BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
PHOUXAY KHAMKHANPOM
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THAM SỐ KHÍ HẬU,
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
MẶT ĐƯỜNG MỀM PHÙ HỢP CHO
CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO
Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số : 9580205
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI - 2025
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Giao thông vận tải
Người hường dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Quang Tuấn
Trường Đại học Giao thông Vận tải
2. PGS.TS. Lã Văn Chăm
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường
tại Trường Đại học Giao thông vận tải
vào hồi giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc Gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải
-1-
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, CHDCND Lào sử dụng hai loại mặt đường chính là mặt đường bê tông nhựa (BTN)
và mặt đường bê tông xi măng, trong đó BTN chiếm tỷ trọng lớn và được sử dụng rộng rãi trong
xây dựng các tuyến đường ô tô các cấp và sân bay. Kết cấu áo đường mềm bao gồm tầng mặt (có
thể có nhiều lớp như lớp tạo nhám, hao mòn, lớp mặt trên và dưới) và tầng móng (gồm móng
trên, móng dưới, có thể kiêm chức năng thoát nước). Tùy vào cấp hạng đường và lưu lượng xe,
kết cấu có thể đầy đủ các lớp hoặc rút gọn.Trên thế giới, thiết kế áo đường mềm được thực hiện
theo nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp lý thuyết, thực nghiệm, kinh nghiệm và
thiết kế theo cấu kiện mẫu (catalogue). Tuy nhiên, tại Lào hiện vẫn chưa xây dựng được một quy
trình thiết kế áo đường mềm thống nhất, các thông số vật liệu chủ yếu tham khảo từ tài liệu nước
ngoài và chưa có nghiên cứu đầy đủ về hiệu quả sử dụng vật liệu tại địa phương.
Trong những năm gần đây, hệ thống giao thông đường bộ của Lào đã phát triển nhanh, với nhiều
dự án xây mới và nâng cấp quốc lộ. Tuy vậy, tình trạng hư hỏng sớm, đặc biệt là hiện tượng lún
vệt bánh xe trên các tuyến có lưu lượng xe tải lớn, đang gây ra nhiều vấn đề về chi phí sửa chữa
và an toàn giao thông. Do đó, việc lựa chọn loại nhựa phù hợp với điều kiện khí hậu và lưu lượng
xe cũng như xây dựng một phương pháp thiết kế áo đường mềm phù hợp với điều kiện thực tế
tại Lào là rất cần thiết để nâng cao chất lượng và tuổi thọ công trình giao thông.
2. Mục đích nghiên cứu
Luận án nghiên cứu tổng quan các phương pháp thiết kế mặt đường mềm ở Lào và thế giới, xem
xét các tham số khí hậu, vật liệu, đồng thời thiết kế và đánh giá vật liệu bê tông nhựa phục vụ
thiết kế. Từ đó, đề xuất phương pháp thiết kế mặt đường mềm phù hợp với điều kiện thực tiễn tại
Lào.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu
Các loại phương pháp thiết kế mặt đường mềm, phân vùng nhiệt độ, phân cấp nhựa đường, thiết
kế thành phần và các chỉ tiêu cơ học của hỗn hợp bê tông nhựa, các tính toán kết cấu áo đường.
b) Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung vào một số nội dung chính gồm: phân vùng nhiệt độ trong lãnh thổ Lào; nghiên
cứu bê tông nhựa sử dụng cốt liệu từ một mỏ đá tại Lào kết hợp với ba loại nhựa thông dụng;
thiết kế thành phần hỗn hợp BTN, tập trung xác định mô đun phục vụ thiết kế; lựa chọn phương
pháp thiết kế kết cấu theo AASHTO 93 và cơ học thực nghiệm để tính toán và phân tích. Nghiên
cứu bao gồm cả lý thuyết, thực nghiệm và mô hình hóa.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học
- Phân vùng nhiệt độ và phân cấp một số loại nhựa đường phục vụ công tác thiết kế thành phần
vật liệu bê tông nhựa và tính toán thiết kế kết cấu mặt đường mềm.
- Thiết kế thành phần hỗn hợp cho vật liệu bê tông nhựa sử dụng tại Lào và đánh giá một số
đặc tính cơ lý của hỗn hợp phục vụ công tác thiết kế kết cấu mặt đường mềm.
- Tính toán và phân tích kết cấu mặt đường mềm theo một số phương pháp thiết kế, nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng để từ đó có những đánh giá về phương pháp thiết kế mặt đường mềm
phù hợp cho CHDCND Lào.
b) Ý nghĩa thực tiễn
- Bước đầu tạo dựng cơ sở khoa học và thực tế cho việc áp dụng các phương pháp thiết kế mặt
đường mềm phù hợp cho Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào.
- Kết quả thực nghiệm vật liệu thu được của đề tài có giá trị tham khảo, góp phần vào công
tác áp dụng phương pháp tính toán thiết kế áo đường mềm vào điều kiện của CHDCND Lào.
-2-
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM
1.1. Giới thiệu các phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường hiện hành trên thế giới
1.1.1. Cơ sở lý thuyết để xây dựng 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.
Ngoài ra phương pháp cơ học thực nghiệm là sự kết hợp của hai phương pháp trên.
1.1.2. Nhóm các phương pháp lý thuyết - thực nghiệm
1.1.2.1.
Phương pháp hiện hành của TCCS 38:2022/TCĐBVN
Việc tính toán kết cấu áo đường mềm nhằm kiểm tra khả năng chịu tải của cấu tạo đã thiết kế,
đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo, nứt phá hoại hay lún vượt giới hạn trong suốt thời gian
khai thác. Quá trình này dựa trên ba tiêu chuẩn cường độ: ứng suất cắt, ứng suất kéo uốn và độ
võng đàn hồi, được phân tích theo mô hình đàn hồi nhiều lớp. Các thông số tính toán như tải trọng
trục xe, lưu lượng, mô đun đàn hồi, lực dính... được xác định qua thí nghiệm trong điều kiện bất
lợi. Phương pháp hiện hành theo TCCS 38:2022/TCĐBVN có cơ sở lý thuyết vững chắc và kế
thừa 22TCN211-06, song vẫn còn hạn chế như giả thiết vật liệu đàn hồi lý tưởng, dùng hệ số gần
đúng và chưa xét đến ảnh hưởng của lực ngang, nhiệt độ, cũng như chưa áp dụng các mô hình
tính toán nhiều lớp chính xác hơn.
1.1.2.2.
Phương pháp tính toán của Trung Quốc (trong quy trình JTG D50-2017)
Phương pháp thiết kế áo đường mềm của Trung Quốc dựa trên mô hình lý thuyết hệ nhiều lớp
đặt trên nền đàn hồi bán không gian vô hạn, với các giả thiết về vật liệu đồng chất, đẳng hướng
và điều kiện tiếp xúc liên tục giữa các lớp. Trình tự thiết kế gồm các bước: xác định cấp đường,
tải trọng, số trục xe tương đương, phân đoạn thiết kế theo nền đất và thủy nhiệt, dự kiến phương
án kết cấu, tính bề dày theo độ võng cho phép và kiểm toán ứng suất kéo uốn, ứng suất cắt.
Phương pháp dùng tải trọng tiêu chuẩn trục xe 100 kN, mô hình hóa bằng hai vòng tròn tương
ứng bánh kép, phù hợp thực tế hơn mô hình một vòng tròn như trong quy trình Việt Nam. So với
TCCS 38:2022/TCĐBVN, phương pháp Trung Quốc có cơ sở lý thuyết tương tự nhưng quy đổi
hệ nhiều lớp về ba lớp chính xác hơn, sử dụng số liệu vật liệu theo vùng khí hậu và đã xét đến tác
động của lực ngang, tuy vẫn chưa tính đến ảnh hưởng nhiệt độ đến bề dày các lớp.
1.1.3. Nhóm các phương pháp kinh nghiệm - thực nghiệm
Phương pháp theo hướng dẫn của AASHTO và Phương pháp theo tiêu chuẩn TCCS
37:2022/TCĐBVN (Từ AASHTO)
Đánh giá những hạn chế của Hướng dẫn AASHTO
Hướng dẫn thiết kế mặt đường theo AASHTO (1993) có nền tảng chủ yếu từ thử nghiệm thực
địa quy mô lớn tại một bang ở Hoa Kỳ. Do đó, kết quả thu được mang tính địa phương, chịu ảnh
hưởng trực tiếp từ điều kiện tự nhiên, địa hình, khí hậu và loại tải trọng của khu vực thử nghiệm.
Điều này dẫn đến một số hạn chế trong khả năng tổng quát hóa và áp dụng ở các vùng có điều
kiện khác biệt, đặc biệt là tại các quốc gia như Lào. Bên cạnh đó, các yếu tố như loại mặt đường,
số lớp kết cấu được thử nghiệm, loại vật liệu sử dụng, tải trọng thí nghiệm và số lần tác dụng tải
trọng đều bị giới hạn trong phạm vi thí nghiệm ban đầu. Thời gian đo đạc cũng ngắn, không đủ
phản ánh sự thay đổi dài hạn của kết cấu mặt đường dưới tác động của môi trường và tải trọng
thực tế.Ngoài ra, việc sử dụng chỉ số phục vụ (PSI) làm tiêu chuẩn đánh giá trạng thái giới hạn
cũng bộc lộ một số bất cập. Chỉ số này chủ yếu dựa vào đánh giá chuyên gia có yếu tố chủ quan
và chưa phản ánh rõ ràng các cơ sở khoa học về ứng suất – biến dạng trong quá trình làm việc
của mặt đường. Những hạn chế nêu trên là điều tất yếu đối với một phương pháp thực nghiệm
thuần túy. Do đó, hiện nay, các quốc gia có nền kỹ thuật tiên tiến tại châu Âu đều chuyển hướng
sang phương pháp thiết kế dựa trên lý thuyết, kết hợp với thực nghiệm và kinh nghiệm để tăng
tính tổng quát và chính xác trong thiết kế mặt đường.
-3-
Ưu điểm nổi bật của AASHTO 1993
Mặc dù còn tồn tại một số giới hạn, hướng dẫn AASHTO 1993 vẫn là tài liệu có giá trị cao nhờ
quy mô thử nghiệm lớn và cách tiếp cận thiết kế tổng hợp. Hướng dẫn không chỉ dừng ở việc xác
định bề dày mặt đường mà còn xem xét tổng thể các giải pháp thiết kế: từ yêu cầu vật liệu, kỹ
thuật thi công, cấu tạo hệ thống thoát nước, đến các biện pháp quản lý, bảo trì, và phân tích hiệu
quả kinh tế – kỹ thuật. Đặc biệt chú trọng vai trò của cấu tạo lề đường và hệ thống thoát nước
dưới móng, nhằm cải thiện độ bền và tuổi thọ kết cấu mặt đường. Môi trường (độ ẩm, nhiệt độ)
được xem xét kỹ trong các thông số thiết kế, như mô đun đàn hồi (MR) được phân tích theo chu
kỳ 12–24 kỳ/năm; mô đun của bê tông nhựa thay đổi theo nhiệt độ cũng được tính đến. Việc sử
dụng hệ số tin cậy và các thông số trung bình trong tính toán là điểm cải tiến lớn, giúp giảm tính
bảo thủ không cần thiết và đòi hỏi dữ liệu thực nghiệm đủ lớn để phản ánh điều kiện thực tế.
Phương pháp đánh giá kết cấu hiện hữu thông qua thí nghiệm không phá hoại (NDT) như đo chậu
võng, kết hợp với mô hình lý thuyết để xác định chính xác các mô đun đàn hồi của từng lớp kết
cấu là một bước tiến đáng kể.
Phương pháp CBR
Phương pháp CBR do O.J Porter ở Viện đường bộ bang California đề xuất năm 1938. Sau 14
năm tiến hành thí nghiệm trên các đường của bang này Porter đã tìm được mối quan hệ thực
nghiệm giữa chỉ số CBR của đất (xác định bằng thí nghiệm nén CBR quy định) với chiều dày tối
thiểu của mặt đường đảm bảo không bị phá hoại do sinh ra biến dạng dẻo trong đất đó.
Phương pháp của Viện nghiên cứu đường Anh
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.
1.1.4. Phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường mềm theo phương pháp cơ học - thực
nghiệm
Phương pháp thiết kế theo cơ học - thực nghiệm là
sự phát triển và cải tiến phương pháp thiết kế thuần
thực nghiệm cả về cơ sở thiết kế và mức độ phức
tạp trong tính toán nên có thể tạo ra những thiết kế
kinh tế và đáng tin cậy hơn rất nhiều so với phương
pháp truyền thống. Quá trình thiết kế theo phương
pháp cơ học-thực nghiệm là quá trình thử dần
đúng. Các giới hạn hư hỏng có thể chấp nhận được
như: Độ lún vệt bánh xe (độ lún trong lớp bê tông
nhựa, lún trong các lớp vật liệu không gia cố, lún
trong nền đất); Nứt mỏi (nứt mỏi trong lớp bê tông
nhựa, nứt mỏi trong hỗn hợp gia cố vô cơ); Nứt do
nhiệt, nứt ngang; Nứt dọc; Độ gồ ghề (IRI)…
tương ứng với từng dự án.
Hình 1.1. Trình tự phân tích kết cấu mặt đường
theo cơ học thực nghiệm
1.1.5. Phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm sử dụng trên thế giới và tại các nước
Đông Nam Á
