BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
———&–––
NGUYỄN HỮU TÀI ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CHỊU NGẬP NƯỚC
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG TỐI ƯU NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CÓ TẠI
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Chuyên ngành: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60-58-30 (Tập 1: Phần thuyết minh)

Thầy hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
———&–––

NGUYỄN HỮU TÀI ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM CHỊU NGẬP NƯỚC
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG TỐI ƯU NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CÓ TẠI
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Chuyên ngành: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60-58-30

n
nSau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải -
Cơ sở II - được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của quí Thầy Cô; hôm nay em đã
hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quí Thầy Cô đã giúp đỡ em trong suốt thời
gian qua. Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS. Nguyễn Mạnh Hùng đã
tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm luận văn. Bên cạnh đó,
cho em chân thành cám ơn quí Thầy phản biện khoa học đóng góp ý kiến khoa học
để luận văn phong phú và thực tiễn hơn.
Mặc dù em đã cố gắng rất nhiều trong quá trình nghiên cứu và thực hiện viết
luận văn, tuy nhiên do thời gian có hạn, kiến thức nhất định nên luận văn không thể
thiện rộng hơn nữa. Kính mong quí Thầy Cô, các bạn đồng nghiệp hỗ trợ thêm kiến
thức để tác giả được chấp nối trí tuệ nhiều hơn và đi xa hơn trong lĩnh vực nghiên
cứu khoa học xây dựng công trình giao thông.
Trân trọng kính chào! Tiền Giang, tháng 12 năm 2009
Tác giả
Nguyễn Hữu Tài


Mục Lục Phần mở đầu
Trang
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1
M
ỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
2
PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỊA CHẤT ĐẤT VÀ KHÍ HẬU ẢNH
HƯỞNG TỚI CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ Ở ĐBSCL
3
1.1. Đặc điểm địa chất
3
1.2. Đặc điểm về khí hậu, thuỷ văn
5
1.3. Tác động của điều kiện khí hậu, địa chất và thủy văn tới công trình giao
thông đường bộ
6
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM

44
2.1.9. Phương pháp theo Việt Nam 22 TCN 211-06
46
2.1.9.1. Nội dung công tác thiết kế áo đường mềm chủ yếu như sau
46
2.1.9.2. Tính toán cường độ kết cấu nền đường và kết cấu áo lề có gia cố theo
tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép
47
2.1.9.2.1. Tính toán môđun đàn hồi chung
47
2.1.9.2.2. Môđun đàn hồi trung bình
49
2.1.9.2.3. Tính toán cường độ kết cấu nền áo đường và kết cấu áo lề có gia cố
theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém
dính kết
50
2.1.9.2.4. Tính toán cường độ kết cấu nền áo đường và kết cấu áo lề có gia cố
theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối
51
2.2. Một số ý kiến nhận xét về quy trình thiết kế mặt đường mềm hiện hành
tại Việt Nam
52
2.2.1. Tiêu chuẩn 22TCN 211-06
52
2.2.2. Tiêu chuẩn 22TCN 274-01
55
ựn
2.3. Xây dựng điều kiện kiểm toán kết cấu áo đường chịu ngập nước
56
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ

gc

65
3.4.3.1.1. Mẫu bảo dưỡng ẩm
65
3.4.3.1.2. Mẫu bảo dưỡng và ngâm liên tục trong nước
65
3.4.3.1.3. Nhận xét và so sánh giá trị E
gc
của mẫu bảo dưỡng ẩm và ngâm
liên tục trong nước
65
3.4.3.2. Về cường độ nén R
n

68
3.4.3.2.1. Mẫu bảo dưỡng ngâm liên tục trong nước
68
3.4.3.2.2. Nhận xét và so sánh giá trị R
n
của mẫu bảo dưỡng ẩm và ngâm liên
tục trong nước
69
3.4.3.3. Về độ bền ép chẻ R
ec

72
3.4.3.3.1. Mẫu dưỡng ẩm
72
3.4.3.3.2. Mẫu bảo dưỡng ngâm liên tục trong nước


81
3.6. KẾT QUẢ TN ĐẤT Ở ĐBSCL GIA CỐ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ
HOẶC VÔ CƠ KẾT HỢP PHỤ GIA HÓA CHẤT
83
3.6.1. Đất ở Tiền Giang
83
3.6.1. 1. Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất
83
3.6.1.2. Kết quả TN đất Tiền Giang gia cố XM
85
3.6.1.2.1. Nhận xét kết quả TN về mô đun đàn hồi E
gc

87
3.6.1.2.2. Nhận xét kết quả TN về cường độ chịu nén R
n

89
3.6.1.2.3. Nhận xét kết quả TN về cường độ bền ép chẻ R
ec

91
3.6.1.3. Kết quả TN đất Tiền Giang gia cố vôi
93
3.6.1.4. Kết quả TN đất Tiền Giang gia cố vôi + DZ33
95
3.6.2. Một số loại đất ở các địa phương khác

96

117

1
PHẦN MỞ ĐẦU:

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hàng năm, những trận bão biển và gió mùa Tây Nam đã gây nên những trận
mưa lớn làm mực nước sông Cửu Long dâng cao. Lũ lụt ở Đồng Bằng Sông Cửu
Long (ĐBSCL) bắt nguồn do nước lũ ở thượng lưu sông Cửu Long đổ về và mưa
lớn tại chính khu vực.
Ngoài ra, vào giữa thập niên 1980, các kinh dẫn nước đã có được mở rộng.
Một số lớn kinh chính và một mạng lưới kinh phụ đã được đào xuyên qua vùng Tứ
Giác Long Xuyên, Đồng Tháp Mười và các vùng khác trên khắp ĐBSCL, mục đích
chính là phục vụ thủy nông nội đồng. Hệ thống kinh này là cơ sở tạo thành những
lòng lạch thuận lợi cho nước lũ từ thượng nguồn chảy vào ĐBSCL sớm hơn, nhanh
hơn và nhiều hơn. Bên cạnh đó, một hệ thống đê và đập ngăn mặn đã được xây
dựng ở cuối đường thoát lũ ở hạ lưu cùng với một hệ thống đường giao thông được
nâng cao. Vì không đủ khả năng thoát lũ, hệ thống đê đập ngăn mặn và đường giao
thông này đã làm cản trở nước lũ trong vùng ĐBSCL thoát ra biển Đông và vịnh
Thái Lan. Hậu quả là mực nước ngập trong vùng ĐBSCL ngày càng sâu hơn và thời
gian ngập ngày càng dài hơn (tới 3 tháng).

Hình MĐ1: Lũ lụt là một hiện tượng thiên nhiên xảy ra hàng năm tại vùng ĐBSCL
2

-3
đến 6*10
-3
MPa.
Hình 1-1 và hình 1-2 minh họa sự phức tạp của địa chất vùng này.
2 2
0 0
Lớp 1- Cát bụi màu vàng
-2 -2
Lớp 2- Bùn cát pha màu xám nâu
-4 -4
Lớp 3- Bùn sét màu xám đen
-6 -6
Lớp 4- Sét màu xám nâu, đốm đỏ. Trạng thái dẻo cứng
-8 -8
Lớp 5- Sét màu nâu, đốm xanh. Trạng thái nửa cứng
-10 -10
Lớp 6- Sét pha màu nâu, xám trắng. Trạng thái dẻo cứng
-12 -12
Lớp 7- Sét màu nâu. Trạng thái nửa cứng
-14 -14
Lớp 8- Cát hạt trung màu vàng
-16 -16
-18 -18
Cao trình chân lớp (m)
-20 -20
-22 -22
-24 -24
Ng
ườ

Giám Đốc
Ký hi
ệ
u b
ả
n v
ẽ
:
Đ
C 09-20
K - 13: Số hiệu lỗ khoan - Số hiệu mẫu; 26,0 - 26,2:
Chiều sâu lấy mẫu (m)
SỐ HIỆU HỐ KHOAN
CAO TRÌNH (m)
HỒ SƠ
KHẢO SÁT ĐCCT
M
Ặ
T C
Ắ
T
Đ
CCT
Tiền Giang, ngày tháng năm 2009
LIÊN ĐOÀN QH & ĐT TNN MIỀN NAM
TRƯỜNG TIỂU HỌC TÂN
HƯƠNG B
ĐOÀN QH & ĐT TNN 803
TÂN HƯƠNG, CHÂU THÀNH,
TIỀN GIANG

K1 - 12
24,0 - 24,2
K1 - 13
26,0 - 26,2
K1 - 14
28,0 - 28,2
K1 - 15
29,8 - 30,0
0,10
-11,70
-17,10
-19,40
-28,40
30,00
K2 - 1
1,0 - 1,2
K2 - 2
3,0 - 3,2
K2 - 3
5,0 - 5,2
K2 - 4
7,0 - 7,2
K2 - 5
9,0 - 9,2
K2 - 6
11,0 -
11,2
K2 - 7
113,0 -
13,2

(Nguồn: Đoàn Qui hoạch và Điều tra tài nguyên nước 803 – Năm 2009)
4
0 0
-2 -2 Lp 1- t p: Sột pha
-4 -4 Lp 2- Bựn sột pha mu xỏm en
-6 -6
-8 -8 Lp 4- Sột pha mu nõu, m trng. Trng thỏi do cng
-10 -10 Lp 5- Cỏt pha mu nõu vng. Trng thỏi do
-12 -12 Lp 6- Cỏt ht nh mu xỏm vng
-14 -14
-16 -16
-18 -18
-20 -20
Cao trỡnh chõn lp (m)
-22 -22
-24 -24
-26 -26
-28 -28
Ng ời làm: KS
inh Th Hiờn
-30 -30
Kiểm tra: KS Tr

n Thanh C

nh
CNNV: KS Huỳnh Văn Toàn

CAO TRèNH (m)
S HIU H KHOAN
KHO ST CCT
M

T C

T

CCT
TUY

N I - I
Tiền Giang, ngày tháng năm 2009
Giám đốc
ON QUY HOCH V IU TRA
TI NGUYấN NC 803
CU NG
NGUYN VN
HUYN Gề CễNG ễNG,
TNH TIN GIANG
H S
Mt ct a cht cụng trỡnh
GHI CHU
Lp 3- Bựn sột mu xỏm xanh
-

HK
4 -
13

1,0 - 1,2
HK4 - 15
29,8 - 30,0
30,00
-0,15
-20,45
-13,95
-8,95
-28,95
HK1 - 1
1,8 - 2,0
HK1 - 2
3,8 - 4,0
HK1 - 3
5,8 - 6,0
HK1 - 4
7,8 - 8,0
HK1 - 5
9,8 - 10,0
HK1 - 6
11,8 - 12,0
HK1 - 7
13,8 - 14,0
HK1 - 8
15,8 - 16,0
HK1 - 9
17,8 - 18,0
HK1 - 10
19,8 - 20,0
HK1 - 11

C;
+ Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối : 37,6
o
C;
+ Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối: 17,8
o
C.
- Độ ẩm không khí:
+ Độ ẩm trung bình: 82%;
+ Độ ẩm cao nhất trung bình: 95%;
+ Độ ẩm thấp nhất trung bình: 61%;
+ Độ ẩm thấp nhất tuyêt đối: 31%.
- Mưa:
+ Lượng mưa trung bình hàng năm: 1.629 mm;
+ Lượng mưa năm lớn nhất: 2304 mm;
+ Lượng mưa năm nhỏ nhất: 1.115 mm;
+ Lượng mưa trung bình hàng tháng: 276 mm;
+ Lượng mưa ngày lớn nhất: 179,9 mm;
+ Lượng mưa liên tục 1 đợt lớn nhất: 90,5 mm.
- Nắng:
+ Số giờ nắng trung bình một ngày: 7,1 giờ;
+ Số giờ nắng nhiều nhất 1 ngày: 11,8 giờ.
- Bốc hơi: Lượng bốc hơi trung bình năm: 1.148 mm.
- Gió: Hướng gió chủ đạo
+ Tây - Tây Nam vào mùa Hè;
6
+ Đông - Đông Nam vào mùa Đông;

7

Hình 1-3: Khu vực bị ngập theo kịch bản nước biển dâng (Nguồn: Vi
ện Khoa học
Khí tượng Thủy văn và Môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường – Năm 2009).
Đợt triều cường kết hợp mưa nhiều thời điểm giữa tháng 12/2008 làm 100.000
ha nằm ngoài các đê bao tại ĐBSCL bị ngập từ 10-:- 40 cm. Tình trạng sạt lở sâu
vào đất liền tại nhiều nơi ở hai bờ sông Tiền, sông Hậu đã làm cho việc đi lại, cuộc
sống của hàng ngàn người dân quen lấy bờ sông làm nơi ở trở nên hết sức khó khăn.

Hình 1-4: Sạt lở đất nền một đoạn đường liên xã ở huyện Thanh Bình, Đồng Tháp
8

Hình 1-5: Nhiều khu dân cư cũng ngập tràn nước lũ Hình 1-6: Lũ làm ngập và phá hoại hệ thống giao thông ở đồng ĐBSCL
9
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM VÀ
CƠ SỞ CHỌN KIỂM TOÁN ÁO ĐƯỜNG CHỊU NGẬP NƯỚC
2.1. TÓM TẮT NỘI DUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG
MỀM ĐANG HIỆN HÀNH TRÊN THẾ GIỚI
2.1.1. Tóm tắt quá trình phát triển
Ngày nay, khi khoa học và công nghệ trong lĩnh vực nghiên cứu và xây dựng

( )
P
σ
2
π.ah
z
=
+
(2.1)
Tải trọng phân bố đều trên diện tích đường tròn tương đương có bán kính
(a+h). Khi
σσ
z,chf
≤
, suy ra:
z,chf
P
h-a
π.σ
≥
(2.2)
Không lâu sau, giả thiết phân bố không đều ứng suất thẳng đứng tác dụng
xuống nền đường đã được chứng minh và ứng suất thẳng đứng lớn nhất có giá trị
(xem Hình 2-2):
σ = δ.σ
maxz


xuống nền đường, (MPa);
a: Bán kính diện tích đường tròn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (mm).
Năm 1941, công thức thực nghiệm xác định chiều dày kết cấu áo đường đã
được đưa vào sử dụng cho vùng Bắc Mỹ và gọi là phương pháp CBR (California
Bearing Raito). Vào thời điểm đó, PELTIER đã đưa ra công thức xác định [1]:
100+150P
H=
CBR
. (2.4)
Trong đó:
H: Tổng chiều dày kết cấu áo đường, (cm);
P: Tải trọng phân bố lên bánh xe, (tấn);
CBR: Giá trị sức chịu tải của đất nền xác định cho điều kiện thiết kế, (%).
Cách tính kết cấu áo đường theo phương pháp CBR được minh họa ở hình 2-3.
Các lớp vật liệu đưa vào kết cấu có chỉ số CBR tăng dần. Mỗi trị số đều tính được
chiều dày áo đường còn lại. Hiệu hai chiều dày liên tiếp nhau (trước và sau) chính là
chiều dày của lớp vật liệu lựa chọn mới. Lớp trên cùng là chiều dày bố trí cho
bêtông nhựa (BTN).
P = 5.0t
CBR = 2
CBR = 6
CBR = 12
CBR = 25

Hình 2-3: Trình tự thiết kế các lớp kết cấu áo đường theo phương pháp CBR
12
Để hoàn thiện phương pháp CBR, KERKHOVEN và DORMON đã đưa ra

E
ekv,potr
: Mô đun biến dạng yêu cầu của kết cấu áo đường, (MPa);
p: Áp lực tiếp xúc của bánh xe, (MPa);
λ
kr
: Biến dạng tương đối giới hạn và có giá trị:

kr
kr
ΔZ
λ =
D
(2.7)
ΔZ
kr
:Độ võng giới hạn của mặt đường, (mm);
D :Đường kính đường tròn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (cm);
K:Hệ số xét tới ảnh hưởng của tải trọng lặp, có giá trị:
K = 0,5 + 0,65 log(γ.N
n
) (2.8)
γ: Hệ số xét tới phân bố tải trọng theo làn xe, có giá trị:
13
γ = 2,0 đối với mặt đường một làn xe;
γ = 1,0 đối với mặt đường hai làn xe;
γ = 0,75 đối với mặt đường bốn làn xe.

hai lớp một cho hệ nhiều lớp theo DORNII.
4 ekv
E
E
3 ekv
E
2 ekv
1 ekv
E
3 ekv
E
0
E
1
E
1 ekv
E
2
E
2 ekv
E
3
E
4
E

Hình 2-4: Tính đổi kết cấu áo đường về một lớp tương đương
(Phương pháp DORNII)
2,5
0
E
n =
E
(2.12)
D: Đường kính đường tròn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe, (cm).
Để giảm thời gian tính môđun biến dạng tương đương của toàn bộ kết cấu áo
đường, E
i,ekv
thường được tính theo toán đồ.
Xác định trạng thái ứng suất và biến dạng của bán không gian đàn hồi khi chịu
tải trên diện tích tròn (thường là tải trọng đều) có ý nghĩa rất lớn về phương diện cơ
học mặt đường. Ứng suất tại một điểm cụ thể trong bán không gian được xác định
về mặt lý thuyết từ các phương trình tích phân của Boussinesq. Biểu thức tính ứng
suất thẳng đứng có dạng:

3
zz
5
3zP(x,y)
σ =dσ=ds
2
π r
∫∫
(2.13)
Trong đó, P(x,y) là phương trình biểu thị tải trọng trên diện tích S (xem hình 2.5):
S
P(x,y)
dS