LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG HỢP LÝ CHO KHU VỰC ĐIỆN BIÊN

Cấu tạo chung của kết cấu áo đường: Sơ đồ phân bố các tầng lớp áo đường từ trên xuống Lớp bảo vệ Việc tính toán để đưa đến thiết kế một kết cấu áo đường là tính toán về mặt cường độ để

-š&› -

ngô quý đức

Nghiên cứu sử dụng kết cấu mặt đường

Hợp lý cho khu vực điện biên

Chuyên nghành : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố Mã số : 60.58.30

Phần Phụ lục Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học:

Ts Lã văn chăm

Hà nội - 2007

Lời cảm ơn

Sau một thời gian được học tập và nghiên cứu tại

Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội đến nay

em đã hoàn thành chương trình đào tạo thạc sỹ khoa học

kỹ thuật chuyên nghành Xây dựng Đường ôtô và Đường

thành phố khoá 12 Nhân dịp này cho phép em được gửi

đến lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong Ban

giám hiệu, các thầy cô trong bộ môn, các khoa và các

phòng ban khác đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt

quá trình học tập tại trường Đặc biệt, em xin gửi lời cám

ơn chân thành và sâu sắc đến thầy TS Lã Văn Chăm đã

trực tiếp tận tình hướng dẫn và chỉ bảo để em hoàn thành

được đề tài này

Một lần nữa em xin cám ơn và kính chúc các thầy cô

luôn luôn dồi dào sức khoẻ và hạnh phúc!

Hà Nội, ngày 6 tháng 11 năm 2007

Học viên

Ngô Quý Đức

Mở đầu

1 Đặt vấn đề nghiên cứu:

Điện Biên là một tỉnh miền núi vùng cao biên giới phía Bắc nước ta, với

địa hình miền núi cao như vậy nên có khá nhiều nguồn vật liệu tự nhiên khai

thác được như cát, đá sỏi, cấp phối thiên nhiên và gần đây là nguồn xi măng ở

địa phương đã đưa vào khai thác sử dụng

Để phát huy tiềm năng thế mạnh của Điện Biên, đẩy nhanh tốc độ tăng

trưởng của nền kinh tế trong tỉnh theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá thì

vấn đề đặt ra là phải phát triển nhanh cơ sở hạ tầng của nền kinh tế trong đó

giao thông vận tải đóng vai trò cực kỳ quan trọng Phát triển giao thông vận tải

là xây dựng, phát triển kết cấu hạ tầng kỹ thuật tạo tiền đề, động lực cho các

ngành kinh tế khác phát triển, nâng cao lợi thế cạnh tranh của hàng hoá trên

thị trường

Tuy nhiên, chi phí để xây dựng công trình giao thông rất lớn, trong đó

chi phí về vật liệu chiếm một tỉ trọng cao trong toàn bộ giá thành xây dựng

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật rất mạnh mẽ trong

nhiều lĩnh vực thì vật liệu xây dựng là một định hướng có tính chiến lược

trong sự vận dụng tối đa nguyên vật liệu tại chỗ, lựa chọn kết cấu mặt đường

phù hợp với điều kiện sử dụng của địa phương

Để tiết kiệm nguồn vốn ngân sách, nâng cao hiệu quả vốn đầu tư trong

xây dựng đường thì vấn đề đặt ra là phải tiến hành nghiên cứu, xác định và lựa

chọn kết cấu mặt đường với chiều dày hợp lý để tận dụng được vật liệu địa

phương và phù hợp với điều kiện tự nhiên thì việc ra đời “Nghiên cứu sử

dụng kết cấu mặt đường hợp lý cho khu vực Điện Biên” nhằm đáp ứng

được các yêu cầu trên Đồng thời cũng trong khuôn khổ của đề tài, tác giả

mạnh dạn đề xuất bộ Catalo áo đường cho Điện Biên

2 Nội dung nghiên cứu:

a Tổng quan về các phương pháp thiết kế mặt đường ô tô hiện tại ở trong nước

và nước ngoài

b Nghiên cứu hiện trạng hệ thống đường giao thông của tỉnh Điện Biên bao

gồm: Phân loại đường giao thông trong tỉnh; Nghiên cứu đánh giá chất lượng

đường; Xác định các nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu mặt đường

c Một số đặc trưng về các thông số tính toán kết cấu áo đường ở khu vực Điện Biên

d Tính toán kết cấu áo đường cho đường giao thông của Điện Biên, xây dựng

Catalo kết cấu áo đường phù hợp và phạm vi sử dụng

e Nhận xét và kiến nghị

3 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với điều tra, thu thập số liệu,

tham khảo tài liệu của các cơ quan liên quan đến chuyên nghành Từ đó, tác

giả tính toán theo các quy trình hiện hành để có được kết luận theo mục tiêu,

nội dung nghiên cứu

4 Mục tiêu cần đạt được của đề tài:

a Đưa ra được một số kết cấu mặt đường định hình, ứng dụng cho các loại

đường trong tỉnh tuỳ thuộc vào cấp hạng đất nền, cấp hạng tải trọng và cấp

hạng đường

b Góp phần làm sáng tỏ những cơ sở khoa học thuộc lĩnh vực chuyên nghành

đường ô tô khi áp dụng vào tỉnh Điện Biên

c Góp phần hướng dẫn và định hướng cho các công ty tư vấn, cơ quan phê

duyệt cũng như các đơn vị duy tu, bảo dưỡng trong Tỉnh dễ dàng trong việc sử

dụng, quản lý hợp lý nhất hệ thống giao thông đường bộ

5 Quy mô của đề tài:

Đề tài bao gồm 4 chương, 70 trang và các bảng biểu, hình vẽ

Chương I: Tổng quan về các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường ở Việt

Nam và trên thế giới

Chương II: Hiện trạng hệ thống mặt đường – ưu, nhược điểm kết cấu đang

được sử dụng ở Điện Biên

Chương III: Đề xuất các kết cấu mặt đường hợp lý cho khu vực Điện Biên

Chương IV: Kết luận – kiến nghị

Phần phụ lục: Bao gồm các kết quả thu thập và tính toán

Chương I Tổng quan về các phương pháp thiết kế kết cấu áo

đường ở Việt Nam và trên thế giới

1 Cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu áo đường:

1.1 Định nghĩa áo đường:

áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng, lớp

vật liệu có cường độ và độ cứng lớn hơn so với đất nền đường để phục vụ cho

xe chạy, trực tiếp chịu tác dụng phá hoại thường xuyên của các phương tiện

giao thông lưu hành trên đường và của các nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, sự

thay đổi nhiệt độ )

1.2 Cấu tạo chung của kết cấu áo đường:

Sơ đồ phân bố các tầng lớp áo đường từ trên xuống Lớp bảo vệ

Việc tính toán để đưa đến thiết kế một kết cấu áo đường là tính toán về mặt

cường độ để đảm bảo kết cấu đó chịu được tác dụng của tải trọng xe

a) Đối với áo đường mềm:

• Nguyên lý tính toán:

Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, khi đạt đến cường độ giới hạn

trong kết cấu áo đường mềm sẽ xảy ra các hiện tượng theo mô tả ở (H.vẽ) Do

vậy, để đảm bảo các yêu cầu về mặt tính toán cường độ thì phải đảm bảo các

điều kiện khi tính toán sau:

* ứng suất cắt ở mọi điểm trong nền đất dưới áo đường và trong các lớp

áo đường do tải trọng xe chạy tính toán gây ra tại các vị trí đó không được

vượt qua trị số ứng suất cắt giới hạn của đất hoặc vật liệu – Tiêu chuẩn chịu

cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:

Các hiện tượng phá hoại áo đường mềm ở trạng thái giới hạn dưới tác dụng của

Trong đó: Tax – ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán

gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính kết (MPa)

Tav - ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật

liệu nằm trên nó gây ra tại điểm đang xét (MPa)

tr cd

cậy thiết kế

Ctt – Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm , độ chặt tính toán

* ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy áo đường hoặc ở đáy các lớp vật

liệu tầng mặt do tải trọng xe tính toán gây ra σku không được vượt quá trị số

tt

R của vật liệu liền khối tại các vị trí đó

Kéo

Kẽ nứt Cắt

Nén Kéo

Trồi Truyền áp lực lên đất

( đất bị nén) Lún

– Tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối:

ku

σ ku

cd

ku tt

K – hệ số cường độ về chịu kéo khi uốn được chọn tuỳ theo độ tin cậy thiết kế

* Độ võng đàn hồi (biến dạng thẳng đứng) của cả kết cấu áo đường dưới tác dụng

của tải trọng xe chạy tính toán (động và trùng phục) lđh không được vượt quá độ

võng đàn hồi giới hạn cho phép lgh – Tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép:

cậy mong muốn

võng lđh

trọng xe chạy tác dụng cả kết cấu sẽ chỉ phát sinh độ võng bằng độ võng đàn

hồi giới hạn cho phép lđh

Do vậy, nguyên lý để tính toán áo đường mềm chính là xét 3 điều kiện

trên hay 3 trạng thái giới hạn mà kết cấu áo đường cần phải đạt được để chịu

đựng được tải trọng và cường độ xe chạy tính toán, bảo đảm được các yêu cầu

sử dụng trong quá trình khai thác

•Trình tự tính toán:

* Tính toán cường độ áo đường mềm theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi giới hạn:

- Xác định số trục xe tính toán trên một làn xe của phần xe chạy sau

khi quy đổi về trục tiêu chuẩn tính toán, tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn

trên một làn xe tương ứng với năm tính toán

- Từ số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên một làn xe xác định trị số Eyc

theo bảng 3 – 4, 3 – 5 [3]

- Dự kiến cấu tạo các lớp áo đường theo các nguyên tắc thiết kế kết cấu

nền áo đường [3]

- áp dụng cách đổi tầng để đưa hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp (hoặc hệ 3 lớp)

rồi áp dụng toán đồ hình 3– 1 để tính ra Ech của cả kết cấu [3]

cd

K được lựa chọn theo Bảng 3-2, 3-3 [3]

- So sánh, kiểm tra theo điều kiện (1 – 4) nếu đạt là được

* Tính toán cường độ áo đường mềm theo điều kiện cân bằng giới hạn về

trượt trong nền đất và các lớp kém dính kết:

- Dự kiến cấu tạo các lớp áo đường (bề dày và trị số mô đun đàn hồi

tính toán của các lớp theo loại vật liệu cấu tạo như theo tính toán của trạng

thái giới hạn trên)

- Đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp như cách đổi trên Trị số mô đun đàn

hồi tính toán của các lớp trên được quy đổi thành trị số mô đun đàn hồi trung

bình với bề dày của các lớp:

h

h E

1

. (1 – 5) Nếu kiểm tra ở lớp móng áo đường thì lớp móng và nền đất được quy đổi

thành một lớp bán không gian ở phía dưới theo toán đồ Kogan ở hình 3 – 1 [3]

- Sau khi đưa về hệ 2 lớp, tính toán được Tax theo hình 3 – 2 (hoặc 3 -

3) và Tav theo hình 3- 4 [3]

- Xác định Ctt theo công thức:

Ctt = C K1 K2 K3 (1 – 6)

Trong đó: C - lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính (Mpa)

vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động

theo Bảng 3 – 8 [3]

K3 – hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật

liệu kém dính khi điều kiện làm việc của kết cấu khác với mẫu thử

- Thay các giá trị và kiểm tra nếu thoả mãn điều kiện (1-1) là đạt

* Tính toán cường độ áo đường mềm theo điều kiện chịu kéo khi uốn:

- Sau khi dự kiến cấu tạo các lớp áo đường với các đặc trưng của nó (h,

E, Rku) thì đối với các lớp phía dưới lớp mặt cần kiểm tra phải đổi về một bán

không gian vô hạn bằng cách đổi hai lớp một từ dưới lên (kể cả nền đất) theo

toán đồ Kogan hình 3 – 1, tính được trị số Ech.m (đưa hệ nhiều lớp về hệ hai

lớp có lớp mặt kiểm tra là lớp trên cùng) [3]

- Tra toán đồ, tính σ kuở đáy các lớp cần kiểm tra theo công thức:

b ku

ku σ .p k

σ = (1 –7) Trong đó: p - áp lực bánh của tải trọng trục tính toán

đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh

đơn

ku

σ - ứng suất kéo uốn đơn vị, xác định theo toán đồ hình 3-5 (3- 6) [3]

tt

R :

ku tt

R = k1 k2 Rku (1 – 8) Trong đó: Rku – cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán và ở tuổi

mẫu tính toán (Mpa)

k1 - hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác

dụng của tải trọng trùng phục, phụ thuộc vào các loại vật liệu của

kết cấu

k2 - hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các

tác nhân về khí hậu, thời tiết, phụ thuộc loại vật liệu của kết cấu

- Thay các giá trị và kiểm tra theo điều kiện (1 – 2)

b) Đối với áo đường cứng:

Do đặc điểm cấu tạo của áo đường cứng - chủ yếu là tấm bê tông xi

măng (BTXM) được làm lớp mặt hay lớp móng - khác với áo đường mềm về

đặc điểm chịu lực nên nguyên lý tính toán và phương pháp thiết kế là hoàn

toàn khác nhau Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, tấm BTXM của áo

đường cứng làm việc trong điều kiện chịu uốn cùng với sự tác dụng của sự

biến đổi nhiệt độ theo mùa và theo chu kỳ ngày đêm Việc tính toán thiết kế

kết cấu áo đường cứng đảm bảo không bị phá hoại trong thời kỳ tính toán quy

định chính là thoả mãn các điều kiện sau:

* Đối với tấm BTXM:

ku

ku ≤k R

σ (1 – 9)

trọng xe, biến đổi nhiệt độ gây ra

Rku- cường độ giới hạn chịu kéo uốn của BTXM ở tuổi 28 ngày (kG/cm2)

k – hệ số tổng hợp chiết giảm cường độ, xét đến mỏi và các yếu tố

khác

* Đối với tầng móng của kết cấu áo đường cứng:

Để đảm bảo không xuất hiện biến dạng dẻo (dẫn đến tích luỹ biến

dạng) thì cũng phải thoả mãn điều kiện như ở kết cấu áo đường mềm:

Trong đó: Tax – ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán

gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính kết (MPa)

Tav - ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật

liệu nằm trên nó gây ra tại điểm đang xét (MPa)

tr cd

cậy thiết kế

Ctt – Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm , độ chặt tính toán

Đặc điểm chịu lực của mặt đường cứng khác nhiều so với mặt đường

mềm nên lý thuyết tính toán và phương pháp thiết kế cũng hoàn toàn khác

nhau Tấm BTXM có bề dày thường không quá 1/10 bề rộng và độ võng dưới

tác dụng của bánh xe rất nhỏ nên có thể xem là tấm mỏng: Tấm không trọng

lượng, đồng nhất , đẳng hướng, chuyển vị thẳng đứng không thay đổi theo bề

dày của tấm Dưới tác dụng của tải trọng, tấm mặt đường bê tông xi măng

biến dạng rất ít nên có thể xem tấm bê tông là tấm đàn hồi Mặt khác, trên

thực tế tấm có thể phát sinh một số biến dạng dẻo theo thời gian (từ biến)

nhưng do rất nhỏ và thay đổi chậm nên có thể bỏ qua Dưới áp lực của tải

trọng xe chạy, do có độ cứng khi uốn của các tấm bê tông rất lớn nên phản lực

xuất hiện dưới tấm giảm xuống 4-5 lần và độ lún đàn hồi thẳng đứng cho phép

của mặt đường nhỏ hơn độ lún tương ứng so với mặt đường mềm từ 3-4 lần

Vì vậy, có thể giả thiết nền đất biến dạng tuyến tính và xem nền đất là bán

không gian vô hạn đàn hồi và có thể dùng lý thuyết “ Tấm mỏng trên nền đàn

hồi” để tính chiều dày của tấm bê tông mặt đường thông qua trị số σ ku

Do Westergard đề xuất lần đầu tiên vào năm 1926, dùng mô hình hệ số

nền K – mô hình nền Winkler - là mô hình xem độ lún tại một điểm bất kỳ

của nền móng dưới tấm bê tông tỉ lệ thuận với áp lực tác dụng lên điểm đó với

điều kiện biên là tổng lực cắt và mô men uốn ở các cạnh tấm bằng 0 (xem như

cạnh biên tự do) và ông đã tìm được các công thức tính toán ứng suất kéo -

uốn lớn nhất cho ba trường hợp tác dụng tải trọng điển hình có thể xảy ra trên

mặt đường:

I Tải trọng tác dụng ở giữa tấm ứng suất kéo lớn nhất sinh ra ở mặt đáy của

tấm ngay dưới vị trí tác dụng tải trọng:

II Tải trọng tác dụng ở cạnh tấm: ứng suất kéo lớn nhất sinh ra ở mặt đáy của

tấm ngay dưới vị trí tác dụng tải trọng:

lg 4

3 2

KR

Eh h

III Tải trọng tác dụng ở góc tấm: ứng suất kéo lớn nhất sinh ra ở mặt trên của

tấm và nằm trên đường phân giác của góc tấm đó:

3

2

2 1

12

Eh K

Trong đó:

P – tải trọng bánh sau của ôtô tính toán (đã nhân với hệ số xung kích),

KG

R – bán kính của vệt bánh xe tính toán, cm

h – chiều dày tấm bê tông mặt đường, cm

à - hệ số Possion của bê tông mặt đường; à = 0,15

K – hệ số nền của nền đất, kG/cm3

Trong công thức của Westergard có nhược điểm lớn là giả thiết hệ số

nền mà nó dùng làm căn cứ không phản ánh được hiện tượng vật lý phức tạp

xảy ra trong thực tế khi tấm chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng: nền móng

không chỉ bị lún trong phạm vi của một khu vực chịu nén mà xung quanh khu

vực này một phạm vi nhất định cũng xuất hiện một độ lún nhất định

Do đó, mô hình nền bán vô hạn (đặc trưng là phương pháp của Shekter)

[8] với các điều kiện biên tương tự (cạnh tấm xem là tự do) đã tính được mô

men pháp (MF) và mô men tiếp (MT) trên đơn vị chiều rộng của tấm:

- Dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều trên một diện tích hình tròn

) 1 (

Ptt – tải trọng tập trung (kG)

à - hệ số poisson của bê tông

C – hệ số có giá trị thay đổi theo aR

A, B – hệ số có giá trị thay đổi theo ar

2 0

1 (

) 1 ( 6 1

E0 – mô đun đàn hồi của nền

h – chiều dày tấm

cách mép tấm đủ xa (trường hợp tác dụng ở giữa tấm) còn khi tác dụng ở góc

và cạnh tấm thì không xác định được Vì vậy, I.A Mednicov [8] đã kết hợp cả

hai mô hình trên: giả định mô men uốn xác định theo Shekter bằng mô men

uốn trong trường hợp tải trọng tác dụng giữa tấm xác định theo Westergard để

tìm mối quan hệ giữa hệ số nền và mô đun đàn hồi của móng nền và từ đó xác

định công thức tính mô men và bề dày tấm khi tải trọng tác dụng ở góc và

cạnh tấm theo E0, à0 của mô hình nền bán vô hạn đàn hồi

Các giá trị α1,α2,α3 được lập thành bảng, tuỳ thuộc tỉ số Eb/E0 và h/δ

với Eb là mô đun đàn hồi của bê tông; E0 là mô đun đàn hồi chung của cả lớp

móng dưới tấm BTXM và nền đất Đây cũng là phương pháp được dùng chính

thức trong quy trình Việt Nam 22 TCN 223-95 [5]

2 Các phương pháp thiết kế mặt đường trên thế giới:

Hiện nay trên thế giới có hơn 50 phương pháp thiết kế mặt đường nhưng

chủ yếu là theo hai nhóm chính sau:

Cách tính toán thông thường là xác định ứng suất do xe chạy gây ra

trong các lớp mặt đường bằng lý thuyết và so sánh các ứng suất này với cường

độ cho phép của vật liệu làm đường (thường lấy theo kinh nghiệm)

Thuộc nhóm này có một số phương pháp:

a Phương pháp tính toán của Trung Quốc (trong quy trình JTJ014-86) [7]

* Nội dung:

- 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 đều do một loại vật liệu đồng nhất, đẳng hướng, đàn hồi và

xem như không có trọng lượng tạo ra Các thông số là: mô đun đàn hồi (Ei), hệ

số Poisson(à i)

+ Tầng dưới cùng là tầng bán không gian vô hạn và kéo dài vô hạn theo

phương ngang Các lớp phía trên kéo dài vô hạn theo phương dọc và phương

ngang và có chiều dày hữu hạn hi theo phương thẳng đứng

+ Tại mặt phân giới giữa các lớp có ứng suất và chuyển vị hoàn toàn

liên tục hoặc chỉ có ứng suất và chuyển vị theo phương thẳng đứng là liên tục

còn lực cản trở do ma sát giữa các lớp bằng không (hệ chuyển dịch tự do)

+ Tại độ sâu vô hạn ở lớp dưới cùng, ứng suất và chuyển vị đều bằng không

- Từ các giả thiết trên, giải và lập các toán đồ xác định độ võng đàn hồi

và các hệ số ứng suất của mặt đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe đơn

hoặc kép được quy về một hay hai vòng tròn diện tích tương đương có bán

kính δcho hệ hai lớp và ba lớp Trong trường hợp hệ nhiều hơn ba lớp thì quy

đổi về hệ ba lớp theo hiệu ứng tương đương

* Trình tự tính toán:

- Dựa vào yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế, xác định cấp hạng mặt đường

và loại lớp mặt, tính toán số lần tích luỹ trục xe tương đương trên một làn xe

trong thời hạn thiết kế và tính toán trị số độ võng cho phép trên bề mặt mặt

đường Nếu mặt đường phải tiến hành nghiệm toán ứng suất kéo – uốn thì

cần tính toán trị số ứng suất kéo – uốn cho phép

- Dựa vào loại đất và chế độ thuỷ nhiệt của nền đường, chia đường thiết

kế ra làm một số đoạn (từ 500 –1000m) 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, các lớp

móng bằng vật liệu có tính toàn khối đảm bảo nhỏ hơn ứng suất kéo – uốn

cho phép của vật liệu đó

- Nghiệm toán ứng suất cắt trong các lớp mặt nhựa 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

b Chương trình Alizé 5 của Pháp [19]:

- Chương trình Alizé 5 – version 5.02-6/1991 của Viện nghiên cứu cầu

đường trung tâm (LCPC) là một phần mềm để giải chính xác bài toán bán

không gian nhiều lớp đàn hồi của Burmister bằng máy tính Sử dụng chương

trình có thể tính ứng suất và chuyển vị cho kết cấu có tối đa 10 lớp , số lượng

kiểu tải trọng tối đa đặt lên kết cấu là 15, số lượng vị trí đặt trục quan sát tối

đa trên mặt là 20, cho mỗi lớp tối đa tới 4 vị trí quan sát

- Đây là phương pháp giải đúng bài toán tính kết cấu mặt đường nhiều

lớp, kết hợp với sự phân tích lý thuyết, các thí nghiệm và thực nghiệm sử dụng

vật liệu để tính 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 đặc trưng bằng bề dày h, mô đun đàn hồi E, hệ

số Poisson à điều kiện liên kết giữa các lớp có thể trượt hoặc không trượt

hoàn toàn hoặc từng phần

+ Tính cho các tải trọng khác do người sử dụng nhập vào (có thể giống

hoặc không giống nhau) Các tải trọng có thể là phân bố trên cả diện tròn, chu

tuyến tròn hoặc tác dụng tại tâm, cũng có thể là tải trọng tác dụng ngang

- Sử dụng chương trình cho nhiều kết quả:

+ Biến dạng và ứng suất ngang: ε T, σ Tvà thẳng đứng: ε Z, σ 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: σ1, σ2,

2.2 Nhóm các phương pháp kinh nghiệm - thực nghiệm:

Các phương pháp này được thành lập trên cơ sở là dựa trên các kinh

nghiệm thu được trên các đoạn đường thực nghiệm hoặc trên mạng lưới đường

đang khai thác

Thuộc nhóm này có một số phương pháp:

a Phương pháp theo hướng dẫn của AASHTO [6]:

- Phương trình cơ bản để tính toán và thiết kế áo đường mềm:

Phương trình này có dạng giải tích và dạng toán đồ

Phương trình cơ bản:

W18 = f (SN, MR, ∆PSI, ZR,So) (1- 21)

Với SN = a1D1+a2D2m2+a3D3m3 (1- 22)

Trong đó:

W18 – số lần tác dụng của ESAL 18 kip trên một làn (lần/làn xe)

SN – chỉ số kết cấu hay chỉ số cấu tạo (Strutural Number) là một chỉ

số đặc trưng cho cường độ cơ học của lớp mặt đường Nếu áo đường gồm 3

lớp: lớp mặt (1), lớp móng trên (2), lớp móng dưới (3) thì SN được xác định

theo công thức trên, trong đó D1, D2, D3 lần lượt là bề dày các lớp với a1, a2, a3

lần lượt là các hệ số tương đương các lớp đó Còn m2, m3 là các hệ số xét đến

điều kiện môi trường

đưa vào sử dụng cho đến khi đã chịu đựng được W18 lần tác dụng của tải trọng

ESAL18 kip Các tổn thất này do xe cộ và do cả điều kiện chế độ thuỷ nhiệt

gây ra

∆PSI = po - pt (1- 23)

Với po (hoặc PSIo) là chỉ số phục vụ chất lượng phục vụ) của mặt đường

lúc đưa vào sử dụng; pt (PSIt) là chỉ số phục vụ ở thời điểm t sau khi mặt

đường chịu được W18 lần tải trọng trục thông qua

MR – mô đun đàn hồi hữu hiệu của nền đất (psi)

Như vậy, phương trình thể hiện mối quan hệ giữa chất lượng phục vụ

của mặt đường với các yếu tố cấu tạo kết cấu như bề dày các lớp, loại vật liệu

các lớp đã sử dụng, điều kiện chế độ thuỷ nhiệt, cường độ nền đất

Khi vận dụng phương trình trên để tính toán kết cấu mặt đường thì mục

tiêu lúc này là: trên cơ sở một nền đất đã biết MR, xác định được một chỉ số

kết cấu yêu cầu đạt được SNyc để chịu được số lần tác dụng tải trọng trục W18

dự kiến sẽ thông qua trong thời kỳ tính toán, sao cho ở cuối thời kỳ tính toán

đó chỉ số phục vụ pt của mặt đường chỉ giảm đến một trị số chấp nhận được

Từ trị số SNyc này theo công thức trên sẽ xác định được bề dày các lớp bằng

cách giả thiết chúng rồi nghiệm lại trong điều kiện đã biết m2, m3 và a1, a2, a3

Sai số tiêu chuẩn tổng hợp S0 và độ lệch tiêu chuẩn ZR được đưa vào để

xét đến việc dự báo số trục xe, xác định các thông số và đánh giá chất lượng

mặt đường khác với thực tế Độ lệch tiêu chuẩn ZR phụ thuộc vào độ tin cậy R

Khi áp dụng khái niệm độ lệch tiêu chuẩn và độ tin cậy như trên thì các

thông số tính toán khác đều phải dùng trị số trung bình chứ không phải trị số

bất lợi nhất

Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn: là chỉ số phục vụ PSI đặc trưng cho chất

lượng khai thác sử dụng của mặt đường PSI là một chỉ tiêu tổng hợp xác định

qua thử nghiệm AASHTO phụ thuộc vào độ bằng phẳng, tỷ lệ khe nứt, tỷ lệ

diện tích phải vá chữa trên mặt đường

b Phương pháp CBR [11]:

Phương pháp CBR do OJ Porter ở Viện đường bộ bang California đề

xuất năm 1938 Sau 14 năm tiến hành thí nghiệm trên các đường của bang này

đã tìm được mối quan hệ thực nghiệm giữa chỉ số CBR của đất (xác định bằng

thí nghiệm nén CBR quy định) với chiều dày tối thiểu của mặt đường bảo đảm

không bị phá hoại do sinh ra biến dạng dẻo trong đất đó

Đã lập được toán đồ tìm chiều dày cần thiết của móng đường cho hai

cấp giao thông trung bình - nặng (tương đương với bánh xe 5,4T) và giao

+

+

CBR

P (1- 24) Trong đó: e - chiều dày mặt đường (cm)

P - trọng lượng bánh xe (T)

CBR - tính bằng %

c Phương pháp của Viện nghiên cứu đường Anh [11]:

Cho đến năm 1960 ở Anh vẫn sử dụng toán đồ của Corps of engineers

(Hiệp hội kỹ sư quân đội Mỹ) nhưng có tăng thêm 20% trọng lượng bánh xe

lớn nhất thiết kế để xét đến sự lặp lại của tải trọng

Sau những thí nghiệm tiến hành trên các đường ôtô ở Anh, Viện nghiên

cứu đường Anh (TRRL) đã công bố các toán đồ mới, so với phương pháp CBR

có những cải tiến:

- Xem tác dụng của sự lặp lại tải trọng đối với chiều dày tuân theo quy

luật logarit

- Bỏ qua tác dụng của các xe có tổng trọng lượng dưới 3T Phương pháp

này tính mặt đường với tuổi thọ khoảng 20 năm Để hạn chế chiều sâu vệt hằn

bánh xe tối đa là 2cm, phương pháp này cố định chiều dày lớp mặt và lớp

móng trên và xác định chất lượng vật liệu của các lớp này Chỉ có chiều dày

của lớp móng dưới thay đổi theo CBR của lớp trên nền đường

- Phương pháp này còn chưa xét đến sự tương đương giữa các trục bánh

xe, tuy nhiên đã xét đến sự lặp lại của tải trọng

- Về chất lượng vật liệu: nếu lớp móng trên làm bằng hỗn hợp đá trộn

nhựa thay cho vật liệu không gia cố thì cho phép giảm đi 40% chiều dày Các

điều kiện của thí nghiệm CBR ngâm nước được cho là quá nghiêm khắc nên

việc nén lún được tiến hành ở độ ẩm gần với độ ẩm tốt nhất của Proctor khi

mực nước ngầm nằm dưới cao độ nền đường trên 1m

- Trong lần xuất bản thứ ba (1971), các toán đồ này đã có nhiều cải tiến

so với hai lần trước (1960 và 1966) ở các điểm:

+ Lượng giao thông được đánh giá theo số tương đương của trục bánh

- Phương pháp của Viện công trình Mỹ

- Phương pháp của Viện Asphalt Mỹ

- Phương pháp SHELL

3 Quy trình thiết kế mặt đường mềm 22TCN 211- 06, mặt đường cứng

22TCN 223-95 và những vấn đề cần chú ý khi xây dựng kết cấu mặt đường:

3.1 Quy trình thiết kế mặt đường mềm 22TCN 211- 06 [3]:

Đây là phương pháp thiết kế theo nhóm “ Phương pháp lý thuyết –

thực nghiệm” hiện nay đang được sử dụng hiện hành ở nước ta

Nội dung:

Việc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường mềm gồm các lớp móng và các

lớp mặt (và cả lớp đất trên cùng của nền đường) được dựa trên lý thuyết phân

bố tải trọng xe theo chiều sâu từ trên xuống, từ đó đưa ra các phương án cấu

tạo kết cấu nền áo đường Sau đó, yêu cầu của việc tính toán là kiểm tra xem

các phương án, cấu tạo đã đề xuất cùng với điều kiện nền đã biết có đủ cường

độ không, đồng thời tính toán xác định lại bề dày cần thiết của mỗi lớp kết cấu

và có thể phải điều chỉnh lại bề dày của mỗi lớp theo kết quả tính toán

Điều kiện cần đạt được khi tính toán theo phương pháp này là: Kết cấu

áo đường mềm được xem là đủ cường độ nếu như trong suốt thời hạn thiết kế

quy định dưới tác dụng của ôtô nặng nhất và của toàn bộ dòng xe, trong bất kỳ

lớp nào (kể cả nền đất) cũng không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của

các lớp liền khối không bị phá vỡ và độ võng đàn hồi của kết cấu áo đường

không vượt quá trị số cho phép

Do vậy, việc tính toán kết cấu áo đường mềm chính là tính toán kiểm tra

ba tiêu chuẩn cường độ khi biết trước tải trọng và trọng lượng trục xe thiết kế:

- Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắt

trượt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo trong chúng không xảy

ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phát sinh biến dạng dẻo)

- Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối

nhằm khống chế không cho phép nứt ở các lớp đó

- Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng, biểu

thị bằng trị số mô đun đàn hồi Ech của cả kết cấu nền áo đường so với trị số

mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc Tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo hạn chế được sự

phát triển của hiện tượng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu dưới tác dụng

trùng phục của dòng xe, do đó đảm bảo duy trì được khả năng phục vụ của kết

cấu đến hết thời hạn thiết kế

Cơ sở của phương pháp tính toán theo 3 tiêu chuẩn trạng thái giới hạn

nói trên là lời giải của bài toán hệ bán không gian đàn hồi nhiều lớp có điều

kiện tiếp xúc giữa các lớp là hoàn toàn liên tục dưới tác dụng của tải trọng

bánh xe (được mô hình hoá là tải trọng phân bố đều hình tròn tương đương với

diện tích tiếp xúc của bánh xe trên mặt đường), kết hợp với kinh nghiệm sử

dụng và khai thác áo đường tích luỹ được trong nhiều năm để đưa ra các quy

định về các tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cho phép

* Các thông số tính toán cường độ và bề dày áo đường mềm:

•Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán:

a Tải trọng trục tính toán:

- Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn: được quy định là trục đơn của ôtô

có trọng lượng 100 kN Nếu trên đường ô tô các cấp (hoặc đường cao tốc) có

các trục đơn nặng trên 120 kN và dưới 144 kN với số lượng chiếm dưới 5%

tổng số trục xe tải và xe buýt chạy trên đường thì tải trọng trục tính toán là

120 kN Còn nếu có các loại trục xe nặng khác biệt nhiều so với trục tiêu

chuẩn thì kết cấu áo đường phải được tính theo tải trọng trục đơn nặng nhất có

Lm – khoảng cách giữa các trục ngoài cùng của cụm trục (m)

a, b, c – các hệ số cho theo bảng A – 3[3]

Sơ đồ tải trọng tính toán: là sơ đồ một vòng tròn có diện tích tương

đương D (cm) và áp lực tính toán lên mặt đường p (Mpa)

b Số trục xe tính toán trên một làn xe:

Số trục xe tính toán là tổng số trục xe đã được quy đổi về trục xe tính

toán tiêu chuẩn (hoặc trục xe nặng nhất tính toán) sẽ thông qua mặt cắt ngang

đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào

thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế qui định, tuỳ thuộc loại tầng mặt

dự kiến, theo công thức sau:

Ntt = Ntk fl (trục/làn.ngày đêm) (1- 27)

Trong đó: Nkt – tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục

xe tính toán trong một ngày đêm trên cả hai chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế (trục/ngày đêm.2 chiều)

fl – hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe, tuỳ thuộc

vào số làn xe và dải phân cách

• Các thông số tính toán của đất nền đường: Mô đun đàn hồi E, lực

nhất về chế độ thuỷ nhiệt Việc xác định các thông số này được tiến hành qua

các thí nghiệm

đàn hồi E, lực dính C, góc nội ma sát ϕ và cường độ chịu kéo uốn của các lớp

vật liệu Tương tự như với nền đất, các thông số của vật liệu làm áo đường

được xác định thông qua các thí nghiệm phù hợp trong điều kiện bất lợi nhất

* Một số nhận xét về phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo quy

trình 22TCN 211- 06:

Đây là quy trình mới được Bộ GTVT đưa ra thay thế cho quy trình

22TCN 211 – 93 và là phương pháp hầu hết đang được sử dụng trong thiết kế

kết cấu áo đường mềm ở nước ta Qua thời gian áp dụng và rút kinh nghiệm từ

thực tế đã đạt được hiệu quả nhất định trong việc lựa chọn kết cấu và chiều

dày các lớp áo đường Với cơ sở lý thuyết về mặt tính toán vững chắc, dễ áp

dụng, cho các kết quả trên thực tế khi thiết kế các kết cấu áo đường mềm theo

phương pháp này trong việc xây dựng trên mạng lưới đường ở nước ta là chưa

bộc lộ những nhược điểm lớn Tuy nhiên, để nâng cao hiệu quả hơn nữa khi sử

dụng phương pháp này thì cần chú ý đến một số vấn đề sau:

Tuy đã đưa ra các thông số đầu vào thay đổi và phù hợp hơn với thực tế

khi kết cấu chịu lực: số trục xe, tải trọng trục, tải trọng trục tích luỹ, hệ số độ

tin cậy, các đặc trưng tính toán của đất nền đường và vật liệu làm áo đường đã

rõ ràng, chi tiết hơn nhưng phương pháp tính toán cường độ và chiều dày các

lớp kết cấu áo đường mềm trên cơ sở của 3 tiêu chuẩn trạng thái giới hạn, trên

cơ sở lời giải tìm ứng suất và biến dạng của lý thuyết đàn hồi và trên cơ sở các

thông số thực nghiệm và kinh nghiệm thì kết quả tính là phụ thuộc vào các

tham số đầu vào rất lớn mà việc xác định chúng đòi hỏi phải được tiến hành

nghiêm túc, có sự thống nhất và cụ thể với các loại đất nền, vật liệu đó Đây sẽ

là vấn đề rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp kết quả tính toán cũng như hiệu

quả kinh tế

Phương pháp được dùng với cơ sở lý thuyết của bài toán là hệ đàn hồi

đặt trên bán không gian đàn hồi nhiều lớp nhưng thực tế nền đất và vật liệu kết

cấu áo đường không phải là vật liệu đàn hồi đồng nhất, đẳng hướng mà là vật

liệu có tính đàn hồi – dẻo – nhớt Do đó, khi lấy kết quả tính toán được chỉ

là gần đúng với sự làm việc thực tế của kết cấu áo đường, trạng thái làm việc

của kết cấu mặt đường vẫn có thể ở vào một trong hai trạng thái: đàn hồi - dẻo

và đàn hồi

Các toán đồ được lập với hệ kết cấu hai lớp, nếu hệ có nhiều hơn hai lớp

thì phải dùng công thức tính đổi lớp trên nguyên tắc độ cứng tương đương và

trị số mô đunđàn hồi sau khi được tính đổi với hệ số điều chỉnh β thêm vào chỉ

là gần đúng Trên thực tế hiện nay, một số quy trình (Trung Quốc, Liên Xô)

và các sách đã có kết quả giải hệ đàn hồi ba lớp Đồng thời, với sự phát triển

của máy tính có các chương trình tính toán : Chương trình Alizé 5 của Pháp

thì việc giải chính xác bài toán hệ đàn hồi lớn hơn hai lớp không là vấn đề khó

khăn, phức tạp nữa

Chưa có cách tính toán trực tiếp cường độ và độ ổn định của tầng mặt

áo đường dưới tác dụng của lực ngang và chưa có cách tính bề dày các lớp áo

đường dưới tác dụng của nhiệt độ và chế độ thay đổi nhiệt độ

Khi kiểm toán theo điều kiện cân bằng giới hạn về trượt trong nền đất

và các lớp kém dính kết, việc xác định ứng suất và áp dụng toán đồ với đất có

tính dính hoặc kém dính chưa chính xác vì kết cấu trong thực tế lại là thường

có trị số trung gian giữa hai giới hạn trên

3.2 Quy trình thiết kế mặt đường cứng 22TCN 223-95 [5]:

áo đường cứng được thiết kế với lớp mặt là bê tông xi măng (BTXM)

toàn khối (đổ tại chỗ có hoặc không có cốt thép) hay lắp ghép dựa vào việc

chọn lựa cấu tạo và bố trí hợp lý kích thước tấm, các khe và liên kết giữa các

khe tấm, chọn vật liệu lớp móng, vật liệu chèn khe, vật liệu lớp tạo phẳng và

bố trí mặt cắt ngang của kết cấu áo đường cùng với việc đưa ra các biện pháp

để tăng cường độ và ổn định cường độ của nền đất dưới lớp móng Sau đó, tính

toán, kiểm tra cường độ (bề dày) của tấm xi măng và lớp móng dưới tác dụng

của tải trọng và dưới tác dụng của nhiệt độ rồi lựa chọn lại kết cấu cho phù

hợp hơn

áo đường cứng với đặc trưng là tấm BTXM khi làm việc trong điều

kiện chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng xe chạy và tác dụng của nhiệt độ

(biến đổi theo mùa và theo chu kỳ ngày đêm) sẽ bị xem là phá hoại nếu như

trong thời kỳ tính toán quy định (20 năm) tấm bị nứt, vì như vậy kết cấu áo

đường cứng khi đó sẽ mất đi tính toàn khối ban đầu khiến cho năng lực chịu

tải của nó giảm xuống dưới mức yêu cầu và đó cũng chính là trạng thái giới

hạn của kết cấu áo đường cứng

Do đó, khi tính toán thiết kế áo đường cứng để trạng thái giới hạn đó không

xảy ra trong suốt thời kỳ tính toán quy định thì phải đạt các tiêu chuẩn sau:

- Đối với tấm BTXM:

ku

σ k.Rku (1- 28)

tải trọng xe, do biến đổi nhiệt độ

Rku- Cường độ giới hạn chịu kéo uốn của BTXM ở tuổi 28 ngày (kG/cm2)

K – hệ số tổng hợp chiết giảm cường độ , xét đến mỏi và các yếu

tố ảnh hưởng khác (chất lượng bê tông không đồng nhất )

- Đối với tầng móng của kết cấu áo đường cứng: để đảm bảo không xuất hiện

biến dạng dẻo (dẫn đến tích luỹ biến dạng) tầng móng cũng phải thoả mãn

điều kiện:

≤ +

= a m ab

τ .max . K’.c (1 - 29) Trong đó: τ a.max - ứng suất cắt hoạt động lớn nhất của nền đất và các lớp dưới

m

τ - ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra

b a.

τ - ứng suất cắt hoạt động do khối lượng bản thân của các lớp

trên gây ra

c – lực dính của đất móng áo đường

K’ – hệ số tổng hợp

- Ngoài ra, khi xét đến tác dụng đồng thời của hoạt tải và của ứng suất nhiệt

thì sẽ phải áp dụng điều kiện kiểm tra dưới đây:

ku t

xe +σ ≤ ( 0 , 85 ữ 0 , 90 )R

Trong đó: σ xe - ứng suất kéo uốn do hoạt tải

t

dưới của tấm

(kG/cm2)

* Các thông số tính toán cường độ và bề dày áo đường cứng:

•Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán:

- Cũng được thống nhất theo quy định của “Tiêu chuẩn thiết kế áo

đường mềm 22TCN 211 - 06 ” và khi tính toán tải trọng bánh xe được nhân

thêm với hệ số xung kích

- Sau khi đã tính toán với tải trọng trục tiêu chuẩn, phải kiểm toán lại

với xe nặng nhất có thể chạy trên đường, kiểm toán với xe nhiều bánh 80 tấn,

xe xích T60

•Hệ số chiết giảm cường độ n:

Khi tính toán cường độ kết cấu áo đường cứng, cường độ chịu uốn cho

phép của BTXM được xác định bằng cường độ chịu uốn giới hạn nhân với hệ số

chiết giảm cường độ n được qui định tuỳ thuộc vào tổ hợp tải trọng tính toán

•Sơ đồ tải trọng trục tính toán:

- Là sơ đồ một vòng tròn có diện tích tương đương D (cm) và áp lực tác

dụng xuống mặt đường p (Mpa) đối với tải trọng phân bố đều trong một diện tích

hình tròn hoặc tải trọng tập trung các điểm tác dụng tải trọng một khoảng cách

- Khi tải trọng phân bố trên diện tích rộng (xe nặng cá biệt) thì chia vệt

bánh lớn thành một số diện tích nhỏ và tải trọng tác dụng trên mỗi diện tích

nhỏ được thay bằng một tải trọng phân bố trên vòng tròn diện tích tương

đương hoặc bằng tải trọng tập trung tác dụng tại trọng tâm

* Một số nhận xét về phương pháp thiết kế mặt đường cứng theo quy

trình 22TCN 223 -95:

Cho dù hiện nay trên nước ta, mặt đường cứng – bê tông xi măng –

cũng chưa được xây dựng nhiều, chủ yếu với các tuyến đường ngắn có tính

chất địa chất phức tạp, nhiệt độ và độ ẩm thay đổi lớn, phục vụ cho mục đích

riêng: đường sân bay, đường vận chuyển trong các khu công nghiệp nhưng

việc sử dụng quy trình 22TCN 223-95 trong xây dựng mặt đường cứng đã định

hình hoá, thống nhất phương pháp thiết kế và có hiệu quả nhất định trong thực

tế Tuy vậy, cũng có một số vấn đề đặt ra khi áp dụng như sau:

Do lấy các chỉ số theo phương pháp thiết kế mặt đường mềm 22TCN

211- 06 nên kết quả tính toán phụ thuộc rất lớn vào các yếu tố đầu vào như: lưu

lượng xe tính toán, các thông số tính toán đối với nền đất (hoặc với kết cấu mặt

đường cũ), tính toán với chế độ thuỷ nhiệt bất lợi nhất cùng với việc sử dụng

các bảng tra sẵn có được áp dụng chung sẽ dẫn đến các sai số, giá trị lấy tính

toán không phù hợp, kết quả sẽ không sát với thực tế, thiếu hụt hoặc lãng phí

lớn Mặt khác, sơ đồ với mô hình tính toán tải trọng tác dụng một vòng tròn tiếp

xúc chưa phù hợp với thực tế tác dụng lực và dòng xe lưu thông trên đường

Chưa đề cập đến những hiện tượng phá hoại do chất lượng vật liệu và

công nghệ thi công, đặc biệt là hiện tượng nứt do co ngót bê tông lúc mới đổ

xong chưa kịp bảo dưỡng khi thi công mặt đường xi măng đổ tại chỗ

Việc sử dụng một hệ số chiết giảm tổng hợp K tuy dễ vận dụng trong

tính toán, thiết kế nhưng lại không xét được lượng giao thông tích luỹ (tổng số

lần tác dụng của tải trọng xe tính toán) trong suốt thời kỳ phục vụ của kết cấu

áo đường

Đối với tầng móng của kết cấu áo đường cứng, kiểm tra điều kiện đảm

bảo không xuất hiện biến dạng dẻo chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết vì thực tế

ứng suất cắt do tải trọng xe chạy truyền xuống tầng móng là rất nhỏ (tầng mặt

BTXM có độ cứng rất lớn) mà qua khai thác thực tế áo đường cứng, tầng

móng có ảnh hưởng rất quan trọng đến tuổi thọ và mức độ bền vững của toàn

kết cấu Do vậy, đối với tầng móng ngoài yêu cầu kiểm tra theo điều kiện tính

toán trên thì thường phải kèm theo các yêu cầu bắt buộc về mặt cấu tạo như:

Có chất liên kết, ổn định nước, không tích luỹ biến dạng dẻo, ngăn được nước

thấm xuống nền đất, tiếp xúc tốt với đáy tấm BTXM, không để có nước giữa

đáy tấm và mặt móng hay giữa thành tấm và lề đường

ch

nền đất) theo quy trình của Trung Quốc là khi tính có thể áp dụng như áo

đường mềm (với các thông số của lớp móng và nền đất được lấy như khi tính

ch

nghiệm n- hệ số tăng mô đun – xét đến sự gia tăng tương đối trị số mô đun

đàn hồi khi vật liệu móng nằm dưới tầng mặt cứng BTXM so với khi vật liệu

đó nằm dưới tầng mặt của áo đường mềm Có sự gia tăng này là do áp lực và

biến dạng thẳng đứng truyền xuống móng dưới tấm BTXM đều nhỏ hơn khi

vật liệu đó nằm dưới tầng mặt áo đường mềm trong điều kiện thực tế các lớp

vật liệu móng và nền đất không phải là vật liệu hoàn toàn đàn hồi Hệ số n

được xác định tuỳ thuộc bề dày tấm BTXM ở trên (h), tuỳ thuộc bản thân trị

b

E

E h

α (1- 31)

Ngoài cách bố trí chung của các tấm BTXM: tấm chữ nhật kích thước

cố định, các khe ngang thẳng hàng và vuông góc với khe dọc nên chăng có

thể thay đổi (Quy trình của Nga mới đây đã khuyên dùng):

- Chiều dài tấm BTXM cho thay đổi lần lượt 4,0;4,5;5,5 và 6,0m để

tránh xe bị xóc theo một quy luật

- Khe ngang không vuông góc mà giao chéo với khe dọc một góc

việc hai bánh của một trục xe đồng thời chạy qua khe (vừa giảm xóc vừa tạo

thuận lợi cho sự làm việc của cạnh tấm)

- Tại các chỗ đường cong, chỗ bề rộng phần xe chạy thay đổi và tại các

chỗ giao nhau thì việc phân tấm phải theo hướng tuyến, có chú ý đến điều kiện

thoát nước mặt đường, bảo đảm mỹ quan và thi công thuận lợi Các góc tấm

không nên nhỏ hơn 800 (nên ≥900) và các góc nhọn này nên bố trí ít xe chạy

qua, khi cần thiết phải tăng cường cốt thép tại các góc đó

3.3 Những vấn đề cần chú ý khi xây dựng kết cấu mặt đường:

3.3.1 Cấu tạo kết cấu mặt đường:

Khi thiết kế và xây dựng áo đường nhằm tạo ra một kết cấu cho xe chạy

an toàn, êm thuận, có lợi nhất về mặt kinh tế nhưng vẫn bảo đảm về các yếu tố

kỹ thuật, bảo đảm các chỉ tiêu khai thác – vận doanh có hiệu quả nhất thì kết

cấu đó phải đạt được các yêu cầu cơ bản như: Đủ cường độ và ổn định; Đạt

được độ bằng phẳng nhất định; Bề mặt phải có đủ độ nhám và khi chạy xe sản

sinh càng ít bụi càng tốt Do đó, yêu cầu là phải chọn đúng và bố trí đúng các

tầng, lớp vật liệu sao cho phù hợp với nhiệm vụ chức năng của chúng, bảo

đảm cả kết cấu thỏa mãn các yêu cầu trên đồng thời thoả mãn được các điều

kiện về khả năng cung ứng vật liệu, công nghệ thi công, khả năng khai thác,

duy tu, sửa chữa sau này

Trừ trường hợp bố trí kết cấu ngược đối với mặt đường mềm, nên bố trí

mô đun và cường độ các lớp vật liệu trong kết cấu từ trên xuống dưới giảm

dần để phù hợp với trạng thái phân bố ứng suất Đồng thời, nên bố trí chiều

dày của các lớp tăng dần để giảm giá thành xây dựng, không nên bố trí quá

nhiều lớp vật liệu để tránh gây phức tạp, khó khăn cho việc triển khai công

nghệ thi công

a Chọn loại tầng mặt áo đường:

Chất lượng khi sử dụng của mặt đường phụ thuộc rất nhiều vào tính chất

và tình trạng của tầng mặt Tầng mặt áo đường ngoài việc thể hiện rõ nhất chất

lượng phục vụ của tuyến còn góp phần đảm bảo độ bền vững của toàn kết cấu

Khi lựa chọn tầng mặt phải xét đến các nhóm mục tiêu dưới đây:

- Lớp mặt trên cùng phải bằng phẳng, có sức bám tốt, có thể thoát nước

nhanh, đảm bảo an toàn và thuận tiện trong quá trình xe chạy 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

b Tầng móng:

Gồm nhiều lớp được chọn tuỳ theo điều kiện nền đường, địa chất, thuỷ

văn, thổ chất và tình hình vật liệu tại chỗ sẵn có Các lớp vật liệu tầng móng

có độ cứng giảm dần và có thể thay đổi trên từng đoạn ngắn để phù hợp với

yêu cầu chịu lực Lớp móng còn thường thay đổi cả bề dày để đảm bảo cường

độ chung của cả kết cấu áo đường khi cường độ nền đất thay đổi Do không

chịu tác dụng phá hoại bề mặt (như tầng phủ) nên vật liệu tầng móng có thể

dùng cả các loại kết cấu có cấu trúc rời rạc, kích cỡ lớn, chịu bào mòn kém

nhưng phải có độ cứng và độ chặt nhất định và phải cơ giới hoá được trong

quá trình thi công Lớp đáy áo đường hoặc lớp móng dưới sát với nền đất nên

bố trí lớp vật liệu kín, đất đầm nén chặt để không thấm hơi hay nước dưới đáy

áo đường, đảm bảo cường độ nền đất ở dưới được ổn định

đường phải luôn nắm vững quan điểm thiết kế tổng thể nền mặt đường và

nguyên tắc tạo một kết cấu kín nhằm hạn chế sự thâm nhập của mọi nguồn ẩm

vào áo đường và khu vực tác dụng của nền đường từ mọi phía bằng các biện

pháp cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của nền đường, tăng cường độ nền đường

bằng cách đầm nén chặt đất nền đường, nâng cao đáy áo đường so với mực

nước ngầm, tăng bề rộng lề đường để mép áo đường đủ xa nước ngập hai bên,

làm các lớp cách nước, cách hơi hoặc thay bằng các loại vật liệu khác có

cường độ và ổn định cao hơn

đến các đặc trưng nhiệt lí của các lớp vật liệu và quy luật phân bố biến đổi

nhiệt độ trong các lớp áo đường hàng ngày, hàng mùa, hàng năm Bố trí các

lớp vật liệu kề nhau không quá chênh lệch về độ cứng, về các đặc trưng nhiệt

lí: hệ số dẫn nhiệt, hệ số truyền nhiệt độ để tránh áo đường bị nứt

Tóm lại, để đảm bảo kết cấu áo đường đủ cường độ, đạt yêu cầu về tính

ổn định nước và ổn định nhiệt cũng như các phẩm chất sử dụng khác, khi thiết

kế cấu tạo cần nắm vững nhiệm vụ, chức năng của mỗi tầng, lớp kết cấu đồng

thời phải nắm vững các điều kiện thực tế cụ thể về khí hậu, địa chất, thuỷ văn,

vật liệu xây dựng, thời gian bất lợi và trạng thái bất lợi về ẩm và nhiệt đối với

nền, mặt đường Khi thiết kế cấu tạo áo đường cũng phải chú trọng các quan

điểm thiết kế tổng thể nền mặt đường, quan điểm phân kỳ đầu tư để nâng cao

hiệu quả sử dụng vốn, quan điểm tận dụng vật liệu tại chỗ để giảm chi phí vận

chuyển và giảm mức sử dụng ngoại tệ, quan điểm tạo thuận lợi cho thi công và

duy tu, sửa chữa, cải tạo tăng cường áo đường trong quá trình khai thác sau này

3.3.2 So sánh kinh tế khi thiết kế, xây dựng mặt đường:

Như đã biết, 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

3.3.3 Công nghệ xây dựng mặt đường:

Ngoài việc chú ý khi thiết kế kết cấu áo đường thì công nghệ xây dựng

mặt đường cũng phải được cân nhắc cho phù hợp với từng vùng, từng địa

phương: lưu lượng và mật độ xe chạy, tính chất giao thông Mặt khác, trong

quá trình thi công phải không gây ô nhiễm môi trường, phá vỡ môi trường tự

nhiên Ngoài ra, các kết cấu được chọn lựa phải phù hợp với công nghệ thi

công và khả năng cung cấp vật liệu, tận dụng tối đa nguồn vật liệu sẵn có ở

địa phương

4 Một vài kết cấu đã được sử dụng ở trên thế giới và Việt Nam

ở các nước, việc lập ra các mẫu Catalo kết cấu mặt đường với kết quả

tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, khí hậu, lưu lượng xe, trình độ công nghệ

xây dựng, vật liệu là một công việc được tiến hành thường xuyên, liên tục

nhằm đưa ra các kết cấu phù hợp hơn, chất lượng tốt hơn Các bảng Catalo

định hình kết cấu mặt đường khi đưa ra có mục đích làm giảm bớt khối lượng

tính toán, tận dụng được kết cấu hợp lý, thống nhất trong việc sản xuất vật liệu

xây dựng, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, phù hợp với công nghệ thi

công hiện đại, tăng hiệu quả đầu tư, đưa ra được quy định chung trong việc

thiết kế, khai thác sử dụng và duy tu bảo dưỡng đường

Catalo là một cách đơn giản trình bày chính sách đầu tư kỹ thuật, sự lựa

chọn các phương án áo đường đã được chấp nhận, sự lựa chọn một quan điểm

chiến lược về áo đường dựa trên nguyên tắc tồn tại lâu dài về chất lượng của

kết cấu áo đường Đồng thời, việc trình bày dưới dạng Catalo các kết cấu tính

sẵn tránh được việc tính toán bằng số phức tạp, tránh được nhầm lẫn do các

đại lượng đầu vào thiếu chính xác, không thống nhất

Mỗi định hình kết cấu mặt đường được soạn thảo chỉ phù hợp với một

giai đoạn kỹ thuật, công nghệ trong một kỳ hạn nhất định, do vậy đòi hỏi phải

được hiện đại hoá kịp thời một cách định kỳ

4.1 Kết cấu định hình (Catalo 1977) của Pháp [18]:

Nguyên tắc chính để xây dựng: Đưa ra các cấu trúc tuỳ thuộc vào hai

thông số chính: cấp hạng lưu lượng xe cộ Pi và cấp hạng áo đường PFj Sau khi

đã xác định giá trị của hai thông số trên sẽ có một số các cấu trúc phù hợp

Người thiết kế chọn trong số các kết cấu đó một kết cấu thích hợp với các điều

kiện của địa phương, điều kiện kinh tế và điều kiện bắt buộc về chất lượng vật

liệu, kiểm toán lại khả năng chịu lực và điều kiện làm việc của kết cấu đã chọn

a Cấp hạng lưu lượng P i :

Cấp hạng lưu lượng được xác định dựa trên lưu lượng bình quân xe

năm khai thác (với hệ số tăng trưởng dự tính 7%) Cấp hạng lưu lượng được

chia theo bảng sau:

Bảng 1.1: Cấp hạng lưu lượng theo Catalo 1977 Pháp

Cấp hạng nền đường đựoc xác định căn cứ vào cấp hạng nền đất và bản

chất, chiều dày lớp nền Cấp hạng nền đường được phân thành 3 cấp theo thứ

tự tăng dần khả năng chịu tải: PF1, PF2, PF3

c Bảng kết cấu mẫu (xem ở phụ lục 7)

Sơ đồ cấu trúc áp dụng rất giản đơn, gồm 3 lớp: lớp mặt, lớp móng trên,

lớp móng dưới Lớp móng trên và lớp móng dưới chủ yếu được làm bằng vật

liệu sỏi sạn, cấp phối hay cát có hoặc không có chất gia cố chất liên kết thuỷ

hoá Lớp mặt chủ yếu là bê tông nhựa Có 17 bản kết cấu trong Catalo 1997

4.2 Kết cấu định hình do trung tâm thiết kế nhà ở và công trình Pháp

(CEBTP) kiến nghị cho các nước nhiệt đới [21]:

Đưa ra được các Catalo kết cấu áo đường phụ thuộc vào cấp hạng lưu

lượng và cấp hạng nền đường

Vật liệu được sử dụng làm lớp mặt chủ yếu là các lớp bê tông nhựa hay

đá trộn nhựa Các lớp móng bằng cấp phối tự nhiên, cấp phối đá nghiền,

cát có hoặc không có gia cố chất liên kết vô cơ

a Sức chịu tải của nền đường: Nền đường được chia thành 5 loại như sau:

S1 : CBR < 5; S2 : 5 < CBR < 10; S3 : 10 < CBR < 15

S4 : 15 < CBR < 30 ; S5 : CBR > 30

b Tải trọng tính toán:

Các kết cấu mặt đường do CEBTP kiến nghị đều được tính với trục đơn

có tải trọng lớn nhất là 13T với tỉ lệ vượt tải không quá 10%

Lưu lượng xe có thể được xác định theo một trong các cách:

- Lưu lượng xe ngày: Đó là lưu lượng xe trung bình trong ngày với thời

gian khoảng 15 năm bao gồm tất cả các loại xe trong đó có khoảng 30% & xe

nặng (xe có tổng trọng lượng cả hàng trên 3T) Lưu lượng xe chia thành 5 cấp:

T1 < 300; T2: 300 – 1000 ; T3: 1000 – 3000; T4: 3000 – 6000; T5: 6000 –

12000

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: cách phân cấp này gần giống với

cách trên nếu mặt đường có tuổi thọ là 15 năm và tỷ lệ xe nặng khoảng 30%

thì phân cấp như sau:

T1 < 5.105; 5.105 < T2 < 1,5.106; 1,5.106 < T3 < 4.106

4.106 < T4 < 107; 107 < T5 < 2.107

c Lập được các bảng giới thiệu các kết cấu có thể áp dụng tuỳ theo tình hình

của địa phương như vật liêu xây dựng, lưu lượng xe và sức chịu tải của đất nền

4.3 Kết cấu định hình của Cộng hoà Liên Bang Đức [22]:

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

Bảng 1.2: Cấp hạng lưu lượng xe/ngày đêm ở năm tính toán

> 3200 1800– 3200 900 – 1800 300 – 900 60 – 300 10 – 60 <10

Kết cấu có lớp móng cố định để đảm bảo đạt mô đun đàn hồi 150 hoặc

180 MN/m2, 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

4.4 Kết cấu định hình của Anh [20]:

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 kết cấu định hình có 8 loại kết cấu với lớp mặt chủ yếu là bê tông

nhựa hay hỗn hợp đá nhựa Lớp móng là các loại cấp phối hay đất đá thiên

nhiên có hoặc không có gia cố chất liên kết (Xem phụ lục 6)

4.5 Kết cấu định hình xây dựng ở Việt Nam:

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: Láng nhựa, thấm nhập nhựa, cấp phối đá dăm loại 1 có

gia cố hoặc không gia cố xi măng, đất hoặc cát gia cố xi măng, đá dăm nước

- 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

5):

- Phân loại lưu lượng xe:

vụ T15 (xe/ngày đêm)

Mô đun

đàn hồi yêu cầu Eyc(daN/cm2)

- Phân loại cấp nền đường: được chia như sau:

Bảng 1.6 : Phân loại cấp hạng nền đất

Chỉ số CBR (%) 5 8 10 15

Dùng các trị số mô đun đàn hồi E0 bằng 320, 420, 500, ≥600 tương ứng

với các cấp nền đường N1-1, N1-2, N2, N3, riêng đối với nền đất có mô đun đàn

cao (E0 = 800, 1000, daN/cm2) thì có các nghiên cứu riêng

- Vật liệu và thông số tính toán vật liệu:

+ Vật liệu lớp mặt: dùng hai lớp bê tông nhựa: hạt mịn và hạt trung

+ Vật liệu lớp móng trên : Cấp phối đá dăm loại 1; Đá dăm đen; Đá gia

cố xi măng 5%; Đất gia cố xi măng 8 – 10%;

+ Vật liệu lớp móng dưới : Cấp phối đá dăm loại 2, cuội sỏi; Cát vàng

gia cố 6 – 8% xi măng; Cát đen, á cát gia cố 6% xi măng; Đất sét, á sét gia

cố 8 – 12% vôi; Cấp phối đồi > 30% cỡ hạt > 5mm

+ Lớp lót nền ( có hoặc không có) : Cát đen, á cát gia cố 6% xi măng;

Đất sét, á sét gia cố 8 – 12% vôi; Cuội sỏi < 10% cỡ hạt < 0.5mm; > 60% cỡ

hạt > 2mm; Cấp phối đồi > 30% cỡ hạt > 5mm

Thông số tính toán của các lớp vật liệu dựa vào :

+ Kết quả theo dõi sử dụng quy trình thiết kế 22TCN 211-93 theo

hướng lấy các giá trị cận trên (trị số lớn) để xét đến năng lực trang thiết bị của

các đơn vị thi công hiện nay đã được cải thiện rất nhiều so với thời điểm quy

trình ban hành

+ Xét đến các kinh nghiệm, các số liệu thu thập được trong phòng thí

nghiệm và thực tế thiết kế xây dựng ở các công trình: Quốc lộ 5, các dự án

thành phần của Quốc lộ 5, Quốc lộ 10,

5 Kết luận:

Thiết kế kết cấu áo đường là công việc đòi hỏi phải tiến hành lựa chọn,

bố trí các tầng lớp kết cấu một cách hợp lý nhất, vừa bảo đảm đúng chức năng

của mỗi lớp đạt yêu cầu về chịu tác dụng của xe chạy và các tác động của môi

trường, đồng thời lại phải bảo đảm được tính kinh tế, hiệu quả trong đầu tư

xây dựng và trong duy tu sửa chữa khi đưa đường vào khai thác Vì lẽ đó nên

việc nắm vững tổng thể của kết cấu về mặt chịu lực với sự bố trí các lớp vật

liệu có các tính chất riêng biệt và sự ảnh hưởng lẫn nhau của chúng là rất quan

trọng Một tổ hợp kết cấu không được bố trí hợp lý thì bề dầy lớn hay vật liệu

đạt yêu cầu cũng chưa hẳn đã là tốt Đó phải là sự thấu hiểu về vai trò rất quan

trọng của nền đất dưới đáy áo đường: cường độ, độ ổn định, chế độ thuỷ

nhiệt hoặc là tầng mặt với độ bằng phẳng, thoát nước tốt Đó là việc căn cứ

vào chức năng của mỗi lớp để lựa chọn vật liệu và sự tận dụng tối đa về vật

liệu sẵn có phù hợp với công nghệ thi công khi thiết kế, xây dựng Ngoài ra,

xuất phát từ ý nghĩa, cấp hạng kỹ thuật, lưu lượng xe chạy thiết kế, phương

pháp tính toán kiểm tra mà áp dụng một cách linh hoạt, sáng tạo các kết cấu

áo đường thích hợp, thoả mãn ở các mức độ khác nhau các yêu cầu đạt ra

nhằm tạo được một kết cấu bền vững Đó chính là mục đích chính khi nghiên

cứu vấn đề này

Chương II Hiện trạng hệ thống mặt đường ưu, nhược điểm

kết cấu đang được sử dụng ở điện biên

1 Đặc điểm về tự nhiên:

1.1 Vị trí địa lý:

Điện Biên là một tỉnh biên giới miền núi Tây Bắc, được thành lập trên

cơ sở chia tách tỉnh Lai Châu (cũ) thành hai tỉnh Điện Biên và Lai Châu từ

năm 2003 Tỉnh có toạ độ địa lý từ 20o54’đến 22o33’ vĩ độ Bắc và từ 102o10’

Đông Bắc giáp tỉnh Sơn La; phía Tây Bắc giáp tỉnh Vân Nam (Trung Quốc);

phía Tây và Tây Nam giáp hai tỉnh Luông Pha Băng và Phong Sa Lỳ nước

cộng hoà dân chủ nhân dân Lào

Toàn tỉnh có 8 đơn vị hành chính bao gồm: Thành phố Điện Biên Phủ,

thị xã Mường Lay và 6 huyện: Mường Nhé, Điện Biện, Điên Biên Đông, Tuần

Giáo, Tủa Chùa, Mường Chà với tổng diện tích tự nhiên 954.228,90 ha và dân

số trung bình (2004) là 444.866 người, chiếm 2,8% diện tích tự nhiên và

0,54% dân số cả nước Điện Biên là tỉnh vùng núi cao, dân cư thưa thớt, chủ

yếu là dân tộc ít người Thành phố Điện Biên Phủ là trung tâm kinh tế – văn

hoá - chính trị của tỉnh Điện Biên, cách thủ đô Hà Nội 502 km

1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo:

Địa hình của Điện Biên có những đặc điểm rất riêng biệt so với các khu

khác ở Tây Bắc, đó là sự kết hợp nhiều kiểu địa hình khác nhau, phổ biến là

địa hình núi cao được tạo bởi những dãy núi chạy dài theo hướng Tây Bắc -

Đông Nam, độ cao biến đổi từ 200 đến 1800m

Địa hình có xu hướng thấp dần từ Bắc xuống Nam và nghiêng dần từ

Tây sang Đông ở phía Bắc có đỉnh cao trên 2000m nằm trong dãy Pu Tu

Lum (thuộc Mường Nhé) phân chia biên giới Việt - Trung Phía Tây có đỉnh

cao 1860m và dãy điểm cao từ Mường Phăng kéo xuống Tuần Giáo Xen lẫn

các dãy núi cao là các thung lũng, sông suối nhỏ hẹp và dốc phân bố khắp nơi

trên địa bàn tỉnh, trong đó đáng kể là thung lũng Mường Thanh rộng hơn

15.000 ha là cánh đồng lớn nổi tiếng nhất của tỉnh và toàn vùng Tây Bắc

Núi cao ở đây bị bào mòn mạnh tạo nên những bình nguyên khá rộng

như bình nguyên A Pa Chải (huyện Mường Nhé), bình nguyên Tả Phình (Tủa

Chùa) Ngoài ra còn có các địa hình thung lũng, sông suối, thềm, bãi bồi, sườn

tích, hang động castơ, mô sụt võng phân bố rộng khắp với diện tích nhỏ

Nhìn chung, địa hình ở Điện Biên không bằng phẳng, địa hình có độ

dốc trên 25o chiếm khoảng 70% diện tích tự nhiên, trừ khu vực lòng chảo Điện

Biên và các bình nguyên nhỏ trên còn hầu hết là địa hình đồi núi hiểm trở và

chia cắt mạnh nên gặp rất nhiều khó khăn trong phát triển kinh tế – xã hội,

đặc biệt là giao thông và tổ chức dân cư xã hội

1.3 Đặc điểm về địa chất:

Điện Biên cũng như vùng Tây Bắc thuộc hệ uốn nếp Tây Việt Nam gồm

nhiều đới kiến tạo khác nhau Phía Nam Điện Biên thuộc kiến trúc uốn nếp

Hecxini muộn còn các đới khác thuộc kiến trúc Indoxini Với đặc điểm cấu

tạo địa chất phức tạp, những đá phát triển trong vùng phần lớn là đá trầm tích

phún xuất biến chất và một ít là đá mắc ma xâm nhập, loại này xuất hiện

nhiều ở phía Bắc và Đông Bắc với những khối núi đồ sộ được cấu tạo bằng đá

Granit cứng nhọn và có nhiều khe nứt Nham thạch chủ yếu thuộc trầm tích hệ

Triát thống trung bậc Nerirettyđiệp suối bàng (T3n r)Sb Ngoài ra, còn có trầm

tích hệ Triát thống trung bậc Canxi (T3k) phân bố thành dải hẹp được giới hạn

bới đứt gãy phía Bắc thung lũng Điện Biên Thành phần chủ yếu của trầm tích

là cát kết, bột kết, sét kết, đá phiến sét có xen các lớp vôi, các thấu kính hoặc

vỉa than mỏng, dưới cùng là lớp cuội kết, sạn kết, cát sét Cabonat Đất đá đệ tứ

ở khu vực có bề dày trung bình 40cm với thành phần chủ yếu là sét pha lẫn

cuội, sỏi, sét pha lẫn dăm sạn Với cấu tạo địa chất cùng với địa hình phức tạp

làm cho các sườn dốc đất đá dễ bị phong hoá làm cho các mái dốc thường bị

trượt cộng với ảnh hưởng của nước mưa, nước ngầm đã làm cho độ chặt, cường

độ lực dính C, góc ma sát trong ϕ thay đổi rất lớn, nền đường dễ bị phá hoại

1.4 Đặc điểm khí hậu:

Khí hậu Điện Biên nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm,

mùa nóng mưa nhiều, mùa khô lạnh và ít mưa, cuối mùa khô, đầu mùa mưa

chịu ảnh hưởng của gió Lào nên khô hanh Điện Biên được phân hoá thành hai

tiểu vùng khí hậu rõ rệt là: Tiểu vùng khí hậu Mường Chà và tiểu vùng khí hậu

trên cao nguyên Sơn La – thượng nguồn sông Mã:

Lượng mưa trung bình nhiều năm (thời đoạn 1963-2002) tại trạm Điện

Biên là 1602 mm/ năm Lượng mưa năm lớn nhất đạt 2240 mm (1994) lớn gấp

3,06 lần lượng mưa năm nhỏ nhất 731,8 mm (1965) và phân bố không đều

theo không gian và thời gian Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 9 với

tổng lượng mưa trung bình nhiều năm là 1265 mm chiếm 78,9% tổng lượng

mưa toàn năm Mùa khô bắt đầu từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, tổng lượng

mưa nhỏ, chỉ chiếm 22,1% lượng mưa cả năm Trong đó tháng 10 và tháng 4

là hai tháng chuyển tiếp mùa nên lượng mưa còn khá lớn, năm tháng còn lại là

Độ ẩm tương đối lớn, độ ẩm trung bình nhiều năm tại Điện Biên là

84% Thời kỳ mùa mưa, độ ẩm cao đạt 88%, mùa khô độ ẩm giảm xuống có