Lựa chọn kết cấu áo đường hợp lý tỉnh Nghệ An

- Nghiên cứu lý thuyết bố trí các tầng lớp kết cấu áo đường và phương pháp xác định chiều dày kết cấu áo đường, từ đó đề ra các kết cấu phù hợp và phương pháp tính toán cho đường giao th

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1- ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.

1.1.1- Tình hình đặc điểm chung của đường giao thông tỉnh Nghệ An:

Tỉnh Nghệ An nằm ở vị trí trung tâm vùng Bắc Trung Bộ, trên tuyến giao lưu Bắc – Nam và đường xuyên Á Đông – Tây, cách thủ đô Hà Nội 300Km về phía Nam Theo đường 8 cách biên giới Việt – Lào khoảng 80 Km và biên giới Lào – Thái Lan gần 300 Km Vị trí địa lý này tạo cho tỉnh có rất nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế và xã hội Tỉnh Nghệ An bao gồm 20 đơn vị hành chính cấp huyện và thị xã: Thành phố Vinh, thị xã Cửa Lò, thị xã Thái Hòa, có

10 huyện miền núi: huyện Thanh Chương, huyện Kỳ Sơn, huyện Tương Dương, huyện Con Cuông, huyện Anh Sơn, huyện Tân Kỳ, huyện Quế Phong, huyện Quỳ Châu, huyện Quỳ Hợp, huyện Nghĩa Đàn; 7 huyện đồng bằng: huyện Đô Lương, huyện Nam Đàn, huyện Hưng Nguyên, huyện Nghi Lộc, huyện Diễn Châu, huyện Quỳnh Lưu,

1.1.1.1- Tổng quan mạng lưới giao thông đường bộ tỉnh Nghệ An:

Nghệ An hội nhập đủ các tuyến đường giao thông: đường bộ, đường sắt, đường thủy, đường không và đường biển Bên cạnh đường biên giới dài 419 Km

và 82 Km bờ biển, tỉnh còn có sân bay Vinh, cảng Cửa Lò, kết cấu hạ tầng đang được nâng cấp, mở rộng và xây dựng mới đã tạo cho Nghệ An có nhiều thuận lợi trong giao lưu kinh tế - xã hội với cả nước, khu vựa và quốc tế

HIỆN TRẠNG MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ TỈNH NGHỆ AN

Đường Hồ Chí Minh qua địa phận Tỉnh Nghệ An từ Lẫm La (Nghĩa Đàn), tuyến đi qua địa phận huyện Nghĩa Đàn, Tân Kỳ, Anh Sơn và Thanh Chương Quốc lộ : Trên địa phận tỉnh Nghệ An theo trục Bắc - Nam có 02 quốc lộ chính gồm: QL1A, QL15A

Theo trục Đông - Tây có QL7 QL46, QL48

Tỉnh lộ: Gồm các tỉnh lộ chính: TL 545, TL534 và TL538 ,TL598 TL533 ,TL540 ,TL537 , TL 535 vv

Đường Hồ Chí Minh.

Đường Hồ Chí Minh trên địa phận tỉnh Nghệ An qua các huyện: Nghia Đàn, Tân Kỳ, Anh Sơn, Thanh Chương và giao cắt với QL7 tại Km 50+517 thuộc xã Khai Sơn huyện Anh Sơn và giao QL48 tại Đông Hiếu Theo quy hoạch đường gồm 4 ÷ 6 làn xe, trước mắt thi công 2 làn xe theo tiêu chuẩn đường cấp III hoàn thành đưa vào khai thác năm 2004 Dự án đường Hồ Chí Minh là Dự án lớn công trình mang tính chiến lược trong sự phát triển kinh tế

và ANQP

Quốc lô 1A.

Là một trong những tuyến quan trọng nhất của cả nước nói chung, khu vực miền Trung nói riêng Trong năm 1999 và 2000 đã được đầu tư nâng cấp cải tạo đạt tiêu chuẩn cấp III đồng bằng Vận tốc khai thác đạt V = 60 ÷ 80km/h Mặt đường rộng 7,5m, gia cố lề: 2,0 ÷ 2,5m Tình trạng nền mặt đường cơ bản là

ổn định

Quốc lộ 7.

Quốc lộ 7 (Km 0) tại ngã ba thị trấn Diễn Châu (km 425 quốc lộ 1A) đến

km 225 tại cửa khẩu Nậm Cắn dài 225 km nối km1570 – QL 13 của Lào Tuyến qua các huyện Diễn Châu (Km0+00),Yên Thành (Km19+00) ,Đô Lương (Km33+00),Anh Sơn (Km59+00), Con Cuông (Km91+00), Tương Dương (Km00), Kỳ Sơn (Km202+00), cửa khẩu Nậm Cắn (Km225), QL7 hiện nay đang được nâng cấp cải tạo đạt tiêu chuẩn đường cấp III và cấp IV miền núi (TCVN-4054-1985)

Quốc lộ 15A.

Xuất phát từ bãi Sang tại Km 118+000 trên QL6 qua các tỉnh Hoà Bình, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị và kết thúc tại Km 725 QL1A Trên địa phận tỉnh Nghệ An tuyến đi qua các huyện: Nghĩa Đàn, Tân

Kỳ, Đô Lương, Thanh Chương và Nam Đàn Đoạn từ Nghĩa Đàn đến Tân Kỳ dài 47km hiện tại có chiều rộng nền đường: 6m, chiều rộng mặt đường: cấp phối đồi 3.5m Đoạn từ Tân Kỳ ÷ Nam đàn dài 64km, hiện tại có chiều rộng nền đường 6 – 6,5m, Bmặt 3,5 – 5,5m cấp phối đồi

Cấp đường: Tương đương cấp V, tình trạng nền mặt đường ổn định Mật

độ xe ≤ 150/ngày đêm

Quốc lộ 46.

Quốc lộ 46 từ thị xã Cửa lò -Vinh -Nam Đàn - Cửa khẩu Thanh Thuỷ Hiện tại đoạn từ Thị xã Cửa Lò - TP Vinh - Thị trấn Nam Đàn được nâng cấp cải tạo Cấp đường tương đương tiêu chuẩn đường cấp III và một số đoạn theo tiêu chuẩn đường đô thị (Thành phố Vinh - Thị trấn Hưng Nguyên, Thị trấn Nam Đàn) Đoạn từ thị trấn Nam Đàn - Rộ (Thanh Chương) đã thi công xong theo tiêu chuẩn đường cấp IIIđb, Bn=12m; Bm= 7m Đoạn từ Rộ - đường Hồ Chí Minh theo tiêu chuẩn cấp IIImn; Bn=9m, Bm=7m, Đoạn từ đường Hồ Chí Minh - Cửa khẩu Thanh Thuỷ đang được xây dựng theo tiêu chuẩn đường cấp

IV, Bn= 7,5m, Bm=5,5m.Cầu, cống xây dựng vĩnh cửu, tải trọng H30 - XB 80

Quốc lộ 48.

Quốc lộ 48 nối từ QL1A (Ngã ba Yên Lý) huyện Diễn Châu, tỉnh NA đến trung tâm huyện Quế Phong dài 122km, qua các huyện Diễn Châu, Quỳnh Lưu, Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Quỳ Châu, Quế Phong

Hiện nay toàn tuyến đã được cán đá dăm, láng nhựa, đạt tiêu chuẩn đường cấp

IV và cấp V

- Chiều rộng nền đường: Bnền = 6,0m – 6,5m

- Chiều rộng mặt đường: Bmặt = 3,5m (5.5m) láng nhựa,

Từ km13+00-km34+00 trong năm 2000 với nguồn vốn WB đã cải tạo mặt đường ,thảm BT nhựa

Dự án nâng cấp cải tạo QL48, đoạn km0+00-km20+00 đã được Bộ GTVT phê duyệt tại QĐ số 046/2003/QĐ-BGTVT ngày 8/1/2003 Bn=9m, Bm=7m đang được triển khai bước TKKT

Xét theo mô hình kết cấu, đường giao thông tỉnh được chia thành các loại sau:

Loại 1: Những đường có nền đường được xây dựng từ trước, kết cấu mặt đường thường được xây dựng bằng vật liệu dạng hạt như cấp phối sỏi đồi, đá thải hỗn hợp, cấp phối đá dăm được đặt trực tiếp trên nền đất (nền đất đồi, nền đất dính lấy từ thùng đấu, các mỏ vật liệu khu vực lân cận do điều kiện lu lèn không đảm bảo nên nền mặt đường cũ thường không đạt độ chặt K95-K98) Loại mặt đường này thường bị hiện tượng cao su, ổ gà nên thường xuyên phải duy tu sửa chữa.

Loại 2: Những đoạn đường được đầu tư xây dựng trên đường cũ trong những năm gần đây theo tiêu chuẩn đường đường cấp III, cấp IV, cấp V có kết cấu mặt đường bao gồm 15-20cm đá thải, 15-20cm đá (4 x 6) và lớp mặt 12-15

cm láng nhựa 2 – 3lớp tiêu chuẩn 3.0 – 4.5kg/m2, hoặc cấp phối đá dăm láng nhựa Các lớp kết cấu này đều đặt trên nền mặt đường cũ không được gia cố hoặc dạng đá dăm trải tạm để tránh trơn trượt Loại này theo thiết kế có mô đun đàn hồi E ≥ 91 MPa chất lượng đá khá tốt, tuy vậy trong quá trình khai thác sử dụng xuất hiện những hư hỏng như rạn nứt, cao su, ổ gà, bong bật Đặc biệt có một số đoạn tuyến có kết cấu mặt đường đá dăm láng nhựa khi được nâng cấp cải tạo chỉ được nâng cấp lớp mặt bằng một lớp thảm dày khoảng 5-7cm Đối với những đoạn tuyến này, qua theo dõi trong quá trình khai thác sử dụng thường xuất hiện hiện tượng lún, võng, mặt đường không bằng phẳng

Loại 3: Các tuyến đường quốc lộ, đường tỉnh, đường trong thành phố làm mới hoàn toàn hoặc cải tạo có kết cấu mặt đường thường là: lớp móng dưới 16-24cm cấp phối đá dăm loại 2, lớp móng trên 15-20cm cấp phối đá dăm loại 1, mặt đường bê tông nhựa hạt trung 5-7cm, lớp mặt trên bê tông nhựa hạt mịn 3-5cm Đặc điểm chính của các loại đường này là cường độ lúc mới xây dựng xong tương đối cao (120-180MPa) nhưng sau một vài năm khai thác đã xuất hiện các hiện tượng rạn nứt, gợn sóng do chất lượng nền móng không đảm bảo yêu cầu (do thi công, do ảnh hưởng các nguồn gây ẩm như nước ngầm, nước đọng thường xuyên), do điều tra lưu lượng xe và tải trọng xe thiết kế không hợp lý

1.1.1.2- Chất lượng đường giao thông tỉnh Nghệ An:

Qua các kết quả nghiên cứu, các số liệu điều tra, khảo sát và qua thực tế thi công, khai thác đường, chất lượng đường giao thông tỉnh Nghệ An được đánh giá tóm tắt như sau:

- Đối với các tuyến đường, đoạn tuyến có kết cấu mặt là đường đất, mặt đường cấp phối: Xuất hiện nhiều ổ gà, cao su, mặt đường bị bong bật làm cản trở giao thông, mất an toàn cho các phương tiện cơ giới, người tham gia giao thông Thường xuyên phải duy tu mới đảm bảo khai thác sử dụng được.

- Đối với các tuyến có kết cấu mặt đường đá dăm láng nhựa: thường xuất hiện hiện tượng nứt, vỡ mặt đường: QL15A, QL48, các đường tỉnh

- Đối với đoạn đường được cải thiện mặt bằng một lớp thảm: Thường xuất hiện hiện tượng lún, võng không đồng đều chủ yếu nằm ở khu vực dọc đường QL1A

- Đối với các đoạn đường được nâng cấp cải tạo làm mới bằng lớp móng cấp phối đá dăm, mặt đường bằng bê tông nhựa : Có một số đoạn tuyến xuất hiện hiện tượng lún, lượn sóng, rạn nứt thậm chí mặt đường bị phá vỡ cụ thể như trên Ql1A đoạn gần trạm thu phí cầu đường, đường Hồ Chí Minh

MỘT SỐ HÌNH ẢNH HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG TRONG TỈNH

1.1.1.1- Nguyên nhân gây ra hư hỏng kết cấu mặt đường tỉnh Nghệ An:

Qua các nghiên cứu, tìm hiểu thực tiễn trong quá trình khai thác sử dụng cho thấy nguyên nhân gây ra hư hỏng do:

- Đường giao thông tỉnh Nghệ An được xây dựng qua nhiều thời kỳ và được nâng cấp không đồng bộ, chỉ phục vụ chủ yếu cho các dòng xe có tải trọng nhẹ Hiện nay, do nền kinh tế phát triển mạnh, thông thương giữa các vùng mở cửa, Nghệ An đón rất nhiều các doanh nghiệp nước ngoài vào đầu tư trên địa bàn tỉnh, đồng thời Nghệ An cũng là nơi có nguồn vật liệu phục vụ trong xây dựng khá dồi dào để cung cấp đi các tỉnh Vì vậy, tốc độ phát triển xe nhanh chóng mặt, mật độ xe lưu thông dày đặc; phát triển nhất là các dòng xe chuyên chở vật liệu, hàng hoá có tải trọng nặng

Trong khi đó việc nâng cấp cải tạo mạng lưới giao thông đường bộ vẫn chưa đáp ứng được kịp thời, chưa đồng đều về kết cấu chịu tải trọng, do vậy phần lớn hệ thống kết cấu áo đường không đáp ứng được về tải trọng khai thác thực tế

- Cường độ nền đường thấp, đất nền chủ yếu là đất á sét, không chặt bão hoà nước, trong quá trình khảo sát thiết kế không tuân thủ nguyên tắc thiết kế

“Nguyên tắc thiết kế tổng thể nền - áo đường” nên dẫn đến tình trạng kết cấu áo đường sớm bị phá vỡ

- Do tải trọng trùng phục nhiều trên đường gây hiện tượng phá huỷ kết cấu

áo đường Thường hiện tượng nứt mỏi đó là dấu hiệu báo mặt đường đã chịu tới

số lượng tải trọng trục thiết kế tính toán Các vết nứt xuất hiện sớm hơn ở một

số tuyến như ĐT532, ĐT533, ĐT539, ĐT542 là do tải trọng và lưu lượng giao thông chưa được đánh giá không đúng mức.

- Đối với các tuyến đi qua vùng đồng chiêm trũng thường hai bên đường là mương tưới, nền đường thường xuyên ngập nước, các công trình thoát nước chưa đồng bộ, hoặc đã được đầu tư thi công nhưng do ý thức của người dân còn kém như lấp rãnh dọc, ngăn cống nên đường thường xuyên bị ngập nước, cường

độ nền mặt đường giảm

- Việc kiểm soát chất lượng trong quá trình thi công chưa tốt cụ thể như: + Đối với vật liệu: Cốt liệu đá thải hỗn hợp ở một số tuyến đường liên thôn phần lớn là tận dụng nên chất lượng không đảm bảo (cường độ, độ tròn cạnh, hàm lượng hữu cơ nhiều, hàm lượng nhựa không đủ và theo thời gian bị hoá già gây ra sự bong bật trong quá trình khai thác)

+ Đối với công nghệ thi công: Trang thiết bị thi công lỗi thời, thiếu nên việc thi công đảm bảo theo qui trình bị hạn chế rất nhiều, năng lực thiết bị thi công có hạn nhưng tiến độ yêu cầu gấp để đảm bảo giao thông được thông suốt cũng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình Vẫn có hiện tượng thi công không đảm bảo qui trình như việc dùng máy ủi để san rải cấp phối đá dăm

- Công tác quản lý, khai thác sử dụng mạng lưới giao thông không kiểm soát được dẫn đến tình trạng xe quá tải, quá khổ thường xuyên lưu thông trên đường phá hoại trực tiếp đến kết cấu áo đường

Qua việc phân tích và nhận xét trên cho thấy kết cấu áo đường chưa hợp lý

là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng hư hỏng nhanh của đường giao thông tỉnh Nghệ An Việc chọn ra kết cấu áo đường hợp lý phù hợp với đặc điểm địa hình, môi trường và xu thế phát triển của tỉnh là rất cần thiết Việc chọn giải pháp thảm tăng cường một lớp bê tông nhựa mỏng đối với kết cấu áo đường cũ là đá dăm láng nhựa là không hợp lý mà cần nghiên cứu và đưa

ra giải pháp tối ưu hơn đảm bảo về cả hiệu quả đầu tư và chất lượng khai thác

1.1.2 Chọn đề tài nghiên cứu:

Như vậy qua việc phân tích, đánh giá về thực trạng đường giao thông tỉnh Nghệ An, một trong những vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay để giải quyết vấn đề nâng cao hiệu quả của mạng lưới giao thông trong tỉnh nhằm phục

vụ tốt cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong toàn tỉnh, tôi đã

nghiên cứu và chọn đề tài “Nghiên cứu lựa chọn kết cấu áo đường hợp lý cho

giao thông tỉnh Nghệ An” với các mục tiêu như sau:

1 Phân tích kết cấu, đề xuất về mặt lý thuyết tính toán, về kinh nghiệm sử dụng và sự phù hợp với xu thế hiện đại đã và đang được sử dụng ở các nước

trong khu vực và trên thế giới.

2 Đề xuất các dạng kết cấu hợp lý về đầu tư xây dựng, quản lý khai thác

và trình độ năng lực thi công

3 Phân tích hiệu quả kinh tế của các giải pháp đề xuất

4 Hướng dẫn thực hiện trong quá trình thi công và quản lý

1.1.3 Sự cần thiết của đề tài:

Hiện nay trong xu thế hội nhập thế giới cùng với cả nước, là một tỉnh nằm

ở trung tâm Bắc Trung Bộ, Nghệ An được Đảng và Nhà nước ta đặc biệt quan tâm những năm gần đây, đang chuyển mình thay đổi từng ngày hoà chung vào nhịp độ công nghiệp hoá, hiện đại hoá của cả nước Trước tình hình đó và thực trạng giao thông hiện nay của tỉnh thì:

1 Việc nâng cao chất lượng đường giao thông tỉnh Nghệ An là một yêu cầu thực tiễn và cấp bách

2 Các kết cấu truyền thống và các kết cấu áo đường đang được dùng phổ biến trên các tuyến đường giao thông của tỉnh có những ưu, nhược điểm chưa được đánh giá và kết luận

3 Các loại kết cấu áo đường đáp ứng được yêu cầu với giao thông trên địa bàn tỉnh Nghệ An có thể hình dung là: Một kết cấu bền vững, bằng phẳng đủ đáp ứng yêu cầu giao thông hiện tại và tương lai, được đặt trên móng ổn định dễ nâng cấp, sửa chữa, duy tu Đáp ứng được yêu cầu đó là một vấn đề khó và cần

có sự nghiên cứu nghiêm túc

4 Đưa ra kết cấu định hình, hợp lý là một xu hướng đúng và phổ biến hiện nay trên thế giới và trong nước Đồng thời giúp cho tư vấn thiết kế, các lực lượng quản lý tham khảo và sử dụng nhanh chóng, hiệu quả

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:

1.2.1 Những công trình nghiên cứu chính có liên quan đến đề tài ở nước ngoài:

Việc nghiên cứu đưa ra các kết cấu định hình, hợp lý là một hướng đúng

và phổ biến Qua tìm hiểu cho thấy ở một số nước phát triển đã có những nghiên cứu chính sau đây:

- Ở Pháp: Đưa ra được bảng Catalo 1977 về cấu trúc mẫu áo đường ôtô áp dụng cho đường ôtô và đường cao tốc

- Hiệp 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

- Ở Anh: Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL) cũng đã nghiên cứu đưa ra bảng Catalo định hình kết cấu mặt đường phù hợp

- Ở các nước như Đức, Nhật, Mỹ vv cũng đã nghiên cứu đưa ra các bảng Catalo kết cấu áo đường phù hợp

1.2.2 Những công trình nghiên cứu chính có liên quan đến đề tài ở trong nước:

Ở trong nước, một số vùng, khu vực cũng có các nghiên cứu nhằm đưa ra các kết cấu áo đường phù hợp cho địa phương mình

Năm 1999 đề tài cấp nhà nước KC10.05 đã được nghiệm thu xuất sắc nghiên cứu đề ra Catalo kết cấu áo đường mềm cho đường ô tô cấp cao ở Việt Nam

Ngoài ra còn một số đề tài thạc sỹ đưa ra các Catalo về kết cấu áo đường mềm cho giao thông các tỉnh, thành phố như thành phố Hà Nội, Hải Phòng, Thanh Hoá, Phú Thọ, Lào Cai vv

Trong phạm vi cả nước, việc xây dựng catalo kết cấu áo rất cần thiết nhưng sẽ là một đề tài khá đồ sộ và tốn kém, lượng thông tin số liệu đầu vào lớn, thời gian dài Các đề tài nghiên cứu trên chỉ đưa ra các kết cấu điển hình cho đường ôtô, đường cao tốc mà chưa có các nghiên cứu cho đường giao thông với các đặc thù riêng cho từng vùng Vì vậy, với thời lượng có hạn, việc xây dựng Catalo kết cấu áo đường cho riêng giao thông tỉnh Nghệ An là cần thiết và khả quan

1.3 PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT CỦA ĐỀ TÀI:

1.3.1 Những vấn đề cần giải quyết:

- Điều tra thu thập thông tin và đánh giá các số liệu về giao thông tỉnh Nghệ An như: Số lượng phương tiện và mức độ tăng trưởng, lưu lượng xe và thành phần dòng xe trên một số đường giao thông tỉnh Nghệ An, đánh giá hiện trạng mạng lưới đường hiện có và phân loại mạng lưới đường, tình trạng nền mặt đường cũ, nguyên nhân gây ra hư hỏng

- Nghiên cứu một số loại vật liệu đặc thù ở địa phương và các vùng lân cận dùng làm kết cấu áo đường

- Nghiên cứu lý thuyết bố trí các tầng lớp kết cấu áo đường và phương pháp xác định chiều dày kết cấu áo đường, từ đó đề ra các kết cấu phù hợp và phương pháp tính toán cho đường giao thông tỉnh Nghệ An.

- Đề ra các kết cấu áo đường hợp lý phù hợp với đường giao thông tỉnh Nghệ An

1.3.2 Những kết quả cần đạt được:

1- Đề tài góp phần đề xuất các dạng kết cấu áo đường định hình ứng dụng cho các loại đường giao thông tỉnh Nghệ An, tập trung vào đường phố, đường tỉnh

2- Góp phần làm sáng tỏ những cơ sở khoa học thuộc lĩnh vực chuyên ngành đường ôtô khi áp dụng vào đường giao thông tỉnh Nghệ An

3- Góp phần hướng dẫn và định hướng áp dụng tiến bộ kỹ thuật vào việc xây dựng và sửa chữa đường giao thông tỉnh Nghệ An

1.3.3 Qui mô của đề tài:

Đề tài gồm có 5 chương, các bảng biểu và hình vẽ

Phần phụ lục gồm có các phụ lục nhỏ gồm kết quả tính toán và thu thập

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ KINH NGHIỆM TRONG VIỆC ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG HỢP LÝ CHO GIAO THÔNG TỈNH NGHỆ AN

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ XÂY DỰNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG HỢP LÝ:

Để xây dựng kết cấu áo đường hợp lý, hầu hết các nước, các tác giả đều

đi theo khuynh hướng:

- Dựa vào kinh nghiệm xử lý, lý thuyết cấu tạo mặt đường và các đặc điểm về lưu lượng xe, địa chất, vật liệu xây dựng, trình độ công nghệ, khả năng khai thác, duy tu bảo dưỡng để xây dựng kết cấu mặt đường

- Dùng các phương pháp tính toán để định chiều dày của các lớp.

- Phân tích các kết cấu về kỹ thuật, công nghệ và kinh tế

- Đưa ra một bảng kết cấu mẫu (Catalo các kết cấu định hình)

- Sử dụng và theo dõi kết cấu mẫu trong thực tế để tổng kết nhằm hoàn thiện và phát triển

Dưới đây xin trình bày chi tiết vấn đề quan trọng nhất cần phải thảo luận khi xây dựng kết cấu mặt đường hợp lý cho giao thông Nghệ An là phương pháp tính toán, chiều dày các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường

Hiện nay có nhiều phương pháp thiết kế mặt đường và được chia thành hai nhóm chính như sau:

- Nhóm các phương pháp lý thuyết - thực nghiệm

- Nhóm các phương pháp kinh nghiệm - thực nghiệm

2.1.1 Nhóm các phương pháp lý thuyết - thực nghiệm:

Phương pháp lý thuyết - thực nghiệm: Lập các mô hình và phương trình tính toán rồi qua thực nghiệm để kiểm tra nhằm xác định điều kiện bền

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 áo đường thường lấy theo kinh nghiệm Thuộc vào loại này có các phương pháp hay dùng dưới đây

2.1.1.1 Phương pháp hiện hành của Bộ GTVT 22 TCN 211-06:

a) Nội dung phương pháp:

Sau khi thiết kế cấu tạo áo đường dựa trên lý thuyết phân bố tải trọng xe theo chiều sâu, nhiệm vụ của việc tính toán là kiểm tra cấu tạo áo đường đã đề xuất cùng với điều kiện nền đường đã biết có đủ cường độ để chịu được tải trọng xe thiết kế không, đồng thời tính toán xác định lại bề dày cần thiết của mỗi lớp vật liệu cấu tạo

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 kỳ khai thác, dưới tác dụng của xe nặng nhất và của toàn bộ dòng xe, trong bất kỳ tầng lớp nào (kể cả nền đất) cũng không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của các lớp liền khối không bị phá hoại và độ lún của kết cấu áo đường không vượt quá trị số giới hạn cho phép

Do vậy, việc tính toán kết cấu áo đường mềm chính là việc tính toán kiểm tra ba tiêu chuẩn cường độ khi biết trước tải trọng và lưu lượng xe thiết kế:

- Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và trong các lớp vật liệu chịu cắt trượt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo 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 áo đường so với trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc

Nếu điều kiện này đảm bảo thì sẽ hạn chế được hiện tượng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu dưới tác dụng trùng phục của tải trọng dòng xe do đó mới đảm bảo duy trì được chất lượng của kết cấu đến hết thời hạn thiết kế

Cơ sở của phương pháp tính toán theo ba tiêu chuẩn trên là Lý 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 hóa là tải trọng phân bố đều trên tiết diện tròn tương đương với diện tích tiếp xúc của bánh trên mặt đường), đồng thời kết hợp với kinh nghiệm sử dụng và khai thác đường trong nhiều năm để đưa ra các qui định về các tiêu chuẩn giới hạn cho phép

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

1 Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán, lưu lượng xe chạy:

Tải trọng xe chạy được quy về loại xe tiêu chuẩn (100kN, 120kN) với các

xe khác tiêu chuẩn thì việc quy đổi dựa trên cơ sở gây hiệu ứng tương đương

Sơ đồ tải trọng 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)

Lưu lượng xe chạy ở cuối thời kỳ khai thác tính theo công thức sau:

Ni = N1 (1 + r)t (2-1)Trong đó:

- Ni: Lưu lượng xe chạy tại cuối thời kỳ khai thác (xe/ngày.đêm)

- N1: Lưu lượng xe năm đầu tính toán (xe/ngày.đêm)

- r: Tốc độ tăng trưởng xe

- t: Thời gian tính toán (năm) t=20 năm với đường làm mới và t=15 năm với đường cải tạo nâng cấp

2 Các thông số tính toán của đất nền đường như mô đun đàn hồi E0, C, φ

được xác định ở các điều kiện bất lợi nhất về chế độ thủy nhiệt Để xác định được các thông số này cần tiến hành thông qua các thí nghiệm

Trên quan điểm thiết kế tổng thể nền mặt đường, các thông số nền đất là các chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến kết quả tính toán, vì vậy cần phải nghiên cứu và xác định đúng các thông số này.

3 Trị số tính toán của mô đun đàn hồi E, lực dính C và gói nội ma sát φ

của các loại vật liệu làm áo đường; ứng suất chịu kéo uốn cho phép của 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

Hiện nay, khi thiết kế để xác định các thông số này thường dựa vào các bảng tham khảo từ các nghiên cứu của nước ngoài mà chưa có các nghiên cứu quy mô trong điều kiện Việt Nam

c) Một số nhận xét về phương pháp hiện hành của Bộ GTVT 22TCN 06:

211 Thiết kế kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn 22TCN211211 93 là phương pháp đã được sử dụng có hiệu quả để thiết kế và chiều dày các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường Phương pháp này có cơ sở lý thuyết vững chắc, được mọi người thừa nhận và thuận tiện cho 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

- Đối với phương pháp thiết kế áo đường theo tiêu chuẩn 22TCN-211-06

là phương pháp mới kế thừa và thay thế cho tiêu chuẩn 22TCN211-93 của Bộ GTVT Phương pháp được sử dụng để thiết kế kết cấu áo đường đảm bảo chất lượng hơn và giá thành hợp lý Các kết cấu áo đường được thiết kế và xây dựng bằng phương pháp này không những đã kế thừa những kinh nghiệm trên cơ sở phương pháp 22TCN211-93 qua thực tiễn, mà còn đáp ứng được xu hướng đa dạng hoá các loại tải trọng thực tế đang sử dụng hiện nay để qui đổi về tải trọng tính toán chính xác hơn

Tuy nhiên do kế thừa tiêu chuẩn 22TCN211-93 nên theo chúng tôi để nâng cao hiệu quả sử dụng của phương pháp cần phải quan tâm đến các hạn chế dưới đây

+ Phương pháp tính toán cường độ và chiều dày các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường mềm trên cơ sở của 3 tiêu chuẩn trạng thái giới hạn, Lý giải tìm ứng suất và biến dạng của lý thuyết đàn hồi, các thông số thực nghiệm và kinh nghiệm, kết quả tính phụ thuộc vào các tham số đầu vào như lưu lượng, tải trọng xe, đặc trưng tính toán của vật liệu, của 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 thủy nhiệt để tính toán, thiết kế luôn lấy ở trạng thái bất lợi nhất, 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 như 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 - 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 quy đổi lớp trên nguyên tắc độ cứng tương đương, việc tính đổi và hệ số β thêm vào chỉ là 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 còn là vấn đề quá khó khăn 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

2.1.1.2 Phương pháp tính toán của Trung Quốc (trong quy trình JTJ014-86)

a) Nội dung phương pháp:

Phương pháp tính của Trung Quốc cũng dựa trên lý 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 chất, đẳng hướng, đàn hồi và xem như là không có trọng lượng tạo ra Thông số của các lớp là MĐĐH Ei và hệ số Poisson µi;

- Tầng dưới cùng là tầng bán không gian vô hạn, kéo dài vô hạn theo phương ngang; các lớp phía trên cũng kéo dài vô hạn theo phương dọc, phương ngang và có chiều dày hữu hạn hi theo phương thẳng đứng;

- Tại mặt phân giới giữa các lớp ứng suất và chuyển vị hoàn toàn liên tục; hoặc chỉ có ứng suất và chuyển vị theo phương thẳng đứng là liên tục, 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, người ta đã giải, lập ra 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 1 vòng tròn hay 2 vòng tròn diện tích tương đương có bán kính δ) cho hệ hai lớp, ba lớp.

Trong trường hợp hệ có nhiều hơn ba lớp thì phải quy đổi về hệ ba lớp theo hiệu ứng tương đương

Trình tự của phương pháp thiết kế áo đường mềm hiện hành của Trung Quốc theo các bước sau:

+ Dựa vào yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế, xác định cấp hạng mặt đường, loại lớp mặt, tính toán số lần tích lũy 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 kết cấu đường Nếu là mặt đường cần tiến hành kiểm toán ứng suất kéo - uốn thì cần tính toán trị số ứng suất kéo - uốn cho phép

+ Dựa vào loại đất và chế độ thủy nhiệt của nền đường, chia đường thiết

kế ra làm một số đoạn (từ 500 - 1.000m trở lên) để xác định trị số 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

+ Kiểm 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

+ Kiểm toán ứng suất cắt trong các lớp mặt nhựa để không vượt quá ứng suất cắt cho phép của vật liệu

+ Đối với mặt đường ở những vùng đóng băng theo mùa cần kiểm toán bề dày lớp phòng chống đóng băng xem có phù hợp yêu cầu không

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

1 Tải trọng xe tính toán:

Quy phạm dùng tải trọng tính toán tiêu chuẩn là tải trọng trục đơn hai bánh của ô tô BZZ.100 (tải trọng trục 100KN) và ôtô BZZ.60 (tải trọng trục 60 KN), trong đó xe BZZ60 chỉ dùng thiết kế mặt đường cấp thấp

Bánh xe kép truyền tải trọng xuống mặt đường thông qua hai vệt tiếp xúc của hai bánh xe, đường kính một vệt tiếp xúc là d, khoảng cách giữa tim hai vệt bằng 1,5d

2 Số trục tương đương tích lũy tính toán (số lần/ngày):

Số trục tương đương tích luỹ Ne là số lần tác dụng của tải trọng trục tương đương trong thời hạn thiết kế (số lần/ngày)

Theo quy trình, thời hạn thiết kế (năm) là năm tương lai (5-15 năm) tùy thuộc cấp đường, cấp hạng mặt đường, các loại lớp mặt và số trục xe tương đương tích lũy.

N e =

γ

γ ) 1 ] 365 1

[( + t −

N 1 η (2-2)

Trong đó:

t: số năm trong thời hạn thiết kế (t = 5 ÷ 15 năm, như trên phân tích)

N1: số trục tương đương trung bình ngày của năm đầu tiên sau khi hoàn thành mặt đường

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

3 Đặc trưng tính toán của đất nền:

Khi thiết kế áo đường mô đun 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 toán

4 Đặc trưng tính toán của vật liệu:

Cũng như quy trình Việt Nam, mô đun đàn hồi các lớp vật liệu và hệ số

nở hông µ được xác định bằng thực nghiệm là đặc trưng quan trọng nhất của vật liệu Trị số được lấy tùy thuộc điều kiện kiểm toán và điều kiện làm việc của vật liệu

Người ta đã kiến nghị các bảng mô đun đàn hồi của vật liệu áo đường cho từng vùng khí hậu trong đó có xét đến các điều kiện cấu trúc vật liệu, công nghệ thi công, thủy văn vv

c) Một số nhận xét về phương pháp của Trung Quốc so với phương pháp hiện hành của Bộ GTVT 22TCN 211-06:

- Phương pháp này cũng là phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Phương pháp tính dựa trên lối giải của lý thuyết đàn hồi, các toán đồ được lập sẵn với hệ 2 và 3 lớp, khi kiểm toán đều đổi các lớp kết cấu về hệ 3 lớp với lớp mặt, lớp móng và nền đất Hệ này phản ánh chính xác hơn sự làm việc của kết cấu áo đường thực tế và do đó kết quả tính toán tin tưởng hơn Mặt khác, khi quy đổi các lớp về hệ chuẩn tính toán theo các hiệu ứng tương đương, các công thức quy đổi được so sánh và kiểm nghiệm bằng máy tính điện tử nên

độ chính xác cao hơn quy đổi bằng độ cứng tương đương hai lớp một từ dưới lên như quy trình Việt Nam

- Tải trọng tiêu chuẩn của cả hai phương pháp như nhau (trục xe 10T), nhưng phương pháp Trung Quốc tính với sơ đồ tải trọng là 2 vòng tròn cho từng

bánh trong bánh kép của xe tiêu chuẩn, sơ đồ này phù hợp với thực tế tác dụng lực hơn việc dùng sơ đồ một vòng tròn tiếp xúc như quy trình Việt Nam.

- Các trị số đặc trưng của vật liệu và đất nền cũng được lấy với chế độ thủy nhiệt bất lợi nhất, các trị số MĐĐH của đất nền theo quy trình Trung Quốc có lớn hơn

- Đã đưa việc tính toán cường độ và độ ổn định của tầng mặt áo đường dưới tác dụng của lực ngang nhưng cũng chưa có cách tính bề dày các lớp áo đường dưới tác dụng của nhiệt độ và chế độ thay đổi nhiệt độ

- Để có thể áp dụng được quy trình của Trung Quốc vào Việt Nam thì còn thiếu các nghiên cứu chi tiết, cụ thể phù hợp với điều kiện Việt Nam

2.1.2 Nhóm các phương pháp kinh nghiệm - thực nghiệm:

Các phương pháp thực nghiệm, dựa trên kinh nghiệm thu được trên các đoạn đường thực nghiệm hoặc trên mạng lưới đường khai thác Sau đây là một

số phương pháp chính

2.1.2.1 Phương pháp theo hướng dẫn của AASHTO:

a) Phương trình cơ bản dùng để tính toán và thiết kế:

Phương trình này có dạng giải tích và dạng toán đồ

Phương trình cơ bản đã thể hiện các mối quan hệ giữa các yếu tố sau đây:

W18 = f(SN, MR, ∆PSI, ZR.So) (2-3)với SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3 (2-4)

Trong đó:

W18 - số lần tác dụng của ESAL18 kip trên một làn (lần/làn xe)

SN - chỉ số kết cấu hay chỉ số cấu tạo (Strutural Number) đó là một chỉ số đặc trưng cho cường độ cơ học của lớp mặt đường; nếu áo đường gồm ba lớp: Lớp mặt (1), lớp móng trên (2), lớp móng dưới (3) thì SN được xác định theo (2-4); trong đó D1, D2, D3 lần lượt là các bề dày các lớp nói trên;

a1, a2, a3 lần lượt là các hệ số tương đương các lớp nói trên

m2, m3 hệ số xét đến điều kiện môi trường

∆PSI tổng tổn thất mức phục vụ của kết cấu từ lúc mặt đường được đưa vào sử dụng cho đến khi đã chịu đựng được W18 lần tác dụng của tải trọng ESAL 18 kip Các tổn thất này do xe cộ gây ra và do cả điều kiện chế độ thủy nhiệt gây ra:

∆PSI = p0- pt (2-5)Với po (SPIo) là chỉ số phục vụ của mặt đường lúc đưa vào sử dụng, pt

(SPIt) là chỉ số phục vụ ở thời điểm t sau khi mặt đường chịu được W18 lần tải trọng trục thông qua

MR - môdun 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 thủy 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 đất nền 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 (2-4) 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 So 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

b) Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn:

Theo AASHTO 1986, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn là chỉ số phục vụ PSI đặc trưng cho chất lượng khai thác và sử dụng mặt đường

PSI là chỉ tiêu tổng hợp được xác định qua thử nghiệm AASHTO, phụ thuộc vào độ bằng phẳng, tỷ lệ khe nứt, tỷ lệ diện tích phải phá dỡ trên đường

c) Một số nhận xét về phương pháp theo hướng dẫn của AASHTO:

- Về những hạn chế của hướng dẫn AASHTO:

Thí nghiệm AASHTO mang tính cục bộ địa phương tại bang thử nghiệm nên ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên bang đó

Hạn chế bởi loại mặt đường, số lớp thí nghiệm, vật liệu các lớp, loại tải trọng thí nghiệm và số lần tác dụng của tải trọng Hạn chế bởi thời gian đo đạc thí nghiệm Thí nghiệm AASHTO còn hạn chế bởi điều kiện cục bộ địa phương thí nghiệm

Những hạn chế nói trên chính là những hạn chế tất yếu đối với một phương pháp dựa trên căn bản thực nghiệm Cho đến nay những nước tiên tiến châu Âu đều phải dựa vào phương pháp lý thuyết và dùng những thực nghiệm (kể cả thực nghiệm AASHTO) để nghiệm chứng lý thuyết Chỉ bằng con đường kết hợp lý thuyết - thực nghiệm - kinh nghiệm mới có thể có được phương pháp tính toán thiết kế mặt đường đúng đắn và tổng quát

Ngoài ra, việc dùng chỉ số phục vụ làm tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cũng là vấn đề còn phải thảo luận Chỉ số phục vụ PSI là số đặc trưng cho mức

độ phục vụ của đường được xác định dựa vào phương pháp chuyên gia mang tính chủ quan, tính địa phương, chưa thể hiện các căn cứ khoa học, chưa phân tích các điều kiện ứng suất biến dạng khi kết cấu làm việc

- Tuy có những hạn chế như trên nhưng cho đến nay “Thử nghiệm AASHTO” vẫn là một thử nghiệm quy mô to lớn nhất thế giới và có giá trị nghiệm chứng rất cao Hướng dẫn thiết kế mặt đường của AASHTO 1986 có những đặc điểm và ưu điểm sau đây:

+ Trong hướng dẫn đã thể hiện rõ quan điểm thiết kế tổng hợp các giải pháp, tức là xem việc thiết kế mặt đường không phải chỉ là việc xác định bề dày,

mà phải chú trọng cả các biện pháp cấu tạo, yêu cầu vật liệu, yêu cầu về chất lượng thi công, chú trọng cải cách giải pháp khôi phục, sửa chữa, quản lý mặt đường và các phương pháp phân tích, so sánh, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật các giải pháp thiết kế và dự án đầu tư xây dựng mặt đường

Về cấu tạo, đặc biệt chú trọng vai trò của lề đối với sự làm việc của mặt đường đặc biệt chú trọng các cấu tạo thoát nước dưới móng áo đường

+ Trong thiết kế mặt đường đã chú trọng xét đến tác động của môi trường (ẩm và nhiệt độ) Ảnh hưởng của môi trường được xét kỹ trong các thông số tính toán MR, mi Đã xét đến sự thay đổi MR từ 12 - 24 kỳ trong một năm và xét đến sự thay đổi mô đun đàn hồi của bê tông nhựa theo nhiệt độ Đây là một đặc điểm và ưu điểm nổi bật nhất của AASHTO 1986

+ Trong tính toán đã dùng các thông số trung bình kèm theo việc sử dụng một hệ số tin cậy Đây là một đặc điểm khác hẳn với các tính toán ở Việt Nam (dựa trên các thông số ở trạng thái bất lợi nhất) Cách làm này xuất phát từ việc

xử lý các số liệu thực nghiệm và đòi hỏi khi xác định các thông số hữu hiệu phải tiến hành một khối lượng thí nghiệm đáng kể (ví dụ mô đun của nền đất )

+ Việc đánh giá kết cấu mặt đường hiện có bằng cách “thử nghiệm NDT”

đo cả vùng chậu võng kết hợp với tính toán lý thuyết trên máy tính để xác định

rõ mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu là một bước cải tiến quan trọng của AASHTO 1986

- Sử dụng AASHTO 1986 ở nước ta:

Để áp dụng hướng dẫn AASHTO ở nước ta thì cần phải có các nghiên cứu thử nghiệm về thông số của vật liệu, sự ảnh hưởng của các điều kiện thiên nhiên đến kết cấu mặt đường Cần có các trang thiết bị thí nghiệm để xác định

mô đun đàn hồi của bê tông nhựa, các loại vật liệu dùng làm móng áo đường và

nền đất theo đúng các quy trình thí nghiệm của AASHTO Đặc biệt cần phải xác định thông số về nền đất và cường độ mặt đường cũ tại hiện trường bằng thí nghiệm không phá hoại NDT.

Trong xu thế hội nhập hiện nay, việc nghiên cứu áp dụng hướng dẫn của AASHTO vào Việt Nam cần phải được đầu tư nghiên cứu đưa ra các hướng dẫn phù hợp với điều kiện Việt Nam

2.1.2.2 Phương pháp theo tiêu chuẩn 22TCN274-01:

Nhiệm vụ, nội dung và nguyên tắc tính toán:

Sau khi thiết kế cấu tạo áo đường, nhiệm vụ của việc tính toán là tính toán để xác định chỉ số kết cấu (SN) và chiều dày từng lớp (Di) của kết cấu mặt đường, nhằm bảo đảm mặt đường đủ cường độ, độ bền và chất lượng khai thác,

có thể chịu được tổng lượng xe cộ dự báo trong suốt thời kỳ thiết kế

Phương pháp thiết kế mặt đường lấy chỉ số khả năng phục vụ hiện tại (PSI) của kết cấu mặt đường làm thông số đặc tính mà thiết kế phải dựa vào

Phương trình để xác định SN có dạng sau:

LgW18=Zr*So+9.36*lg(SN+1)-0.2+ 2 32 * 8 07 )

) 1 (

1094 4

0

] 5 1 2 4 lg[

19 5

− +

+ +

−

∆

LgMr SN

SN - chỉ số kết cấu

Di - bề dày các lớp kết cấu

ai - hệ số tương đương các lớp, phụ thuộc loại vật liệu mỗi lớp

mi - hệ số xét đến điều kiện môi trường, phụ thuộc vào khả năng thoát nước của mỗi lớp

Hệ số đặc trưng ai đặc trưng cho khả năng tương đối của mỗi lớp vật liệu dùng làm lớp móng hay lớp mặt của áo đường, nó biểu thị quan hệ thực nghiệm giữa chỉ số kết cấu SN và bề dày lớp Di

Hệ số thoát nước mi đặc trưng cho khả năng thoát nước áo đường Nếu áo đường được thoát nước càng nhanh thì giá trị m càng lớn Để tăng được trị số của m cần thiết kế các biện pháp ngăn chặn nước thấm vào móng áo đường, nếu nước đã thấm vào rồi thì cần bố trí hệ thống rãnh ngầm nhằm thoát nhanh chúng ra khỏi móng đường

Việc xác định bề dày các lớp kết cấu cần thiết kế được thực hiện bằng cách giả thiết chúng rồi nghiệm lại theo phương trình SN Do vậy không có một

Lý giải duy nhất trái lại có nhiều phương án tổ hợp vật liệu và bề dày khác nhau Khi đó sẽ phải phân tích so sánh đánh giá về mặt kinh tế kỹ thuật để quyết định phương án thiết kế Tuy nhiên theo AASHTO cần phải đảm bảo bề dày tối thiểu đối với một số lớp vật liệu tùy thuộc vào lưu lượng xe tích lũy

Phương trình để xác định chiều dày các lớp sau:

Lưu lượng xe tích lũy:

Trong đó W18: Tổng số lần tác dụng của ESAL 18 kíp trên một làn

DD: Hệ số phân phối theo chiều xe chạy, DD = 0,3 - 0,7 thường lấy DD = 0,5 là giá trị trung bình

DL: Hệ số phân phối xe chạy theo làn xe

ei = (Qi/18 kip)α ; Qi - tải trọng trục của loại xe thứ i

α = 4.0 đối với mặt đường mềm

α = 6.0 ÷ 8 với mặt đường nửa cứng

α = 12 đối với mặt đường cứng

Nếu biết thành phần dòng xe thì có thể tính được hệ số quy đổi trung bình của dòng xe:

etb= f1.e1 + f2.e2 + + fn.en

f1, f2, , fn: tỷ lệ các loại xe % trong dòng xe

e1, e2, , en: các hệ số quy đổi tương ứng với từng loại xe

t: thời gian tính toán thường lấy = 10 - 15 năm

Công thức trên chỉ dùng khi tỷ lệ tăng trưởng xe hàng năm f và thành phần dòng xe là không đổi trong cả thời gian tính toán, đồng thời các loại xe có

tỷ lệ tăng trưởng giống nhau Nếu không thì phải tính riêng số xe tích lũy trong thời gian t của mỗi loại xe rồi sau mới quy đổi

Độ tin cậy:

Theo kết quả thực nghiệm của AASHTO đối với mặt đường mềm So = 0.4 - 0.5 và đối với mặt đường cứng So = 0.3 - 0.4 Tuy vậy, khi áp dụng khái niệm độ lệch tiêu chuẩn ZR là độ tin cậy R thì các thông số tính toán khác đều phải dùng hệ

số trung bình do đó đối với mặt đường mềm So = 0.45; đối với mặt đường cứng So

= 0.35

Mô đun đàn hồi hiện hữu của đất nền:

Trong ASSHTO 1986 người ta đã dùng chỉ số mô đun đàn hồi Mr thay cho chỉ số CBR để đặc trưng cho khả năng chống biến dạng của nền đất Đây là một sửa đổi quan trọng

Tổng tổn thất khả năng phục vụ của kết cấu:

∆PSI = PSIo - PSIt (2-10)

Po: Chỉ số khả năng phục vụ của đường lúc đưa vào sử dụng

Pt: Chỉ số khả năng phục vụ của đường tại thời điểm t sau khi mặt đường chịu W18 lần tải trọng thông qua

∆PSI: Tổng tổn thất khả năng phục vụ của kết cấu (giảm chất lượng mặt đường, thể hiện qua các hiện tượng giảm độ bằng phẳng, tăng tỷ lệ phát sinh rạn nứt tăng diện tích bị vá chữa trên bề mặt áo đường) từ lúc mặt đường được đưa vào sử dụng cho đến khi đã chịu đựng được W18 lần tác dụng của tải trọng ESAL 18 kíp các tổn thất này do xe cộ và điều kiện chế độ thủy nhiệt gây ra

Tiêu chuẩn giới hạn: Theo AASHTO, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn chính

là khả năng phục vụ PSI đặc trưng cho chất lượng khai thác sử dụng của mặt đường

PSI là một chỉ tiêu tổng hợp được xác định qua các thử nghiệm của AASHTO phụ thuộc vào độ bằng phẳng, tỷ lệ khe nứt, tỷ lệ diện tích phải vá chữa trên mặt đường

Theo thang đánh giá AASHTO đề nghị: Khi thiết kế nên áp dụng các tiêu chuẩn giới hạn sau:

+ Đối với đường cấp cao (bê tông átphan) : PSIt (Pt) = 2.5 - 3.0

+ Đối với đường cấp thấp (bê tông nhựa, thấm nhập nhựa): PSIt = 2.0+ Đối với đường nhỏ, không có khả năng đầu tư ban đầu lớn: PSIt = 1.5

Lựa chọn loại vật liệu và tính toán bề dày kết cấu áo đường.

Sau khi xác định được các yếu tố tính toán của phương trình cơ bản, xác định được giá trị của SN thông qua đồ thị của phương trình cơ bản, so sánh với giá trị SN ta đã giả thiết để xác định hệ số đổi xe (ei) Tính ra trị số SNyc

Lựa chọn loại vật liệu cho các lớp của kết cấu áo đường, xác định các hệ

số tương đương (ai) tương ứng Giả thiết chiều dày của một số lớp tính được chiều dày của lớp còn lại nhờ phương trình (2) sao cho thỏa mãn thị số SNyc

Đã lập được toán đồ tìm chiều dày cần thiết của móng đường cho hai cấp giao thông trung bình - nặng (bánh xe 5,4T) và giao thông nhẹ (bánh xe 3,1T)

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

e =

5

150 100

2.1.2.4 Phương pháp của Viện nghiên cứu đường Anh:

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 sau:

- 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 sau:

- Lượng giao thông được đánh giá theo số tương đương của trục bánh tiêu chuẩn (8,2T)

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

Ngoài ra còn các phương pháp thực nghiệm sử dụng thí nghiệm AASTHO:

- Phương pháp Shook và Finn

- Phương pháp Liddle

- Phương pháp của Viện Công trình Mỹ

- Phương pháp của Viện Asphalt Mỹ

Các tầng lớp trong kết cấu áo đường cấp cao bao gồm:

1 Chất lượng sử dụng của mặt đường phụ thuộc rất nhiều tính chất và tình trạng của tầng mặt Ngoài ra, tầng mặt còn góp phần đảm bảo độ bền vững của kết cấu Khi lựa chọn tầng mặt phải xét 4 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 cho người sử dụng

- Duy trì tính toàn vẹn của kết cấu và bảo vệ cho các lớp móng không bị thấm nước mưa và nước từ cống rãnh chảy tràn dọc đường

- Giảm được tác động đến môi trường như không phát sinh nhiều tiếng

ồn, không gây ô nhiễm nước mưa hoặc không tỏa ra khí 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

2 Tầng móng gồm nhiều lớp

được chọn tùy theo điều kiện nền

đường, địa chất, thủy văn và khả năng

cung cấp vật liệu Các lớp vật liệu tầng

móng có độ cứng giảm dần để phù hợp

với yêu cầu chịu lực Do không chịu tác

dụng phá hoại bề mặt như tầng phủ nên

vật liệu các lớp này không yêu cầu cao

như tầng phủ mà có thể cấu tạo bằng các

vật liệu rời rạc hoặc chịu bào mòn kém

nhưng phải có độ cứng và độ chặt nhất

định đồng thời phải cơ giới hóa được

quá trình thi công

3 Để đảm bảo ổn định cường độ và tính ổn định cường độ cao, khi thiết

kế cấu tạo áo đường phải luôn nắm vững quan điểm thiết kế tổng thể nền mặt đường bằng cách cải thiện chế độ thủy nhiệt của nền đường, tăng cường độ nền đường bằng cách đầm nén chặt đất nền đường hoặc thay bằng các loại vật liệu khác có cường độ và độ ổn định cao hơn

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

ổn định với 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 về khí hậu, địa chất, thủy văn, vật liệu xây dựng vv Khi thiết kế cấu tạo áo đường cũng phải chú trọng quan điểm thiết kế tổng thể nền, mặt đường, tạo thuận lợi cho thi công, duy tu sửa chữa và cải tạo nâng cấp áo đường trong quá trình khai thác sau này

Lớp mặt trên

Lớp móng trên

Lớp mặt dưới Lớp móng dưới

Lớp đáy áo đường (lớp trên cùng nền đường)

Nền đât

Tầng móng Tầng mặt

2.2.2 So sánh kinh tế mặt đường:

Trong điều kiện giao thông chưa phát triển như nước ta (lượng xe chưa nhiều, tiết kiệm được từ chi phí vận tải còn nhỏ) việc tính toán kinh tế mặt đường có thể hạn chế ở nội dung: 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 và giá thành duy tu bảo dưỡng nhỏ

2.2.3 Công nghệ xây dựng mặt đường:

Đối với các công trình giao thông trong thành phố, khu vực đông dân

cư là mặt bằng thi công thường chật hẹp, phải đảm bảo giao thông khi thi công và thông xe nhanh, vì vậy việc đề ra các kết cấu áo đường cũng phải xét đến vấn đề này Mặt khác, các loại kết cấu áo đường trong quá trình thi công yêu cầu ít gây ô nhiễm môi trường, như vậy phải hạn chế việc sử dụng việc đun nhựa để thi công các lớp láng nhựa hay thấm nhập nhựa tại khu đông dân cư, khu vực kín khó thoát hơi, khói độc.vv

Các kết cấu áo đường lựa chọn phải phù hợp với công nghệ thi công

và khả năng cung cấp vật liệu Hiện nay các đơn vị thi công trong địa bàn tỉnh đã được trang bị các loại máy rải bê tông nhựa và cấp phối hiện đại nên dùng các lớp vật liệu cấp phối đá dăm có hoặc không có gia cố xi măng làm các lớp móng và các lớp bê tông nhựa làm lớp mặt để cơ giới hóa quá trình thi công là một lựa chọn phù hợp Khả năng cung cấp các loại vật liệu này cũng tương đối thuận lợi

2.3 CÁC KẾT CẤU ĐỊNH HÌNH ĐÃ ĐƯỢC XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM

VÀ CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI:

Ở các nước việc lập ra các mẫu Catalo kết cấu mặt đường, tùy thuộc vào điều kiện địa chất, khí hậu, tình trạng giao thông, trình độ công nghệ.vv là một việc làm quen thuộc và thường xuyên được hoàn chỉnh Các bảng Catalo định hình kết cấu mặt đường đã đưa ra có mục đích giảm bớt khối lượng tính toán, tận dụng được các kết cấu hợp lý, thống nhất trong việc sản xuất VLXD, ứng dụng được nhanh các tiến bộ kỹ thuật, phù hợp với công nghệ thi công hiện đại, tăng hiệu quả đầu tư và để có được tiếng nói chung trong việc thiết kế, khai thác

sử dụng và bảo dưỡng đường

Catalo là một cách đơn giản trình bày chính sách đầu tư kỹ thuật, sự lựa chọn các phương án kết cấu áo đường đã được chấp thuận, sự lựa chọn một quan điểm chiến lược về kết cấu dựa trên nguyên tắc tồn tại lâu dài về chất lượng của áo đường

Mỗi định hình kết cấu mặt đường được soạn thảo chỉ phù hợp với một tình trạng kỹ thuật nào đó trong một kỳ hạn nhất định và do vậy chúng phải được hiện đại hóa kịp thời một cách định kỳ.

2.3.1 Kết cấu định hình (Catalo 1977) xây dựng ở Pháp:

Catalo 1977 của Pháp giới thiệu một số các bản vẽ cấu trúc tùy thuộc vào hai thông số: Cấp hạng lưu lượng xe cộ Pi và cấp hạng nền 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 kết cấu đó kết cấu thích hợp với các điều kiện 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

2.3.1.1 Cấp hạng lưu lượng Pi:

Cấp hạng lưu lượng được xác định dựa trên lưu lượng bình quân xe nặng (tải trọng ≥ 5T) hàng ngày trong năm chạy trên làn có nhiều xe nhất của năm khai thác (với hệ số tăng trưởng dự tính 7%)

Cấp hạng lưu lượng được chia như sau:

Bảng 2.1 Cấp hạng lưu lượng theo catalo 1977 - Pháp

Lưu lượng 50 - 150 150 - 300 300 - 750 750 - 2.000

Trường hợp lưu lượng xe lớn hơn 2.000 thì cần có nghiên cứu riêng

2.3.1.2 Cấp hạng nền đường PFj :

Cấp hạng nền đường được xác định căn cứ vào cấp hạng nền đất, bản chất

và chiều dày lớp nền Cấp hạng nền đường được phân thành ba cấp theo thứ tự tăng dần khả năng chịu tải: PF1, PF2, PF3

2.3.1.3 Bảng kết cấu mẫu:

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

và 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 gia cố chất liên kết thủy hóa Lớp mặt chủ yếu là lớp bê tông nhựa

Người ta lập được 17 bản kết cấu trong catalo 1977

2.3.2 Kết cấu định hình do Trung tâm thiết kế nhà ở và công trình Pháp (CEBTP) kiến nghị cho các nước nhiệt đới:

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

2.3.2.1 Sức chịu tải của nền đường:

Nền đường được chia thành 5 loại như sau:

2.3.2.2 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 tỷ lệ vượt tải không quá 10%

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

- 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 được chia thành 5 cấp:

Lưu

lượng < 300 300 - 1000 1000 - 3000 3000 - 6000 6000 - 12000

T1 gồm những đường có lưu lượng rất nhỏ nhưng vẫn rải mặt vì những lý

do không phải kinh tế T5 ứng với đường cao tốc 4 hoặc 6 làn xe

- Lưu lượng tích lũy của các xe nặng : Cách phân cấp này gần giống với cách trên Nếu tuổi thọ mặt đường là 15 năm và tỉ lệ xe nặng khoảng 30% thì phân cấp như sau:

2.3.2.3 Lập được các bảng giới thiệu các kết cấu có thể áp dụng tùy theo tình hình vật liệu xây dựng địa phương, lưu lượng xe và sức chịu tải của đất nền.

2.3.3 Kết cấu định hình của CHLB Đức:

Catalo kết cấu áo đường theo các thông số và nguyên tắc sau đây:

Tải trọng trục được quy về tải trọng tiêu chuẩn 10T, có các cấp lưu lượng

Bảng 2.2 Cấp hạng lưu lượng tích lũy từ khi đưa vào sử dụng đến cuối (đvị: triệu)

> 32 10 – 32 3 - 10 > 0.8 - 3 0.3 - 0.8 0.1 - 0.3 < 0.1

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

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 Catalo gồm 14 loại kết cấu mặt đường đã được lập ra

2.3.4 Kết cấu định hình của 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 vận chuyển được chia thành 8 cấp:

Bảng 2.3 Cường độ vận chuyển 10 6 lần trục xe tương đương 8.2T

2.3.5 Kết cấu định hình xây dựng ở Việt Nam:

Các kết cấu định hình đã sử dụng ở Việt Nam bao gồm các loại chính có các lớp như sau:

- Lớp mặt: Bê tông nhựa, đá dăm đen, hoặc thấm nhập nhựa, láng nhựa (với những đường cấp thấp) và bê tông xi măng.vv

- Lớp móng trên: Láng nhựa, thấm nhập nhựa, cấp phối đá dăm loại 1 có gia cố hoặc không có gia cố xi măng, đất hoặc cát gia cố xi măng, đá dăm nước.vv

- 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.vv

2.3.5.1 Đề tài KC10.05 catalo kết cấu mặt đường mềm:

Đề tài cấp Nhà nước KC10.05 vừa được nghiệm thu xuất sắc đã đưa ra được Catalo kết cấu áo đường mềm cho đường ôtô

1 Phân loại lưu lượng xe:

Bảng 2.5 Lưu lượng xe được phân thành 9 cấp từ T1 - T9

Cấp lưu

lượng xe

Số lượng trục xe tương đương trục tiêu chuẩn tích lũy sau 15 năm khi

hệ số tăng trưởng

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

đêm)

Mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc (daN/cm2)

Cấp lưu

lượng xe

Số lượng trục xe tương đương trục tiêu chuẩn tích lũy sau 15 năm khi

hệ số tăng trưởng

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

đêm)

Mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc (daN/cm2)

2 Phân loại cấp nền đường:

Cấp hạng đất nền đường được chia như sau:

Dùng các trị số mô đun đàn hồi Eo 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 hồi nhỏ hơn 320daN/cm2 thì phải thay đất Khi nền đất có môđun đàn hồi cao (E0 = 800, 1000, daN/cm2) thì có các nghiên cứu riêng

3 Vật liệu và thông số tính toán vật liệu:

- Vật liệu lớp mặt: Dùng hai lớp bê tông nhựa

- 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 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 đường QL1A, QL279, QL32A, QL21A, QL37

4 Kết quả của đề tài:

Đề tài đã đưa ra được các loại kết cấu A1 ÷ A12; B1 ÷ B5; C1, C2

Đề tài nghiên cứu trên chỉ đưa ra các kết cấu điển hình cho đường ô tô, đường cao tốc mà chưa có các nghiên cứu cho đường đô thị, các đường giao thông với các điều kiện đặc thù riêng Do đó, việc xây dựng Catalo kết cấu áo đường cho đường giao thông Nghệ An nói riêng là cần thiết, mang tính thực tiễn

Các đường tỉnh : Hiện tại cơ bản đã được nâng cấp nhưng chưa hoàn chỉnh, mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng chất lượng trung bình

Đường xã: Là đường GTNT loại A hoặc B có bề rộng mặt đường 3.5m Mặt đường cấp phối đá dăm hoặc đá dăm láng nhựa đã xuống cấp Chiều dày kết cấu là lớp đá dăm láng nhựa khoảng 15 – 18cm

Nhận xét về các kết cấu hiện nay: Qua theo dõi thực tế quá trình khai thác

sử dụng cho thấy:

- Đối với các kết cấu áo đường nâng cấp, cải tạo từ các đường cũ có kết cấu: móng CPĐD, mặt BTN thường chất lượng không đồng đều nhiều chỗ trên tuyến bị rạn nứt, lún võng mặt đường

- Đối với các kết cấu mặt đường BTN được nâng cấp trên cơ sở mặt đường láng nhựa chỉ thảm 1 lớp thì bề mặt hầu như bị lún võng, có nguy cơ kết cấu bị phá vỡ như ĐT537B, ĐT545, Ql598B

- Đối với các kết cấu cũ mặt đường láng nhựa, thấm nhập nhựa đều đã

bị rạn nứt và bị phá vỡ

Nhìn chung để đảm bảo kết cấu áo đường trên địa bàn tỉnh Nghệ An duy trì đường tải trọng khai thác thực tế hiện tại và tương lai thì cần phải nghiên cứu một cách nghiêm túc để đưa ra Catalo định hình cho việc thiết kế kết cấu áo đường

2.5 KẾT LUẬN VỀ LÝ THUYẾT VÀ KINH NGHIỆM, ĐỀ XUẤT NHỮNG VẤN ĐỀ NÊN ÁP DỤNG KHI XÂY DỰNG CÁC KẾT CẤU ĐỊNH HÌNH CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG TỈNH NGHỆ AN

Xuất phát từ yêu cầu thực tế sử dụng và khai thác đường giao thông tỉnh Nghệ An, xuất phát từ các điều kiện tự nhiên khu vực, kết hợp với phân tích lý thuyết và kinh nghiệm thực tế, kiến nghị:

2.5.1 Về phương pháp tính toán:

Tính toán cụ thể so sánh các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường và dựa trên các kết luận của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước KHCN-10-05, có các nhận xét như sau:

- So với Lý giải chính xác hệ đàn hồi nhiều lớp (chương trình Alizé5) thì kết quả tính bằng tiêu chuẩn Việt Nam sai khác không lớn (1-11%)

- So với quy trình thiết kế áo đường của Pháp thì kết cấu được tính toán thiết kế đảm bảo yêu cầu chịu tải quy trình Việt Nam cũng sẽ đảm bảo

ở mức cao yêu cầu chịu tải theo quy trình của Pháp

- Các kết cấu được thiết kế theo quy trình của Việt Nam cho kết quả tính chiều dày tương đương với thiết kế theo quy trình AASHTO 1986 lấy ở vùng độ tin cậy cao

Kết luận chung:

Địa hình tỉnh Nghệ An gồm cả khu vực đồng bằng và vùng núi

+ Khu vực miền núi có địa hình phức tạp, độ dốc ngang lớn, địa chất thay đổi mạnh, thủy văn tập trung chủ yếu tại vị trí các công trình thoát nước

+ Khu vực đồng bằng tương đối bằng phẳng, địa chất tương đối yếu vì đây là vùng chiêm trũng

+ Trình độ công nghệ sản xuất vật liệu và thi công xây dựng đường trên địa bàn tỉnh Nghệ An chưa cao Mặt khác, việc thiết kế kết cấu áo đường theo quy trình Việt Nam có xu hướng an toàn, vì vậy kiến nghị dùng quy trình Việt Nam để tính toán kết cấu áo đường định hình cho giao thông Nghệ An

2.5.2 Về loại lớp mặt:

Để đảm bảo mặt đường bằng phẳng, đủ đáp ứng nhu cầu giao thông hiện

tại và tương lai

- Đối khu vực đồng bằng: Sử dụng mặt đường bê tông nhựa (một hoặc hai lớp) với các đường Quốc lộ, đường tỉnh có mật độ xe lớn

Mặt đường láng nhựa nhiều lớp cho các loại đường tỉnh lộ (có mật độ xe ít) đường huyện, đường xã

Đối với các đường thôn Xóm: Mặt đường bê tông xi măng

- Đối với vùng núi: Mặt đường bê tông nhựa và mặt đường bê tông xi măng

2.5.3 Về lớp móng:

Vì cường độ nền đường tương đối thấp, mực nước thường xuyên cao, nhiều khu vực đường thường xuyên bị ngập nước nên lớp móng nền đường được sử dụng là các vật liệu ổn định với nước, phù hợp với khả năng cung cấp vật liệu, phù hợp với trình độ công nghệ thi công, phù hợp với xu thế hiện đại, đảm bảo dễ thi công và duy tu sửa chữa trong quá trình khai thác, các lớp móng được kiến nghị dùng là:

- Lớp cấp phối đá dăm (loại 1 hay 2)

- Lớp cát gia cố xi măng (5-10% xi măng)

- Lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng (2 - 8% xi măng)

- Lớp cấp phối tự nhiên địa phương (sỏi đồi)

2.5.4 Về chiều dày các lớp:

Xuất phát từ các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật, chiều dày các lớp được quyết định thông qua tính toán, đảm bảo có thể thi công được và theo các hướng dẫn sau:

- Chiều dày các lớp bê tông nhựa mặt đường nên lấy từ 5 - 15cm tùy loại

bê tông và loại mặt đường

- Các lớp móng nên dùng chiều dày lớn đảm bảo chịu lực và ổn định với nước

Từ lý giải của hệ nhiều lớp có thể tiến hành phân tích trạng thái ứng suất

và chuyển vị trong kết cấu mặt đường, từ đó đề xuất một số nguyên tắc tính toán

và lựa chọn cấu tạo áo đường

- Để giảm ứng suất của nền đường thì có thể dùng biện pháp tăng bề dày hoặc mô đun lớp mặt hay lớp móng, trong đó biện pháp tăng bề dày hoặc mô đun lớp móng (đặc biệt là mô đun) sẽ thu được hiệu quả lớn hơn so với việc tăng các yếu tố đó của lớp mặt Chính vì vậy đối với những nền đất yếu ta tìm cách tăng chiều dày và mô đun các lớp móng nhằm hạn chế phá hoại dẻo trong nền đất

- Để giảm nhỏ độ võng của kết cấu áo đường thì khi điều kiện cho phép nên tăng mô đun của nền đất trước sau đó mới đến tăng mô đun và bề dày của lớp móng

- Mô đun đàn hồi lớp móng càng lớn thì ứng suất kéo uốn ở đáy lớp mặt càng nhỏ Bề dày các lớp móng không nên nhỏ hơn 2δ (δ - bề dày tối thiểu các lớp cấu tạo áo đường), không nên sử dụng lớp mặt có chiều dày trong khoảng (0,5 - 1,0)δ để giảm ứng suất kéo uốn ở đáy lớp móng, không nên bố trí chiều dày các lớp mặt bằng nhựa bitum có trị số 0,5δ (4- 6cm) để giảm ứng suất này

- Để làm giảm ứng suất cắt lớn nhất trên bề mặt lớp mặt việc tăng bề dày lớp mặt và lớp móng là khó thực hiện được mà nên thiết kế cường độ chống cắt của bản thân lớp mặt cao, đồng thời tăng bề dày lớp móng một cách thỏa đáng

1- Đặc điểm của mạng lưới đường giao thông tỉnh Nghệ An và cách phân loại các con đường trong mạng lưới.

2- Tải trọng và lưu lượng xe trên đường giao thông tỉnh Nghệ An

3- Mô đun đàn hồi của đất nền hoặc của mặt đường cũ

4- Các nguồn vật liệu hiện có trên địa bàn và khu vực lân cận

5- Kỹ thuật xây dựng mặt đường và công nghệ đã được dùng ở Nghệ An.6- Các đặc điểm khí hậu, thoát nước và các đặc điểm khác cần quan tâm.Khả năng vốn đầu tư được xem như phù hợp với các phương án đề xuất nếu như chúng tỏ ra có hiệu quả

3.1- ĐẶC ĐIỂM MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG TỈNH NGHỆ AN VÀ CÁCH PHÂN LOẠI :

3.1.1- Mạng lưới giao thông đối ngoại (đường quốc lộ):

Đường Hồ Chí Minh Đường Hồ Chí Minh trên địa phận tỉnh Nghệ An

qua các huyện: Nghia Đàn, Tân Kỳ, Anh Sơn, Thanh Chương và giao cắt với QL7 tại Km 50+517 thuộc xã Khai Sơn huyện Anh Sơn và giao QL48 tại Đông

Hiếu Theo quy hoạch đường gồm 4 ÷ 6 làn xe, trước mắt thi công 2 làn xe theo tiêu chuẩn đường cấp III hoàn thành đưa vào khai thác năm 2004 Dự án đường

Hồ Chí Minh là Dự án lớn công trình mang tính chiến lược trong sự phát triển kinh tế và ANQP

Quốc lô 1A Là một trong những tuyến quan trọng nhất của cả nước nói

chung, khu vực miền Trung nói riêng Trong năm 1999 và 2000 đã được đầu tư nâng cấp cải tạo đạt tiêu chuẩn cấp III đồng bằng Vận tốc khai thác đạt V = 60

÷ 80km/h Mặt đường rộng 7,5m, gia cố lề: 2,0 ÷ 2,5m Tình trạng nền mặt đường cơ bản là ổn định

Quốc lộ 7 Quốc lộ 7 (Km 0) tại ngã ba thị trấn Diễn Châu (km 425 quốc

lộ 1A) đến km 225 tại cửa khẩu Nậm Cắn dài 225 km nối km1570 – QL 13 của Lào Tuyến qua các huyện Diễn Châu (Km0+00) ,Yên Thành (Km19+00) ,Đô Lương (Km33+00),Anh Sơn (Km59+00), Con Cuông (Km91+00), Tương Dương 00), Kỳ Sơn (Km202+00), cửa khẩu Nậm Cắn (Km225), QL7 hiện nay đang được nâng cấp cải tạo đạt tiêu chuẩn đường cấp III và cấp IV miền núi (TCVN-4054-1985)

Quốc lộ 15A Xuất phát từ bãi Sang tại Km 118+000 trên QL6 qua các tỉnh

Hoà Bình, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị và kết thúc tại Km 725 QL1A Trên địa phận tỉnh Nghệ An tuyến đi qua các huyện: Nghĩa Đàn, Tân Kỳ, Đô Lương, Thanh Chương và Nam Đàn Đoạn từ Nghĩa Đàn đến Tân Kỳ dài 47km hiện tại có chiều rộng nền đường: 6m, chiều rộng mặt đường: cấp phối đồi 3.5m Đoạn từ Tân Kỳ ÷ Nam đàn dài 64km, hiện tại có chiều rộng nền đường 6 – 6,5m, Bmặt 3,5 – 5,5m cấp phối đồi

Cấp đường: Tương đương cấp V, tình trạng nền mặt đường ổn định Mật

độ xe ≤ 150/ngày đêm

Quốc lộ 46 Quốc lộ 46 từ thị xã Cửa lò -Vinh -Nam Đàn - Cửa khẩu

Thanh Thuỷ Hiện tại đoạn từ Thị xã Cửa Lò - TP Vinh - Thị trấn Nam Đàn được nâng cấp cải tạo Cấp đường tương đương tiêu chuẩn đường cấp III và một

số đoạn theo tiêu chuẩn đường đô thị (Thành phố Vinh - Thị trấn Hưng Nguyên, Thị trấn Nam Đàn) Đoạn từ thị trấn Nam Đàn - Rộ (Thanh Chương) đã thi công xong theo tiêu chuẩn đường cấp IIIđb, Bn=12m; Bm= 7m Đoạn từ Rộ - đường

Hồ Chí Minh theo tiêu chuẩn cấp IIImn; Bn=9m, Bm=7m, Đoạn từ đường Hồ Chí Minh - Cửa khẩu Thanh Thuỷ đang được xây dựng theo tiêu chuẩn đường cấp IV, Bn= 7,5m, Bm=5,5m.Cầu, cống xây dựng vĩnh cửu, tải trọng H30 - XB 80

Quốc lộ 48 Quốc lộ 48 nối từ QL1A (Ngã ba Yên Lý) huyện Diễn Châu,

tỉnh Nghệ An đến trung tâm huyện Quế Phong dài 122km, qua các huyện Diễn Châu, Quỳnh Lưu, Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Quỳ Châu, Quế Phong

Hiện nay toàn tuyến đã được cán đá dăm, láng nhựa, đạt tiêu chuẩn đường cấp

IV và cấp V

- Chiều rộng nền đường: Bnền = 6,0m – 6,5m

- Chiều rộng mặt đường: Bmặt = 3,5m (5.5m) láng nhựa,

Từ km13+00-km34+00 trong năm 2000 với nguồn vốn WB đã cải tạo mặt đường ,thảm BT nhựa

Dự án nâng cấp cải tạo QL48, đoạn km0+00-km20+00 đã được Bộ GTVT phê duyệt tại QĐ số 046/2003/QĐ-BGTVT ngày 8/1/2003 Bn=9m, Bm=7m đang được triển khai bước TKKT

3.1.2 Mạng lưới giao thông đối nội (đường tỉnh, đường huyện )

a Đường tỉnh

Tuyến đường tỉnh bao gồm: ĐT532, ĐT533, ĐT534, ĐT535, ĐT537A, ĐT537B, ĐT538, ĐT539, ĐT540, ĐT542, ĐT545, ĐT558, ĐT598A, ĐT598B, ĐT598C Toàn tỉnh có 445,5 km đường tỉnh, nền đường rộng 6m - 9m; mặt đường rộng 3,5 - 8m

Mạng lưới giao thông khu vực nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh, tuy nhiên các tuyến đường đều là đường cấp V, cấp VI, một số ít mới được nâng cấp thành đường cấp IV, còn lại đa số đều là đường cũ đang có dự án cải tạo nâng cấp theo quy hoạch

đô thị mới được xây dựng trong khu đô thị phía Tây thành phố Vinh, chất lượng tốt

d Giao thông nông thôn:

- Đường huyện: Nghệ An có 4070,16km đường huyện (trên địa phận 17 huyện) Tiêu chuẩn kỹ thuật hiện tại: nền đường rộng 2,0 – 7,5m, mặt rộng 2,0 -3,5m Đường huyện Kỳ Sơn: có tổng chiều dài 339 km gồm 16 tuyến đường huyện Đường huyện Tương Dương: có tổng chiều dài 236,3 km gồm 21 tuyến đường huyện Đường huyện Con Cuông có tổng chiều dài 324,7 km gồm 21 tuyến

đường huyện Đường huyện Anh Sơn có tổng chiều dài 203,86 km gồm 12 tuyến đường huyện Đường huyện Thanh Chương: có tổng chiều dài 141,3 km gồm 20 tuyến đường huyện Đường huyện Tân Kỳ: có tổng chiều dài 289 km gồm 26 tuyến đường huyện Đường huyện Quế Phong: có tổng chiều dài 177 km gồm 14 tuyến đường huyện Đường huyện Quỳ Châu: có tổng chiều dài 189 km gồm 11 tuyến đường huyện Đường huyện Quỳ Hợp: có tổng chiều dài 230 km gồm 15 tuyến đường huyện Đường huyện Nghĩa Đàn: có tổng chiều dài 287,9

km gồm 25 tuyến đường huyện Đường huyện Hưng Nguyên: có tổng chiều dài 140,5 km gồm 21 tuyến đường huyện Đường huyện Nghi Lộc: có tổng chiều dài 219,1 km gồm 32 tuyến đường huyện Đường huyện Nam Đàn: có tổng chiều dài 160,3 km gồm 24 tuyến đường huyện Đường huyện Diển Châu: có tổng chiều dài 215,5 km gồm 36 tuyến đường huyện Đường huyện Yên Thành:

có tổng chiều dài 313,5 km gồm 25 tuyến đường huyện Đường huyện Quỳnh Lưu: có tổng chiều dài 384,1 km gồm 34 tuyến đường huyện Đường huyện Đô Lương: có tổng chiều dài 219,1 km gồm 30 tuyến đường huyện

- Đường xã: Toàn tỉnh có 3862 km đường xã, liên xã, nền đường rộng 3,5m - 6m; mặt đường rộng 1 - 3m Nhìn chung chất lượng đường đa phần đạt mức xấu và trung bình

CÁC TUYẾN ĐƯỜNG HUYỆN ĐƯỜNG XÃ HUYỆN KỲ SƠN

TT Tên đường Điểm đầu Điểm cuối Chiều dài

(km)

Bề rộng mặt đường(m)

Bề rộng nền đường(m)

Số lượng cầu, tràn, ngầmCác tuyến đường

Mường Lống

40.00 5.00 7.50

3 Mường Xén -Tây

4 Huội Tụ -Na Loi Huội Tụ Na Loi 20.00 3.50 4.50

Mường Típ

31.00 3.50

5.00-6.00

Cầu

1, tràn 4

12 Mường Típ- Nặm

Cắn

Mường Típ

Nặm Cắn

8, tràn 3

Kiệm Hữu Kiệm 14.00 1.00-3.00 tràn 2Cầu

tràn 1

Nam Bảo Nam 34.50 3.00-3.50 3.00-5.00

2.00-3.00 3.00

2.50-3.00

3.50

3.00-Cầu tràn 1