Vì vậy chúng ta cần nâng cao chất lượng thiết kế của mặt đường, đảm bảo được giá thành xây dựng hợp lý, muốn vậy phải nghiên cứu đề xuất ra những kết cấu áo đường có cường độ, độ ổn định
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VÀ CƠ SỞ
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Những công trình nghiên cứu chính có liên quan đến đề tài ở nước ngoài :
Nghiên cứu về các kết cấu định hình hợp lý đang trở thành một xu hướng phổ biến và đúng đắn Tài liệu từ các tác giả ở các nước tiên tiến trên thế giới đã chỉ ra những nghiên cứu chính trong lĩnh vực này.
1.2.1.1 Ở Pháp: Đã đưa ra được bảng Catalo 1977 [16] về cấu trúc mẫu áo đường ô tô áp dụng cho đường ô tô và đường cao tốc
1.2.1.2 Hội kỹ thuật công trình hải ngoại Pháp (BCEOM) và Trung tâm thực nghiệm nghiên cứu thiết kế nhà ở và công trình công cộng Pháp (CEBTP) [20] đã nghiên cứu đưa ra được bảng kết cấu mặt đường cho các vùng nhiệt đới và sa mạc
1.2.1.3 Ở Anh: Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL) [19] cũng đã nghiên cứu đưa ra bảng Catalo định hình kết cấu mặt đường phù hợp
1.2.1.4 Ở các nước như Đức [21], Nhật, Mỹ, cũng nghiên cứu đưa ra các bảng Catalo kết cấu áo đường phù hợp
1.2.2 Những công trình nghiên cứu chính có liên quan đến Đề tài ở trong nước: Ở trong nước có một số vùng, khu vực cũng có các nghiên cứu nhằm đưa ra các kết cấu áo đường phù hợp cho địa phương mình Năm 1999 đề tài cấp Nhà nước KC10.05 [18] đã được nghiệm thu xuất sắc nghiên cứu đề ra tập Catalo kết cấu áo đường mềm cho đường ô tô cấp cao ở Việt Nam.
Nhiệm vụ nghiên cứu chọn đề tài
Dựa trên phân tích thực trạng đường xá tại Đăk Lăk, việc nâng cao hiệu quả mạng lưới giao thông, bao gồm cả đường đô thị và ngoài đô thị, là vấn đề cấp bách cần giải quyết để phục vụ cho công nghiệp hóa, hiện đại hóa của tỉnh Tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế áo đường hợp lý cho tỉnh Đăk Lăk” với các mục tiêu cụ thể nhằm cải thiện tình hình giao thông.
1.3.1Từ thực tiễn hệ thống đường xá tỉnh Đăk Lăk đề xuất các dạng kết cấu hợp lý về đầu tư xây dựng, quản lý khai thác và trình độ năng lực thi công
1.3.2 Phân tích các kết cấu đề xuất về mặt lý thuyết tính toán, về kinh nghiệm sử dụng và sự phù hợp với xu thế hiện đại đã và đang được sử dụng ở các nước trong khu vực và trên thế giới
1.3.3 Phân tích hiệu quả kinh tế của các giải pháp kết cấu đề xuất
1.3.4 Hướng dẫn thực hiện (thi công và quản lý).
Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu thiết kế xây dựng Catalo áo đường:…
Để xây dựng kết cấu mặt đường hợp lý, hầu hết các nước, các tác giả đều đi theo khuynh hướng :
Dựa trên kinh nghiệm sử dụng, lý thuyết cấu tạo mặt đường, cùng với các đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn, và vật liệu xây dựng, chúng ta có thể xây dựng kết cấu mặt đường hiệu quả Ngoài ra, trình độ công nghệ, khả năng khai thác và công tác duy tu bảo dưỡng cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
- Dùng các phương pháp tính toán để xác định chiều dày của các lớp
- Phân tích các kết cấu về kỹ thuật, công nghệ và kinh tế
- Đưa ra một bảng kết cấu mẫu (Catalo các kết cấu định hình)
- Sử dụng và theo dõi kết cấu mẫu trong thực tế để tổng kết nhằm hoàn thiện và phát triển
Tác giả sẽ trình bày chi tiết những vấn đề quan trọng cần thảo luận để xây dựng kết cấu mặt đường hợp lý cho tỉnh Đăk Lăk.
Hiện nay trên thế giới có hơn 50 phương pháp thiết kế mặt đường nhưng chủ yếu là theo hai nhóm chính sau:
+ Nhóm các phương pháp lý thuyết - thực nghiệm
+ Nhóm các phương pháp kinh nghiệm- thực nghiệm
1.4.1 Nhóm các phương pháp lý thuyết - thực nghiệm:
Nhóm các phương pháp này được phát triển thông qua việc xây dựng các mô hình và phương trình tính toán, sau đó thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra và xác định điều kiện bền.
Cách tính toán thông thường để xác định ứng suất do xe chạy gây ra trong các lớp mặt đường là sử dụng lý thuyết và so sánh các ứng suất này với cường độ cho phép của vật liệu làm đường, thường dựa trên kinh nghiệm.
Thuộc nhóm này có một số phương pháp như sau:
1.4.1.1 Phương pháp tính toán của Trung Quốc (trong quy trình JTJ014-
- Phương pháp tính: Dựa trên lời giải lý thuyết hệ nhiều lớp đặt trên nền bán không gian vô hạn đàn hồi với các giả thiết:
Mỗi lớp được cấu thành từ một loại vật liệu đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi, được xem như không có trọng lượng Các thông số quan trọng bao gồm mô đun đàn hồi (E_i) và hệ số Poisson (μ_i).
Tầng dưới cùng là một không gian bán vô hạn, mở rộng vô hạn theo chiều ngang Các lớp phía trên cũng kéo dài vô hạn theo cả chiều dọc và chiều ngang, nhưng có độ dày hữu hạn h i theo phương thẳng đứng.
Tại mặt phân giới giữa các lớp, ứng suất và chuyển vị hoàn toàn liên tục, hoặc chỉ có ứng suất và chuyển vị theo phương thẳng đứng là liên tục, trong khi lực cản trở do ma sát giữa các lớp bằng không, tạo thành một hệ chuyển dịch tự do.
+ Tại độ sâu vô hạn ở lớp dưới cùng, ứng suất và chuyển vị đều bằng không
Dựa trên các giả thiết đã nêu, việc giải và lập toán đồ xác định độ võng đàn hồi cùng các hệ số ứng suất của mặt đường dưới tác động của tải trọng bánh xe đơn hoặc kép có thể được quy về một hoặc hai vòng tròn diện tích tương đương với bán kính $\delta$ cho hệ hai lớp và ba lớp Đối với hệ nhiều hơn ba lớp, có thể quy đổi về hệ ba lớp theo hiệu ứng tương đương.
Dựa vào yêu cầu thiết kế, cần xác định cấp hạng mặt đường và loại lớp mặt, đồng thời tính toán số lần tích luỹ trục xe tương đương trên một làn xe trong thời gian thiết kế Ngoài ra, cần tính toán trị số độ võng cho phép trên bề mặt đường Nếu mặt đường yêu cầu nghiệm toán ứng suất kéo-uốn, cần tính toán trị số ứng suất kéo-uốn cho phép.
Dựa vào loại đất và chế độ thuỷ nhiệt của nền đường, cần chia đường thiết kế thành các đoạn từ 500-1000m để xác định trị số mô đun đàn hồi (MĐĐH) của nền đất cho từng đoạn.
- Dự kiến một số phương án bố trí kết cấu và chiều dày áo đường khả thi, xác định trị số MĐĐH của vật liệu các lớp
- Xác định bề dày áo đường dựa theo độ võng cho phép
Nghiệm toán ứng suất kéo-uốn trong các lớp bê tông nhựa và các lớp móng cần sử dụng vật liệu có tính toàn khối, đảm bảo rằng ứng suất kéo-uốn không vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu đó.
- Nghiệm toán ứng suất cắt trong các lớp mặt nhựa đường để không vượt quá ứng suất cắt cho phép của vật liệu
- Đối với mặt đường ở những vùng đóng băng theo mùa thì cần nghiệm toán bề dày lớp phòng chống đóng băng xem có phù hợp với yêu cầu không
1.4.1.2 Chương trình Alizé 5 của Pháp [17]:
Chương trình Alizé 5, phiên bản 5.02-6/1991 của Viện nghiên cứu cầu đường trung tâm (LCPC), là phần mềm chuyên dụng để giải bài toán bán không gian nhiều lớp đàn hồi của Burmister một cách chính xác Phần mềm cho phép tính toán ứng suất và chuyển vị cho kết cấu có tối đa 10 lớp, với 15 kiểu tải trọng khác nhau và 20 vị trí đặt trục quan sát trên bề mặt, mỗi lớp có thể có tối đa 4 vị trí quan sát.
Phương pháp này cho phép giải quyết chính xác bài toán tính toán kết cấu mặt đường nhiều lớp, kết hợp giữa phân tích lý thuyết và các thí nghiệm thực nghiệm sử dụng vật liệu để tính toán kết cấu áo đường.
- Sử dụng chương trình cho phép tính toán ứng suất và biến dạng phát sinh trong các lớp khác nhau của mặt đường dưới tác dụng của tải trọng
Các lớp kết cấu được xác định bởi bề dày h, mô đun đàn hồi E và hệ số Poisson μ Mối liên kết giữa các lớp có thể là trượt hoàn toàn, trượt từng phần hoặc không trượt.
+ Tải trọng xe 13T có Ptt = 0.662 Mpa phân bố trên 02 hình tròn bán kính r = 0.125m, khoảng cách 2 tâm = 0.375m
+ Tải trọng xe 6.5T có P tt = 0.662 Mpa phân bố trên 01 hình tròn bán kính r = 0.125m
Tính toán các tải trọng khác nhau do người sử dụng nhập vào, có thể giống hoặc khác nhau Các tải trọng này có thể phân bố trên diện tròn, chu tuyến tròn, hoặc tác dụng tại tâm, và cũng có thể bao gồm tải trọng tác dụng ngang.
- Sử dụng chương trình cho nhiều kết quả:
+ Biến dạng và ứng suất ngang: T , T và thẳng đứng: Z , Z tại các lớp kết cấu
+ Độ võng D và bán kính cong R tại bề mặt kết cấu ở các điểm quan sát + Các ứng suất chính: 1 , 2 ,
1.4.2 Nhóm các phương pháp kinh nghiệm - thực nghiệm:
Các thông số kỹ thuật cần quan tâm xem xét khi nghiên cứu thiết kế
1.5.1 Cấu tạo kết cấu mặt đường:
Các tầng lớp trong kết cấu áo đường cấp cao bao gồm :
- Tầng mặt : Lớp mặt trên, lớp mặt dưới
- Tầng móng : Lớp móng trên, lớp móng dưới
- Bố trí các tầng lớp kết cấu áo đường có mô đun giảm dần phù hợp với yêu cầu chịu lực
Chiều dày của các lớp tăng dần để giảm giá thành xây dựng Đồng thời phải phù hợp với công nghệ thi công
Khi thiết kế áo đường, mục tiêu là tạo ra một kết cấu an toàn và êm thuận cho xe chạy, đồng thời tối ưu hóa chi phí và đảm bảo các yếu tố kỹ thuật Để đạt được hiệu quả khai thác và vận doanh, kết cấu cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản như đủ cường độ và ổn định.
Lớp mặt dưới Lớp mặt trên
Lớp móng dưới Lớp móng trên
Lớp đáy áo đường (Lớp trên cùng nền đường)
Nền đất cần đạt độ bằng phẳng nhất định và bề mặt phải có độ nhám đủ để giảm thiểu bụi khi xe chạy Việc chọn và bố trí các lớp vật liệu đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo chức năng và kết cấu đáp ứng các yêu cầu về khả năng cung ứng vật liệu, công nghệ thi công, cũng như khả năng khai thác, bảo trì và sửa chữa sau này.
Trong thiết kế kết cấu mặt đường mềm, cần giảm dần mô đun và cường độ của các lớp vật liệu từ trên xuống dưới để phù hợp với phân bố ứng suất Đồng thời, chiều dày của các lớp nên tăng dần nhằm giảm chi phí xây dựng Việc hạn chế số lượng lớp vật liệu cũng rất quan trọng để tránh gây phức tạp và khó khăn trong quá trình thi công.
1.5.2 Chọn loại tầng mặt áo đường:
Chất lượng sử dụng của mặt đường phụ thuộc vào tính chất và tình trạng của tầng mặt Tầng mặt áo đường không chỉ phản ánh chất lượng phục vụ của tuyến mà còn đảm bảo độ bền vững cho toàn bộ kết cấu Khi lựa chọn tầng mặt, cần xem xét các nhóm mục tiêu liên quan.
Lớp mặt trên cùng cần phải phẳng, có độ bám tốt và khả năng thoát nước nhanh, nhằm đảm bảo an toàn và thuận tiện cho xe khi di chuyển trên đường.
- Duy trì tính toàn vẹn của kết cấu và bảo vệ các lớp móng không bị thấm nước mưa và nước từ cống rãnh chảy tràn trên đường
- Giảm được tác động đến môi trường như không phát sinh tiếng ồn, không gây ô nhiễm nước mưa hoặc không toả ra khí độc hay hơi độc
- Khả năng bảo dưỡng đơn giản với giá thành duy tu bảo dưỡng nhỏ và phù hợp với trình độ công nghệ
Lớp vật liệu tầng móng được chọn dựa trên điều kiện nền đường, địa chất, thuỷ văn và vật liệu sẵn có Độ cứng của các lớp này giảm dần và có thể thay đổi theo từng đoạn để đáp ứng yêu cầu chịu lực Bề dày của lớp móng cũng thường được điều chỉnh để đảm bảo cường độ chung của kết cấu áo đường khi cường độ nền đất thay đổi Do không chịu tác động phá hoại bề mặt, vật liệu tầng móng có thể sử dụng các loại kết cấu rời rạc, kích cỡ lớn, chịu bào mòn kém nhưng cần đảm bảo độ cứng và độ chặt nhất định, đồng thời có thể cơ giới hoá trong thi công Lớp đáy áo đường cần được bố trí vật liệu kín, đất đầm nén chặt để ngăn ngừa sự thấm nước, đảm bảo cường độ nền đất dưới được ổn định.
1.5.4 Để bảo đảm cường độ và tính ổn định cường độ cao:
Khi thiết kế áo đường, cần chú trọng đến việc tạo ra một kết cấu kín để ngăn chặn sự thâm nhập của ẩm ướt từ mọi phía Điều này bao gồm việc cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của nền đường, tăng cường độ nền bằng cách đầm nén chặt đất, nâng cao đáy áo đường so với mực nước ngầm, và mở rộng bề rộng lề đường để tránh ngập nước Ngoài ra, việc sử dụng các lớp cách nước, cách hơi hoặc thay thế bằng vật liệu có cường độ và ổn định cao hơn cũng rất quan trọng.
1.5.5.Hiện nay khi thiết kế cấu tạo, bố trí các tầng, lớp áo đường còn phải chú ý như sau:
Các đặc trưng nhiệt lý của lớp vật liệu và quy luật phân bố biến đổi nhiệt độ trong các lớp áo đường cần được xem xét hàng ngày, hàng mùa và hàng năm Việc bố trí các lớp vật liệu kề nhau với độ chênh lệch không quá lớn về độ cứng và các đặc trưng nhiệt lý như hệ số dẫn nhiệt và hệ số truyền nhiệt độ là rất quan trọng để ngăn ngừa hiện tượng nứt áo đường.
Để đảm bảo áo đường có đủ cường độ và ổn định, cần nắm vững nhiệm vụ và chức năng của từng lớp kết cấu, đồng thời xem xét các điều kiện khí hậu, địa chất, thuỷ văn và vật liệu xây dựng Thiết kế cũng cần chú trọng đến quan điểm tổng thể về nền mặt đường, phân kỳ đầu tư để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng vốn, tận dụng vật liệu tại chỗ nhằm giảm chi phí vận chuyển và ngoại tệ, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho thi công, bảo trì và cải tạo áo đường trong quá trình khai thác.
1.5.6 So sánh kinh tế khi thiết kế, xây dựng mặt đường: Áo đường là bộ phận đắt tiền nhất của đường ôtô, chi phí cho xây dựng và duy tu, bảo dưỡng trong quá trình khai thác chiếm một tỉ lệ rất lớn nên việc nghiên cứu, tính toán để so sánh các kết cấu áo đường có ý nghĩa rất quan trọng, ngoài việc đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật thì đòi hỏi các kết cấu áo đường đề xuất phải có giá thành xây dựng chấp nhận được không vượt quá giá thành của các kết cấu truyền thống, phù hợp với mức đầu tư khi xây dựng và có chi phí cho duy tu, bảo dưỡng nhỏ khi đưa vào vận hành
1.5.7 Công nghệ xây dựng mặt đường:
Khi thiết kế kết cấu áo đường, cần chú ý đến công nghệ xây dựng mặt đường phù hợp với từng vùng và địa phương, bao gồm lưu lượng, mật độ xe chạy và tính chất giao thông Đồng thời, quá trình thi công phải đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường và không làm phá vỡ hệ sinh thái tự nhiên Các kết cấu được lựa chọn cũng cần tương thích với công nghệ thi công và khả năng cung cấp vật liệu, đồng thời tận dụng tối đa nguồn vật liệu sẵn có tại địa phương.
Giới thiệu các kết cấu định hình đã xây dựng ở Việt Nam và các nước trên thế giới
Việc lập các mẫu Catalo kết cấu mặt đường tại các quốc gia là một công việc thường xuyên nhằm đưa ra các kết cấu phù hợp với điều kiện địa chất, khí hậu, lưu lượng xe và công nghệ xây dựng Các bảng Catalo này giúp giảm bớt khối lượng tính toán, tối ưu hóa kết cấu, và thống nhất trong sản xuất vật liệu xây dựng Đồng thời, chúng cũng ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, phù hợp với công nghệ thi công hiện đại, tăng hiệu quả đầu tư và thiết lập quy định chung cho thiết kế, khai thác, sử dụng và bảo trì đường.
Catalo là phương pháp hiệu quả để trình bày chính sách đầu tư kỹ thuật và lựa chọn các phương án áo đường đã được phê duyệt Nó giúp xác định một chiến lược lâu dài cho chất lượng kết cấu áo đường Bằng cách sử dụng Catalo, các kết cấu tính sẵn được trình bày một cách rõ ràng, giúp tránh các tính toán phức tạp và giảm thiểu nhầm lẫn do các đại lượng đầu vào không chính xác hoặc không đồng nhất.
Mỗi loại kết cấu mặt đường chỉ phù hợp với một giai đoạn kỹ thuật và công nghệ nhất định, vì vậy cần phải được hiện đại hóa định kỳ để đảm bảo hiệu quả sử dụng.
1.6.1 Kết cấu định hình (Catalo 1977) của Pháp [16]:
Nguyên tắc chính trong việc xây dựng cấu trúc là dựa vào hai thông số quan trọng: cấp hạng lưu lượng xe cộ P i và cấp hạng áo đường PF j Sau khi xác định giá trị của hai thông số này, sẽ có nhiều cấu trúc phù hợp được đề xuất Người thiết kế cần lựa chọn một cấu trúc thích hợp dựa trên điều kiện địa phương, tình hình kinh tế và yêu cầu về chất lượng vật liệu, đồng thời kiểm tra khả năng chịu lực và điều kiện làm việc của cấu trúc đã chọn.
Cấp hạng lưu lượng được xác định dựa trên lưu lượng bình quân hàng ngày của xe nặng (tải trọng ≥ 5T) trong năm khai thác, trên làn có nhiều xe nhất, với hệ số tăng trưởng dự tính là 7% Cấp hạng lưu lượng được phân loại theo bảng quy định.
Bảng 1.1: Cấp hạng lưu lượng theo Catalo 1977 – Pháp
(xe/ngày đêm) 50 – 150 150 – 300 300 – 750 750 - 2000 Trường hợp lưu lượng xe lớn hơn 2000 thì cần có nghiên cứu riêng
1.6.1.2 Cấp hạng nền đường PFj:
Cấp hạng nền đường được xác định dựa trên cấp hạng nền đất, bản chất và chiều dày lớp nền Hệ thống phân loại này chia thành 3 cấp độ, từ thấp đến cao, tương ứng với khả năng chịu tải: PF 1, PF 2 và PF 3.
1.6.1.3 Bảng kết cấu mẫu: (xem ở phụ lục kèm theo)
Sơ đồ cấu trúc bao gồm ba lớp: lớp mặt, lớp móng trên và lớp móng dưới Lớp móng trên và lớp móng dưới được làm từ vật liệu sỏi, cát hoặc cấp phối, có thể có hoặc không có chất gia cố liên kết thủy hóa Lớp mặt chủ yếu sử dụng bê tông nhựa Trong Catalo 1997 có tổng cộng 17 bản kết cấu.
1.6.2 Kết cấu định hình do trung tâm thiết kế nhà ở và công trình Pháp (CEBTP) kiến nghị cho các nước nhiệt đới [20]: Đưa ra được các Catalo kết cấu áo đường phụ thuộc vào cấp hạng lưu lượng và cấp hạng nền đường
Lớp mặt đường chủ yếu được làm từ bê tông nhựa hoặc đá trộn nhựa, trong khi các lớp móng có thể sử dụng cấp phối tự nhiên, cấp phối đá nghiền, cát, và có thể có hoặc không có gia cố bằng chất liên kết vô cơ.
1.6.2.1 Sức chịu tải của nền đường : Nền đường được chia thành 5 loại như sau:
Các kết cấu mặt đường do CEBTP kiến nghị đều được tính với trục đơn có tải trọng lớn nhất là 13T với tỷ lệ vượt tải không quá 10%
Lưu lượng xe có thể được xác định theo một trong các cách:
Lưu lượng xe hàng ngày được tính là trung bình trong 15 năm, bao gồm tất cả các loại xe, trong đó khoảng 30% là xe nặng (có tổng trọng lượng cả hàng trên 3 tấn) Lưu lượng xe được phân chia thành 5 cấp độ khác nhau.
T 1 gồm những đường có lưu lượng rất nhỏ nhưng vẫn rải mặt vì những lý do không phải kinh tế; T5 ứng với đường cao tốc 4 hoặc 6 làn xe
Lưu lượng tích luỹ của các xe nặng có thể được phân cấp tương tự như cách trước Nếu mặt đường có tuổi thọ 15 năm và tỷ lệ xe nặng chiếm khoảng 30%, thì việc phân cấp sẽ được thực hiện như sau:
1.6.2.3 Lập được các bảng giới thiệu các kết cấu có thể áp dụng tuỳ theo tình hình của địa phương như vật liệu xây dựng, lưu lượng xe và sức chịu tải của đất nền
1.6.3 Kết cấu định hình của Cộng hoà Liên Bang Đức [21]:
Catalo kết cấu áo đường được xây dựng theo các thông số và nguyên tắc sau:
- Tải trọng trục được quy về tải trọng tiêu chuẩn 10T, có các cấp lưu lượng như sau:
Bảng 1.2: Cấp hạng lưu lượng xe/ngày đêm ở năm tính toán
SV I II III IV V VI
Nền đất cố định có mô đun đàn hồi là 45 MN/m² Để đạt được mô đun đàn hồi từ 150 MN/m² đến 180 MN/m², kết cấu cần có lớp móng cố định.
MN/m 2 , thay đổi lớp mặt phụ thuộc vào loại tải trọng
- Điều kiện bất lợi của nền và móng mặt đường là thời gian đóng băng trong năm và chiều dày lớp chống đóng băng
1.6.4 Kết cấu định hình của Anh [19]:
Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL) đưa ra bảng kết cấu định hình
Road Note31- Hướng dẫn thiết kế kết cấu mặt đường nhựa ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới
- Cường độ vận chuyển được chia thành 8 cấp:
Bảng 1.3: Cường độ vận chuyển 10 6 lần trục xe tương đương 8.2T
-Cấp đất nền được đặc trưng bằng sức chịu tải CBR:
Bảng 1.4: Cấp đất nền CBR %
Bảng kết cấu định hình bao gồm 8 loại kết cấu, chủ yếu sử dụng lớp mặt bằng bê tông nhựa hoặc hỗn hợp đá nhựa Lớp móng được tạo thành từ các loại cấp phối hoặc đất đá tự nhiên, có thể có hoặc không có gia cố chất liên kết.
(Xem phụ lục kèm theo)
1.6.5 Kết cấu định hình xây dựng ở Việt Nam:
Các kết cấu truyền thống được sử dụng: gồm có các lớp chính với các loại vật liệu điển hình sau:
- Lớp mặt: Bê tông nhựa, đá dăm đen hoặc thấm nhập nhựa, láng nhựa (áp dụng với những đường cấp thấp) và bê tông xi măng
Lớp móng trên bao gồm các thành phần như láng nhựa, thấm nhập nhựa, và cấp phối đá dăm loại 1, có thể được gia cố bằng xi măng, đất hoặc cát Ngoài ra, đá dăm nước cũng là một yếu tố quan trọng trong cấu trúc này.
- Lớp móng dưới: Cấp phối đá dăm loại 2, cấp phối đồi, cấp phối sỏi cuội, đất gia cố xi măng, đá hộc, đá dăm kích cỡ mở rộng
- Đề tài KC10.05 – Catalo kết cấu mặt đường mềm [18]:
(Xem phụ lục kèm theo):
- Phân loại lưu lượng xe:
Bảng 1.5: Lưu lượng xe được phân thành 9 cấp từ T1 – T9
Số lượng trục xe tương đương trục tiêu chuẩn tích luỹ sau 15 năm khi hệ số tăng trưởng i 10% (10 6 lần)
Lưu lượng xe tính toán tương đương trục xe tiêu chuẩn sau 15 năm phục vụ T15 (xe/ngày đêm)
Mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc
- Phân loại cấp nền đường: được chia như sau:
Bảng 1.6 : Phân loại cấp hạng nền đất
Mô đun đàn hồi (daN/cm 2 ) 320 420 500 600
Kết luận chương 1
Việt Nam đã thu hút nhiều nguồn vốn đầu tư từ các nước tư bản nhờ chính sách mở cửa và gia nhập Tổ chức thương mại quốc tế, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải Thiết kế kết cấu áo đường yêu cầu lựa chọn và bố trí các lớp vật liệu hợp lý, đảm bảo chức năng và khả năng chịu tải, đồng thời tối ưu hóa chi phí đầu tư và bảo trì Việc hiểu rõ tổng thể kết cấu và sự tương tác giữa các lớp vật liệu là rất quan trọng Do đó, việc xây dựng Catalo cần áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế mới để thuận lợi cho việc sử dụng sau này Một tổ hợp kết cấu hợp lý không chỉ dựa vào độ dày hay chất lượng vật liệu mà còn phải chú trọng đến nền đất và các yếu tố như cường độ, độ ổn định và thoát nước Trong nghiên cứu này, tác giả áp dụng hai tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm và cứng để tính toán và kiểm tra, đồng thời lựa chọn vật liệu phù hợp với công nghệ thi công Mục tiêu là tạo ra kết cấu bền vững, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và lưu lượng xe chạy thiết kế.
ĐIỀU TRA ĐỂ XÁC LẬP CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT ĐỂ XÂY DỰNG CATALO KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG HỢP LÝ CHO TỈNH ĐĂK LĂK 2.1 Đặc điểm của mạng lưới đường Đăk Lăk và phân loại
Tải trọng và lưu lượng xe trên các tuyến đường ở
Lưu lượng và tải trọng xe là yếu tố quan trọng trong việc thiết kế kết cấu áo đường hợp lý Để đảm bảo tính chính xác cho nghiên cứu, tác giả đã thực hiện các điều tra bổ sung nhằm đối chiếu với các kết quả điều tra trước đó khi cần thiết.
Hiện nay, số liệu điều tra lưu lượng xe ở Đăk Lăk chưa đầy đủ và thiếu các dự báo lưu lượng xe cho các năm tới Thành phần các dòng xe và mức độ tăng trưởng cũng chưa được đánh giá một cách chính xác Ngoài ra, chưa có khảo sát và xử lý lưu lượng giao thông để xây dựng bảng phân bố tải trọng trục trung bình cho các loại ô tô trên các tuyến đường Việc thiết kế các tuyến đường thường dựa vào quy trình và quy phạm tương ứng với mục đích của dự án, nhưng cần có số liệu chính xác về lưu lượng xe và tải trọng trục trung bình để đảm bảo hiệu quả.
Để xác định giá trị mô đun đàn hồi phù hợp với cấp đường và lưu lượng xe thực tế, tác giả đã tiến hành điều tra số liệu đếm xe lưu thông qua từng tuyến đường hiện tại.
Theo kết quả đếm xe ở các tuyến đường gồm: 4 Quốc lộ đó là quốc lộ
Quốc lộ 14 (hay còn gọi là đường Hồ Chí Minh), cùng với các quốc lộ 14C, 26, 27 và 14 tỉnh lộ TL7, TL8, TL93, TL10, TL11, TL12, TL13, TL14, TL15, TL16, TL17, TL18, TL19, TL19A, được quản lý bởi các Công ty Xây dựng và Quản lý đường bộ Đăk Lăk và Công ty Quản lý và sửa chữa đường bộ 26 Tác giả đã thu thập và tiến hành qui đổi, cho kết quả trung bình là (xe/ngày đêm) (Chi tiết xem phụ lục kèm theo).
BẢNG LƯU LƯỢNG XE TRÊN CÁC TUYẾN:
Bảng 2.1: Lưu lượng xe trên một số tuyến quốc lộ và tỉnh lộ (xe/ngày đêm)
Xe khách (nhỏ và lớn)
Đường giao thông tại Đăk Lăk cần đáp ứng yêu cầu về kết cấu nền mặt đường để chịu được lượng xe trung bình Sự phát triển kinh tế đa dạng đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể lượng xe tải trên các tuyến đường, do đó cần xác định và phân cấp loại tải trọng trục để thiết kế các kết cấu mặt đường hợp lý.
2.2.2 Các cấp tải trọng tính toán đường ở Đăk Lăk:(22TCN 211-06) [8a]:
2.2.2.1 Tải trọng trục xe tính toán:
- Khi tính toán cường độ của kết cấu áo đường theo 03 tiêu chuẩn cường độ được quy định trong qui trình thiết kế áo đường mềm 22TCN211-06
Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn cho ôtô được xác định là 100kN (10T) cho trục đơn và 120kN (12T) cho tất cả các loại áo đường mềm trong phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Tải trọng xe chạy được tính toán dựa trên hai loại tải trọng trục tiêu chuẩn là 12T và 10T Để xác định cường độ áo đường, các loại xe sẽ được quy đổi về xe có tải trọng trục tiêu chuẩn Quy trình quy đổi tải trọng này dựa trên nguyên tắc gây hiệu ứng tương đương.
Trong đó, Qi đại diện cho tải trọng trục của xe thứ i cần chuyển đổi về trục xe tiêu chuẩn với tải trọng Qtt; ai là hệ số quy đổi Các bảng hệ số quy đổi tải trọng trục xe đã được lập sẵn để thuận tiện cho việc sử dụng.
Hệ số a tuỳ theo các nghiên cứu có các giá trị khác nhau, a=4,4 theo tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm đường ôtô Việt Nam hiện hành
Thông số kỷ thuật của 2 cấp hạng tải trọng trục trên như sau:
Bảng 2.2: Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn
Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn, P (kN) Áp lực tính toán lên mặt đường, p (Mpa) Đường kính vệt bánh xe,
Khi tính toán cường độ kết cấu mặt đường, cần quy đổi tải trọng của các trục xe khác về tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn hoặc tải trọng của xe nặng nhất.
Mục tiêu của quy đổi là chuyển đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục i thành số lần thông qua của tải trọng trục tính toán, dựa trên sự tương đương về tác động phá hoại đối với kết cấu mặt đường.
Việc quy đổi cần thực hiện cho từng cụm trục trước và sau của mỗi loại xe khi xe chở đầy hàng, theo các quy định đã được đặt ra.
Cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m =1, 2, 3 );
Chỉ cần xét đến (tức là chỉ cần quy đổi) các trục có trọng lượng trục từ
Bất kể loại xe gì khi khoảng cách giữa các trục 3,0m thì việc quy đổi được thực hiện riêng rẽ đối với từng trục;
Khi khoảng cách giữa các trục nhỏ hơn 3,0m, các trục có trọng lượng bằng nhau có thể được quy đổi gộp lại thành một trục duy nhất, với hệ số trục C1 được áp dụng theo các biểu thức (2.5) và (2.6).
Theo các quy định trên, việc quy đổi được thực hiện theo biểu thức sau:
N: Là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán sẽ thông qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên cả 2 chiều
Trong tính toán tải trọng trục, ni đại diện cho số lần tác động của tải trọng trục i với trọng lượng P i, được quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt (trục tiêu chuẩn hoặc trục nặng nhất) Thông thường, ni được xác định dựa trên số lần mỗi loại xe i đi qua mặt cắt ngang điển hình của đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm cho cả hai chiều xe chạy.
C1: Là hệ số số trục được xác định theo biểu thức sau:
C1=1+1,2 (m - 1); (2- 3) Với m là số trục của cụm trục i
Hệ số C2 phản ánh tác dụng của số bánh xe trong một cụm bánh Cụ thể, với cụm bánh chỉ có 1 bánh, C2 được xác định là 6,4; đối với cụm bánh đôi (gồm 2 bánh), C2 là 1,0; và với cụm bánh có 4 bánh, C2 có giá trị là 0,38.
( Xem phụ lục kèm theo )
2.2.3 Lưu lượng xe tính toán: ( N e )
Kỹ thuật xây dựng mặt đường và công nghệ
Kỹ thuật xây dựng mặt đường và công nghệ xây dựng đang phát triển mạnh mẽ cả trong nước và quốc tế Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành ngày càng hoàn thiện, bao gồm các tiêu chuẩn kiểm tra, đánh giá và nghiệm thu, cùng với quy định quản lý đầu tư xây dựng ngày càng chặt chẽ, đảm bảo nâng cao chất lượng công trình.
Trong bối cảnh hiện đại hóa, công nghệ thi công đường ở Đăk Lăk đã có những bước tiến đáng kể với việc đầu tư vào trang thiết bị máy móc hiện đại, đảm bảo chất lượng và tiến độ thi công Tuy nhiên, phương pháp thi công vẫn chủ yếu là sự kết hợp giữa máy móc và thủ công Đăk Lăk vẫn chưa thể tự hào là một trong những đơn vị tiên phong trong việc áp dụng công nghệ mới.
Chất lượng vật liệu xây dựng đường tại tỉnh ngày càng được cải thiện, với việc loại bỏ các vật liệu cũ như đá hộc, đá ba, đá xô bồ không còn phù hợp Thay vào đó, các loại vật liệu mới có độ chặt lớn hơn và khả năng cơ giới hóa cao như cấp phối đá dăm đang được sử dụng Tuy nhiên, quá trình thay đổi này vẫn diễn ra chậm.
2.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH, KHÍ HẬU, THỜI TIẾT, THỦY VĂN
VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM KHÁC:
2.4.1 Địa hình: Đại bộ phận diện tích của tỉnh nằm ở phía Tây Trường Sơn, có hướng thấp dần từ Đông Nam sang Tây Bắc Địa hình đa dạng đồi núi xen kẻ bình nguyên và thung lũng Do đó các sông suối bắt nguồn từ Đăk Lăk đều ngắn, rất dốc, nước chảy xiết có sức tàn phá lớn các công trình cầu, cống, đập tràn trong mùa mưa lũ
2.4.2 Khí hậu, thời tiết: Đăk Lăk thuộc tiểu vùng khí hậu Bắc Tây Nguyên, có khí hậu nhiệt đới gió mùa của phía Nam Việt Nam lại mang tính chất của khí hậu Tây Nguyên với những đặc trưng chính sau:
Nhiệt độ thay đổi rõ rệt theo độ cao, với nhiệt độ trung bình trong các thung lũng và vùng trũng dưới 300m khoảng 24,5-25,0 °C Ở độ cao 500-600m, nhiệt độ giảm xuống còn 23-24 °C, và ở độ cao 500-1000m, nhiệt độ dao động từ 20-23 °C Tại độ cao 1500m, nhiệt độ trung bình là 18-19 °C Tháng 12 thường là tháng lạnh nhất, với nhiệt độ trung bình khoảng 21-22 °C ở vùng thấp dưới 500m, 18-19 °C ở độ cao 800-1000m, và 16 °C ở độ cao 1500m.
Do vậy với 1000m trở lên ở Tây Nguyên mới gọi là có mùa đông lạnh, còn ở
500-600m mùa đông vẫn chỉ là mát
Các đặc trưng Số liệu
Nhiệt độ trung bình năm 23,7
Nhiệt độ trung bình tháng cao nhất 25,5 (IV)
Nhiệt độ tối cao trung bình tháng cao nhất 33,3 (IV)
Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất 20,7 (XII)
Nhiệt độ tối thấp trung bình tháng cao nhất 13,6 (I)
Nhiệt độ tối cao tuyệt đối 39,8 Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối 3,8
Biên độ năm trung bình 4,8
Biên độ ngày trung bình 11,1
Khu vực Bắc Tây Nguyên, lượng mưa năm vượt quá 2400mm trên khối núi Đăk Lăk Thượng, và vào cỡ 2000-2400mm trên đại bộ phận Đăk
Lượng mưa hàng năm ở những khu vực trũng như thung lũng các suối có thể giảm xuống chỉ còn 1600-1800mm Số ngày mưa trung bình trong năm tại đây dao động từ 130 đến 150 ngày.
Các đặc trưng Số liệu
Nhiệt độ trung bình năm (mm) 1852
Số ngày mưa trung bình năm 132 Lượng mưa trung bình tháng lớn nhất (mm) 353
Số ngày mưa trung bình tháng lớn nhất (VIII)
Lương mưa trung bình tháng nhỏ nhất (mm) 24 (VIII)
Lượng mưa trung bình tháng nhỏ nhất (mm) 3 (I)
Số ngày mưa trung bình tháng nhỏ nhất 1(I)
Số ngày mưa trên 50mm 3
Số ngày mưa trên 100mm 0,4
Lượng mưa ngày cực đại 170
Lượng mưa tháng cực đại 635
Lượng mưa năm cực đại 2693
Lượng mưa năm cực tiểu 1514
Mùa mưa diễn ra từ tháng 4 đến tháng 11, với lượng mưa phân bố đều trong các tháng Trung bình có khoảng 20-25 ngày mưa mỗi tháng Thời kỳ mưa có thể kéo dài đến tháng 3, và tháng ít mưa nhất thường là tháng 1 hoặc tháng 2, với lượng mưa trung bình cũng vào khoảng.
10-20mm ở những nơi ít mưa, 40-50mm ở những nơi nhiều mưa Các tháng khác, lượng mưa trung bình vào khoảng 20-30mm đến 50-70mm
2.4.2.3 Độ ẩm: Độ ẩm thay đổi khá nhiều trên địa hình núi phức tạp Trung bình năm, độ ẩm vào khoảng 80-85% tùy nơi Thời kỳ ẩm trùng với mùa mưa, kéo dài từ tháng 5-10 có độ ẩm trung bình vượt quá 85% trên đại bộ phận vùng
Thời kỳ khô diễn ra từ tháng 11 đến tháng 6, với bốn tháng khô nhất từ tháng 1 đến tháng 4, khi độ ẩm giảm xuống dưới 80% ở các khu vực ẩm và dưới 75% ở những nơi khô.
Độ ẩm trung bình hàng năm đạt 77%, với độ ẩm cao nhất vào tháng 9 là 85% và thấp nhất vào tháng 3 là 67% Độ ẩm thấp tuyệt đối ghi nhận là 11% Ngoài ra, lượng mây trung bình hàng năm là 4,7.
Lượng mây trung bình tháng lớn nhất 6,8 (8)
Lượng mây trung bình tháng nhỏ nhất 2,4 (1)
2.4.3 Địa chất và địa chất thủy văn: Đăk Lăk nằm trong vùng có địa hình tương đối bằng phẳng cao độ thay đổi từ 500-1550m, địa hình bị chia cắt bởi nhiều sông, suối Bề mặt thường bị phong hóa mạnh mẽ với lớp vỏ có chổ dày đến 50m Các bề mặt thấp thường được phủ bởi lớp Bazan
2.4.3.1 Cấu tạo và kiến tạo khu vực:
Căn cứ vào bản đồ địa chất và khoáng sản cho thấy đặc điểm địa chất cấu tạo, kiến tạo trên địa bàn tỉnh Đăk Lăk như sau:
+ Hệ tầng Đray Linh (J 1 dl): Cát kết, bột kết vôi, đá phiến sét, kết hạch vôi-silic chứa Paroxynoticeras sp, Dactylioceras, Paltarpites toyoranus Dày
500-600 m Hệ tầng này phân bố ở giữa đoạn tuyến
+ Hệ tầng La Ngà (J2ln): Cát kết, bột kết đá phiến sét dạng nhịp Dày
700m hệ tầng phân bố rộng ở đầu đoạn tuyến và cuối đoạn tuyến
Các đứt gãy thuộc nhóm đứt gãy kinh tuyến có nguồn gốc từ quá trình kiến tạo, có thể đã hình thành và phát triển trong kỷ Pliocen Những đứt gãy này thể hiện sự dịch chuyển ngang trái rõ rệt, với mặt trượt thường ở vị trí thẳng đứng.
2.4.3.2 Các hiện tượng địa chất động lực: Đối với hệ thống đường xá tỉnh Đăk Lăk thường sảy ra hiện tượng sụt, trượt, dòng lũ bùn đá, castơ có ảnh hưởng đến công trình, xuất hiện nhiều đoạn, vùng có mực nước ngầm, một số đoạn đi qua ruộng thì có hiện tượng đất bùn yếu
Kết quả khảo sát và khoan thăm dò địa chất trên các tuyến đường Đăk Lăk cho thấy sự xuất hiện thường xuyên của các lớp địa chất đặc trưng.
Khả năng đầu tư
2.5.1 Quan điểm quy hoạch phát triển GTVT Đăk Lăk:
Trong giai đoạn trước mắt đối với quy hoạch phát triển GTVT Đăk Lăk cần thống nhất các quan điểm sau :
Cần ưu tiên đầu tư phát triển mạng lưới đường nhằm xây dựng cơ sở hạ tầng cho các khu đô thị mới, quốc lộ, và các tuyến đường trục chính trong tỉnh Việc này sẽ hỗ trợ kết nối đến các khu sản xuất và khu vực biên giới, đồng thời giúp xây dựng quỹ đất và sắp xếp ổn định dân cư Điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho chương trình giải phóng mặt bằng và cải tạo, nâng cấp các tuyến đường.
Để phát triển hệ thống vận tải hành khách công cộng, cần huy động mọi nguồn vốn và kêu gọi sự tham gia của các nhà đầu tư cũng như các nguồn lực khác Cần thiết lập cơ chế phù hợp để khuyến khích các thành phần kinh tế tư nhân tham gia vào hoạt động giao thông công cộng.
- Tăng cường các biện pháp tổ chức và hiệu lực quản lý giao thông
2.5.2 Phương án quy hoạch phát triển Đăk Lăk
Quy hoạch phát triển đường bộ tập trung vào việc nâng cấp và cải tạo các tuyến đường hiện có trong đô thị, cũng như các đoạn quốc lộ và tỉnh lộ cần thiết và cấp bách Mục tiêu là hoàn thành dứt điểm một số tuyến đường đã được phê duyệt.
Chi phí đầu tư cho giao thông tại Đăk Lăk chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí cơ sở hạ tầng, với số liệu cho thấy năm 2007 là 21,4%, năm 2008 là 25,2% và năm 2009 là 35,2% Ngân sách đường bộ hiện tại không đủ để thực hiện tất cả các kế hoạch cải tạo và xây dựng mới Do đó, cần tăng cường nguồn vốn cho xây dựng giao thông bằng cách khai thác các nguồn tài nguyên hiện có và áp dụng các loại thuế như thuế đất, thuế nhập khẩu phương tiện, thuế đăng ký phương tiện, cùng với các loại phí môi trường và phí đối với phương tiện vận tải cá nhân.
- Có kế hoạch xây dựng mức độ ưu tiên của các dự án hợp lý
- Đưa ra được các tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp và nhu cầu về vốn đầu tư để có kế hoạch phân kỳ đầu tư
Để phát triển giao thông vận tải (GTVT) Đăk Lăk, cần có các cơ chế chính sách hợp lý như: chính sách tạo vốn cho phát triển, chính sách tái định cư và giải phóng mặt bằng, cùng với chính sách khuyến khích phát triển vận tải hành khách công cộng.
Kết luận chương 2
Xuất phát từ quan điểm rằng Catalo kết cấu áo đường cần bao quát tất cả các trường hợp thực tế, việc phân chia cấp hạng lưu lượng và cấp hạng đất nền đường phải dựa vào số liệu điều tra giao thông thực tế để đảm bảo tính hợp lý Điều này giúp tránh việc đưa ra các cấp hạng kỹ thuật không phù hợp với thực tế Các thông số vật liệu cho tính toán trong Catalo được lấy theo quy trình và số liệu thí nghiệm, sử dụng giá trị cận trên của thông số vật liệu để xem xét năng lực trang thiết bị của các đơn vị sản xuất và thi công hiện nay.