NGUYỄN QUANG CHIẾU

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN
CÁC KẾT CẤU MẶT ĐUỜNG
■

HƯỚNG DẪN KỸ THUẬT
■

(Tái bản)

NHÀ XUẤT BẢN XÂ Y DựNG

HÀ N Ộ I - 2 0 1 0


L Ờ I G I Ớ I T H IỆ U

Nước Pháp CÓ m ạng lưới đường ôtô dày đặc và tốt vào loại nhất Châu A u với
tổng chiều dài trên 900.000km đường có m ặ t đường (trong đó có 8300 km đường
cao tốc, 28.000 km quốc lộ, 350.000 km tỉn h lộ, đảm nhiệm m ột lượng vận chuyển
trung bình vào khoảng 25.000 xe Ingày (có 20% xe nặng) trên các đường cao tốc,
10.000 x e/n g à y trên các quốc lộ, 1500 xe Ị ngày trên các tỉnh lộ và 150 xe I ngày
trên các đường làng xã.
Thiết k ế kết cấu m ặt đường các loại cho trên 900 000 km đường chịu một lượng
vận chuyển khác nhau như vậy luôn ở trạng thái tối với giá thành hợp lý là một
việc không đơn giản, đòi hỏi phải giải quyết đúng đăn từ vấn đề thu nhập các s ố
liệu đầu vào cho đến việc chọn loại kết cấu, chọn phương pháp thiết k ế tính toán
hợp lý cho từng loại m ặt đường.
Trong khi mà ở nhiều nước vẫn còn thiết k ế mặt đường theo phương pháp kinh
nghiệm, thì từ 30 năm trở lại đây những chuyên gia về đường ôtô của Pháp đã dần

gia và bảo đảm sự đồng nhất về mức phục vụ;
- Cung cấp các giải pháp kỹ thuật xác định và gần giống nhau cho các công tác đối ngoại
và chớ m ạng lưới kỹ thuật của nhà nước;
- Tránh không đ ể người thiết k ế phải tính toán nhiều trong thời kỳ mà các phương tiện

tin học hiện có tại địa phương còn hạn chế.
N hữ ng năm gần đây , do bôĩ cảnh kinh tế - xã hội đã thay đổi sâu sắc, đòi hỏi phải biên
soạn một tài liệu làm rõ một phương pháp thiết k ế các kết cấu m ặt đường đã được những
người làm đường chấp nhận. Dưới đây là một s ố yếu tố phát triển quan trọng nhất đó:
* Việc tiêu chuẩn hóa các sản phẩm và vật liệu m ặt đường đã thay th ế khái niệm vật liệu
m ẫu trong các hướng dẫn, như khái niệm về các cấp vật liệu đặc trưng bằng các tính năng
cơ học của chúng. S ự đa dạng hóa các cấp tính năng đòi hỏi phải giải thích cách m ôđun hóa
các cấp đó theo đúng chiều dày của các lớp m ặt đường;
* Chính sách phân quyền cho địa phương đã làm phân hóa chiến lược của các chủ công
trình trong lĩnh vực đường sá. N hư vậy , về m ặt kỹ thuật đơn thuần cần có một phương pháp
duy nhất đ ể thống nhất các khái niệm sử dụng trên toàn lãnh th ổ quốc gia và cung cấp các
công cụ chung cho phép đánh giá một cách khách quan các giải pháp do chủ công trình và các
x í nghiệp đ ề nghị;
* S ự tăng nhanh nhịp độ phát triển kỹ thuật đường sá làm cho việc áp dụng các đổi mới
chỉ có th ể thích hợp khi xác định được những giải pháp kỹ thuật có th ể chấp nhận được;
* Cuối cùng là hiện nay khắp nơi đều có các phương tiện tính toán cần thiết đ ể áp dụng
phương pháp hợp lý vào thiết k ế các kết cấu m ặt đường.
Tất nhiên , tập hướng dẫn này không xác định việc phải lựa chọn các thông s ố cơ bản nào
củng như giá trị của các thông sô cơ bản đó. Việc lựa chọn (chiến lược đầu tư, tuổi thọ ban
đầu, độ rủi ro tính toán, nguy cơ gián đoạn phục vụ có thê chấp nhậnl ì) thuộc quyền của chủ
công trình do từng chủ công trinh quyết định.
Tài liệu này là thành quả lao động trong nhiều năm của m ạng lưới công tác nghiên cứu
kỹ thuật của N hà nước, kết hợp rất chặt chẽ với các x í nghiệp xây dựng đường bộ và N hóm
Đường ôtô của Tô chức Scétauroute.
Trong khi ở nhiều nước còn thiết k ế các kết cấu m ặt đường theo phương pháp kinh

định, còn cẩn phải bổ sung cho các quy định trong tài liệu này dữ liệu của một tập hợp các quy
tắc để cho chủ công trình chọn. Như vậy có nghĩa là mỗi chủ công trình phải xác định các mục
tiêu phục vụ, các mục tiêu này sẽ được thể hiện trong việc chọn thời gian phục vụ trước khi các
công tác bảo dưỡng đầu tiên được tiến hành, chọn độ rủi ro gián đoạn phục vụ được chấp nhận
do những biến động về thời tiết, v.v... v ề các điểm này khồng thể có nguyên tắc thích hợp cho
mọi tình huống.

6


Phẩn 1

cơ sở CỦA PHƯUNG PHÁP TÍNH TOÁN MẶT
m DUdNG

1.1. M Ô TẢ CHỨC N Ă N G C Ủ A CÁC LỚP M Ậ T ĐƯỜNG
Mặt đường là m ột kết cấu nhiều lóp (hình 1.1) được rải trên m ột tổ hợp gọi là nền đất
gồm có đất đào đắp (gọi là đất nền) và phía trên thường có một lớp trên nền đất.
Mặt nền đất
Mặt lớp trên nền đất
Lề

Lớp mặt xe chạy - Ị
Lớp liên kết ' J
Lớp móng trên -Ị
Lớp móng dưới

í
/ i
/ứ

Phần trên của nền đát

Nền đất

H ình 1.1. Thuật ngữ

Lớp trên nền đất (lớp nền xử lý)
Lớp này chuyển tiếp giữa đất nền và m óng của mặt đường và có m ột chức năng kép:
- Trong giai đoạn thi côn g nó bảo vệ đất nền, bảo đảm cao trình và cho phép xe cộ
ch ớ vật liệu xây dựng các lớp mặt đường đi lại trên đó;
- Đ ối vớí chức nãng cơ học của mặt đường, lớp này bảo đảm sự đồng nhất và cải thiện
các tính chất phán tán của vật liệu nền đắp hoặc của đất tại chỗ.
V ai trò của các lớp tạo thành mặt đường:
- Các lớp m óng (lớp m óng dưới và lớp m óng trên)

- Lớp mặt.
Có thể phân định bằng sự đóng góp vào các chức năng mà mặt đường phải bảo đảm.

7


Các lớp móng
Lớp m óng của mặt đường thường gồm có hai lớp: lớp m óng dưới và lớp m óng trên.
Các lớp này làm bằng vật liệu đã gia côn g (với các mặt đường chịu lượng vận chuyến
cao) làm ch o mặt đường có cường độ cơ học chịu được tải trọng thẳng đứng do xe chạy
gây ra. Các lớp m óng này phân bố đều áp lực trên nền đất và duy trì các biến dạng của
nền đường nằm trong các giới hạn cho phép.
Với mặt đường ít xe chạy trong một s ố trường hợp vai trò của lớp m óng dưới có thế
được bảo đảm bằng việc xử lý đất tại chỗ.


Đ U Ờ N G

K H Á C

N H A U

V À

C Á C

K lỂ U

C H Ú N G

Dưới tác dụng phối hợp của sự lặp lại của tải trọng xe chạy (giao thông), của các
nhân tố khí hậu và của thời gian, mặt đường dần dà bị xuống cấp. V iệc tìm hiểu tính
chất của các hư h ỏn g và cách tiến triển các hư hỏng này chủ yếu để:
- Biết được cách làm việc của các kết cấu mặt đường;
- Chọn m ô hình tính toán thích ứng với kỹ thuật;
- Hiệu chỉnh lần cuối các kết quả tính toán về những điểm mà m ô hình cơ học dùng
để tính toán kết cấu mặt đường chưa xác định rõ.
Tùy theo tính chất và chất lượng của các lớp khác nhau mà thường gặp những hư
hỏng sau đây.

Lớp mặt xe chạy
- Mài m òn do ứng suất tiếp của tải trọng bánh x e gây ra;
- V ệt bánh xe do rão trong điểu kiện nhiệt độ cao và ứng suất do xe chạy gây ra lớn;

8


1.2.1.1. M ặt đường mềm
Các kết cấu này gồm m ột lớp mặt bitum tương đối m ỏng (dưới 15cm )

có thể giảm

xu ốn g còn một lớp láng nhựa do mặt đường ít xe chạy, được đặt trên m ột hoặc nhiều lớp
vật liệu hạt không gia cố. Chiều dày tổng cộng của mặt đường thường từ 30 đến 60cm .

1.2.1.2. M ặt đường nhựa bitum dày
Các kết cấu này gồm m ột lớp mặt bitum trên m ột thân mặt đường (lớp m ỏng) bằng
vật liệu gia c ố các chất liên kết hyđrôcácbon làm thành một hoặc hai lớp (lớp m óng trên
và lớp m ón g dưới). Chiều đày các lớp móng thường từ 15 đến 40cm .

9


Mặỉ đường mềm
1. Lớp mặt bằng vặt liệu bitum
2. Vật liệu bitum lớp móng (< 15cm)
Vt fs ạ ỉ *

ũ ụ tỉ

Ỹ ////////////////Â

3. Vật liệu hạt không gia cố (20 - 50cm)
4. Mặt nén đất

Mặt đường bitum dẩy
1. Lớp mặt vật liệu bitum

1 Bê tông xi măng (20 - 28cm)
2. Bé tỏng nghèo (12 - 18cm) hoặc vặt liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước (15 - 20)
3. Mặt nén đất

Tấm có thanh truyền lực với lớp móng
1. Bê tông xi măng (17 - 23cm)
2. Bê tỏng nghèo (14 - 22cm)
3. Mật nến đất

Tấm không có lớp m óng
1. Bê tông xi măng (20 - 39cm)
2. Lớp thoát nước
3. Mật nén đất

Bẻ tông cốt th ép lièn tụ c (1)
1. Bè tòng xi măng (16 - 24cm)
2. Bê tông nghèo (12 - 14cm)
3. Mặt nén đất

Bé tòng cốt thép liên tục (2)
1. Bẽ tông xi mâng (18 - 24cm)
2. Móng bằng vật !iệu nhựa (5cm)
3. Cát gia cố chất liên kết rắn trong nước (50 - 60cm;
3. Mặt nén đất

H ỉn h 1.2. Các loại kết cấu mặt đường
10


1.2.1.3. M ặt đường có lớp móng gia cố các chất liên kết rắn trong nước


1.2.2.1. M ặt đường mềm
* ứ n g su ấ t d o xe ch ạy gây ra

C ác vật liệu hạt không liên kết làm lớp m óng của mặt đường này c ó đ ộ cứng nhỏ phụ
thuộc vào độ cứng của đất và chiều dày của chúng. V ì chiểu dày lớp bitum khá m ỏng
nên các ứng suất thẳng đứng do xe chạy gây ra được truyền xuống nền đất theo m ột góc
phân bố ngang nhỏ. úng suất thẳng đứng lớn do lặp đi lặp lại gây ra các biến dạng dẻo
trong đất hoặc trong lớp cấp phối tạo thành các biến dạng dư ở bể mặt của mặt đường.
Đ á y của lớp mặt bitum chịu ứng suất kéo uốn lặp lại.

11


*Ánh hưởng của các điiềuu Hiện môi trường
Đ ộ cứng nhỏ của kết cấm llàm cho các kết cấu mặt đường này đặc biệt nhạy cảm với
những thay đổi trạng tháii ẩẩrm ướt của đất nền. Đ iều này được thể hiện qua "hiệu ứng
cạnh": Sự giảm sức chịu tải ởfthời kỳ ẩm ướt có thể làm lún .sệ m ép và nứt co trong thời
kỳ khô hạn.

Chú ý: Việc giảm sức chịịu! tảỉi do thay đổi trạng thái ẩm ướt của đất nền nhạy cảm với nước
càng rõ hơn (vê mùa mưa vài tcan .băng) khi điểu kiện thoát nước và không thấm nước của lớp mặt
đều xấu. Các kết cấu khác ciũnịg mhưvậy nên sau này chúng tôi không nhắc lại nữa.
* S ự tiến triể n của cá c ihưc hiòng

Sự phát triển thường thỉấyy của mặt đường m ềm được thể hiện trước tiên bằng sự xuất
hiện các biến dạng dư kiểui việt bánh bán kính lớn, các chỗ lõm và lún làm giảm chất
lượng của m ặt cắt ngang Víà imậặt cắt dọc.
N hững biến dạng này tiãmg lên theo lượng giao thông tích lũy về chiều sâu và chiều
rộng tùy thuộc vào chất Uươ/ng trung bình của kết cấu và độ phân tán của các đặc trưng

nứt dọc do m ỏi trong các vệt bánh xe thường xảy ra sau sự phá hoại bề mặt. Các đường
nứt dọc dần trở thành các đường nứt lưới với kích thước của ô lưới giảm dần. V iệc
ch u yên sang đường nứt lưới này sẽ xảy ra trong các vùng có chất lượng thấp (sức chịu
tải của nền, các đặc trưng của vật liệu liên kết, khu vực mà lớp mặt bị bong ra).
Đ ường nứt phát triển làm cho nước thấm nhanh vào thân mặt đường, khiến cho dường
nứt m ớ rộng m iệng, vật liệu bị bong ra và tạo thành ổ gà. Ở giai đoạn nàv các lớp liên
kết bị hỏng, cách làm việc của mặt đường thay đổi nhiều: dưới tác dụng của tải trọng sẽ
tạo thành các khối làm việc riêng rẽ.
V ới cách tính toán và vật liệu dùng ở Pháp cho các mặt đường này không quan sát
hoặc ít quan sát thấy các biến dạng dư do tải trọng gây ra trong đất, trừ các trường hợp
cá biệt (giao thông nặng sau mùa đông khắc nghiệt, thiếu sót về thi c ô n g .. .)•

1.2.2.3. M ặt đường có lớp móng gia cô chất liên kết rắn trong nước
* ứ n g su ất do xe ch ạ y gây ra

D o vật liệu gia c ố chất liên kết rắn trong nước có độ cứng lớn, ứng suất thảng đứng từ
mặt đường truyền xuống nền đất nhỏ. N gược lại, lớp m óng chịu ứng suất kéo uốn. Ưng
suất này có tính quyết định trong việc tính toán lại mặt đường này.
Các kết cấu này thường gồm một lớp m óng trên và một lóp m óng dưới. Khi lực dính
bám giữa các lớp này bảo đảm tính liên tục của chuyển vị thì ứng suất k éo lớn nhất quan
sát thấy ở đáy của lớp m óng dưới. Trường hợp ngược lại (xảy ra sự trượt tương đối) thì ở
đáy của cả hai lớp đểu chịu kéo. Mặt tiếp giáp của lớp mặt bitum và lớp m óng trên cũng
là m ột vùng nhạy cảm vì:
- Chịu ứng suất thẩng đứng và ứng suất cắt nằm ngang, và.
- M ấy centim et phía trên của lớp m óng gia c ố thường có cường độ thấp.
* Ả n h hưởng củ a c á c điều kiện m ôi trườnq
Các lớp m óng gia c ố chất liên kết rắn trong nước bị co rút do nhiệt độ và khi ngưng
kết. D o ma sát giữa lớp m óng và nền đất phía dưới sự co rút này bị cản trở, gây ra một
đường nút ngang. Nếu không có bố trí cấu tạo đặc biệt thì các đường nứt này sẽ truyền
lên lớp mặt. Các đường nứt này xuất hiện trên lớp mặt với một khoảng cách tương đối

lên lóp mặt.

1.2.2.4. M ặt đường có kết cấu hỗn hợp
Các lớp khác nhau của các kết cấu hỗn hợp có một chức năng khác nhau. Lớp vật liệu
gia c ố chất liên kết rắn trong nước bố trí ờ lớp m óng dưới nhờ có độ cứng lớn sẽ phân bố
và làm giảm ứng suất truyền lên nền đất. Mặt khác lớp này là lớp m óng có khả năng ít
biến dạng đỡ các lớp bitum phía trên.
Các lớp bitum (trong đó thường có Iĩiột lớp cấp phối đá bitum ) có nhiều nhiệm vụ.
Các lớp này bảo đảm chất lượng bằng phẳng và liên tục của các vật liệu này, nhờ chiều
dày của nó các lớp này làm chậm sự truyền các đường nứt ngang của các lớp vật liệu gia
c ố chất liên kết rắn trong nước và giảm ứng suất uốn ở đáy của lớp m óng.
* ứ n g su ấ t d o xe ch ạ y gây ra

Ở giai đoạn đầu tiên các lớp dính chặt nhau. Như vậy lớp bitum ít chịu k éo (trừ các
khu vực ở gần đường nứt ngang của lớp gia cố). Ngược lại ở đáy của lớp gia c ố chất liên
kết rắn trong nước thì lại chịu mỏi do uốn.

14


D o những chuyển động dãn nở khác nhau giữa lớp cấp phối đá bitum và các lớp cấp
phối đá gia c ố chất liên kết rắn trong nước và tác động của lượng g ia o thông, các lớp này
c ó thể không dính bám với nhau nữa ở một số khu vực. Đ iều này c ó thể làm tăng mạnh
ứng suất kéo trong lớp cấp phối đá - bitum và lớp này lại có thể bị hỏng do m ỏi.
* Ả n h hưởng củ a cá c điều kiện m ôi trường
Lớp gia cô' chất liên kết rắn trong nước bị co rút, tuy nhiên lớp bitum bảo đảm giảm
nhỏ gradien nhiệt độ hàng ngày. Chênh lệch nhiệt độ hàng ngày cùng với tác dụng của
x e chạy gây ra sự truyền nứt lên lớp bêtòng nhựa (chiều dày của lớp bêtông nhựa sẽ làm
giảm cường độ của ứng suất).



được trượt và có m ôđun cao nhằm hạn ch ế biến dạng của lớp bitum. Chiều dày của lớp
vật liệu hạt thường vào khoảng 12cm

để

đạt được độ chặt cao.

* Ả n h hưởng củ a cá c điều kiện môi trường
H iệu ứng nhiệt đối với sự phát triển đường nứt do co rút của các lớp gia cố chất liên
kết rắn trong nước và với khả năng biến dạng của các lớp bitum đã nói trong các kết càu
trên đây cũng xảy ra đối với kết cấu ngược.
* S ự tiến triể n củ a c á c h ư hóng
Các kết cấu ngược đầu tiên làm năm 1975. Những thí nghiệm về m ỏi do LCPC tiến
hành ch o thấy cá c kiểu hư hỏng tiềm tàng: lớp vật liệu hạt bị lún nhẹ theo vệt bánh xe
và sau m ột số lớn chu kỳ tác dựng trong các lớp bitum đột ngột xuất hiện m ột đường
nứt ngang do m ỏ i. Các đường nứt này rất nhỏ và thưa. Mặt khác không thấy c ó sự lión
quan giữa các đường nứt này với các đường nứt của lớp vật liệu gia c ố chất liên kết ràn
trong nước và như vậy là lớp vật liệu hạt có xác dụng tốt trong v iệc ch ốn g truyền nứt.
N ếu thi cô n g k h ôn g tốt nước thấm vào và đọng lại trong lớp vật liệu hạt thì mặt đường
bị h ỏn g nhanh.

1.2.2.6. M ặt đường bẻ tỏng xi máng
* ứ n q su ất d o x e ch ạ y gây ra

D o m ôđ u n đàn h ổi củ a bê tòng xi m ãng ca o , ứng suất do xe ch ạy chủ yếu làm cho
tấm bê tông chịu uốn. ứng suất nén truyền xuống đất nhỏ. Cũng như các mặt đường có
* m óng gia c ố chất liên kết rắn trong nước, ứng suất có tính quyết định là ứng suất kéo
uốn ở đáy.
Khi ngưng kết và dưới tác dụng của các chu kỳ nhiệt độ, bê tông chịu các bước co

giữa các tấm.
Sử dụng vật liệu ít bị xói m òn làm lớp m óng và thoát nước thích hợp ở cá c m ặt tiếp
giáp (giữa tấm và nền, giữa tấm và lề) là các giải pháp cấu tạo hiện được dùng ở Pháp
ch o phép tránh được sự phá hoại mặt đường bê tông do bi đội lên rồi bị cập kênh giữa
các tấm.
K iểu phá hoại của mặt đường bê tông cốt thép liên tục còn ít được biết đến. Loại mặt
đường này m ới được thi công ở Pháp lẩn đầu tiên vào năm 1983. Khi thấy vết nứt, ta có
thể n gh ĩ rằng sự hư hỏng cũng bắt đầu tương tự như với các kết cấu khác. Trái lại, do có
cốt thép và đường nứt nhỏ, sự không liên tục theo chiều ngang vẫn có chất lượng truyền
lực thực tế giốn g như chất lượng truyền lực của cá c khe nối dọc.
1.3. LỊCH S Ử PH ÁT TRIEN p h ư ơ n g p h á p t í n h t o á n c ủ a p h á p
Sự phát triển của phương pháp thiết k ế không thể tách rời sự phát triển của hai loại
yếu tố:
' Các vật liệu mật đường và kỹ thuật thi công;
- Tải trọng, lượng giao thông của xe tải chở nặng và tốc độ của xe con.
Ở Pháp cho đến những năm 50 việc thiết k ế mặt đường m ềm vẫn được tiến hành theo
phương pháp thực nghiệm , tương tự với các kết cấu đã xây dựng. V ới các m ặt đường
bẳng vật liệu không liên kết thường dùng phương pháp CBR của M ỹ.
V ới các kết cấu bê tông như đoạn đầu đường cao tốc m iền Tây được xây dựng năm
1939, thì tính sức bền vật liệu theo phương pháp Westergaard (1927) cho các tấm bê tông.
17


Các côn g trình lý thuyết của Biưmister (1943) về tính ứng suất và biến dạng của bán
không gian nhiều lớp đàn hồi dưới một tải trọng thẳng đứng hình tròn, cũng như các
cô n g trình của Ivanov (L iên X ô cũ) và của M ac Leod (Canada) phân tích tình hình làm
v iệc của mặt đường từ các m ô hình đàn hồi dẻo được xem như những côn g trình đầu tiên
của m ột phương pháp thiết k ế cơ h ix lý thuyết.
Sau ch iến tranh th ế giới lân thứ liai các kv sư Pháp đã đề ra phương pháp thiết k ế mặt
đường theo cơ học. N ăm 1948 Hortei đã giải Uiích về mặt lý thuyết tình hình làm việc



Hình 1.3. Một sô' sách về thiết k ế và xây dựng mặt đường


Hình 1.4. Thiết bị do độ võng Lacroix
N ăm 1971, Cục Đ ư ờn g bộ đã xuất bản tập C a ta lô c á c kết cấu m ẫu củ a m ặt đườmg.
Đ ể tính toán kết cấu phải x em xét hai tiêu chuẩn:
- Trị số áp lực giới hạn Itrên đất nền, tra từ các toán đồ CBR đã có;
- Đ ộ dãn dài giới hạn củ a các lớp liên kết. Thực tế độ dãn dài này không được tímh
trực tiếp mà được xác địnhi từ độ võng bề mặt của mặt đường.
V iệc sử dụng tin học đ ể giải bằng sô' bài toán nhiều lớp đã khắc phục được những giiới
hạn về số lớp và cho phép phân tích chính xác, đầy đủ và hệ thống hơn úng suất và b iến
dạng trong các kết cấu mặit đường. Từ 1964 đã sử dụng phần m ềm A lizé [38] trong vitệc
tính toán kiểm tra biến dạmg kéo của các lớp liên kết ở Catalô 1974 và sau đó được ÍSỦ
dụng m ột cách có hệ thốing để xác định C a ta lô c á c kết cấu m ẫu củ a m ặt đường m ớ i,
nãm 1977 (hình 1.3).
Phương pháp luận đ ư ợc xây dựng cùng với việc lập Catalô 1977 rồi H ư ớ n g dẫn thi ết
k ế tăng cư ờ n g m ặt đường mềm [3] đã xác định các nguyên tắc của phương pháp tính

toán lý thuyết được làm rõ và phát triển trong tài liệu này.
1.4. N H Ũ N G N É T L Ớ N C Ủ A PHUƠNG PHÁP TÍNH T O Á N PH ÁP
V iệc lựa ch ọn giữa thiiết k ế kết cấu mặt đường làm m ới và k h ôi phục mặt đườrag
trước hết phải được xem Xíét trong một khuôn khổ kinh tế - k ĩ thuật rộng rãi, trong đ ó
c ó v iệ c ch ọ n chính sách quản lý mạng lưới đường m à chủ côn g trình đã làm như đ ã
nêu ở phần II.
Trong bước tính toán thuần túy, phương pháp của Pháp dựa trên sự kết hợp giữa c á c
thành tựu của cơ học lý thuiyết và các yếu tố thực nghiệm:
- Các phương pháp c ủ a cơ học được dùng để xác định m ột m ô hình kết cấu m;ặt
đường và tính toán các ứnịg suất do tải trọng tiêu chuẩn của trục bánh tính toán gây r;a;

trong phòng thí nghiệm đã chứng tỏ điều đó. Thêm vào những mặt đặc trưng đó của các
vật Liệu là sự biến đổi bề dày của các lớp mặt đường thi côn g ở hiện trường, sự biến đổi
đó phụ thuộc vào các phương pháp thi công và chất lượng công tác.
Cuối cùng, các tham sô' của m ôi trường và lượng vận chuyển là các yếu tố gây ra ứng
suất trong mặt đường cũng thay đổt trong cuộc đời của mặt đường m à thường không thể
dự báo chính xác (thời kì đóng bãng, tỉ lệ tăng x e ..
Sự kết hợp toàn bộ các điểm không chắc chắc này là lý do áp dụng phương pháp xác
suất để đánh giá sư tăng trưởng nguy cơ xuống cấp của mặt đường Đ iều này được thể
h iện trong các khái niệm về tuổi thọ ban đầu và độ rủi ro của tính toán nói ở m ục 1.4.2.
M ụ c 1.4.4. nói rõ cách xác định ứng suất cho phép.

21


1.4.2. Các khái niịệim về ttuổi ithọ ban đầu và độ rủi ro tính toán
K hái niệm "tuổi thiọ'" c.ảai mật: đường là một khái niệm khó xác định và ít dùng một
mặt d o sự xuống cấp của mặt điườmg phát triển không đồng đều, mặt khác vì lý do an
toàn và kinh tế nên viiệc, biảo) dưỡmg mặt đường thường được tiến hành trước khi kết cấu
mặt đường bị phá hoai hoiàni toàm. Vì vậy cần tìm m ột thuật ngữ khác để tính toán các
thiết k ế m ặt đường.
X ét tới tính chất xầc suiấtí đã mói! trên đây, mục tiêu có thể được ghi nhận là xác suất
xuất h iện sự xuống cấ)p (vối rmột ttímh chất hoặc m ột biên độ cho trước) trước m ột thời kỳ
p năm ch o trước, phải nhỏ Ihcơn mcột giá trị quy định.
X ác suất phá hoại này dỉưíợc gcọi là "độ rủi ro tính toán" và thời kỳ pnăm được gọi

là

"tuổi thọ ban đầu tính toánì"
Đ ộ r ủ i ro x % tro n g thờìi kkỳ p măm được dùng đ ể thiết k ế m ặt đường ch ín h là x á c suất
x u ấ t h iện cá c h ư hỏn g đòi hiỏi phiải’ làm công tác tăng cư ờ ng tương tự n h ư làm m ới mặt

Trong phụ lục 7.5 cho một ví dụ chi tiết tính toán đ ộ phá hoại của m ột lượng giao
thông đã biết cho m ột số loại kết cấu mặt đường. Cũng c ó thể dựa theo phương pháp này
để xác định lượng giao thông tích lũy tương đương với m ột trục bánh tính toán khác với
trục bánh tính toán của Pháp.
Mặt khác để thuận tiệ n (nhất là cho việc chọn lựa giữa các cấp sản phẩm hoặc vật liệu
mặt đường) nên sử dụng khái niệm về cấp giao thông (6 .2 .1 ). Cấp g ia o thông Tj được
xác định từ lượng giao thông của xe nặng trung bình ngày đêm (M JA ) của làn x e nặng
nhất, trong nãm đưa đường vào sử dụng. Các cấp được xác định bằng các giới hạn ch o ở
bảng 1.1.
B ản g 1.1. Xác định các cấp giao thông
T3
T5

Cấp

T3MJA

0

T2

T1

TS

T0

T4

25

TS+
3000

5000

MJA: Lượng giao thông trung bình hàng năm.

1.4.3.2. M ôi trường - Các sô'liệu về khí hậu
N hiệt độ ảnh hưởng đến sự làm việc của các loại mật đường khác nhau:
- D o nó ảnh hưởng đến các đặc trưng cơ học của vật liệu bitum;
- D o làm thay đổi các chu kỳ mở rộng đường nứt co rút của vật liệu gia c ố cá c chất
liên kết rắn trong nước;
- D o sự biến dạng của tấm dưới tác dụng của gradien nhiệt độ trong mặt đường cứng.
Với mặt đường nhựa việc tính toán thường được tiến hành ở m ột nhiệt độ mặt đường
không đổi tương đương. Với nước Pháp chính quốc thường lấy trị s ố 1 5 ° c .
Trong phụ lục 7-6 có phần tính toán chi tiết nhiệt độ tương đương với m ột sự phân bố
hàng năm của nhiệt độ. Cũng như việc phân tích tác dụng phá hoại của giao thông, việc
tính toán nhiệt độ tương đương dựa trên sự tương đương của các hư hỏng tích lũ y. Áp
dụng cách làm này thì có thể m ở rộng phương pháp tính toán của Pháp ch o các điều kiện
khí hậu khác.

1.4.3.3. Nền đất
Đ ặc trưng của đất nền đường, việc chọn vật liệu sử dụng ch o lớp trên nền đất và các
điều kiện thi công chúng đã được viết trong tập hướng dẫn k ỹ thuật "Thi cô n g nền đắp
và lớp trên nền đất" xuất bản 1992 [19].
Đ ặc trưng cơ học của đất nền đường và của lớp trên nền đất được x á c định trong phần
IV . Đ ể tính toán thiết kế kết cấu mặt đường, thông thường đất nền được biểu thị bằng
m ột trị s ố môđun đàn hồi ở trạng thái độ ẩm bất lợi nhất.
23



1.4.3.5. C hất lượng thi công’
Phương pháp tính toán này đlươc áp dụng với điều kiện phải tuân thủ các quy định và
nguyên tắc k ĩ thuât liên quan điếni viiộc chế tạo và thi công các vật liệu. N hư vậy sẽ bảo
đảm sự đ ồn g nhất về thành phầm pihối hợp và các đặc trưng cơ học.
Tuy nhiên khi đã khống chế đuiợc các yếu tố này thì chiều dày của các lớp vẫn có thể
bị thay đ ổi vì nguyên nhân thi (Cô)ng. Việc tính toán phải tính đến sự phân tán này bằng
cách sử dụng các trị s ố điều chỉinhi rúít la được từ việc quan sát trên các côn g trường được
tiến hành bình thường và điều cihỉmh theo tính chất của phương pháp thi cô n g và kiểm tra
sử dụng.

24


1.4.4. Xác định ứng suất cho phép
Các trị s ố của ứng suất cho phép trong các lớp mặt đường được xác định theo các đặc
trưng của tình hình m ỏi của vật liệu, theo lượng giao thông tích lũy và độ rủi ro tính
t oán. Đ ể điều chỉnh sai lệch giữa các kết quả tìm được qua tính toán và kết quả quan sát
tìn h hình làm việc của mặt đường, phải đưa vào một hệ số điều chỉnh.

1.4.4.1. Tương quan giữa ứng suất cho phép và độ rủi ro tính toán
Sự biến đổi đặc tính cơ học của các vật liệu mặt đường được coi như nằm trong những
g iớ i hạn tương đối hẹp, đối với các vật liệu được sản xuất và đem thi cô n g phù hợp với
icác tiêu chuẩn và các quy phạm, thì các yếu tố để giải thích sự biến đ ổi của việc xuất
Ihiện và phát triển các hư hỏng của mặt đường chỉ là sự phân tán:
- V ế các kết quả thí nghiệm mỏi.
- V ề bề dày của các lớp lúc thi công.
Đường cong mỏi rút ra từ các thí nghiệm trong phòng được xác định với m ột xác suất
phá hoại 50%. Các kết quả thí nghiệm , được biểu thị bằng logN (logarit thập phân của
s ố chu kỳ gây phá hoại) được phân bố theo quy luật chuẩn với một độ lệch chuẩn là SN.

1.4.4.2. H ệ s ố điều chỉnh
V iệc tính toán ứng suất ch o phép của các lớp mặt đường có dùng chất kết dính có sử
dụng một hệ s ố điều chỉnh, ký hiệu kc, nhằm điều chỉnh độ lệch giữa các kết quả tính
toán bước đầu với tình hình của mặt đường quan sát được.
Các trị s ố của kc tìm được từ v iệc phân tích ngược tình hình của nhiều loại mặt đường
làm mới và tăng cường được tiến hành trong thời k ỳ 1975 đến 1985.
Các trị s ố của hộ số điều chỉnh liên quan với:
- Các vật liệu mặt đưòng phù hợp với các quy phạm được xuất bản trong thời kỳ đó
của Cục Đ ường bộ.
- M ô hình tính toán của hộ nhiều lớp đàn hồi tuyến tính;

26


- Sự m ô tả tình hình mỏi của các vật liệu từ các thí nghiệm m ỏi khi uốn như đã xác
định trong các tiêu chuẩn tham khảo của các tài liệu này.
Trong trường hợp m ô hình tính toán hoặc biên bản thí nghiệm m ỏi khác với những
quy định nói ở đây (ví dụ tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn với các quy luật
làm v iệ c phi tu y ế n ...) thì không cho phép sử dụng các trị số kc cho trong tài liệu này.
Đ ể xác định giá trị của hệ số điều chỉnh của các vật liệu m ới phải thông qua việc
phân tích tình hình chạy xe của mặt đường trong một thời gian đủ dài, để xét tới các tác
động k h í hậu của các mùa. Phụ lục cúa tiêu chuẩn NFP98 - 086 - "Tính toán mặt đường
ô tô: C ác yếu tố cần xét để tính toán thiết kế" có trình bày cách xác định các hệ số điều
chỉnh. Thí nghiệm m ỏi của LCPC cho phép thu được các số liệu để điều chỉnh nhưng
phải được đ ối chiếu với các vật liệu và kết cấu quen thuộc của đường ôtô.
1 .4 .5 . X á c đ ịn h ch iều dày các lớp
C ác ch iều dày vật liệu tìm được qua tính toán ứngsuất trong kết cấu được chính xác
hóa đ ể xác định chiều dày các lớp sẽ thi công để:
- T ính đến các chiểu dày tối thiểu và tối đa do nhũng bó buộc về côn g nghệ để đảm
bảo các yêu cầu về độ chặt và độ bằng phảng;