Nghiên cứu, phân tích và đánh giá một số phương pháp tính toán thiết kế áo đường mềm để xây dựng đường ô tô

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH THỊ ÁNH TUYẾT

ðỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ðÁNH GIÁ MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM
ðỂ XÂY DỰNG ðƯỜNG ÔTÔ
Chuyên ngành:
CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN
ðƯỜNG ƠTƠ VÀ ðƯỜNG SẮT

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 10-2006


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ðộc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc
------o0o-----

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ðÀO TẠO SðH
-----o0o-----

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ TÊN HV : HUỲNH THỊ ÁNH TUYẾT
- PHÁI
: NỮ
NGÀY SINH : 26 – 10 - 1978

- NƠI SINH : BẾN TRE
CHUYÊN NGÀNH: CẦU TUYNEN VÀ CÁC CƠNG TRÌNH KHÁC TRÊN ðƯỜNG ƠTƠ VÀ
ðƯỜNG SẮT
MÃ SỐ
: CA.
KHĨA
: K15 - NĂM 2004 ÷ 2006
I.
TÊN ðỀ TÀI
Nghiên cứu, phân tích đánh giá một số phương pháp tính tốn thiết kế áo đường mềm để xây
dưng đường ơtơ.
II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. NHIỆM VỤ:
Nghiên cứu, phân tích đánh giá một số phương pháp tính tốn kết cấu áo ñường mềm
ñã, ñang và sẽ ñược áp dụng ở Việt Nam và nước ngồi. Kết quả đánh giá các phương pháp
ñể xác ñịnh mức ñộ tin cậy của các quy trình khi áp dụng ở Việt Nam.
2. NỘI DUNG:
Chương 1:Mở ñầu
Chương 2: Một số phương pháp thiết kế áo ñường mềm hiện nay.
Chương 3:ðối chiếu các kết quả tính tốn của các quy trình với lời giải chính xác của
Kogan và D. Burmister
Chương 4: Phân tích các kết quả tính tốn kết cấu áo đường mềmtheo các phương
pháp khác nhau.
Chương 5: Nhận xét - kiến nghị.
Phụ lục
Tài liệu tham khảo

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: PGS.TS NGUYỄN XUÂN VINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS.TS NGUYỄN XUÂN VINH

TS. LÊ VĂN NAM

TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sỹ đã được thơng qua Hội đồng chun ngành
Ngày……tháng…….năm 2006
TRƯỞNG PHỊNG ðTS - ð H

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 MỞ ðẦU

Trang1-3

ðẶT VẤN ðỀ
PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT CỦA ðỀ TÀI
QUY MÔ CỦA LUẬN VĂN
CHƯƠNG 2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO

Trang4-30

ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY
2.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
ÁO ðƯỜNG
2.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KẾT
CẤU ÁO ðƯỜNG MỀM ðƯỢC ÁP DỤNG Ở VIỆT
NAM & CÁC NƯỚC.
2.2.1. Phương pháp tính của Việt Nam
2.2.1.1. Tiêu chuẩn 22TCN211-93
2.2.1.2. Tiêu chuẩn 22TCN2274-01
2.2.2. Phương pháp của Nga
2.2.3. Phương pháp tính tốn của Trung Quốc
2.3. PHÂN TÍCH ƯU KHUYẾT ðIỂM CỦA CÁC
PHƯƠNG PHÁP TRÊN
CHƯƠNG 3 ðỐI CHIẾU CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN CỦA
CÁC QUY TRÌNH VỚI LỜI GIẢI CHÍNH XÁC
CỦA B.I.KOGAN VÀ D.BURMISTER

3.1. XÁC ðỊNH MOðUN ðÀN HỒI THEO CÁC
QUY TRÌNH
3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ðỐI CHIẾU
SO SÁNH
3.3. KẾT QUẢ TÍNH TỐN ðỐI CHIẾU SO SÁNH
3.3.1. Hệ hai lớp
3.3.2. Hệ nhiều lớp
3.3.3. Nhận xét chung

Trang31-60


CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN KẾT CẤU

Trang51-71

ÁO ðƯỜNG THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC
NHAU
4.1. XÁC ðỊNH CÁC THÔNG ÁP DỤNG CHO
THIẾT KẾ.
4.2. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN.
4.3. PHÂN TÍCH SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT ðỐI
CHIẾU
4.4. KẾT LUẬN
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
5.1. KẾT LUẬN
5.2. KIẾN NGHỊ
5.3. HẠN CHẾ CỦA ðỀ TÀI
5.4. HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA ðỀ
TÀI.

Trang72-75


MỤC LỤC
PHỤ LỤC1

KẾT QUẢ TÍNH TỐN, ðỐI CHIẾU GIÁ TRỊ
ECH THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU
CỦA HỆ HAI LỚP

PHỤ LỤC2

Trang1-18

KẾT QUẢ TÍNH TỐN, ðỐI CHIẾU GIÁ TRỊ Trang19-34
ECH THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU
CỦA HỆ BA LỚP

PHỤ LỤC3

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, ðỐI CHIẾU GIÁ TRỊ Trang35-66
ECH THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU
CỦA HỆ NHIỀU LỚP

PHỤ LỤC4

TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG THEO CÁC Trang67-130
TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH (loại vật liệu nền là á
cát).

- Theo tiêu chuẩn 22TCN211-93
- Theo tiêu chuẩn ODN218.046.01
- Theo tiêu chuẩn 22TCN274-01.

PHỤ LỤC5

TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG THEO CÁC Trang131-201
TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH (loại vật liệu nền là á
sét)
- Theo tiêu chuẩn 22TCN211-93
- Theo tiêu chuẩn ODN218.046.01.


TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC
I.

TÓM TẮT
- Họ và tên: Huỳnh Thị Ánh Tuyết
- Phái: nữ
- Sinh ngày: 26-10-1978
- Nơi sinh: Sơn Hoà, Châu Thành, Bến Tre.

II. ðỊA CHỈ LIÊN LẠC
- ðiện thoại nhà riêng: 08.89 86 207
- Cơ quan cơng tác: Trường ðH GTVT TP. Hồ Chí Minh.
III. Q TRÌNH ðÀO TẠO
- Năm 1997-2002: Sinh viên trường ðH GTVT cơ sở 2-Q9-Tp. Hồ Chí
Minh.
- Tốt nghiệp đại học: năm 2002
- Hệ đào tạo: chính quy

- Trường: ðại học Giao thơng Vận tải
- Năm 2004: trúng tuyểncao học khố 15
- Mã số học viên: 00104038
IV. Q TRÌNH CƠNG TÁC
- Từ năm 2002 - đến nay: cơng tác tại trường ðH GTVT TP. Hồ Chí Minh


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] AASHTO, Apolity on geometric design of Hightway and streets, 1990;
[2] Nguyễn Quang Chiêu, Phạm Huy Quang: Xây dựng mặt đường ơ tơ – Nhà xuất
bản Giao Thông Vận Tải – 1998;
[3] Nguyễn Quang Chiêu - Các phương pháp thiết kế ñường của các nước phương Tây
– Nhà xuất bản GTVT, Hà Nội 1995;
[4] Dương Học Hải - Thiết kế mặt đường ơtơ theo hướng dẩn AASHTO và ứng dụng
ở Việt Nam;
[5] ðặng Hữu, Nguyễn Xuân Trục, ðỗ Bá Chương, Sổ tay thiết kế đường ơtơ, NXB
”KHKT”, Hà Nội, 1976;
[6] Hướng dẫn thiết kế mặt ñường mềm theo tiêu chuẩn 22TCN 274-01 NXB Xây
dựng – Biên soạn GS.TS. Trần ðình Bửu;
[7] Lục ðỉnh Trung, Trình Gia Câu – Cơng trình nền mặt đường (tập1, 2) - ðại học
ðồng Tế, Trung Quốc – Bản dịch của Nguyễn Quang Chiêu và Dương Học Hải – Nhà
xuất bản GTVT Hà Nội, 1995;
[8] Quy trình thiết kế áo đường mềm 22TCN211-93 NXB Giao thông vận tải – Hà nội
- 1999;
[9] Jeuffroy et Bachelez, Abaques pour le calcul des contraintes et déformations dans
les systèmes tricouches, Edition áeroport de Paris, 1966;
[10] Jeuffroy G.Note sur le comportement des chaussées (Dans ”Annales des Ponts et
Chaussées”) Paris;
[11] V.I Zavoriski, Sổ tay thiết áo ñường mềm, Kiev, 1983 (Bản tiếng Nga);
[12] A.la.Kaluski và các tác giả khác, Thiết kế áo ñường (Bản tiếng Nga) Kiev, 1981.

[13] Thiết kế áo ñường mềm – tiêu chuẩn ngành ODN218.046-01- Bộ giao thông vận
tải Liên Bang Nga;
[14] Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm 22TCN-274-01 NXB Giao thơng vận tải –
Hà nội – 2001;
[15] Tính tốn bề dày mặt đường bêtơng atphan dùng cho đường ơtơ và đường thành
phố - Phân viện atphan Mỹ (Bản dịch của Viện thiết kế GTVT), Hà nội, 1991;
[16] N.N.Tvanơv, Cấu tạo và tính tốn áo ñường mềm (Bản tiếng Nga), NXB
”GTVT”, (Bản tiếng Nga), Moscow, 1973;
[17] Viện thí nghiệm Cầu đường Anh (TRRL) - Các kết cấu mặt đường điển hình.
[18] Nguyễn Xn Vinh, Sơ đồ tính tốn bề dày mặt đường mềm ứng với mù nóng bất
lợi của Việt Nam, Tạp chí ”GTVT” số tháng 6/1992;
[19] Nguyễn Xuân Vinh, Một số phương pháp tính tốn ổn định trượt phần trên của
lớp mặt bêtơng nhựa làm việc ở nhiệt độ cao, Tạp chí ”GTVT” số tháng 10/1993;
[20] Nguyễn Xuân Vinh: Các chuyên ñề nâng cao: Thiết kế đường ơ tơ, đường đơ thị
và ðiều khiển ơ tơ bằng đèn tín hiệu – Nhà xuất bản ðại học Quốc gia TP. Hồ Chí
Minh, 2003;
[21] Nguyễn Xuân Vinh: Giới thiệu quy trình thiết kế mặt đường mềm ODN 218046.01 của CHLB Nga. Tạp chí cầu đường tháng 12/2005- Hà nội.


ChươngI:MỞ ðẦU

CHƯƠNG 1

MỞ ðẦU
ðẶT VẤN ðỀ
Trong lĩnh vực xây dựng ñường ôtô việc chọn một kết cấu áo ñường hợp lý,
khoa học sẽ thể hiện trình độ phát triển và mang ý nghĩa lớn về kinh tế. Kết cấu áo
ñường là một bộ phận quan trọng và ñắt tiền trong tổng thể cơng trình đường ơtơ.
Chi phí để xây dựng áo ñường chiếm tỉ lệ lớn trong xây dựng ñường ôtô. Tiền bỏ ra
ñể sữa chữa mặt ñường chiếm hầu hết kinh phí duy tu bảo dưỡng đường ơtơ hàng

năm. Do đó việc tính tốn thiết kế kết cấu áo ñường có ý nghĩa hết sức to lớn về
kinh tế, kỹ thuật. Mặc dù vậy, hiện nay, hệ thống phương pháp thiết kế áo ñường
của Việt Nam vẫn chưa ñáp ứng ñược yêu cầu này.
Trong hệ thống tiêu chuẩn thiết kế mặt ñường mềm của Việt Nam từ trước ñến
nay dựa trên hai phương pháp: Bài tốn mun biến dạng (bài tốn và lời giải của
Ivanop) dựa theo độ lún biến dạng cho phép; Bài tốn mun đàn hồi (bài tốn và
lời giải của A.K.Biulia) dựa theo độ lún phục hồi cho phép dưới dạng trùng phục
của tải trọng xe chạy [4,6]. Dựa trên cơ sở lý thuyết này, hệ thống quy trình mặt
đường của chúng ta từng bước được hồn thiện và củng cố qua các tiêu chuẩn:
-

Quy trình thiết kế mặt đường mềm theo mơđun biến dạng: 22TCN-04-72;

-

Quy trình thiết kế mặt đường mềm theo mơđun đàn hồi: 22TCN-202-90;

-

Quy trình 22TCN-211-93 (hồn chỉnh quy trình 22TCN-202-90)

Với chính sách mở cửa thu hút vốn đầu tư nước ngồi của nhà nước những
năm vừa qua, tạo cho chúng ta tiếp cận với nhiều phương pháp thiết kế mặt ñường
mới và địi hỏi chúng ta phải có sự chấp nhận những phương pháp mà nhiếu nước
đang sử dụng, điển hình là phương pháp của Mỹ. Do vậy, hiện nay Việt Nam ñang
hiện hành hai phương pháp song song: phương pháp thiết kế theo quy trình thiết kế
mặt đường mềm 22TCN 211-93 và và phương pháp thiết kế mặt ñường theo
AASHTO (tiêu chuẩn thiết kế mặt ñường mềm 22TCN-274-01).

Trang 1

ChươngI:MỞ ðẦU

Mặc dù, tiêu chuẩn 274-01 ñã ñược ban hành từ năm 2001 và Bộ Giao Thơng
có tổ chức hướng dẫn sử dụng năm 2002. Nhưng trong tiêu chuẩn này cịn tồn tại
nhiều thơng số thực nghiệm áp dụng từ tiêu chuẩn gốc mà khơng có điều kiện xác
định và kiểm chứng ở Việt Nam, do đó, đến nay tiêu chuẩn này vẫn chưa được các
Tư vấn áp dụng chính thức (chỉ có vài trường hợp áp dụng để kiểm tra đối chứng
khi hợp tác làm các cơng trình giao thơng với đối tác nước ngồi) mà chủ yếu vẫn
dùng theo tiêu chuẩn cũ 22TCN211-93.
Từ ngày 01/01/2001 Bộ Giao thông vận tải Liên Bang Nga đã sử dụng quy
trình thiết kế áo đường mới: ODN218.046-01 với nội dung có nhiều thay đổi. Khác
với quy trình BCH46-72 trước đây là tính tốn bề dày áo đường mềm chỉ theo tải
trọng tĩnh, quy trình mới này quy định cụ thể các trường hợp tính tốn bề dày áo
đường mềm theo tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động.
Hiện nay, Vụ khoa học Cơng nghệ - Bộ Giao thơng vận tải đang xây dựng lại
quy trình tính tốn kết cấu mặt đường cho phù hợp với ñiều kiện của nước ta và cập
nhật ñược những kết quả nghiên cứu khoa học của các nước. ðây là một vấn đề cần
thiết và mang tính thời sự trong ngành. Do đó, luận văn này sẽ đi sâu vào nghiên
cứu, tính tốn, so sánh, đánh giá các tiêu chuẩn ñang ñược áp dụng hiện nay ở Việt
Nam và một số tiêu chuẩn khác nhằm xác ñịnh mức ñộ tin cậy của các quy trình khi
áp dụng ở Việt Nam. Trên cơ sở các phân tích trên chúng tơi chọn đề tài nghiên
cứu: ”Nghiên cứu, phân tích đánh giá một số phương pháp tính tốn thiết kế áo
đường mềm để xây dựng đường ơtơ”.
SỰ CẦN THIẾT CỦA ðỀ TÀI:
Những vấn đề trình bày trên cho thấy:
-

ðề tài nghiên cứu là rất cần thiết cho việc lựa chọn áp dụng các tiêu chuẩn

thiết kế áo ñường mềm hiện nay;

-

Bước ñầu cung cấp một số ñánh giá mang tính thực tiễn cho việc lựa chọn
các phương pháp khác nhau ñể thiết kế mặt ñường mềm;

-

Thể hiện một số ưu nhược ñiểm và ñiều kiện áp dụng các quy trình thiết kế
ñối với ñiều kiện của Việt nam;
Trang 2


ChươngI:MỞ ðẦU

-

Sẽ mở ra một số nghiên cứu tiếp theo mà ñáng quan tâm nhất là ñộ tin cậy
của các tiêu chuẩn hiện nay ta ñang áp dụng cũng sẽ xây dựng tiêu chuẩn
mới mang tính hội nhập hơn.

PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT CỦA ðỀ TÀI:
1. Những vấn ñề cần giải quyết:
-

Nghiên cứu lý thuyết tính tốn kết cấu áo đường của một số nước ñang áp
dụng hiện nay và khả năng ứng dụng ở Việt Nam;

-

ðối chiếu kết quả tính tốn theo các phương pháp với lời giải chính xác của
hệ hai lớp;

-

Tính tốn so sánh giữa các phương pháp thiết kế áo ñường với nhau.

2. Kết quả cần ñạt được:
-

ðộ tin cậy các phương pháp tính tốn kết cấu áo ñường mềm khi áp dụng ở
ñiều kiện Việt Nam;

-

Sự phù hợp của các phương pháp tính kết cấu áo ñường mềm trong ñiều
kiện khí hậu nhiệt ñới của Việt Nam;

-

Kiểm chứng, lựa chọn phương pháp tính kết cấu áo đường mềm từ những
nghiên cứu tính tốn bổ sung.

QUY MƠ CỦA LUẬN VĂN:
Luận văn bao gồm 5 chương, 70trang, 5 bảng biểu và hình vẽ. Phần phụ lục có
40trang với 10phụ lục nhỏ bao gồm các kết quả thu thập được, kết quả tính tốn của
đề tài.

Trang 3

CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

CHƯƠNG 2

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM
HIỆN NAY
2.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG
Các phương pháp tính tốn mặt đường mềm hiện nay gắn liền với phương
hướng nghiên cứu lý thuyết ở mỗi nước trong lĩnh vực này. Có thể phân các phương
pháp thiết kế và cấu tạo mặt ñường mềm hiện nay ra làm hai hướng chính:
Phương pháp lý thuyết: Bài toán lý thuyết trên cơ sở của bài toán cơ bản của
hệ hai lớp [6, 20], lớp thứ nhất (nền đất) là một bán khơng gian có chiều dày vơ hạn
và một lớp mặt ñường bề dày hữu hạn. ðể tính tốn, người ta quy đổi lớp vật liệu
mặt đường và nền đất thành một lớp có độ cứng tương ñương, có nghĩa là, nếu ñặt
cùng một tải trọng lên lớp mặt đường và lớp đất quy đổi đó, áp lực tác dụng lên lớp
nền ñất bên dưới tại cùng một điểm phải như nhau, hay nói cách khác, chúng có
cùng một độ cứng và phải cùng một độ biến dạng. ðương nhiên, khi quy ñổi như
vậy, tải trọng của lớp ñất tương ñương này bị bỏ qua. Sau khi ñổi về lớp ñất tương
ñương, hệ kết cấu ñã biến thành hệ một lớp, và lúc này có thể áp dụng bài tốn tính
ứng suất và chuyển vị của hệ một lớp ñồng nhất và ñẳng hướng chịu tải trọng phân
bố xuống một ñộ sâu trong thân nền ñường bề dày lớp đất tương đương vừa tìm
được.
ðối với mặt đường nhiều lớp, nguyên lý này cũng ñược áp dụng bằng cách ñổi
các lớp mặt ñường thành một lớp tương ñương, sau đó đổi lớp này và lớp nền đất
thành một lớp đất tương đương như vừa nêu.
Quy trìnhh tính tốn mặt ñường của chúng ta hiện nay dựa trên nguyên lý tính
tốn trên.
Phương pháp lý thuyết có ưu điểm là dựa trên nền tảng cơ học nên thuyết phục

và tin cậy. Tuy nhiên, nó cũng có rất nhiều nhược điểm mà nổi bật là rất khó tính
tốn được ứng suất và biến dạng cũng như mơ đun đàn hồi của mặt đường có liên
quan đến q trình làm việc của mặt ñường tại một thời ñiểm bất kỳ trong thời kỳ

Trang 1


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

khai thác. Thực tế mặt đường khơng lý tưởng như phương pháp lý thuyết giả thiết
(vật liệu ñàn hồi, đồng nhất, và tính chất đó ln như thế mãi mãi). Có ba ngun
nhân chính gây ra sự phá hỏng của mặt ñường mềm, ñặc biệt ñối với các lớp mặt
đường nhựa, là sự lão hố của vật liệu, tác dụng thuỷ nhiệt, và tải trọng trùng phục.
Quá trình lão hố của vật liệu bê tơng nhựa diễn ngay khi nó vừa được rải xong do
sự bay hơi của các chất dầu nhẹ, mặt ñường cứ thế trở nên giịn dần và mất dần tính
đàn hồi. Q trình thuỷ nhiệt cũng là một nguyên nhân lớn, mặt ñường trải dài hàng
nghìn km qua nhiều vùng thuỷ nhiệt khác nhau, cường độ và tính bền của chúng,
cũng thay đổi theo mùa bất lợi hoặc thuận lợi của các chế ñộ này. Hơn nữa, khi mặt
ñường ñã bị nứt, các chất ẩm có thể ngấm sâu vào thân mặt đường làm cường ñộ
của chúng giảm ñi rõ rệt và chúng bị phá hoại nhanh chóng sau đó. ðến lúc đó, sự
tăng thêm của tích luỹ biến dạng do tải trọng, cho dù có nhỏ, cũng làm cho mặt
đương bị hư hỏng nhiều. Vì vậy, thời điểm tác dụng của tại trọng có ý nghĩa quan
trọng.
Trái với phương pháp lý thuyết, phương pháp thực nghiệm, mà điển hình là
AASHTO [6] lại dựa hoàn toàn vào số liệu thực nghiệm và lý thuyết xác suất.
AASHTO ñưa ra khái niệm tổn thất chỉ số phục vụ (PSI), một chỉ số dựa chủ yếu
trên mức ñộ mà người sử dụng ñường hài lòng về chất lượng “phục vụ” của mặt
đường đó. Như vậy nếu mặt ñường mới, chất lượng phục vụ sẽ cao, và nếu mặt
ñường hỏng, ghồ ghề, nham nhở, chất lượng phục vụ sẽ thấp. Dựa trên yêu cầu thiết
kế và số liệu tổng kết qua hai năm thí nghiệm với hàng triệu số liệu, AASHTO ñưa

ra phương pháp dự báo chỉ số phục vụ sau cùng sau một thời gian khai thác với mức
ñộ tin cậy dựa theo cấp ñường, nếu chúng ta ñưa vào tải trong trục tương ñương
ñược dự báo. ðể kể ñến ảnh hưởng của các tác ñộng của thuỷ nhiệt, mà cụ thể là
nước, phương pháp này ñưa vào mơđun đàn hồi hữu hiệu của nền đất có kể ñến ảnh
hưởng của nước. Các lớp vật liệu khác đều có chỉ số thốt nước. ðể thiết kế, người
thiết kế phải ñịnh ra ñược chỉ số kết cấu (SN) u cầu, từ đó xác định được bề dày
của từng lớp vật liệu.

Trang 2


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

Như vậy có thể thấy ưu điểm của phương pháp này là mơ tả đúng hơn q
trình làm việc thật của mặt ñường (tải trọng trùng phục, chỉ số thốt nước, chất
lượng phục vụ). Tuy nhiên, nhựợc điểm của nó là khơng dựa vào nền tảng của cơ
học lý thuyết, ví dụ, khái niệm về SN là rất trừu tượng, đối với các mặt đường cũ,
khơng thể đo được SN vì nó là đại lượng khơng thứ ngun. Vì vậy phương pháp
này phù hợp chủ yếu với thiết kế mới. Nhược điểm nữa là nó dựa trên số liệu thí
nghiệm tại một vùng (Ottawa) trong khi lại áp dụng ở rất nhiều nơi với các ñiều
kiện thuỷ nhiệt khác nhau. Do số liệu thống kê chỉ có trong hai năm, trong khi thời
kỳ khai thác của ñường là trên 15 năm, do vậy phương pháp dự báo tổn thất mức
phục vụ cịn nhiều tranh cãi về q trình tổn thất chỉ số phục vụ này, liệu nó là
tuyến tính hay phi tuyến? để có thể xác định được các chỉ số PSI ở những năm trung
gian. Với hai năm, AASHTO chỉ làm thí nghiệm với hai triệu trùng phục, trong khi
thực tế mặt đường có khi phải chịu trên một trăm triệu trùng phục trong suốt thời
kỳ khai thác. Hơn nữa, tại thời điểm thí nghiệm vào những năm 1950, các nghiên
cứu về vật liệu cũng hạn chế cũng như loại xe thiết kế là khác với thời ñiểm bây
giờ.
Nhận biết ñược những hạn chế này, AASHTO ñã có những sự thay đổi dần thể

hiện rõ trong AASHTO 2002. Song song với nó, các nghiên cứu về vật liệu mà nổi
bật là phương pháp thiết kế SUPERPAVE cho mặt ñường asphalt, cũng như các
nghiên cứu về hai dạng nứt căn bản là nứt trên xuống (top-down cracking) và nứt
phản ánh (reflective cracking) cũng đang được nghiên cứu.
Ngồi ra, hiện nay, phương pháp thiết kế mới gọi là phương pháp kết hợp cơ
học lý thuyết và thực nghiệm, phương pháp mới tính tốn ứng suất và biến dạng
mặt đường trên sự nghiên cứu kết hợp giữa các yếu tố về thời tiết khí hậu, tải trọng,
vật liệu, thời gian, các ứng suất và biến dạng tính tốn này được tính tốn tại các
thời điểm khác nhau của mặt đường, từ đó tích lũy biến dạng tại thời điểm đó ñược
xác ñịnh và ñó làm căn cứ dự báo cho mức ñộ hư hỏng trong các thời kỳ tiếp theo
của mặt ñường. Phương pháp mới này dựa trên nền tảng của cơ học, nhưng lại được
tham chiếu vào các thí nghiệm thực nghiệm ñể ñưa ra dự báo cuối cùng về tình

Trang 3


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

trạng mặt đường. Do đó nó phù hợp cho việc thiết kế mặt ñường với các vật liệu
mới (ví dụ composite), cho thiết kế cải tạo và lớp phủ, cũng như cho phép ñánh giá
ñược những ảnh hưởng của các yếu tố cụ thể thay đổi trong vịng đời của mặt
đường.
2.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ðƯỜNG MỀM
ðƯỢC ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM & CÁC NƯỚC.
ðể có được cơ sở nghiên cứu cho vấn đề của luận văn, chúng ta có thể tìm
hiểu tổng quát của một số phương pháp thiết kế kết cấu mặt ñường ở Việt Nam và
một số nước.
2.2.1. Phương pháp tính của Việt Nam.
2.2.1.1. Tiêu chuẩn 22TCN 211-93: [5, 8, 19, 20]
a. Cơ sở lý thuyết:

ðược soạn thảo dựa trên phương pháp thiết kế áo đường mềm BCH46-72 của
Liên Xơ cũ. Phương pháp tính tốn dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết hoàn chỉnh,
kết hợp với các số liệu thực nghiệm trong điều kiện Việt Nam.
Tiêu chuẩn này thì một kết cấu ñược xem là ñủ cường ñộ nếu trong suốt thời
kỳ khai thác dưới tác dụng của tải trọng tính tốn, trong bất kỳ tầng lớp nào (kể cả
nền đất) cũng khơng phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của các lớp liền khối
không bị phá hoại và độ lún của kết cấu áo đường khơng vượt q trị số cho phép.
Do đó, theo tiếu chuẩn này thì kết cấu áo đường được tính tốn, kiểm tra qua ba tiêu
chuẩn cường ñộ:
-

Ứng suất cắt ở mọi ñiểm trong nền ñất dười áo ñường và trong các lớp áo đường
do tải trọng xe chạy tính tốn gây ra tại các vị trí đó khơng vượt q trị số ứng
suất giới hạn của ñất hoặc của vật liệu;
K tr ≤

τ cp
τ

(2-1)

;

τcp : sức chống trượt cho phep của nền ñất (kG/cm2);
τ : ứng suất cắt do tác dụng của tải trọng tính tốn (kG/cm2);
Ktr: hệ số cường độ về trượt trong kết cấu nền ñất.
Trang 4


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

-

Ứng suất kéo uốn lớn nhất ở ñáy kết cấu áo ñường hoặc ở ñáy các lớp vật liệu
tồn khối khơnh vượt q trị số ứng suất kéo uốn giới hạn;
K ku ≤

Rku

σ ku

(2-2)

;

Rku : Ứng suất kéo uốn giới hạn cho phép của vật liệu (kG/cm2);
σku : ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở ñáy áo ñường hoặc ở ñáy
các lớp vật liệu tầng mặt (kG/cm2);
Kku: hệ số cường ñộ về về trạng thái giới hạn chịu kéo khi uốn.
-

ðộ võng ñàn hồi của cả kết cấu áo ñường dưới tác dụng của tải trọng xe chạy
tính tốn khơng vượt q độ võng đàn hồi giới hạn cho phép.
K dv ≤

l gh
l dh

(2-3)

;

lgh : ðộ võng ñàn hồi giới hạn cho phép;
ldh : ðộ võng ñàn hồi của cả kết cấu áo ñường dưới tác dụng của tải
trọng xe chạy tính tốn;
Kdv: hệ số cường ñộ của cả kết cấu.
Cơ sở lý thuyết của tiêu chuẩn này là bài tốn hai lớp, đối với hệ nhiều lớp có
thể đưa về hệ hai lớp theo phương pháp của Viện nghiên cứu đường bộ Liên Xơ cũ
hoặc giả thiết trước tỷ lệ bề dày rồi xác ñịnh mơđun đàn hồi trung bình của các lớp
theo cơng thức ñề nghị của giáo sư ðặng Hữu ñể ñưa hệ nhiều lớp về hệ hai lớp
bằng cách ñổi hai lớp một từ dưới lên theo cơng thức:

Ei

E2

h2

E1

h1

E3

h3 hi

Ech

E0

Hình 2-1: Sơ ñồ hệ nhiều lớp
Trang 5


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

1 + 3 t 
Etb = β .E 2 

 1+ k 

3

(2-4)

;

với: k = h1/h2, t = E1/E2.
Ei: mơ đun đàn hồi của vật liệu làm kết cấu mặt ñường (KG/cm2)
Hệ số hiệu chỉnh β:
H
β = 1.114 
D

0.12

(2-5)

Hệ số hiệu chỉnh β trong công thức (3-4) chỉ sử dụng khi tính đổi ở
lớp cuối cùng, vì vậy H là tổng bề dày của kết cấu, D là đường kính vệt bánh

xe tính tốn.
Ech: mun đàn hồi chung của cả kết cấu, giá trị Ech được xác định
thơng qua tốn đồ (tốn đồ này được lập thơng qua lời giải chính xác của hệ
hai lớp), Ech = f(h/D, E0/E1).
Ech

Cấp phối sỏi sạn

h1

Etb

H=Σhi

Cấp phối đá dăm

h2

h3 h4

Ech

E0

E0

Hình 2-2: Sơ đồ hệ hai lớp
b. Thơng số tính tốn:
- Tải trọng tính tốn: Tải trọng tính tốn được quy định là tải trọng tĩnh bởi
trục xe ôtô với tải trọng trục là 10T ñối với tất cả các loại áo ñường mềm thuộc

mạng lưới chung; tải trọng trục 12T ñối với áo đường đơ thị, cường cao tốc, đường

Trang 6


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

cơng nghiệp, đường trục chính tồn thành và 9.5T đối với các đường đơ thị khác ít
quan trọng.
c. Lưu lượng tính tốn là số ơtơ được quy đổi về loại ơtơ có tải trọng tính tốn
tiêu chuẩn thơng qua mặt cắt ngang ñường trong một ngày ñêm trên làn xe nặng
nhất, chịu ñựng lớn nhất ở cuối thời kỳ khai thác tính tốn.
Lưu lượng xe chạy ở cuối thời kỳ khai thác được xác định theo cơng thức sau:
N t = N 1 (1 + r ) ;
t −1

(2-6)

Trong đó:
- Ni: lưu lượng xe chạy ở cuối thới kỳ khai thác (xe/ngñêm);
- N1: lưu lượng xe chạy ở năm đầu tính tốn (xe/ngđêm);
- r: tốc đơ tăng trưởng xe;
- t: thời gian tính tốn (năm), t=20năm, đối với ñường làm mới; t=15, ñối với
ñường nâng cấp cải tạo.
(Hiện nay, cơng tác dự báo xe cịn là vấn đề cần nghiên cứu, bởi các dự báo về
hệ số tăng trưởng này khơng thống nhất giữa các cơng trình trong một khu vực)
d. Các thơng số tính tốn của đất nền đường bao gồm: mun đất nền E0, lực
dính c, góc nội ma sát ϕ , được xác định ở ñiều kiện bất lợi nhất về chế ñộ thủy
nhiệt. ðể xác định các thơng số này cần phải thơng qua các thí nghiệm trong tiêu
chuẩn.

e. Các thơng số tính tốn của vật liệu làm áo ñường như: moñun ñàn hồi E, lực
dính c, góc nội ma sát ϕ , cũng ñược xác ñịnh ở ñiều kiện bất lợi nhất về chế ñộ
thủy nhiệt như ñối với ñất nền. Tuy nhiện, các thông số này của tiêu chuẩn khi sử
dụng chủ yếu dựa vào bảng tham khảo của quy trình Nga mà chưa có nghiên cứu
quy mơ trong điều kiện Việt Nam.

Trang 7


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

2.2.1.2. Tiêu chuẩn AASHTO [4,6]
Phương pháp thiết kế AASHTO dùng ñể thiết kế chiều dày mặt ñường dựa
trên một khối lượng lớn các số liệu thu thập từ thực nghiệm ñường ñược tiến hành
gần Chicago bang Illinois từ năm 1956. Hiệp hội quốc gia về ñường bộ và vận tải
cơng cộng Hoa Kỳ (gọi tắt là AASHTO) đã bỏ ra 27triệu USD để xây dựng các
đường vịng thí nghiệm với tổng số 468ñoạn kết cấu áo ñường mềm và 386 ñọan kết
cấu áo ñường cứng. Các ñoạn này có kết cấu tầng lớp được bố trí khác nhau. Trên
mỗi ñoạn dùng 126xe với các loại xe và tổ hợp khác nhau chạy qua mỗi ngày 18giờ
30phút (cứ 1phút có 1xe chạy qua) và chạy liên tục trong 2.5năm.
Với 6000 dụng cụ do lường, kết quả chạy thử nghiệm ñã thu ñược hơn 30triệu
số liệu, trong ñó gồm các số liệu ñánh giá diễn biến chất lượng khai thác của áo
ñường từ ñầu cho ñến khi bị hư hỏng. Chất lượng này ñược ñánh giá trực tiếp qua
chỉ số phục vụ PSI. Dựa vào kết quả chạy thử ñược người ta lập ñược quan hệ thực
nghiệm giữa PSI với số lần tác dụng của tải trọng xe chạy, với bề dày và thơng số
đặc trưng cho nền đất và vật liệu cấu tạo của các lớp trong kết cấu.Quan hệ thực
nghiệm này chính là cơ sở để soạn ra ”Hướng dẫn tạm thời về thiết kế mặt ñường
mềm và cứng” năm 1961.
Từ năm 1961 ñến nay, AASHTO ñã tiến hành nhiều nghiên cứu bổ sung sửa
chữa:

-

Qua áp dụng thực tế ở các bang, ñã ñiều chỉnh, bổ sung và cho ra ”bản hướng
dẫn tạm thời AASHTO và thiết kế kết cấu mặt ñường năm 1972”

-

Năm 1981 tiếp tục sữa chữa phần thiết kế mặt ñường cứng;

-

Năm 1986 bổ sung tiếp;

Sau đó tiến hành lấy kiến rộng rãi của các Bang ở Mỹ, qua kiểm nghiệm thực tế ñã
ñưa ra bảng hướng dẫn thiết kế kết cấu mặt ñường theo AASHTO 1986;
-

Năm 1993 ñã ñiều chỉnh và ban hành bổ sung một số và đã đưa vào sử dụng:
+ Thơng số ñặc trưng sức chịu tải của ñất, dùng moñun ñàn hồi tay cho chỉ số
CBR, phù hợp hơn với xu hướng quốc tế;
+ ðưa thêm hệ số tin cậy ñể tăng dự trữ an toàn;
Trang 8


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

+ Xét đến điều kiện thốt nước dưới mặt ñường;
+ ðưa ra các biện pháp tăng cường mặt ñường cũ;
ðã vận dụng kết quả lời giải ly thuyết hệ ñàn hồi nhiều lớp trong một số khâu
nghiên cứu ño, ñánh giá cường ñộ mặt ñường cũ, quy ñổi các lớp.

-

Sau đó AASHTO đã sốt xét lại, bổ sung, ñiều chỉnh phương pháp thiết kế mặt
ñường theo hướng l thuyết - thực nghiệm ñầy ñủ hơn.
Tiêu chuẩn 22TCN 274-01: [1, 6, 14]
a. Cơ sở lý thuyết:
ðối với tiêu chuẩn thiết kế mặt ñường mềm 22TCN 274-01: ñược soạn thảo

dựa trên cơ sở ”Bản hướng dẫn thiết kế mặt ñường của AASHTO” năm 1993. ðây
là phương pháp mà tính tốn dựa trên cơ sở nghiên cứu bằng thực nghiệm là chính.
Tiêu chuẩn này bao gồm chỉ dẫn về thiết kế cấu tạo và tính tốn bề dày các lớp
kết cấu mặt đường mềm cho các loại đường ơtơ có cấp hạng khác nhau. Phương
pháp thiết kế là lấy chỉ số khả năng phục vụ (PSI) của kết cấu mặt ñường làm thơng
số đặc tính mà thiết kế phải dựa vào.
Phương trình thiết kế cơ bản sử dụng cho mặt đường mềm trong tiêu chuẩn
này là rút ra từ các kết quả thử nghiệm các kết cấu mặt ñường của AASHTO.
-

Phương trình thiết kế cơ bản sử dụng cho mặt đường mềm xác định SN(Mpa),
(hoặc có thể giải bằng tốn đồ).

Hình 2-3:Tốn đồ thiết kế mặt đường mềm trên cơ sở dùng trị số t.bình đầu vào
Trang 9


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

 ∆PSI 
log 10 
 4.2 − 1.5  + 2.32 * log M − 3.06

log10 W80 = Z R * S 0 + 9.36 * log10 ( SN + 1) − 0.2 +
10
R
1094
0. 4 +
( SN + 1) 5.19

(2-7)
Trong đó:
W80: tổng số lần tác dụng của tải trọng trục ñơn tương ñương 80KN trong cả
thời gian phục vụ;
)
W80 = D D × D L × W80

(2-8)

DD: hệ số phân bố theo chiều, tuỳ thuộc vào ñiều tra thực tế (từ 0.3-0.7);
DL: hệ số phân bố theo làn, tuỳ thuộc vào s ố làn xe theo một chiều;
)
W80 : Tổng số trục xe tương đương tích luỹ trong cả thời kỳ phục vụ

R: ñộ tin cậy, tuỳ thuộc vào cấp hạng chức năng của ñường;
ZR: ñộ lệch phân bố chuẩn tương ứng với mức ñộ tin cậy R;
S0: độ lệch tiêu chuẩn tồn bộ;
MR: mun đàn hồi có hiệu quả của vật liệu nền ñường (MPa)
∆PSI : ðộ tổn thất tính tốn khả năng phục vụ
∆PSI = p 0 − pt ;

(2-9)

p0: khả năng phục vụ ban ñầu, phụ thuộc vào chất lượng phục vụ ban ñầu của
kết cấu mặt ñường lúc vừa mới xây dựng xong, phụ thuộc vào tốc ñộ thiết kế;
pt: khả năng phục vụ cưới thời kỳ khai thác, tuỳ thuộc vào chất lượng khai thác
yêu cầu phải ñạt ñược ở cuối thời kỳ phục vụ, giá trị thay ñổi theo tốc ñộ thiết kế.
- Phương trình để xác định bề dày các lớp kết cấu:
2.54SN = a1D1 + m2a2D2 + m3a3D3;

(2-10)

a1 a2 a3: hệ số của lớp mặt, lớp móng trên và lớp móng dưới;
m2 m3: hệ số điều kiện thốt nước ảnh hưởng đến cường độ của lớp móng trên
và lớp móng dưới.
D1 D2 D3: bề dày (cm) của lớp mặt, lớp móng trên và lớp móng dưới.

Trang 10


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

Từ phương trình (2-7) có thể xác định ñược chỉ số kết cấu SN, sau ñó áp dụng
phương trình (2-10) để thiết kế bề dày kết cấu. Tuy nhiên, phương trình (2-10)
khơng phải chỉ có một lời giải duy nhất mà cịn có nhiều tổ hợp các chiều dày các
lớp thỏa mãn phương trình. Khi chọn lựa tỷ số thích hợp của chiều dày các lớp cịn
cho phép người thiết kế cân nhắc thêm các ñiều kiện về cấu tạo, giá thành, thi cơng
và bảo trì để loại trừ khả năng ñưa ra một kết cấu mặt ñường khơng hợp lý.
2.2.1.3. Phương pháp tính của Nga: [13, 16, 20]
Ở Liên Xô cũ, các phương pháp thiết kế mặt ñường mềm ñược ñề xuất ở
trường ðại học ðường ôtô Moscow, Trường ðại học ðường ơtơ Kháccốp, Viện
nghiên cứu đườnng bộ tồn liên bang, Phân viện Saint-Petersburgs, ... đều dựa trên
một trong ba tiêu chuẩn giới hạn là:

- ðộ võng ñàn hồi cho phép của toàn kết cấu;
- ðiều kiện ổn ñịnh chống trượt của nền ñất và các lớp vật liệu rời rạc, kém
dính;
- ðiều kiện chịu kéo khi uốn của các lớp vật liệu tồn khối.
ðược tính trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết hoàn chỉnh, tải trọng tính tốn bằng
tải trọng tĩnh. Từ ngày 01/01/2001 Bộ Giao thơng vận tải Liên Bang Nga đã sử
dụng quy trình thiết kế áo đường mới: ODN218.046-01 với nội dung có nhiều thay
đổi. Khác với quy trình BCH46-72 trước đây là tính tốn bề dày áo đường mềm chỉ
theo tải trọng tĩnh, quy trình mới này quy định cụ thể các trường hợp tính tốn bề
dày áo đường mềm theo tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động.
Quy trình ODN218.046-01:
- Phương pháp luận ñể ñánh giá cường ñộ áo ñường mềm bao gồm: ðánh giá
cường độ chung của kết cấu (thơng qua ñộ võng ñàn hồi cho phép của cả kết cấu) và
ñánh giá cường ñộ theo các ứng suất phát sinh trong các lớp kết cấu riêng biệt từ kết
quả của lời giải lý thuyết ñàn hồi.
Tuỳ thuộc cấp ñường và loại mặt ñường (cấp cao chủ yếu, thứ yếu, quá ñộ) mà
áo ñường ñược thiết kế với ñộ tin cậy KH khác nhau (là xác suất làm việc không từ

Trang 11


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

chối của kết cấu áo ñường). Trị số KH thay ñổi từ 0.8 – 0.98 ñối với mặt ñường cấp
cao thứ yếu và KH = 0.7 – 0.95 với mặt ñường quá ñộ.
Dựa và ñộ tin cậy KH ñưa ra hệ số phá hủy giới hạng và hệ số cường ñộ Knp.
- Hệ số phá hủy giới hạn:
K pnp =

∑l

i

L

=

∑S

i

;

S

(2-11)

Trong đó:
Σli, ΣSi: tổng chiều dài đoạn mặt đường hay tổng diện tích mặt đường bị phá
hỏng do khơng ñủ cường ñộ;
L, S: Chiều dài hay diện tích mặt ñường bị phá hỏng do không ñủ cường ñộ.
- Hệ số cường ñộ:
+ ðối với cả kết cấu:
K np =

lcf
l

=

Echyc
Ech

;

(2-12)

Trong ñó:
lcf, E chyc : ðộ võng ñàn hồi cho phép và moñun ñàn hồi chung yêu cầu;
L, Ech: ðộ võng đàn hồi tính tốn và mun đàn hồi chung tính toán của cả kết
cấu.
+ ðối với các lớp kết cấu riêng biệt:
K np =

σ cf
σ tt

(2-13)

;

Trong đó:
σ cf , σ tt : Ứng suất cho phép và ứng suất tính tốn từ tác dụng của tải trọng.

Quy trình này quy định về các trường hợp cụ thể tính tốn bề dày áo ñường
mềm theo tải trọng tĩnh hoặc tải trọng ñộng. Cụ thể như sau:
- Trên ñường trường (trên các quốc lộ, tỉnh lộ, ..) có xe chạy liên tục thì kết
cấu áo đường mềm được tính theo tác dụng của tải trọng ñộng (tải trọng tức thời và
trùng phục).
Trang 12

CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

- Tại các trạm dừng xe (trạm dừng xe bt, bến phà), các nút giao thơng, các
đường dẫn ñến nơi giao nhau với ñường sắt phải kiểm tra thêm trường hợp tải trọng
tác dụng một lần trong thời hạn không nhỏ hơn 10phút.
- Tại các bến xe, lề ñường (cho phép xe ñỗ) nơi mà xe ñỗ lại trong thời gian
lâu thì áo đường được tính theo tải trọng tĩnh (thời gian tác ñộng của tải trọng lớn
hơn 10phút). Trong trường hợp này chọn các thơng số tính tốn theo tĩnh tải và
khơng đưa vào hệ số trùng phục. Trường hợp này cũng được áp dụng để tính theo
tiêu chuẩn trượt của nền ñất và các vật liệu kém dính.
- Bề dày của các lớp kết cấu áo ñường mềm ñược tính theo các tiêu chuẩn:
+ Theo tiêu chuẩn ñộ võng ñàn hồi cho phép trên cơ sở mối quan hệ phụ thuộc
giữa mơđun đàn hồi u cầu E chyc với tổng số lần tác dụng của tải trọng tính tốn
( E chyc = f(ΣNp)).
+ Theo điều kiện ổn ñịnh chống trượt của nền ñất và các lớp vật liệu kém dính
(cát) dưới tác dụng của tải trọng ñộng (tác dụng tức thời) hay tải trọng tĩnh (tác
dụng lâu dài).
+ Theo ñiều kiện chịu kéo uốn của các lớp vật liệu toàn khối dưới tác dụng của
tải trọng ñộng, lặp và tức thời. Tiêu chuẩn này biểu thị khả năng chống mỏi của
lớp vật liệu toàn khối.
Trên cơ sở các kết quả giải bài tốn đàn hồi hệ nhiều lớp ñã quy ñổi ra hệ hai
lớp ñể xác ñịnh moñun ñàn hồi chung (Ech) dưới dạng toán ñồ. Ech tính được phải
thỏa mãn điều kiện:
E ch > E min K npyc ;

(2-14)

Emin = 98.65[lg(ΣNp) – C ], MPa;

(2-15)

Trong đó:
ΣNp: tổng số trục đơn tính tốn trong suốt thời kỳ phục vụ của áo ñường.
C: Hệ số phụ thuộc vào trục tải trọng tính tốn, C =3.55 với trục 10tấn, 3.25
với trục 11tấn và 3.05 với trục 13tấn.

Trang 13


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

Nếu ΣNp < 4.104, thì giá trị Emin phụ thuộc vào cấp ñường, loại áo ñường và
tổng số trục đơn tính tốn ở làn xe có nhiều xe nhất. Cụ thể như: với mặt ñường cấp
cao chủ yếu thì lần lượt theo cấp đường I, II, III trị số Emin tương ứng là 2300, 2200
và 2000daN/cm².ñược quy ñịnh với giá trị giới hạn.
Ở vùng khí hậu V của Nga (tương ứng với khí hậu nhiệt đới của Việt Nam) thì
Emin tính theo cơng thức (2-5) sẽ giảm 15%.
ðiều kiện ổn ñịnh chống trượt của nền ñất và các lớp vật liệu kém dính (cát)
dưới tác dụng của tải trọng tức thời hay tải trọng tĩnh:
T≤

Tnp
K npyc

(2-16)

;

Trong đó:
T: ứng suất trượt chủ động tính tốn phát sinh ở điểm tính tốn do tác dụng
của tải trọng tức thời;
Tnp: Trị số ứng suất trượt chủ ñộng giới hạn;
K npyc : Hệ số cường ñộ yêu cầu

Trị số Tnp của nền ñất hay của lớp cát trung gian ñược xác ñịnh theo cơng
thức:
Tnp = CN.kđ+ 0.1γtb.Zop.tgϕct ;

(2-17)

Trong đó:
CN: lực dính của ñất nền hay lớp cát có xét ñấn tải trọng trùng phục.
kñ : Hệ số xét ñến ñặc ñiểm làm việc của kết cấu tại giới hạn của lớp cát với
lớp móng chịu lực ở bên dưới. Khi xây dựng lớp dưới bằng vật liệu gia cố hay rải
trên lớp móng cát bằng lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách thì kđ = 4.5; 4.0; 3.0 tương
ứng với lớp cát là cát hạt lớn, hạt trung và hạt nhỏ; kñ =1.0 cho các trường hợp cịn
lại.
γtb: dung trọng trung bình của tất cả các lớp kết cấu áo ñường , KG/cm³.
Zop: Chiều sâu tính từ mặt đường đến điểm cần kiểm tra trượt, cm.
ϕct: Góc nội masát tính tốn của lớp vật liệu kiểm tra trượt dưới tác dụng của
tải trọng tĩnh.
Trang 14


CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ðƯỜNG MỀM HIỆN NAY

Ứng suất trượt chủ ñộng phát sinh trong nền ñất và lớp cát bằng:
T =τH p ;

(2-18)

τ H : Ứng suất cắt ñơn vị, xác ñịnh bằng tra tốn đồ (hình 3.2 và hình 3.3 của

[16]);
p: Áp suất của bánh xe lên mặt đường;
Khi sử dụng tốn đồ ñể tra τ H trị số ϕ ñược xác ñịnh theo tải trọng động.
Khi tra tốn đồ thì tất cả các lớp trên được chuyển thành một lớp có bề dày
bằng tổng Σhi và mun đàn hồi trung bình bằng:

∑E h
∑h

i i

Etb =

;

(2-19)

i

ðối với các lớp vật liệu toàn khối (như bêtơng atsphal, vật liệu và đất gia cố
tổng hợp thì điều kiện ổn định (khơng tạo thành vết nứt do mỏi) dưới tác dụng của
tải trọng lặp và tức thời phải là:
σr <

RN

;
K npyc

(2-20)

Trong đó:
RN: cường độ chịu kéo khi uốn của vật liệu có xét đến hiện tượng mỏi, được
tính theo cơng thức:
RN = Rok1k2 (1-υR.t);

(2-21)

Ro: Cường độ chịu kéo uốn giới hạn tiêu chuẩn, bảng 3.1 phụ lục 3 [16]. R0
ñược xác ñịnh theo tác dụng một lần, tức thời.
k1: hệ số xét ñến cường ñộ bị giảm do mỏi của vật liệu dưới tác dụng của tải
trọng trùng phục.
k1 =

α
m

∑N

(2-22)

;
p

Với α: Hệ số xét ñến sự khác nhau giữa chế ñộ kéo do tải trọng lặp trong
phịng thí nghiệm và thực tế;

m: Chỉ số phụ thuộc vào tính chất của vật liệu;

Trang 15