Bài giảng Thiết kế đường - Phần 2: Thiết kế nền đường và các công trình trên đường - Th.S Võ Hồng Lâm

Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

PHẦN II
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG VÀ CÁC
CƠNG TRÌNH TRÊN ĐƯỜNG

-1-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

-2-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

CHƯƠNG 1

THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THƠNG THƯỜNG
1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU
HOẠT ĐỘNG CỦA ĐẤT NỀN ĐƯỜNG
1.1.1 Những yêu cầu chung đối với nền đường
Nền đường ơ tơ là một cơng trình bằng đất (đá) có tác dụng:
- Khắc phục địa hình thiên nhiên nhằm tạo nên một dải đất đủ rộng dọc
theo tuyến đường có các tiêu chuẩn về bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đáp ứng được

điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận và kinh tế.
- Làm cơ sở cho áo đường: lớp phía trên của nền đường cùng với áo đường
chịu tác dụng của tải trọng xe cộ và của các nhân tố thiên nhiên do đó có ảnh
hưởng rất lớn đến cường độ và tình trạng khai thác của cả cơng trình đường.
Để đảm bảo các u cầu nói trên, khi thiết kế và xây dựng nền đường cần phải đáp
ứng được các yêu cầu sau đây:
1. Nền đường phải đảm bảo ln ổn định tồn khối, nghĩa là kích thước hình
học và hình dạng của nền đường không bị phá hoại hoặc biến dạng gây bất lợi cho
việc thơng xe.

Hình 1.1 Các hiện tượng nền đường mất ổn định toàn khối.
a) Trượt ta luy đắp; b) Trượt nền đường đắp trên sườn dốc; c) Lún sụt trên đất yếu
d) Trượt trồi trên đất yếu. e) Sụt lở ta luy đào; f) Trượt ta luy đào
Các hiện tượng mất ổn định toàn khối đối với nền đường thường là: trượt lở
mái ta luy nền đường đào hoặc đắp, trượt nền đường đắp trên sườn dốc, trượt trồi
và lún nền đất đắp trên đất yếu,… (Hình 1.1).
2. Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ nhất định, tức là đủ độ bền khi
chịu cắt trượt và không được biến dạng q nhiều (hay khơng được tích luỹ biến
dạng) dưới tác dụng của tải trọng bánh xe.

-3-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

3. Nền đường phải ln đảm bảo ổn định về mặt cường độ, nghĩa là cường độ
của nền đường không được thay đổi theo thời gian, theo điều kiện khí hậu, thời tiết
một cách bất lợi.

Nền đường thường bị phá hoại do các nguyên nhân sau đây:
- Sự phá hoại của thiên nhiên như mưa làm tích nước hai bên đường, làm giảm
cường độ của đất nền đường, gây sạt lở mái dốc ta luy.
- Điều kiện địa chất thủy văn tại chỗ không tốt về cấu tạo tầng lớp và mức độ
phong hoá đất đá, đặc biệt là sự phá hoại của nước ngầm (nước ngầm chảy lơi theo
đất gây hiện tượng xói ngầm và giảm cường độ của đất).
- Do tác dụng của tải trọng xe chạy.
- Do tác dụng của tải trọng bản thân nền đường khi nền đường đắp quá cao
hoặc đào quá sâu, ta luy quá dốc thường hay bị sạt lở.
- Do thi công không đảm bảo chất lượng: đắp không đúng quy cách, loại đất
đắp, lu lèn không chặt,…
Trong số các nguyên nhân nói trên, tác dụng phá hoại của nước đối với nền
đường là chủ yếu nhất (gồm nước mặt, nước ngầm và cả hơi nước).
1.1.2 Chiều sâu hoạt động của đất nền đường
Cường độ và độ ổn định của nền đường chủ yếu là do các lớp đất tầng trên
quyết định, như vậy cần phải xác định chiều sâu hoạt động của tải trọng.

Hình 1.2 Sơ đồ xác định chiều sâu khu vực tác dụng của nền đường
Chiều sâu hoạt động của đất nền đường hay phạm vi hoạt động của đất nền
đường là khu vực chịu tác dụng của tải trọng động (tải trọng xe cộ đi trên đường
truyền xuống). Phạm vi này được xác định bằng chiều sâu za ở hình 1.2.
Trên hình vẽ, ứng suất tại mỗi điểm trong đất do trọng lượng bản thân nền đắp gây
nên là: (xét trường hợp đất đồng nhất)
sg= g.z
g - dung trọng của đất đắp (t/m3); z – chiều sâu tính ứng suất, m.
Ứng suất thẳng đứng do tải trọng động của bánh xe P gây ra sẽ phân bố tắt dần
theo chiều sâu theo công thức của Bussinet:
-4-

Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

sz =k.P/z2
k – hệ số Bussinet k =

3
×
2p

1
é ổrử
ờ1 + ỗ ữ
ờở ố Z ứ

2

ự
ỳ
ỳỷ

5
2

( im nm trờn trục Z thì r =0 và k≈0,5)

Giả thiết khi sg= nsz là có thể bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng động thì ta có
thể xác định được chiều sâu za của khu vực tác dụng theo quan hệ:
sg= nsz Þ

Thường giả thiết n = 5 – 10 và với các tải trọng bánh xe thơng thường sẽ tính
được za = 0,9 – 1,5m.
Như vậy, để nền đường có cường độ và độ ổn định nhất định cần đầm nén chặt
đất nền đường bằng các phương tiện đầm nén.
Đầm nén chặt đất nền đường: là một biện pháp tăng được cường độ và cải
thiện được chế độ thủy nhiệt của nền đường tương đối đơn giản, phổ biến và có
hiệu quả cao.
Hiện nay người ta thường dùng đại lượng dung trọng khô g(g/cm3) của đất để
đặc trưng cho độ chặt của đất được đầm nén thông qua hệ số đầm nén:
K = g/g0
Trong đó g- là dung trọng khơ của đất sau khi được nén chặt trên thực tế và g0
là dung trọng khơ của loại đất đó nhưng được nén chặt trong điều kiện tiêu chuẩn
(độ chặt lớn nhất – xác định bằng cối Proctor).
1.1.3 Nguyên tắc thiết kế nền đường
1. Phải đảm bảo khu vực tác dụng của nền đường (khi khơng có tính tốn đặc
biệt, khu vực này có thể lấy tới 80 cm kể từ dưới đáy áo đường trở xuống) luôn đạt
được các yêu cầu sau:
- Không bị quá ẩm (độ ẩm không lớn hơn 0,6 giới hạn nhão) và không chịu
ảnh hưởng các nguồn ẩm bên ngoài (nước mưa, nước ngầm, nước bên cạnh nền
đường).
- 30 cm trên cùng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 8 đối với
đường cấp I, cấp II và bằng 6 đối với đường các cấp khác.
- 50 cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với
đường cấp I, cấp II và bằng 4 với đường các cấp khác.
Ghi chú: CBR xác định theo điều kiện mẫu đất ở độ chặt đầm nén thiết kế và
được ngâm bão hòa 4 ngày đêm.
2. Để hạn chế tác hại xấu đến môi trường và cảnh quan, cần chú trọng các
nguyên tắc:
- Hạn chế phá hoại thảm thực vật. Khi có thể nên gom đất hữu cơ trong nền
đào để phủ xanh lại các hố đất mượn, các sườn taluy.

-5-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

- Hạn chế phá hoại cân bằng tự nhiên. Đào đắp vừa phải. Chú ý cân bằng đào
đắp. Gặp địa hình hiểm trở nên so sánh nền đường với các phương án cầu cạn,
hầm, nền ban công. Chiều cao mái dốc nền đường không nên cao quá 20 m.
- Trên sườn dốc quá 50% nên xét phương án tách thành hai nền đường độc lập.
- Nền đào và nền đắp thấp nên có phương án làm thoải (1:3 ~ 1:6) và gọt trịn
để phù hợp địa hình và an tồn giao thơng.
- Hạn chế các tác dụng xấu đến đời sống kinh tế và xã hội của cư dân như gây
ngập lụt ruộng đất, nhà cửa. Các vị trí và khẩu độ cơng trình thốt nước phải đủ để
khơng chặn dịng lũ và gây phá nền ở chỗ khác, tránh cản trở lưu thông nội bộ của
địa phương, tơn trọng quy hoạch thốt nước của địa phương.
1.2 CÁC LOẠI ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƯỜNG – TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN ĐẤT
NỀN ĐƯỜNG
1.2.1 Các loại đất đắp nền đường
Đất, đá là vật liệu chủ yếu để xây dựng nền đường, kết cấu của nền mặt đường
và sự làm việc của công trình đường phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của đất.
Trong xây dựng nền đường, để hạ giá thành xây dựng thường dùng đất tại chỗ để
đắp nền đường. Cường độ và độ ổn định của nền đường phụ thuộc vào loại đất và
cường độ của đất.
Cỡ hạt đất càng lớn thì đất có cường độ càng cao, tính mao dẫn càng thấp, tính
thấm và thốt nước tốt, ít hoặc khơng nở khi gặp nước cũng như ít hoặc khơng co
khi khơ. Những tính chất này khiến cho loại đất chứa nhiều cỡ hạt lớn có tính ổn
định nước tốt, tuy nhiên nó có nhược điểm lớn là tính dính và tính dẻo kém.
Cỡ hạt đất càng nhỏ thì các tính chất trên ngược lại.

Phân loại đất đắp nền đường:
1. Đá : Là loại vật liệu xây dựng nền đường rất tốt. Nền đường đắp bằng đá thì
đảm bảo cường độ và độ ổn định, chống được xói bào mịn và va đập của dòng
nước.
2. Đất lẫn đá: Gồm các hạt đá có kích cỡ lớn hay nhỏ lẫn với cát và sét. Đá
trong đất lẫn đá là đá rắn chắc, khơng bị phong hố, có cường độ cao và không bị
mềm trong nước. Loại này dùng đắp nền đường rất tốt.
3. Sỏi cuội: Là loại vật liệu đá dưới tác dụng của dòng nước bị chuyển chỗ và
bào mòn, trong thành phần có lẫn cả cát và sét. Loại này đắp nền đường khá tốt,
khi đắp ở nơi khô và quá ẩm ướt cường độ không thay đổi nhiều. Nhược điểm là
sức chống xói mịn kém nên mặt ngồi của mái dốc cần được gia cố.
4. Cát : Là loại đất vụn, rời rạc, ít dính, kích thước hạt khoảng <2-3mm, nước
thấm qua dễ, độ cao mao dẫn thấp, khi bão hồ nước thì cường độ ít thay đổi. Vì
vậy cát là vật liệu tốt để đắp nền đường, đặc biệt ở các vùng ẩm ướt, nước đọng
hoặc ở nền đường bãi sơng. Tuy vậy, do tính dính kém nên dễ bị xói lở và bào mịn
do nước và gió, cho nên ta luy nền đường cần được gia cố bảo vệ.
5. Đất cát bột: Cỡ hạt từ 0,25-0,05mm chiếm từ 15-50%, ít dính, khi no nước
cường độ giảm nhiều, khơng thích hợp để đắp nền đường.

-6-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

6. Đất á cát: Là loại đất tốt để đắp nền đường (lượng cát >50% khối lượng) có
cường độ ổn định, tính dính cao, có khả năng thốt nước nhanh.
7. Đất sét: Là loại đất có tính dính lớn và tính thấm nước rất kém, lâu bão hồ
nước và lâu khô, chỉ dùng đắp nền đường ở những nơi khô ráo. Ở trạng thái ẩm ướt

đất sẽ mềm nhão và không nén chặt được.
8. Đất á sét: Là loại đất tốt để đắp nền đường, có tính dính lớn chống được xói
lở và làm cho ta luy nền đường ổn định. Cần chú ý nền đường đắp qua bãi sơng
bằng loại đất này khi nước rút khơng thốt ra ngay làm tăng áp lực thuỷ động và
gây mất ổn định mái ta luy.
9. Đất bột: Là loại đất có những hạt rất nhỏ, cường độ thấp khi khơ thì bong,
khi ướt thì nhão khơng thích hợp để đắp nền đường.
10.Đất hữu cơ: Loại này có cường độ thấp, tính trương nở lớn, khơng nên đắp
nền đường.
Cần nắm vững các loại đất và tính chất của đất được phân tích ở trên để tìm
cách xử lý, cải thiện hoặc đề xuất các biện pháp cấu tạo khác (như thoát nước, đắp
cao, gia cố,...) để khắc phục các nhược điểm của mỗi loại đất nhằm thoả mãn các
yêu cầu đối với nền đường một cách tốt nhất.
Phân loại đất theo TCVN 5747-1993 theo các bảng 1.1, 1.2 và 1.3 sau:

-7-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Một số yêu cầu đối với đất đắp nền đường
1. Đất đắp nền đường lấy từ nền đào, từ mỏ đất, từ thùng đấu. Việc lấy đất
phải tuân thủ nguyên tắc hạn chế tác động xấu đến môi trường. Thùng đấu phải
thiết kế có hình dáng hình học hồn chỉnh, khơng làm xấu cảnh quan và khi có thể
phải tận dụng được sau khi làm đường.
Đất từ các nguồn phải có thí nghiệm, khơng được đắp hỗn độn mà đắp thành
từng lớp.
Các lớp được đắp xen kẽ nhau nhưng khi lớp bằng đất có tính thốt nước tốt ở

trên lớp đất có tính khó thốt nước thì mặt của lớp dưới phải làm dốc ngang 2 đến
4% để thốt nước.
2. Khơng dùng các loại đất lẫn muối và lẫn thạch cao (quá 5%), đất bùn, đất
than bùn, đất phù sa và đất mùn (quá 10% thành phần hữu cơ) để làm nền đường.
Trong khu vực tác dụng không được dùng đất sét nặng có độ trương nở tự do
vượt quá 4%.
Không nên dùng đất bụi và đá phong hoá để đắp các phần thân nền đường
trong phạm vi bị ngập nước.
Tại chỗ sau mố cầu và sau lưng tường chắn nên chọn vật liệu đắp hạt rời có
góc nội ma sát lớn.
Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá thải, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt
(hòn) lớn nhất cho phép là 10cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng
80cm kể từ đáy áo đường và 15cm đối với phạm vi đắp phía dưới; tuy nhiên, kích
cỡ hạt lớn nhất này khơng được vượt quá 2/3 chiều dầy lớp đất đầm nén (tuỳ thuộc
công cụ đầm nén sẽ sử dụng).
3. Không được dùng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hố (đá sít...) để
đắp nền đường.

-8-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

4. Khi nền đường đắp bằng cát, nền đường phải được đắp bao cả hai bên mái
dốc và cả phần đỉnh nền phía trên để chống xói lở bề mặt và để tạo thuận lợi cho
việc đi lại của xe, máy thi công áo đường. Đất đắp bao hai bên mái dốc phải có chỉ
số dẻo lớn hơn hoặc bằng 7; cịn đất đắp bao phía trên đỉnh nền phải có chỉ số dẻo
từ 6 đến 10 và nên sử dụng cấp phối sỏi đồi. Đất đắp bao phần trên đỉnh nền không

được dùng vật liệu rời rạc để hạn chế nước mưa, nước mặt xâm nhập vào phần đắp
cát.
Bề dầy đắp bao hai bên mái dốc tối thiểu là 1,0m và bề dầy đắp bao phía đỉnh
nền (đáy áo đường) tối thiểu là 0,30m.
1.2.2 Tiêu chuẩn đầm nén đất nền đường
Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05 và tiêu chuẩn đầm nén đất
TCVN 4201-1995, tiêu chuẩn đầm nén đất quy định như sau:
Bảng 1.4 Độ chặt quy định của nền đường
Loại cơng trình

Độ sâu tính
từ đáy áo
đường
xuống (cm)

Độ chặt k
Đường ơtơ
Đường ơtơ
từ cấp IV trở
từ cấp V trở
lên
xuống

Khi áo đường dày trên
30
³ 0,98
³ 0,95
60cm
Khi áo đường dày dưới
50

Nền
³ 0,98
³ 0,95
60cm
đắp
Bên dưới
Đất mới đắp
³ 0,95
³ 0,93
chiều sâu kể
Đất nền tự
cho đến 80
³ 0,93
³ 0,90
trên
nhiên (*)
Nền đào và nền không đào không
30
³ 0,98
³ 095
đắp
30 - 80
³ 0,93
³ 0,90
(đất nền tự nhiên) (**)
Ghi chú bảng 1.4:
(*) Trường hợp này là trường hợp nền đắp thấp, khu vực tác dụng 80cm có
một phần nằm vào phạm vi đất nền tự nhiên. Trong trường hợp đó, phần nền đất tự
nhiên nằm trong khu vực tác dụng phải có độ chặt tối thiểu là 0,90;
(**) Nếu nền tự nhiên không đạt độ chặt yêu cầu quy định ở bảng 1.4 thì phải

đào phạm vi khơng đạt rồi đầm nén lại để đạt yêu cầu.
1.3 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN THIÊN NHIÊN ĐẾN NỀN
ĐƯỜNG - CHẾ ĐỘ THUỶ NHIỆT CỦA NỀN ĐƯỜNG
1.3.1 Sự ảnh hưởng của các điều kiện thiên nhiên đến nền đường
Nền đường trực tiếp chịu ảnh hưởng của các điều kiện thiên nhiên như nhiệt
độ, mưa, gió, bốc hơi, ... Trong thiết kế và xây dựng đường cần phải lưu ý hạn chế
những ảnh hưởng bất lợi đó.
1.3.1.1 Ảnh hưởng của nước
Nền đường ơ tơ có thể chịu ảnh hưởng của các nguồn ẩm như hình 1.3
-9-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Hình 1.3 Các nguồn ẩm ảnh hưởng đến nền đường
1. Nước mưa; 2. Nước mặt; 3. Nước ngầm; 4. Hơi nước
1. Nước mưa: thấm qua lề đường và mặt đường vào khu vực đất nền đường.
Nếu mặt đường không thấm nước, lề đường được gia cố và đủ dốc thì ảnh hưởng
của nguồn ẩm này giảm đi rất nhiều.
2. Nước mặt: gồm nước đọng ở thùng đấu, rãnh dọc, nước ngập hay kênh
mương, ao hồ sát đường,… Nước đọng có thể tồn tại lâu dài hoặc từng thời kỳ,
nước đọng ngấm vào nền đường làm cho nền đường luôn bị ẩm ướt và làm giảm
cường độ.
3. Nước ngầm: mao dẫn lên thân nền đường từ phía dưới, nhất là nền đường
vùng đồng bằng, vùng lầy. Còn ở vùng đồi núi thì ảnh hưởng mao dẫn của nước
ngầm đối với nền đường thường không đáng kể.
4. Hơi nước: thường di chuyển trong các lỗ rỗng của đất theo chiều của dịng
nhiệt (từ nóng đến lạnh). Sự thay đổi nhiệt độ theo mùa ở nước ta khá lớn cũng tạo

điều kiện cho hơi nước di chuyển liên tục trong thân nền đường làm cho nền đường
luôn bị ẩm ướt.
1.3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ
Sự thay đổi của nhiệt độ có ảnh hưởng tới độ ẩm của đất, khi nhiệt độ cao
nước trong đất có khả năng bốc hơi nhiều do độ ẩm của khơng khí giảm.
1.3.1.3 Ảnh hưởng của gió
Độ bốc hơi càng lớn khi lực gió càng lớn vì khi gió mạnh, khơng khí chuyển
động, lớp khơng khí ở sát mặt đất khơng bị bão hồ hơi nước nữa.
Qua các phân tích trên ta thấy độ ẩm là nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến nền
đường. Độ ẩm càng lớn thì cường độ của nền đường càng giảm và đất càng biến
dạng nhiều. Nói chung người ta thường tìm cách hạn chế tác hại của độ ẩm và luôn
giữ cho đất nền đường ở trạng thái dẻo cứng.
1.3.2 Chế độ thủy nhiệt của nền đường
1.3.2.1 Chế độ thủy nhiệt của nền đường
Chế độ thủy nhiệt của nền đường hay quy luật tác động của môi trường thiên
nhiên đối với nền đường là quy luật thay đổi và phân bố độ ẩm của các điểm khác
nhau trong khối đất nền đường theo thời gian.
-10-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Chế độ thuỷ nhiệt của nền đường phụ thuộc vào quy luật chung của thời tiết,
khí hậu cũng như các yếu tố thiên nhiên địa hình, địa mạo, quang cảnh,... của vùng
xây dựng đường.
Chế độ thuỷ nhiệt của nền đường còn phụ thuộc vào kết cấu nền đường và mặt
đường, cụ thể như biện pháp thoát nước nền mặt đường, chiều cao đào đắp của nền
đường, độ chặt của đất nền đường và loại mặt đường.

Nội dung nghiên cứu chế độ thủy nhiệt của nền đường là nhằm xác định được
quy luật thay đổi và phân bố độ ẩm của đất nền đường theo thời gian đối với các
kết cấu nền mặt đường khác nhau ở các vùng thiên nhiên khác nhau. Nhờ đó có thể
nắm được quy luật phân bố độ ẩm trong thời gian bất lợi nên có thể đề xuất được
các biện pháp thay đổi tình trạng phân bố đó như ngăn chặn các nguồn ẩm, tăng
cường độ của đất nền đường.
1.3.2.2 Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt của đất nền đường
Cải thiện chế độ thuỷ nhiệt là áp dụng các biện pháp thiết kế hạn chế tác hại
của của các nguồn ẩm như đắp cao nền đường, mở rộng lề đường, thoát nước mặt,
thay đất hoặc đầm nén chặt đất. Các biện pháp cải thiện chế độ thuỷ nhiệt trước hết
cần phải thực hiện đối với khu vực tác dụng của nền đường.
1. Đầm nén chặt đất nền đường: là một biện pháp tăng được cường độ và cải thiện
được chế độ thủy nhiệt của nền đường tương đối đơn giản, phổ biến và có hiệu quả
cao.
2. Biện pháp đắp cao nền đường:
Đắp cao nền đường trên mức nước ngầm hoặc mức nước đọng thường xuyên
là một biện pháp gần như bắt buộc để cải thiện trạng thái phân bố ẩm bất lợi trong
thân nền đường.
Chiều cao nền đắp cần thiết kể từ mức nước ngầm tính tốn hoặc mức nước
đọng thường xuyên đến bề mặt của mặt đường có thể xác định theo công thức:
H đắp = zmax + za
Trong đó: zmax – chiều cao mao dẫn lớn nhất của mức nước ngầm.
za – chiều sâu khu vực tác dụng của nền đường.
3. Biện pháp thoát nước và ngăn chặn các nguồn ẩm:
- Thoát nước mặt: Làm các độ dốc ngang mặt đường, lề đường, bố trí hệ thống
rãnh dọc, rãnh tháo.
- Ngăn chặn, khống chế ảnh hưởng của nước ngầm.
- Dùng các lớp cách nước, cách hơi để ngăn chặn nước ngầm mao dẫn hoặc
hơi nước.
- Đắp lề đường đủ rộng để ngăn chặn nước ngập hai bên nền đường di chuyển

vào khu vực tác dụng của nền đường.
- Chọn và thiết kế kết cấu áo đường và lề đường hợp lý cũng là một biện pháp
hạn chế tác dụng của các nguồn ẩm. Như dùng loại vật liệu lớp mặt khơng (ít)
thấm nước hoặc dùng các lớp móng cát dễ thoát nước ngang.

-11-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

1.4 CAO ĐỘ NỀN ĐƯỜNG
Để đảm bảo nền đường luôn khô ráo, đảm bảo ổn định và đủ cường độ thì nền
đường phải đảm bảo có cao độ nhất định. Cao độ thiết kế của nền đường là cao độ
ở tim đường. Khi có hai nền đường độc lập sẽ có hai cao độ thiết kế trên hai mặt
cắt dọc riêng biệt.
- Cao độ thiết kế mép nền đường ở những đoạn ven sông, đầu cầu nhỏ, cống,
các đoạn qua các cánh đồng ngập nước phải cao hơn mức nước ngập theo tần suất
tính tốn (có xét đến mức nước dềnh và chiều cao sóng vỗ) ít nhất là 0,5m.
Tần suất thiết kế nền đường được quy định:
+ Đường cao tốc : 1%
+ Đường cấp I, II : 2%
+ Đường các cấp khác : 4%
- Cao độ nền đường đắp tại vị trí cống trịn phải đảm bảo chiều cao đất đắp tối
thiểu là 0,5m để cống không bị vỡ do lực va đập của lốp xe ô tô. Khi chiều dày áo
đường dày hơn 0,5 m, độ chênh cao này phải đủ để thi công được chiều dày áo
đường. Nếu khơng thỏa mãn u cầu trên thì dùng cống chịu lực như cống bản,
cống hộp,…
- Cao độ đáy áo đường phải cao hơn mực nước ngầm tính toán (hay mực nước

đọng thường xuyên) một trị số cao độ ghi trong bảng 1.5 (theo TCVN 4054-05).
Bảng 1.5 Chiều cao tối thiểu tính từ mực nước ngầm tính tốn (hoặc mức nước
đọng thường xuyên) tới đáy áo đường

1.5 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THÔNG THƯỜNG
Các loại trắc ngang nền đường thường gặp bao gồm:
- Nền đắp hoàn toàn.
- Nền đào hoàn toàn.
- Nền nửa đào nửa đắp.
- Nền đào hình chữ L (Là loại nền đào đặc biệt).
1.5.1 Các trắc ngang định hình nền đường đắp
Tuỳ chiều cao đắp và loại đất đắp mà có các dạng trắc ngang điển hình cho
nền đắp, như sau:
- Nền đắp thấp có rãnh biên (h≤0,5÷0,6m)
- Nền đắp vừa (h=1÷6m)
- Nền đắp cao (h=6÷12m)
-12-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

- Nền đắp rất cao (h≥12m) và nền đường đắp qua bãi sơng
Các dạng trắc ngang định hình nền đắp như hình 1.4.

Hình 1.4 Các trắc ngang định hình nền đường đắp
a) Nền đắp dưới 1m; b) nền đắp từ 1 – 6m;
c) Nền đắp từ 6 – 12m; d) Nền đường đầu cầu và nền đắp dọc sơng
Bề rộng bậc thềm bảo vệ k=0÷4m tuỳ thuộc chiều cao nền đắp

Đối với loại đất đắp thông thường, bằng kinh nghiệm thường cấu tạo mái dốc
ta luy là 1:1,5. Trường hợp chiều cao mái dốc đắp lớn hơn 6-12m thì phải phân
tích, kiểm tốn ổn định để quyết định hình dạng nền đường và độ dốc ta luy. Chiều
cao mái dốc đắp đất không nên quá 16.0m và đắp đá không nên quá 20m.
Tuỳ theo độ cao của mái đắp và loại vật liệu đắp, độ dốc mái đắp theo qui định
trong bảng 1.6 (theo TCVN 4054-05)

-13-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Bảng 1.6 Độ dốc mái đường đắp

Khi mái dốc nền đắp đất tương đối cao thì cứ 8 – 10m cao phải tạo một bậc
thềm rộng 1¸3,0m; trên bậc thềm có cấu tạo dốc ngang và rãnh .
Khi xây dựng nền đường trên sườn dốc, tùy theo độ dốc của sườn dốc mà có
các biện pháp xử lý như sau:
- Khi độ dốc của sườn dốc nhỏ hơn 20% thì chỉ cần dãy cỏ hoặc đào bỏ lớp đất
hữu cơ phía trên rồi đắp trực tiếp nền đường trên sườn dốc.
- Khi độ dốc của sườn dốc từ 20 – 50% thì phải đánh cấp (bậc) như hình 1.5.
Nếu thi cơng bằng thủ cơng thì chiều rộng bậc a = 1m; nếu thi cơng bằng máy thì
chiều rộng bậc là a = 3~4 m (bằng chiều rộng lưỡi máy). Bản chất của đánh cấp là
thay lực ma sát nhỏ giữa nền đắp và sườn dốc bằng sức chống cắt cao hơn của đất
đắp.

Hình 1.5 Cấu tạo nền đắp trên sườn dốc có độ dốc 20 – 50%
- Nếu độ dốc của sườn dốc lớn hơn 50% thì khơng thể đắp đất với mái dốc ta

luy 1:1,5 được nữa mà phải dùng các giải pháp chống đỡ để tăng ổn định (kè chân,
kè vai, xếp khan, xây vữa, bê tơng xi măng) (Hình 1.6 a, b).

Hình 1.6 Cấu tạo các biện pháp chống đỡ nền đường trên sườn dốc
a) Xếp đá; b) Xây tường chắn

-14-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Các chỗ lấy đất để đắp nền đường phải được quy hoạch trước và được sự chấp
nhận của địa phương theo nguyên tắc sau:
- Tận dụng các chỗ hoang hố, có chất lượng đất và điều kiện khai thác thích
hợp;
- Khơng ảnh hưởng mơi trường, tiết kiệm đất đai;
- Kết hợp việc khai thác đất với nông, ngư nghiệp (tạo nơi chứa nước, nuôi
trồng thủy sản...)
1.5.2 Các trắc ngang định hình nền đường đào
Bao gồm nền đường đào hồn tồn (Hình 1.7a) và đào chữ L (Hình 1.7b).

Hình 1.7 Cấu tạo nền đường đào
a) Nền đào hoàn toàn; b) Nền đào chữ L
Nền đào khi xây dựng sẽ phá vỡ thế cân bằng của các tầng đất, đá thiên nhiên,
vì vậy mái dốc ta luy đào cần phải có độ dốc nhất định để đảm bảo ổn định cho ta
luy và sườn dốc.
Quyết định độ dốc ta luy đào cần quan sát, phân tích các yếu tố sau:
- Thành phần và tính chất cơ lý của các lớp đất đá.

- Thế nằm và sự phát triển các mặt nứt, kẽ nứt.
- Nguyên nhân hình thành địa chất (sườn tích, đồi tích đá, trầm tích,...)
- Tính chất kết cấu và mức độ phong hoá của đất đá.
- Chiều cao mái dốc,...
Độ dốc của mái dốc ta luy nền đường đào được lấy như sau (theo TCVN 4054-05):
Bảng 1.7 Độ dốc ta luy đào

Ghi chú bảng 1.7: Với nền đào đất, chiều cao mái dốc không nên vượt quá 20 m.
Với nền đào đá mềm, nếu mặt tầng đá dốc ra phía ngồi với góc dốc lớn hơn 25o
-15-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

thì mái dốc thiết kế nên lấy bằng góc dốc mặt tầng đá và chiều cao mái dốc cũng
nên hạn chế dưới 30m.
Khi chiều cao mái dốc cao hơn 12m thì phải tiến hành phân tích, kiểm tốn ổn
định bằng các phương pháp thích hợp tương ứng với trạng thái bất lợi nhất (đất, đá
phong hố bão hồ nước). Với mái dốc bằng vật liệu rời rạc, ít dính thì nên áp
dụng phương pháp mặt trượt phẳng; với đất có dính kết thì nên dùng phương pháp
mặt trượt tròn. Hệ số ổn định nhỏ nhất phải bằng hoặc lớn hơn 1,25.
Khi mái dốc qua các tầng, lớp đất đá khác nhau thì phải thiết kế có độ dốc
khác nhau tương ứng, tạo thành mái dốc đào kiểu mặt gẫy hoặc tại chỗ thay đổi độ
dốc bố trí thêm một bậc thềm rộng 1¸3,0 m có độ dốc 5 – 10 % nghiêng về phía
trong rãnh; trên bậc thềm phải xây rãnh thốt nước có tiết diện chữ nhật, tam giác
đảm bảo đủ thoát nước đủ thoát nước từ tầng ta luy phía trên.

Hình 1.8 Cấu tạo nền đào qua các lớp đất khác nhau

Khi mái dốc đào không có các tầng lớp
đất, đá khác nhau nhưng chiều cao lớn thì
cũng nên thiết kế bậc thềm như trên với
khoảng chiều cao giữa các bậc thềm từ 6 –
12m.
Khi đào qua lớp đá cứng chưa bị phong
hố thì có thể dùng dạng đào nửa hầm.
Khi mái dốc có cấu tạo dễ bị lở, rơi thì
giữa mép ngồi của rãnh biên tới chân mái dốc
nên có một bậc thềm rộng tối thiểu 1,0m. Khi
đã có tường phịng hộ, hoặc khi mái dốc thấp
hơn 12m thì khơng phải bố trí bậc thềm này.
Hình 1.9 Cấu tạo nền đào nửa hầm
Phải thiết kế quy hoạch đổ đất thừa từ nền đào, không được tuỳ tiện đổ đất
xuống sườn dốc phía dưới gây mất ổn định sườn dốc tự nhiên, không được đổ
xuống ruộng, vườn, sơng suối phía dưới. Chỗ đổ đất phải được san gạt thành bãi.
Trồng cây cỏ phịng hộ và có biện pháp thốt nước thích hợp.
1.5.3 Cấu tạo nền đường nửa đào nửa đắp
Thường gặp khi nền đường qua các vùng sườn dốc nhẹ (dưới 50%). Lúc này
có thể vận dụng các cấu tạo nói riêng cho phần đào và phần đắp. Khi thi công cần
tận dụng vận chuyển ngang đất từ nửa đào sang nửa đắp (Hình 1.10).
-16-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Hình 1.10 Cấu tạo nền đường nửa đào nửa đắp
1.5.4 Cấu tạo nền đường cao tốc (TCVN 5729-97)

Do các yêu cầu đảm bảo xe chạy an toàn, thuận tiện với tốc độ cao, chống đất,
đá lở ở đoạn đường đào và yêu cầu về thiết kế cảnh quan, nền đường cao tốc nên
được thiết kế với mái dốc thoải như bảng 1.8. Trường hợp bị hạn chế về diện tích
chiếm đất thì có thể dùng tường chắn hoặc đắp đá thay cho mái dốc đắp. Đối với ta
luy đào trên các sườn núi có độ dốc ngang lớn, địa hình q khó khăn và với các ta
luy đào đá, đắp đá thì có thể dùng tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô công cộng TCVN
4054-05.
Bảng 1.8 Độ dốc ta luy đất nền đường cao tốc

Ghi chú : Các trị số trong ngoặc áp dụng cho các trường hợp địa hình khó khăn
hoặc hạn chế về diện tích chiếm đất cho phép.
Đỉnh mái dốc đắp nên được gọt tròn với bán kính R=2,5m, chân mái dốc đắp
với R=8,0m; đỉnh mép vai ta luy đào với R=2,5m, đỉnh mái dốc nền đào với R=2H
với H là chiều cao ta luy đào, m.
Để hình dạng nền đường phối hợp tốt với cảnh quan, ở đoạn nền đào sâu
chuyển sang nền đắp nên thiết kế độ dốc ta luy đào thoải dần kể từ giữa đoạn ra
đến chỗ bắt đầu chuyển sang đắp (ví dụ từ độ dốc 1:2 ở giữa chuyển dần thành 1:3
rồi 1:5).
1.6 PHÒNG HỘ VÀ GIA CỐ TA LUY NỀN ĐƯỜNG
Mục đích của việc gia cố mái ta luy là để đề phòng ta luy bị phá hoại do tác
dụng của nước mưa, nước mặt, sóng, gió, và các tác dụng khác (như tác dụng
phong hoá bề mặt),... Mùa mưa mái ta luy rất dễ bị xói thành các vệt xói sâu làm
bề mặt mái ta luy bị phá hoại, mái đất lở xuống làm tắc rãnh dọc, xói hổng chân ta
luy dẫn đến sụt lở lớn. Những đoạn nền đường đắp qua bãi sông, ven biển, ven hồ,
qua các các cánh đồng chiêm,... thì mái ta luy thường bị sóng vỗ hoặc nước chảy
với tốc độ lớn gây xói lở, sạt cả đoạn dài. Ở vùng núi, các mái ta luy cao có diện
hở lớn càng dễ bị phong hoá nặng, càng dễ bị ngấm nước nhiều dẫn đến phá hoại.
-17-

Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Những mái ta luy đất ít dính cịn có thể bị phá hoại do gió thổi hoặc do súc vật trèo
qua. Do đó, tuỳ trường hợp cần phải có các biện pháp gia cố mái ta luy thích đáng,
nhất là nhiều trường hợp do bị phá hoại bề mặt lâu dài sẽ dẫn đến cả mái ta luy mất
ổn định tồn khối.
Các hình thức gia cố mái ta luy thơng thường gồm có:
- Đầm nén chặt và gọt nhẵn mái ta luy.
- Trồng cỏ trên mái ta luy: có thể trồng bằng cách đánh các vầng cỏ găm có
hàng lối lên mái ta luy để cỏ lan dần ra khắp mái, hoặc gieo hạt cỏ giống. Cũng có
thể trồng các loại cây bụi.
Trồng cỏ hoặc cây bụi có tác dụng làm chặt mái ta luy (rễ cỏ), cản trở dòng
chảy, điều tiết độ ẩm của đất, phủ xanh tạo cảnh quan,... do đó nên áp dụng với
mọi trường hợp (trừ những mái ta luy thường xuyên bị ngập nước)
Một số cơng trình như QL18, đường Hồ Chí Minh đã sử dụng các loại cỏ nhập
phù hợp với khí hậu Việt Nam, gia cố ta luy, bước đầu cho kết quả tốt.

Hình 1.11 Gia cố ta luy nền đường bằng lát cỏ
- Gia cố lớp đất: mặt mái ta luy bằng chất liên kết vô cơ (vôi, xi măng,...)
hoặc chất liên kết hữu cơ.
- Làm lớp bảo hộ cục bộ hoặc tường hộ: để ngăn ngừa tác dụng phong hoá
phát triển, nhất là đối với những đường vùng núi. Tường hộ có thể làm bằng đá xây
25-30cm, đặt trên lớp đá dăm hoặc sỏi dày 10-15cm.
-18-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

- Làm lớp đất dính đắp bao ta luy: đối với nền đường đắp bằng cát. Đất đắp
bao hai bên ta luy phải có chỉ số dẻo lớn hơn hoặc bằng 7 và nên sử dụng cấp phối
sỏi đồi. Bề dầy đắp bao hai bên ta luy tối thiểu là 1,0m và ngoài vẫn trồng cỏ.
- Làm lớp bảo hộ cục bộ có cấu tạo tầng lọc ngược: tại các vị trí trên mặt ta
luy có vết lộ nước ngầm chảy ra. Tác dụng của tầng lọc ngược là để nước ngầm
chảy ra khơng xói cả đất ta luy theo (xói ngầm) do đó góp phần làm cho mái ta luy
ổn định. Cấu tạo của tầng lọc ngược thường dày tổng cộng 30-50cm, ở sát mặt đất
bố trí lớp cát, rồi đến lớp đá dăm, đá sỏi và ngoài cùng là đá hộc xếp khan.
- Những đoạn nền đắp chịu tác dụng của nước chảy và sóng vỗ: thì có thể
gia cố ta luy bằng đá xếp khan trên lớp dăm cát đệm (hoặc thay bằng các lớp vải
địa kỹ thuật, lưới kỹ thuật), rọ đá, bỏ đá, xây đá hoặc các tấm bê tông (đổ tại chỗ
hoặc lắp ghép),...

Hình 1.12 Gia cố ta luy nền đường bằng đá hộc xây

Hình 1.13 Gia cố ta luy nền đường bằng lát đá 1 lớp
1.7 TÍNH KHỐI LƯỢNG CƠNG TÁC NỀN ĐƯỜNG
Khi thiết kế phải xác định được khối lượng cơng tác nền đường để lập dự tốn,
tổ chức thi công hay lập luận chứng so sánh các phương án tuyến.

-19-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Khi tính khối lượng cơng tác nền đường, mặt đường, phải căn cứ vào diện tích

(hoặc chiều rộng mặt đường, lề đường, chiều dày các lớp kết cấu,...) trên các mặt
cắt ngang và người ta giả thiết giữa các mặt cắt ngang, sự thay đổi của các yếu tố
trên theo quy luật đường thẳng, bỏ qua phần gồ ghề của mặt đất (nếu có thay đổi
lớn thì đã rải chèn thêm các cọc địa hình).
Hiện nay, việc tính tốn các diện tích đào, đắp, các bề rộng, chiều dày,... nói
trên được thực hiện bằng các chương trình máy tính (Nova, Alpha Group, Huy
Hồng…). Khối lượng cơng tác giữa các mặt cắt ngang được tính đơn giản bằng
cơng thức sau:

Trong đó: V 1,2 là khối lượng cần tính giữa hai mặt cắt 1, 2; F1 và F2 là diện tích
(bề rộng, chiều dày,...) của mặt cắt 1 và 2; L12 là khoảng cách giữa hai cọc 1, 2

Hình 1.14 Tính tốn khối lượng nền đường
Các khối lượng cơng tác cần tính trên mặt cắt ngang phụ thuộc vào giải pháp
thi cơng, có thể là:
- Diện tích đào hữu cơ, vét bùn, đánh cấp, đào rãnh,...
- Diện tích đào, đắp đất đá (lại phân chi tiết thành các cấp đất đá, hệ số đầm
chặt K của các lớp đất,...)
- Diện tích, chiều dày và loại vật liệu lớp bù vênh.
- Chiều rộng các phần mặt đường (các loại kết cấu khác nhau trên mặt cắt
ngang, kết cấu trên mặt đường cũ, kết cấu mở rộng,...) lề đường (lề gia cố, lề
đất,...) chiều rộng lớp vải địa kỹ thuật,...
- Chiều dày các lớp vật liệu đặc biệt,...
Bảng khối lượng thường được lập cho riêng từng Km và lập bảng tổng hợp
khối lượng cho tồn tuyến.
1.8 TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN
SƯỜN DỐC
Khi xây dựng nền đường trên sườn dốc, để đảm bảo điều kiện ổn định tồn
khối, việc thiết kế, tính tốn cần đáp ứng được hai yêu cầu sau:
- Nền đường phải đặt trên một sườn dốc ổn định và bản thân sườn dốc đó vẫn

ổn định sau khi xây dựng nền đường.

-20-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

- Trên cơ sở một sườn dốc chắc chắn ổn định, nền đắp phải không bị trượt trên
mặt dốc đó và bản thân mái ta luy của nền đường phải đảm bảo ổn định.
Như vậy cần phải kiểm toán điều kiện ổn định theo hai nội dung trên.
1.8.1 Đánh giá sự ổn định của sườn dốc
1.8.1.1 Trường hợp mặt trượt tương đối phẳng
Trường hợp này có thể xảy ra khi tầng đất phủ trên tầng đá gốc phẳng.
Xét một phân tố đất có kích thước hx1x1:
- Lực gây trượt Ftr=Q.sina
- Lực giữ Fg=Q.cosa.f+c.1
Điều kiện ổn định Fg ≥Ftr hay ta có Q.cosa.f+c.1 ≥Q.sina
Chia cả 2 vế cho Q.cosa và thay Q=V.g= h.1.1.g=h.g ta có

Hình 1.16 Mặt trượt tương đối phẳng
Điều kiện ổn định sườn dốc về mặt cơ học được xác định:

Trong đó: i – độ dốc của sườn dốc.
f – hệ số ma sát giữa khối trượt trên mặt trượt.
g - dung trọng đất khối trượt ở trạng thái chứa ẩm lớn nhất, kN/m3.
h – chiều dày trung bình của khối trượt, m.
c – lực dính giữa khối trượt và mặt trượt, kPa.
a - góc nghiên của mặt trượt so với mặt phẳng nằm ngang.

1.8.1.2 Trường hợp mặt trượt gãy khúc
Trình tự tính tốn như sau:
- Tại các chỗ thay đổi dốc của mặt trượt, kẻ các đường thẳng đứng phân khối
trượt thành các đoạn như hình vẽ. Trên mỗi đoạn tính tốn trọng lượng bản thân
khối trượt Q i và chiều dài mặt trượt tương ứng Li.
-21-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Hình 1.17 Mặt trượt gãy khúc phẳng
- Xác định các hệ số an toàn cho các phần khối trượt

với Fi-1 là lực đẩy của khối thứ (i-1) vào khối i
- Qua các trị số K i của các đoạn khối trượt đánh giá sự ổn định của từng đoạn,
nếu Ki < 1 thì khối có khả năng bị đẩy trơi xuống phía dưới, nhưng bị khối thứ
(i+1) giữ nên tại các mặt tiếp xúc sẽ phát sinh các vết nứt.
Cũng có thể tính tốn theo hệ số truyền như sau:
- Lần lượt tính tốn lực gây trượt Fi đối với từng đoạn của khối trượt theo công
thức:
Fi = Qi(K.sinai - cosai.tgji) + Fi-1.cos(ai -ai-1) – c.Li
Trong đó: ai – độ dốc nghiêng của mặt trượt đoạn i; c, j - lực dính và góc nội
ma sát của khối trượt, t/m2; K – hệ số ổn định (1,0 – 1,5) .
- Cuối cùng tính được lực gây trượt của đoạn khối trượt dưới chân dốc Fi+1.
Nếu Fi+1 £ 0 thì khối trượt ổn định trên sườn dốc và ngược lại.
1.8.1.3 Trường hợp mái sườn dốc có khả năng phát sinh theo mặt trượt quay
(mặt trượt tròn)
Trường hợp này thường xảy ra đối với các sườn dốc đất sét đồng nhất ở trạng

thái dẻo mềm, tính tốn ổn định theo phương pháp phân mảnh, xét ở phần dưới.
1.8.2 Đánh giá sự ổn định của bản thân nền đắp
Trên cơ sở một sườn dốc ổn định, đánh giá ổn định của bản thân nền đắp với
điều kiện đảm bảo nền đường không bị trượt trên mặt tiếp xúc giữa nền đắp và
sườn dốc.
- Lực gây trượt: Ftr=Q.sina
- Lực giữ Fg=Q.cosa.f
Trong đó: Q là trọng lượng nền đắp; f là hệ số ma sát giữa nền đắp và sườn
dốc.

-22-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Hình 1.18 Đánh giá ổn định của nền đắp trên sườn dốc
Hệ số ổn định
Như vậy để nâng cao mức độ ổn định của nền đắp trên sườn dốc phải dùng các
biện pháp cấu tạo đã nêu ở các phần trước.
1.9 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG
Trong trường hợp chiều cao ta luy nền đường lớn hơn 12m thì khi thiết kê cần
phải kiểm toán ổn định mái dốc ta luy nền đường.
1.9.1 Đánh giá ổn định của mái dốc thẳng đứng
Xét một vách đất thẳng đứng, khối đất trên nó sẽ bị mất ổn định và trượt theo
một mặt trượt nào đó (Hình 1.19).
Chia khối đất trượt thành nhiều mảnh nhỏ 1,2, ...i (mảnh có chiều rộng 1-2m)
Xét điều kiện cân bằng cơ học mảnh thứ i bất kỳ có chiều cao hi và rộng d i

Hình 1.19 Đánh giá ổn định của mái dốc thẳng đứng
Ta có:
- Lực gây trượt: Ti = Qi.sinai
- Lực giữ:
Trong đó: Qi – trọng lượng mảnh đất i, Qi = di.hi.1.g
g, C, j - dung trọng, lực dính và góc nội ma sát của đất.
Khi Ti > Ni thì vách đất mất ổn định và ngược lại.
Ở trạng thái cân bằng giới hạn, ta có Ti = Ni
-23-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Tức là:
Chia hai vế cho Q i.cosai, ta có:

Nếu ta luy nền đường đảm bảo cho góc mái ai của nó thay đổi theo hi và ln
ln phù hợp với điều kiện (*) thì về mặt cơ học, ta luy nền đường sẽ ổn định tồn
khối. Phân tích từ điều kiện (*):
- Với đất cát có C = 0, muốn ổn định thì ta luy phải có góc dốc bằng góc nghỉ
tự nhiên (a= j), điều này hồn tồn được chứng thực trên thực tế.
- Với đất dính có C ¹ 0: điều kiện ổn định cơ học của mái dốc phụ thuộc vào
chiều cao mái ta luy hi, khi hi ® 0 thì ai ® 90o, khi hi đ Ơ thỡ ai đ j. Nh vy
vi t dính cấu tạo mái ta luy nên có dạng trên dốc dưới thoải.
Từ điều kiện (*) Maslop đơn giản hoá và thêm vào hệ số an tồn K (1-1,5), ta
có:
Góc mái dốc ta luy ai được thiết kế thay đổi theo từng lớp đất theo điều kiện
(**) thì sẽ ổn định.

Phương pháp này chỉ có thể áp dụng với các mái dốc nền đắp hoặc nền đào
nhưng trên đỉnh ta luy là mặt đất nằm ngang, còn trong trường hợp khác thì phải
dùng phương pháp phân mảnh xét ở dưới đây.
1.9.2 Phương pháp phân mảnh
Nền đường là một kết cấu trải dài theo tuyến, nên thường cắt 1m dài theo dọc
tuyến để phân tích tính tốn ổn định mà khơng xét đến lực trên hai mặt cắt thẳng
đứng trước và sau (như vậy là thiên về an toàn).
Phương pháp phân mảnh là dùng n-1 mặt thẳng đứng cắt khối đất trượt thành n
mảnh (hình 1.20a). Các lực tác dụng lên mảnh thứ i (hình 1.20b) gồm có:
- Lực thẳng đứng đã biết Qi: Trọng lượng bản thân của phân mảnh và tải trọng
xe.
- Lực nằm ngang Wi : Lực quán tính động đất.
- Lực tương hỗ giữa các mảnh chưa biết có thể phân thành lực đẩy ngang Ei và
lực cắt thẳng đứng Ti.
- Phản lực ở đáy của phân mảnh: Phản lực pháp tuyển Ni và phản lực chống
trượt Si với giả thiết là tác dụng của N i là điểm giữa của mặt đáy phân mảnh.

-24-


Th.S Võ Hồng Lâm

Thiết Kế Nền Đường và Các Công Trình Trên Đường

Hình 1.20 Phương pháp phân mảnh
a) Cách phân mảnh b) Tình hình chịu lực
Lấy cùng một hệ số an toàn K giống nhau cho các phân mảnh, tức là giả định
cường độ kháng cắt ở đáy các phân mảnh đều đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn.
Từ điều kiện cân bằng giới hạn (định nghĩa của hệ số an tồn) ta được
(1)

Trong đó : Ci, φi là lực dính và góc nội ma sát của mảnh thứ i; li là chiều dài
mặt trượt; K là hệ số an tồn cần tìm.
Đồng thời mỗi phân mảnh có ba điều kiện cân bằng (lực và mômen). Tuỳ theo
sự khác nhau của giả thiết và phương pháp xử lý mà dẫn đến các phương pháp
khác nhau. Dưới đây giới thiệu các lời giải tĩnh định của phương pháp phân mảnh
thường gặp.
1. Phương pháp phân mảnh giản đơn: (Còn gọi là phương pháp phân mảnh cổ
điển; phương pháp theo Fellenius, phương phápThuỵ Điển hoặc Ordinary Method)
Phương pháp này do W.Fellenius người Thụy Điển đề xuất từ năm 1926 với
giả thiết khối đất trên ta luy khi mất ổn định sẽ trượt theo mặt trượt hình trụ trịn
nhưng khơng xét đến tác dụng của các lực giữa các phân mảnh. Như vậy n phân
mảnh có 2n đại lượng chưa biết (Ni và Si) và một hệ số an toàn K, cộng lại có 2n+1
đại lượng chưa biết.
Xét bài tốn phẳng như hình 1.21a, phân khối đất trượt hình trụ trịn thành các
mảnh.
Căn cứ vào giả thiết là các phân mảnh đồng thời đạt tới sự cân bằng giới hạn
(trượt tổng thể) có thể chỉ cần xét tới điều kiện cân bằng mômen của tồn khối
trượt quanh tâm trượt O, bán kính R, tức là ΣM=0.
Ta có ΣSi.R = ΣQi.xi + ΣWi.zi
(2)
Với xi và zi là cánh tay đòn của Qi và Wi (chú ý là dấu của xi có thể “+” hoặc “-“

-25-