LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ CHO KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Nội dung phương pháp: Công tác thiết kế áo đường mềm gồm các nội dung chủ yếu sau: - Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đường: Nội dung chính ở đây là chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học giao thông vận tải

====== ˜²™ ======

trần thiện lưu

Nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp

lý cho kết cấu mặt đường giao thông

đô thị thành phố Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

Mã số: 60.58.30

Luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học: TS Lã Văn Chăm

Hµ néi, n¨m 2007

Lời cảm ơn

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải, dưới sự chỉ dạy nhiệt tình của các Thầy Cô giáo; hôm nay em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Trong quá trình thực hiện đề tài em đã nhận được sự giúp đỡ hết sức tận tình của các Thầy Cô giáo và các bạn đồng nghiệp; Đặc biệt là Giáo viên hướng dẫn chính TS Lã Văn Chăm

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy Cô giáo đã giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Em xin gởi lời cảm ơn chân thành

đến Thầy TS Lã Văn Chăm đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm luận văn Nhân dịp này em xin gởi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Quang Phúc đã giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đề tài Em xin gởi lời cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ trong thời gian qua

Mặc dù em đã cố gắng trong nghiên cứu tuy nhiên do thời gian, kiến thức còn hạn chế luận văn còn những thiều sót Kính mong các Thầy Cô, các bạn đồng nghiệp chỉ bảo thêm

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2007

Học viên

Trần Thiện Lưu

Mục lục

CHƯƠNG I ĐặT VấN Đề NGHIÊN CứU 1

I Đặt vấn đề và nhiệm vụ nghiên cứu 1

II Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 8 III Hướng giải quyết của đề tài 9 Chương II CƠ Sở Lý THUYếT TRONG VIệC Đề XUấT KếT CấU MặT

ĐƯờNG HợP Lý CHO KHU VựC TP hcm 10

I Cơ sở lý thuyết để xây dựng kết cấu mặt đường hợp lý 10

II Những vấn đề khác cần quan tâm khi xây dựng kết cấu mặt đường 27 III Các kết cấu mặt đường định hình đã được xây dựng ở Việt Nam và các nước trên

1 Một số kết cấu định hình đã nghiên cứu xây dựng ở Việt Nam 29

2 Kết cấu định hình xây dựng ở Pháp 31

3 Kết cấu định hình xây dựng ở Đức 32

4 Kết cấu định hình xây dựng ở Anh 32

IV Kết luận về lý thuyết và kinh nghiệm, đề xuất những vấn đề nên áp dụng khi xây dựng kết cấu mặt đường hợp lý cho đường phố TP HCM 33 Chương iiI ĐIềU TRA Để XáC LậP CáC THÔNG Số CầN THIếT CHO VIệC

XÂY DựNG KếT CấU áO ĐƯờNG hợP Lý đường phố TP Hồ

I Đặc điểm của mạng lưới đường TP HCM và cách phân loại đường 42

II Tải trọng và lưu lượng xe trên các đường khu vực TP HCM 53

1 Điều tra và xử lý lưu lượng xe trên các trục chính của giao thông TP HCM 53

2 Điều tra tải trọng xe trên các đường của giao thông thành phố Hồ Chí Minh 61

3 Kiến nghị cấp tải trọng nên sử dụng cho các đường khu vực TP HCM 62 III Môđun đàn hồi của nền đất và mặt đường cũ 67

1 Điều tra và xử lý môđun đàn hồi đặc trưng mặt đường cũ 67

2 Điều tra và xử lý môđun đàn hồi đất nền 68

4 Phân loại cấp hạng đất nền đường 69

IV Tình hình vật liệu xây dựng và công nghệ đã và đang áp dụng tại Tp HCM 70

V Các đặc điểm địa tầng, khí hậu, điều kiện thoát nước và những đặc điểm khác cần

3 Thông số tính toán của các lớp vật liệu 87

II Nguyên tắc đề xuất kết cấu mặt đường 91 III Tính toán lập bảng kết cấu mặt đường định hình 95

1 Tính toán chiều dày của các lớp trong kết cấu mặt đường 95

dụng ở việt nam và trên thế giới 230 Phụ lục 5 một số toán đồ và bảng tra của các tiêu chuẩn

CHƯƠNG I

ĐặT VấN Đề NGHIÊN CứU

I ĐặT VấN Đề NGHIÊN CứU

1 Đặc điểm chung của mạng lưới giao thông khu vực thành phố Hồ Chí Minh

1.1 Hiện trạng nền mặt đường Tp Hồ Chí Minh:

a/ Một số thống kê về đường ở khu vực Tp HCM

Theo [15], [14] toàn Thành phố có khoảng 1796 con đường với tổng chiều dài là 2222 km, tổng diện tích là khoảng 8,9 triệu m2, mật độ trung bình 0,97km/km2, được phân bố như sau:

Bảng 1.1

Quận-Huyện

Diện tích (km2)

Dân

Số (người)

Tổng chiều dài

đường (km)

Chỉ số km/km2

Chỉ số km/1000dân

Số đường từ 6 làn xe trở lên có khoảng 17 đường với chiều dài khoảng 46km,

Số đường từ 4 - 6 làn xe có khoảng 46 đường với chiều dài khoảng 66km,

Số đường từ 2 - 4 làn xe chiếm đa số, tổng số khoảng 452 đường với chiều dài khoảng 520km

Dạng kết cấu tầng mặt phổ biến của đường ở khu vực thành phố Hồ Chí

Diện tích Loại đường (m 2 ) BTN

nóng

Nhựa thường

Đá

dăm

Cấp phối sỏi đỏ

Nguồn số liệu từ [14](Phụ lục 2)

Hiện nay có một số thay đổi:

Tháng 11 năm 2003 Chính phủ cho phép th nh phố HCM tách: huyện Bình Chánh

l m 2 đơn vị h nh chính mới l Quận Bình Tân (10 phường) v huyện Bình Chánh (gồm 16 xã - thị trấn); tách Quận Tân Bình thành 2 đơn vị hành chính mới là Quận Tân Phú và Quận Tân Bình

b/ Một số nhận xét:

ỉ Nền đường ở khu vực Tp HCM có thể xem xét và đánh giá ở 2 trường hợp sau:

- Một là: đối với hệ thống đường cũ được cải tạo nâng cấp nhìn chung nền

đường là các mặt đường cũ được xử lý (1) thì tương đối khá vững chắc Tuy nhiên

do tình trạng và mức độ hư hỏng có khác nhau nên cường độ nền đường loại này thường rất không đồng đều ngay cả trên cùng một tuyến đường Đồng thời do yêu cầu mở rộng đường, nền đường phần mở rộng thường không làm việc tốt cùng với phần nền đường cũ Tình trạng mặt đường sau khi được sửa chữa không đồng đều về cường độ, hư hỏng cục bộ thường xuyên xảy ra

- Hai là đối với đường mới thì đa số được xây dựng trên nền đất yếu (tuỳ vùng

và mức độ yếu khác nhau - xem phần chương III); khó khăn lớn vẫn là chất

lượng xây dựng nền đường trên đất yếu Vật liệu xây dựng nền đường chủ yếu vẫn là cát, cấp phối thiên nhiên, cấp phối 0-4 (đá mi) Nền đường phổ biến được thiết kế như sau: đào bỏ lớp đất hữu cơ, trải vải địa kỹ thuật lót đáy nền đào, đắp cát đầm chặt đến cao độ thiết kế, trải cán lớp đá mi (hoặc CPSĐ) đầm chặt d y

từ 20-35cm, K = 0,98

ỉ Kết cấu áo đường phổ biến nhất là áo đường mềm, vật liệu làm đường vẫn chủ yếu là các loại vật liệu truyền thống như cấp phối thiên nhiên, cấp phối đá dăm,

bê tông nhựa nóng, láng nhựa, thấp nhập nhựa

ỉ Về cơ bản toàn thành phố hệ thống đường được chia ra thành các nhóm có đặc

điểm tương đồng nhau như sau:

+ Đường trục chính trong nội thành

Tập trung ở các Quận trung tâm như Quận 1, 3, 4, 5, 10, 11, Tân Bình, Phú Nhuận, Bình Thạnh Kết cấu mặt đường chủ yếu được xây dựng từ trước, trong một số năm gần đây Thành phố đã tiến hành xử lý và trải thêm lớp mặt đường mới, chủ yếu bằng vật liệu bêtông nhựa (BTN) để đảm bảo điều kiện khai thác

Đặc biệt thời gian trước khi diễn ra Sea Game 23, hội nghị APEC 14 số lượng

đường trong khu vực nội thành được trải thêm lớp BTN là khá lớn: Đường Phan

Đăng Lưu, Bạch Đằng, Lý Thường Kiệt, Đường 3/2, Võ Thị Sáu, Huỳnh Văn Bánh,

Về cao độ thiết kế các đường trong nhóm này khá cao so với mực nước thuỷ triều, tuy nhiên hiện tượng ngập nước vào mùa mưa ở các đường nhóm này vẫn thường xuyên xảy ra

+ Đường Quốc lộ

Hệ thống đường Quốc lộ chạy qua khu vực thành phố Hồ Chí Minh đã được làm mới tương đối hoàn chỉnh, riêng đối với Quốc lộ 1K từ Tp HCM đi Biên Hoà (Đồng Nai) đang được triển khai thi công

Về cơ bản cao độ thiết kế chung của hệ thống đường này đã tránh được hiện tượng nước thuỷ triều ngập

+ Đường trong khu vực dân cư

Hệ thống đường này tương đối phức tạp Đối với các quận nội thành, loại

đường này về cơ bản đã xây dựng hoàn chỉnh Phổ biến là kết cấu áo đường mềm (lớp móng là cấp phối đá dăm, lớp mặt là BTN) Bên cạnh đó kết cấu áo

đường cứng (bêtông xi măng) cũng được xây dựng cho các loại này Đối với các vùng ven khu vực trung tâm và ngoại thành, loại đường này số ít được xây dựng

từ trước, một số mới được xây dựng tuy nhiên nó cũng chưa được đầu tư đúng mức Do đó hiện các tuyến này phần lớn đã bị bong tróc, xuống cấp đáng kể Ngoài ra vẫn còn đường đất cấp phối thiên nhiên, tình trạng ngập úng vào mùa mưa diễn ra khá phổ biến Loại đường này phổ biến ở các quận mới như: Tân Phú, Bình Tân, Quận 6, Quận 2, Quận 9, Thủ Đức

Một hệ thống đường khu vực dân cư đáng phải nói đến đó là: đường trong các khu quy hoạch mới Hầu hết đặc điểm chung là đường được xây dựng trên nền đất khá yếu, hệ thống giao thông thường là hoàn thiện trước khi xây dựng nhà khá lâu Do đó sau một thời gian hiện tượng hư hỏng xảy ra khá nhiều (đặc biệt là lúc diễn ra việc xây dựng nhà, do các phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu thi công cộng với chất lượng xây dựng đường trên nền đất yếu còn kém, chưa đạt chất lượng cao)

+ Đường trục ở các Quận - Huyện ngoại thành:

Trong những năm gần đây loại đường này được xây dựng mới, cải tạo nâng cấp tương đối nhiều Kết cấu chủ yếu vẫn là áo đường mềm Lớp móng được xây dựng bằng các loại vật liệu cấp phối thiên nhiên, cấp phối đá dăm, đá macadam; lớp mặt phổ biến là bêtông nhựa nóng, láng nhựa

1.2 Chất lượng nền mặt đường Tp Hồ Chí Minh:

Thời gian gần đây, Trung ương và thành phố có nhiều cố gắng xây dựng và cải tạo hệ thống giao thông khu vực TP, một phần cũng đáp ứng tương đối tốt các yêu cầu về giao thông đặt ra Các tuyến đường cũ, lớp mặt bị nứt, bong tróc cũng đã được tu bổ và sửa chữa rất nhiều đáp ứng các yêu cầu trước mắt về giao thông Thành phố Nhiều dự án lớn đang được triển khai trong khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

Mặt khác chất lượng đường khu vực thành phố Hồ Chí Minh vẫn còn một số hạn chế nhất định thể hiện ở những điểm sau:

- Tình trạng xuống cấp mặt đường ở các trục lộ có lưu lượng xe lớn như QL1A, Xa lộ Hà Nội, Đường Xuyên á, đường Nguyễn Văn Linh, đường Huỳnh

- Cường độ mặt đường đối với các tuyến đường cũ tương đối cao tuy nhiên với lưu lượng xe và tải trọng trục khai thác ngày càng cao do đó nó chưa đáp ứng tốt việc đi lại: phổ biến là lớp BTN rải bù khi nâng cấp trong khoảng thời gian khai thác từ 2 – 2,5 năm là xuất hiện hư hỏng: hiện tượng lượn sóng, kém bằng phẳng, hiện tượng nhựa đường thấm tràn trên bề mặt làm giảm đáng kể hệ số nhám ảnh hưởng điều kiện an toàn cho xe chạy trên đường, hiện tượng hư hỏng cục bộ mặt đường rạn nứt vết chân chim nhiều, hiện tượng cóc gặm, ổ gà xuất hiện khá nhiều Điển hình loại này là đường Phan Đăng Lưu, đường Võ Thị Sáu,

- Một trong những vấn đề có ảnh hưởng lớn đến chất lượng đường đó là thoát nước mặt Tình trạng ngập úng kể cả nước thuỷ triều và nước mưa cũng ảnh hưởng xấu đến chất lượng nền mặt đường Theo quan sát của tôi, đối với những tuyến đường không đảm bảo tốt về công tác thoát nước như: Đường Nguyễn Xí,

Đường Kha Vạn Cân, đường Nguyễn Duy Trinh (Q2 - Q9) chỉ sau một thời gian chưa đầy 1 năm sau khi được duy tu (bằng cách xử lý một lớp bù vênh bằng cấp phối đá (cấp phối đá dăm, cấp phối 0-4 ) lớp mặt được rải lớp BTN nóng), đã hư hỏng bong tróc, xuất hiện ổ gà, ổ voi

(Phụ lục: hình ảnh mặt đường ở khu vực Tp HCM 7/2007)

1.3 Một số nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu áo đường khu vực Tp HCM

Theo tác giả một số nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu áo đường chính có thể như sau:

- Đối với các tuyến đường cũ tình trạng hư hỏng mặt đường là xảy ra khá phổ biến Nguyên nhân thứ nhất có thể nói đến đó là thời gian khai thác của

đường khá lớn nên hiện tượng suy giảm cường độ, nhựa bị hoá già dẫn đến chất lượng loại mặt đường này xuống cấp Thứ hai: số lượng phương tiện cũng như tải trọng trục khai thác trong những năm gần đây tăng, nên loại kết cấu nền mặt đường này chưa đáp ứng các yêu cầu khai thác đặt ra Ngoài các nguyên nhân này còn có thêm những nguyên nhân trình bày dưới đây

- Nguyên nhân hư hỏng xảy ra là còn ở công tác quản lý, khai thác, bảo dưỡng, công nghệ duy tu bảo dưỡng của ta thực hiện còn kém Phổ biến hiện nay trong việc cải tạo các tuyến đường này là: xử lý bù vênh và thảm thêm

lớp BTN (loại này là phổ biến nhất, rất ít trường hợp sử dụng BTXM) Chất lượng xử lý cải tạo hiện nay tương đối thấp, nguyên nhân chủ yếu là: chúng

ta chưa có những giải pháp xử lý triệt để tốt hơn, một mặt nguồn vốn duy tu cải tạo của chúng ta còn hạn chế, thời gian để thực hiện công tác xử lý thường không thuận lợi, đặc biệt là các tuyến đường trong nội thành, thời gian chủ yếu là ban đêm Mặc khác việc quản lý khai thác duy tu bảo dưỡng các con đường còn có khó khăn ở chỗ: các kết cấu áo đường của ta hiện nay rất không thống nhất

- Nhìn chung cường độ nền đường thường thấp mà hiện tại các giải pháp xử lý nền đất yếu cũng còn gặp nhiều hạn chế đặc biệt là về giá thành xây dựng, nhận thấy một nền đường có xử lý nền đất yếu và không xử lý thường chênh lệch đáng kể về chi phí xây dựng

- Chất lượng vật liệu xây dựng hiện nay của cả nước nói chung, của khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng còn nhiều hạn chế Một số loại vật liệu không đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật của tiêu chuẩn quy trình hiện hành, tuy nhiên có nhiều nguyên nhân chủ quan lẫn khách quan chúng ta vẫn sử dụng những loại vật liệu này

- Vấn đề kiểm tra, đánh giá kiểm soát chất lượng vật liệu lẫn chất lượng xây dựng nền mặt đường còn bộc lộ khá nhiều hạn chế Trong cả công tác xây dựng mới lẫn sửa chữa nâng cấp đường

- Hệ thống thoát nước chưa đáp ứng được yêu cầu, dẫn đến tình trạng nước ngập trên mặt đường thường xuyên xảy ra nhất là vào các tháng mùa mưa, các tháng cuối và đầu năm chịu ảnh hưởng của nước thuỷ triều Ngoài ra ở các đường khu vực dân cư, đường ở khu vực ngoại thành hệ thống thoát nước một số chưa được đầu tư dẫn đến tình trạng chấp nhận nước ngập khi có mưa hoặc triều cường

- Tình trạng đào đường của các ngành cấp thoát nước, điện lực, viễn thông khi con đường đã hoàn thiện diễn ra nhiều Gần đây, sở GTCC đã lên danh sách một số tuyến đường thuộc diện đường cấm đào Tuy nhiên hiện tượng này vẫn còn diễn ra, vấn đề đặt ra là chúng ta chưa có được sự quản lý đồng

bộ trong xây dựng, và trong giải pháp tình thế cũng chưa có những yêu cầu gì cụ thể, trong xử lý các vị trí đã khoan đào

- Công nghệ thi công kết cấu áo đường của chúng ta hiện nay còn lạc hậu, đặc biệt là cả quy trình công nghệ thi công các lớp cải tạo tăng cường chưa tốt Trong cả giải pháp thiết kế lẫn biện pháp thi công chưa được nghiên cứu tốt Biện pháp thi công cấp phối đá dăm hiện nay của ta chủ yếu là san bằng máy san thì rất khó cho việc đảm bảo chất lượng (mặc dù tiêu chuẩn ngành

22TCN 334-06 đã có hướng dẫn là rải CPĐD bằng máy rải chuyên dùng đối với những lớp móng trên) Tình trạng mặt đường mới bị nứt chân chim xảy

ra khá phổ biến, tình trạng lớp mặt mới cải tạo dễ bị bong tróc Chúng ta chưa có nhiều các loại máy xử lý nền mặt đường cũ trước khi cải tạo thảm thêm lớp mới, công nghệ xử lý hiện nay chủ yếu được thực hiện bằng thủ công là rất khó đảm bảo

Với những nguyên nhân chủ yếu nêu trên, cộng với trong thời điểm nhu cầu

đầu tư xây dựng mới, cải tạo các tuyến đường trong khu vực Thành phố là rất lớn Do đó yêu cầu đặt ra là cần có những nghiên cứu sâu về kết cấu mặt đường

để áp dụng có hiệu quả hơn, kinh tế hơn

2 Lựa chọn đề tài nghiên cứu:

Trên cơ sở những phân tích trên tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu LựA

CHọN GIảI PHáP HợP Lý CHO KếT CấU mặt đường GIAO THÔNG ĐÔ THị THàNH PHố Hồ CHí MINH” nhằm giải quyết các mục tiêu chính sau:

a/ Phân tích các dạng kết cấu theo các điều kiện sử dụng thích hợp về mặt lý thuyết, tính toán, kinh nghiệm sử dụng và sự phù hợp với xu thế hiện đại đã và

đang được áp dụng ở các nước

b/ Đề xuất các dạng kết cấu áo đường hợp lý về sử dụng vật liệu, công nghệ thi công, chi phí đầu tư xây dựng, quản lý khai thác duy tu bảo dưỡng

c/ Phân tích hiệu quả kinh tế và đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý

d/ Đưa ra một số hướng dẫn trong thi công và quản lý chất lượng

3 Sự cần thiết của đề tài:

Qua tìm hiểu về kết cấu mặt đường và chất lượng khai thác cộng với định hướng phát triển giao thông trong tương lai cho khu vực Tp HCM; tác giả nhận thấy rằng cần có một số nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề sau:

- Vấn đề thứ nhất: gìn giữ và nâng cao chất lượng khai thác của các loại kết cấu mặt đường ở Tp HCM nói riêng và ở Việt Nam nói chung như thế nào để đáp ứng nhu cầu phát triển vận tải trong những năm tới

- Vấn đề thứ hai: Kết cấu mặt đường truyền thống hiện nay đã và đang sử dụng ở khu vực Tp HCM vẫn còn bộc lộ một số hạn chế nhất định, cần có những nghiên cứu đánh giá cụ thể về nó

- Vấn đề thứ ba: Tại các cơ quan quản lý đường đô thị cho thành phố chưa có sự thống nhất trong việc lựa chọn kết cấu mặt đường; do vậy vấn đề quyết định đầu tư, lựa chọn công nghệ thi công, đảm bảo chất lượng trong thiết kế và thi công,

công tác duy tu bảo dưỡng đối với kết cấu mặt đường vẫn còn gặp những khó khăn nhất định

- Vấn đề thứ tư: mỗi một thành phố, một quốc gia cần có sự nghiên cứu và đưa ra những kết cấu định hình; đó cũng là xu hướng đúng đắn và khá phổ biến ở một

số quốc gia có hệ thống giao thông phát triển trên thế giới

Chính vì vậy, đề tài trên được hình thành để bước đầu tìm hiểu nghiên cứu lĩnh vực này, tác giả mong rằng có một số đóng góp cho sự phát triển hệ thống giao thông vận tải Tp HCM nói riêng và cả nước nói chung

II TìNH HìNH NGHIÊN CứU TRONG Và NGOàI Nước

1 Tại một số quốc gia có hệ thống giao thông phát triển phát triển:

- ở Pháp: năm 1977 công bố Catalog 1977 về kết cấu áo đường áp dụng cho

đường ôtô và đường cao tốc (Phụ lục số 4)

- 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) đã nghiên cứu

đưa ra được bảng kết cấu mặt đường cho các vùng nhiệt đới và sa mạc.(Phụ lục

- Trong tiêu chuẩn ngành: Đường giao thông nông thôn – Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 210-92, tài liệu dướng dẫn Xây dựng cầu đường giao thông nông thôn

và miền núi cũng đã đưa ra một số kết cấu mặt đường mẫu cho loại đường giao thông nông thôn các vùng miền trong cả nước

- Năm 2000 tác giả Nguyễn Quang Phúc nghiên cứu đề tài về giải pháp kết cấu mặt đường hợp lý cho khu vực Hà Nội cũng đã đề xuất một số kết cấu áp dụng cho khu vực Hà Nội

- Năm 2006 có đề tài nghiên cứu xây dựng catalog kết cấu áo đường mềm cho khu vực đường phố chính khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Phan Chí Khánh -

ĐH BK Tp HCM Tuy nhiên tác giả chỉ mới đề cập đến cấu tạo áo đường cho

III Hướng giảI quyết của đề tài:

1 Nội dung thực hiện trong đề tài:

- Điều tra thu thập các số liệu có liên quan như: mạng lưới giao thông (đường sá,

ôtô), vật liệu xây dựng kết cấu mặt đường, điều kiện địa chất, khí hậu thời tiết của khu vực thành phố Hồ Chí Minh

- Nghiên cứu về lý thuyết các giải pháp cấu tạo hợp lý cho kết cấu mặt đường

- Lập kết cấu mặt đường hợp lý phù hợp cho đường ôtô ở khu vực TP HCM

2 Kết quả của đề tài:

- Đề xuất một số giải pháp kết cấu áo đường định hình trong từng điều kiện cụ thể của đường khu vực thành phố Hồ Chí Minh

- Đưa ra cái nhìn tổng quan và cơ sở khoa học về kết cấu áo đường áp dụng cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh

- Góp phần hướng dẫn và định hướng áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào việc quản lý, xây dựng và sửa chữa đường khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

3 Quy mô của đề tài:

Thuyết minh: Đề tài bao gồm 5 chương, 105 trang,

Phụ lục: 5

CHƯƠNG II

Cơ sở lý thuyết trong việc đề xuất

I Cơ sở lý thuyết để xây dựng kết cấu mặt đường hợp lý

1 Các phương pháp lý thuyết:

Cơ sở của nhóm phương pháp này là dựa trên việc nghiên cứu ứng suất do xe chạy gây ra trong các lớp mặt đường và so sánh các ứng suất này với cường độ cho phép của vật liệu làm đường Các phương pháp thuộc nhóm này như sau:

- Phương pháp Jones ở Anh

- Phương pháp Jeuffroy Bachelef và phương pháp Alizé 3, 5 ở Pháp

- Phương pháp N.N Ivanov và phương pháp dựa trên quy trình BCH

46-82 của Liên Xô trước đây

1.1 Phương pháp theo 22 TCN 211-06 (Bộ GTVT):

1.1.1 Nội dung phương pháp:

Công tác thiết kế áo đường mềm gồm các nội dung chủ yếu sau:

- Thiết kế cấu tạo kết cấu nền áo đường: Nội dung chính ở đây là chọn và bố trí hợp lý các lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng, lớp

áo đường, chọn các giải pháp tăng cường độ và sự ổn định cường độ trong khu vực tác dụng (bao gồm cả các giải pháp thoát nước nếu cần, cho các lớp kết cấu nền áo đường)

Việc thiết kế cấu tạo này có ý nghĩa hết sức quan trọng vì thực tế có nhiều yêu cầu không thể giải quyết bằng biện pháp tính toán, đặc biệt là để hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt do xe cộ và do các tác nhân môi trường thì chỉ có thể giải quyết bằng biện pháp cấu tạo thích hợp

- Tính toán kiểm tra cường độ chung và cường độ trong mỗi lớp kết cấu áo

đường xác định bề dày mỗi lớp kết cấu áo đường theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép

- Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa vật liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm các đặc trưng cơ học của các vật liệu đó để đưa ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu sử dụng cho mỗi lớp kết cấu Chú ý rằng không những phải đưa

ra được tỷ lệ phối hợp các thành phần vật liệu nhằm đạt mục tiêu thiết kế mà còn phải đưa ra được tỷ lệ phối hợp các thành phần vật liệu trong chế thử và trong sản xuất đại trà khi tiến hành thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công

Theo yêu cầu nêu trên, nội dung tính toán chính là tính toán kiểm tra 3 tiêu chuẩn cường độ dưới đây:

- 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 hạn chế sự phát sinh nứt dẫn đến phá hoại 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 xe cộ, do đó bảo đảm duy trì được khả năng phục vụ của cả kết cấu đến hết thời hạn thiết kế

Cơ sở của phương pháp tính toán theo 3 tiêu chuẩn giới hạn nêu 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), đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thác đường trong nhiều năm để đưa ra các quy định về các tiêu chuẩn giới hạn cho phép

1.1.2 Các thông số tính toán

a) Tải trọng và lưu lượng xe chạy:

Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn:

Khi tính toán cường độ của kết cấu nền áo đường theo 3 tiêu chuẩn nêu trên, tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn của ô tô có trọng lượng 100 kN đối với tất cả các loại áo đường mềm trên đường cao tốc, trên

đường ô tô các cấp thuộc mạng lưới chung và cả trên các đường đô thị từ cấp khu vực trở xuống Riêng đối với kết cấu áo đường trên các đường trục chính đô thị và một số đường cao tốc hoặc đường ô tô thuộc mạng lưới chung thì tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn trọng lượng 120 kN Các tải trọng tính toán này được tiêu chuẩn hoá như ở Bảng 2.1

Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Bảng 2.1

Tải trọng trục tính toán tiêu

b) Yêu cầu đối với việc điều tra loại đất nền và các đặc trưng cơ lý của đất nền Phạm vi và đối tượng điều tra:

Đối với đoạn nền đắp, đối tượng điều tra là các loại đất dùng để đắp trong phạm vi khu vực tác dụng

Đối với đoạn nền đào, đối tượng điều tra là các lớp đất tự nhiên trong phạm vi khu vực tác dụng (sau khi dự kiến đường đỏ thiết kế cần điều tra từng lớp 20cm trong phạm vi 100cm kể từ cao độ đáy áo đường trở xuống để phát hiện sự không đồng nhất của các lớp đất trong nền đào)

Những đặc trưng phải điều tra, thử nghiệm xác định:

- Loại đất;

- Dung trọng khô lớn nhất γkmax và độ ẩm tốt nhất Wop xác định thông qua thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn;

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

- Độ ẩm tương đối Wtn/ Wnh và độ chặt γtn /γkmax của đất nền đào ở trạng thái tự nhiên trong thời gian mùa mưa (trong đó Wtn, Wnh, γtn là độ ẩm

tự nhiên, độ ẩm giới hạn nhão và dung trọng khô của đất nền đào ở trạng thái tự nhiên; γkmax là dung trọng khô của đất đó sau đầm nén tiêu chuẩn);

- Các đặc trưng cho cường độ chịu cắt trượt (lực dính C và góc nội ma sát ϕ) tương ứng ở trạng thái chặt, ẩm dự kiến thiết kế đối với đất đắp

và tương ứng ở trạng thái tự nhiên ở mùa bất lợi nhất đối với đất nền

đào;

- Chỉ số sức chịu tải CBR trong điều kiện có ngâm mẫu bão hoà nước 4 ngày đêm và trị số mô đun đàn hồi E0 thí nghiệm (trong phòng hoặc hiện trường) tương ứng ở trạng thái chặt, ẩm tự nhiên bất lợi nhất đối với nền đào và tương ứng với độ ẩm tính toán đối với đất nền đắp c) Yêu cầu về việc điều tra và thử nghiệm vật liệu làm các lớp áo đường:

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

- Đối với các loại vật liệu hạt (đất, cát, sỏi cuội, đá nghiền, cấp phối các loại, tro bay hoặc xỉ phế thải công nghiệp…) dùng riêng rẽ hoặc dùng để gia

cố với các chất liên kết đều phải thử nghiệm đánh giá chất lượng sử dụng của chúng theo các chỉ tiêu yêu cầu phù hợp với tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu các lớp kết cấu áo đường mềm hiện hành tương ứng với mỗi loại vật liệu đó Trường hợp chưa có tiêu chuẩn quy định thì tư vấn thiết kế có thể

tự nghiên cứu tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước để đề xuất các chỉ

tiêu yêu cầu nhưng các chỉ tiêu này phải được xét duyệt và chấp thuận của các cơ quan quản lý kỹ thuật có thẩm quyền

- Đối với các loại chất liên kết hữu cơ (các loại nhựa đường…) và chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi…) là những thương phẩm có xuất xứ rõ ràng, có chứng chỉ kèm các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm quen dùng phù hợp với yêu cầu trong các tiêu chuẩn thì khi thiết kế kết cấu áo đường chưa cần thử nghiệm đánh giá; còn nếu là các loại vật liệu địa phương, vật liệu tận dụng cá biệt thì phải thử nghiệm đánh giá theo đề cương được chủ đầu tư hoặc cấp

có thẩm quyền phê duyệt trước khi quyết định sử dụng chúng trong dự án thiết kế kết cấu áo đường

Sau khi người thiết kế quyết định thành phần vật liệu của mỗi lớp kết cấu (quyết định tỷ lệ các cỡ vật liệu hạt và tỷ lệ chất liên kết so với vật liệu hạt) thì trách nhiệm của người thiết kế phải tiến hành các thử nghiệm xác định trị

số mô đun đàn hồi của chúng theo chỉ dẫn ở phụ lục C để đảm bảo rằng thành phần vật liệu thiết kế dùng cho mỗi lớp kết cấu là tương thích với trị số các thông số thiết kế được đưa vào tính toán cường độ của kết cấu áo đường 1.1.3 Một số nhận xét (22TCN 211-06)

Đây là phương pháp về cơ bản giống với 22TCN 211-93, và nó đang được sử dụng có hiệu quả để thiết kế nền áo đường và chiều dày các lớp kết cấu áo

đường Phương pháp này có cơ sở lý thuyết vững chắc, được mọi người thừa nhận và nhất là quen sử dụng Các kết cấu áo đường đã được xây dựng trên mạng lưới đường ôtô nước ta thiết kế theo phương pháp này chưa bộc lộ những nhược điểm lớn Tuy nhiên theo chúng tôi để nâng cao hiệu quả sử dụng của phương pháp cần quan tâm đến các hạn chế dưới đây:

- 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, là 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, kết quả tính toán phụ thuộc vào các tham số đầu vào như lưu lượng và tải trọng xe, các đặc trưng tính toán của vật liệu và đất nền nên việc xác định các thông số phù hợp là vấn đề cần nghiên cứu kỹ và thống nhất Sự ảnh hưởng của chế độ thuỷ nhiệt để tính toán, thiết kế luôn lấy ở trạng thái bất lợi, việc xét

và đánh giá như vậy chưa cụ thể

- Cơ sở lý thuyết của bài toán là hệ đàn hồi đặt trên bán không gian vô hạn đàn hồi nhưng thực tế vật liệu kết cấu áo đường và nền đất không phải là vật liệu đàn hồi đồng nhất, đẳng hướng mà là vật liệu đàn hồi hồi dẻo nhớt, do đó kết quả tính toán được chỉ là gần đúng với sự làm việc thực tế của kết cấu áo đường

- Các toán đồ được lập với hệ hai lớp, nếu hệ có nhiều hơn hai lớp thì phải dùng công thức tính đổi các lớp trên nguyên tắc độ cứng tương đương, việc tính đổi và

hệ số hiệu chỉnh β thêm vào chỉ gần đúng

- Hiện nay, một số quy trình (Trung Quốc, Liên Xô ) và các sách đã có kết quả giải hệ đàn hồi ba lớp, việc tính đổi sẽ chính xác hơn Mặt khác với sự phát triển của máy tính điện tử thì việc giải chính xác bài toán hệ đàn hồi nhiều lớp không

là vấn đề quá khó khăn nữa; nên chăng có các nghiên cứu theo hướng này

- 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

- Tiêu chuẩn giới hạn thứ 2, kiểm toán theo tiêu chuẩn trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính, nếu kết cấu áo đường được đặt trên nền cát hoặc tương tự cát có lực dính đơn vị (c = 0) hoặc c ≅ 0 thì tiêu chuẩn này không kiểm toán

Theo tiêu chuẩn này, khi giải bài toán hệ đàn hồi nhiều lớp đã đưa vào các giả thuyết sau đây:

a) Mỗi lớp đều do một loại vật liệu đồng nhất, đẳng hướng, đàn hồi và xem như không có trọng lượng tạo ra; thông số đàn hồi của vật liệu này được đặc trưng bởi modun đàn hồi Ei và tỷ số Poisson ài;

b) Tầng dưới cùng là tầng bán không gian vô hạn và kéo dài vô hạn theo phương ngang; các lớp phía trên nó cũng kéo dài vô hạn theo phương ngang nhưng theo phương thẳng đứng lại có bề dày nhất định hi;

c) Tại mặt phân giới giữa các lớp, ứng suất và chuyển vị hoàn toàn liên tục (gọi

là hệ 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 0 (trường hợp này gọi là

hệ chuyển dịch trượt tự do);

d) Tại độ sâu vô hạn ở lớp dưới cùng, ứng suất và chuyển vị đều bằng 0

Hệ 2 lớp là trường hợp đơn giản nhất trong hệ đàn hồi nhiều lớp Xem nền

đường là bán không gian vô hạn đàn hồi và kết cấu mặt đường nằm trên nó là

một lớp đàn hồi khác với nền đất, như vậy tức là xem hệ nền mặt là một hệ hai lớp đàn hồi Người ta sử dụng máy tính điện tử tính được các trị số và lập thành toán đồ tiện dụng

Tương tự như vậy đối với hệ 3 lớp người ta cũng lập toán đồ xác định độ võng đàn hồi và hệ số cứng của mặt đường Trong trường hợp hệ có nhiều hơn 3 lớp thì phải quy đổi về hệ ba lớp theo hiệu ứng tương đương

Tóm tắt phương pháp thiết kế áo đường mềm hiện hành của Trung Quốc:

a/ Thiết kế mặt đường mới

- Dựa vào yêu cầu của văn bản 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 là loại mặt đường cần 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 loại hình khô ẩm của nền đường, chia đường thiết kế ra làm một số đoạn (thông thường mỗi đoạn không nên dưới 500m; nếu thi công cơ giới với quy mô lớn thì mỗi đoạn không nên dưới 1000m) để xác

định trị số modun đàn hồi của nền đất cho từng đoạn

- Dự kiến một số phương án bố trí kết cấu và bê tông áo đường có khả năng thực hiện, xác định trị số modun đàn hồi của vật liệu các lớp

- Xác định bề dày áo đường dựa theo độ võng cho phép

- Đối với mặt bê tông nhựa của đường cao tốc, đường cấp I, đường đô thị và với lớp móng bằng vật liệu có tính toàn khối thì còn cần nghiệm toán xem ứng suất kéo - uốn của chúng có thoả mãn yêu cầu về ứng suất kéo - uốn cho phép hay không Nếu không đáp ứng yêu cầu thì phải điều chỉnh bề dày các lớp kết cấu áo đường hoặc thay đổi bố trí kết cấu áo đường, hoặc điều chỉnh

tỷ lệ phối hợp vật liệu để tăng thêm cường độ chịu kéo - uốn giới hạn , sau

đó lặp lại các tính toán

- Đối với lớp mặt rải nhựa của đường đó thì còn cần nghiệm toán xem ứng suất cắt trong lớp đó có thoả mãn đủ yêu cầu về ứng suất cắt cho phép hay không; nếu không thoả mãn đủ thì phải điều chỉnh thành phần vật liệu để tăng cường độ chống cắt

- Đối với mặt đường cấp cao và cấp cao thứ yếu của vùng đóng băng theo mùa thì còn cần nghiệm toán bề dày lớp móng chống đóng băng xem có phù hợp với yêu cầu không

b/ Thiết kế cải tạo mặt đường:

- Tiến hành điều tra kỹ thuật đối với mặt đường cũ hiện có, thu thập các số liệu thiết kế

- Dựa vào yêu cầu trong văn bản nhiệm vụ thiết kế, xác định cấp hạng mặt

đường và loại lớp mặt, tính toán trị số độ võng cho phép

- Dựa vào loại hình khô ẩm và loại đất, dựa vào trị số độ võng xấp xỉ nhau của

đoạn đường và các nhân tố khác để chia tuyến đường thành các đoạn Xác

định trị số độ võng tính toán cuả từng đoạn

- Tính toán bề dày mặt đường theo công thức tăng cường

- Đối với vùng có đóng băng theo mùa thì còn cần nghiệm toán bề dày lớp phòng chống đóng băng

- Dựa vào kết quả tính toán các phương án, tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật

để xác định phương án sử dụng

1.2.2 Các thông số tính toán:

a) Tải trọng xe tính toán:

Việc xác định tải trọng tiêu chuẩn của các nước là không giống nhau, đại

bộ phận các nước quy định tải trọng tiêu chuẩn là 100kN, cũng có nước quy

định là 130kN, cũng có nước như Mỹ thì dùng 80kN

Quy phạm thiết kế mặt đường của Trung Quốc chọn nhóm trục đơn hai bánh 60kN hoặc 100kN (xe BZZ-60 và BZZ-100) làm tải trọng trục tiêu chuẩn Trong đó BZZ-60 chỉ có dùng để thiết kế mặt đường mềm của đường

ôtô cấp III và IV

Các tham số tính toán của tải trọng tiêu chuẩn xem bảng 5-1 phụ lục 5 b) Số trục tương đương tích luỹ tính toán (số lần/ngày)

Trong thời hạn thiết kế số lần tác dụng tải trọng trục tương đương tích luỹ

Ne có thể được tính theo công thức 2.4 dưới đây:

η γ

= t t− t

)1(

365]1)1[(

(2.4)

Trong đó:

Ne : là số lần thông qua trục tương đương tích luỹ trên một làn xe trong

thời hạn thiết kế;

t : là số năm trong thời hạn thiết (năm) xem bảng 5-2 phụ lục 5,

N1 : là số trục tương đương trung bình ngày của năm đầu tiên sau khi

hoàn thành mặt đường (số trục/ngày);

γ : là suất tăng trưởng trung bình năm của lượng giao thông trong thời hạn thiết kế

η : là hệ số làn xe xem bảng 5-3 phụ lục 5

c) Trị số modun đàn hồi của đất nền và của vật liệu mặt đường

- Đặc trưng tính toán của đất nền:

Khi thiết kế áo đường modun đàn hồi của nền đường được lấy vào mùa bất lợi nhất Trong trường hợp nền đường chưa xây dựng thì thông qua phương pháp kinh nghiệm để tính

- Đặc trưng tính toán của vật liệu:

Modun đàn hồi E, hệ số nở hông η được xác định bằng thực nghiệm là đặc trưng quan trọng nhất của vật liệu Trị số này lấy tuỳ thuộc điều kiện kiểm toán và điều kiện làm việc của vật liệu

Thông thường có hai loại phương pháp xác định E kháng nén của vật liệu

áo đường: Phương pháp đo ép cả lớp vật liệu, phương pháp tính ngược theo lý thuyết hệ nhiều lớp (phương pháp phân lớp)

1.3 Phương pháp thiết kế mặt đường của Pháp - Chương trình Alizé 5:

Việc thiết kế và tính toán mặt đường của Pháp được tiến hành theo phương pháp hợp lý của chương trình Alizé 3 (là phương pháp giải chính xác bài toán bán không gian nhiều lớp đàn hồi của Burmister bằng máy tính) - Sử dụng chương trình Alizé3 thì có thể tính ứng suất và biến dạng trong mọi điểm của các lớp kết cấu mặt đường nhiều lớp (cho đến 6 lớp) rồi so sánh với kết quả tính toán cường độ và độ lún cho phép của vật liệu xác định bằng thí nghiệm ở trong phòng và kiểm tra ở hiện trường

Phương pháp này phù hợp với tình hình cụ thể của nước Pháp với các đặc

điểm sau đây:

- Có nhiều xe vượt tải chạy trên đường so với quy định,

- Độ ẩm của đất ở dưới mặt đường rất cao,

- Điều kiện khí hậu của nước Pháp tương đối khắc nghiệt,

- Công nghệ sản xuất vật liệu và chế tạo bán thành phẩm của Pháp tiên tiến Phương pháp thiết kế này được cụ thể hoá trong các tài liệu:

- Catalo 1977 các kết cấu mẫu của mặt đường làm mới,

- Hướng dẫn tính toán tăng cường mặt đường mềm,

- Thiết kế mặt đường làm mới cho các đường có lưu lượng giao thông nhỏ

2 Các phương pháp thực nghiệm

Dựa trên các kinh nghiệm thu được trên các đoạn đường thực nghiệm hoặc trên mạng lưới đường khai thác Có thể liệt kê các phương pháp thực nghiệm chính sau đây:

- Phương pháp CBR,

- Phương pháp của Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL),

- Các phương pháp thực nghiệm của Mỹ (phương pháp Shook và Finn, phương pháp Liddle, phương pháp Shell, phương pháp AASHTO)

- Phương pháp của Nhật Bản

- Phương pháp của Trung tâm thiết kế nhà và công trình Pháp (CEBTP),

Hình 2.1 Toán đồ của Hiệp hội kỹ sư quân đội Mỹ

Và 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 thông nhẹ (bánh xe 3,1T) như vẽ ở hình 2.1

Peltier đã dựa trên các đường cong của toán đồ này tìm ra biểu thức chung sau để tính chiều dày mặt đường:

5

150100

2.2 Phương pháp của Viện nghiên cứu đường Anh (RRL)

(Road Research Labratory)

Cho đến năm 1960 ở Anh vẫn sử dụng toán đồ của Corps of Engineers (hình 5.1) nhưng 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, RRL đã công bố các toán đồ mới, so với phương pháp CBR có những cải tiến sau:

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

- 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 2 cm, 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,

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

Trong lần xuất bản thứ 3 (năm 1971) các toán đồ này có nhiều cải tiến so với hai lần trước (1960, 1966) ở các điểm sau:

- Lượng giao thông được đánh giá theo số tương đương của trục bánh tiêu chuẩn (8,1 t)

- Tuổi thọ quy định là 20 năm với mặt đường mềm và 40 năm với mặt đường cứng

(Tham khảo các toán đồ Hình 5.2 (Phụ lục 5))

2.3 Thí nghiệm của AASHTO (Association American of State Highway and Transportation Oficials) và các phương pháp dựa trên kết quả của thử nghiệm Thí nghiệm về đường của AASHTO tiến hành ở bang Illinois (Mỹ) từ năm

1958 - 1962 đã xác định được các vấn đề chủ yếu sau:

- Khi tác dụng trùng phục và tải trọng trục của ôtô càng lớn thì chiều dày mặt đường càng dày

- Giữa tác dụng của các ôtô có tải trọng trục bánh khác nhau và áp lực hơi trong bánh khác nhau có tồn tại một quan hệ hằng số nhất định Từ đó có thể xác định hệ số quy đổi ôtô các loại về ôtô tính toán

- Chiều dày quy đổi của kết cấu mặt đường có thể tính theo công thức sau:

Hqđ = a1 h1 + a2 h2 + a3 h3 (2.6)

a1, a2, a3 : là các hệ số không thứ nguyên,

h1, h2, h3 : chiều dày lớp mặt, lớp móng trên và lớp móng dưới Qua thí nghiệm AASHTO cũng đã tìm ra được một phương pháp xác định chất lượng mặt đường theo chỉ số năng lực phục vụ PSI (Present Serviceability Index) - PSI có giá trị giảm dần khi mặt đường bị hư hỏng dưới tác dụng của xe

cộ

Thí nghiệm AASHTO cũng tìm được đường cong quan hệ thực nghiệm giữa logarit số lần đi qua của ôtô tính toán có tải trọng trục bánh Q gây ra làm mặt

đường hư hỏng cần phải đại tu (PSI = 2,5) và trị số biến dạng trong thời kỳ nền

đường bị mềm yếu và chỉ chạy được với tốc độ từ 3,2 – 4,8 km/giờ

∑N =1,40+1,32lgQ−3,25lgl

Trong đó: Q - tải trọng trục bánh xe tính toán, t;

l - độ võng, cm

Hầu hết các phương pháp sử dụng ở các nước phương Tây Âu và Mỹ đều dựa trên các số liệu căn cứ sau: các đặc trưng cường độ (năng lực chịu tải) của đất nền đường, lưu lượng giao thông trên một làn xe đã tính đổi về tải trọng tính toán (trục bánh 8T, 10T, 13T)

Hiện nay một số nước đã thay đổi điều kiện làm ẩm phù hợp với điều kiện khí hậu của nước mình (như Marốc, ấn độ)

2.3.1 Phương pháp Shook và Finn:

Dựa trên việc phân tích các kết quả thí nghiệm của AASHTO, phương pháp này xác định chiều dày quy đổi Hqđ của áo đường theo trị số CBR và tổng số lần đi qua của ôtô tính toán theo toán đồ hình 5.4 - phụ lục 5

Chiều dày của các lớp kết cấu xác định theo công thức (2.6) với :

a1 = 2, a2 = 1, a3 = 0,75

Hqđ = 2h1 + h2 + 0,75h3 (2.8) Toán đồ tính chiều dày áo đường theo phương pháp Shook và Finn hình 5.4 - phụ lục 5

1,8

- Tất cả tải trọng cho trong hình 5.6 (Toán đồ) - phụ lục 5, được đổi về tải trọng tính toán (trục bánh 8,2t)

- Xác định chiều dày tổng cộng theo hình 5.6 (Toán đồ) - phụ lục 5

Chiều dày các lớp áo đường có thể xác định có xét tới các lớp ở phía dưới, phương pháp này còn chưa hoàn chỉnh bởi thực tế còn chưa xét tới độ cứng của các lớp

2.3.4 Phương pháp của Viện ASPHALT (Mỹ):

Dựa trên thí nghiệm của AASHTO và kinh nghiệm của Viện Asphalt Cũng như các phương pháp trên, phương pháp này có tính chiều dày tổng cộng của áo đường có điều chỉnh cho các lớp gia cố bằng vật liệu kết dính

Tham khảo các hình 5.7 (Phụ lục 5)

2.3.5 Phương pháp SHELL: (tác giả là Dorman và Edwards):

Phương pháp này dựa trên các thí nghiệm AASHTO đồng thời có xét tới

lý thuyết của Jones và sự làm việc của hệ nhiều lớp Để đơn giản hệ nhiều lớp được tính đổi về hệ ba lớp:

- Lớp trên gia cố nhựa đường,

- Các lớp dưới bằng vật liệu hạt rời rạc,

- Đất nền đường

Đất được đặc trưng bằng modun đàn hồi hoặc chỉ số CBR, lớp trên bằng mođun đàn hồi động, lớp móng bằng mođun đàn hồi mà trị số của lớp trên phải lớn hơn các lớp dưới không quá 3 - 4 lần Giữa mođun đàn hồi và chỉ số CBR có một quan hệ theo đường cong:

CBR < 4 4 – 40 > 40

E 150 CBR 100 CBR 50 CBR Việc tính toán được tiến hành theo độ võng cho phép, mođun đàn hồi hoặc CBR của đất nền đường và theo độ dãn dài tương đối cho phép của lớp trên có xét tới độ mỏi do sự trùng phục tải trọng - Độ dãn dài cho phép được xác định phụ thuộc vào tải trọng trùng phục (lượng giao thông tính toán)

Độ võng cho phép được xác định phụ thuộc vào số ôtô tính toán có tải trọng trục bánh 10t theo Hình 5.9 (toán đồ) - (Phụ lục 5), từ các toán đồ 5.8

và 5.9 ta thấy độ dãn dài và độ võng cho phép giảm khoảng 2 lần khi lượng giao thông tăng lên 10 lần Tham khảo các hình 5.10, 5.11, 5.12 (Phụ lục 5) Các toán đồ của Shell cho ta khả năng tiến hành tính toán theo giai đoạn Như đã thấy phương pháp này tương tự như các phương pháp khác trong việc chọn kết cấu áo đường có thể có nhiều phương án khác nhau

2.3.6 Phương pháp của AASHTO:

Nội dung của phương pháp này là xác định chỉ số kết cấu của mặt đường (Structure number), ký hiệu là SN theo độ tin cậy cho phép, sai số chuẩn,

lượng giao thông, modun đàn hồi của nền đường và mức giảm độ phục vụ cho phép của mặt đường

- Sai số chuẩn Eo là sai số chung xét tới những sai số sót trong việc dự

đoán lượng giao thông (biểu thị bằng logT với T lượng giao thông tích luỹ ở cuối thời hạn phục vụ của mặt đường) và xác định “độ phục vụ” của mặt đường ứng với lượng giao thông cho trước

- Sự giảm độ phục vụ ∆PSI (giảm chất lượng khai thác) của mặt đường

được tính bằng hiệu của chỉ số năng lực phục vụ PSI ban đầu (thông thường 4 - 4,5) và chỉ số PSI ở cuối niên hạn sử dụng của mặt đường (thường từ 2 – 2,5) mà theo quy định không được phép thấp hơn các trị

số này

Theo AASHTO tính kết cấu mặt đường theo trình tự sau:

- Kiểm toán chỉ số kết cấu mặt đường ở độ cao nền đường theo công thức:

SN3= a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 (2.11) Chỉ số này phải cao hơn hoặc bằng chỉ số kết cấu SN tìm được ở hình 5.13 (toán đồ) - Phụ lục 5

- Kiểm toán chỉ số kết cấu mặt đường ở lớp móng dưới:

SN2= a1 D1 + a2 D2 m2 (2.12) Chỉ số này phải cao hơn hoặc bằng chỉ số kết cấu SN tìm được ở ở hình 5.13 (toán đồ) - Phụ lục 5 AASHTO nhưng với modun đàn hồi là modun

đàn hồi tương đương của lớp móng dưới và nền đường

- Tương tự ta tìm được chỉ số kết cấu mặt đường ở mặt lớp móng trên:

SN1= a1 D1 (2.13) Giải thích các ký hiệu:

D1 : Chiều dày các lớp kết cấu mặt đường, Chiều dày tối thiểu được quy định như sau:

1 – 4 inch (2,5 – 10 cm) cho lớp BTN

4 – 6 inch (10 – 15 cm) cho lớp móng trên và lớp móng dưới,

ai : Các hệ số tương đương của vật liệu tra bảng 2.2 - (Phụ lục 5)

m1, m2: các hệ số thoát nước phụ thuộc vào điều kiện thoát nước và thời gian ngậm nước của các lớp mặt đường: m thay đổi từ 1,4 – 0,4 khi chuyển

từ điều kiện thoát ước rất tốt (với dưới 1% thời gian kết cấu mặt đường có độ

ẩm gần với độ ẩm bão hoà) đến điều kiện thoát nước rất xấu (kết cấu bị bão hoà nước trên 25% thời gian)

2.4 Phương pháp của Nhật Bản

Chỉ xét những xe tải nặng có trọng lượng bản thân lớn hơn 5T, lượng giao

TA= a1 h1 + a2 h2 + a3 h3 (2.14) C¸c hÖ sè a1 , a2, a3. lÊy nh­ sau: B¶ng 2.5

0,35 0,35 0,35

0,25 0,20

2.5 Phương pháp của trung tâm thiết kế nhà và công trình Pháp (CEBTP) kiến nghị cho các nước nhiệt đới

Phương pháp này dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:

- Chiều dày của kết cấu mặt đường được xác định sao cho đảm bảo được năng lực chịu tải của đất nền và chịu được cường độ giao thông thiết kế

- Trường hợp mặt đường có một hoặc nhiều lớp cứng có thể bị phá hoại do kéo uốn thì phải kiểm tra lại xem ứng suất kéo uốn xuất hiện dưới đáy của lớp cứng đó có nhỏ hơn cường độ chịu kéo của vật liệu lớp cứng đó không Các quy định kỹ thuật đối với việc chọn vật liệu và thi công cụ thể là:

- Lớp trên của nền đắp ít nhất là 30cm phải dùng loại đất có sức chịu tải cao, không dùng loại đất kém ổn định hoặc trương nở và khó đầm chặt

- Lớp móng trên và lớp móng dưới phải được đầm chặt, đủ sức chịu tải và ổn

định nhằm tránh phá hoại dưới tác dụng của ứng suất nén và ứng suất cắt do

xe chạy gây ra

- Cốt liệu để làm lớp mặt hoặc lớp móng trên phải đủ độ cứng nhằm tránh hao mòn hoặc mỏi dưới tác dụng cuả xe chạy

- Mép lề đường phải có đá vỉa và phải được gia cố đảm bảo mặt đường không

bị lún và thuận tiện trong việc mở rộng mặt đường

a) Sức chịu tải của nền đường:

Nền đường được chia làm 5 loại như sau:

được thay bằng đất tốt hơn hoặc phải xử lý bằng cách làm thêm lớp trên nền

đường (couche de forme) – với các loại đất không thể đầm nén chặt đạt k = 0.90 độ chặt OPM (Proctor cải tiến) thì cần phải làm lớp trên nền đường

Chiều dày tối thiểu của lớp trên nền đường thay đổi tuỳ theo loại vật liệu sử dụng và sau khi đã làm lớp trên nền đường thì nền đường được phân loại mới như bảng sau:

Bảng 2.6

CBR của vật liệu sử dụng Chiều dày tối thiểu

(cm)

Phân loại mới của nền

đường (sau khi làm lớp trên nền đường)

T5 : ứng với đường cao tốc 4 hoặc 6 làn xe

b2/ Lưu lượng tích luỹ của các xe nặng:

Lưu lượng tích luỹ tính theo công thức :

C n A t

Trong đó:

N : lượng giao thông tích luỹ, tính bằng số trục bánh tiêu chuẩn sau n năm,

t : lượng giao thông trung bình ngày tính bằng số xe nặng của năm đưa

đường vào sử dụng

A : Hệ số tác dụng phá hoại phụ thuộc vào thành phần hoặc dạng của trục bánh xe nặng thiết kế

n : thời gian phục vụ, năm

C : hệ số tích luỹ, phụ thuộc vào thời gian phục vụ n và tỷ lệ tăng xe, bằng:

i n

i C

n

ì

−+

3 Các phương pháp nửa lý thuyết (Phương pháp định hình catalo)

Catalo được lập dựa vào các thông số liệu thu thập qua theo dõi tình trạng mặt đường đang khai thác và kiểm toán lại kết cấu bằng phương pháp lý thuyết Một số nước đã lập Catalo như đã nêu trên (Phụ lục 4)

II VấN Đề CầN QUAN TÂM KHI XÂY DựNG KếT CấU MặT ĐƯờng

1 Vấn đề cấu tạo và yêu cầu chung của kết cấu mặt đường:

1.1 Cấu tạo chung:

a/ Kết cấu mặt đường mềm:

b/ Kết cấu mặt đường cứng:

1.2 Yêu cầu chung

Mặt đường là một kết cấu gồm một hay nhiều lớp vật liệu khác nhau được rải trên nền đường để đáp ứng các yêu cầu chạy xe (ôtô và các phương tiện giao thông đường bộ) về cường độ, độ bằng phẳng, độ nhám; đồng thời góp phần hạn chế các tác động xấu do việc chạy xe gây ra đối với môi trường xã hội và môi trường thiên nhiên ở hai bên đường (hạn chế bụi, hạn chế tiếng ồn, hạn chế tai nạn giao thông ) Mặt đường là bộ phận rất quan trọng của đường ôtô nói chung và đường đô thị nói riêng

Để đáp ứng được các yêu cầu nói trên thì khi xây dựng kết cấu mặt đường vấn đề chúng ta cần quan tâm đó là:

a Điều kiện vật liệu xây dựng, khí hậu địa chất thuỷ văn

Vấn đề khả năng cung cấp các loại vật liệu xây dựng kết cấu mặt đường

b Điều kiện công nghệ thi công kết cấu mặt đường

Khó khăn nhất trong xây dựng đường ở các đô thị đó là đảm bảo giao thông trong quá trình thi công và yêu cầu thông xe nhanh

Vấn đề ô nhiễm môi trường trong quá trình thi công cũng như khai thác cũng đáng được quan tâm Việc lựa chọn loại vật liệu làm mặt đường cũng như công nghệ thi công phải hạn chế tối thiểu ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên và môi trường xã hội Vấn đề khả năng đáp ứng công nghệ thi công của các đơn vị trong và ngoài thành phố

c Công tác quản lý, duy tu bảo dưỡng đường

Chính vì thế, để có giải pháp cấu tạo hợp lý ta cần nắm rõ những đặc điểm

và yêu cầu cụ thể của mỗi tầng lớp trong kết cấu mặt đường, các nguyên lý sử dụng vật liệu để làm mặt đường, các giải pháp thoát nước mặt đường và phần trên nền đường nhằm tăng mức độ ổn định về cường độ của cả kết cấu mặt

đường

d Vấn đề giá thành xây dựng:

Trong những năm gần đây, nguồn vốn đầu tư cho xây dựng nói chung đã chiếm 40% ữ 45% ngân sách cuả Nhà nước (theo các số liệu tổng kết đã công bố) Riêng trong xây dựng đường ôtô, kết cấu mặt đường chiếm một tỷ lệ khá

cao trong tổng chi phí đầu tư của một con đường Đặc biệt trong giao thông đô thị, kết cấu mặt đường thường chiếm từ 60% đến 70% suất đầu tư xây dựng công trình đường

Một điều đáng quan tâm đó là: nguồn vốn chủ yếu để chúng ta xây dựng hệ thống giao thông hiện nay là vay nước ngoài

Đồng thời hiện nay Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, hệ thống đường sá đang cần có nhiều sự đầu tư, đặc biệt là ở các

III Các kết cấu mặt đường định hình đã được xây dựng ở Việt Nam và các nước trên thế giới

1 Một số kết cấu định hình đã nghiên cứu xây dựng ở Việt Nam

1.1 Các kết cấu truyền thống đã được sử dụng

Phổ biến trong xây dựng kết cấu áo đường ở nước ta hiện nay đó là:

- Lớp mặt: Phổ biến nhất là các loại bêtông nhựa (đặc biệt là bê tông nhựa nóng), bêtông ximăng, các lớp láng nhựa, thấp nhập nhựa, đối với đường cấp thấp có sử dụng các loại cấp phối thiên nhiên, cấp phối đá dăm làm lớp mặt, gần đây loại vật liệu bêtông nhựa polime (sử dụng nhựa đường polime) cũng hay được sử dụng

- Lớp móng trên: thấp nhập nhựa, cấp phối đá dăm các loại (I, II) tuỳ theo cấp

đường, cấp phối đá dăm gia cố ximăng, đất gia cố vôi hoặc ximăng, đá macadam, các loại đá kẹp đất dính (đối với đường cấp thấp)

- Lớp móng dưới: cấp phối đá dăm (chủ yếu là loại II), cấp phối thiên nhiên (cấp phối sỏi đồi, cấp phối sỏi sạn, cấp phối sỏi cuội, cấp phối sỏi đỏ ), đất gia cố xi măng, các loại đá dăm

1.2 Đề tài KC10.05 catalo kết cấu mặt đường mềm

Đề tài nhà nước KC10.05 đã được nghiệm thu xuất sắc, kết quả của đề tài đã

đưa ra được catalo kết cấu mặt đường mềm cho đường ôtô cấp cao

1.2.1 Phân loại lưu lượng xe:

(10 6 lần)

Lưu lượng xe tính toán tương đương trục xe tiêu chuẩn sau 15 năm phục vụ T15 (xe/ngày đêm)

Môđun

đàn hồi yêu cầu Eyc

(daN/cm 2 )

T1 0.1 - 0.2 20 - 50 1470 T2 0.2 - 0.3 51 - 100 1600 T3 0.3 - 0.6 101 - 200 1780 T4 0.6 - 1.2 201 - 400 1900 T5 1.2 - 2.4 401 - 800 2040 T6 2.4 - 4.3 801 - 1400 2150 T7 4.3 - 6.7 1401 - 2200 2240 T8 6.7 - 12.2 2201 - 4000 2360 T9 12.2 - 24.6 4001 - 8100 2500

1.2.2 Phân loại cấp nền đường:

Nền đường được chia theo các cấp hạng như sau:

800, 1000, daN/cm2) thì có các nghiên cứu riêng

1.2.3 Vật liệu và thông số tính toán của vật liệu:

- Cát đen, á cát gia cố 6%ximăng,

- Đất sét, á sét gia cố 8 -12% vôi,

- Cấp phối đồi > 30% cỡ hạt > 5mm

d) Lớp lót nền (có hoặc không có)

- Cát đen, á cát gia cố 6% ximăng,

- Đất sét, á sét gia cố 8 – 12% vôi,

- Cuội sỏi < 10% cỡ hạt < 0.5mm, > 60% cỡ hạt > 2 mm,

- Cấp phối đồi > 30% cỡ hạt > 5mm

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

- Bảng tham khảo vật liệu và trị số tính toán trong Quy trình thiết kế kết cấu áo đường mềm 22TCN 211-93 (lấy giá trị cận trên)

- Kết quả kinh nghiệm từ các công trình đường Bắc Thăng Long - Nội Bài,

QL 5, QL 18, QL 14, QL 22,

1.2.4 Kết quả của đề tài:

Nhận xét: Đề tài nghiên cứu chỉ đưa ra kết cấu mặt đường điển hình cho

đường ôtô, đường cao tốc mà chưa có các nghiên cứu cho đường đô thị có những điều kiện đặc thù riêng

Do đó việc lựa chọn kết cấu áo đường hợp lý cho riêng khu vực thành phố

Hồ Chí Minh là cần thiết

2 Kết cấu định hình xây dựng ở Pháp

2.1 Kết cấu định hình catalo 1977 xây dựng ở Pháp

Theo quy định của Pháp lưu lượng giao thông trung bình và lớn là lưu lượng tích luỹ, tính với trục bánh 130kN (13tấn) với trị số từ 1 đến 2 triệu Các đường của mạng lưới đường Quốc gia (các quốc lộ và xa lộ) bắt buộc phải thiết kế theo catalo 1977 Các kết cấu trong catalo 1977 được lập theo các vật liệu thông dùng của Pháp, chiều dày của kết cấu phụ thuộc vào lưu lượng giao thông và loại nền đường

2.1.1 Lưu lượng giao thông:

Chiều dày mặt đường được xác định theo số lần tích luỹ của các trục bánh xe tính toán 130kN Số lần tích luỹ này được tính toán từ số xe nặng với tải trọng hữu ích > 50kN (theo quy định của tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế thế giới OCDE) chạy trên làn xe nặng nhất trong một ngày đêm Với thời gian phục vụ

là 20 năm cho các kết cấu gia cố chất dính kết thuỷ hoá và 15 năm cho các kết cấu gia cố nhựa; tỷ lệ tăng trưởng hàng năm là 7%

Có 4 cấp giao thông dùng để tính chiều dày mặt đường với lưu lượng giao thông tích luỹ như sau:

Bảng 2.10

Cấp giao thông T0 T1 T2 T3Lưu lượng xe nặng 2000 750 300 150 50

(tải trọng hữu ích 50 kN/ngày)

Quy định đất nền đường của Pháp chia đất thành 6 loại từ A – F theo đường kính hạt lớn nhất dmax và tỷ lệ % lượng lọt qua sàng 80 àm

Cấp hạng nền đường được xác định căn cứ vào cấp hạng nền đất, tính chất (gia cố hay không gia cố) và chiều dày lớp nền

Theo đó đã xác định ba cấp nền đường ký hiệu PF1, PF2, PF3, đặc trưng bằng modun đàn hồi tính toán sau:

PF1 modun từ 20 MPa đến 50 MPa

PF2 modun từ 50 MPa đến 120 MPa

PF3 modun trên 120 MPa

2.1.3 Các kết cấu:

Có 18 loại hình kết cấu sử dụng các vật liệu, bán thành phẩm khác nhau và

có thể xếp thành 4 nhóm:

- Nhóm 1: Các kết cấu có lớp móng trên và lớp móng dưới bằng cốt liệu gia

cố các chất liên kết thuỷ hoá,

- Nhóm 2: các kết cấu nhựa bitum,

- Nhóm 3: các kết cấu hỗn hợp, lớp móng trên bằng cốt liệu gia cố nhựa, lớp móng dưới bằng cốt liệu gia cố chất liên kết thuỷ hoá

- Nhóm 4: kết cấu bêtông ximăng

Phụ lục 4D tóm tắt các loại kết cấu mặt đường trong catalo 1977 của Pháp

(Chiều dày ghi trong kết cấu là chiều dày tính ở mép phải của làn xe nặng nhất)

2.2 Kết cấu định hình do trung tâm thiết kế nhà ở và công trình Pháp (CEBTP) kiến nghị cho các nước nhiệt đới xây dựng ở Pháp

Kết cấu áo đường được xây dựng trên cơ sở cấp hạng lưu lượng xe và cấp hạng nền đường (Phụ lục 4C)

Nền đất được lấy cố định có môdun đàn hồi bằng 45MN/m2

Kết cấu có lớp móng cố định để đảm bảo đạt môdun đàn hồi 150 hoặc 180MN/m2, thay đổi lớp mặt phụ thuộc vào loại tải trọng

Điều kiện bất lợi của nền, móng mặt đường là thời gian đóng băng trong năm và chiều dày lớp chống đóng băng

3.2 Bảng kết cấu định hình: (Phụ lục 4F)

4 Kết cấu định hình xây dựng ở Anh

Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL) đưa ra bảng kết cấu định hình Road Note 31 – hướng dẫn thiết kế kết cấu mặt đường nhựa ở các nước nhiệt đới và gần nhiệt đới

Cường độ giao thông được chia thành 8 cấp:

IV Kết luận về lý thuyết và kinh nghiệm, đề xuất những vấn

đề nên áp dụng khi xây dựng kết cấu mặt đường hợp lý cho

đường phố Tp HCM

1 Về phương pháp tính toán kết cấu mặt đường

Dựa trên những phân tích trên tác giả nhận thấy: tiêu chuẩn thiết kế áo

đường mềm 22TCN 211-06 dựa trên cơ bản của 22TCN 211-93 đã được ứng dụng khá lâu ở điều kiện Việt Nam, cộng với kết quả kiểm tra lại bằng tiêu chuẩn AASTHO cho thấy kết quả tính toán khá tin cậy Tiêu chuẩn thiết kế mặt

đường mềm 22TCN 274-01 được biên soạn trên cơ sở “Bản hướng dẫn thiết kế kết cấu mặt đường của AASHTO” năm 1993

Do đó cơ sở tính toán để lựa chọn giải pháp hợp lý cho kết cấu mặt đường khu vực thành phố Hồ Chí Minh, tác giả sử dụng phương pháp chính để tính toán là theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06 sau đó sử dụng 22TCN 274-01 để kiểm toán lại

Kết cấu nền áo đường mềm được xem là đủ cường độ nếu như trong suốt thời hạn thiết kế dưới tác dụng của ô tô 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 không vượt quá trị số cho phép

Theo yêu cầu nêu trên, nội dung tính toán chính là tính toán kiểm tra 3 tiêu chuẩn cường độ dưới đây:

- 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 hạn chế sự phát sinh nứt dẫn đến phá hoại 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 xe cộ, do đó bảo đảm duy trì được khả năng phục vụ của cả kết cấu đến hết thời hạn thiết kế

1.2 Tính toán theo 22 TCN 274-01

- Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường

- Tính toán xác định chỉ số kết cấu (SN) và lựa chọn chiều dày các lớp (Di) của kết cấu mặt đường

- Phân tích kinh tế để lựa chọn kết cấu mặt đường

Một số chú ý trong thiết kế theo 22 TCN 274-01

- Thời kỳ phục vụ lấy theo loại mặt đường bêtông nhựa có thời gian lớn nhất

L : tải trọng 1 trục sau của xe cần quy đổi

L80 : tải trọng trục đơn tính toán (80kN)

- Theo 22 TCN 211-06 mối quan hệ thực nghiệm tại VN cho thấy:

* Các loại đất: (với hệ số tương quan R2 = 0,91)

Eo = 7,93.CBR0.85 (MPa)

* Cát đắp: với hệ số tương quan R2 = 0,89

E = 4,68.CBR + 12,48 (MPa)

Eo : (MPa) là trị số môdun đàn hồi xác định bằng tấm ép cứng đường kính 33 cm ở hiện trường,

CBR: tính bằng %

- Theo Heukelom và Klomp đã báo cáo về các quan hệ giữa giá trị CBR (khi

sử dụng đầm nén động để tạo mẫu) với MR

2 Về cấu tạo kết cấu mặt đường

2.1 Lớp mặt:

Khi lựa chọn loại tầng mặt cho đường khu vực thành phố Hồ Chí Minh, tác giả có một số kiến nghị sau:

- Đối với đường cũ trong các khu vực nội thành do yêu cầu về cao độ nên vấn

đề thay đổi kết cấu mới hoàn toàn là rất khó khăn Cộng với các yêu cầu về tiếng ồn, điều kiện thi công, kết cấu cũ hiện tại hầu hết là kết cấu bêtông nhựa Nên giải pháp sử dụng bêtông nhựa (đặc biệt là bêtông nhựa nóng) cho cải tạo nâng cấp loại đường này là phù hợp

- Hiện nay thành phố có những chủ trương lớn trong việc chống ngập nước (xét loại nước thuỷ triều) điển hình là các giải pháp chống ngập đã triển khai

và có hiệu quả ở Q8, Q Bình Thạnh Do đó loại vật liệu bêtông nhựa nóng cũng là giải pháp tốt dùng cho các khu vực này

- Đối với đường xây dựng mới ở ngoài đô thị thì có hai loại: loại đường trục chính thì giải pháp mặt bêtông nhựa nóng là hợp lý Đối với đường khu dân cư (hệ thống đường cấp phối cũ) từ lý do kinh tế nên loại đường này có thể lựa chọn giải pháp tầng mặt láng nhựa là hợp lý (tuy nhiên cũng chỉ nên lựa chọn giải pháp này cho đầu tư ban đầu ở các đường ngoại thành xây dựng ở vùng đất kém ổn định) Một lý do đáng quan tâm hiện nay đó chính là khả năng cung cấp loại vật liệu BTN nóng là dồi dào, đặc biệt là ở khu vực Tp HCM Theo thống kê của tác giả, hiện nay số trạm trộn BTN có khả năng cung cấp cho thị trường thành phố là không dưới 20 trạm trộn (trung bình mỗi trạm khoảng 100 T/h), nằm rải rát trên địa bàn thành phố HCM và các vùng lân cân

- Đối với một số đoạn trước và sau các trạm thu phí, khu vực các vòng xoay, nút giao thông, mặt đường trên cầu lựa chọn vật liệu tầng mặt hiện nay là các loại bêtông nhựa polime, hoặc loại vật liệu bê tông ximăng Do phạm vi

áp dụng khá ít nên sẽ có những tính toán riêng

2.2 Lớp móng:

Vì một số lý do sau: