tính toán thiết kế cường độ và bề dày kết cấu áo đường

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thiết kế cấu tạo và tính toán c-ờng độ áo đ-ờng mềm trên đ-ờng ô tô cao tốc, đ-ờng ô tô cấp hạng thiết kế khác nhau, trên các đ-ờng đô thị, đ-ờng ô

Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thiết kế cấu tạo và tính toán cường độ của áo đường mềm trên các tuyến đường ô tô cao tốc, đường ô tô cấp hạng khác nhau, đường đô thị và đường ô tô chuyên dụng, phù hợp cho cả công trình mới và nâng cấp, cải tạo áo đường cũ Đặc biệt, tiêu chuẩn áp dụng cho mọi loại kết cấu áo đường làm bằng các vật liệu khác nhau, ngoại trừ các kết cấu áo đường cứng có tầng mặt bằng bê tông xi măng.

Trong tiêu chuẩn này, ngoài áo đường trên phần xe chạy, còn quy định các yêu cầu thiết kế đối với kết cấu áo đường trên phần lề có gia cố Đồng thời, các tiêu chuẩn cũng áp dụng cho kết cấu áo đường trên các đường bên được bố trí dọc theo các tuyến cao tốc hoặc các đường ô tô cấp I, cấp II, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống giao thông.

Tiêu chuẩn này cung cấp cơ sở để tính toán và đánh giá khả năng làm việc của kết cấu áo đ ờng mềm trên các tuyến đ ờng hiện hữu Việc này giúp đảm bảo an toàn, độ bền và hiệu quả trong quá trình khai thác, sửa chữa và bảo trì đường bộ Áp dụng tiêu chuẩn này góp phần nâng cao chất lượng và tuổi thọ của kết cấu đ ường mềm, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn quốc gia.

Khi thiết kế áo đường mềm theo tiêu chuẩn này, các chủ đầu tư có thể áp dụng các tiêu chuẩn hoặc quy trình khác phù hợp, miễn là được sự chấp thuận từ chủ đầu tư hoặc các cơ quan có thẩm quyền quyết định, đảm bảo tính linh hoạt trong quá trình thi công và tuân thủ các quy định an toàn, chất lượng.

Khi thực hiện quy trình này, cần tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu thiết kế đã nêu trong Điều 8 của TCVN 4054:2005 cùng với các yêu cầu về vật liệu theo tiêu chuẩn ngành liên quan đến công nghệ thi công và nghiệm thu, phù hợp với từng loại lớp kết cấu áo đường được sử dụng bằng các vật liệu khác nhau.

Các thuật ngữ

1.2.1 Kết cấu áo đ-ờng mềm

Áo đường mềm, còn gọi là kết cấu áo đường mềm, gồm có lớp mặt làm bằng vật liệu hạt hoặc vật liệu hạt trộn nhựa, giúp tăng khả năng chịu lực và chống mài mòn cho bề mặt đường Lớp móng của áo đường mềm được làm từ các loại vật liệu khác nhau và đặt trực tiếp trên nền đường hoặc trên lớp đáy móng, đảm bảo sự ổn định và phân bố tải trọng hợp lý Cấu trúc này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ bền và tuổi thọ của công trình đường bộ.

Tầng mặt áo đường mềm cấp cao thường gồm nhiều lớp như lớp tạo nhám, lớp tạo phẳng, lớp bảo vệ và lớp hao mòn ở trên cùng, nhằm hạn chế tác động phá hoại và tạo ra bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đường Các lớp này không tính vào bề dày chịu lực của kết cấu mà có chức năng bảo vệ và nâng cao chất lượng bề mặt Lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực quan trọng, đóng vai trò quyết định đến cường độ và độ ổn định của kết cấu áo đường mềm.

Tầng móng cũng th-ờng gồm lớp móng trên và lớp móng d-ới (các lớp này cũng có thể kiêm chức năng lớp thoát n-ớc)

Kết cấu áo đường phù hợp với từng loại tầng mặt, cấp hạng đường và lượng xe thiết kế, có thể bao gồm một hoặc nhiều lớp để đảm bảo chức năng chịu lực và bền vững của công trình.

Kết cấu áo đường mềm là đối tượng chính của tiêu chuẩn này Trong quá trình viết về kết cấu áo đường hoặc áo đường, có thể hiểu rằng đây đề cập đến kết cấu áo đường mềm hoặc áo đường mềm Tiêu chuẩn này giúp đảm bảo sự chính xác và nhất quán trong thiết kế, thi công và kiểm định các loại kết cấu áo đường mềm.

1.2.2 Khu vực tác dụng của nền đ-ờng

Khu vực này là phần thân nền đường trong phạm vi từ 80 đến 100cm tính từ đáy kết cấu áo đường trở xuống, chịu tác động của tải trọng bánh xe truyền xuống Đây là phần nền đường cùng kết cấu áo đường chịu lực tác động trực tiếp từ các phương tiện vượt trọng tải lớn trên các tuyến đường cao tốc, cấp I, cấp II và đường chuyên dụng, với trị số chịu lực lớn hơn Theo tiêu chuẩn TCVN 4054:2005, tại mục 7.1.2.1, khu vực này được xác định chung là 80cm từ đáy áo đường trở xuống Thuật ngữ này tương đương với "subgrade" trong tiếng Anh ngành xây dựng đường bộ.

1.2.3 Kết cấu nền áo đ-ờng (Hình 1-1)

Kết cấu nền áo đường hay kết cấu tổng thể nền mặt đường gồm có lớp áo đường phía trên và phần nền đường phía dưới, đảm bảo sự chắc chắn và ổn định của mặt đường Thiết kế tổng thể nền mặt đường không chỉ chú trọng vào các giải pháp cấu tạo lớp áo đường mà còn tập trung vào các giải pháp tăng cường độ cứng và ổn định của nền đườ̀ng tại khu vực tác dụng Điều này nhằm đảm bảo độ bền, an toàn và khả năng chịu tải của công trình đường bộ trong mọi điều kiện thi công và sử dụng.

Trong một số trường hợp theo quy định tại mục 8.3.7 của TCVN 4054:2005, cần bố trí lớp đáy móng hoặc lớp đáy áo đường để thay thế cho 30cm phần đất trên cùng của khu vực tác dụng của nền đường Điều này có nghĩa là lớp đáy móng sẽ trở thành một phần của khu vực tác dụng của nền đường, đảm bảo độ ổn định và chịu lực tốt hơn cho công trình.

Lớp đáy móng có các chức năng sau:

- Tạo một lòng đ-ờng chịu lực đồng nhất (đồng đều theo bề rộng), có sức chịu tải tèt;

- Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất và từ d-ới lên tầng móng áo đ-ờng;

- Tạo “hiệu ứng đe” để bảo đảm chất l-ợng đầm nén các lớp móng phía trên;

- Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đ-ờng không gây h- hại nền đất phía d-ới (nhất là khi thời tiết xấu)

Thuật ngữ lớp đáy móng t-ơng đ-ơng với các từ capping layer hoặc improved subgrade trong tiÕng Anh

Tầ n g m ặ t Tầ n g m ó n g Lớp móng trên (Base)

Líp mãng d-íi (Sub-base)

Lớp đáy móng (Capping layer)

K h u v ự c t á c d ụ n g 8 0- 10 0 c m (S u b g ra d e ) (K ế t c ấ u t ổ n g t h ể n ề n m ặ t đ - ờ n g ) á o đ - ờ n g (h a y kế t c ấ u á o đ - ờ n g ) (P a v e m e n t st ru c tu re ) K ế t c ấ u n ề n á o đ - ờ n g

Lớp mặt (Surfacing) Lớp tạo nhám (nếu có)

Hình 1-1: Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đ-ờng mềm và kết cấu nền - áo đ-ờng

Các lớp móng được xây dựng từ các loại vật liệu đa dạng như cấp phối đá dăm, cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính, cấp phối đồi, xỉ phế thải công nghiệp, đá dăm, đất hoặc các vật liệu hạt có gia cố bằng các loại nhựa đường Những vật liệu này đảm bảo độ bền vững và khả năng chịu lực của móng, phù hợp với nhiều công trình xây dựng khác nhau Việc sử dụng vật liệu phù hợp giúp tăng tuổi thọ của công trình, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn Chọn lựa các loại vật liệu hạt gia cố bằng nhựa đường góp phần nâng cao hiệu quả kỹ thuật trong thi công móng nhà và các công trình kiến trúc.

Là các lớp móng làm bằng vật liệu hạt có gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi, vôi và tro bay…)

Vật liệu hạt gồm các hạt rời có kích thước từ 0 đến D, trong đó D là kích thước lớn nhất của hạt Cường độ liên kết giữa các hạt luôn nhỏ hơn nhiều so với cường độ của chính từng hạt, dẫn đến cường độ chung của một lớp vật liệu hạt được đặc trưng bởi sức chống cắt trượt của lớp đó Điều này giúp hiểu rõ hơn về khả năng chịu lực của vật liệu hạt trong các ứng dụng kỹ thuật và xây dựng.

Lớp kết cấu bằng vật liệu hạt không có tính liền khối

Tầng mặt được tạo thành từ lớp bê tông nhựa chặt loại I trộn nóng theo tiêu chuẩn "Quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa" (22 TCN 249) Lớp này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo bề mặt đường bền vững, chịu lực tốt và chống mài mòn hiệu quả Việc thi công lớp mặt đúng quy trình giúp tăng tuổi thọ của đường, giảm thiểu các sự cố, góp phần nâng cao chất lượng công trình giao thông.

1.2.9 Tầng mặt cấp cao thứ yếu A2

Lớp mặt tầng trên của mặt đường có thể là lớp bê tông nhựa chặt loại II trộn nóng theo quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa Ngoài ra, còn bao gồm lớp bê tông nhựa nguội có láng nhựa, đá dăm đen có láng nhựa, hoặc lớp thấm nhập nhựa theo tiêu chuẩn kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa Thứ nữa, lớp láng nhựa cũng là một loại mặt mặt đường được xác định theo tiêu chuẩn kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường láng nhựa.

Là loại tầng mặt có lớp mặt bằng cấp phối đá dăm, đá dăm nước, hoặc cấp phối tự nhiên Để đảm bảo độ bền và ổn định, phía trên lớp mặt cần có lớp bảo vệ rời rạc thường xuyên được duy trì, bảo dưỡng đều đặn Các biện pháp bảo trì bao gồm rải cát bù và quét đều phủ kín bề mặt lớp, giúp duy trì chất lượng và kéo dài tuổi thọ của lớp mặt đường.

Là loại tầng mặt được xây dựng từ lớp đất đã qua cải thiện hoặc đất, đá tại chỗ được gia cố bằng chất liên kết vô cơ hoặc phế thải công nghiệp gia cố Điều kiện quan trọng là phía trên của tầng mặt phải có lớp hao mòn và lớp bảo vệ được duy trì, bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo độ bền và hiệu quả.

1.2.12 Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một làn xe trong suốt thời hạn thiết kế

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

1.2.13 L-ợng giao thông gia tăng bình th-ờng

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

1.2.14 L-ợng giao thông hấp dẫn

Yêu cầu đối với kết cấu áo đ-ờng mềm và phần lề đ-ờng có gia cố

1.3.1 Các yêu cầu cơ bản

Kết cấu áo đ-ờng mềm trên các làn xe chạy và kết cấu phần lề gia cố phải đ-ợc thiết kế đạt các yêu cầu cơ bản d-ới đây:

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

1.3.2 Thời hạn thiết kế áo đ-ờng mềm

Thời hạn này đ-ợc xác định tuỳ thuộc loại tầng mặt đ-ợc lựa chọn cho kết cấu nh- ở Bảng 2-1

Yêu cầu về độ bằng phẳng của áo đường phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia cố là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác Bề mặt đường cần phải đạt độ bằng phẳng theo tiêu chuẩn quốc tế về chỉ số đo độ gồ ghề (IRI), được đo theo hướng dẫn tại 22 TCN 277 Việc đánh giá độ gồ ghề này phải thực hiện tại thời điểm bắt đầu khai thác để đảm bảo đạt các tiêu chí của tiêu chuẩn, như được quy định trong Bảng 1-1.

Bảng 1-1: Yêu cầu về độ bằng phẳng tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu

Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km) Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Đ-ờng xây dựng mới Đ-ờng cải tạo, nâng cấp

Từ 40 đến 20 (mặt đ-ờng nhựa)  4,0  5,0

Từ 40 đến 20 (mặt đ-ờng cấp thấp)  6,0  8,0 Độ bằng phẳng cũng đ-ợc đánh giá bằng th-ớc dài 3m theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 16

Quy trình xác định độ bằng phẳng mặt đường bao gồm các tiêu chuẩn cụ thể về khe hở đối với các cấp đường khác nhau Đối với mặt đường cấp cao A1 (bê tông nhựa), 70% số khe hở phải dưới 3mm và 30% còn lại phải dưới 5mm, trong khi tất cả các khe hở không được vượt quá 5mm Đối với các mặt đường cấp thấp hơn như B1 và B2, tất cả các khe hở đều phải dưới 10mm để đảm bảo chất lượng mặt đường Ngoài ra, phần lề gia cố dành cho xe máy và xe thô sơ cũng phải đạt độ bằng phẳng phù hợp, tương tự như phần xe chạy cho ôtô liền kề, nhằm đảm bảo an toàn và thuận tiện khi lưu thông.

Độ nhám của bề mặt kết cấu áo đường bê tông nhựa phải đáp ứng yêu cầu tối thiểu theo quy định, dựa trên chỉ tiêu chiều sâu rắc cát trung bình phù hợp với tốc độ xe lưu thông và mức độ nguy hiểm của đoạn đường, được quy định tại Bảng 1-2 theo quy trình 22 TCN - 278.

Bảng 1-2: Yêu cầu về độ nhám mặt đ-ờng

Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h)

Hoặc mức độ nguy hiểm Chiều sâu rắc cát trung bình H tb (mm)

H tb  0,45 Đ-ờng qua địa hình khó khăn nguy hiểm

(đ-ờng vòng quanh co, đ-ờng cong bán kính d-ới 150m mà không hạn chế tốc độ, đoạn có dốc dọc >5%, chiều dài dốc

1 Đối với đ-ờng cao tốc các loại, các cấp theo TCVN 5729 : 1997 và đối với đ-ờng cấp I, cấp II theo TCVN 4054 : 2005 (là các đ-ờng mỗi chiều xe chạy có

Trong các đoạn đường có 2 làn xe và có giải phân cách giữa, trừ các đoạn có biển hạn chế tốc độ, lớp mặt đường cần được thiết kế tạo nhám với chiều sâu rắc cát trung bình ít nhất là 0,55mm để đảm bảo an toàn và giảm thiểu trơn trượt cho phương tiện lưu thông.

Trong trường hợp không có biển báo hạn chế tốc độ, tốc độ xe chạy yêu cầu có thể lấy bằng 1,25 lần tốc độ thiết kế tương ứng với cấp hạng đường thiết kế, theo quy định tại mục 3.5.1 TCVN 4054:2005.

1.3.5 Về độ lún cho phép của kết cấu áo đ-ờng

Trong trường hợp kết cấu áo đường trên đoạn nền đường qua vùng đất yếu có nguy cơ phát sinh độ lún lớn và kéo dài, cần đảm bảo các yêu cầu thiết kế phù hợp về độ lún nhằm đảm bảo an toàn và ổn định của công trình Việc kiểm soát độ lún giúp giảm thiểu rủi ro mất cân bằng kết cấu và kéo dài tuổi thọ của đường bộ Các giải pháp kỹ thuật phù hợp phải được áp dụng để hạn chế ảnh hưởng của nền đất yếu, từ đó duy trì sự bền vững và chức năng của tuyến đường trong thời gian dài.

Sau khi hoàn thành thi công kết cấu áo đường, độ lún cố kết còn lại được phép trong vòng 15 năm kể từ ngày đưa công trình vào khai thác, theo quy định tại Bảng 1-3.

Bảng 1-3: Độ lún cho phép còn lại trong thời hạn 15 năm tại tim đ-ờng sau khi thi công xong kết cấu áo đ-ờng:

Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Cấp hạng đ-ờng và loại tầng mặt kết cấu áo đ-ờng Gần mố cÇu

Chỗ có cống hoặc cống chui

Các đoạn nền đắp thông th-ờng

1 Đ-ờng cao tốc các loại, đ-ờng cấp I, đ-ờng cấp II hoặc đ-ờng cấp III vùng đồng bằng và đồi

(tức là các cấp đ-ờng có tốc độ thiết kế từ 80Km/h trở lên) có tầng mặt là loại cấp cao A1

2 Đ-ờng cấp III hoặc cấp IV có tốc độ thiết kế từ 60Km/h trở lên và có tầng mặt là loại cấp cao A1

- Độ lún của kết cấu áo đ-ờng ở đây cũng chính bằng độ lún của nền đ-ờng đắp trên đất yếu;

Độ lún còn lại là phần lún chưa hết sau khi hoàn thành kết cấu áo đường, xác định bằng tổng lượng lún dự báo trong thời hạn nhất định trừ đi độ lún đã xảy ra trong quá trình thi công nền đắp Việc tính toán chính xác độ lún còn lại giúp đảm bảo ổn định và độ bền lâu dài của công trình đường bộ Đo lường và dự báo độ lún còn lại đóng vai trò quan trọng trong quá trình quản lý và kiểm soát chất lượng công trình xây dựng đường.

Chiều dài đoạn đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng mố cầu liền kề, đảm bảo độ ổn định và an toàn cho công trình Đối với đoạn đường có cống thoát nước hoặc cống chui qua dưới đường, chiều dài này được xác định từ 3 đến 5 lần bề rộng của móng cống hoặc bề rộng của cống chui qua đường, giúp đảm bảo khả năng thoát nước hiệu quả và giảm thiểu rủi ro gây ngập úng hoặc hỏng hóc kết cấu.

Đối với các đoạn đường có loại tầng mặt là cấp cao A1 được nêu ở Bảng 1-3, nếu độ lún còn lại trong vòng 15 năm kể từ khi hoàn thiện áo đường vượt quá mức quy định tại Bảng 1-3, cần áp dụng các biện pháp xử lý đất yếu nhằm giảm độ lún còn lại để đạt yêu cầu theo Bảng 3-1.

Các tuyến đường có tốc độ thiết kế từ 40 km/h trở xuống hoặc có kết cấu áo đường mềm cấp cao A2 hoặc cấp thấp không cần đề cập đến yêu cầu về độ lún cố kết còn lại khi thiết kế Việc này giúp áp dụng nguyên tắc phân kỳ trong thiết kế kết cấu áo đường cho các tuyến đường cấp III trở xuống, nhằm giảm thiểu chi phí xử lý nền đất yếu và tối ưu hóa quá trình thiết kế.

Nội dung công tác thiết kế áo đ-ờng mềm

Công tác thiết kế áo đ-ờng mềm gồm các nội dung chủ yếu sau:

Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đường tập trung vào việc lựa chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng áo đường Điều này bao gồm việc chọn các giải pháp nhằm tăng cường khả năng chịu lực và đảm bảo sự ổn định của khu vực tác dụng Ngoài ra, cần xem xét các giải pháp thoát nước hiệu quả để duy trì độ bền và độ ổn định của kết cấu nền áo đường trong quá trình sử dụng.

Việc thiết kế cấu tạo này đóng vai trò cực kỳ quan trọng vì nhiều yêu cầu trong Khoản 1.3 không thể giải quyết bằng phương pháp tính toán Đặc biệt, để hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt do xe cộ và các tác nhân môi trường gây ra, chỉ có thể sử dụng các biện pháp cấu tạo phù hợp mới đạt hiệu quả.

Trong quá trình kiểm tra cường độ chung và cường độ riêng của các lớp kết cấu áo đường, cần xác định chính xác bề dày từng lớp dựa trên các tiêu chuẩn giới hạn cho phép Việc tính toán này đảm bảo các lớp kết cấu áo đường đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, an toàn và bền vững theo quy định tại Chương 3 của tiêu chuẩn Điều này giúp đảm bảo độ bền, ổn định của công trình đường bộ, đồng thời tối ưu hóa việc thiết kế và thi công các lớp kết cấu áo đường phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật.

Trong quá trình thiết kế, cần tính toán và xác định tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa vật liệu hạt khoáng với chất liên kết phù hợp cho từng loại vật liệu Đồng thời, kiểm nghiệm các đặc tính cơ học của vật liệu để đưa ra yêu cầu cụ thể phù hợp với từng lớp kết cấu Ngoài ra, cần đảm bảo tỷ lệ phối hợp các thành phần vật liệu đạt mục tiêu thiết kế, đồng thời phản ánh đúng trong chế thử và trong quá trình sản xuất đại trà để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của sản phẩm cuối cùng.

Tại các đoạn đường có bố trí siêu cao độ ≥6%, trạm thu phí và điểm dừng đỗ xe, cần thiết kế kết cấu áo đường với mức độ tin cậy cao hơn so với các đoạn đường thông thường liền kề để đảm bảo an toàn và độ bền công trình.

Nội dung và yêu cầu đối với công tác điều tra thu thập số liệu thiết kế

Để thiết kế áo đường mềm đạt các yêu cầu đã nêu, trước hết cần tiến hành điều tra, khảo sát, thí nghiệm và thu thập đủ các số liệu về quy mô giao thông, loại đất và đặc tính cơ lý của nền đất, cũng như các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến đặc tính cơ học của nền đất và các lớp kết cấu áo đường Ngoài ra, cần xác định khả năng cung cấp vật liệu, đặc tính của vật liệu dùng làm lớp áo đường, điều kiện thi công, giá vật liệu xây dựng và điều kiện duy tu, sửa chữa, khai thác tuyến đường Đặc biệt, trong các dự án cải tạo, nâng cấp đường cũ, cần đo đạc xác định bề dày, vật liệu các lớp kết cấu cũ, theo dõi cường độ của kết cấu nền và đánh giá các chỉ tiêu khai thác khác của đường cũ để đảm bảo thiết kế phù hợp và hiệu quả.

Để thiết kế kết cấu áo đường mềm chính xác và hiệu quả, số liệu điều tra và dự báo lưu lượng giao thông cần đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt Việc thu thập dữ liệu lưu lượng giao thông phải đảm bảo tính đại diện, chính xác và liên tục nhằm phản ánh đúng tình hình thực tế Ngoài ra, dự báo lưu lượng giao thông cần dựa trên các phương pháp khoa học, tiên tiến để dự đoán chính xác lưu lượng trong các giai đoạn khác nhau, từ đó hỗ trợ quá trình thiết kế kết cấu phù hợp, bền vững và tối ưu chi phí xây dựng.

Để quản lý giao thông hiệu quả, cần điều tra và dự báo lưu lượng giao thông trên từng đoạn đường, phân chia các đoạn này dựa trên điểm có lưu lượng tăng giảm hoặc ra vào tuyến nhiều ít khác nhau, như các nút giao lớn, trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá, bến tàu, cảng hàng không và các tuyến đường thủy.

Cần tránh tình trạng trên một tuyến dài hàng trăm cây số vẫn chỉ tính toán kết cấu với cùng một quy mô giao thông

Để đảm bảo phù hợp với yêu cầu, cần dự báo chính xác số lượng trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm, tính trên các chiều xe hoạt động cả năm và trong các tháng mùa mưa là mùa bất lợi nhất, vào năm cuối của thời hạn thiết kế Việc dự báo này phải dựa trên các số liệu chính xác và đáng tin cậy, đặc biệt chú trọng điều tra và dự báo đúng các dữ liệu liên quan như đề cập trong mục 1.3.2 và cách quy đổi về trục xe tiêu chuẩn theo quy định tại mục 3.2.3, nhằm đảm bảo các dự báo phù hợp và góp phần nâng cao hiệu quả quản lý, vận hành của hệ thống.

Dưới đây là các điểm chính cần lưu ý về thành phần dòng xe: Không cần quan tâm đến xe máy, xe thô sơ, xe ô tô du lịch và các xe tải trục nhẹ dưới 25 kN Tuy nhiên, cần đặc biệt chú trọng vào việc điều tra và dự báo số lượng trục xe, bao gồm cả trục trước và trục sau, có trọng lượng trục từ 25 kN trở lên Ngoài ra, các loại xe có nhiều trục sau, chẳng hạn như 2 hoặc 3 trục, cũng cần được lưu ý để đảm bảo phân tích chính xác.

Đối với các xe tải nặng và xe đặc chủng, cần thiết phải xác định rõ số trục trước, số trục sau và trọng lượng của từng trục, đặc biệt khi xe chở hàng Quá trình này được thực hiện bằng cách cân, đo trực tiếp để đảm bảo chính xác Việc điều tra và xác định số trục cùng trọng lượng của các trục xe giúp đảm bảo an toàn kỹ thuật và phù hợp quy chuẩn kiểm định Ngoài ra, khoảng cách giữa các trục cũng cần được đo đạc để đánh giá cấu hình xe chính xác và đáp ứng các yêu cầu về vận tải.

Để đảm bảo dự báo đúng năm cuối của thời hạn thiết kế, cần xác định chính xác năm đầu tiên có kết cấu áo đường vào khai thác sử dụng, dựa trên dự báo thời gian khảo sát và thiết kế dự án Việc này cần dự tính đúng thời điểm hoàn thành các thủ tục pháp lý để khởi công công trình và thời gian thi công xây dựng đường Tránh tuyệt đối hiện tượng lấy năm được giao nhiệm vụ thiết kế làm năm đầu tiên để dự báo khối lượng giao thông tại năm cuối của hạn chế, nhằm đảm bảo tính chính xác và khả thi của kế hoạch dự báo.

- Phải phân tích dự báo đúng đ-ợc tỷ lệ tăng tr-ởng l-ợng giao thông trung b×nh n¨m q

Dựa trên dữ liệu dự báo đã đề cập, cần xác định lượng trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên mỗi làn xe trong suốt thời hạn thiết kế để làm căn cứ lựa chọn loại tầng mặt phù hợp Việc này giúp xác định bề dày tối thiểu của lớp mặt bằng bê tông nhựa khi thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm, đảm bảo đáp ứng yêu cầu về khả năng chịu lực và tuổi thọ của mặt đường trong điều kiện sử dụng thực tế.

Dự báo số liệu cần phản ánh chính xác lượng giao thông tăng bình thường, lượng giao thông hấp dẫn và lượng giao thông phát sinh, nhằm đảm bảo phân tích toàn diện (theo mục 1.2.13, 1.2.14, 1.2.15).

1.5.3 Yêu cầu đối với việc điều tra khả năng tác động của các nguồn gây ẩm

Để đảm bảo hiệu quả trong công tác dự báo độ ẩm và thiết kế hệ thống thoát nước, cần xác định các mức nước ngầm cao nhất dưới nền đào và nền đắp, cũng như mức nước ngập cao nhất hai bên taluy nền đắp trong mùa mưa bất lợi nhất Thông tin này giúp lựa chọn các giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm hạn chế sự xâm nhập của ẩm vào khu vực đường, đồng thời tối ưu hóa việc tổ chức hệ thống thoát nước nhanh cho các lớp móng, đặc biệt là các lớp móng bằng vật liệu hạt.

1.5.4 Yêu cầu đối với việc điều tra loại đất nền và các đặc tr-ng cơ lý của đất nền

Phạm vi và đối tượng điều tra bao gồm các loại đất sử dụng để đắp trong phạm vi khu vực tác dụng của đoạn nền đắp Đối với đoạn nền đào, việc điều tra tập trung vào các lớp đất tự nhiên trong phạm vi khu vực tác dụng, đặc biệt sau khi dự kiến thi công đường đỏ thiết kế, cần kiểm tra từng lớp đất 20cm trong phạm vi 100cm từ cao độ đáy đường để phát hiện sự không đồng nhất của các lớp đất trong nền đào.

2 Những đặc tr-ng phải điều tra, thử nghiệm xác định:

- Dung trọng khô lớn nhất  kmax và độ ẩm tốt nhất W op xác định thông qua thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn;

- Chỉ số dẻo, giới hạn nhão, độ tr-ơng nở của đất;

Độ ẩm t-ơng đối của đất nền đào ở trạng thái tự nhiên trong mùa mưa gồm độ ẩm tự nhiên (Wtn), độ ẩm giới hạn nhão (Wnh), và dung trọng khô (tn), phản ánh tình trạng đất tự nhiên trước khi thi công Độ chặt tn /kmax thể hiện mức độ nén chặt của đất nền sau khi thực hiện đầm nén tiêu chuẩn, giúp đánh giá khả năng chịu tải và độ ổn định của nền đất trong quá trình thi công Các chỉ số này là yếu tố quan trọng trong đánh giá tính chất kỹ thuật của đất nền, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho công trình xây dựng.

Các đặc trưng về cường độ chịu cắt trượt, bao gồm lực dính C và góc nội ma sát φ, được xác định dựa trên trạng thái chặt, ẩm của đất đắp và trạng thái tự nhiên của đất nền trong mùa bất lợi nhất Những thông số này là yếu tố quan trọng trong thiết kế, giúp đảm bảo khả năng chịu lực của đất nền khi đối mặt với các tác động từ môi trường khắc nghiệt Việc xác định chính xác các đặc trưng này giúp nâng cao độ bền và an toàn cho công trình xây dựng, đặc biệt trong các điều kiện đất đắp và nền đất yếu.

Chỉ số sức chịu tải CBR trong điều kiện ngâm mẫu bão hòa nước 4 ngày đêm và trị số mô đun đàn hồi E₀ thí nghiệm (phòng hoặc hiện trường) phản ánh trạng thái nền đất chặt, ẩm tự nhiên trong điều kiện bất lợi nhất cho nền đào Những chỉ số này được sử dụng để đánh giá khả năng chịu lực của nền đất và tương ứng với độ ẩm tính toán phù hợp cho đất nền đắp, giúp đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình xây dựng.

Các đặc tr-ng nêu trên phải đ-ợc xác định theo các tiêu chuẩn Nhà n-ớc hoặc tiêu chuẩn ngành hiện hành

1.5.5 Yêu cầu về việc điều tra và thử nghiệm vật liệu làm các lớp áo đ-ờng:

1 Phải điều tra xác định nguồn cung cấp, chất l-ợng, trữ l-ợng các loại vật liệu hạt và các loại vật liệu dùng làm chất liên kết;

Đối với các loại vật liệu hạt như đất, cát, sỏi cuội, đá nghiền, cấp phối các loại, tro bay hoặc xỉ phế thải công nghiệp, đều phải tiến hành kiểm tra và đánh giá chất lượng sử dụng phù hợp với các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu các lớp kết cấu áo đường mềm hiện hành Trong trường hợp chưa có tiêu chuẩn quy định, đơn vị tư vấn thiết kế có thể tự nghiên cứu, tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước để đề xuất các chỉ tiêu yêu cầu, tuy nhiên các chỉ tiêu này phải được cơ quan quản lý kỹ thuật phê duyệt và chấp thuận mới áp dụng.

Nguyên tắc thiết kế

Nguyên tắc thiết kế tổng thể nền áo đường phải đặt lên hàng đầu, tập trung vào việc nâng cao cường độ và sự ổn định của khu vực tác dụng để tối đa khả năng chịu lực của nền đất cùng với áo đường, giúp giảm độ dày và tiết kiệm chi phí xây dựng Đồng thời, cần áp dụng các biện pháp tổng hợp như sử dụng vật liệu đa dạng, tổ hợp các thành phần vật liệu và giải pháp thoát nước để hạn chế tác động của ẩm và nhiệt đến cường độ, độ bền của từng lớp trong cấu trúc áo đường Đặc biệt, việc hạn chế các hiện tượng phá hoại bề mặt lớp mặt trên cùng do tác động của xe chạy cũng rất quan trọng để đảm bảo độ bền lâu dài của công trình.

Trong việc thiết kế kết cấu áo đưòng, cần chọn và bố trí đúng các tầng, lớp vật liệu phù hợp với chức năng của từng bộ phận để đảm bảo kết cấu đáp ứng các yêu cầu cơ bản theo tiêu chuẩn, đồng thời phù hợp với khả năng cung ứng vật liệu, thi công và khai thác, bảo trì sau này.

Nên tận dụng tối đa các vật liệu và phế thải công nghiệp tại chỗ, có thể sử dụng trực tiếp hoặc gia cố bằng chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ để tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả Bên cạnh đó, việc áp dụng kinh nghiệm xây dựng và khai thác áo đườ­ng phù hợp với điều kiện thực tế của từng địa phương là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng và độ bền của công trình đường bộ qua khu vực đó.

Cần đề xuất từ 2 đến 3 phương án cấu tạo kết cấu áo đường để lựa chọn phương án tối ưu Các phương án thiết kế phải chú trọng đến yếu tố bảo vệ môi trường, đảm bảo an toàn giao thông, đồng thời đảm bảo sức khoẻ và an toàn cho những người thi công Việc lựa chọn phương án phù hợp cần cân nhắc các tiêu chí này nhằm nâng cao hiệu quả và bền vững của công trình.

Trong thiết kế kết cấu áo đường, cần xem xét phương án phân kỳ đầu tư để phù hợp với quy hoạch tương lai Đồng thời, cần tính toán biện pháp tăng cường bề dày mặt đường nhằm nâng cao khả năng phục vụ, đáp ứng sự gia tăng của lượng xe chạy theo thời gian Đặc biệt, đối với các loại đường cao tốc và đường cấp I hoặc cấp II, không nên xem xét phương án phân kỳ xây dựng áo đường để đảm bảo tính liên tục và ổn định của công trình.

Đối với các đoạn đường có tầng mặt cấp cao A1 qua vùng đất yếu có khả năng phát sinh độ lún lớn và kéo dài, có thể thiết kế kết cấu nền áo đường theo nguyên tắc phân kỳ xây dựng để bảo vệ tầng mặt khỏi hư hại do lún Khi thiết kế, cần dựa trên lượng giao thông dự kiến cuối thời hạn để xác định bề dày kết cấu phù hợp, và trong quá trình thi công, có thể giảm bề dày tầng mặt tương ứng với thời gian phân kỳ Sau khi nền đường ổn định, mới tiến hành rải tiếp lớp mặt bê tông nhựa cấp cao A1 hoặc các lớp tạo phẳng, tạo nhám trên cùng nhằm đảm bảo độ bền và chất lượng mặt đường.

Cấu tạo tầng mặt và các yêu cầu thiết kế

2.2.1 Chức năng và phân loại tầng mặt:

Tầng mặt của kết cấu áo đường chịu tác động trực tiếp của xe cộ và các yếu tố thời tiết, khí hậu gây phá hoại bề mặt Thiết kế tầng mặt cần sử dụng vật liệu và bề dày các lớp phù hợp để đảm bảo khả năng chống chịu các tác nhân gây hại này, đồng thời đáp ứng yêu cầu về độ bằng phẳng và độ nhám để đảm bảo an toàn và thoải mái cho giao thông Vật liệu làm lớp tầng mặt phải có tính ổn định nhiệt, ổn định nước và hạn chế thấm nước nhằm duy trì độ bền chắc và phù hợp với điều kiện khai thác lâu dài của đường bộ.

Tầng mặt kết cấu áo đường mềm được phân thành 4 loại cấp độ dựa trên mức độ đảm bảo các yêu cầu đề ra, gồm có cấp cao A1, cấp cao A2, cấp thấp B1 và cấp thấp B2 Mỗi loại này được định nghĩa rõ ràng trong các mục 1.2.8, 1.2.9, 1.2.10 và 1.2.11, phù hợp với tiêu chuẩn về chất lượng và độ bền của cấu trúc đường mềm.

Khi thiết kế cấu tạo lớp áo đường mềm, cần xác định dựa trên cấp hạng đường, thời hạn thiết kế và tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên mỗi làn xe trong suốt thời gian thi công Việc lựa chọn loại tầng mặt thiết kế phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố này Nếu chủ đầu tư không có yêu cầu đặc biệt, có thể tham khảo bảng 2-1 để chọn loại tầng mặt phù hợp cho dự án.

Trong Bảng 2-1 cùng một cấp thiết kế đường, có thể lựa chọn các loại tầng mặt khác nhau để hình thành các phương án thiết kế kết cấu áo đường khác nhau, kể cả phương án phân kỳ đầu tư Để đưa ra quyết định cuối cùng, cần tiến hành phân tích so sánh tổng chi phí xây dựng, khai thác và vận hành của các phương án Khi lưu lượng giao thông còn chưa lớn nhưng đường có chức năng và ý nghĩa kinh tế, xã hội quan trọng, vẫn có thể chọn loại tầng mặt cấp cao hơn dựa trên kết quả phân tích so sánh kinh tế và đánh giá tác động môi trường.

Bảng 2-1: Chọn loại tầng mặt

Loại tầng mặt Vật liệu và cấu tạo tầng mặt

Số trục xe tiêu chuÈn tÝch lòy trong thời hạn thiÕt kÕ (trôc xe tiêu chuẩn/làn)

CÊp I, II, III và cấp IV

Bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ, hạt trung làm lớp mặt trên; hạt trung, hạt thô (chặt hoặc hở loại I hoặc loại II) làm lớp mặt d-íi

CÊp III, IV và cấp V

- Bê tông nhựa chặt loại II, đá dăm đen và hỗn hợp nhựa nguội trên có láng nhựa

- Láng nhựa (cấp phối đá dăm, đá dăm tiêu chuẩn, đất đá gia cố trên có láng nhựa)

Cấp phối đá dăm, đá dăm n-ớc, hoặc cấp phối thiên nhiên trên có lớp bảo vệ rời rạc (cát) hoặc có lớp hao mòn cấp phối hạt nhá

Loại tầng mặt Vật liệu và cấu tạo tầng mặt

Số trục xe tiêu chuÈn tÝch lòy trong thời hạn thiÕt kÕ (trôc xe tiêu chuẩn/làn)

- Đất, đá tại chỗ, phế liệu công nghiệp gia cố (trên có lớp hao mòn, bảo vệ)

- Về định nghĩa các loại tầng mặt xem thêm ở các mục 1.2.8, 1.2.9, 1.2.10 và 1.2.11;

- Trị số số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ chỉ để tham khảo (tức là không có ý nghĩa quyết định đến việc chọn loại tầng mặt);

- Về lớp hao mòn và lớp bảo vệ rời rạc xem ở mục 2.2.5

2.2.3 Bố trí lớp tạo nhám trên tầng mặt cấp cao A1

Trên tầng mặt cấp cao A1, cần bố trí lớp tạo nhám kiêm chức năng lớp hao mòn tạo phẳng dày từ 1,5 đến 3,0 cm bằng bê tông nhựa có độ nhám cao theo tiêu chuẩn 22 TCN 345 - 06, hoặc sử dụng lớp tạo nhám bằng hỗn hợp nhựa thoát nước dày 3-4cm trong các trường hợp phù hợp.

- Đ-ờng cao tốc (các loại và các cấp);

- Đ-ờng cấp I, cấp II và cấp III đồng bằng (là các đ-ờng đ-ợc thiết kế với tốc độ thiết kế bằng hoặc lớn hơn 80Km/h);

Lớp hỗn hợp thoát nước thường được làm từ hỗn hợp vật liệu hạt cứng trộn với nhựa bitum polymer, có độ rỗng từ 15-20% Do hiện tại chưa có tiêu chuẩn chính thức tại Việt Nam, cần thực hiện các thử nghiệm trước khi sử dụng lớp này trong công trình Lớp hỗn hợp thoát nước này được tính vào tổng bề dày chịu lực của kết cấu để đảm bảo tính ổn định và an toàn.

Tại các đoạn đường đặc biệt nguy hiểm trên tầng mặt cấp cao A1, có tốc độ thiết kế từ 60 km/h trở lên, cần xem xét việc lắp đặt lớp tạo nhám để tăng cường sự bám dính cho phương tiện Điều này đặc biệt quan trọng trên các đoạn dốc dài có độ dốc lớn hơn 5% hoặc các đoạn nền đắp cao vượt qua vùng sườn núi, nhằm đảm bảo an toàn và giảm nguy cơ mất kiểm soát khi phương tiện lưu thông.

Lớp hao mòn, tạo nhám và tạo phẳng cho tầng mặt cấp cao A2 thường được xây dựng bằng lớp láng nhựa gồm 1, 2 hoặc 3 lớp theo tiêu chuẩn 22 TCN 271 Lớp láng nhựa được rải trên các mặt bằng bê tông nhựa hở, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội, lớp thấm nhập nhựa và các mặt đường nhựa cũ để đảm bảo chức năng chống mài mòn và tạo cấu trúc bền vững cho mặt đường Riêng với tầng mặt thấm nhập nhựa, lớp láng nhựa không được thi công thành lớp riêng theo đúng quy định tại 22 TCN 270.

2.2.5 Bố trí lớp hao mòn hoặc lớp bảo vệ trên mặt đ-ờng cấp thấp:

Trên các loại tầng mặt cấp thấp B1, cần bố trí lớp hao mòn bằng cấp phối hạt nhỏ hoặc lớp bảo vệ rời rạc, đặc biệt đối với các đường quan trọng hơn, có thể kết hợp cả hai lớp để bảo vệ tốt hơn Trên mặt đường cấp phối thiên nhiên thường dùng lớp hao mòn để bảo vệ lớp dưới, trong khi đó, mặt đường đá dăm nước và cấp phối đá dăm thường yêu cầu rải lớp bảo vệ rời rạc nhằm chống mài mòn và bảo vệ cấu trúc Các lớp này phải được duy tu thường xuyên bằng cách bổ sung vật liệu và san gạt để giữ phẳng mặt đường, hạn chế tác dụng phá hoại của xe cộ và duy trì tính ổn định của tầng mặt đường.

Lớp hao mòn thường dày từ 2 đến 4cm, được làm bằng cấp phối hạt nhỏ có thành phần hạt loại C, D, E theo tiêu chuẩn 22 TCN 304 Để đảm bảo chất lượng, cần có chỉ số dẻo từ 15-21, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Có thể trộn đều cát và sỏi để tạo ra cấp phối hạt đạt chuẩn này, giúp tăng độ bền và khả năng chịu lực của lớp hao mòn trong các công trình xây dựng.

3 Lớp bảo vệ th-ờng dày 0,5-1,0cm bằng cát thô, cát lẫn đá mi, đá mạt với cỡ hạt lớn nhất là 4,75mm;

4 Đối với mặt đ-ờng cấp thấp B2 khi có điều kiện cũng nên rải và duy trì lớp bảo vệ rời rạc

2.2.6 Bố trí các lớp trong tầng mặt cấp cao A1

Các lớp nền chủ yếu cùng với tầng móng và khu vực tác dụng của nền đất đóng vai trò xây dựng cường độ chung của kết cấu nền đường Đặc biệt, trong trường hợp tầng mặt cấp cao A1, các lớp vật liệu phải sử dụng hỗn hợp hạt có chứa nhựa đường, lớp trên cùng sử dụng bê tông nhựa chặt loại I trộn nóng để đảm bảo độ bền và ổn định Các lớp dưới có thể là bê tông nhựa loại II, bê tông nhựa rỗng, đá dăm đen, bê tông nhựa nguội (kết hợp nhựa lỏng hoặc nhũ tương nhựa), hoặc các lớp thấm nhập nhựa, nhằm tối ưu hóa khả năng chịu tải và đảm bảo chất lượng nền đường.

Trên các tuyến đường cao tốc, đường cấp I, cấp II hoặc cấp III có quy mô giao thông lớn, tầng mặt cấp cao A1 có thể được bố trí thành 3 lớp hoặc 2 lớp nhằm đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền cao Việc thiết kế này phù hợp với nhu cầu tải trọng lớn, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và an toàn cho phương tiện giao thông Các giải pháp thi công này tối ưu hóa khả năng phân chia tải trọng, giảm rủi ro hư hỏng mặt đường trong điều kiện lưu lượng xe đông đúc.

Trong thiết kế phân lớp, có thể bố trí thành 3 lớp bê tông nhựa nhằm tối ưu hóa kết cấu mặt đường Một phương án là đặt lớp bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ ở trên cùng với độ dày từ 3,0 - 4,0cm, kế đến là lớp bê tông nhựa hạt trung dày từ 4,0 – 6,0cm, và cuối cùng là lớp bê tông nhựa hạt lớn dày từ 5,0 – 6,0cm Alternatif khác là bố trí lớp trên cùng là bê tông nhựa chặt loại I hạt trung có độ dày từ 4,0 – 5,0cm, tiếp theo là hai lớp bê tông nhựa hạt lớn dày lần lượt 5,0 – 6,0cm và 6,0 – 8,0cm ở phía dưới để tăng cường khả năng chịu lực và độ bền của mặt đường.

Trong trường hợp bố trí thành 2 lớp, có thể sử dụng lớp bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ dày 3,0 – 4,0cm ở lớp trên cùng, tiếp theo là lớp bê tông nhựa hạt trung dày 4,0 – 5,0cm Ngoài ra, có thể bố trí lớp trên cùng là bê tông nhựa chặt loại I hạt trung dày 4,0 – 5,0cm rồi đến lớp bê tông nhựa hạt lớn dày 6,0 – 8,0cm để đảm bảo tính phù hợp và độ bền của mặt đường.

(Các lớp d-ới có thể dùng bê tông nhựa rỗng hoặc loại II, nhất là đối với lớp d-ới cùng)

Trong trường hợp đường cấp III có quy mô giao thông vừa phải và đường cấp IV đồng bằng, có thể bố trí tầng mặt gồm 1 hoặc 2 lớp bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ hoặc hạt trung Tổng bề dày tầng mặt nhựa trong trường hợp này không được dưới 6cm và không nên quá 8cm bất kể bố trí thành 1 hay 2 lớp Nếu bố trí thành 2 lớp, lớp dưới có thể không cần làm bằng bê tông nhựa nóng, mà có thể sử dụng các loại đã đề cập ở điểm 1; còn lớp trên phải là bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ hoặc hạt trung theo tiêu chuẩn 22 TCN 249 Khi sử dụng lớp thấm nhập nhựa làm lớp mặt dưới, không cần trộn lớp nhựa chèn đá mạt phía trên, giúp tối ưu hóa cấu trúc và thi công đường bộ.

2.2.7 Bố trí tầng mặt cấp cao A2

Thiết kế cấu tạo tầng móng

2.3.1 Nguyên tắc bố trí cấu tạo tầng móng:

Tầng móng có chức năng truyền áp lực từ bánh xe xuống mặt đường sao cho áp lực này đủ nhỏ để nền đất chịu đựng được về cả ứng suất và biến dạng Tầng móng cần đủ cứng để giảm ứng suất kéo uốn tại đáy tầng mặt cấp cao bằng bê tông nhựa phía trên Việc bố trí cấu tạo tầng móng cần tuân thủ các nguyên tắc đảm bảo truyền lực hiệu quả và khả năng chống biến dạng của nền đất.

Nên thiết kế móng gồm nhiều lớp, trong đó lớp trên sử dụng vật liệu có cường độ và khả năng chống biến dạng cao hơn các lớp dưới để phù hợp với phân bố ứng suất và giảm thiểu chi phí xây dựng Tỷ số mô đun đàn hồi của lớp trên so với lớp dưới nên nhỏ hơn 3 lần (trừ trường hợp móng nửa cứng), còn tỷ số này giữa lớp móng dưới và nền đất nên nằm trong khoảng 2,5 đến 10 lần, nhằm tối ưu độ chịu lực và độ ổn định của công trình Đồng thời, số lớp trong móng không nên quá nhiều để tránh phức tạp trong thi công và kéo dài thời gian thi công dây chuyền, đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

Trong xây dựng, cỡ hạt của vật liệu làm các lớp móng trên nên nhỏ hơn cỡ hạt lớn nhất của lớp móng dưới để đảm bảo độ bền và ổn định Vật liệu dùng làm lớp móng trên cần có trị số CBR đạt từ 80 trở lên, trong khi đó, lớp móng dưới yêu cầu trị số CBR tối thiểu là 30 để đảm bảo khả năng chịu tải tốt Việc chọn lựa cỡ hạt phù hợp cùng với chỉ tiêu CBR phù hợp sẽ giúp tăng tuổi thọ và độ bền của công trình xây dựng.

Kết cấu tầng móng cần được điều chỉnh về vật liệu và bề dày phù hợp với điều kiện nền đất và tình hình vật liệu tại chỗ sẵn có Việc tận dụng vật liệu tại chỗ, bao gồm cả phế thải công nghiệp, là cách tiết kiệm và hiệu quả trong thi công móng Chọn vật liệu phù hợp và cân đối về bề dày tầng móng giúp đảm bảo tính vững chắc và ổn định của công trình.

Dựa vào các nguyên tắc đã đề cập, việc lựa chọn và bố trí các lớp móng trên, móng dưới phải phù hợp với loại tầng mặt nhà theo hướng dẫn trong Bảng 2-3 Để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình, cần chú ý đến các yếu tố quan trọng như đặc tính của tầng mặt, tải trọng tác dụng và điều kiện địa chất của khu vực Việc tuân thủ đúng các nguyên tắc này giúp tối ưu hóa quá trình thi công, nâng cao độ bền và tuổi thọ của kết cấu móng nhà.

Đối với các tuyến đường cao tốc, đường cấp I, II và các tuyến đường có 4 làn xe trở lên cần sử dụng các lớp móng nửa cứng để đảm bảo mức độ đồng đều về cường độ trên toàn bộ bề rộng phần xe chạy Các biện pháp cụ thể bao gồm bố trí lớp móng dưới bằng cát hoặc đất gia cố các chất liên kết vô cơ, cùng với lớp móng trên được làm từ cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng nhằm tăng độ bền và ổn định của công trình đường bộ.

Để đảm bảo tính ổn định của đoạn đường, khi có khả năng bị ảnh hưởng bởi ẩm mốc dẫn từ nước ngầm phía dưới, nên sử dụng lớp móng dưới được gia cố bằng vật liệu đất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ Lớp móng này cần có độ dày tối thiểu là 15cm để tăng khả năng chống ẩm mốc và duy trì độ bền của kết cấu đường.

Trong xây dựng, nếu lớp móng còn có chức năng thấm thoát nước ra khỏi kết cấu áo đường, việc lựa chọn vật liệu phù hợp là rất quan trọng Chọn vật liệu có độ rỗng sau khi đầm nén chặt nằm trong khoảng nhất định giúp đảm bảo khả năng thấm nước hiệu quả, duy trì độ bền và ổn định của công trình Điều này giúp tối ưu hóa khả năng thoát nước của lớp móng, giảm nguy cơ gây ra các vấn đề về rạn nứt hoặc sụt lún do tích tụ nước dưới nền móng Việc xác định chính xác mức độ rỗng cần thiết sau khi đầm nén chặt là yếu tố then chốt để đảm bảo lớp móng có khả năng thấm nước tốt và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dự án.

15 –20%, cấp phối hạt không đ-ợc chứa cỡ hạt  0,074m và hệ số thấm phải lớn hơn 3m/ngày đêm

Trong các trường hợp đặc biệt khó khăn như thiếu phương tiện gia công đá hoặc không có xe máy thi công, có thể sử dụng lớp móng bằng đá ba xếp chèn chặt, phù hợp cho các loại mặt đường cấp thấp B1, B2 Đá ba có kích cỡ lớn nhất từ 18 đến 24cm, đảm bảo tính ổn định và độ bền của móng trong điều kiện thi công hạn chế.

Để đảm bảo chống thấm nước và bảo vệ móng, cần thiết kế một lớp láng nhựa trên móng cấp phối đá dăm hoặc đá dăm nước Lớp nhựa này giúp ngăn nước thấm xuống nền và tránh xe cộ thi công đi lại phá hoại móng trong quá trình thi công móng trước khi tiếp tục thi công các lớp phía trên Việc này cực kỳ quan trọng để giữ vững độ bền của công trình xây dựng.

Bảng 2-3: Chọn loại tầng móng Phạm vi sử dụng thích hợp

Lớp vật liệu làm móng Vị trí móng Loại tầng mặt Điều kiện sử dụng

1 Cấp phối đá dăm nghiền loại I

Trong việc thi công lớp móng trên, cỡ hạt lớn nhất của vật liệu nên không vượt quá Dmax  25mm, đảm bảo khả năng phân bố tải trọng hiệu quả Bề dày tối thiểu của lớp móng trên phải đạt ít nhất 15cm, đặc biệt khi số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm nhỏ hơn 0,1 x 10^6 thì yêu cầu bề dày tối thiểu giảm còn 10cm.

2 Cấp phối đá dăm nghiền loại II

Cấp cao A2 và cÊp thÊp B1

Nếu dùng làm lớp móng trên thì Dmax%mm;

Nếu dùng làm lớp bù vênh th× Dmaxmm

3 Cấp phối thiên nhiên (22 TCN 304

- Móng trên (mặt) và móng d-íi

Trong quá trình thi công và sau khi đưa vào khai thác, cần thiết phải có hệ thống rãnh xơng cá thoát nước để đảm bảo khả năng thoát nước hiệu quả, hạn chế tình trạng thấm nước vào lớp đá dăm Hệ thống rãnh này giúp kiểm soát lượng nước tích tụ, giảm thiểu nguy cơ sụt lún hoặc hư hỏng cấu trúc do thấm nước gây ra, đảm bảo độ bền và ổn định của công trình.

Nên có lớp ngăn cách (vải địa kỹ thuật) giữa lớp móng đá dăm n-ớc với nền đất khi làm móng có tầng mặt cấp cao A2;

Không đ-ợc dùng loại kích cỡ mở rộng trong mọi tr-ờng hợp

5 Bê tông nhựa rỗng theo 22 TCN

249; hỗn hợp nhựa trén nguéi, líp thÊm nhËp nhùa

Với các loại hỗn hợp cuội sỏi, cát, trộn nhựa nguội hiện ch-a có tiêu chuẩn ngành

Phạm vi sử dụng thích hợp

Lớp vật liệu làm móng Vị trí móng Loại tầng mặt Điều kiện sử dụng

6 Cấp phối đá (sỏi cuéi) gia cè xi m¨ng theo 22 TCN

245; cát gia cố xi m¨ng theo 22 TCN

Cỡ hạt lớn nhất đ-ợc sử dụng là 25mm

C-ờng độ yêu cầu của cát gia cố phải t-ơng ứng với yêu cầu đối với móng trên

7 Đất, cát, phế liệu công nghiệp

(xỉ lò cao, xỉ than, tro bay…) gia cè chất liên kết vô cơ, hữu cơ hoặc gia cố tổng hợp

Tr-ờng hợp gia cố chất kết dính vô cơ có thể tuân thủ

Các tr-ờng hợp gia cố khác hiện ch-a có tiêu chuẩn ngành

8 Đất cải thiện, gạch vỡ, phế thải công nghiệp (xỉ lò trộn đất)

Tỷ lệ vật liệu hạt có kích cỡ lớn hơn 4,75mm cần chiếm trên 50% khối l-ợng

Trong các trường hợp chưa có tiêu chuẩn ngành cụ thể, khi sử dụng ghi chú bảng 2-3, tư vấn thiết kế cần tự tiến hành thử nghiệm để xác định các quy định kỹ thuật phù hợp Các quy định này phải được chuẩn hóa dựa trên kết quả thử nghiệm và được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt, đảm bảo tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn.

2.3.3 Bề rộng các lớp móng

1 Bề rộng lớp móng trên phải rộng hơn bề rộng của tầng mặt mỗi bên 20cm;

2 Bề rộng lớp móng d-ới nên rộng hơn bề rộng lớp móng trên mỗi bên 15cm;

Bề rộng của lớp móng không chỉ đảm nhiệm vai trò chịu lực mà còn có chức năng thấm thoát nước từ kết cấu áo đường ra ngoài, vì vậy cần rải đều khắp toàn bộ bề mặt nền đường Đồng thời, cần có biện pháp chống hư hại hoặc xói lở hai bên mép sát taluy nền đường, nhằm đảm bảo độ bền và ổn định của công trình Trong trường hợp không thể thực hiện các biện pháp trên, thiết kế bố trí rãnh xoi cá hoặc ống thoát nước ra hào thấm, rãnh thấm là các giải pháp tối ưu để kiểm soát thoát nước hiệu quả, tránh gây ảnh hưởng tiêu cực đến kết cấu nền đường.

Bề dày cấu tạo các lớp trong kết cấu áo đ-ờng

2.4.1 Nguyên tắc thiết kế bề dày

Bề dày tầng mặt và các lớp móng của kết cấu áo đường phải được xác định dựa trên kiểm toán các trạng thái giới hạn về cường độ như đã đề cập trong Chương 3, đảm bảo phù hợp với các yêu cầu về cấu tạo nêu trong mục 2.2 và 2.3 Ngoài ra, để đảm bảo điều kiện thi công thuận lợi và hoạt động tốt của công trình, bề dày các lớp kết cấu thiết kế không được nhỏ hơn bề dày tối thiểu quy định tại mục 2.4.2, đồng thời phải phù hợp với việc phân chia lớp để tránh vượt quá bề dày lớn nhất có thể đầm nén hiệu quả theo hướng dẫn ở mục 2.4.3, nhằm giảm thiểu việc chia thành nhiều lớp trong quá trình thi công.

2.4.2 Bề dày tối thiểu và bề dày th-ờng sử dụng cho mỗi lớp kết cấu

Bề dày tối thiểu đ-ợc xác định bằng 1,5 lần cỡ hạt lớn nhất có trong lớp kết cấu và không đ-ợc v-ợt quá trị số ở Bảng 2-4

Bảng 2-4: Bề dày tối thiểu và bề dày th-ờng sử dụng

Loại lớp kết cấu áo đ-ờng Bề dày tối thiÓu (cm)

Bề dày th-ờng sử dụng (cm)

Bê tông nhựa, đá dăm trộn nhựa

Hạt lớn Hạt trung Hạt nhỏ

Cấp phối đá dăm Dmax7,5mm

Cấp phối thiên nhiên 8 (15) 15 – 30 Đá dăm n-ớc 10 (15) 15 – 18

Các loại đất, đá, phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô cơ theo ph-ơng pháp trộn

1 Khi sử dụng các loại vật liệu làm lớp bù vênh trên mặt đ-ờng cũ cũng phải tuân thủ các trị số bề dày tối thiểu trong Bảng;

Lớp thiết kế có bề dày bằng hoặc gần bằng bội số của bề dày đầm nén nhằm tối ưu hiệu quả thi công Khi bề dày lớp lớn hơn bề dày đầm nén có hiệu quả, cần chia nhỏ lớp để đảm bảo quá trình đầm nén đạt hiệu quả cao nhất Việc sử dụng bề dày phù hợp giúp nâng cao độ chặt và độ bền của công trình, đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí thi công.

3 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)

Bề dày đầm nén đạt hiệu quả tối ưu phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng Đối với bê tông nhựa, chiều dày không quá 8cm, trong khi đó đá dăm trộn nhựa nên từ 8cm đến 10cm để đảm bảo độ bền Với các vật liệu có gia cố chất liên kết, chiều dày tối đa là 15cm, còn đối với vật liệu hạt không gia cố chất liên kết, không nên vượt quá 18cm Việc kiểm soát độ dày đầm nén phù hợp giúp nâng cao chất lượng bề mặt, giảm thiểu rủi ro nứt vỡ và đảm bảo công trình có tuổi thọ cao.

Yêu cầu thiết kế đối với khu vực tác dụng của nền đ-ờng

Nhấn mạnh rằng theo quy định tại mục 1.2.2 và 1.2.3, khu vực tác dụng của nền đường có thể gồm hoặc không gồm lớp đáy móng Việc thiết kế kết cấu nền đường trong khu vực này phải đảm bảo đáp ứng đồng thời các yêu cầu kỹ thuật liên quan, nhằm tối ưu sự ổn định và độ bền của kết cấu đường Điều này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và tuổi thọ của tuyến đường, phù hợp với tiêu chuẩn xây dựng và an toàn giao thông.

Nền đất trong phạm vi khu vực tác dụng cần duy trì độ ẩm không vượt quá 0,6 giới hạn nhão của đất, đảm bảo luôn trong tình trạng khô ráo ở mọi điều kiện biến động của môi trường Điều này nghĩa là không để nền đất bị ảnh hưởng bởi các nguồn ẩm bên ngoài như nước mưa, nước ngầm hoặc nước đọng hai bên đường, kể cả trong trường hợp nền đắp hoặc nền không đào không đắp, nhằm đảm bảo độ bền và ổn định của công trình.

Để đảm bảo chất lượng mặt đường, chiều dày 30cm của lớp trên cùng trong khu vực tác dụng phải có sức chịu tải CBR tối thiểu là 8 đối với các tuyến đường cao tốc và đường cấp I, II, giúp đảm bảo khả năng chịu tải và độ bền của mặt đường Đối với các loại đường cấp khác, sức chịu tải CBR tối thiểu được yêu cầu là 6, nhằm đảm bảo an toàn và độ bền lâu dài của công trình giao thông Tiêu chuẩn này nhằm duy trì kết cấu mặt đường ổn định, hạn chế nứt vỡ do tải trọng và tác động của môi trường, phù hợp với các quy định về thiết kế đường bộ.

- 50cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu bằng 5 đối với đ-ờng cao tốc, cấp I, II và bằng 4 đối với đ-ờng các cấp khác;

Mỗi mẫu thử CBR chỉ đặc trưng cho một lớp đất dày 20cm, do đó trong các trường hợp nền đào hoặc nền không đào không đắp, cần lấy mẫu từng lớp dày 20cm để thực hiện kiểm tra chỉ tiêu này Kết hợp với việc thử nghiệm độ chặt đất, quyết định xem có cần đào thay thế hoặc đầm nén lại không dựa trên kết quả kiểm tra, có thể sử dụng phương pháp thí nghiệm xác định CBR hiện trường hoặc các phương pháp tương đương khác để đảm bảo độ chính xác và phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật.

Ghi chú: CBR xác định theo điều kiện mẫu đất ở độ chặt đầm nén thiết kế và đ-ợc ngâm bão hoà n-ớc 4 ngày đêm

Trong quá trình xây dựng, cần tránh sử dụng các loại đất có chứa muối và thạch cao vượt quá 5%, cũng như đất bùn, đất than bùn, đất phù sa (đặc biệt là đất lấy ở bãi sông không phải cát mịn), và đất mùn with thành phần hữu cơ vượt quá 10% Việc này đảm bảo nền đường có độ ổn định cao, hạn chế rủi ro về sức chịu tải và đảm bảo công trình lâu dài.

- Không đ-ợc dùng đất sét nặng có độ tr-ơng nở (xác định theo 22 TCN

332) v-ợt quá 4% trong khu vực tác dụng;

Khi đắp bằng cát, cần thiết phải có biện pháp đắp bao phía đỉnh nền nhằm hạn chế nước mài và nước mặt xâm nhập vào phần nền cát trong quá trình thi công cũng như sau đó Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc đi lại của xe máy thi công lớp móng dưới của áo đường, đảm bảo chất lượng và độ bền của công trình theo quy định tại điều 7.4.4 của TCVN 4054.

Kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho vật liệu đắp bằng đá, đất xen kẽ sỏi sạn là 10cm trong khu vực tác dụng, bắt đầu từ đáy áo đường Tuy nhiên, kích thước hạt này không được vượt quá 2/3 chiều dày đầm nén để đảm bảo hiệu quả cao nhất Việc lựa chọn kích cỡ hạt phù hợp còn phụ thuộc vào loại công cụ đầm nén được sử dụng.

Không được sử dụng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hoá có hệ số k hóa mềm 0,75, như đá sít, để đảm bảo độ bền và ổn định của công trình Ngoài ra, không nên dùng đất bụi để đắp trong phạm vi khu vực tác dụng nhằm tránh gây ra các vấn đề về sụt lún hoặc mất ổn định nền móng Việc lựa chọn vật liệu phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng và an toàn của công trình xây dựng.

4 Về độ chặt đầm nén:

Đất trong phạm vi khu vực tác dụng phải được đầm nén đạt yêu cầu tối thiểu theo tiêu chuẩn tại Bảng 2-5 Nếu có điều kiện, nên thiết kế để đạt độ chặt cao hơn, với hệ số độ chặt K≥1,0, nhằm đảm bảo sự vững chắc và ổn định của công trình.

Bảng 2-5: Độ chặt tối thiểu của nền đ-ờng trong phạm vi khu vực tác dụng

(so với độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 06) Độ chặt K Loại nền đ-ờng §é s©u tÝnh tõ đáy áo ®-êng xuèng (cm) Đ-ờng ô tô từ cấp I đến cấp

IV Đ-ờng ô tô cấp V và cấp VI

Khi áo đ-ờng dày trên 60cm 30  0,98  0,95

Khi áo đ-ờng dày d-ới

Bên d-ới chiÒu s©u kể trên Đất nền tự nhiên (*) Cho đến 80  0,93  0,90

Nền đào và nền không đào không đắp (đất nền tự nhiên) (**) 30 - 80  0,93  0,90

Trong các trường hợp nền đắp thấp, khu vực tác dụng bao gồm một phần nằm trong phạm vi đất nền tự nhiên Để đảm bảo độ ổn định của nền, phần đất nền tự nhiên trong khu vực tác dụng phải có độ chặt tối thiểu đạt 0,90 hoặc 0,93 trùng cấp hạng đường Việc duy trì độ chặt này là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định của công trình.

(**) Nếu nền tự nhiên không đạt độ chặt yêu cầu ở Bảng 2-5 thì phải đào phạm vi không đạt rồi đầm nén lại để đạt yêu cầu

2.5.2 Thiết kế bố trí lớp đáy móng

Trong trường hợp do các lý do về kinh tế hoặc kỹ thuật gây khó khăn trong việc đảm bảo các yêu cầu đặt ra cho khu vực tác dụng như đã đề cập tại mục 2.5.2, người thiết kế cần xem xét giải pháp bố trí lớp đáy móng phù hợp Việc tối ưu hóa lớp đáy móng giúp đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của công trình, đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế Chọn lựa giải pháp này là bước quan trọng để đảm bảo độ bền vững và an toàn của công trình trong điều kiện hạn chế về nguồn lực hoặc kỹ thuật.

Đối với các tuyến đường cao tốc, đường cấp I, cấp II và cấp III có 4 làn xe trở lên, cần bố trí lớp đáy móng thay thế cho 30cm phần đất trên cùng của nền đường nếu phần đất này không đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Ngoài ra, dù phần đất trong khu vực tác dụng đã đạt các tiêu chuẩn quy định tại mục 2.5.1, vẫn nên bố trí lớp đáy móng cho các loại đường nêu trên để đảm bảo độ bền và ổn định của nền đường.

Các tuyến đường cấp độ IV đến VI tại các khu vực đất đắp nền cát khan hiếm cho phép rải lớp móng trực tiếp trên nền cát Tuy nhiên, trong quá trình thi công, cần chú ý đặc biệt đến độ bằng phẳng của mặt đường và tránh sự xáo trộn của lớp cát trên bề mặt để đảm bảo chất lượng và độ bền của công trình.

Thiết kế lớp đáy móng là rất quan trọng khi nền đắp là cát hoặc đất sét trương nở, đặc biệt trong các trường hợp có đường qua vùng mạ nhiều hoặc chịu tác động của nhiều nguồn ẩm khác nhau Việc này giúp đảm bảo độ ổn định và chống ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, từ đó nâng cao tuổi thọ và khả năng chịu tải của công trình Chọn loại lớp đáy phù hợp góp phần giảm thiểu rủi ro lún, nứt nẻ và duy trì cấu trúc vững chắc trong điều kiện nền đất biến đổi.

2 Cấu tạo lớp đáy móng

Lớp đáy móng trong các chức năng đề cập ở mục 1.2.4 phải được xây dựng từ đất hoặc vật liệu thích hợp Nếu sử dụng đất, chất đất cần phải có cấp phối tốt và không được là cát các loại, nhằm đảm bảo tính ổn định và độ bền của công trình Nên sử dụng cấp phối thiên nhiên phù hợp theo tiêu chuẩn 22 TCN 304 để đảm bảo chất lượng và độ bền của móng.

- 03, đất gia cố vôi hoặc xi măng với tỷ lệ thấp hoặc vừa phải

Sử dụng loại vật liệu gì thì sau khi thi công vẫn phải bảo đảm đạt các yêu cầu sau:

- Bề dày tối thiểu là 30cm;

Nếu lớp đáy móng bằng đất hoặc cấp phối thì độ chặt đầm nén phải đạt độ chặt

K =1 – 1,02 (so với đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333 - 06);

- Vật liệu làm lớp đáy móng phải có mô đuyn đàn hồi ở độ chặt và độ ẩm thi công E50 MPa hoặc tỷ số CBR ngâm bão hoà 4 ngày đêm  12%;

Bề rộng lớp đáy móng ít nhất phải rộng hơn bề rộng tầng móng mỗi bên 15cm nh-ng nên làm bằng cả bề rộng nền đ-ờng