập kênh .............................................................. 133
Bảng 4.21. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp................................... 138
Bảng 4.22. Kết quả sau tính toán một số tấm điển hình trên QL18 đoạn Hạ LongMông Dương ........................................................................................................... 139

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí khe và phân tấm áo đường BTXM thông thường....................... 5
Hình 1.2. Cấu tạo khe mặt đường BTXM thông thường............................................... 5
Hình 1.3. Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM lề rộng có bố trí ống thoát nước ngầm.... 6
Hình 1.4. Kết cấu mặt đường BTXM thông thường trên đường ôtô ............................. 6
Hình 1.5. Thiết bị thử nghiệm sử dụng tải trọng tĩnh .................................................. 14
Hình 1.6. Thiết bị thí nghiệm Dyaflect ....................................................................... 15
Hình 1.7. Thiết bị Road Rater .................................................................................... 15
Hình 1.8. Thiết bị Rolling Dynamic Deflectometer (RDD) ........................................ 15
Hình 1.9. Thiết bị HWD của hãng Dynatest Group .................................................... 16
Hình 1.10. Thiết bị HWD của hãng KUAB ................................................................ 16
Hình 1.11. Thiết bị FWD của hãng Carl Bro Group ................................................... 16
Hình 1.12. Thiết bị JILS HWD của hãng Foundation Mechanics ............................... 16
Hình 1.13. Thiết bị Radar xuyên đất hãng IDS Georadar ........................................... 17
Hình 1.14. Thiết bị đo dựa trên công nghệ truyền sóng bề mặt ................................... 17
Hình 1.15. Thiết bị IMPact-Echo đo chiều dày, khuyết tật trong tấm BTXM ............. 18
Hình 1.16. Sơ đồ trình tự đo đạc FWD hiện nay đang áp dụng tại Việt Nam .............. 21
Hình 2.1. Mô hình của một vật thể đàn hồi ................................................................ 32
Hình 2.2. Mô phỏng sóng khối ................................................................................... 33
Hình 2.3. Mô phỏng sóng Rayleigh và sóng Love ...................................................... 34
Hình 2.4 Các ứng suất tác dụng lên phân tố bê tông ................................................... 35
Hình 2.5. Lực tác dụng lên phân tố có liên kết (a),phân tố hoàn toàn tự do (b) ........... 37
Hình 2.6. Mô tả ứng dụng truyền sóng trong phương pháp đo FWD .......................... 43
Hình 3.1. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của thiết bị ................................................ 46
Hình 3.2. Nguyên lý phân tích tần số ......................................................................... 47
Hình 3.3. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết tật lớn
trong tấm bê tông ....................................................................................................... 48
Hình 3.4. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết tật nhỏ

trong tấm bê tông ....................................................................................................... 49
Hình 3.5. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định vùng rỗng trong
tấm bê tông ................................................................................................................ 50


ix
Hình 3.6. Sơ đồ khối thiết bị đo TOTC-01 ................................................................. 51
Hình 3.7. Ảnh mẫu và cảm biến đo ............................................................................ 52
Hình 3.8. Mô phỏng dạng sóng vùng không (a) và vùng có (b) khuyết tật.................. 53
Hình 3.9. Mô phỏng truyền sóng không có khuyết tật ................................................ 54
Hình 3.10. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng không khuyết tật .................................. 54
Hình 3.11. Mô phỏng truyền sóng có khuyết tật ......................................................... 56
Hình 3.12. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng có khuyết tật ........................................ 57
Hình 3.13. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc trên mẫu M2D3 ............................................ 57
Hình 3.14. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc trên mẫu M2D3 ............................................ 58
Hình 3.15. Mô tả đo đạc cùng phía với vết nứt........................................................... 59
Hình 3.16. Mô tả đo đạc tác động qua vết nứt ............................................................ 60
Hình 3.17. Mô tả thí nghiệm xác định tương quan vận tốc truyền và cường độ BTXM
.................................................................................................................................. 61
Hình 3.18. Kết quả thí nghiệm trên mẫu khoan M2 .................................................... 61
Hình 3.19. Thiết bị đo đạc chuyên dùng NDE-360 IMPact Echo ............................... 62
Hình 3.20a. Thiết bị NDE-360 IMPact Echo ............................................................. 63
Hình 3.20b. Thiết bị TOTC-01: ................................................................................. 63
Hình 3.21. Thiết bị đo độ cập kênh tấm .................................................................... 70
Hình 3.22. Thiết bị đo độ cập kênh tấm- TOTC-02 .................................................... 70
Hình 3.23. Hiệu chuẩn thiết bị trên thiết bị chuẩn tại phòng thí nghiệm ..................... 71
Hình 3.24. Đo đạc thử nghiệm độ cập kênh giữa hai tấm ........................................... 71
Hình 3.25. (a) Cảm biến dây quấn; (b) cảm biến dùng lưới màng .............................. 72
Hình 3.26. Cách cố định cảm biến trên bề mặt khảo sát ............................................. 73
Hình 3.27. Sơ đồ mạch sử dụng 1 cảm biến ............................................................... 73

Hình 3.28. Sơ đồ mạch sử dụng 1 cảm biến ............................................................... 74
Hình 3.29. Sơ đồ mạch sử dụng 4 cảm biến ............................................................... 74
Hình 3.30. Ảnh gia công thanh kim loại cơ sở để gắn cảm biến điện trở .................... 74
Hình 3.31. Thử không tải các cảm biến đo biến dạng sau khi chế tạo ......................... 75
Hình 3.32. Thử nghiệm cảm biến đặt trong mẫu thử .................................................. 75
Hình 3.33. Sơ đồ khối thiết bị TOTC-03 .................................................................... 75
Hình 3.34. Biểu đồ biến dạng trên mẫu thử khi chưa hiệu chỉnh ................................ 77


x
Hình 3.35. Biểu đồ biến dạng sau khi hiệu chỉnh ....................................................... 77
Hình 4.1. Sơ đồ nội dung thử nghiệm ........................................................................ 80
Hình 4.2. Sơ đồ gá lắp thiết bị đo biến dạng trên mẫu BTXM .................................... 82
Hình 4.3. Biểu đồ tương quan cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi BTXM 84
Hình 4.4. Biểu đồ phần dư để xác định tính chất hợp lý ............................................. 85
Hình 4.5. Thí nghiệm đo độ võng tĩnh trong phòng thí nghiệm .................................. 89
Hình 4.6. Thiết bị gia tải động ................................................................................... 90
Hình 4.7. Sơ đồ khối nghiên cứu thực nghiệm ........................................................... 94
Hình 4.8. Kết cấu thử nghiệm tại trường Đại học Giao thông Vận tải ........................ 96
Hình 4.9. Bố trí điểm đo dao động ............................................................................. 97
Hình 4.10. Bố trí điểm đo nhiệt độ ............................................................................. 97
Hình 4.11. Bố trí điểm đo biến dạng .......................................................................... 97
Hình 4.12. Hình chiếu đứng bố trí các điểm đo .......................................................... 98
Hình 4.13. Thi công, kiểm tra đất nền nguyên thổ, lắp đặt cảm biến đo dao động xác
định chiều sâu ảnh hưởng ........................................................................................ 100
Hình 4.14. Thi công lớp vải ..................................................................................... 100
Hình 4.15. Thi công đầm nén lớp cát ....................................................................... 101
Hình 4.16. Kiểm tra mô đun đàn hồi động của lớp cát nền bằng thiết bị LWD ......... 101
Hình 4.17. Thi công lớp bê tông lớp lót 18cm .......................................................... 101
Hình 4.18. Khoan mẫu kiểm tra bê tông lót.............................................................. 101

Hình 4.19. Kiểm tra khuyết tật, chiều dày bê tông lót bằng thiết bị .......................... 102
Hình 4.20. Lắp đặt thiết bị ....................................................................................... 102
Hình 4.21. Bố trí thanh truyền lực khoảng cách 600mm ......................................... 102
Hình 4.22. Bố trí thanh truyền lực khoảng cách 300mm ......................................... 102
Hình 4.23. Thi công lớp bê tông mặt đường ............................................................ 103
Hình 4.24. Cắt tạo khe giữa các tấm bê tông ........................................................... 103
Hình 4.25. Xung lực tạo ra trong thí nghiệm FWD .................................................. 105
Hình 4.26. Mô hình chậu võng ................................................................................. 105
Hình 4.27. Mô hình phân tích ngược tính mô đun lớp .............................................. 109
Hình 4.28. Biểu đồ kết quả đo chậu võng tại tâm tấm BTXM .................................. 112
Hình 4.29. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm BAKFAA ..................................... 115


xi
Hình 4.30. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp ...................................................... 115
Hình 4.31. Lựa chọn tính chỉ số PCN của phần mềm ............................................... 118
Hình 4.32. Nhập dữ liệu đầu vào gồm chiều dày tấm BTXM, cường độ chịu kéo khi
uốn và hệ số mô đun phản lực nền k. ....................................................................... 119
Hình 4.33. Kết quả đo võng tại tâm tấm BTXM với các lực tác dụng thay đổi ......... 120
Hình 4.34. Kết cấu đường nội bộ Hangar A76 ......................................................... 122
Hình 4.35. Sơ đồ bố trí điểm nghiên cứu thực nghiệm ............................................. 122
Hình 4.36. Sơ đồ bố trí đầu đo biến dạng ................................................................. 123
Hình 4.37. Bố trí, lắp đặt đầu đo biến dạng tại đường nội bộ nhà xưởng Hangar A76
................................................................................................................................ 123
Hình 4.38. Hình ảnh thí nghiệm FWD tại đường nội bộ nhà xưởng Hangar A76 ..... 124
Hình 4.39. Kết quả đo biến dạng tại đáy tấm BTXM dưới tác dụng tải trọng FWD.. 125
Hình 4.40. Thanh truyền lực được gắn trên giá đỡ không chắc chắn ........................ 127
Hình 4.41. Các thanh truyền lực không trên cùng mặt phẳng, bị cong vênh ............. 127
Hình 4.42. Khe không được trám ma tít ngay, bị đá, sỏi chèn vào gây hư hỏng ....... 127
Hình 4.43. Thanh truyền lực nằm trên giá đỡ chắc chắn, trên mặt phẳng ngang tuy

nhiên một số thanh không song song nhau. .............................................................. 127
Hình 4.44. Xẻ khe không đúng thời điểm ................................................................. 128
Hình 4.45. Nứt vỡ lân cận khe ................................................................................. 128
Hình 4.46. Nước ngấm qua khe nối dẫn đến hiện tượng phụt bùn, cập kênh tấm...... 128
Hình 4.47. Tấm BTXM bị vỡ tại góc tấm gần khe nối.............................................. 128
Hình 4.48. Thiết bị FWD có bộ cảm biến đo chuyên dùng đo sử dụng để kiểm tra .. 128
khe nối..................................................................................................................... 128
Hình 4.49. Kết cấu áo đường BTXM QL18 đoạn Hạ Long – Mông Dương ............. 134
Hình 4.50. Công tác chuẩn bị máy móc và đảm bảo ATGT tại vị trí đoạn đường đo
thực nghiệm ............................................................................................................. 135
Hình 4.51. Thí nghiệm FWD tại hiện trường............................................................ 135
Hình 4.52. Kết quả chậu vừng thực đo tại tâm tấm 1 đo 1 lần ứng với tải trọng 65kN
................................................................................................................................ 136
Hình 4.53. Kết quả chậu vừng thực đo tại tâm tấm 2 đo 2 lần ứng với tải trọng lần 1 là
65.2kN, lần 2 là 65.0 kN. ......................................................................................... 136


xii
Hình 4.54. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm BAKFAA ..................................... 137
Hình 4.55. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp ...................................................... 137
Hình 4.56. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp ...................................................... 138
Hình 4.57. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp BTXM ............... 140
Hình 4.58. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp CPĐD ................ 141
Hình 4.59. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp đất ...................... 141


xiii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AASHTO : Hiệp hội những người làm đường và vận tải Hoa Kỳ

ACN

: Chỉ số biểu thị tác dụng tương đối của một tàu bày trên mặt đườngAircraft Classification Number

ASTM

: Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ- American Society for
Testing and Materials

BTXM

: Bê tông xi măng

CBR

: Chỉ số sức chịu tải- California Bearing Ratio

CPĐD

: Cấp phối đá dăm

ĐL

: Đường lăn

HCC

: Hạ cất cánh

HWD

: Phương pháp thả rơi với tải trọng nặng - Heavy Weight
Deflectometer
Phương pháp không phá hủy- Nondestructive Deflection Test

NDT :
FAA

: Cục Hàng không Hoa kỳ- Federal Aviation Administration

FWD

: Phương pháp thả rơi-Falling Weight Deflectometer

QL

: Quốc lộ

PCN

: Chỉ số xác định sức chịu tải của mặt đường không hạn chế
việc khai thác - Pavement Classification Number

PPNLCT :

Phương pháp nguyên lý cực trị

SĐ

: Sân đỗ

ICAO

: Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế

ISO

: Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế- International Organization
Standardization

I-E

: Phương pháp va chạm- IMPact Echo

TCXD

: Tiêu chuẩn Bộ Xây dựng ban hành

22 TCN : Tiêuchuẩn do Bộ Giao thông vận tải ban hành
TCN

: Tiêu chuẩn ngành

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam


xiv

CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
AREA

:

Hệ số tính đổi từ độ võng xác định theo các đầu đo
của FWD

B

:

Bề rộng phần xe chạy

Bm

:

Bề rộng móng

bx, by, bz

:

Các ngoại lực tác dụng

D

:

Độ cứng chống uốn của tấm

Dr

:

Đường kính quy ước truyền tải trọng trên móng

Ebt

:

Mô đun đàn hồi của tấm BTXM

Eest

:

Mô đun đàn hồi từ kết quả tính ngược theo AREA.

E0

:

Mô đun đàn hồi của đất nền

Fc

:

Lực căng lò xo

Fi

:

Lực tác dụng lên chất điểm i

f

:

Tần số dao động

fx, fy, fz

:

Các lực quán tính theo 3 phương của hệ tọa độ
vuông góc

fr

:

Cường độ kéo uốn của BTXM (MPa)

fbr

:

Cường độ kéo uốn thiết kế của vật liệu móng (MPa)

G

:

Mô đun đàn hồi trượt

G0

:

Trọng lực

h

:

Chiều dày tấm

Ki

Hệ số điều chỉnh (thực nghiệm)

:

k

:

Mô đun phản lực nền

kest

:

Mô đun phản lực nền có được từ kết quả tính ngược
theo phương pháp AREA

kx, ky, kz

:

Độ cứng của lò xo theo các phương

LTEpred

:

Hệ số truyền lực thực tế

LTEmes

:

Hệ số truyền lực đo bằng FWD (theo chậu võng và
tính đổi

xv
l

:

Bán kính độ cứng tương đối của hệ tấm và nền theo
mô hình nền Winkler

lest

:

Độ cứng tương đối của tấm từ kết quả tính ngược
theo phương pháp AREA

P

:

Tải trọng tác dụng

p

:

Áp lực tác dụng

R

:

Hệ số phản xạ cho phương pháp tuyến

Rku

:

Cường độ chịu kéo khi uốn

ri

:

Khoảng cách từ tâm tải trọng đến vị trí đầu đo

T

:

Chu kỳ dao động

u, v, w

:

Các chuyển vị của trọng tâm phân tố theo các chiều
x, y, z

V

:

Thể tích của vật thể

v

:

Vận tốc truyền song

vs

:

Vận tốc sóng cắt

p

:

w0

:

Chuyển động của phân tố

w(ri)

:

Độ võng tính toán

Wi

:

Độ võng thực đotại đầu đo i

 x , y , z

,

:

 tt

:

c

:

e

:

i

:

x, y, z

:

0

:

Vận tốc sóng nén

Các biến dạng của phân tố
Biến dạng tại đáy tấm
Ứng suất kéo xuất hiện ở góc tấm
Ứng suất kéo xuất hiện ở cạnh tấm
Ứng suất chịu kéo uốn tại giữa tấm (dưới đáy tấm,
dưới vị trí tác dụng của tải trọng)
Ứng suất pháp theo phương x, y, z
Ứng suất tại tâm tấm


xvi

 tt

:

 pr

:

Ứng suất tại đáy tấm
Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng của tải trọng
bánh xe tại vị trí dễ bị phá hoại mặc định (MPa)

 tr
 p max

:
:

Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng của nhiệt độ
tại vị trí dễ bị phá hoại mặc định (MPa)
Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng nặng nhất tại
vị trí dễ bị phá hoại mặc định; (MPa)

 t max
 bpr

:
:

Ứng suất kéo uốn gây mỏi do gradient nhiệt lớn
nhất tại vị trí dễ bị phá hoại mặc định; (MPa)
Ứng suất chịu mỏi do tải trọng gây ra tại lớp bê
tông nghèo (MPa)

i

:

e

:

c

:

 oi

:

r

:



:

Trở kháng âm



:

Vô cùng



:

Bước song



:

Hệ số Poisson



:

Biến dạng thể tích



:

Khối lượng đơn vị

xy, xz, zy

:

Ứng suất tiếp

x, y, z

:

Góc xoay quanh các trục x, y, z có độ cứng G

Độ võng tấm tại vị trí đặt tải trọng ở giữa tấm
Độ võng tấm tại vị trí đặt tải trọng ở cạnh tấm
Độ võng tấm tại vị trí đặt tải trọng
Gia tốc của chất điểm i đạt được nếu nó tự do
Hệ số độ tin cậy


1

MỞ ĐẦU
*Đặt vấn đề nghiên cứu
Mặt đường BTXM - mặt đường cứng cùng với mặt đường mềm là hai loại hình
mặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan
trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của các khu vực, lãnh thổ và
xuyên quốc gia. Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường
bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường
phố, đường trục chính, đường cao tốc, đường giao thông miền núi, khu vực có thời tiết
khắc nghiệt. Ngày nay, mặt đường BTXM không chỉ có các nhà nghiên cứu mà các
nhà quản lý cũng rất quan tâm. Vì vậy tiêu chuẩn, công nghệ thi công ngày càng hoàn
thiện. Hơn nữa do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng có nhiều
tiến bộ nên mặt đường BTXM đang được các nước sử dụng nhiều cho các đường cấp
cao, đường cao tốc và sân bay. Tỷ trọng nói chung về mặt đường BTXM so với mặt
đường các loại khác ngày càng tăng theo thời gian và chiến lược phát triển giao thông
quốc gia của các nước trong đó có Việt Nam.
Tại Việt Nam, việc kiểm soát chất lượng thi công chưa tốt, chưa đánh giá đúng
sức chịu tải của mặt đường sau khi thi công, trong khi lượng xe tải, xe nặng và các xe

vượt tải ngày càng tăng kết hợp với các yếu tố môi trường ngày càng khắc nghiệt làm
mặt đường nhanh chóng bị xuống cấp. Hiện nay, các thí nghiệm biến dạng không phá
hủy (Nondestructive deflection test - NDT) đang được sử dụng rộng rãi để đánh giá
kết cấu áo đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược điểm của
các thí nghiệm phá hoại kết cấu như việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm ảnh hưởng
đến khả năng làm việc của mặt đường; cần nhiều thời gian thực hiện, không thể thực
hiện thường xuyên…Chính vì vậy đề tài : “Nghiên cứu một số thông số đặc trưng
đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM đường ô tô bằng phương pháp
không phá hủy ở Việt Nam” được hình thành, bước đầu góp phần hoàn thiện quy trình
đánh giá chất lượng mặt đường BTXM là hoàn toàn có cơ sở khoa học, đáp ứng được đòi
hỏi của thực tiễn.
*Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu được tiến hành với mục đích đưa ra các kết quả nhằm ứng dụng có
hiệu quả phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM tại Việt Nam với các


2
vấn đề:
- Khảo sát những dạng hư hỏng mặt đường BTXM tại Việt Nam, phân tích xác
định nguyên nhân chính.
- Tổng quan về các tham số đặc trưng cho mặt đường BTXM, phương pháp xác
định.
- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị, đề xuất phương pháp xác định chiều dày, khuyết
tật tấm BTXM mặt đường bằng phương pháp không phá hủy phù hợp với điều kiện
Việt Nam.
- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị, đề xuất phương pháp đánh giá khả năng truyền tải
trọng giữa các tấm bê tông mặt đường.
- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị đo biến dạng dưới đáy tấm bê tông phục vụ nghiên
cứu kiểm toán ứng suất chịu kéo khi uốn thực tế.
- Xây dựng tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của

BTXM phục vụ cho việc kiểm toán trạng thái giới hạn.
- Xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi động và mô đun đàn hồi tĩnh nền
đường.
- Thông qua các thí nghiệm đo đạc mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn
đường thi công phục vụ thử nghiệm, trên đoạn đường đang khai thác sẽ phân tích đánh giá
số liệu, cách xử lý số liệu, từ đó đề xuất lựa chọn phương pháp đánh giá sức chịu tải
của mặt đường BTXM phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Kết quả đạt được của luận án hỗ trợ cho việc đánh giá chất lượng mặt đường
BTXM góp phần nâng cao hiệu quả công tác đánh giá hiện đang áp dụng.
* Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sẽ được tiến hành tập trung vào các nội dung chính như sau:
- Mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công
trình giao thông.
- Thiết bị đo đạc đánh giá mặt đường BTXM hiện có hoặc có khả năng chế tạo
tại Việt Nam.
- Các phương pháp đánh giá phù hợp với điều kiện Việt Nam.
*Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu: kết hợp lý thuyết với thực nghiệm trên mô hình và thực


3
nghiệm kiểm chứng ngoài hiện trường nhằm hoàn thiện phương pháp đánh giá chất lượng
mặt đường BTXM.
* Nội dung nghiên cứu bao gồm:
-Nghiên cứu mô hình tính toán kết cấu mặt đường BTXM, xác định tham số chính
cần đo đạc.
- Nghiên cứu đặc tính của tấm BTXM mặt đường từ đó thiết kế, chế tạo thiết bị đo
đạc phù hợp.
- Thực nghiệm đo đạc trên mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn đường thi
công phục vụ thử nghiệm, trên đoạn đường đang khai thác.

- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm, thử nghiệm nhằm đưa ra các chỉ dẫn
định hướng về phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM.
*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu xác định các tham số chính quan trọng, từ đó lựa
chọn thiết bị đo phù hợp để tiến hành thử nghiệm. Phân tích kết quả đo được để đánh giá
phân loại được đối tượng đo, giúp cho việc khai thác sử dụng phù hợp và hiệu quả.
- Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam, xây
dựng phương pháp đánh giá sức chịu tải mặt đường trước và trong khi khai thác.
* Kết cấu luận án
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về các thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác
khai thác mặt đường BTXM.
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải mặt đường BTXM.
Chương 3: Thiết kế chế tạo thiết bị phù hợp phục vụ nghiên cứu thực nghiệm
Chương 4: Thực nghiệm hoàn thiện phương pháp đánh giá các tham số chất
lượng khai thác mặt đường BTXM.
Kết luận và kiến nghị


4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM
1.1.Khái niệm về chất lƣợng, sức chịu tải của mặt đƣờng
Theo ISO 9000:2007 (TCVN) chất lượng là tập hợp các đặc tính của một thực
thể, tạo cho thực thể đó khả năng thỏa mãn những nhu cầu đã được công bố hay còn
tiềm ẩn. Nói cách khác, chất lượng là mức độ đáp ứng các yêu cầu của một tập hợp các
đặc tính vốn có.Chất lượng công trình xây dựng là những yêu cầu tổng hợp đối với đặc
tính về an toàn, bền vững, kỹ thuật và mỹ thuật của công trình phù hợp với quy chuẩn
xây dựng, tiêu chuẩn kỹ thuật, phù hợp với hợp đồng kinh tế và pháp luật hiện hành
của Nhà nước.

Trong giới hạn của luận án, xin phép được đề cập và giới hạn nội dung: Khả
năng chịu tải và nguy cơ tiềm ẩn ảnh hưởng đến sức chịu tải là một trong những yếu tố
đặc trưng nhất cho chất lượng khai thác của mặt đường bê tông xi măng.
Theo [32] sức chịu tải của mặt đường là năng lực chịu các tác động từ bên
ngoài (nhiệt độ, tải trọng xe và kể cả tải trọng bản thân) mà vẫn đảm bảo yêu cầu về
kết cấu như thiết kế ban đầu của nó trong suất thời hạn tính toán của kết cấu này.
- Đánh giá sức chịu tải mặt đường thông qua hồ sơ thiết kế là công tác tính toán
dựa trên những tham số đã biết của các lớp vật liệu, điều kiện môi trường xây dựng,
mô hình, công thức theo tiêu chuẩn áp dụng.
- Đánh giá sức chịu tải mặt đường BTXM sau khi thi công thông qua việc đo
đạc các tham số cơ lý xuất hiện khi mặt đường chịu tác dụng của tải trọng, từ đó tính
toán, dự báo sức chịu tải của mặt đường. Một trong những phương pháp phổ biến là
xác định tương quan giữa tải trọng và độ võng mặt đường.
1.2. Tổng quan về kết cấu mặt đƣờng BTXM
Đối tượng nghiên cứu đề cập trong luận án là mặt đường bê tông thông thường
có khe nối, do đây là loại hình kết cấu đang được áp dụng phổ biến tại Việt Nam.
1.2.1. Cấu tạo mặt đường BTXM thông thường
Các hình vẽ sau đây giới thiệu một số cấu tạo điển hình của kết cấu mặt đường
BTXM thông thường có khe nối.


5

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí khe và phân tấm áo đường BTXM thông thường
1-Khe dãn 2-Khe co 3-Khe dọc 4-Thanh liên kết và thanh truyền lực
l=480÷500cm(tùy thuộc điều kiện biến đổi nhiệt độ) b/2 = 360÷400cm

Hình 1.2. Cấu tạo khe mặt đường BTXM thông thường
a/Khe dãn b/Khe co giả hoặc khe thi công c/Khe dọc kiểu ngàm d/Khe dọc có
thanh liên kết chống trôi tấm, không quét nhựa

1-Thanh truyền lực d24-d32 2-Đường nứt do tiết diện giảm yếu
3-Thanh thép liên kết d12 bằng thép gờ
Mặt đường BTXM không cốt thép đổ tại chỗ có đặc điểm là mặt đường được
phân thành các tấm như hình 1.1. Các tấm được đặt trên lớp cách ly để giảm ứng suất
nhiệt, khắc phục các hiện tượng co dãn do thay đổi nhiệt độ. Các khe co, khe dãn, khe
dọc phải có cấu tạo đảm bảo cho tấm co dãn tự do, đồng thời phải đảm bảo truyền lực
từ tấm này sang tấm khác khi tải trọng tác dụng gần mép tấm, (hình 1.2).
Về cấu tạo các lớp kết cấu mặt đường BTXM thông thường được cấu tạo như ở
hình 1.3:


6

Hình 1.3. Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM lề rộng có bố trí ống thoát nước ngầm
1-Lớp mặt (tấm BTXM) 2-Lớp tạo phẳng và cách ly 3-Lớp móng
4-Lớp móng dưới 5-Ống thoát nước 6-Bê tông thấm nước 7-Vải lọc
Trường hợp lề hẹp, nước ở mặt phân cách giữa tầng mặt và móng có thể thoát trực
tiếp ra ta luy nền đường thì cấu tạo thoát nước có thể không cần có ống:

Hình 1.4. Kết cấu mặt đường BTXM thông thường trên đường ôtô
B-Bề rộng phần xe chạy C-Bề rộng lề Bm-Bề rộng móng b-Dải an toàn hoặc
gia cố lề d-Bề rộng thêm của lớp móng so với lớp mặt, d<0,3-0,5m
1- Lớp mặt (tấm BTXM) 2-Lớp tạo phẳng và cách ly 3-Lớp móng
4-Lớp đáy áo đường 5-Lớp bê tông rỗng thoát nước 6-Lề gia cố 7-Vải lọc
1.2.2. Về tấm BTXM mặt đường
- BTXM làm áo đường cứng phải có cường độ cao để hạn chế nứt và chống mài
mòn tốt. Do vậy chỉ được phép dùng bê tông có cường độ chịu kéo-uốn giới hạn không
nhỏ hơn 4MPa, cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn 30MPa. Đối với đường ô
tô cấp cao (cao tốc, đường cấp I, II, III) hoặc mặt đường sân bay (đường hạ cất cánh
(HCC), đường lăn (ĐL), sân đỗ (SĐ) máy bay), yêu cầu này tương ứng là 4,5MPa và

35MPa.
- Bề dày tấm BTXM được xác định theo tính toán với trường hợp tải trọng bánh
(ôtô hoặc cụm bánh máy bay) đặt ở tâm, cạnh và góc tấm. Với đường ô tô thì bề dày


7
tối thiểu phải là 18 cm - tính với trục xe 100 kN; tối thiểu là 24cm - tính với trục xe
120 kN. Đối với đường HCC, ĐL và SĐ máy bay thì bề dày tấm BTXM phải được xác
định theo tính toán, thông thường trong khoảng 30†60cm.
- Bề rộng tấm (tức là khoảng cách giữa hai khe dọc) không được lớn hơn 4,5m
(theo AASHTO không được lớn hơn 4,3m) và phải chọn sao cho khe dọc không trùng
với vệt bánh xe ô tô (hoặc vệt càng bánh máy bay). Tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng
tấm không vượt quá 1,25 ( theo AASHTO). Chiều dài tấm cần được xác định theo điều
kiện khống chế ứng suất nhiệt cho phép xảy ra trong tấm, theo chỉ dẫn mới nhất của
AASHTO thì chiều dài tấm lớn nhất là 4,5m. Theo tác giả Dương Học Hải và các cộng
sự [15], thì trong điều kiện khí hậu nước ta chiều dài lớn nhất của tấm BTXM mặt
đường thông thường là 5,0m đối với khu vực phía Bắc và 4,8m đối với khu vực phía
Nam, tương ứng với trường hợp cường độ kéo uốn của bê tông bằng 4,0MPa.
1.3. Tổng quan về các loại hƣ hỏng kết cầu mặt đƣờng BTXM
Khảo sát những hư hỏng thường gặp phải trong điều kiện khai thác của Việt
Nam từ đó nghiên cứu đề xuất phương pháp đánh giá, chỉ tiêu đánh giá, thông số quan
trọng ảnh hưởng đến sức chịu tải mặt đường là công việc cần thiết của việc nghiên
cứu.
Một trong những hư hỏng phổ biến là nứt tấm bê tông mặt đường. Hình dạng
vết nứt thường xuất hiện dọc hay ngang theo đường, hoặc tại góc tấm BTXM.
Theo kết quả nghiên cứu khảo sát bởi nhóm đề tài [19] có sự tham gia trực tiếp
của NCS tại đoạn tuyến đường Hồ Chí Minh cho thấy: Số tấm hư hỏng khá nhiều
(25,3% tổng số tấm khảo sát) trong đó phổ biến nhất là hư hỏng do nứt vỡ (47,7% tổng
số tấm hư hỏng), hư hỏng xuất phát từ mối nối (42,7% tổng số tấm hư hỏng). Tương tự
khảo sát đoạn tuyến QL18 thuộc địa phận tỉnh Quảng Ninh cũng cho thấy số tấm hư

hỏng nhiều (22,4% tổng số tấm khảo sát), hư hỏng do nứt vỡ (48,1% tổng số tấm hư
hỏng), hư hỏng xuất phát từ khe nối (46,5% tổng số tấm hư hỏng).
Qua khảo sát cho thấy khi mặt đường BTXM hư hỏng thì rất khó sửa chữa.
Những hư hỏng này tồn tại khá dài và ngày càng trầm trọng gây khó khăn cho người
và phương tiện lưu thông. Do vậy cần có phương pháp đánh giá sức chịu tải mặt
đường BTXM phù hợp nhằm phát hiện sớm những tấm có nguy cơ hư hỏng, có biện
pháp và kế hoạch khắc phục kịp thời.


8
1.4. Các thông số đặc trƣng cho khả năng khai thác của kết cấu mặt đƣờng bê
tông xi măng.
Hiện nay, trên Thế giới có rất nhiều phương pháp đánh giá mặt đường bê tông
xi măng khác nhau làm cơ sở cho việc duy tu, bảo dưỡng và thiết kế nâng cấp. Mỗi
phương pháp dựa trên các thông số khác nhau. Có thể phân thành hai nhóm chính:
1.4.1. Nhóm 1: Đánh giá theo kinh nghiệm
Việc đánh giá khả năng khai thác của kết cấu dựa vào số liệu thị sát và thí
nghiệm vật liệu hoặc dựa vào sự hư hại của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Bằng
các kinh nghiệm đúc kết được trong suốt quá trình xây dựng, khai thác và sửa chữa,
nâng cấp mà đề ra các giải pháp thiết kế tăng cường hoặc duy tu và sửa chữa. Ví dụ
như:
Căn cứ vào các số liệu đánh giá tình trạng hư hỏng bề mặt,tình trạng thoát nước,
số liệu thí nghiệm trên mẫu khoan và thí nghiệm vật liệu, từ đó đề ra các biện pháp sửa
chữa hoặc tăng cường.
Căn cứ vào các số liệu thống kê số lượng tải trọng mà kết cấu đã phục vụ cùng với
sự thay đổi các đặc trưng cơ lý của vật liệu để đánh giá mức độ hư hỏng của kết cấu.
Dựa vào mức độ hư hỏng hiện tại của kết cấu, khả năng phục vụ còn lại của kết
cấu sẽ được ước tính và so sánh lượng xe tương lai có đáp ứng được hay không hoặc
phân loại lại cấp hạng của đường, làm cơ sở để chọn các thông số tính toán cho mặt
đường hiện hữu khi tăng cường, sửa chữa.

Ngoài ra, người ta có thể tiến hành xác định bổ sung các thông số đánh giá theo
chức năng tình trạng mặt đường như các chỉ tiêu độ bằng phẳng, khả năng chống trơn
trượt và các điều kiện an toàn khác...
1.4.2. Nhóm 2: Các thông số dựa trên cơ sở bài toán cơ học
Hiện nay, trên thế giới tồn tại rất nhiều phương pháp tính toán kết cấu mặt
đường bê tông xi măng và mỗi nước dùng một phương pháp thích hợp cho điều kiện
của nước mình.
Có thể thấy rằng, các phương pháp tính toán mặt đường bê tông xi măng chủ
yếu dựa trên hai bài toán cơ học cơ bản đó là: các phương pháp dựa trên bài toán “tấm
trên nền đàn hồi” và bài toán “hệ đàn hồi nhiều lớp”.
Với các phương pháp thiết kế mặt đường bê tông xi măng dựa trên lý thuyết của


9
bài toán “tấm trên nền đàn hồi” của môn cơ học kết cấu với giả thiết xem tấm bê tông
xi măng là vật liệu đàn hồi đẳng hướng và tuân theo giả thuyết tiết diện phẳng và có
kích thước vô hạn đặt trên nền đàn hồi với các giả thiết khác nhau về “mô hình nền”.
Theo mô hình nền bán không gian đàn hồi, tính chất đàn hồi của nền đã được
Gorbunov Poxadov giải với các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê
tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt, mô đun đàn hồi của nền
đất E0.
Theo mô hình hệ số nền của Winkler, lời giải của Westergaard đối với tải trọng đặt
ở giữa, cạnh và góc tấm với các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê
tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt,mô đun phản lực nền k.
Một nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng khai thác cũng như sự bền vững
của kết cấu đó là khả năng truyền tải của khe nối. Do vậy, việc đánh giá khả năng
truyền tải của khe nối luôn được coi là một phần của quá trình đánh giá sức chịu tải
chung của mặt đường bê tông xi măng.
Từ các phân tích ở trên, đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi
măng bao gồm các thông số chính như sau :

Mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt.
Mô đun đàn hồi của nền đất E0 với mô hình nền là bán không gian đàn hồi hoặc
Mô đun phản lực nền k với mô hình hệ số nền của Winkler.
Khả năng truyền tải của khe nối.
1.5. Phân tích tổng quan kết quả nghiên cứu
1.5.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài
Hiện nay, các thí nghiệm không phá hủy (NDT) đang được sử dụng rộng rãi để
đánh giá kết cấu áo đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược
điểm của các thí nghiệm phá hoại kết cấu như việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm
ảnh hưởng đến khả năng làm việc của mặt đường; thời gian thực hiện lâu, không thể
thực hiện thường xuyên… Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến vấn đề
này và đã thu được những kết quả quan trọng.
-Nghiên cứu của Priyanka S. và các cộng sự [50]
Nghiên cứu này được thực hiện tại Illinois _ Hoa Kỳ. Theo đó, tại Illinois, mô
hình cơ học kinh nghiệm ME (Mechanistic-Empirical) được sử dụng để thiết kế chiều