CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

CHUYÊN ĐỀ
THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM THEO CHỈ SỐ
KẾT CẤU

Trang: 1


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chuyên đề này trước tiên nhóm em xin gửi đến các quý thầy, cô
giáo trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân
thành và sâu sắc nhất.
Đặc biệt, nhóm em xin gửi đến Thạc sỹ Thầy Trần Viết Khánh – Người đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ nhóm hoàn thành chuyên đề này lời cảm ơn sâu sắc nhất.
Mặc dù bản thân nhóm đã rất cố gắng nhưng do thời gian, kiến thức và kinh
nghiệm có hạn nên bài làm của nhóm còn có nhiều thiếu sót trong việc trình bày, đánh
giá và đề xuất ý kiến. Nhóm em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến
của quý thầy cô và các bạn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trang: 2


2.2.5. Phương trình xác định chiều dày các lớp vật liệu.............................................................9
2.2.6. Các bước thiết kế kết cấu áo đường mềm bằng chỉ số kết cấu SN....................................9
2.2.7. Phân tích chi tiết từng thông số cụ thể............................................................................10
CHƯƠNG 3:VÍ DỤ TÍNH TOÁN...................................................................................30
3.1. Số liệu tính toán..............................................................................................................30
3.2. Kết quả tính toán theo 22TCN 211 – 06.........................................................................31
3.3. Kết quả tính toán theo chỉ số kết cấu SN.......................................................................44
CHƯƠNG 4:NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ......................................................................51
4.1. Ưu, nhược điểm của phương pháp.................................................................................51
4.2. Một số so sánh đánh giá.................................................................................................51
4.2.1. Số liệu đầu vào................................................................................................................51
4.2.2. Phương pháp kiểm toán...................................................................................................53
4.2.3. Kết quả đạt được..............................................................................................................54
CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................56
5.1. KẾT LUẬN....................................................................................................................56
5.2. KIẾN NGHỊ...................................................................................................................56
PHỤ LỤC A: BẢNG TRA XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CHUYỂN ĐỔI TRỤC TƯƠNG ĐƯƠNG
ESAL............................................................................................................................ 58

Trang: 3


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

Trang: 4

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT




DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Bảng 2.1 – Các loại móng trên thường dùng…………………………………………..6
Bảng 2.2 – Các loại móng dưới thường dùng………………………………………….7
Bảng 2.3 – Chiều dày các lớp tối thiểu trong kết cấu áo đường mềm…………………7
Bảng 2.4 – Thời hạn phục vụ của áo đường mềm………………………………….....11
Bảng 2.5 – Thời hạn phân tích của mặt đường mềm……………………………….....11
Bảng 2.6 – Hệ số phân bố theo làn……………………………………………………13
Bảng 2.7 – Phạm vi mức độ tin cậy…………………………………………………...14
Bảng 2.8 – Độ lệch trung bình tiêu chuẩn ZR…………………………………………15
Bảng 2.9 – Độ tổn thất khả năng phục vụ…………………………………………….17
Bảng 2.10 – Trình tự xác định MR……………………………………………………18
Bảng 2.11 – Thời đoạn các mùa trong năm và thời điểm xác định MR………………19
Bảng 2.12 – Mức độ chất lượng thoát nước cho kết cấu áo đường mềm…………......27
Bảng 2.13 – Trị số của hệ số thoát nước mi…………………………………………..27
Bảng 3.1 – Bảng tổng hợp số liệu một số loại vật liệu sử dụng………………………30
Bảng 3.2 – Giá trị tải trọng trục xe……………………………………………………31
Bảng 3.3 – Bảng lưu lượng xe thiết kế ở năm tương lai……………………………...31
Bảng 3.4 – Bảng tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100kN năm tương lai.…..32
Bảng 3.5 – Bảng dự kiến kết cấu áo đường…………………………………………...35
Bảng 3.6 – Bảng quy đổi các lớp về lớp tương đương………………………………..36
Bảng 3.7 – Bảng quy đổi các lớp về lớp tương đương………………………………..37
Bảng 3.8 – Bảng quy đổi các lớp về lớp tương đương………………………………..38
Bảng 3.9 – Bảng quy đổi các lớp về lớp tương đương…………………………….….40
Bảng 3.10 – Bảng quy đổi các lớp về lớp tương đương………………………………42
Bảng 3.11 – Độ tổn thất khả năng phục vụ tùy vào cấp đường……………………….44
Bảng 3.12 – Hệ số chuyển đổi trục xe ứng với SN giả thiết………………………….44
Bảng 3.13 – Tổng số ESAL thiết kế…………………………………………………..45
Bảng 3.14 – Phạm vi mức độ tin cậy………………………………………………….45


1.1.

Mục đích, lí do chọn đề tài

Từ xưa đến nay “Giao thông vận tải luôn là mạch máu của nền kinh tế ở mỗi
quốc gia”. Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ hiện đại, yêu
cầu về sự cải tiến, hoàn mỹ cũng ngày càng tăng. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng cơ
sở hạ tầng nói chung và cũng đặt ra muôn vàn thách thức cho ngành Giao thông vận
tải nói riêng. Do đó hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn, các phương pháp tính toán thiết
kế kết cấu áo đường của các nước tiên tiến trên thế giới luôn được cập nhật, cải tiến,
điều chỉnh để nhằm hướng đến một kết quả sát thực hơn với thực tế từ đó nâng cao
chất lượng công tác thiết kế và xây dựng đường ô tô. Nhưng không phải bất cứ nước
nào trên thế giới đều có thể tự đứng ra xây dựng được các tiêu chuẩn kỹ thuật bằng kết
quả nghiên cứu của mình. Thực tế cho thấy các nước có nền công nghiệp phát triển và
trình độ phát triển khoa học công nghệ ở mức cao như Mỹ, Anh, Pháp, Trung Quốc...là
có khả năng tự xây dựng lý thuyết, tổ chức thực nghiệm và biên soạn được tiêu chuẩn.
Các nước còn lại thường lựa chọn và dựa vào một trong những tiêu chuẩn đã được
công bố để biên dịch, biên soạn và chỉnh sửa sao cho phù hợp với điều kiện của quốc
gia.
Việc nghiên cứu cải tiến các phương pháp tính toán thiết kế kết cấu áo đường
theo hướng phù hợp với điều kiện khai thác của mỗi quốc gia luôn là bài toán khó và
được các nước quan tâm nghiên cứu. Đối với Việt Nam, việc tận dụng, kế thừa những
sản phẩm khoa học của thế giới là cần thiết, tuy nhiên điều quan trọng là lựa chọn và
vận dụng một cách đúng đắn những kết quả nghiên cứu đó để sử dụng có hiệu quả ở
nước ta.
Thực trạng hiện nay các dự án xây dựng đường ô tô ở Việt Nam đang sử dụng
song song hai phương pháp để tính toán kết cấu mặt đường mềm. Hai phương pháp
này được quy định và hướng dẫn trong 2 tiêu chuẩn ngành đó là Tiêu chuẩn ngành
22TCN 211 – 06 và 22TCN 274 – 01. Trong quá trình nghiên cứu, sử dụng, cả hai tiêu
chuẩn đều có những vấn đề cần phải điều chỉnh bổ sung cho phù hợp hơn với điều

phục vụ của mặt đường (PSI) với các yếu tố cấu tạo kết cấu như bề dày, loại vật liệu
các lớp, điều kiện chế độ thủy nhiệt, cường độ đất nền để cuối cùng tính ra một chỉ số
cần thiết tượng trưng cho cường độ của kết cấu áo đường (SN). Trạng thái giới hạn của
phương pháp này là mức độ phục vụ của mặt đường.[3], [5]
Phương pháp này dựa trên lượng thông tin lớn gồm: Lý thuyết tính toán, các
nghiên cứu thí nghiệm trong phòng, các đoạn thực nghiệm, nghiên cứu thực nghiệm,
nghiên cứu vật liệu, phương pháp, thiết bị thí nghiệm và một yếu tố quan trọng nhất đó
là xem xét tính năng phục vụ của kết cấu. Thiết kế kết cấu cuối cùng phải dựa trên số
liệu khảo sát kỹ lưỡng về các điều kiện cụ thể của từng dự án gồm vật liệu, điều kiện
môi trường, giao thông, vấn đề kinh tế của chu kỳ tuổi thọ và vấn đề tính năng phục vụ
các kết cấu ở các dự án tương tự trong các điều kiện tương tự ở cùng vùng. [5]
Xuất phát từ tình hình đó, nhóm em đã chọn đề tài: “Thiết kế kết cấu áo đường
mềm theo chỉ số kết cấu SN” với mục đích là tiếp cận và tìm hiểu một phương pháp
thiết kế kết cấu áo đường mềm với yêu cầu về các thông số đầu vào sát với điều kiện

Trang: 2


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

thực tế hơn. Từ đó so sánh được ưu, nhược điểm của từng phương pháp và có cái nhìn
tổng quan hơn về 2 phương pháp.
1.2.

Nội dung nghiên cứu



GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM THEO CHỈ
SỐ KẾT CẤU (SN)
.1. Một số kết cấu áo đường mềm được sử dụng hiện nay



Một số kết cấu áo đường phổ biến hiện nay:
Kết cấu áo đường mềm truyền thống gồm một lớp bê tông nhựa rải lên trên một



lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm và lớp móng dưới bằng cấp phối đá hoặc cấp
phối thiên nhiên;
Kết cấu áo đường mềm có nhiều lớp bê tông nhựa dày rải trên các lớp cấp phối đá



dăm với lớp bê tông nhựa;
Kết cấu áo đường nửa cứng gồm các lớp bê tông nhựa rải trên lớp móng cấp phối



đá gia cố xi măng;
Kết cấu áo đường mềm gồm các lớp bê tông nhựa rải trên móng đá gia cố bitum.

Hình 2.1 – Một số loại kết cấu áo đường hiện nay

Trang: 4

2.2.

Cấu tạo kết cấu áo đường mềm

.2.8.1.

Cấu tạo của lớp mặt



Lớp mặt của kết cấu áo đường mềm phải là bê tông nhựa hoặc vật liệu có sử dụng



nhựa;
Lớp mặt bằng bê tông nhựa có thể gồm 1, 2 hoặc 3 lớp với chiều dày tối đa lu lèn



không quá 8cm. Chiều dày tối thiểu quy định trong Bảng 2.3;
Lớp bê tông nhựa tầng mặt có thể là lớp bê tông nhựa rải nóng, rải nguội hoặc cũng



có thể là bê tông nhựa Polyme hoặc SMA (Stone Matrix Asphalt);
Lớp mặt dưới có thể dùng bê tông nhựa rỗng, đá dăm đen, đá dăm thấm nhập nhựa
hoặc cũng có thể là bê tông nhựa tái sinh.

.2.8.1.


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

Bảng 2.2 – Các loại móng dưới thường dùng

Bảng 2.3 – Chiều dày các lớp tối thiểu trong kết cấu áo đường mềm

Trang: 7


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH
2.3.

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

Các thông số đầu vào để thiết kế kết cấu áo đường mềm
1 – Thời hạn phục vụ của mặt đường mềm (Tp.v);
2 – Thời hạn phân tích của áo đường (Tp.t);
3 – Tổng số trục xe tương đương (W80);
4 – Độ tin cậy (R);
5 – Chỉ số khả năng phục vụ ban đầu và cuối, tổn thất khả năng phục vụ (PSI);
6 – Mođun đàn hồi hữu hiệu của đất nền đường (MR);
7 – Các đặc trưng tính toán của các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường và xác định
các hệ số lớp (ai);
8 – Các hệ số thoát nước (mi).

2.4.

MR: Mô đun đàn hồi có hiệu của vật liệu (Đất) nền đường, (MPa);

Trang: 8


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

PSI: Độ tổn thất tính toán khả năng phục vụ PSI  p o  p t ;
Po: Khả năng phục vụ ban đầu;
Pt: Khả năng phục vụ cuối thời hạn thiết kế.
2.5.

Phương trình xác định chiều dày các lớp vật liệu
2.54SN  a1 �D1  m 2 �a 2 �D 2  m 3 �a 3 �D3 ,  2 

Trong đó:



a1, a2, a3: Hệ số của lớp mặt, lớp móng trên và lớp móng dưới;
m2, m3: Hệ số thoát nước của lớp móng trên, móng dưới;
D1, D2, D3: Chiều dày tính bằng cm của lớp mặt, móng trên và móng dưới;
2.54: Hệ số đổi đơn vị từ inch sang cm.
Kết quả của phương trình này sẽ bao gồm nhiều tổ hợp kết cấu khác nhau mà thỏa
mãn được phương trình kiểm toán. Khi lựa chọn trị số chiều dày của các lớp cần
phải xem xét các điều kiện về cấu tạo, giá thành để đưa ra một kết cấu hợp lý.


SN trong phương trình (2) lớn hơn phương trình (1) thì kết cấu đảm bảo khả
năng chịu lực.
 Bài toán 3: Phương pháp tính chiều dày từng lớp theo phương pháp phân tích
chi tiết theo từng lớp:
 Ngoài cách tính là thay các thông số vào phương trình như trên thì còn có thể tính
chỉ số SN bằng cách tra toán đồ với trình tự tiến hành theo mũi tên trên toán đồ:

Hình 2.2 – Toán đồ dùng để xác định chỉ số kết cấu SN
2.7.

Phân tích chi tiết từng thông số cụ thể

.2.7.1. Thời hạn phục vụ của mặt đường mềm

Hình 2.3 – Thời hạn phục vụ (Thời hạn thiết kế) của mặt đường mềm

Trang: 10


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT



Thời hạn phục vụ hay thời hạn thiết kế là khoảng thời gian mà một kết cấu mặt




KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

Bảng 2.5 – Thời hạn phân tích của mặt đường mềm
.2.7.3. Xác định tổng số trục xe tương đương (W80)


Việc ước tính tải trọng trục đơn tương đương là yếu tố quan trọng nhất trong quá



trình thiết kế. Nếu tải trọng trục đơn tương đương được ước tính không chính xác
thì tuổi thọ của đường có thể bị rút ngắn đáng kể hoặc nếu tải trọng trục đơn tương
đương được ước tính vượt quá số trục xe thực tế thì kết cấu mặt đường thiết kế sẽ
quá dày dẫn đến kết cấu mặt đường không kinh tế;
Xe tính toán trong tiêu chuẩn này là xe có tải trọng trục đơn 80kN hay 10 Kíp;



Khi dùng trong thiết kế tiền khả thi, ta dùng hệ số quy đổi xe về tải trọng trục đơn
theo công thức sau:
4.5

�L �
Lf  � �
�L80 �





 Bước 3: Các Bảng A.5, A.6, A.7 dùng để tìm hệ số quy đổi xe khi xe có trục đơn,
trục kép, trục ba dùng cho thiết kế kết cấu áo đường mềm với chỉ số phục vụ cuối
cùng pt = 2.5;
 Bước 4: Để tra tìm hệ số quy đổi xe, ta giả định trước một chỉ số SN. Khi tính ra
SN từ phương trình (1), nếu sai khác nhiều so với SN giả định thì phải giả thiết lại
1 giá trị SN khác và tính lại để đảm bảo SN giả thiết và SN tính ra được không sai
khác nhau quá 1 đơn vị.
 Sau khi tính ra tổng số trục xe tương đương tích lũy trong cả thời hạn phục vụ của
kết cấu áo đường chạy qua một mặt cắt của đường W ^80 ta cần xác định tổng số trục
xe tương đương chạy qua một mặt cắt của một làn xe thiết kế W 80 theo công thức
sau:
W80  D D �D L �W ^ 80

Trong đó:
DD: Hệ số phân bố theo chiều, thay đổi từ 0.3 – 0.7 tùy thuộc vào điều tra thực tế.
Trong trường hợp thông thường DD = 0.5 = 50% với hầu hết các đường có nghĩa là
với đường có 2 làn xe trở lên thì sự xuất hiện của các xe trên 1 chiều xe chạy là ½
số lượng xe trên cả 2 chiều xe chạy;
DL: Hệ số phân bố theo làn – Là xác suất để xuất hiện đồng thời các xe trên 1 làn
^
xe, ví dụ như với lưu lượng xe trên một chiều xe chạy là D D �W 80 và số làn xe
trên 1 chiều là 1 làn thì chắc chắn rằng toàn bộ lưu lượng xe ấy sẽ đi trên làn đó có
nghĩa là DL = 100% = 1.0 – Giá trị tính toán được lấy theo bảng sau:

Bảng 2.6 – Hệ số phân bố theo làn
.2.7.4. Độ tin cậy (R)


Độ tin cậy về cơ bản nó là một cách kết hợp một số mức độ tin cậy nào đó vào quá


Bảng 2.7 – Phạm vi mức độ của độ tin cậy


Để đánh giá cho mức độ tin cậy ấy, người ta dùng khái niệm trị số độ lệch trung
bình tiêu chuẩn (ZR) được quy định trong bảng dưới đây:

Trang: 14


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
KHÁNH

GVHD: Th.S TRẦN VIẾT

Bảng 2.8 – Độ lệch trung bình tiêu chuẩn ZR


Giá trị độ lệch tiêu chuẩn toàn bộ So trong tính toán kết cấu áo đường mềm được
quy định là 0.45.

.2.7.5. Chỉ số khả năng phục vụ ban đầu và cuối, tổn thất khả năng phục vụ PSI


Để tìm hiểu về chỉ số khả năng phục vụ và độ tổn thất khả năng phục vụ trước hết
ta tìm hiểu về khả năng phục vụ. Khả năng phục vụ của tuyến đường là mức độ dễ
dàng sử dụng đường của các loại phương tiện lưu thông trên đường. Số đo đầu tiên
về khả năng phục vụ là chỉ số khả năng phục vụ (PSI – Present Serviceability
Index):
 Là một chỉ tiêu tổng hợp được sử dụng rộng rãi để đánh giá tình trạng và khả

theo công thức sau:
1
�y2  n ��y 2
SV 
n 1
Với: y – Là độ chênh cao giữa 2 điểm trên vệt bánh xe cách nhau 9.0inch
(22.86cm) và n là số lần đo được xác định thông qua thí nghiệm đo độ bằng
phẳng của AASHTO. Tuy nhiên phương pháp này rất tốn kém và không mang
được ứng dụng thực tế. Hiện nay có một phương pháp khá phổ biến dùng để
xác định độ gồ ghề đó là phương pháp xác định độ gồ ghề thông qua chỉ số độ
gồ ghề quốc tế IRI tương đối đơn giản, nhanh chóng và rất chính xác. Do vậy,
Hall và Munoz đã xây dựng mối tương quan giữa phương sai độ dốc và chỉ số
IRI theo công thức sau:
SV  2.2704 �IRI 2

Và công thức xác định chỉ số PSI được viết lại theo đơn vị met như sau:
PSI  5.03  1.91 �log  1  2.2704 �IRI 2   8.90 �RD 2  0.01 � C  P 



0.5

,[10]
Chỉ số khả năng phục vụ ban đầu (po) tùy thuộc vào chất lượng yêu cầu ban đầu
của kết cấu áo đường lúc vừa xây xong. Đối với:
 Đường cao tốc, đường có tốc độ V  80(Km/h) thì po = 4.2;
 Đường có tốc độ V  60(Km/h) thì pomin = 4.0.





.2.7.6. Mođun đàn hồi hữu hiệu của đất nền đường MR


Mođun đàn hồi là số đo đặc tính đàn hồi của đất, nó thay đổi nhiều tùy theo độ ẩm



của đất và tải trọng gây ra. Vì phụ thuộc vào trạng thái ẩm nên trị số mođun đàn
hồi của nền đất thay đổi rất đáng kể theo mùa. Đối với vật liệu làm nền đường cần
phải thí nghiệm để xác định trị số mođun đàn hồi và phải được tiến hành trên các
mẫu đại diện với các điều kiện về độ ẩm tương đương từng mùa.
Cần lưu ý rằng giá trị M R ở đây là giá trị trung bình bởi vì chúng ta đã sử dụng giá



trị độ tin cậy R và độ tin cậy ấy đã xét đến được các sự thay đổi của nhiều nhân tố
gắn liền với thiết kế mà chúng ta không thể dự đoán được nên nếu chúng ta chọn
giá trị MR tối thiểu để thiết kế thì kết cấu áo đường sẽ an toàn quá mức dẫn đến
không kinh tế.
Hầu hết các loại đất được đầm nén có xu hướng trương nở khi bị thấm nước. Khi



đất trương nở thì khả năng chịu tải giảm và sẽ tương ứng với một mức độ phá hoại
tương đối uf. Vì vậy mục đích của việc xác định mođun đàn hồi theo mùa là nhằm
định lượng được sự hư hỏng tương đối u f của kết cấu áo đường khi chịu ảnh hưởng
của thời tiết mỗi mùa trong năm. Mođun đàn hồi dùng để thiết kế là giá trị tương
đương sự ảnh hưởng tổng hợp của các giá trị mođun đàn hồi theo mùa.
Có hai phương pháp xác định MRi:

Mùa mưa
Chuyển mùa

Số
Mođun đàn hồi
tháng ni của đất nền MR, MPa
n1
MR1
n2
MR2
n3
MR3
n4
MR4

Độ hư hỏng
tương đối ufi
uf1
uf2
uf3
uf4

Tích của
ufi x ni
uf1 x n1
uf2 x n2
uf3 x n3
uf4 x n4
4