Nghiên cứu một số thông số thiết kế tấm bê tông xi măng mặt đường cứng trong điều kiện khí hậu miền Trung Việt Nam theo tiêu chuẩn AASHTO

BỘ GIÁO DỤC VÀ VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

PHẠM ĐĂNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ THIẾT KẾ
TẤM BÊ TÔNG XI MĂNG MẶT ĐƯỜNG CỨNG
TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU MIỀN TRUNG VIỆT NAM
THEO TIÊU CHUẨN AASHTO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


iii
MỤC LỤC
Lời cam đoan ........................................................................................................... i
Lời cảm ơn .............................................................................................................. ii
Mục lục ..................................................................................................................iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................. vii
Danh mục các bảng ................................................................................................. x
Danh mục các hình .............................................................................................. xiv
PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................... 7
1.1. Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng .................................................... 7
1.1.1. Những khái niệm cơ bản ........................................................................ 7
1.1.2.Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của áo đường cứng ................................. 7
1.1.3.Xem xét trạng thái làm việc của tấm BTXM mặt đường dưới tác
dụng của khí hậu thời tiết ................................................................................. 8
1.2. Tổng quan về các thông số đầu vào yêu cầu và phương trình tính toán

mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO .................................................... 12
1.2.1.Các thông số liệu đầu vào yêu cầu ........................................................ 12
1.2.2. Phương trình tính toán mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO........ 13
1.3. Đặc điểm chung của điều kiện khí hậu miền Trung Việt Nam và công
thức xác định các thông số chịu tác động của khí hậu khu vực trong tính toán
mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO .................................................... 22
1.3.1. Đặc điểm chung của khí hậu miền Trung Việt Nam ............................. 22
1.3.2.Nghiên cứu xác định một số thông số thiết kế tấm bê tông xi măng
mặt đường cứng trong điều kiện khí hậu thời tiết miền Trung Việt Nam
theo tiêu chuẩn AASHTO .............................................................................. 25
1.4. Một số nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước ....................................... 26
1.4.1.Những nghiên cứu liên quan trong nước: .............................................. 26
1.4.2.Những nghiên cứu liên quan ở nước ngoài: ........................................... 28
1.5. Những vấn đề tồn tại mà luận án tập trung giải quyết ................................. 28
1.6. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài ................................................ 30
1.6.1.Mục tiêu của đề tài nghiên cứu .............................................................. 30
1.6.2.Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 30


iv
1.7. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 31
1.8. Kết luận chương 1 ....................................................................................... 32
Chương 2: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ VỀ KHÍ HẬU KHU VỰC
MIỀN TRUNG SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC MẶT
ĐƯỜNG CỨNG THEO TIÊU CHUẨN AASHTO .............................................. 34
2.1. Giới thiệu quy mô nguồn số thiệu thu thập .................................................. 34
2.1.1. Số lượng các trạm thu thập số liệu, thời gian thu thập.......................... 34
2.1.2.Các loại số liệu thu thập ........................................................................ 35
2.1.3. Đặc điểm của nguồn số liệu thu thập .................................................... 35
2.2. Quá trình xử lý số liệu. ................................................................................ 35

2.2.1. Trạm Đà Nẵng (TP Đà Nẵng) ............................................................... 37
2.2.2.Trạm TP Thanh Hóa, Tỉnh Thanh Hóa .................................................. 47
2.2.3.Trạm TP Vinh, Tỉnh Nghệ An ............................................................... 49
2.2.4.Trạm Kỳ Anh, Tỉnh Hà Tĩnh ................................................................. 51
2.2.5.Trạm Đồng Hới, Tỉnh Quảng Bình ........................................................ 53
2.2.6.Trạm Đông Hà, Tỉnh Quảng Trị ............................................................ 55
2.2.7.Trạm Hương Thủy, Tỉnh T.T.Huế ......................................................... 57
2.2.8.Trạm Tam Kỳ, Tỉnh Quảng Nam .......................................................... 59
2.2.9.Trạm Quảng Ngãi, Tỉnh Quảng Ngãi .................................................... 61
2.2.10.Trạm Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định ....................................................... 63
2.2.11.Trạm Tuy Hòa, Tỉnh Phú Yên ............................................................. 65
2.2.12.Trạm Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa ...................................................... 67
2.2.13.Trạm Buôn Ma Thuột, Tỉnh Đắc Lắc .................................................. 69
2.3. Kết quả quá trình xử lý số liệu, quy luật phân bố của các thông số đầu
vào, mức độ ảnh hưởng và lựa chọn kết quả theo độ tin cậythiết kế .................. 72
2.3.1.Quy luật phân bố - giá trị phân phối của các thông số đầu vào ............. 72
2.3.2. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến kết quả tính toán
TD(+) và TD(-) ................................................................................................. 73
2.3.3. Kết quả lựa chọn thông số độ chênh lệch nhiệt độ độ dương hữu hiệu
(TD(+)) và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) theo độ tin cậy (R) ......... 75
2.4. Kết luận chương 2 ....................................................................................... 75


v
Chương 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO, KHẢO SÁT SỰ
THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ TRONG TẤM BÊ TÔNG VÀ LỰA CHỌN MỘT
SỐ THÔNG SỐ TÍNH TOÁN TẤM BTXM MẶT ĐƯỜNG THEO AASHTO ... 77
3.1.Cách xác định các thông số tính toán theo AASHTO. .................................. 77
3.1.1. Tổng trục xe tiêu chuẩn dự báo (ESAL s), W80 cho cả thời kỳ phục
vụ, ở làn xe thiết kế ........................................................................................ 77

3.1.2.Độ tin cậy (R) ........................................................................................ 78
3.1.3. Độ lệch tiêu chuẩn toàn phần S0 ........................................................... 79
3.1.4. Độ tổn thất khả năng phục vụ thiết kế (  PSI) ..................................... 79
3.1.5. Tính mô đun phản lực nền hữu hiệu (trị số k). ..................................... 80
3.1.6.Tính Cường độ chịu kéo uốn (Mô đun phá hỏng) của bê tông xi
măng poóc lăng (S’c.) ..................................................................................... 89
3.1.7. Tính Mô đun đàn hồi của bê tông, (Ec.)................................................ 90
3.1.8.Mô đun đàn hồi của lớp móng, (Eb.)...................................................... 90
3.1.9.Hệ số ma sát giữa tấm bê tông xi măng với móng (f) ............................ 92
3.1.10.Chiều dày của lớp móng (Hb) .............................................................. 93
3.1.11. Điều kiện chống đỡ của mép làn xe.(Như mục 1.2.1)......................... 93
3.2. Xác định các thông số tính toán chịu ảnh hưởng của khí hậu khu vực khi
thiết kế tấm BTXM mặt đường theo AASHTO. ................................................. 93
3.2.1. Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu của tấm bê tông xi măng ....... 93
3.2.2. Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông xi măng ............ 94
3.3. Nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước......................................................... 95
3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước (Cd) dùng trong trong tính
toán độ kênh của tấm BTXM mặt đường.. ..................................................... 95
3.3.2. Kiến nghi lựa chọn hệ số thoát nước Cd cho khu vực miền Trung
(Bảng 3.13) và một số cấu tạo thoát nước tham khảo (PL7-2) ..................... 101
3.4. Khảo sát độ chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường trạm Đà
Nẵng (PL 6-1)................................................................................................... 102
3.4.1. Sự xuất hiện của các yếu tố: Nhiệt độ, vận tốc gió, lượng mưa trong
năm và sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đó đến tính toán chênh
lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ................................................... 102
3.4.2.Khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ô tô
khu vực Miền Trung - TP Đà Nẵng (Mùa hè) .............................................. 105


vi

3.4.3. Kết quả giá trị ∆T (Độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 mặt của tấm
BTXM) tính ra theo các nhóm công thức khác nhau và theo khảo
sát:(Bảng 3.22) ............................................................................................. 112
3.5. Hệ số giãn nhiệt của bê tông xi măng và vấn đề bố trí khe giãn trong
thiết kế mặt đường BTXM ............................................................................... 112
3.5.1. Hệ số giãn nhiệt của BTXM ............................................................... 112
3.5.2. Vấn đề bố trí khe giãn trong mặt đường BTXM ................................. 113
3.5.3. Thiết kế khe giãn ở một số nước ........................................................ 115
3.6. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 120
Chương 4: TÍNH TOÁN TẤM BTXM MẶT ĐƯỜNG TRONG ĐIỀU KIỆN
KHÍ HẬU MIỀN TRUNG VIỆT NAM VỚI CÁC THÔNG SỐ LỰA CHỌN ... 122
4.1.Các thông số nghiên cứu lựa chọn cho khu vực miền Trung Việt Nam ...... 122
4.1.1.Các thông số dùng để tính toán chênh lệch nhiệt độ trong tấm bê
tông xi măng mặt đường ............................................................................... 122
4.1.2.Hệ số thoát nước Cd dùng trong thiết kế mặt đường BTXM theo
AASHTO...................................................................................................... 124
4.2.Tính toán tấm BTXM mặt đường với các thông số nghiên cứu lựa chọn
của luận án........................................................................................................ 124
4.2.1.Tính toán mặt đường BTXM thông thường có khe nối theo tiêu chuẩn
AASHTO (Có thể sử dụng phần mềm để tính) .............................................. 124
4.2.2. Kiểm tra lại kết cấu mặt đường ở trên (chiều dày tấm BTXM tính ra
theo AASHTO là 27 cm) theo Quyết định số: 3230/QĐ-BGTVT, ngày 14
tháng 12 năm 2012 của Bộ trưởng Bộ GTVT ............................................... 128
4.3. Kết luận chương 4 ..................................................................................... 133
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 135
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ... 137
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................. 138
PHẦN PHỤ LỤC (ĐƯỢC ĐÓNG THÀNH MỘT CUỐN RIÊNG)

vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT

Ký hiệu Ý nghĩa

1

𝑎𝑡

Hệ số hồi quy

2

B

Chiều rộng tấm bê tông

3

𝐵𝐿

Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp

4

𝑏𝑡

Hệ số hồi quy

5

𝐶𝐿

Hệ số ứng suất uốn vồng do gradien nhiệt độ gây ra trong tấm
BTXM mặt đường.

6

CS

Cường độ chịu nén, psi (1 psi = 6,89 kPa).

7

𝑐𝑡

Hệ số hồi quy

8

𝐶𝑋

Hệ số phụ thuộcL/l,

9

𝐶𝑌

Hệ số phụ thuộcB/l

10

D

Chiều dày tấm BTXM (mm)

11

𝐷𝐷

Hệ số phân bố theo chiều, thay đổi từ 0,3 đến 0,7 phù hợp với
khảosát ở hiện trường.

12

𝐷𝐿

Hệ số phân bố theo làn trên mặt cắt ngang

13

E

Hệ số điều chỉnh tuỳ vào sự chống giữ ở mép tấm BTXM

14

𝐸𝑏

Mô đun đàn hồi của bê tông (daN/cm2)

15

𝐸𝐶

Mô đun đàn hồi của BTXM (MPa);

16

𝐸𝑡

Môđuyn đàn hồi của bê tông khi chịu tác dụng của sự chênh lệch
nhiệt độ lâu dài (từ 6-9 giờ), thường lấy bằng 0,6.𝐸𝑏

17

𝐸𝑐ℎ𝑚

18

F

Môđuyn đàn hồi chung trên mặt móng,(daN/cm2)
Tỉ số giữa ứng suất của tấm khi hệ số ma sát giữa tấm và móng có
trị số là f với ứng suất của tấm khi ma sát là hoàn toàn

19

f𝐶

Nhân tố ma sát giữa tấm và móng

20

f𝑐′

Cường độ chịu nén của bê tông xi măng, MPa

21

H

Chiều dày tấm BTXM (cm)

22

𝐻𝑏

Chiều dầy của lớp móng, mm.

23

ℎ𝐶

Chiều dày tấm BTXM (m);

24

I(ℓ)

Bán kính độ cứng của tấm bê tông:


viii
TT

Ký hiệu Ý nghĩa

25

k

Mô đun phản lực nền hữu hiệu (hệ số nền)

26

𝑘𝑔

Hệ số giảm cường độ bức xạ mặt trời do đặc điểm của bầu khí quyển.

27

𝐾𝑡

Hệ số ứng suất kéo uốn gây mỏi do nhiệt

28

L

Chiều dài tấm bê tông (khoảng cách giữa hai khe co)

29

𝑃1

Chỉ số phục vụ ban đầu của áo đường cứng

30

𝑃2

Chỉ số phục vụ cuối cùng của áo đường cứng

31

r

32

𝑆𝐶

Cường độ chịu kéo uốn của bê tông trong qui định thi công,MPa

33

Sr

Độ bão hòa của đất dính

34

SDs

Bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM (m);

Độ lệch tiêu chuẩn ước tính của cường độ chịu kéo uốn của bê
tông, MPa;

35

𝑆𝐶′

Trị số cường độ chịu kéo uốn của bê tông (Mô đun phá hỏng) kPa.

36

𝑡𝑏𝑚

Nhiệt độ bề mặt của mặt đường.(°C)

37

𝑡𝑘𝑘

Nhiệt độ không khí (°C)

38

𝑡𝑏𝑥

Nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời đốt nóng thêm bề mặt
của mặt đường bê tông xi măng(°C)

39

𝑇𝑔

40

𝑊80

Gradien nhiệt độ lớn nhất.(°C/cm)
Số trục xe tải trọng tương đương trong suốt thời kỳ phục vụ của
làn xe thiết kế.

41

ˆ
W
80

Tổng số trục xe tải trọng tương đương trong suốt thời kỳ phục vụ
của mặt đường.

42

Z

Độ lệch tiêu chuẩn từ bảng phân bố chuẩn tương ứng với độ tin
cậy R.

43

α

Hệ số giãn dài do nhiệt độ của bê tông

44

𝛼𝐶

Hệ số giãn nở nhiệtcủa BTXM

45

∆PSI

46

∆T

47

T

48

µ

Trị số độ tổn thất khả năng phục vụ
Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm bê tông (°C)
Gradien nhiệt độ trong tấm BTXM.(°C/cm)
Hệ số Poisson của bê tông. [0,20 đối với thử nghiệm đường của
AASHO] [34].


ix
TT

Ký hiệu Ý nghĩa

49

σ𝑡

Ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở giữa tấm(daN/cm2)

50

σ𝑛

Ứng suất uốn vồng theo hướng ngang ở giữa tấm (daN/cm2)

51

σ𝑐

Ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở cạnh tấm (daN/cm2)

52

σ𝑙

Ứng suất kéo tại chính giữa tấm, chỉ do tác dụng của tải trọng

53

′𝑡

Ứng suất kéo tại chính giữa tấm (kPa) do tác dụng của tải trọng và
nhiệt độ, với các số liệu đầu vào để thiết kế mặt đường mới.

54

𝑡𝑟

Ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt gây mỏi giữa cạnh dọc tấm
BTXM

55

𝑡𝑚𝑎𝑥

Ứng suất kéo uốn lớn nhất do gradient nhiệt độ lớn nhất gây ra
trong tấm BTXM

56

AASHO (American Association of State Highway Officials): Hội Cầu
đường Mỹ

57 AASHTO (American Association of State Highway and Transportation
Officials): Hội Cầu đường và Giao thông Mỹ
58

BĐKH Biến đổi khí hậu

59

BTXM Bê tông xi măng

60

CPĐD

61

CBR

Chỉ số chịu tải Califonia

62

CRCP

Mặt đường Bê tông cốt thép liên tục

63

DCB

Chỉ số xuyên động

64

ESALs

Cấp phối đá dăm

Tổng số trục xe tiêu chuẩn dự báo cho cả thời kỳ phục vụ trên
làn xe thiết kế

65

IPCC

Ủy ban Liên chính phủ về Thay đổi khí hậu

66

JPCP

Mặt đường Bê tông xi măng thông thường có khe nối

67

JRCP

Mặt đường Bê tông xi măng - cốt thép có khe nối

68

PL

Phụ lục

69

PS

PS: số lượng cho phép của mẫu, (%) .

70

PRECIP Lượng mưa trung bình năm, mm.

71

TEMP

Nhiệt độ trung bình năm, oC.

72

TD(+)

Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu, oC

73

TD(-)

Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu, oC

74

WIND

Tốc độ gió trung bình năm, km/h./.


x
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1: Đường kính tối thiểu của thanh truyền lực ...............................................19
Bảng 1.2: Hệ số thoát nước Cd đã được điều chỉnh..................................................20
Bảng 2.1.Tọa độ của các trạm khí tượng chọn thu thập số liệu ................................34
Bảng 2.2. Các số liệu đặc trưng năm của nhiệt độ, gió và mưa trạm Đà Nẵng ........37
Bảng 2.3. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD (+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đà Nẵng ............................43
Bảng 2.4. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD (-) (0C)
tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đà Nẵng ............................45
Bảng 2.5. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD (+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Thanh Hóa ...................48
Bảng 2.6. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD (-) (0C)
tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Thanh Hóa ...................49
Bảng 2.7. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD (+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Vinh .............................50
Bảng 2.8. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD (-) (0C)
tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Vinh .............................51
Bảng 2.9. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD (+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Kỳ Anh..............................52
Bảng 2.10. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Kỳ Anh..............................53
Bảng 2.11. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đồng Hới ..........................54


xi
Bảng 2.12. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đồng Hới ..........................55
Bảng 2.13. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đông Hà ............................56
Bảng 2.14. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đông Hà ............................57
Bảng 2.15. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Hương Thủy ......................58
Bảng 2.16. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Hương Thủy ......................59
Bảng 2.17. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tam Kỳ .............................60
Bảng 2.18. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tam Kỳ .............................61
Bảng 2.19. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quảng Ngãi .......................62
Bảng 2.20. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quảng Ngãi .......................63
Bảng 2.21. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quy Nhơn .........................64
Bảng 2.22. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quy Nhơn .........................65
Bảng 2.23. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tuy Hòa ............................66


xii
Bảng 2.24. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tuy Hòa ............................67
Bảng 2.25. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Nha Trang .........................68
Bảng 2.26. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Nha Trang .........................69
Bảng 2.27. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Buôn Ma Thuột .................70
Bảng 2.28. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Buôn Ma Thuột .................71
Bảng 2.29. Giá trị khởi tạo của các thông số nhiệt độ trung bình năm, tốc độ gió
trung bình năm và lượng mưa trung bình năm đưa vào tính toán TD(+)
và TD(-)cho các trạm ................................................................................72
Bảng 2.30. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến TD(+) và TD(-) ..........73
Bảng 3.1: Thời kỳ phân tích của một số loại đường (theo AASHTO 1993) ............77
Bảng 3.2: Hệ số phân bố theo làn DL ........................................................................78
Bảng 3.3: Độ tin cậy (R) ...........................................................................................79
Bảng 3.4: Độ tổn thất khả năng phục vụ PSI..........................................................80
Bảng 3.5: Khoảng giá trị k nên dùng đối với các loại đất khác nhau 2) ....................84
Bảng 3.6: Các lớp móng trên được dùng trong kết cấu áo đường cứng ...................90
Bảng 3.7: Các lớp móng dưới dùng trong kết cấu áo đường cứng. ..........................91

Bảng 3.8: Mô đun đàn hồi và hệ số ma sát đối với các loại móng khác nhau ..........92
Bảng 3.9: Đánh giá để chọn giải pháp thiết kế thoát nước kết cấu áo đường cứng .97
Bảng 3.10: Giá trị Cd dùng cho mặt đường bê tông xi măng.[52]. ..........................98
Bảng 3.11: Thời gian thoát nước tương ứng với chất lượng thoát nước[21] ............99
Bảng 3.12: Chất lượng thoát nước -Trị số Cd và Hệ số nền k tương ứng [41] ........99
Bảng 3.13: Hệ số thoát nước Cd đã được điều chỉnh và kiến nghị cho khu vực
miền Trung .............................................................................................101
Bảng 3.14: Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong các tháng trong năm của 36
năm ........................................................................................................102


xiii
Bảng 3.15: Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong các tháng trong năm của
36 năm. ..................................................................................................103
Bảng 3.16: Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong các tháng của năm
trong 36 năm ..........................................................................................103
Bảng 3.17: Số lần xuất hiện đồng thời các yếu tố Nhiệt độ, vận tốc gió và lượng
mưa vào các tháng trong năm ................................................................104
Bảng 3.18: Số liệu khảo sát thu thập tương ứng với 3 ngày đo ..............................106
Bảng 3.19: Nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường và độ ẩm không khí .............107
Bảng 3.20: Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM mặt
đường .....................................................................................................110
Bảng 3.21: Dao động nhiệt độ trong từng vị trí đo trong một ngày đêm ................110
Bảng 3.22: Các giá trị ∆T (oC) theo tính toán và khảo sát ......................................112
Bảng 3.23: Hệ số giãn nở nhiệt αc của BTXM theo 3230/QĐ -BGTVT ................112
Bảng 3.24: Trị số c của bê tông theo hướng dẫn AASHTO .................................113
Bảng 3.25. Chiều rộng khe giãn tương ứng với các hệ số giãn nhiệt của BTXM ..114
Bảng 4.1. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)
(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO.........................................................122

Bảng 4.2. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD (-) (0C)
tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường
BTXM theo hướng dẫn AASHTO.........................................................123


xiv
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

Hình 1.1: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM đường ôtô có giải
phân cách .....................................................................................................7
Hình 1.2: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM đường ôtô không có
giải phân cách. .............................................................................................8
Hình 1.3: Hệ tọa độ khảo sát tấm BTXM mặt đường ...............................................10
Hình 1.4: Biến dạng uốn vồng tấm BTXM mặt đường ............................................11
Hình 1.5: Biến dạng uốn võng tấm BTXM mặt đường ............................................11
Hình 1.6: Biến dạng co-giãn tấm BTXM mặt đường ...............................................11
Hình 2.1.Sơ đồ phân tích tính toán ...........................................................................36
Hình 2.2.Mô hình xác định giá trị đặc trưng theo độ tin cậy ....................................37
Hình 2.3.Sơ đồ hàm phân phối nhiệt độ ....................................................................38
Hình 2.4.Sơ đồ hàm phân phối tốc độ gió .................................................................39
Hình 2.5. Sơ đồ hàm phân phối lượng mưa ..............................................................40
Hình 2.6. Sơ đồ hàm phân phối chiều dày tấm bê tông ............................................40
Hình 2.7. Kết quả mô phỏng TD(+)............................................................................42
Hình 2.8. Kết quả mô phỏng TD(-) ............................................................................43
Hình 2.9. Kết quả mô phỏng quan hệ TD(+)- R .........................................................44

Hình 2.10. Kết quả mô phỏng quan hệ TD(-)- R .......................................................46
Hình 2.11. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+) .........................46
Hình 2.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(-) ..........................47
Hình 2.13. Các thông số tính toán trạm Thanh Hóa .................................................48
Hình 2.14. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................48
Hình 2.15. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-)(phải)......49
Hình 2.16. Các thông số tính toán trạm TP Vinh ......................................................50
Hình 2.17. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................50
Hình 2.18. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..51
Hình 2.19. Các thông số tính toán trạm Kỳ Anh.......................................................52
Hình 2.20. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................52
Hình 2.21. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải).....53
Hình 2.22. Các thông số tính toán trạm Đồng Hới ...................................................54
Hình 2.23.Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) .............................54


xv
Hình 2.24. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..55
Hình 2.25. Các thông số tính toán trạm Đông Hà .....................................................56
Hình 2.26. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................56
Hình 2.27. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải).....57
Hình 2.28. Các thông số tính toán trạm Hương Thủy ...............................................58
Hình 2.29.Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) .............................58
Hình 2.30. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..59
Hình 2.31. Các thông số tính toán trạm Tam Kỳ ......................................................60
Hình 2.32. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................60
Hình 2.33. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .......61
Hình 2.34. Các thông số tính toán trạm Quảng Ngãi ................................................62
Hình 2.35. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................62
Hình 2.36. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .......63

Hình 2.37. Các thông số tính toán trạm Quy Nhơn ..................................................64
Hình 2.38. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................64
Hình 2.39. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..65
Hình 2.40. Các thông số tính toán trạm Tuy Hòa .....................................................66
Hình 2.41. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................66
Hình 2.42. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..67
Hình 2.43. Các thông số tính toán trạm Nha Trang ..................................................68
Hình 2.44. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................68
Hình 2.45. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..69
Hình 2.46. Các thông số tính toán trạm Buôn Mê Thuột ..........................................70
Hình 2.47. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................70
Hình 2.48. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..71
Hình 2.49. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến TD(+) .............................74
Hình 2.50. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến TD(-) ..............................74
Hình 3.1: Quan hệ giữa trị số k với độ bão hoà của đất dính....................................82
Hình 3.2: Quan hệ gần đúng giữa trị số k với CBR ..................................................85
Hình 3.3: Quan hệ gần đúng giữa trị số k với chỉ số xuyên động DCP ....................85
Hình 3.4: Hiệu chỉnh giá trị k do ảnh hưởng của lớp cứng và/hoặc của đất đắp ......87
Hình 3.5:Cấu tạo thoát nước ở mép mặt đường BTXM ...........................................97


xvi
Hình 3.6: Số lần xuất hiện yếu tố nhiệt độ cao nhất của các tháng trong năm của
36 năm ......................................................................................................102
Hình 3.7: Số lần xuất hiện yếu tố vận tốc gió cao nhất của các tháng trong năm
của 36 năm ...............................................................................................103
Hình 3.8: Số lần xuất hiện yếu tố lượng mưa cao nhất của các tháng trong năm
của 36 năm ...............................................................................................104
Hình 3.9: Sự xuất hiện đồng thời của 3 yếu nhiệt độ, vận tốc gió và lượng mưa
cao nhất của các tháng trong của 36 năm ................................................105

Hình 3.10: Sơ đồ khảo sát nhiệt trong tấm BTXM mặt đường ...............................105
Hình 3.11: Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường ở các độ sâu
khác nhau. ................................................................................................108
Hình 3.12: Biến thiên nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và nhiệt độ bề mặt
đường. ......................................................................................................108
Hình 3.13: Biến thiên nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, nhiệt độ bề mặt
đường và tốc độ gió. ................................................................................109
Hình 3.14: Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường ở mặt và đáy
tấm bê tông. ..............................................................................................109
Hình 3.15:Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại các vị trí đo cho tấm
BTXM ......................................................................................................111
Hình 3.16 Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại các vị trí đo cho tấm
BTXM ......................................................................................................111
Hình 3.17.Cấu tạo khe giãn trong mặt đường BTXM ............................................113


1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu tóm tắt luận án
- Trong lĩnh vực xây dựng đường ô tô việc lựa chọn một phương pháp tính
toán kết cấu mặt đường hợp lý, khoa học sẽ thể hiện trình độ phát triển và mang ý
nghĩa lớn về kinh tế. Kết cấu mặt đường là một bộ phận quan trọng và đắt tiền trong
tổng thể công trình đường ô tô. Do đó việc lựa chọn và áp dụng các phương pháp
thiết kế mặt đường tiên tiến, khoa học sẽ góp phần giải quyết được vấn đề thực tiễn
đặt ra. Vì vậy hiện nay Việt Nam đang từng bước áp dụng các phương pháp thiết kế
phổ biến của các nước, trong đó có phương pháp thiết kế mặt đường theo hướng
dẫn AASHTO.
Tuy nhiên để việc áp dụng tính toán sát với điều kiện thực tế Việt Nam, cần
có những điều chỉnh hợp lý để áp dụng hướng dẫn thiết kế của AASHTO mang lại
hiệu quả tốt. Cùng với các hướng dẫn thiết kế của AASHTO đã có [20], [21], [34],

[41], công trình nghiên cứu trong luận án góp phần tiếp tục hoàn thiện các thông số
đầu vào liên quan đến điều kiện khí hậu thời tiết khu vực, cụ thể là vấn đề nghiên
cứu lựa chọn các thông số về nhiệt độ- lượng mưa- tốc độ gió của khu vực thiết kế,
nhằm ứng dụng thiết lập độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu và độ chênh lệch
nhiệt độ âm hữu hiệu, lựa chọn hệ số thoát nước, bố trí khe giãnkhi thiết kế tấm bê
tông xi măng mặt đường.
- Nội dung luận án gồm 4 chương; phần mở đầu; kết luận và kiến nghị; ngoài
ra còn có một quyển phụ lục đóng riêng.
+/ Phần mở đầu.
+/ Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
+/ Chương 2: Nghiên cứu các thông số về khí hậu khu vực miền Trung sử
dụng trong thiết kế và khai thác mặt đường theo AASHTO.
+/ Chương 3: Xác định các thông số đầu vào, khảo sát sự thay đổi nhiệt độ
trong tấm bê tông và lựa chọn một số thông số tính toán tấm bê tông xi măng mặt
đường theo AASHTO.
+/ Chương 4: Tính toán tấm bê tông xi măng mặt đường trong điều kiện khí
hậu miền Trung Việt Nam với các thông số lựa chọn.
+/ Kết luận và kiến nghị.


2
+/ Quyển Phụ lục luận án: được đóng riêng, trong đó là Số liệu khí hậu thời
tiết của 13 trạm thuộc 13 tỉnh thành khu vực miền Trung với chuỗi thời gian 1980
đến 2015, các đồ thị, bảng tra kết quả tính và lựa chọn các thông số về chênh lệch
nhiệt độ tấm BTXM mặt đường, hệ số thoát nước, hệ số giãn nhiệt-bề rộng khe giãn
trong thiết kế mặt đường BTXM, và các nội dung khác liên quan đến luận án.
2. Lý do chọn đề tài. [21], [35], [40], [47].
-Mặt đường là kết cấu quan trọng và đắt tiền nhất trong các hạng mục công
trình đường ô tô. Chất lượng mặt đường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng khai
thác đường, đến điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận và nhanh chóng. Chất lượng

mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành, đến niên hạn sử dụng đường.
Miền trung Việt Nam với những đặc điểm về địa lý, địa hình và khí hậu thời
tiết có nhiều bất lợi cho đường ô tô, mưa nhiều, lượng mưa lớn,lại phân bố không
đều theo mùa, lũ lụt, úng ngập thường xảy ra, nhiệt độ vào mùa hè cao cùng với đó
là địa hình dốc, dòng chảy mạnh…và vì thế gây bất lợi cho công trình đường ô tô,
sau những trận mưa, lũ hoặc những đợt nắng nóng kéo dài mặt đường thường xuống
cấp nhanh chóng, nên phải sửa chữa rất tốn kém.
Ngoài ra kinh phí duy tu bảo dưỡng đường sá của ta rất eo hẹp, kỹ thuật duy
tu bảo dưỡng lạc hậu, khiến mặt đường xuống cấp rất nhanh.
Trong các loại mặt đường hiện nay đã và đang sử dụng thì mặt đường Bê
tông xi măng (BTXM) có nhiều ưu điểm vượt trội đang đươc khuyến khích hoàn
thiện và đưa vào áp dụng.
Chế độ thủy nhiệt:
- Trong những năm gần đây, hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng
diễn ra rất mạnh mẽ trên toàn cầu. Đây là hiện tượng đã được các nhà khoa học xác
định là có thực và theo đánh giá thì Việt Nam là một trong những nước bị ảnh
hưởng nghiêm trọng của hiện tượng này, mà đặc biệt hơn là khu vực miền trung.
Dưới tác động của hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thiên tai và các
hiện tượng khí hậu cực đoan gia tăng, ảnh hưởng đến chế độ mưa, sự thay đổi nhiệt
độ và tốc độ gió ở nước ta. Do vậy ảnh hưởng đến các thông số đầu vào như: mưa,
nhiệt và gió sử dụng trong tính toán thiết kế mặt đường, làm cho việc ứng dụng các


3
thành quả nghiên cứu thiết kế của một số nước khi áp dụng vào Việt Nam còn chưa
đạt độ tin cậy cao.
Với chính sách mở cửa thu hút vốn đầu tư của nhà nước những năm qua,
chúng ta đã khai thác được nhiều nguồn vốn của tư bản nước ngoài đầu tư vào Việt
Nam để xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải. Đồng
thời với việc mở rộng quan hệ hợp tác, học hỏi nhằm củng cố xây dựng cơ sở hạ

tầng mềm (KHKT) [21]. Trong lĩnh vực GTVT chúng ta đã nhanh chóng tiếp cận
với những phương pháp thiết kế mới (điển hình là phương pháp của Mỹ) đang được
nhiều nước sử dụng.
Việc chính phủ chấp nhận các tổ chức tư vấn quốc tế sử dụng phương pháp
thiết kế mặt đường AASHTO cho một số dự án đầu tư nước ngoài đã thể hiện quan
điểm của chính phủ Việt Nam trong lĩnh vực này.
Ngoài ra, Bộ giao thông vận tải nước ta cũng tăng cường công tác cần thiết
như phổ biến tài liệu, chuẩn bị các vấn đề cần thiết khác nhằm giúp đội ngũ cán bộ
kỹ sư Việt Nam đủ trình độ, năng lực quản lý các dự án và tiến tới chủ động hơn khi
thiết kế công trình có vốn đầu tư nước ngoài.
Như vậy, hiện nay Việt Nam hiển nhiên đang tồn tại hai phương pháp thiết
kế (gần như được công nhận là hợp pháp) đó là: Phương pháp thiết kế mặt
đườngtheo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT: “Quy định tạm thời về thiết kế mặt
đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao
thông”và Phương pháp thiết kế mặt đườngtheo hướng dẫn của AASHTO.
Trong bối cảnh đó, vấn đề đánh giá đúng đắn tính khoa học, tính thực tiễn,
điều kiện cần thiết khi sử dụng, lựa chọn các phương pháp khác nhau để thiết kế
đường ô tô ở nước ta là một vấn đề cần thực hiện nghiêm túc để có những dữ kiện
khoa học cần thiết trong thiết kế mặt đường. Hơn nữa, các tiêu chuẩn, tài liệu kỹ thuật
của AASHTO đưa ra đều có sự kết hợp chặt chẽ với nhiều hội nghiệp vụ, viện kỹ
thuật, trường đại học, với các kết quả nghiên cứu mới nhất của các giáo sư- tiến sỹ.
Đến năm2008 trong Dự án xây dựng cầu đường bộ giai đoạn 2 của Bộ GTVT, do
công ty tư vấn SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam đã biên soạn Tiêu
chuẩn thiết kế mặt đường cứng, Tiêu chuẩn này chủ yếu dựa vào “Hướng dẫn thiết
kế mặt đường của AASHTO năm 1993” và Phần bổ sung năm 1998 cho hướng dẫn
này của AASHTO.


4
Ngày 17/8/2012 của Bộ Giao thông vận tải Ban hànhQuyết định số

1951/QĐ-BGTVT: “Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt
đường bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông”.
Ngày 14/12/2012 của Bộ Giao thông vận tải Ban hành Quyết định số
3230/QĐ-BGTVT: “Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng
thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông”.
Trong nâng cấp, xây mới bằng nguồn ngoài thường áp dụng tính toán theo
hướng dẫn AASHTO.Từ đó cho thấy, một trong những vấn đề cần nghiên cứu để có
thể áp dụng phương pháp thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO là
nghiên cứu hoàn thiện cách xác định các thông số tính toán mang đặc thù của điều
kiện khí hậu và địa chất của Việt Nam.
Từ những đòi hỏi cấp thiết như trên, luận án ‘‘Nghiên cứu một số thông số
thiết kế Tấm Bê tông xi măng mặt đường cứng trong điều kiện khí hậu miền
Trung Việt Nam theo tiêu chuẩn AASHTO” được lựa chọn nghiên cứu.
3. Mục đích nghiên cứu
Luận án chỉ tập trung nghiên cứu và giải quyết thông số về: Nhiệt, gió, mưa
(nhiệt độ trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm, lượng mưa trung bình năm)
dùng trong tính toán độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu, độ chênh lệch nhiệt độ
âm hữu hiệu ứng với độ tin cậy thiết kế và lựa chọn hệ số thoát nước kết cấu, bố trí
khe giãn khi tính toán tấm bê tông xi măng mặt đường cứng theo hướng dẫn
AASHTO. Đây là thông số quyết định, quan trọng, và phụ thuộc vào đặc trưng khí
hậu thời tiết của khu vực thiết kế tuyến đường.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Mặt đường bê tông xi măng (Mặt đường bê tông xi
măng thông thường có khe nối) trên công trình đường ô tô.
- Phạm vi nghiên cứu: Cho khu vực Miền Trung - Việt Nam.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1) Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa, gió, nhiệt độ góp phần làm sáng
tỏ hơn tình trạng bất thường của sự biến đổi thời tiết khí hậu trên lãnh thổ Việt Nam
trong những thập kỷ gần đây, mà nhất là sự bất lợi của thời tiết đã có những tác
động lớn đến khu vực miền trung.Từ đó thấy được tính cấp thiết phải cập nhật và

5
xác định các thông số về khí hậu thời tiết tác đưa vào thiết kế công trình nền mặt
đường ô tô hiện nay.
2) Nghiên cứu xác định các thông số về:
Tốc độ gió trung bình năm, lượng mưa trung bình năm và nhiệt độ trung bình
năm, từ đó làm cơ sở dữ liệu đưa vào tính toán thiết lậpthông số độ chênh lệch nhiệt
độ dương hữu hiệu, độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông ứng với độ
tin cậy trong thiết kế mặt đường.
3) Khảo sát điều kiện thoát nước thực tế trên các tuyến đường trong khu vực
với điều kiện khí hậu thời tiết (lượng mưa trung bình năm) để từ đó kiến nghị lựa
chọn hệ số thoát nước đưa vào tính toán tấm BTXM.
4) Phân tích đánh giá sự ảnh hưởng của hệ số giãn nhiệt BTXM, ảnh hưởng
của hệ số này đến chiều rộng khe giãn trên mặt đường.
5) Dựa trên các thông số xác định được ứng với điều kiện cụ thể của khu vực
thiết kế tuyến, từ đó làm cơ sở để tính toán lựa chọn chiều dày và bố trí cấu tạo tấm
BTXM mặt đường.
6. Những đóng góp mới của luận án
1) Xác định được giá trị các thông số về lượng mưa trung bình năm, tốc
độ gió trung bình năm, nhiệt độ trung bình năm chịu tác động của BĐKH trong
thời gian gần đây của khu vực thiết kế. Từ đó góp phần chính xác hóa các số liệu
thu thập và từng bước ứng dụng AASHTO vào thiết kế mặt đường trong điều
kiện miền Trung Việt Nam.
2) Xác định được các giá trị thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu
hiệu,độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông dựa trên cơ sở nghiên cứu
đo đạc thu thập số liệu thời tiết thủy văn của khu vực để tìm ra các giá trị tốc độ gió
trung bình năm, lượng mưa trung bình năm và nhiệt độ trung bình năm.Từ đó góp
phần cụ thể hóa việc tính toán thiết kế mặt đường bê tông xi măng cho khu vực
miền Trung Việt Nam theo AASHTO.

3) Khảo sát nghiên cứu và lựa chọn hệ số thoát nước tương ứng với các điều
kiện xây dựng, khai thác và khí hậu thời tiết khu vực.
4) Phân tích sự ảnh hưởng của hệ số giãn nhiệt BTXM đến tính toán bố trí
khe nối trên mặt đường, từ đó có cơ sở kiến nghị hạn chế sử dụng khe giãn với mặt
đường BTXM.


6
5) Trên cơ sở các thông số thiết kế có tính tương đồng mà một số nước đã sử
dụng, tiến hành khảo sát nghiên cứu thêm, cùng với những thông số cơ bản mà luận
án đã xác định sẽ góp phần làm chính xác hóa quá trình tính toán,từng bước ứng
dụng AASHTO vào thiết kế tấm bê tông xi măng mặt đường cho khu vực miền
Trung Việt Nam nói riêng và cả nước nói chung ./.


7
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng [1], [2], [4], [5], [6], [14], [15], [16],
[17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [34], [37]
1.1.1. Những khái niệm cơ bản
- Áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp
vật liệu có độ cứng và cường độ lớn hơn so với đất nền đường để phục vụ cho xe chạy,
trực tiếp chịu tác dụng phá hoại thường xuyên của các phương tiện giao thông và
những nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,...) [1], [2], [4], [5], [6].
- Áo đường cứng (hay còn gọi kết cấu áo đường cứng) là một kết cấu áo đường
mà lớp mặt là tấm BTXM có sức kháng uốn tương đối cao, phân bố tải trọng xuống
nền đất trên một diện rộng. [34]
- Mặt đường bê tông xi măng là Mặt đường đường ô tô có tầng mặt bằng
BTXM có thể có cốt thép, lưới thép hoặc không. [1], [6].

- Mặt đường BTXM thông thường có khe nối là loại mặt đường có tầng
mặt bằng các tấm BTXM kích thước hữu hạn, liên kết với nhau bằng các khe nối
(khe dọc và khe ngang. Ngoại trừ các chỗ có khe nối và các khu vực cục bộ khác,
trong tầng mặt BTXM loại này đều không bố trí cốt thép (mặt đường BTXM phân
tấm không cốt thép).[6].
1.1.2.Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của áo đường cứng
- Áo đường cứng được thiết kế dựa trên lý thuyết ''Tấm trên nền đàn hồi'' đồng
thời có xét tới sự thay đổi nhiệt độ và của các tác nhân khác gây ra với tấm bê tông.[6].
Sơ đồ Kết cấu mặt đường BTXM (kết cấu áo đường cứng) đổ tại chỗ gồm
các lớp như hình 1.1 và hình 1.2:

Hình 1.1: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM
đường ôtô có giải phân cách


8

Hình 1.2: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM
đường ôtô không có giải phân cách.
- Các điều kiện về khí hậu tự nhiên tác động đến tính toán tấm bê tông xi
măng mặt đường: Các điều kiện về khí hậu tự nhiên có sự cách biệt rất lớn giữa các
vùng miền, các địa phương, do vậy tác động của chúng đến sự làm việc của mặt
đường ô tô từng khu vực sẽ khác nhau. Sự thay đổi nhiệt độ không khí và trên bề mặt
trái đất phụ thuộc trạng thái cân bằng nhiệt của từng địa phương trong một ngày đêm
và trong một năm, gọi là chu trình nhiệt ngày đêm và chu trình nhiệt năm, đặc trưng
cơ bản của nó là biên độ dao động nhiệt, có nghĩa là hiệu giữa nhiệt độ trung bình giờ
nóng nhất và lạnh nhất hoặc tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất trong năm. Nhiệt độ
trong tấm bê tông được cung cấp bởi 2 nguồn là nhiệt độ không khí và nhiệt do bức
xạ mặt trời. Từ các quá trình trên tạo nên một trường nhiệt độ trong tấm bê tông.
- Trong điều kiện khai thác, tấm bê tông mặt đường ô tô luôn có sự khác biệt

về nhiệt độ mặt tấm và đáy tấm và giữa các thời điểm khác nhau trong ngày. Sự tăng
hoặc giảm nhiệt độ trung bình trong tấm gây nên hiện tượng giãn dài hoặc co ngắn
tấm bê tông, còn khi nhiệt độ bề mặt và đáy tấm khác nhau sẽ gây nên hiện tượng uốn
vồng. Khi biến dạng của tấm bê tông bị cản trở trong tấm sẽ xuất hiện ứng suất, ứng
suất này gây bất lợi cho tấm bê tông.
1.1.3.Xem xét trạng thái làm việc của tấm BTXM mặt đường dưới tác dụng của
khí hậu thời tiết [37]
1.1.3.1.Trạng thái làm việc của tấm BTXM mặt đường chịu ảnh hưởng bởi yếu tố
khí hậu thời tiết
Tác động của khí hậu thời tiết lên mặt đường bao gồm nhiều yếu tố, trong đó có
các yếu tố cơ bản là nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời, vận tốc gió, lượng mưa có ảnh
hưởng trực tiếp đến sự thay đổi nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường. Sự thay đổi


9
nhiệt độ không khí và bức xạ mặt trời diễn ra thường xuyên theo chu kỳ ngày, đêm và
theo năm. Như vậy, nhiệt độ môi trường tác động lên mặt đường bê tông xi măng cũng
sẽ diễn ra theo chu kỳ ngày đêm và theo chu kỳ năm. Giá trị nhiệt độ của mặt đường bê
tông xi măng có thể được xác định theo phương pháp lý thuyết, lý thuyết kết hợp thực
nghiệm hoặc thực nghiệm hoàn toàn. Hiện nay, nhiệt độ tấm bê tông mặt đường theo
ngày đêm có thể được xác định từ các công thức lý thuyết như sau: [37]
𝒕𝒃𝒎 = 𝒕𝒌𝒌 + 𝒕𝒃𝒙 = 𝒕𝒌𝒌 + ρ.

𝑰
𝒂𝒅𝒏

. 𝒌𝒈

(1.1)

Trong đó:
tbm - nhiệt độ bề mặt của mặt đường
tkk - nhiệt độ không khí
tbx - nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời đốt nóng thêm bề mặt của mặt
đường bê tông xi măng, tbx được xác định như sau:
tbx= ρ.

𝑰
𝒂𝒅𝒏

.𝒌𝒈

(1.2)

Trong đó:
ρ - hệ số hấp thụ nhiệt của mặt đường bê tông xi măng phụ thuộc trạng thái
và màu sắc mặt đường
I - cường độ tia bức xạ, phụ thuộc vào vĩ độ Bắc, đơn vị là kcal/m2.giờ, đó là
tổng lượng bức xạ trực tiếp của mặt trời đến 1m2 mặt đường trong 1 đơn vị thời
gian, khi tính lấy theo giá trị trực xạ trên bề mặt tại thời điểm và địa điểm tính toán;
𝑘𝑔 -hệ số giảm cường độ bức xạ mặt trời do đặc điểm của bầu khí quyển;
adn - hệ số dẫn nhiệt chung của bê tông xi măng mặt đường.

Khu vực Miền Trung Việt Nam là nơi có nhiệt độ cao về mùa hè, nhất là các
vùng chịu ảnh hưởng của gió tây khô nóng (gió Lào), nằm gần đường xích đạo nên
nhiệt độ trung bình trong tấm BTXM mặt đường rất cao. Hơn nữa, nhiệt độ bề mặt
tấm bê tông xi măng tính theo lý thuyết sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí, cường
độ bức xạ mặt trời, tính chất vật liệu làm đường và đặc điểm của bầu khí quyển.
Nhiệt độ bề mặt tại mỗi khu vực khác nhau sẽ có giá trị khác nhau. Vì vậy, cần tiến
hành phân loại vùng khí hậu theo đặc điểm và tính chất biến đổi của khí hậu, để từ đó

lựa chọn các thông số khí hậu sát với thực tế đưa vào tính toán tấm BTXM mặt
đường khu vực xây dựng.


10
Tác dụng thường xuyên liên tục theo chu trình ngày đêm của nhiệt độ môi
trường là trường hợp bất lợi nhất, sự biến đổi nhiệt độ liên tục theo chu trình này
gây hiện tượng biến dạng liên tục của tấm và được xác định là một trong những
nguyên nhân dẫn đến phá huỷ mỏi của tấm mặt đường bê tông xi măng. Dưới tác
dụng của nhiệt độ môi trường, mặt trên và mặt dưới của tấm bê tông mặt đường có
sự chênh lệch nhiệt độ lớn, trong tấm sẽ xuất hiện trường nhiệt độ phân bố không
đều theo chiều sâu, cùng với sự thay đổi nhiệt độ trung bình vào các thời điểm khác
nhau trong ngày là nguyên nhân gây ra các biến dạng uốn vồng và uốn võng tấm
theo phương đứng và co giãn theo phương dọc và ngang tấm. Trong khi các biến
dạng này không thể diễn ra tự do vì bị cản trở do một số nguyên nhân chính sau:
khối lượng tấm gây cản trở uốn vồng và co giãn; ma sát giữa đáy tấm và nền gây
cản trở chuyển dịch co giãn, tải trọng xe nặng tác dụng ở giữa tấm khi uốn vồng, ở
đầu tấm (khe ngang) khi uốn võng... Lúc này trong tấm bê tông sẽ xuất hiện ứng
suất nhiệt độ theo lý thuyết nhiệt đàn hồi tuyến tính:
Ta có ứng suất kéo, nén theo phương x hoặc y tại độ sâu z là:
Tx(y) = t,zx(y) + msx(y)

(1.3)

Trong đó:
t,zx(y) - ứng suất nhiệt theo phương x (hoặc y) tại các độ sâu z do nhiệt độ
phân bố không đều theo chiều sâu tấm;
msx(y)- ứng suất nhiệt theo phương x (hoặc y) do ma sát giữa tấm bê tông và nền.
1.1.3.2. Sơ đồ biến dạng và những thời điểm bất lợi cho tấm BTXM mặt đường
1) Hệ tọa độ khảo sát tấm BTXM và các biến dạng: (Hình 1.3 đến hình 1.6)

Tấm bê tông có chiều dài L, chiều rộng B và chiều dày là h. Trục tọa độ
XYZ có gốc tại mặt trên của tấm và ở trọng tâm, trục X theo cạnh dài dọc tấm, trục
Y theo phương ngang tấm, trục Z theo phương thẳng đứng.
y

x

O

h

B
L

z

Hình 1.3: Hệ tọa độ khảo sát tấm BTXM mặt đường