Bài giảng Thiết kế đường - Phần 3: Thiết kế mặt đường - Th.S Võ Hồng Lâm

Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

PHẦN III
THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG

-1-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

-2-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

CHƯƠNG 1

CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG
1.1 NHỮNG U CẦU CHUNG ĐỐI VỚI ÁO ĐƯỜNG VÀ CẤU TẠO KẾT
CẤU ÁO ĐƯỜNG
1.1.1 Những yêu cầu chung đối với áo đường
Áo đường là cơng trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp vật
liệu khác nhau, có độ cứng và cường độ lớn hơn so với đất nền đường, trực tiếp
chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và sự phá hoại thường xuyên của các nhân tố
thiên nhiên như mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,… Do đó khi thiết kế và xây dựng

áo đường phải đạt được các yêu cầu sau đây:
1. Áo đường phải có đủ cường độ chung biểu thị qua khả năng chống lại biến
dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co dãn do chịu kéo uốn hoặc do thay
đổi nhiệt độ. Ngoài ra, cường độ của áo đường phải ít thay đổi theo điều kiện thời
tiết, khí hậu, tức là phải ổn định về mặt cường độ.
2. Mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng nhất định để giảm sức
cản lăn, giảm sóc khi xe chạy. Do đó sẽ nâng cao được tốc độ xe chạy, giảm tiêu
hao nhiện liệu và kéo dài tuổi thọ của xe, giảm giá thành vận tải. Để đảm bảo được
độ bằng phẳng thì khi thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp và
chú ý đến các biện pháp kỹ thuật khi thi công.
Áo đường phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia cố có cho xe thơ sơ đi phải đảm
bảo bề mặt đạt được độ bằng phẳng yêu cầu ở thời điểm bắt đầu đưa đường vào
khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI (đo theo chỉ dẫn ở TCVN
8865-2011) Như ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Yêu cầu về độ bằng phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu
Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h)

Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km)
Đường xây dựng mới Đường cải tạo, nâng cấp

120 và 100

£ 2,0

£ 2,2

80

£ 2,0

£ 2,2

60

£ 2,2

£ 2,5

Từ 40 đến 20 (mặt đường nhựa)

£ 4,0

£ 5,0

Từ 40 đến 20 (mặt đường cấp thấp)

£ 6,0

£ 8,0

Độ bằng phẳng cũng được đánh giá bằng thước dài 3m theo tiêu chuẩn
TCVN8864-2011.
3. Bề mặt của áo đường phải có đủ độ nhám nhất định để nâng cao hệ số
bám giữa bánh xe với mặt đường, tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn với tốc độ
cao và trong trường hợp cần thiết có thể dừng xe nhanh chóng. Để đảm bảo được
độ nhám thì khi thiết kế phải nghiên cứu chọn kết cấu tầng mặt thích hợp.
Độ nhám của bề mặt kết cấu áo đường là bê tông nhựa phải đạt được yêu cầu
tối thiểu quy định thông qua chỉ tiêu chiều sâu rắc cát trung bình tuỳ thuộc tốc độ
-3-

Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

chạy xe yêu cầu và mức độ nguy hiểm của đoạn đường thiết kế như ở Bảng 1-2
dưới đây theo quy trình TCVN 8866-2011:
Bảng 1.2: Yêu cầu về độ nhám mặt đường

4. Áo đường phải có sức chịu bào mịn tốt và sản sinh ra ít bụi. Vì bụi sẽ làm
giảm tầm nhìn, gây tác dụng xấu cho hành khách, hàng hóa và gây ô nhiễm môi
trường.
Không phải lúc nào cũng đòi hỏi áo đường phải có đủ phẩm chất đáp ứng các
yêu cầu nói trên một cách tốt nhất, vì như vậy sẽ rất tốn kém, nhất là khi cường độ
vận tải còn thấp. Do đó người thiết kế phải xuất phát từ yêu cầu thực tế, ý nghĩa và
tầm quan trọng của đường,... để đưa ra những kết cấu mặt đường thích hợp thỏa
mãn ở các mức độ khác nhau các yêu cầu nói trên.
1.1.2 Các tầng lớp kết cấu áo đường
Kết cấu các tầng lớp áo đường phải đáp ứng được các yêu cầu về vận tải và sử
dụng nói trên.
Phân tích trạng thái ứng suất trong kết cấu áo đường khi chịu tác dụng của tải
trọng.
Khi xe chạy, lực tác dụng lên kết cấu áo đường gồm hai thành phần:

-4-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Kết cấu nền mặt đường

- Lực thẳng đứng do tải trọng xe chạy, gây ra
trạng thái ứng suất σz trong kết cấu áo
đường: Trên bề mặt σz = p (p là áp lực
thẳng đứng do tải trọng bánh xe nặng nhất
truyền xuống qua diện tích vệt tiếp xúc giữa
bánh xe với mặt đường). Lực thẳng đứng
truyền xuống khá sâu cho đến nền đất
(trong phạm vi tác dụng của tải trọng) khiến
nền đất phải tham gia chịu tải.
- Lực nằm ngang do sức kéo, lực hãm, lực
ngang (khi xe chạy trong đường cong) gây
ra trạng thái ứng suất σx trong kết cấu áo
đường.
Hình 1.1 Sơ đồ phân bố ứng suất trong
kết cấu áo đường theo chiều sâu
σx = (0,2-0,3)p khi xe chạy và σx = (0,75-0,85)p khi hãm xe.
Lực ngang chủ yếu tác dụng trên gần mặt áo đường mà không truyền sâu
xuống các lớp dưới nên chỉ gây trạng thái ứng suất ở các lớp trên cùng của các lớp
kết cấu làm cho vật liệu tại đó bị xơ trượt, bào mịn dẫn đến phá hoại.
Như vậy, về mặt chịu lực thì kết cấu áo đường cần có nhiều tầng lớp có nhiệm
vụ khác nhau để đáp ứng yêu cầu chịu lực khác nhau phù hợp với trạng thái ứng
suất: Cường độ các lớp giảm dần, lớp vật liệu tốt có cường độ cao, có sức chịu bào
mịn tốt ở trên, lớp vật liệu rời rạc có cường độ thấp ở dưới.

Hình 1.2 Cấu tạo các tầng lớp trong kết cấu áo đường
-5-

Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

1. Tầng mặt: Tầng mặt chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe chạy (lực thẳng
đứng và lực nằm ngang) và tác dụng của các nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, thay
đổi nhiệt độ,…). Để chịu được các tác dụng đó, tầng mặt địi hỏi phải được làm
bằng các vật liệu có cường độ và sức liên kết tốt. Tầng mặt phải đủ bền trong suốt
thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống nứt, có
khả năng chịu mài mịn tốt, khơng bụi và ít bong bật.
Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm: lớp tạo nhám, tạo
phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng (đây là các lớp khơng tính vào bề
dày chịu lực của kết cấu mà là các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại
bề mặt và trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đường)
rồi đến lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực quan trọng tham gia vào
việc hình thành cường độ của kết cấu áo đường mềm.
2. Tầng móng: Chịu lực thẳng đứng là chính, nhiệm vụ là truyền và phân bố
lực thẳng đứng để khi truyền xuống nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến một mức độ
đất nền đường có thể chịu được mà khơng tạo nên biến dạng thẳng đứng hoặc biến
dạng trượt quá lớn.
Vật liệu tầng móng có thể dùng loại rời rạc nhưng phải đảm bảo có độ cứng
nhất định. Có thể bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù
hợp với biểu đồ phân bố ứng suất do tải trọng bánh xe truyền xuống nền đường.
Như vậy có thể tận dụng được vật liệu tại chỗ địa phương để giảm giá thành xây
dựng.
3. Lớp đáy áo đường:
Lớp đáy áo đường có các chức năng sau:
– Tạo được một lòng đường chịu lực đồng nhất, sức chịu tải tốt;
– Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất và từ dưới lên móng áo đường;

– Tạo "hiệu ứng đe" để bảo đảm chất lượng đầm nén các lớp móng phía trên;
– Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong q trình thi cơng áo đường khơng gây
hư hại nền đất phía dưới (ngay cả khi thời tiết xấu).
Lớp đáy móng cấu tạo bằng đất hoặc vật liệu thích hợp để đạt được các yêu
cầu sau:
– Độ chặt đầm nén cao K = 1,00 ¸1,02 (đầm nén tiêu chuẩn);
– Môđun đàn hồi E ³50 MPa (500 daN/cm2) hoặc chỉ số CBR ≥ 10 (tùy theo
loại đất);
– Bề dày tối thiểu là 30 cm.
Cần bố trí lớp đáy móng thay thế cho 30 cm phần đất trên cùng của nền đường
đường cấp I đường cấp II và đường cấp III có 4 làn xe trở lên, nếu bản thân phần
đất trên cùng của nền đường không đạt các yêu cầu nói trên. Nên thiết kế lớp đáy
móng khi nền đắp bằng cát, bằng đất sét trương nở và khi đường qua vùng mưa
nhiều hoặc chịu tác động của nhiều nguồn ẩm khác nhau.

-6-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Vật liệu làm lớp đáy móng có thể bằng đất có cấp phối tốt (không được bằng
cát các loại), cấp phối thiên nhiên, đất gia cố vôi (xi măng) tỷ lệ thấp. Chiều rộng
lớp đáy móng nên rộng hơn chiều rộng tầng móng mỗi bên là 15 cm.
4. Móng nền đất : Cũng là một bộ phận của kết cấu áo đường và gọi là kết cấu
tổng thể nền mặt đường.
Kết cấu nền áo đường hay kết cấu tổng thể nền mặt đường gồm kết cấu áo
đường ở trên và phần khu vực tác dụng của nền đường ở dưới. Thiết kế tổng thể
nền mặt đường có nghĩa là ngồi việc chú trọng các giải pháp thiết kế cấu tạo kết

cấu áo đường còn phải chú trọng đến các giải pháp nhằm tăng cường cường độ và
độ ổn định cường độ đối với khu vực tác dụng của nền đường.
1.1.3 Cấu tạo trắc ngang áo đường
Trắc ngang áo đường có dạng hình máng như hình 1.3

Hình 1.3 Cấu tạo trắc ngang áo đường
Hai ví dụ về kết cấu áo đường cấp cao như hình 1.4 dưới đây:

Hình 1.4 Các kết cấu áo đường cấp cao
1.2 PHÂN LOẠI ÁO ĐƯỜNG
1.2.1 Phân loại về đặc tính và phạm vi sử dụng
Tầng mặt áo đường được phân thành 4 cấp: cấp cao A1; cấp cao A2 (cấp cao
thứ yếu); cấp thấp B1 (cấp quá độ); cấp thấp B2, mỗi cấp lại bao gồm một số loại
tầng mặt làm bằng các loại vật liệu khác nhau theo nguyên lý cấu trúc khác nhau
như bảng 1.3.
-7-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Áo đường cấp cao A1 là loại đáp ứng yêu cầu không phát sinh biến dạng dư
dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, tức là loại áo đường này chỉ cho phép làm việc
hồn tồn trong giai đoạn đàn hồi, do đó nó bảo đảm duy trì được chất lượng khai
thác cao, xe chạy an toàn với tốc độ cao, kéo dài thời hạn giữa các kỳ sửa chữa
tầng mặt.
Bảng 1.3 Loại tầng mặt áo đường về đặc tính và phạm vi sử dụng

1.2.2 Phân loại về vật liệu và cấu trúc vật liệu

1) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc
theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối:
- Theo nguyên lý đá chèn đá: là mặt đường đá dăm nước (hay đá dăm
macadam) được cấu trúc bằng đá dăm có kích cỡ đồng đều, hình dạng sần sùi sắc
cạnh và có cường độ tương đối cao. Thơng qua q trình vừa lu lèn (khi lu có tưới
nước để đá dễ chặt và khỏi vỡ) vừa chèn thêm các cỡ đá dăm kích thước nhỏ hơn
so với đá cơ bản, cường độ của lớp áo đường này sẽ hình thành trên cơ sở ma sát,
chèn móc giữa các hịn đá với nhau.
Ưu điểm: cơng nghệ thi cơng đơn giản. Nhược điểm: địi hỏi q cao về hình
dạng, kích cỡ và cường độ của đá, tốn công lu lèn, sức chịu bong bật kém nên
thường dùng làm lớp mặt cho đường cấp thấp và làm lớp móng cho đường cấp cao.
- Theo nguyên lý cấp phối: là mặt đường cấp phối được cấu trúc bằng hỗn hợp
đá, sỏi, cuội, cát, đất từ cỡ lớn đến cỡ nhỏ trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định để
đảm bảo sau khi lu lèn hỗn hợp có độ rỗng nhỏ, tức là đạt được độ chặt lớn. Cường
độ sẽ được hình thành do lực dính và lực ma sát giữa các hạt tăng lên.
Yêu cầu chính là khống chế đúng tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần hạt và chỉ
số dẻo (thông qua hàm lượng hạt nhỏ – đất dính). Nếu hàm lượng sét quá nhiều
làm cho mặt đường kém ổn định với nước, nếu q ít sẽ khơng đủ dính kết.
-8-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Ưu điểm: tạo thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu địa phương, cường độ hạt
khơng địi hỏi q cao, ít tốn cơng lu lèn. Nhược điểm: kém ổn định đối với nước,
mùa mưa thì lầy lội, mùa khơ thì nhiều bụi.
2) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc
theo nguyên lý đá chèn đá hoặc ngun lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết

dính vơ Cơ (xi măng, vơi,…): nhờ có chất kết dính nên cường độ và tính ổn định
nước của các loại mặt đường này được tăng lên rõ rệt.
Điển hình cho loại mặt đường này là các lớp: đất hoặc đá có gia cố vơi, xi
măng,… và thường dùng làm lớp móng cho đường cấp cao. Áo đường bê tơng xi
măng cũng thuộc loại này nhưng được cấu trúc đặc biệt tốt và thường dùng làm lớp
mặt cho đường cấp cao, chịu được bào mòn bề mặt, khả năng chịu kéo khi uốn lớn.
3) Các tầng lớp áo đường làm bằng vật liệu đất đá thiên nhiên có cấu trúc
theo nguyên lý đá chèn đá hoặc nguyên lý cấp phối nhưng có trộn thêm chất kết
dính hữu cơ (bi tum, guđrơng): tùy theo phương pháp thi cơng, ta có:
* Theo phương pháp tưới:
- Mặt đường thấm nhập nhựa: tưới nhựa vào các lớp đá đã rải sẵn rồi chèn và
lu lèn, tùy theo chiều sâu nhựa thấm nhập mà ta có: thấm nhập nhẹ, bán thấm nhập
và thấm nhập sâu.
- Mặt đường láng nhựa: tưới nhựa lên tầng mặt đã hình thành rồi rải sỏi sạn
hoặc đá dăm nhỏ và lu cho đá sỏi chìm vào trong nhựa.
* Thi cơng theo phương pháp trộn thì có các loại: đất gia cố nhựa; đá dăm đen
(đá có kích cỡ đồng đều trộn với nhựa rồi rải và chèn đá con trộn nhựa); hỗn hợp
đá trộn nhựa (cấp phối đá trộn nhựa rồi lu lèn chặt) và bê tông nhựa (bao gồm đá,
cát, bột khoáng và 4-12% nhựa đem trộn với nhau theo nguyên lý cấp phối tốt nhất
và lu lèn chặt).
1.2.3 Phân loại theo đặc điểm tính tốn cường độ áo đường
Có hai loại: áo đường cứng và áo đường mềm.
- Áo đường cứng (mặt đường bê tông xi măng): là kết cấu có độ cứng rất lớn,
cường độ chống biến dạng (mô đun đàn hồi hoặc mô đun biến dạng) cũng cao hơn
hẳn so với nền đất và đặc biệt có khả năng chịu kéo khi uốn rất lớn, do đó nó làm
việc theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi và phân bố được áp lực của tải trọng bánh
xe xuống nền đất trên một diện tích rộng làm cho nền đất phía dưới ít phải tham
gia chịu tải.
- Áo đường mềm: là kết cấu với các tầng lớp đều có khả năng chịu uốn nhỏ
(hoặc khơng có khả năng chịu uốn), dưới tác dụng của tải trọng bánh xe chúng

chịu nén và chịu cắt trượt là chủ yếu. Cường độ và khả năng chống biến dạng của
nó có thể thay đổi phụ thuộc vào thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm.
Trong kết cấu áo đường mềm nền đất cũng tham gia chịu tải cùng với mặt
đường ở mức độ đáng kể.
Kết cấu áo đường mềm gồm có tầng mặt làm bằng các vật liệu hạt hoặc các
vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường và tầng móng làm bằng các loại vật

-9-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của nền đường hoặc trên lớp đáy
móng.
1.3 NỘI DUNG VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO
ĐƯỜNG
1.3.1 Trình tự thiết kế áo đường:
1. Đề xuất các phương án cấu tạo kết cấu áo đường, mỗi phương án có thể có
tầng mặt, tầng móng, số lớp bằng các vật liệu khác nhau, cấu trúc và công nghệ thi
công khác nhau, phương án đầu tư một lần hay phân kỳ đầu tư,...
Ngoài ra khi đề xuất các phương án kết cấu áo đường cần phải chú trọng đến
yêu cầu bảo vệ môi trường, u cầu bảo đảm an tồn giao thơng và cả yêu cầu về
bảo vệ sức khoẻ, bảo đảm an toàn cho người thi cơng,...
Nội dung cơng việc này chính là thiết kế cấu tạo các phương án kết cấu áo
đường.
2. Tính tốn kiểm tra cường độ chung và cường độ trong mỗi lớp kết cấu áo
đường xác định bề dày mỗi lớp kết cấu áo đường theo các tiêu chuẩn giới hạn cho
phép.

3. Tính tốn luận chứng kinh tế – kỹ thuật, so sánh các phương án để lựa chọn
phương án kết cấu áo đường tối ưu thỏa mãn được các yêu cầu đối với kết cấu áo
đường, yêu cầu tận dụng vật liệu địa phương, phù hợp với công nghệ thi cơng và
khả năng duy tu bảo dưỡng,...
4. Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa
vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm
các đặc trưng cơ học của các vật liệu đó để đưa ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu
sử dụng cho mỗi lớp kết cấu của phương án đã chọn.
1.3.2 Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường:
Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường là chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù
hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng, lớp áo đường, chọn các giải pháp tăng
cường cường độ và sự ổn định cường độ của khu vực tác dụng (bao gồm cả các
giải pháp thoát nước nếu cần, cho các lớp kết cấu nền áo đường).
Các nguyên tắc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm:
1. Chọn loại tầng mặt áo đường: Từ ý nghĩa, cấp hạng kỹ thuật của đường,
lưu lượng xe chạy và tốc độ xe chạy thiết kế, đồng thời có xét đến điều kiện khí
hậu, khả năng cung cấp vật liệu, khả năng công nghệ thi công, khả năng duy tu bảo
dưỡng,... mà chọn loại tầng mặt thích hợp.
Trên tầng mặt áo đường, tùy theo cấp hạng đường, được bố trí các lớp tạo
nhám, hao mịn, tạo phẳng thích hợp.
Chọn loại tầng mặt áo đường như bảng 1.3.
2. Chọn loại tầng móng: Gồm nhiều lớp được chọn tùy theo điều kiện nền
đường, địa chất, thủy văn và tình hình vật liệu địa phương sẵn có.
Nên bố trí các lớp vật liệu có cường độ giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với
biểu đồ phân bố ứng suất của tải trọng xe chạy nhằm sử dụng hợp lý khả năng làm
-10-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

việc của vật liệu mỗi lớp. Tỷ số mô đun đàn hồi giữa lớp trên và lớp dưới kề nó
bằng vật liệu kém dính không nên vượt quá 5 – 6 lần. Số lớp cũng không nên quá
nhiều để tránh phức tạp cho thi công và kéo dài thời gian khai triển dây chuyền
công nghệ thi công.
Cần dựa vào các nguyên tắc nêu trên để chọn và bố trí các lớp móng trên,
móng dưới tuỳ thuộc loại tầng mặt như ở chỉ dẫn ở Bảng 1.4 cùng với các chú ý
dưới đây:
+ Đối với đường cao tốc, đường cấp I, II và các đường có 4 làn xe trở lên thì
cần sử dụng các lớp móng nửa cứng để tăng mức độ đồng đều về cường độ trên bề
rộng phần xe chạy, chẳng hạn như bố trí lớp móng dưới bằng cát hoặc đất gia cố
các chất liên kết vơ cơ và bố trí lớp móng trên bằng cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi
măng.
+ Ở những đoạn đường có thể bị ảnh hưởng của ẩm mao dẫn từ nước ngầm
phía dưới thì lớp móng dưới nên sử dụng vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ
hoặc hữu cơ với bề dày tối thiểu là 15cm.
+ Nếu lớp móng có thêm chức năng thấm thoát nước ra khỏi kết cấu áo đường
thì lựa chọn vật liệu sao cho độ rỗng của nó sau khi đầm nén chặt bằng khoảng 15
– 20%, cấp phối hạt không được chứa cỡ hạt £0,074mm và hệ số thấm phải lớn
hơn 3m/ngày đêm.
+ Trong trường hợp đặc biệt khó khăn (thiếu các phương tiện gia cơng đá hoặc
thiếu phương tiện xe máy thi cơng) thì có thể sử dụng lớp móng bằng đá ba xếp có
chêm chèn chặt cho các loại mặt đường cấp thấp B1, B2. Đá ba có kích cỡ lớn nhất
là 18 – 24cm.
+ Phải thiết kế một lớp láng nhựa trên móng cấp phối đá dăm hoặc đá dăm
nước để chống thấm nước xuống nền và chống xe cộ thi công đi lại phá hoại móng
trong trường hợp làm móng trước để một thời gian trước khi thi công tiếp các lớp ở
trên.

-11-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Bảng 1.4. Chọn loại tầng móng

-12-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

3. Về mô đun đàn hồi của các tầng lớp: Trừ trường hợp bố trí kết cấu ngược
đối với mặt đường mềm, về mơ đun và cường độ các lớp vật liệu trong kết cấu thì
cường độ các lớp giảm dần để phù hợp với biểu đồ phân bố ứng suất và hạ giá
thành. Tuy nhiên cường độ các lớp trên không nên cao hơn lớp dưới liền nó q 3
lần về mơ đun đàn hồi và tỷ số MĐĐH của nền đất và tầng móng nên nằm trong
khoảng từ 0,08-:-0,40; Cả kết cấu cũng khơng nên bố trí q nhiều lớp vật liệu
tránh gây phức tạp cho thi công.
Thông thường môđun của các lớp nên đạt các yêu cầu sau:
- Nền đường có E0 ≥200 daN/cm2 hoặc CBR ≥ 6-7% ;đối với đường cấp ≥ III
thì phải có E0 ≥400 daN/cm2.
- Lớp đáy áo đường có mơđun đàn hồi E ³500 daN/cm2 hoặc chỉ số CBR ≥
10% (tùy theo loại đất);
- Lớp móng dưới nên có CBR ≥30%
- Lớp móng trên nên có CBR ≥80%

4. Tuân theo nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường: tức là phải sử dụng
các biện pháp tổng hợp để nâng cao cường độ của nền đất, tạo điều kiện thuận lợi
cho nền đất cùng tham gia chịu tải với áo đường.
5. Các kết luận thông qua phân tích trạng thái ứng suất biến dạng:
- Nếu MĐĐH của nền đất tăng 20% thì hiệu quả giảm độ võng chung của cả
kết cấu sẽ tương đương với việc MĐĐH của tầng móng tăng thêm 100%.
- Tăng mơ đun của tầng móng là cần thiết nếu muốn giảm ứng suất kéo-uốn ở
đáy tầng mặt; nên bố trí bề dày tầng móng khơng dưới 2d và bề dày tầng mặt
khơng nên nằm trong khoảng 0,5-:-1,0d (d là bán kính của một vệt bánh trong cụm
bánh đôi trục sau; với xe trục tiêu chuẩn 10T thì d=10,5-11cm).

-13-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

- Không nên bố trí bề dày tầng mặt chỉ bằng một lớp bê tông nhựa dày từ 46cm mà tổng bề dày các lớp mặt rải nhựa phải ít nhất là 15cm đối với đường cao
tốc và 10cm đối với các đường cấp III trở lên.
- Việc tăng bề dày áo đường sẽ không giảm được ứng suất cắt lớn nhất τmax
xuất hiện ở lớp mặt trên cùng; để tránh lớp mặt trên bị phá hoại do ứng suất loại
này thì biện pháp chủ yếu là phải dùng vật liệu lớp mặt có cường độ chống cắttrượt cao (dùng nhựa cải tiến, dùng loại BTN chất lượng cao,...)
6. Về bề dày các tầng lớp: Bề dày các tầng lớp kết cấu áo đường được quyết
định thơng qua tính tốn, tuy nhiên về mặt cấu tạo cũng có những u cầu nhất
định:
- Vì đắt tiền nên các lớp càng ở trên càng nên làm mỏng đến mức tối thiểu,
trong khi các lớp dưới rẻ tiền nên tăng bề dày.
- Tuy nhiên, bề dày các lớp BTN trong kết cấu áo đường cấp cao A1 phải được
khống chế tối thiểu như bảng 1.5

Bảng 1.5 Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 tuỳ thuộc quy mô giao thông

- Bề dày mỗi lớp không nên vượt quá bề dày có thể lèn ép được (tương ứng
với các cơng cụ đầm nén sẵn có). Nếu vượt q thì cùng một lớp vật liệu phải thi
cơng hai lần, do đó chỉ hợp lý khi bề dày chọn gần với bội số của bề dày có thể lèn
ép được. Chiều đầy đầm nén có hiệu quả đối với bê tông nhựa thường không nên
quá 8 cm đến 10 cm, các loại vật liệu khác có gia cố không quá 15 cm và không
gia cố không quá 18 cm.
- Bề dày tối thiểu của mỗi lớp vật liệu khơng được nhỏ hơn 1,5 lần kích cỡ hạt
cốt liệu lớn nhất và không được nhỏ hơn theo quy định của quy trình 22TCN 21106 tùy theo loại vật liệu.

-14-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Bảng 1.6 Bề dày tối thiểu và bề dày thường sử dụng của các lớp kết cấu

Ghi chú: Các trị số trong ngoặc là bề dày tối thiểu khi rải trên nền cát (khi sử
dụng các vật liệu nêu trên làm lớp đáy móng).
- Để hạn chế hiện tượng nứt phản ánh, nếu kết cấu là mặt đường nhựa có sử
dụng lớp móng trên (hoặc lớp mặt dưới) bằng vật liệu đất, đá gia cố chất liên kết
vơ cơ thì tổng chiều dày tối thiểu lớp mặt đường nhựa phía trên (bê tơng nhựa,
thấm nhập nhựa, láng nhựa) nên thiết kế như chỉ dẫn Bảng 1.7 tuỳ theo cấp hạng
đường.
Bảng 1.7 Tổng chiều dày tối thiểu các lớp mặt đường nhựa nên bố trí ở trên
móng đất đá gia cố chất liên kết vơ cơ

1.4 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT
ĐƯỜNG MỀM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA
NỀN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG
1.4.1 Đặc điểm của tải trọng xe chạy
Tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào trọng lượng của trục sau ô tô.
Tải trọng một bánh phải chịu sẽ thông qua khối hơi ép ở trong săm truyền khỏi lốp
rồi mới truyền xuống mặt đường. Vì vậy kích thước và độ cứng của lốp cũng là
nhân tố quan trọng quyết định vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.

-15-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Tải trọng xe chạy trên mặt đường sinh ra lực thẳng đứng và lực ngang như
phân tích ở phần trên.
Để tiện tính tốn áp lực bánh xe lên mặt đường và tiện mô phỏng bằng các thí
nghiệm đo ép, người ta xem tiếp xúc đó gần đúng là một hình trịn có diện tích
bằng diện tích thực tế (diện tích tiếp xúc tương đương).
Hình 1.5 mô tả tải trọng tác dụng của bánh xe lên kết cấu áo đường

Hình 1.5 Tải trọng tác dụng lên kết cấu áo đường
Sơ đồ hình 1.5a sử dụng để tính kết cấu áo đường mềm của các nước như
Pháp, Trung Quốc còn sơ đồ 1.5b được sử dụng ở Việt Nam, Nga (Liên xô cũ),...
Với sơ đồ 1.5b ta có các cơng thức tính:
p = α.p0
Trong đó:
- p : Áp lực bánh xe truyền xuống mặt đường (daN/cm2).

- p0 : Áp lực hơi trong săm.
- α: Hệ số kể đến độ cứng của lốp, thường α=0,9÷1,3; khi tính tốn lấy α=1,1
Và cũng có thể tính D theo cơng thức:

Với P là tải trọng ½ tải trọng trục sau.
Trị số p và D được dùng để tính tốn kết cấu áo đường mềm ở nước ta.
1.4.2 Ảnh hưởng của tải trọng đến cơ chế làm việc của nền đất và vật liệu áo
đường
Tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường có đặc điểm là một lực tác dụng
động, đột ngột, tức thời và trùng phục nhiều lần. Ngoài ra khi chạy trên mặt đường
không bằng phẳng lại sinh thêm lực xung kích. Tải trọng xe chạy với các đặc điểm
kể trên có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc của đất nền và các lớp áo đường (là
-16-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

những vật liệu có tính đàn hồi, dẻo nhớt) cụ thể là ảnh hưởng đến trị số biến dạng
và khả năng chống biến dạng của chúng.
Thời gian tác dụng của tải trọng cũng ảnh hưởng rất lớn đến cường độ (hoặc
khả năng chịu biến dạng) của đất (hoặc vật liệu) và như vậy ở nhiều nước có đề
nghị tính tốn cường độ áo đường với tác dụng của tải trọng động ở các đoạn
đường giữa các trạm dừng xe (dùng MĐĐH động) và dùng MĐĐH tĩnh ở những
đoạn đỗ xe, dừng xe, trạm thu phí,...
Ngồi ra, dưới tác dụng của tải trọng động và trùng phục đất và vật liệu sẽ phát
sinh hiện tượng mỏi và hiện tượng tích lũy biến dạng dư (đặc biệt với vật liệu có
tính dẻo lớn thì biến dạng dư càng lớn).
1.5 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM VÀ

NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM
1.5.1 Các hiện tượng phá hoại kết cấu áo đường mềm
Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, khi đạt đến cường độ giới hạn trong kết
cấu áo đường mềm sẽ xảy ra các hiện tượng như mô tả ở hình 1.6

Hình 1.6 Các hiện tượng phá hoại áo đường mềm ở trạng thái giới hạn dưới
tác dụng của tải trọng xe chạy
Ngay dưới mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường và đất sẽ bị nén, xung
quanh chỗ tiếp xúc sẽ phát sinh trượt dẻo (do ứng suất cắt) và trên mặt đường sẽ
phát sinh các đường nứt hướng tâm bao tròn, xa hơn một chút vật liệu thường bị
đẩy trồi lên, mặt đường có thể bị gẫy vỡ và phần đáy mặt đường sẽ bị nứt do kéo.
Dưới tác dụng của tải trọng bánh xe mặt đường sẽ hình thành chậu võng với độ lún
ở ngay dưới tâm bánh xe là l .
Như vậy để đảm bảo các yêu cầu đối với áo đường, về mặt tính tốn cường độ
cần phải đảm bảo các hiện tượng phá hoại nói trên khơng được phép xảy ra trong
suốt thời kỳ tính tốn, đồng thời phải đảm bảo khơng xảy ra tích lũy biến dạng dư
(tức là khơng được phát sinh biến dạng dẻo) dưới tác dụng xe chạy trong suốt quá
trình khai thác đường.

-17-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

1.5.2 Nguyên lý tính tốn cường độ áo đường mềm
Một phương pháp tính tốn cường độ áo đường mềm sẽ hình thành trên cơ sở
nghiên cứu giải quyết được 3 vấn đề:
- Trạng thái giới hạn và tiêu chuẩn trạng thái giới hạn (định lượng) tức là giải

đáp vấn đề khi nào áo đường hỏng.
- Lý thuyết tính tốn và phương pháp đánh giá cường độ trên thực tế.
- Thơng số tính tốn và phương pháp thử nghiệm xác định các thơng số tính
tốn.
Hiện nay tồn tại các nhóm phương pháp thiết kế áo đường mềm như sau:
- Nhóm các phương pháp lý thuyết – thực nghiệm: Lập các mơ hình và phương
trình tính toán rồi qua thực nghiệm để kiểm tra nhằm xác định điều kiện bền. Cách
tính tốn thơng thường là xác định ứng suất do xe chạy gây ra trong các lớp mặt
đường bằng lý thuyết và so sánh các ứng suất này với cường độ cho phép của vật
liệu làm đường thường lấy theo kinh nghiệm.
- Nhóm các phương pháp thực nghiệm – kinh nghiệm: dựa trên các kinh
nghiệm thu được trên các đoạn đường thực nghiệm hoặc trên mạng lưới đường
đang khai thác. Các tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cũng đều được xác định từ thực
nghiệm, quan trắc thực tế và kinh nghiệm sử dụng.
1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM
1.6.1 Nhóm các phương pháp lý thuyết - thực nghiệm
1. Phương pháp hiện hành của Bộ GTVT 22 TCN 211-06
a) Nội dung phương pháp:
Sau khi thiết kế cấu tạo áo đường dựa trên lý thuyết phân bố tải trọng xe theo
chiều sâu, nhiệm vụ của việc tính tốn là kiểm tra cấu tạo áo đường đã đề xuất
cùng với điều kiện nền đã biết có đủ cường độ để chịu được tải trọng xe thiết kế
khơng, đồng thời tính tốn xác định lại bề dày cần thiết của mỗi lớp cấu tạo.
Điều kiện cần đạt được khi tính tốn theo phương pháp này là: Kết cấu áo
đường mềm được xem là đủ cường độ nếu như trong suốt thời kỳ khai thác, dưới
tác dụng của xe nặng nhất và của tồn bộ dịng xe, 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 không vượt quá trị số giới hạn
cho phép.
Do vậy, việc tính tốn kết cấu áo đường mềm chính là việc tính tốn kiểm tra
ba tiêu chuẩn cường độ khi biết trước tải trọng và lưu lượng xe thiết kế :

- Tính tốn ứng suất cắt ở trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính
xem nó có vượt q trị số giới hạn cho phép khơng.
- Tính tốn ứng suất uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối nhằm khống
chế khơng cho phép nứt ở các lớp đó.
- Tính tốn độ lún đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng biểu thị bằng
trị số mô đun đàn hồi (MĐĐH) của cả kết cấu áo đường và khống chế để trị số
MĐĐH của cả kết cấu phải lớn hơn trị số MĐĐH yêu cầu.
-18-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Nếu điều kiện này đảm bảo thì sẽ hạn chế được hiện tượng mỏi trong vật liệu
các lớp kết cấu dưới tác dụng trùng phục của tải trọng dịng xe do đó mới đảm bảo
duy trì được chất lượng của kết cấu cuối thời kỳ khai thác.
Cơ sở của phương pháp tính tốn theo 3 tiêu chuẩn giới hạn nêu trên là lời giải
của bài tốn hệ bán khơng gian đàn hồi nhiều lớp có điều kiện tiếp xúc giữa các
lớp là hồn tồn liên tục dưới tác dụng của tải trọng bánh xe (được mơ hình hố là
tải trọng phân bố đều hình trịn tương đương với diện tích tiếp xúc của bánh xe trên
mặt đường), đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thác đường trong
nhiều năm để đưa ra các quy định về các tiêu chuẩn giới hạn cho phép.
b) Một số nhận xét về phương pháp hiện hành của Bộ GTVT 22TCN 211-06:
Đây là phương pháp hiện đang được sử dụng có hiệu quả để thiết kế áo đường
và chiều dày các lớp kết cấu áo đường. Phương pháp này có cơ sở lý thuyết vững
chắc, được mọi người thừa nhận và nhất là quen sử dụng. Các kết cấu áo đường đã
được xây dựng trên mạng lưới đường ôtô nước ta thiết kế theo phương pháp này
chưa bộc lộ những nhược điểm lớn. Tuy nhiên phương pháp này còn bộc lộ các
hạn chế dưới đây:

- Phương pháp tính tốn cường độ và chiều dày các lớp kết cấu áo đường mềm
trên cơ sở của 3 tiêu chuẩn trạng thái giới hạn dựa trên lời giải tìm ứng suất và biến
dạng của lý thuyết đàn hồi và các thơng số thực nghiệm và kinh nghiệm, kết quả
tính phụ thuộc vào các tham số đầu vào như lưu lượng và tải trọng xe, các đặc
trưng tính tốn của vật liệu và đất nền nên việc xác định các thông số phù hợp là
vấn đề cần nghiên cứu kỹ và thống nhất. Sự ảnh hưởng của chế độ thuỷ nhiệt để
tính tốn, thiết kế ln lấy ở trạng thái bất lợi nhất, việc xét và đánh giá như vậy
chưa cụ thể.
- Cơ sở lý thuyết của bài toán là hệ đàn hồi đặt trên bán không gian vô hạn đàn
hồi nhưng thực tế vật liệu kết cấu áo đường và nền đất không phải là vật liệu đàn
hồi đồng nhất, đẳng hướng mà là vật liệu đàn hồi-dẻo-nhớt. Do đó kết quả tính
tốn được chỉ là gần đúng với sự làm việc thực tế của kết cấu áo đường.
- Các toán đồ được lập với hệ hai lớp, nếu hệ có nhiều hơn hai lớp thì phải
dùng cơng thức tính đổi lớp trên nguyên tắc độ cứng tương đương, việc tính đổi và
hệ số β thêm vào chỉ là gần đúng.
Hiện nay, một số quy trình (Trung Quốc, Liên Xơ) và các sách đã có kết quả
giải hệ đàn hồi ba lớp, việc tính đổi sẽ chính xác hơn. Mặt khác, với sự phát triển
của máy tính điện tử thì việc giải chính xác bài tốn hệ đàn hồi nhiều lớp khơng là
vấn đề q khó khăn nữa. Nên có các nghiên cứu theo hướng này.
- Chưa có cách tính tốn trực tiếp cường độ và độ ổn định của tầng mặt áo
đường dưới tác dụng của lực ngang và chưa có cách tính bề dày các lớp áo đường
dưới tác dụng của nhiệt độ và chế độ thay đổi nhiệt độ.
2. Phương pháp tính tốn của Trung Quốc (trong quy trình JTJ014-86)
a) Nội dung phương pháp:
Phương pháp tính của Trung Quốc cũng dựa trên lời giải lý thuyết hệ nhiều lớp
đặt trên nền bán không gian vô hạn đàn hồi, với các giả thiết :
-19-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

- Mỗi lớp đều do một loại vật liệu đồng chất, đẳng hướng, đàn hồi và xem như
là khơng có trọng lượng tạo ra. Các thông số của lớp là MĐĐH Ei và hệ số Poison
μi ;
- Tầng dưới cùng là tầng bán không gian vô hạn và kéo dài vô hạn theo
phương ngang; các lớp phía trên cũng kéo dài vơ hạn theo phương dọc và phương
ngang và có chiều dày hữu hạn hi theo phương thẳng đứng;
- Tại mặt phân giới giữa các lớp ứng suất và chuyển vị hoàn toàn liên tục; hoặc
chỉ có ứng suất và chuyển vị theo phương thẳng đứng là liên tục, còn lực cản trở
do ma sát giữa các lớp bằng không (hệ chuyển dịch tự do);
- Tại độ sâu vô hạn ở lớp dưới cùng, ứng suất và chuyển vị đều bằng không.
Từ các giả thiết trên, người ta đã giải và lập ra các toán đồ xác định độ võng đàn
hồi và các hệ số ứng suất của mặt đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe đơn
hoặc kép (được quy về 1 vịng trịn hay 2 vịng trịn diện tích tương đương có bán
kính d ) cho hệ hai lớp và ba lớp.
Trong trường hợp hệ có nhiều hơn ba lớp thì phải quy đổi về hệ ba lớp theo
hiệu ứng tương đương.
Trình tự của phương pháp thiết kế áo đường mềm hiện hành của Trung Quốc
theo các bước sau :
- Dựa vào yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế, xác định cấp hạng mặt đường và loại
lớp mặt, tính tốn số lần tích luỹ trục xe tương đương trên một làn xe trong thời
hạn thiết kế và tính tốn trị số độ võng cho phép trên bề mặt mặt đường. Nếu là
mặt đường cần tiến hành nghiệm toán ứng suất kéo – uốn thì cần tính tốn trị số
ứng suất kéo – uốn cho phép.
- Dựa vào loại đất và chế độ thuỷ nhiệt của nền đường, chia đường thiết kế ra
làm một số đoạn (từ 500-1000m trở lên) để xác định trị số MĐĐH của nền đất cho
từng đoạn.
- Dự kiến một số phương án bố trí kết cấu và chiều dày áo đường khả thi, xác

định trị số MĐĐH của vật liệu các lớp.
- Xác định bề dày áo đường dựa theo độ võng cho phép.
- Nghiệm toán ứng suất kéo-uốn trong các lớp bê tông nhựa, các lớp móng
bằng vật liệu có tính tồn khối đảm bảo nhỏ hơn ứng suất kéo-uốn cho phép của
vật liệu đó.
- Nghiệm toán ứng suất cắt trong các lớp mặt nhựa để không vượt quá ứng
suất cắt cho phép của vật liệu.
- Đối với mặt đường ở những vùng đóng băng theo mùa cần nghiệm tốn bề
dày lớp phịng chống đóng băng xem có phù hợp u cầu khơng.
b) Một số nhận xét về phương pháp của Trung Quốc so với phương pháp hiện
hành của Bộ GTVT 22TCN 211-06:
- Phương pháp này cũng là phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Phương pháp tính dựa trên lời giải của lý thuyết đàn hồi, các toán đồ được lập sẵn
với hệ 2 và 3 lớp, khi kiểm toán đều đổi các lớp kết cấu về hệ 3 lớp với lớp mặt,
lớp móng và nền đất. Hệ này phản ánh chính xác hơn sự làm việc của kết cấu áo
-20-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

đường thực tế và do đó kết quả tính tốn tin tưởng hơn. Mặt khác, khi quy đổi các
lớp về hệ chuẩn tính tốn theo các hiệu ứng tương đương, các công thức quy đổi
được so sánh và kiểm nghiệm bằng máy tính điện tử nên độ chính xác cao hơn quy
đổi bằng độ cứng tương đương hai lớp một từ dưới lên như quy trình Việt Nam.
- Tải trọng tiêu chuẩn của cả hai phương pháp như nhau (trục xe 10T), nhưng
phương pháp Trung Quốc tính với sơ đồ tải trọng là 2 vòng tròn cho từng bánh
trong bánh kép của xe tiêu chuẩn, sơ đồ này phù hợp với thực tế tác dụng lực hơn
việc dùng sơ đồ một vòng tròn tiếp xúc như quy trình Việt Nam.

- Các trị số đặc trưng của vật liệu và đất nền cũng được lấy với chế độ thuỷ
nhiệt bất lợi nhất, các trị số MĐĐH của đất nền theo quy trình Trung Quốc có lớn
hơn.
- Đã đưa việc tính tốn cường độ và độ ổn định của tầng mặt áo đường dưới
tác dụng của lực ngang nhưng cũng chưa có cách tính bề dày các lớp áo đường
dưới tác dụng của nhiệt độ và chế độ thay đổi nhiệt độ.
- Để có thể áp dụng được quy trình của Trung Quốc vào Việt Nam thì cịn
thiếu các nghiên cứu chi tiết, cụ thể phù hợp với điều kiện Việt Nam.
3. Phương pháp tính của Pháp
Chương trình Alizé5-version 5.02-6/1991 của Viện nghiên cứu cầu đường
trung tâm (LCPC) là một phần mềm để giải chính xác bài tốn bán khơng gian
nhiều lớp đàn hồi của Burmister bằng máy tính. Sử dụng chương trình có thể tính
ứng suất và chuyển vị cho kết cấu có tối đa tới 10 lớp, số lượng kiểu tải trọng tối
đa đặt lên kết cấu là 15, số lượng vị trí đặt trục quan sát tối đa trên mặt là 20, cho
mỗi lớp tối đa tới 4 vị trí quan sát.
Đây là phương pháp giải đúng bài tốn tính kết cấu mặt đường nhiều lớp, kết
hợp với sự phân tích lý thuyết, các thí nghiệm và thực nghiệm sử dụng vật liệu để
tính tốn kết cấu áo đường.
Sử dụng chương trình cho phép tính tốn ứng suất và biến dạng phát sinh trong
các lớp khác nhau của mặt đường dưới tác dụng của tải trọng.
Các lớp kết cấu cũng được đặc trưng bằng bề dày h, mô đun đàn hồi E, hệ số
Poisson m. Điều kiện liên kết giữa các lớp có thể trượt hoặc khơng trượt hồn tồn
hoặc từng phần.
Tải trọng mẫu chương trình sử dụng là :
- Tải trọng xe 13T với các đặc trưng tính tốn p=0,662 MPa phân bố trên 2
hình trịn bán kính r=0,125m, khoảng cách 2 tâm 0,375m.
- Tải trọng xe 6,5T với các đặc trưng tính tốn p=0,662 MPa phân bố trên 1
hình trịn bán kính r=0,125m.
Và tính cho các tải trọng khác do ngưới sử dụng nhập vào, các tải trọng có thể
giống hoặc khơng giống nhau. Các tải trọng có thể là phân bố trên cả diện tròn, chu

tuyến tròn hoặc tác dụng tại tâm, cũng có thể tải trọng tác dụng ngang.
Sử dụng chương trình cho nhiều kết quả :
- ƯS và BD ngang eT ,sT và thẳng đứng ez ,sz tại các lớp kết cấu.
-21-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

- Độ võng d và bán kính cong R tại bề mặt kết cấu ở các điểm quan sát.
- Các ứng suất chính s1 , s2 , ...
1.6.2 Nhóm các phương pháp kinh nghiệm - thực nghiệm
1. Phương pháp theo hướng dẫn của AASHTO và quy trình 22TCN 274-01
a) Phương trình cơ bản dùng để tính tốn và thiết kế:
Phương trình này có dạng giải tích và dạng tốn đồ .
Phương trình cơ bản đã thể hiện các mối quan hệ giữa các yếu tố sau đây:
W18= f(SN, MR, DPSI, ZR.So)
(1)
với SN = a1D1 + a2 D2m2 + a3 D3m3
(2)
Trong đó:
W18 - số lần tác dụng của ESAL18 kip trên một làn (lần/làn xe);
SN - chỉ số kết cấu hay chỉ số cấu tạo (Strutural Number) đó là một chỉ số đặc
trưng cho cường độ cơ học của lớp mặt đường; nếu áo đường gồm ba lớp: Lớp mặt
(1), lớp móng trên (2), lớp móng dưới (3) thì SN được xác định theo (2-4); trong
đó D1 ,D 2,D3 lần lượt là bề dày các lớp nói trên;
a1, a2, a3 lần lượt là các hệ số tương đương các lớp nói trên;
m2, m3 hệ số xét đến điều kiện môi trường;
DPSI - tổng tổn thất mức phục vụ của kết cấu từ lúc mặt đường được đưa vào

sử dụng cho đến khi đã chịu đựng được W18 lần tác dụng của tải trọng ESAL 18
kip.
Các tổn thất này do xe cộ gây ra và do cả điều kiện chế độ thuỷ nhiệt gây ra.
Cụ thể ta có:
DPSI = po - pt
(3)
Với po (SPIo) là chỉ số phục vụ của mặt đường lúc đưa vào sử dụng, pt (SPIt) là
chỉ số phục vụ ở thời điểm t sau khi mặt đường chịu được W18 lần tải trọng trục
thông qua.
MR - môdun đàn hồi hữu hiệu của nền đất (psi)
Như vậy, phương trình thể hiện mối quan hệ giữa chất lượng phục vụ của mặt
đường với các yếu tố cấu tạo kết cấu như bề dày các lớp, loại vật liệu các lớp đã sử
dụng, điều kiện chế độ thuỷ nhiệt, cường độ nền đất .
Khi vận dụng phương trình trên để tính tốn kết cấu mặt đường thì mục tiêu
lúc này là : trên cơ sở một đất nền đã biết MR; xác định được một chỉ số kết cấu
yêu cầu đạt được SN yc để chịu được số lần tác dụng tải trọng trục W18 dự kiến sẽ
thơng qua trong thời kỳ tính tốn, sao cho ở cuối thời kỳ tính tốn đó, chỉ số phục
vụ p t của mặt đường chỉ giảm đến một trị số chấp nhận được. Từ trị số SNyc này,
theo (2) sẽ xác định được bề dày các lớp bằng cách giả thiết chúng rồi nghiệm lại
trong điều kiện đã biết m2, m3 và a1, a2, a3.
Sai số tiêu chuẩn tổng hợp So và độ lệch tiêu chuẩn ZR được đưa vào để xét
đến việc dự báo số trục xe, xác định các thông số, và đánh giá chất lượng mặt
đường khác với thực tế. Độ lệch tiêu chuẩn ZR phụ thuộc vào độ tin cậy R.
-22-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Khi áp dụng khái niệm độ lệch tiêu chuẩn và độ tin cậy như trên thì các thơng
số tính tốn khác đều phải dùng trị số trung bình chứ khơng phải trị số bất lợi nhất.
b)Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn:
Theo AASHTO 1986, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn là chỉ số phục vụ PSI đặc
trưng cho chất lượng khai thác và sử dụng mặt đường.
PSI là chỉ tiêu tổng hợp được xác định qua thử nghiệm AASHTO, phụ thuộc
vào độ bằng phẳng, tỷ lệ khe nứt, tỷ lệ diện tích phải phá dỡ trên đường.
c) Một số nhận xét về phương pháp theo hướng dẫn của AASHTO:
1. Về những hạn chế của hướng dẫn AASHTO
Thí nghiệm AASHTO mang tính cục bộ địa phương tại bang thử nghiệm nên
ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên bang đó.
Hạn chế bởi loại mặt đường, số lớp thí nghiệm, vật liệu các lớp, loại tải trọng
thí nghiệm và số lần tác dụng của tải trọng. Hạn chế bởi thời gian đo đạc thí
nghiệm. Thí nghiệm AASHTO còn hạn chế bởi điều kiện cục bộ địa phương thí
nghiệm.
Những hạn chế nói trên chính là những hạn chế tất yếu đối với một phương
pháp dựa trên căn bản thực nghiệm. Cho đến nay những nước tiên tiến châu Âu
đều phải dựa vào phương pháp lý thuyết và dùng những thực nghiệm (kể cả thực
nghiệm AASHTO) để nghiệm chứng lý thuyết. Chỉ bằng con đường kết hợp lý
thuyết - thực nghiệm - kinh nghiệm mới có thể có được phương pháp tính tốn
thiết kế mặt đường đúng đắn và tổng quát.
Ngoài ra, việc dùng chỉ số phục vụ làm tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cũng là
vấn đề còn phải thảo luận. Chỉ số phục vụ PSI là số đặc trưng cho mức độ phục vụ
của đường được xác định dựa vào phương pháp chuyên gia mang tính chủ quan,
tính địa phương, chưa thể hiện các căn cứ khoa học, chưa phân tích các điều kiện
ứng suất biến dạng khi kết cấu làm việc.
2. Tuy có những hạn chế như trên nhưng cho đến nay "Thử nghiệm AASHTO"
vẫn là một thử nghiệm quy mô to lớn nhất thế giới và có giá trị nghiệm chứng rất
cao. Hướng dẫn thiết kế mặt đường của AASHTO 1986 có những đặc điểm và ưu
điểm sau đây:

- Trong hướng dẫn đã thể hiện rõ quan điểm thiết kế tổng hợp các giải pháp,
tức là xem việc thiết kế mặt đường không phải chỉ là việc xác định bề dày, mà phải
chú trọng cả các biện pháp cấu tạo, yêu cầu vật liệu, yêu cầu về chất lượng thi
công, chú trọng cả các giải pháp khôi phục, sửa chữa, quản lý mặt đường và các
phương pháp phân tích, so sánh, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật các giải pháp
thiết kế và dự án đầu tư xây dựng mặt đường, ...
Về cấu tạo, đặc biệt chú trọng vai trò của lề đối với sự làm việc của mặt đường
đặc biết chú trọng các cấu tạo thốt nước dưới móng áo đường.
- Trong thiết kế mặt đường đã chú trọng xét đến tác động của môi trường (ẩm
và nhiệt độ). Ảnh hưởng của mơi trường được xét kỹ trong các thơng số tính toán
MR , mi . Đã xét đến sự thay đổi MR từ 12 - 24 kỳ trong một năm và xét đến sự thay

-23-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

đổi mô đun đàn hồi của bê tông nhựa theo nhiệt độ. Đây là một đặc điểm và ưu
điểm nổi bật nhất của AASHTO 1986.
- Trong tính tốn đã dùng các thơng số trung bình kèm theo việc sử dụng một
hệ số tin cậy. Đây là một đặc điểm khác hẳn với cách tính tốn ở Việt Nam (dựa
trên các thơng số ở trạng thái bất lợi nhất). Cách làm này xuất phát từ việc xử lý
các số liệu thực nghiệm và đòi hỏi khi xác định các thông số hữu hiệu phải tiến
hành một khối lượng thí nghiệm đáng kể (ví dụ mơ đun của nền đất ....).
- Việc đánh giá kết cấu mặt đường hiện có bằng cách "thử nghiệm NDT " đo
cả vùng chậu võng kết hợp với tính tốn lý thuyết trên máy tính để xác định ra mơ
đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu là một bước cải tiến quan trọng của
AASHTO.

2. Phương pháp CBR
Phương pháp CBR do O.J Porter ở Viện đường bộ bang Californie đề xuất
năm 1938. Sau 14 năm tiến hành thí nghiệm trên các đường của bang này Porter đã
tìm được mối quan hệ thực nghiệm giữa chỉ số CBR của đất (xác định bằng thí
nghiệm nén CBR quy định) với chiều dày tối thiểu của mặt đường đảm bảo không
bị phá hoại do sinh ra biến dạng dẻo trong đất đó.
Đã lập được tốn đồ tìm chiều dày cần thiết của móng đường cho hai cấp giao
thơng trung bình - nặng (tương đương với bánh xe 5,4T) và giao thông nhẹ (bánh
xe 3,1T).
Peltier đã dựa trên các đường cong của tốn đồ này tìm ra biểu thức chung sau
để tính chiều dày mặt đường :
(4)
Trong đó : e - chiều dày mặt đường, cm;
P - trọng lượng bánh xe, T;
CBR - tính bằng %
3. Phương pháp của Viện nghiên cứu đường Anh
Cho đến năm 1960 ở Anh vẫn sử dụng toán đồ của Corps of engineers (Hiệp
hội kỹ sư quân đội Mỹ) nhưng có tăng thêm 20% trọng lượng bánh xe lớn nhất
thiết kế để xét đến sự lặp lại của tải trọng.
Sau những thí nghiệm tiến hành trên các đường ô tô ở Anh, Viện nghiên cứu
đường Anh (TRRL) đã cơng bố các tốn đồ mới, so với phương pháp CBR có
những cải tiến sau:
- Xem tác dụng của sự lặp lại tải trọng đối với chiều dày tuân theo quy luật
logarit.
- Bỏ qua tác dụng của các xe có tổng trọng lượng dưới 3T. Phương pháp này
tính mặt đường với tuổi thọ khoảng 20 năm. Để hạn chế chiều sâu vệt hằn bánh xe
tối đa là 2cm, phương pháp này cố định chiều dày lớp mặt và lớp móng trên và xác
định chất lượng vật liệu của các lớp này. Chỉ có chiều dày của lớp móng dưới thay
đổi theo CBR của lớp trên nền đường.
-24-

Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Mặt Đường

Phương pháp này còn chưa xét đến sự tương đương giữa các trục bánh xe, tuy
nhiên đã xét đến sự lặp lại của tải trọng.
Về chất lượng vật liệu, nếu lớp móng trên làm bằng hỗn hợp đá trộn nhựa thay
cho vật liệu không gia cố thì cho phép giảm đi 40% chiều dày. Các điều kiện của
thí nghiệm CBR ngâm nước được cho là quá nghiêm khắc nên việc nén lún được
tiến hành ở độ ẩm gần với độ ẩm tốt nhất của Proctor khi mực nước ngầm nằm
dưới cao độ nền đường trên 1m.
Trong lần xuất bản thứ ba (1971), các toán đồ này đã có nhiều cải tiến so với
hai lần trước (1960 và 1966) ở các điểm sau:
- Lượng giao thông được đánh giá theo số tương đương của trục bánh tiêu
chuẩn (8,2T).
- Tuổi thọ quy định là 20 năm với mặt đường mềm và 40 năm với mặt đường
cứng.
Ngoài ra cịn các phương pháp thực nghiệm sử dụng thí nghiệm AASHTO
- Phương pháp Shook và Finn
- Phương pháp Liddle
- Phương pháp của Viện cơng trình Mỹ
- Phương pháp của Viện Asphalt Mỹ
- Phương pháp SHELL
1.6.3 Sử dụng Catalog kết cấu áo đường
Ở các nước việc lập ra các mẫu catalog kết cấu mặt đường , tuỳ thuộc vào điều
kiện địa chất, khí hậu, tình trạng giao thơng, trình độ công nghệ,... là một việc làm
quen thuộc và thường xuyên được hồn chỉnh. Các bảng catalog định hình kết cấu
mặt đường đã đưa ra có mục đích giảm bớt khối lượng tính tốn, tận dụng được

các kết cấu hợp lý, thống nhất trong việc sản xuất VLXD, ứng dụng được nhanh
các tiến bộ kỹ thuật, phù hợp với công nghệ thi công hiện đại, tăng hiệu quả đầu tư
và để có được tiếng nói chung trong việc thiết kế, khai thác sử dụng và bảo dưỡng
đường.
Catalog là một cách đơn giản trình bày chính sách đầu tư kỹ thuật, sự lựa chọn
các phương án áo đường đã được chấp nhận, sự lựa chọn một quan điểm chiến
lược về áo đường dựa trên nguyên tắc tồn tại lâu dài về chất lượng của kết cấu áo
đường.
Mỗi định hình kết cấu mặt đường được soạn thảo chỉ phù hợp với một tình
trạng kỹ thuật nào đó và một kỳ hạn nhất định, và do vậy chúng phải được hiện đại
hoá kịp thời một cách định kỳ.
Dưới đây là một số Catalog kết cấu mặt đường điển hình:
1. Kết cấu định hình (Catalog 1977) xây dựng ở Pháp
Catalog 1977 của Pháp giới thiệu một số các bản vẽ cấu trúc tuỳ thuộc vào hai
thông số : cấp hạng lưu lượng xe cộ Pi và cấp hạng nền áo đường PFj . Sau khi đã
xác định giá trị của hai thông số trên sẽ có một số các cấu trúc phù hợp. Người
thiết kế chọn trong số kết cấu đó một kết cấu thích hợp với các điều kiện địa
-25-