Nghiên cứu, đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm áp dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui cầu Đông Trù Phương Trạch Bắc Thăng Long

1
1

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

NGUYỄN VĂN THÂN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ THI CÔNG KẾT CẤU MẶT
ĐƯỜNG MỀM ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG 5 KÉO DÀI
(TỪ CẦU CHUI – CẦU ĐÔNG TRÙ – PHƯƠNG TRẠCH – BẮC THĂNG
LONG)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


2
2

HÀ NỘI - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
----------------------

NGUYỄN VĂN THÂN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ THI CÔNG KẾT CẤU MẶT
ĐƯỜNG MỀM ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG 5 KÉO DÀI
(TỪ CẦU CHUI – CẦU ĐÔNG TRÙ – PHƯƠNG TRẠCH – BẮC THĂNG
LONG)

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60.58.02.05.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS-TS. Nguyễn Quang Phúc


3
3

HÀ NỘI - 2017


4
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn
Quang Phúc, các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn
này trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác.Tôi cũng xin cam đoan rằng
mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin
trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày… tháng….năm 2017
Tác giả

Nguyễn Văn Thân

5
LỜI CẢM ƠN!
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến toàn thể các
thầy giáo, các cô giáo trong Trường Đại học giao thông vận tải đã tận tình giảng
dạy, truyền đạt, hướng dẫn những kiến thức khoa học quý giá trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu tại trường. đặc biệt là Thầy giáo PG-TS. Nguyễn Quang
Phúc người đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ em với những chỉ dẫn khoa học
quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Nghiên cứu
đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm áp dụng cho dự án xây dựng
đường 5 kéo dài (từ cầu chui – cầu Đông Trù – Phương Trạch – Bắc Thăng Long”.
Em xin chân thành cảm ơn các bạn học viên trong lớp Xây dựng đường ô tô và
Thành phố K23.1 đã góp ý kiến và giúp đỡ em triển khai và hoàn thành đề tài.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong gia
đình em.

Hà Nội, Ngày tháng

năm 2017

Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Thân


6
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN!..........................................................................................................ii
MỤC LỤC...............................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................vii


7
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

QL

Quốc lộ

ĐT

Đường tỉnh

KT-XH

Kinh tế - xã hội

BTN

Bê tông nhựa

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

GTVT

Giao thông vận tải

GTNT

Giao thông nông thôn

VLXD

Vật liệu xây dựng

BGTVT

Bộ giao thông vận tải

TCVN

Tiêu chuẩn Việt nam

TP

Thành phố

NN

Nông nghiệp

KHCN

Khoa học công nghệ

TCN

Tiêu chuẩn ngành

NĐ-CP

Nghị định – Chính Phủ

QĐ

Quyết định


8

TT

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Tên bảng

Trang


9

TT

DANH MỤC HÌNH VẼ
Tên hình

Trang


10
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu Đông Trù - Phương Trạch
- Bắc Thăng Long) [11] là một Công trình có tầm quan trọng đặc biệt trong mạng
lưới quy hoạch phát triển giao thông Thành phố Hà Nội, đồng thời là dự án trọng
điểm của thành phố Hà Nội giai đoạn 2010 – 2015. Công trình hoàn thành sẽ kết nối
khu đô thị Bắc Thăng Long Vân Trì tới Quốc lộ 5 tạo nên trục giao thông chính
giúp phát triển các khu công nghiệp, khu đô thị phía Bắc sông Hồng, Từng bước
hoàn thiện hệ thống tuyến đường vành đai II phía Đông Bắc Thành phố Hà Nội từ
Sài Đồng đến Vĩnh Ngọc (nối về cầu Nhật Tân) góp phần giải tỏa lượng giao thông
liên tỉnh từ Hải Phòng, Hải Dương, Hưng yên đi sân bay Nội Bài và các tỉnh phía
Tây và Tây Bắc, tạo nên hướng giao thông ngoại vi phía Bắc đối trọng với hướng đi
phía Nam qua cầu Thanh Trì, đặc biệt là hướng giao thông từ Quốc lộ 5 đi Quốc lộ
3 và Quốc lộ 2 góp phần thúc đẩy kinh tế xã hội của Thành phố.
Theo thiết kế dự án xây dựng đường 5 kéo dài [11] có tổng chiều dài là
13.32Km, nối từ tuyến đường chính B2 thuộc dự án xây dựng Hạ tầng cơ sở khu Đô
thi Bắc Thăng Long – Vân Trì (phía Đông Anh) đến nút giao cầu Chui với Quốc lộ
5 (phía Quận Long Biên); Mặt cắt ngang theo chỉ giới đường đỏ = 68m. Trên tuyến
gồm có 3 cầu gồm : Một là cầu Đông Trù có chiều dài cầu L=1.139m, bề rộng mặt
cắt ngang cầu 55m. nhịp chính có khẩu độ 80 – 120 – 80. Hai là cầu Đông Hội (Ngũ
Huyện Khê) có chiều rộng cầu 60m ; chiều dài cầu 47,15m gồm 01 nhịp 38m. Ba là
cầu Phương Trạch có chiều rộng cầu 63,5m ; chiều dài cầu 35,1m gồm 01 nhịp
28m.
Hiện nay, kết cấu mặt đường mềm đang được sử dụng khá phổ biến trong các
công trình giao thông trên thế giới và ở Việt Nam, đặc biệt là đường Quốc lộ, đường

đô thị, đường cao tốc,... kết cấu mặt đường mềm đáp ứng được yêu cầu về mặt kỹ
thuật và đảm bảo tính liên tục của mặt đường, mức độ êm thuận khi khai thác, Tiến
độ thi công đưa công trình vào khai thác nhanh, Giá thành phù hợp.


11
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm không thể phủ nhận thì mặt đường mềm
có tuổi thọ không cao do nó vẫn còn một số nhược điểm cần được tiếp tục nghiên
cứu một cách khoa học [14] để xác định như: Khả năng chịu lực và mô đun đàn hồi;
Độ bền nước; Nhạy cảm đối với sự thay đổi nhiệt độ môi trường; Các hiện tượng hư
hỏng của kết cấu mặt đường như: hằn lún vệt bánh xe, nứt, trồi lún mặt đường bê
tông nhựa xảy ra phổ biến trên phạm vi cả nước.
Theo số liệu khảo sát thống kê của Tổng cục đường bộ Việt Nam, trình trạng
hằn lún vệt bánh xe xảy ra hầu hết các trục quốc lộ chính có lưu lượng xe lớn và
nhiều xe tải trọng nặng lưu thông. Không chỉ xuất hiện trên các trục đường đã khai
thác nhiều năm mà còn cả trên những đoạn đường mới hoàn thành, đưa vào khai
thác như QL18 Uông Bí – Hạ Long, tuyến tránh TP. Vinh và cả trên một số đoạn
đường cao tốc. Trên QL1A đoạn Cục đường bộ II quản lý có 70/620km, chiếm 13%
chiều dài HLVBX độ sâu 2-10cm, đoạn Cục đường bộ II quản lý 90/593km, chiếm
15% chiều dài có HLVBX độ sâu trên 7cm, chỗ sâu lún nhất 12-15cm. Hay trên
mặt cầu như cầu Thanh Trì, cầu Hòa Bình, cầu cạn đường vành đai 3 – Hà Nội...
Do vậy việc lựa chọn thành phần bê tông nhựa, công nghệ thi công lớp mặt
đường bê tông nhựa là việc không dễ, cần sự vào cuộc quyết liệt của các chuyên
gia, tư vấn thiết kế, nhà thầu thi công, cán bộ quản lý, giám sát mới có thể giải
quyết triệt để được những vấn đề nêu trên.
Đề tài “Nghiên cứu, đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm áp
dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu Đông Trù - Phương
Trạch - Bắc Thăng Long)” Là một hướng nghiên cứu nhằm đưa ra những đánh giá,
phân tích về công nghệ thi công kết cấu mặt đường bê tông nhựa của dự án quan
trọng này và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng thi công kết cấu mặt đường

mềm cho các dự án có điều kiện tương tự.
2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông nhựa - kết cấu, các dạng hư hỏng
kết cấu mặt đường sử dụng bê tông nhựa và công nghệ thi công kết cấu mặt đường


12
bê tông nhựa áp dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu Đông
Trù - Phương Trạch - Bắc Thăng Long).


13
3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đánh giá thiết kế kết cấu mặt đường, đánh giá
thiết kế thành phần hỗn hợp BTN và đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt
đường áp dụng cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui - cầu Đông Trù Phương Trạch - Bắc Thăng Long).
4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu, đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường mềm sử dụng cho
dự án xây dựng đường 5 kéo dài (từ cầu Chui – cầu Đông Trù – Phương Trạch –
Bắc Thăng Long).
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp thu thập các số liệu
liên quan đến đề tài, sau đó phân tích tổng hợp, đánh giá và có kết luận phù hợp cho
mục tiêu nghiên cứu.
6. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, kết cấu của luận văn gồm 4
chương:
Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về thiết kế, thi công và khai thác kết cấu mặt
đường mềm.
Chương 2. Phân tích đánh giá công tác thiết kế kết cấu mặt đường dự án xây dựng

đường 5 kéo dài.
Chương 3. Phân tích đánh giá công tác thiết kế thành phần hỗn hợp BTN áp dụng
cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài.
Chương 4. Phân tích đánh giá công nghệ thi công kết cấu mặt đường BTN áp dụng
cho dự án xây dựng đường 5 kéo dài.


14
CHƯƠNG 1. NHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ
KHAI THÁC KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM.
1.1. Các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm
Mỗi phương pháp thiết kế kết cấu áo đường nói chung cần được hình thành
trên cơ sở giải quyết ba vấn đề như sau:
- Xác định trạng thái giới hạn và tiêu chuẩn trạng thái giới hạn. Việc xác định
này bao gồm việc nghiên cứu để chọn được thông số trạng thái giới hạn thích hợp
với mô hình thiết kế và định lượng về giới hạn phát sinh hư hỏng.
- Cơ sở lý thuyết cho tính toán và phương pháp tính toán - đánh giá mặt
đường.
- Xác định các thông số thiết kế tùy thuộc cơ sở lý thuyết và phương pháp tính
toán, đề xuất phương pháp xác định các thông số này, thích hợp với mô hình thiết
kế và cơ sở lý thuyết của tính toán thiết kế.
Các phương pháp chính được sử dụng trong thiết kế kết cấu mặt đường mềm
bao gồm:
- Phương pháp lý thuyết sử dụng lý thuyết đàn hồi với các phương trình tính
ứng suất - biến dạng phát sinh trong kết cấu mặt đường là hệ nhiều lớp đàn hồi. Đây
là phương pháp hiện đang được Việt Nam sử dụng để thiết lập Tiêu chuẩn thiết kế
kết cấu mặt đường mềm 22TCN211-06 [2]. Thuộc nhóm này còn có các phương
pháp thiết kế mặt đường mềm của Pháp, Trung Quốc, Nga. Phương pháp thiết kế
mặt đường mềm theo tiêu chuẩn 22TCN211-06 hiện hành ở Việt Nam là phương
pháp lý thuyết-thực nghiệm dựa trên kết quả bài toán với mô hình bán không gian

vô hạn đàn hồi nhiều lớp theo mô hình Burmister. Phương pháp thiết kế theo
22TCN211-06 hiện cũng đang được nghiên cứu, chuyển đổi thành TCVN. Những
hạn chế của phương pháp này là: Vẫn phải sử dụng các toán đồ được xây dựng từ
bài toán hệ đàn hồi 2 lớp, trong khi các phần mềm hiện đại, miễn phí đã tính toán
cho hệ nhiều lớp đàn hồi và đàn nhớt dưới tác dụng của tải trọng tính và động.
Phương pháp cũng chưa xét đến một số hiện tượng hư hỏng kết cấu khá phổ biến
trong thực tế trong các trạng thái giới hạn kiểm toán kết cấu mặt đường như biến


15
dạng không hồi phục lún vệt bánh xe ở lớp bê tông nhựa do ứng suất cắt trượt lớn,
đẩy trồi bê tông nhựa, nứt do xô trượt lớp mặt, nứt phản ánh. Phá hoại mỏi cũng chỉ
đưa vào các hệ số khi tính toán. Khi áp dụng 22TCN 211-06 sẽ khó khăn khi xác
định các thông số đầu vào, yêu cầu thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý làm thông
số tính toán của vật liệu trong tiêu chuẩn thiết kế hiện hành khó được thực hiện do
điều kiện về cơ sở thí nghiệm và kinh phí, thí nghiệm mô hình tĩnh xác định mô đun
đàn hồi trong khi các tiêu chuẩn trên thế giới đều mô hình động. Cách phân loại vật
liệu bê tông nhựa hiện nay chưa có sự thống nhất, tham chiếu lẫn nhau giữa tiêu
chuẩn thi công nghiệm thu và tiêu chuẩn thiết kế, nhiều loại vật liệu mới hiện đã
được sử dụng nhưng chưa có các thông số tính toán tham chiếu trong tiêu chuẩn. Hệ
số độ tin cậy cũng là một khó khăn khi lựa chọn và mâu thuẫn với các thông số đầu
vào đã được lấy ở điều kiện bất lợi nhất.
- Phương pháp kinh nghiệm với phương trình thiết kế là các mối quan hệ thực
nghiệm thu thập từ các thử nghiệm đường và từ kinh nghiệm trong quá trình thiết
kế, khai thác đường. Hướng dẫn thiết kế mặt đường AASHTO là một tiêu chuẩn
điển hình cho các phương pháp thiết kế này. Hướng dẫn thiết kế mặt đường
AASHTO đã được sử dụng tương đối phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt trong các dự án
đường sử dụng nguồn vốn nước ngoài. Bộ Giao thông vận tải đã ban hành một tiêu
chuẩn ngành, 22TCN274-01 [1], tiêu chuẩn được soạn thảo dựa trên phương pháp
thiết kế mặt đường mềm của AASHTO. Hiện nay, Tổng cục Đường bộ Việt Nam

đang chuyển đổi thành tiêu chuẩn Việt Nam (6/2014 đã nghiệm thu cấp cơ sở) [20].
Phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của AASHTO-93 vẫn
được nhiều bang ở Mỹ và Canada sử dụng. Theo khảo sát của Cục đường bộ liên
bang Mỹ năm 2007 còn đến 63% các bang sử dụng AASHTO-93, 12% sử dụng
AASHTO-72, 13% sử dụng phương pháp do bang phát triển, 8% kết hợp AASHTO
và phương pháp của bang và 4% sử dụng phương pháp khác.


16

Hình 1.1. Thống kê phương pháp thiết kế áo đường mềm của FHWA [16]

Hình 1.2. Đoạn thử nghiệm AASHO 1958-1960 [17]
Phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của AASHTO-93
được phát triển dựa trên thử nghiệm AASHO từ 10/1958 đến 11/1960 gần Ottawa,


17
Illinois với những hạn chế bởi điều kiện khí hậu tại nơi thử nghiệm, kết cấu thử
nghiệm, loại tải trọng thử nghiệm và thời gian thử nghiệm. Tuy nhiên đây cũng là
phương pháp được nhiều nước sử dụng trong thiết kế kết cấu mặt đường của mình
như Canada, Nhật, Đài Loan, Singapore, Malaysia,… Ở Việt Nam trong khi chưa có
những nghiên cứu địa phương hóa thì có thể sử dụng nguyên xi phương pháp này để
dần từng bước tích lũy kinh nghiệm mới có thể biên soạn tiêu chuẩn quốc gia chính
thức.
Cùng với việc sử dụng phương pháp thực nghiệm AASHTO, các bang của Mỹ
và Canada cũng đang nghiên cứu áp dụng phương pháp cơ học thực nghiệm
MEPDG trong thiết kế mặt đường mềm.
- Phương pháp cơ học - thực nghiệm, là phương pháp phối hợp các phương
trình theo lý thuyết, bao gồm lý thuyết đàn hồi, lý thuyết nhiệt và các phương trình

từ các mối quan hệ thực nghiệm và kinh nghiệm thu thập được. Phương pháp này
được tập trung nghiên cứu trong chương trình nghiên cứu Chiến lược đường bộ
SHRP. Phần mềm dùng để tính toán thiết kế là MEPDG, đây là hướng nghiên cứu
chính để phân tích xác định tuổi thọ của kết cấu áo đường mềm.

Hình 1.3. Trình tự thiết kế KCAĐ mềm theo cơ học – thực nghiệm


18
Phương pháp cơ học thực nghiệm (MEPDG) đã và đang được sử dụng trong
thiết kế kết cấu mặt đường ở Mỹ và một số nước khác. MEPDG khắc phục được các
nhược điểm của phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường thuần thực nghiệm
AASHTO phát triển trên cơ sở các thử nghiệm AASHO. Là một trong những
phương pháp tiên tiến nhất, M-E PDG được nhiều nước nghiên cứu sử dụng trong
phân tích kết cấu mặt đường.
Phiên bản thương mại của phương pháp cơ học thực nghiệm là DARWin-ME
2.1 với mức phí 5000USD/năm cho 1 máy. Tuy nhiên phiên bản MEPDG 1.1 miễn
phí với đầy đủ tính năng được sử dụng nhiều trong nghiên cứu.

Hình 1.4. Định hướng sử dụng phương pháp cơ học – thực nghiệm

Hình 1.5. Sử dụng phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường ở Mỹ [16]


19
Theo nghiên cứu có đến 80% các bang Mỹ định hướng nghiên cứu sử dụng
phương pháp cơ học thực nghiệm, các bang cũng có kế hoạch và lộ trình thời gian
sử dụng phương pháp cơ học – thực nghiệm.

Hình 1.6. Định hướng lộ trình sử dụng cơ học-thực nghiệm ở Mỹ

- Phương pháp cơ học-thực nghiệm là phương pháp tiên tiến nhất hiện nay để
phân tích tính toán kết cấu áo đường. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi số liệu
đầu vào lớn, thiết bị thí nghiệm đắt tiền, trình tự thí nghiệm xác định phức tạp,
thông số khí hậu theo từng địa phương nên cần có thời gian tiếp cận, nghiên cứu,
thử nghiệm và tích lũy kinh nghiệm ở Việt Nam.
1.2. Các kết cấu áo đường mềm phổ biến và công nghệ thi công ở Việt Nam [19]
1.2.1. Mặt đường bê tông nhựa
Bao gồm cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột đá và nhựa đường được trộn bằng
phương pháp thích hợp phụ thuộc vào biện pháp thi công tạo nên một hỗn hợp vật
liệu có chất lượng tốt, sử dụng cho đường có lưu lượng và tải trọng xe lớn. Bê tông
nhựa thông thường là loại có cấp phối cốt liệt chặt và sử dụng nhựa đường đặc, với
hàm lượng nhựa thay đổi từ 4% đến 9% theo thành phần tổng hỗn hợp tùy thuộc và
loại cốt liệu cấp phối cốt liệu.
Có nhiều cách phân loại hỗn hợp bê tông nhựa làm mặt đường ô tô:


20
 Phân loại theo kích cỡ cốt liệu lớn nhất danh định:

- Hỗn hợp hạt thô.
- Hỗn hợp hạt trung.
- Hỗn hợp hạt mịn.
- Hỗn hợp cát.
 Phân loại theo nhiệt độ thi công:

- Hỗn hợp rải nóng.
- Hỗn hợp rải ấm.
- Hỗn hợp rải nguội.
 Phân loại theo độ rỗng dư:

- Hỗn hợp chặt.
- Hỗn hợp rỗng.
 Phân loại theo hàm lượng đá dăm.

- Hỗn hợp nhiều đá dăm.
- Hỗn hợp vừa đá dăm.
- Hỗn hợp ít đá dăm.
Phân loại theo đặc tính hỗn hợp.
- Hỗn hợp bê tông nhựa thường.
- Các loại hỗn hợp đặc biệt.
Công nghệ thi công ở Việt Nam (ở đây chỉ xét đến hỗn hợp bê tông nhựa nóng)
[19]:
1.2.2. Măt đường đá dăm láng nhựa
Bao gồm các lớp cơ bản được tính vào thành phần chịu lực của kết cấu mặt
đường là đá dăm tiêu chuẩn (đá dăm đồng đều kích cỡ) được bù phụ bằng các hạt


21
đồng đều có kích cỡ nhở hơn cho kín bề mặt đường, hoặc cấp phối dá dăm được xử
lý bề mặt bằng phương pháp như trình bày ở trên.
1.2.3. Mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa
Bao gồm lớp cơ bản là đá dăm tiêu chuẩn. Sau đó tiếp tục rải đá đồng đều kích
cỡ 3 lần phối hợp hợp với rải nhựa 2 lần.
1.2.4. Hỗn hợp cấp phối dăm trộn nhựa
Là hỗn hợp cốt liệu hạt có thành phần cỡ hạt theo tiêu chuẩn, hàm lượng hạt
lọt sàng 0.0075 mm từ 0% - 7% đối với hỗn hợp trộn tại hiện trường và từ 3%-5%
đối với hỗn hợp trộn tại trạm trộn. Sự khác nhau về hàm lượng hạt mịn là yếu tố
quyết định trong lựa chọn loại nhựa, hàm lượng nhựa đường và phương pháp thi
công.
1.3. Các phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa

1.3.1. Phương pháp Marshall [10]
Trình tự thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa:
Công tác thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa được tiến hành theo 3 bước: thiết kế
sơ bộ (Cold mix design), thiết kế hoàn chỉnh (Hot mix design) và xác lập công thức
chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa (Job mix formular).
Thiết kế sơ bộ:
Mục đích của công tác thiết kế này nhằm xác định sự phù hợp về chất lượng
và thành phần hạt của các loại cốt liệu sẵn có tại nơi thi công, khả năng sử dụng
những cốt liệu này để sản xuất ra bê tông nhựa thỏa mãn các chỉ tiêu quy định với
hỗn hợp bê tông nhựa. Sử dụng vật liệu tại khu vực tập kết vật liệu của trạm trộn để
thiết kế. Kết quả thiết kế sơ bộ là cơ sở định hướng cho thiết kế hoàn chỉnh.
Thiết kế hoàn chỉnh sản phẩm bê tông nhựa:
Thiết kế hoàn chỉnh: Mục đích của công tác thiết kế này nhằm xác định thành
phần cấp phối của hỗn hợp cốt liệu và hàm lượng nhựa tối ưu khi cốt liệu đã được
sấy nóng. Tiến hành chạy thử trạm trộn trên cơ sở số liệu của thiết kế sơ bộ. Lấy
mẫu cốt liệu tại các phễu dự trữ cốt liệu nóng để thiết kế. Kết quả thiết kế hoàn


22
chỉnh là cơ sở để quyết định sản xuất thử hỗn hợp bê tông nhựa và rải thử lớp bê
tông nhựa.
Xác lập công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa:
Trên cơ sở thiết kế hoàn chỉnh, tiến hành công tác rải thử bê tông nhựa. Trên
cơ sở kết quả sau khi rải thử lớp bê tông nhựa, tiến hành các điều chỉnh (nếu thấy
cần thiết) để đưa ra công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa phục vụ thi công đại trà
lớp bê tông nhựa. Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa là cơ sở cho toàn bộ
công tác tiếp theo: sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa tại trạm trộn, thi công, kiểm tra
giám sát chất lượng và nghiệm thu.
Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa:
Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa phải chỉ ra các nội dung sau: Nguồn

cốt liệu và nhựa đường dùng cho hỗn hợp bê tông nhựa; Kết quả thí nghiệm các chỉ
tiêu cơ lý của nhựa đường, cốt liệu đá dăm, cát, bột khoáng; Thành phần cấp phối
của hỗn hợp cốt liệu; Tỷ lệ phối hợp giữa các loại cốt liệu: đá dăm, cát, bột đá tại
phễu nguội, phễu nóng; Kết quả thí nghiệm Marshall và hàm lượng nhựa đường tối
ưu (tính theo phần trăm khối lượng của hỗn hợp bê tông nhựa); tỷ trọng lớn nhất bê
tông nhựa (là cơ sở để xác định độ rỗng dư); Khối lượng thể tích của mẫu bê tông
nhựa ứng với hàm lượng nhựa đường tối ưu (là cơ sở để xác định độ chặt lu lèn K);
Phương án thi công ngoài hiện trường như: chiều dầy lớp bê tông nhựa chưa lu lèn,
sơ đồ lu, số lượt lu trên 1 điểm, độ nhám mặt đường… Trong quá trình thi công, nếu
có bất cứ sự thay đổi nào về nguồn vật liệu đầu vào hoặc có sự biến đổi lớn về chất
lượng của vật liệu thì phải làm lại thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo các giai đoạn
nêu trên và xác định lại công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa.
1.3.2. Phương pháp Superpave
1.3.2.1. Trình tự thiết kế hỗn hợp theo Superpave
Superpave hiện hành không còn quy định 3 mức thiết kế mà chỉ thiết kế các
điều kiện thể tích và thỏa mãn tỷ số cường độ kéo gián tiếp TSR (tensile strength
ratio) theo thí nghiệm độ ổn định nước AASHTO T283 tối thiểu là 0.8. Mẫu thí


23
nghiệm cường độ chịu kéo được chuẩn bị theo R30 và đầm nén theo T312 với độ
rỗng 7 ± 0.5%.
Các công thức tính thể tích hỗn hợp không thay đổi. Hình 1.7 ví dụ các biểu
đồ để lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu. Hình 1.8 ví dụ biểu đồ quan hệ giữa số lần
đầm xoay và % tỷ trọng lớn nhất Gmm.
Trình tự thiết kế gồm 4 bước [16]:
Bước 1: Lựa chọn vật liệu: Cốt liệu, bột khoáng, nhựa, RAP và phụ gia (nếu có).
+ Lựa chọn mác nhựa theo PG mô hình LTPP.
+ Nguyên tắc lựa chọn mác nhựa.
Các tiêu chuẩn:

+ AASHTO M320-2015
+ AASHTO M332-2014
Hiệu chỉnh mác nhựa theo đặc tính tải trọng xe:
+ Các cấp lưu lượng
+ Tốc độ xe
Lựa chọn mác nhựa theo độ tin cậy tính toán:
+ R=98 %
+ R=50 %
Nguồn gốc cốt liệu.
Bước 2: Thiết kế cấp phối cốt liệu: Chọn ít nhất 3 cấp phối.
Bước 3: Lựa chọn hàm lượng nhựa thiết kế.
Bước 4: Thí nghiệm đánh giá độ ổn định nước T283.


24

Hình 1.7. Mô tả trình tự thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Superpave [16].

Hình 1.8. Biểu đồ lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu


25

Hình 1.9. Biểu đồ quan hệ số lần đầm và % tỷ trọng Gmm
1.3.2.2. Lựa chọn mác nhựa theo đặc tính sử dụng (PG)
Tiêu chuẩn hiện hành M320-10 quy định việc lựa chọn mác nhựa theo PG cần
phải có các thông số nhiệt độ 7 ngày nóng nhất và 1 ngày lạnh nhất trong tối thiểu
20 năm cùng với mô hình dự báo nhiệt độ mặt đường. Nhiệt độ cao nhất tính toán ở
chiều sâu dưới mặt đường 20mm, nhiệt độ thấp nhất trên bề mặt đường. Nhiệt độ
tính toán dựa vào độ tin cậy, thường quy định sử dụng độ tin cậy R=50% cho các

đường cấp cao thứ yếu và R=98% cho các đường cấp cao chủ yếu.
Các loại mác nhựa sử dụng [16] là PG46-(34, 40, 46); PG52-(10, 16, 22, 28, 34, 40,
46); PG58-(16, 22, 28, 34, 40); PG64-(10, 16, 22, 28, 34, 40); PG70-(10, 16, 22, 28,
34, 40); PG70-(10, 16, 22, 28, 34); PG82-(10, 16, 22, 28, 34).
Khác với các phiên bản trước đây, phiên bản 2010 có 2 bảng chỉ tiêu kỹ thuật
đối với từng mác nhựa. Bảng số 1 (M320) là mặc định trong các trường hợp thông
thường khi không tập trung nhiều vào thí nghiệm chống nứt ở nhiệt độ thấp. Bảng
số 2 (M320) bổ sung các chỉ tiêu kỹ thuật cho nhựa để đảm bảo khả năng chống nứt
ở nhiệt độ thấp (AASHTO R49, T313, T314). Nếu không có ghi chú thì các tiêu
chuẩn sẽ mặc định là ở bảng số 1 của tiêu chuẩn M320.
Dựa vào lưu lượng và đặc tính của dòng giao thông mà mác nhựa được cộng
lên: