Hiện nay tại nước ta đang đồng thời sử dụng hai tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm là 22TCN 211-06 và 22TCN 274-01, tuy nhiên trong quá trình áp dụng đã bộc lộ những điểm hạn chế nhất định vì thế cần được nghiên cứu chỉnh sửa, bổ sung hoặc thay thế để phù hợp với điều kiện của nước ta. Tài liệu nêu một số ưu, nhược điểm của hai tiêu chuẩn thiết kế đường áo đường mềm đang được sử dụng ở nước ta và các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm tại một số nước trên thế giới từ đó đề xuất định hướng phương pháp tính toán thiết kế kết cấu áo đường mềm phù hợp với điều kiện Việt Nam
ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG TIÊU CHUẨN, PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM Ở VIỆT NAM I Ưu, nhược điểm khó khăn áp dụng tiêu chuẩn 22TCN 211:2006, 22TCN 274:2001; nội dung cần phải bổ sung sửa đổi, cập nhật để tiếp tục sử dụng tiêu chuẩn 1.1 Tiêu chuẩn 22TCN 211:2006 1.1.1 Ưu, nhược điểm khó khăn áp dụng tiêu chuẩn 22TCN 211:2006 1.1.1.1 Ưu điểm: - Tiêu chuẩn dựa sở lý thuyết giải toán hệ đàn hồi nhiều lớp chịu tải trọng phân bố hai vòng tròn có diện tích tương đương diện tích tiếp xúc bánh xe lên mặt đường, sở tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm Liên Xô cũ qua giai đoạn chỉnh sửa để phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế - Tiêu chuẩn yêu cầu kiểm toán kết cấu áo đường qua trạng thái giới hạn: độ võng đàn hồi bề mặt kết cấu áo đường liên quan đến cường độ chung toàn kết cấu; ứng suất kéo uốn lớn xuất đáy vật liệu liền khối ứng suất cắt trượt lớn xuất đất lớp vật liệu rời rạc, dính Ứng suất kéo uốn xuất đáy lớp vật liệu liền khối đủ lớn, lớn cường độ chịu kéo uốn vật liệu có xét đến tượng mỏi gây nứt mặt đường Ứng suất cắt trượt lớn xuất lớp vật liệu rời rạc, dính Như vậy, điều kiện kiểm tốn phương pháp tính toán thiết kế xuất phát từ hư hỏng chính, phổ biến kết áo đường lún, trượt, nứt mỏi … - Đã đề cập chi tiết đến quy định, yêu cầu thiết kế cấu tạo chung lớp kết cấu áo đường khu vực tác dụng đường - Đây tiêu chuẩn quen thuộc với kỹ sư đường Việt Nam, nội dung phương pháp tính tốn phổ biến chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành đường từ nhiều năm Việc xây dựng tiêu chuẩn sử dụng (tiêu chuẩn 22TCN-211-06) q trình nghiên cứu, cơng sức, trí tuệ chuyên gia, cán lĩnh vực đường tích lũy nhiều năm qua trình vận dụng - Tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm thông số vật liệu phục vụ công tác tính tốn thiết kế đơn giản 1.1.1.2 Nhược điểm khó khăn áp dụng tiêu chuẩn 22TCN 211:2006 a) Về lý thuyết tính tốn - Mặc dù phương pháp thiết kế theo trường phái học lý thuyết thân tính tốn trạng thái ứng suất sử dụng thực nghiệm để điều chỉnh kết tính tốn thơng qua loạt hệ số điều chỉnh tính tốn Điều chứng tỏ rằng, với môi trường vật liệu không đàn hồi không đồng kết cấu áo đường ô-tô, túy dựa vào lời giải tốn thiết lập từ mơ hình học mô làm việc trạng thái ứng suất – biến dạng kết cấu áo đường chưa đủ mà bắt buộc phải dựa vào thực nghiệm để điều chỉnh cho sát với thực tế - Chưa đề cập đến biến dạng không hồi phục cắt trượt lớp kết cấu bê tông nhựa mặt đường - Kiểm tốn có xét đến nứt mỏi nêu chưa có giá trị cường độ chịu kéo uốn có xét đến mỏi thực tế vật liệu điều kiện khai thác Việt Nam - Trong tính tốn, kiểm tốn chưa đề cập đến nứt phản ảnh (mới kiểm sốt thơng qua thiết kế cấu tạo) - Tồn tiêu chuẩn sử dụng mô đun đàn hồi tĩnh tải (Eđh) dùng để tính tốn, khi, tiêu chuẩn gốc Liên xơ cũ (VSN 46-83) có điều chỉnh từ năm 1983 sử dụng mô đun đàn hồi tác dụng tải ngắn hạn bê tông nhựa, mô đun đàn hồi tĩnh tải sử dụng tính tốn kết cấu mặt đường bãi đỗ xe đoạn xe chạy chậm Điều khắc phục vấn đề tính tốn mơ đun hồi tĩnh tải bê tông nhựa cho thấp với vai trị tính mang lại kết cấu áo đường chung, chưa phản ảnh hết khả làm việc thực tế bê tông nhựa, mô đun đàn hồi tải trọng ngắn hạn cao nhiều b) Về thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường định thông số vật liệu để kiểm toán kết cấu áo đường: - Với dẫn hành, việc thiết kế cấu tạo bị hạn hẹp loại vật liệu thông dụng cấp phối đá dăm bê tông nhựa thường loại Chưa có dẫn thiết kế cấu tạo cho đường có lượng giao thơng lớn, vậy, thường kết cấu áo đường thiết kế có chiều dày lớp móng lớn dẫn đến bất cập việc tính tốn kết cấu lựa chọn kết cấu tối ưu đường có quy mơ giao thơng lớn - Hiện có nhiều loại vật liệu dùng (hoặc nên dùng phổ biến hơn), bê tơng nhựa có phụ gia polime, hỗn hợp đặc biệt SMA, hỗn hợp tái chế… chưa có giá trị thơng số khuyến cáo tiêu chuẩn - Việc yêu cầu thí nghiệm để xác định thơng số tính tốn loại vật liệu cho tất loại dự án đem lại rủi ro độ phân tán giá trị chưa kể việc tăng chi phí thiết kế phải làm thí nghiệm Việc thực khó khăn cần số lượng mẫu đủ độ tin cậy - Việc lựa chọn giá trị thơng số vật liệu cịn khó khăn việc phân loại vật liệu chưa đồng tiêu chuẩn thiết kế thi công nghiệm thu c) Khó khăn xác định thơng số tải trọng giao thông phản ánh điều kiện giao thông thực tế: - Hiện chưa ban hành dẫn thức cho công tác điều tra lưu lượng tải trọng trục xe: phương pháp thực hiện, cách xử lý số liệu - Đối với thiết bị cân đếm xe tự động, chưa có qui trình thực hiện, chưa có qui định sở pháp lý để thực (quy định thiết bị, mức độ xác), cho phép sử dụng thiết bị thủ công tự động - Việc điều tra qua catalog loại xe lưu hành cho kết tin cậy, tượng chở tải tuyến đường, đặc biệt đường trục giao thơng - đường quốc lộ phổ biến 1.1.2 Một số nội dung định hướng chỉnh sửa bổ sung tiêu chuẩn Về định hướng lựa chọn, áp dụng phương pháp/tiêu chuẩn thiết kế áo đường phù hợp với Việt Nam nêu nội dung đây, nhiên, việc điều chỉnh hay thay phương pháp thiết kế tiến hành thời gian ngắn, để làm điều cần phải có thời gian lộ trình thích hợp Như vậy, thời gian cần thiết hồn chỉnh cách tốt tiêu chuẩn 22TCN-211:2006, giảm thiểu tồn phân tích đề cập Trên sở đó, nhóm nghiên cứu phối hợp với Ban biên soạn chuyển đổi tiêu chuẩn 22TCN-211:2006 đề xuất điều chỉnh số nội dung cho hạn chế 22TCN-211:2006 để ban hành TCVN tiêu chuẩn sở chờ tiêu chuẩn theo định hướng Bộ GTVT cho phép xây dựng a) Về quy định chung: - Bảng phân loại kết cấu áo đường theo 05 loại (từ giao thông đặc biệt nặng đến giao thông thấp) dựa vào tổng lượng trục xe tiêu chuẩn tích lũy xe - Yêu cầu cường độ bề mặt lớp đỉnh tối thiểu 45Mpa với loại đường có lượng trục xe tích lũy 100KN từ 0,8x10 trở lên, cường độ bề mặt lớp đáy móng tối thiểu 60 MPa với kết cấu áo đường cho đường có lượng giao thông nặng; tối thiểu 80 MPa với kết cấu áo đường cho đường có lượng giao thơng nặng tương ứng tối thiểu 100 MPa với kết cấu áo đường cho đường có giao thơng đặc biệt nặng - Cập nhật tiêu chuẩn mới, tên gọi cách phân loại BTN theo tiêu chuẩn hành b) Về thiết kế cấu tạo: - Điều chỉnh thiết kế cấu tạo kết cấu cho đường có tải trọng nặng/ nặng/ đặc biệt nặng (tính tổng tải trọng trục tiêu chuẩn tích lũy) Tham khảo cấu tạo kết cấu tiêu chuẩn nước ngoài: Đức/ Hàn Quốc/ Trung Quốc…Lựa chọn vật liệu kết cấu tầng mặt theo loại kết cấu áo đường Nội dung có rút gọn, có bổ sung Trong bổ sung cách tính giá trị CBR trung bình đoạn - Các nội dung hạn chế tính tốn cắt trượt lớp BTN, nứt phản ảnh khắc phục thông qua quy định chặt chẽ thiết kế cấu tạo - Cập nhật bổ sung nội dung quy định Quyết định 858 ngày 26/3/2014 “Hướng dẫn áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế thi công mặt đường BTN nóng đơi với tun đường tơ có quy mơ giao thơng lớn” Qut định thực tế góp phần giảm thiểu tượng hư hỏng hằn lún sớm nghiên cứu phịng thí nghiệm c)Về tính tốn kiểm tốn kết cấu áo đường - Việc tính tốn tổ hợp nhiều tốn với lượng giao thơng khác nhau: nhẹ/ trung bình/ nặng/ nặng/ đặc biệt nặng, sử dụng mô đun đàn hồi vật liệu theo tiêu chuẩn cũ hành theo mô đun đàn hồi xét đến tải trọng ngắn hạn Cần tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm so sánh đối chứng với thiết kế theo hệ tiêu chuẩn khác (của nước Việt Nam) để định ngưỡng giá trị thích hợp - Điều chỉnh cách tính mơ đun đàn hồi trung bình lớp vật liệu mặt đường gia cố theo cơng thức bình qn gia quyền d) Về xác định thông số thiết kế (tải trọng, vật liệu đường) - Giữ nguyên nội dung tính toán quy đổi số trục xe khác lưu lượng trục xe tính tốn, số trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn thiết kế, cách xác định tải trọng trục xe tính tốn xe nặng phụ lục A quy trình cũ Bổ sung thêm nội dung điều tra lưu lượng tải trọng trục xe - Kiến nghị sử dụng mô đun đàn hồi tải ngắn hạn tương tự tiêu chuẩn gốc cộng hòa liên bang Nga Tuy nhiên, để sử dụng cần có nghiên cứu thí nghiệm phịng để điều chỉnh thông số mô đun đàn hồi theo hướng sử dụng mô đun đàn hồi ứng với tải trọng ngắn hạn (Resilient modulus) tầng mặt (BTN) thí nghiệm theo ASTM 7369-11 - Bổ sung, cập nhật thông số vật liệu nêu 1.2 Tiêu chuẩn 22TCN 274:2001 1.2.1 Ưu, nhược điểm khó khăn áp dụng tiêu chuẩn 22TCN 274:2001 Mặc dù tiêu chuẩn 22TCN 274:2001 Bộ GTVT ban hành dạng Tiêu chuẩn ngành năm 2001 khơng thức áp dụng thực tế Việt Nam Đối với dự án có nguồn vốn trong nước sử dụng tiêu chuẩn 22TCN211-2006, số dự án nguồn vốn nước ngồi khơng sử dụng tiêu chuẩn nước thường tham chiếu trực tiếp tiêu chuẩn AASHTO 93 Do vậy, vấn đề tồn tại, chưa hợp lý phát trình sử dụng Việt nam cịn ít, chưa áp dụng nhiều Tuy nhiên, ưu điểm khó khăn áp dụng tiêu chuẩn chủ yếu xuất phát từ tồn hạn chế tiêu chuẩn gốc AASHTO 93 nhiều nghiên cứu công bố Mỹ Việt Nam 1.2.1.1 Ưu điểm chính: - Tiêu chuẩn thể rõ quan điểm thiết kế tổng thể - Trong thiết kế mặt đường trọng xét đến tác động môi trường (ẩm nhiệt độ), ảnh hưởng môi trường xét kỹ thơng số tính tốn Mr, mi - Phương pháp tính tốn dùng thơng số trung bình kèm theo việc sử dụng hệ số tin cậy - Phương pháp cách tính tốn đơn giản, dựa phương trình thực nghiệm tra thơng qua tốn đồ có sẵn - Tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm thơng số vật liệu phục vụ tính tốn kết cấu áo đường đại, tuân thủ theo hệ thông tiêu chuẩn văn minh ASTM AASHTO Mỹ 1.2.1.2 Nhược điểm khó khăn áp dụng a) Về lý thuyết tính tốn - Một hạn chế tiêu chuẩn 22TCN 274:2001 hạn chế tiêu chuẩn gốc AASHTO sử dụng kết từ điều kiện hạn chế "thử nghiệm AASHTO" để từ rút quan hệ thực nghiệm dùng tính tốn cho điều kiện khác (tải trọng, khí hậu, kết cấu vật liệu ) - Khái niệm hệ số mức độ phục vụ chưa quen thuộc, giới hạn hệ số mức độ phục vụ đầu (pi) mức độ phục vụ cuối (pt) cần qui định phân biệt rõ cho loại đường Việt Nam - Trị số độ tin cậy rộng, dẫn đến việc khó khăn cho Tư vấn, nhà quản lý có sở để lựa chọn độ tin cậy cho phù hợp b) Về thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường định thơng số vật liệu để kiểm tốn kết cấu áo đường : - Cũng tiêu chuẩn 22TCN 211 : 2006, sử dụng tiêu chuẩn 22TCN 274 : 2001 người thiết kế gặp khó khăn, chí cịn khó khăn so với tiêu chuẩn 22TCN 211: 2006 việc thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường, khơng có dẫn cụ thể thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường - Đã có dẫn mối quan hệ thông số vật liệu thơng dụng (có thể thí nghiệm được) với hệ số lớp a1 để tính tốn kết cấu áo đường Nhưng số chưa tương ứng với điều kiện khai thác Việt Nam Và tiêu chuẩn 22TCN 211 : 2006, nhiều vật liệu sử dụng, sử dụng nhiều thời gian tới chưa có số liệu - Về việc xác định hệ số lớp a2 lớp móng sử dụng cho 03 trường hợp (vật liệu rời, gia cố xi măng gia cố nhựa) chưa bao quát cho trường hợp khác trường hợp tái chế bitum bột + xi măng với vật liệu gia cố tổng hợp khác Tương tự vậy, hệ số lớp a3 lớp móng sử dụng trường hợp lớp móng vật liệu rời - Về việc xác định mô đun đàn hồi biểu kiến M R đất đường: chưa xem xét đến mô đun đàn hồi chung cho khu vực tác dụng đường; thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi vật liệu hạt (đất cấp phối vật liệu hạt) chưa khả thi hạn chế thiết bị thí nghiệm có Việt Nam; yêu cầu xác định Mri thay đổi theo mùa cịn khó khăn thực trường hợp thiết kế (lúc chưa có đường); vấn việc xác định Mr trường thiết bị FWD… 1.2.2 Một số nội dung định hướng chỉnh sửa bổ sung tiêu chuẩn Tiêu chuẩn 22TCN 274:2001 Bộ GTVT giao cho Tổng cục đường Việt Nam chủ trì biên soạn ban hành Tiêu chuẩn sở, đến tiêu chuẩn chỉnh sửa điều chỉnh nhiều nội dung để dễ dàng thuận tiện áp dụng theo điều kiện Việt Nam Trong báo cáo không nhắc lại nội dung Tổng cục đường Việt nam sửa đổi điều chỉnh, mà có số đánh giá chung mang tính định hướng sau: - Như nêu trên, tiêu chuẩn 22TCN 274:2001 chưa áp dụng cách thức Dự án Việt Nam, vấn đề tồn trình áp dụng chưa có nhiều để đề cập đến Các khó khăn áp dụng tiêu chuẩn xuất phát từ quan điểm tồn từ phương pháp thiết kế gốc AASHTO 93, nói chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam năm vừa qua - Do khơng có thiết bị thí nghiệm phịng nên việc áp dụng 22TCN 274:2001 có số điểm chưa khả thi Tuy nhiên, tồn chủ yếu 22TCN 274:2001 cố gắng tìm cách khắc phục “các hạn chế vốn có phương pháp AASHTO 93” cách suy luận mà không qua thử nghiệm (kể phòng trường) AASHTO 93 nêu rõ hạn chế lại chưa có điều chỉnh, bổ sung thức vào phần hướng dẫn thiết kế Giống nhiều nước khác, áp dụng phương pháp AASHTO 93 để thiết kế kết cấu mặt đường người ta thường áp dụng nguyên văn, gặp tồn hạn chế nói việc thêm, bớt, thay đổi trách nhiệm kỹ sư tư vấn thiết kế (dựa vào kinh nghiệm tư vấn) - Do triết lý thiết kế tiêu chuẩn gốc AASHTO xây dựng từ nghiên cứu thực nghiệm, nên để áp dụng sát với tiêu chuẩn gốc AASHTO 93, nước ta cần trang bị hệ thống thiết bị thí nghiệm đồng theo tiêu chuẩn Mỹ (AASHTO ASTM), cần có chương trình nghiên cứu dài hạn điều tra, thí nghiệm mang thống kê tính kiểm chứng thơng số khí hậu, đất thơng số vật liệu hàng năm từ việc áp dụng tiêu chuẩn có tính khả thi cao II Sơ đánh giá phương pháp/ tiêu chuẩn thiết kế số nước giới 2.1 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo AASHTO Mỹ 2.1.1 Ưu điểm - Trong hướng dẫn thể rõ quan điểm thiết kế tổng thể - Về cấu tạo, đặc biệt trọng vai trò lề làm việc mặt đường (lề phải gia cố liên kết với BTXM mặt đường); đặc biệt trọng cấu tạo nước móng áo đường - Trong thiết kế mặt đường trọng xét đến tác động môi trường (ẩm nhiệt độ - Trong tính tốn dùng thơng số trung bình kèm theo việc sử dụng hệ số tin cậy - Việc đánh giá kết cấu mặt đường có cách “thử nghiệm không phá hủy - NDT" , đo vùng chậu võng kết hợp với tính tốn lý thuyết máy tính để xác định mơ đun đàn hồi đất lớp kết cấu bước cải tiến quan trọng AASHTO 1993 - Phương pháp tiêu chuẩn thí nghiệm thơng số đầu vào rõ ràng tường minh AASHTO ASTM 2.1.2 Một số hạn chế Một hạn chế phương pháp thiết kế mặt đường AASHTO điều kiện hạn chế "thí nghiệm AASHTO" để từ rút quan hệ thực nghiệm dùng tính toán, cụ thể : - Loại mặt đường mềm thí nghiệm AASHTO 1956-1959 kết cấu lớp vật liệu thường dùng lúc Lớp mặt bê tơng nhựa, lớp móng vật liệu hạt không gia cố chất kết dính - Thí nghiệm AASHTO bị hạn chế loại tải trọng số lần tác dụng 1.144.000 lần, với tổ hợp tải trọng trục đơn lớn 30,000 lb (13.35 tấn) tổ hợp tải trọng trục kép lớn 48,000 lb (21.36 tấn), tổng số tải trọng trục tích lũy 18 Kíp thực nghiệm x 106 lượt - Thử nghiệm AASHTO tiến hành năm, thực tế kết cấu mặt đường tồn nhiều năm; điều kiện thử nghiệm chưa phù hợp với thực tế tác động môi trường - Vị trí thử nghiệm Otawa (bang Illinois) có điều kiện chế độ thuỷ nhiệt đặc trưng cho vùng có băng giá mùa đơng mưa vừa đến mưa to suốt năm Theo đánh giá báo cáo chương trình nghiên cứu chiến lược đường (SHRP - Strategic Highway Research Program) Hoa Kỳ tiến hành năm đưa số nhận xét sau phương trình thiết kế thực nghiệm AASHTO: - Phương trình thiết kế AASHTO dự báo chưa xác thiếu an tồn khả làm việc mặt đường Trị số ESAL tính tốn sở độ tổn thất khả phục vụ thực tế đoạn đường thường cho giá trị cao nhiều lần so với ESAL thực tế - Điều kiện môi trường lượng mưa, chu kỳ đóng băng-tan băng có ảnh hưởng đến khả làm việc mặt đường lớn so với mức tính đến phương trình AASHTO - Mơ đun đàn hồi đất phương trình thiết kế AASHTO chưa thực xác - Việc sử dụng số độ tổn thất khả phục vụ PSI cho thấy số hạn chế phương trình AASHTO Do nhân tố gây suy giảm khả phục vụ xem xét gộp lại thông qua số PSI dẫn tới khó đánh giá ảnh hưởng nhân tố đến suy giảm khả làm việc mặt đường - Cũng tương tự vậy, tính chất lớp vật liệu xem xét gộp lại thông qua số kết cấu SN, ảnh hưởng lớp vật liệu mặt đường tới khả làm việc mặt đường không tường minh thông qua hệ số bất biến Mối quan hệ tất nhiên biến đổi phụ thuộc vào tính chất lớp vật liệu khác kết cấu mặt đường, điều kiện môi trường nhiều nhân tố khác - Chỉ số mức độ phục vụ PSI=2.5 thường coi giới hạn ứng với hư hỏng mặt đường AASHTO không phản ánh thực trạng việc bảo dưỡng, sửa chữa đường thường thực trước xuống cấp mặt đường đạt giá trị PSI=2.5 Những hạn chế nói hạn chế tất yếu phương pháp dựa sở thực nghiệm Cho đến nước tiên tiến châu Âu phải dựa vào phương pháp lý thuyết dùng thực nghiệm (kể thực nghiệm AASHTO) để kiểm chứng lý thuyết Chỉ đường kết hợp lý thuyết - thực nghiệm - kinh nghiệm có phương pháp tính tốn thiết kế mặt đường đắn tổng quát 2.2 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo tiêu chuẩn Nhật Bản 2.2.1 Ưu điểm - Phương pháp thiết kế đơn giản, dễ vận dụng, áp dụng - Các thí nghiệm, đánh giá thông số vật liệu đất CBR, hệ số chuyển đổi vật liệu để tính tốn tương đồng với phương pháp thiết kế AASHTO, sở lý lý thuyết dễ kiểm chứng đồng hành với AASHTO - Tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm đa phần sử dụng tiêu chuẩn AASHTO ASTM Mỹ biên soạn lại dựa tài liệu gốc tiêu chuẩn Mỹ 2.2.2 Một số hạn chế Đây phương pháp thiết kế dựa kết nghiên cứu thực nghiệm kinh nghiệm, giống AASHTO có nhiều hạn chế sau: - Cơ sở để xây dựng lên giá trị TA yêu cầu từ giá trị CBR đất lưu lượng giao thơng cịn chưa rõ ràng, tính chuẩn xác khơng cao - Mơ hình tính tốn chưa phản ảnh hết trạng thái chịu tác động kết cấu áo đường tác dụng tải trọng xe điều kiện mơi trường, chưa đủ để giải thích chế làm việc kết cấu mặt đường mềm hư hỏng - Nói chung phương pháp đơn giản, nhiên người Nhật điều chỉnh nhiều thông qua kết nghiên cứu vận dụng thực tế nhiều 10 năm Để ứng dụng phương pháp này, đòi hỏi người thiết kế phải xem xét đánh giá thêm đề khác đảm bảo chất lượng thiết kế (như vấn đề cấu tạo, thoát nước, điều chỉnh cập nhật số hệ số vật liệu …) phải tham khảo từ kết thiết kế khác 2.3 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo tiêu chuẩn Nga 2.3.1 Ưu điểm - Phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường theo Tiêu chuẩn Nga, ОДН 218.046-01 dựa sở lý thuyết giải toán hệ đàn hồi nhiều lớp chịu tải trọng phân bố hai vịng trịn có diện tích tương đương diện tích tiếp xúc bánh xe lên mặt đường phát triển kế thừa từ lâu, sở tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm Liên Xô cũ qua giai đoạn chỉnh sửa để phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế - Các điều kiện kiểm tốn phương pháp tính tốn thiết kế xuất phát từ hư hỏng chính, phổ biến kết áo đường võng lún, trượt… xem giải pháp tiếp cận văn minh tính tốn thiết kế kết cấu áo đường mềm - Phương pháp tính tốn tương đối đơn giản, dễ hiểu tường minh - Đã xét đến yếu tố tải trọng tác dụng có thời hạn bánh xe mặt đường, mơ hình tính gần so với mơ hình thực tế xe chạy (trước tính theo tải trọng tĩnh, điều phù hợp với số kết cấu khu vực giao cắt, bãi đỗ xe, đường có tốc độ chạy xe chậm ….) Bổ sung hệ số độ tin cậy tính tốn kết cấu áo đường mềm cho phiên gần 2.3.2 Một số hạn chế - Chưa nêu đề cập việc xác định thơng số vật liệu thơng qua việc thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh, chuyển đổi thông qua thí nghiệm CBR đất tiêu chuẩn khác Trong tiêu chuẩn, chưa có giải thích rõ việc sử dụng mô đun đàn hồi cho lớp mô đun đàn hồi tác dụng tải trọng ngắn hạn, mô đun đàn hồi lớp đường vật liệu rời rạc chưa thấy đề cập đến nhiều (sử dụng tĩnh hay động, động thì thí nghiệm xác định nào?) - Trong nội dung tính tốn kiểm tốn chưa đề cập đến vấn đề sức chống cắt lớp BTN, vấn đề nứt phản ảnh 11 - Các bảng thông số vật liệu BTN phục vụ tính tốn thiết kế chưa có cho loại BTN sử dụng nhựa đường cải tính BTN polymer, BTN SMA, Bê tơng nhựa rỗng nước - Phương pháp thiết bị thí nghiệm đơn giản dẫn đến độ xác phụ thuộc nhiều vào yếu tố người, chưa tương đồng với thí nghiệm đại Mỹ Châu Âu - Chưa có phần mềm thiết kế tự động chuẩn kèm theo tiêu chuẩn để thuận lợi cho việc tính tốn thiết kế tiêu chuẩn, phương pháp khác Mỹ (Cơ học thực nghiệm, AASHTO), Ấn độ … - Tiêu chuẩn gần không quy định nội dung thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường với cấp, hạng đường khác Điều bất lợi việc định hướng cho kỹ sư trình thiết kế tính tốn 2.4 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo tiêu chuẩn Trung Quốc (JTG D50-2006) 2.4.1 Ưu điểm - Tương tự tiêu chuẩn Cơng hịa liên bang Nga, phương pháp thiết kế mặt đường mềm Trung Quốc dựa sở lý thuyết giải toán hệ đàn hồi nhiều lớp chịu tải trọng phân bố hai vịng trịn có diện tích tương đương diện tích tiếp xúc bánh xe lên mặt đường - Các thông số vật liệu đất đưu vào tính tốn hướng dẫn giải thích tường minh rõ ràng, phương pháp tiếp cận tương đồng với tư lối suy nghĩ người Việt Nam - Phương pháp thí nghiệm thơng số vật liệu đơn giản, khơng địi hỏi thiết bị đắt tiền - Nội dung tiêu chuẩn thiết kế quy định chặt chẽ yêu cầu loại, lớp vật liệu, thiết kế cấu tạo chung kết cấu mặt đường Đây điều quan trọng, giúp cho kỹ sư thiết kế tránh sai lầm lựa chọn loại kết cấu phù hợp cho tuyến đường 2.4.2 Một số hạn chế - Sử dụng mô đun đàn hồi lớp vật liệu tác dụng tải trọng dài hạn để tính tốn (mơ đun đàn hồi tĩnh), điều chưa phản ảnh sát với mơ hình thực tế (tải trọng ngắn hạn), đặc biệt lớp BTN bên 12 - Phương pháp thí nghiệm đơn giản ưu điểm vấn đề hạn chế mức độ xác thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh tải phịng, đo ép, cần benkenmal ngồi trường Điều vấn đề tiêu chuẩn hành 22TCN 211-06 nước ta - Mơ hình tính chưa thể rõ việc kiểm tốn khả chịu hằn lún (biến dạng lớp BTN phía trên) số phương pháp tiên tiến khác - Các mơ hình thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm chưa tương đồng với phương pháp thí nghiệm tiên tiến, chuẩn quốc tế ASTM, AASHTO, BS …v.v 2.5 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo tiêu chuẩn Ấn Độ 2.5.1 Ưu điểm - Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm Ấn Độ xây dựng sở phương pháp học - thực nghiệm, với phương trình xây dựng từ thử nghiệm theo dõi trường Như vậy, sở lý thuyết cho thấy phương pháp thiết kế văn minh, phù hợp với xu hướng chung giới (lý thuyết học kết hợp với thực nghiệm, kinh nghiệm) - Tiêu chuẩn Ấn độ qua nhiều lần điều chỉnh, sửa đổi, đặc biệt phiên gần bao quát rộng vấn đề phương thức vận tải, loại vật liệu mới… - Đã đưa catalog kết cấu áo đường cho loại mặt đường theo điều kiện lưu lượng, đường loại vật liệu sử dụng gia cố móng đường - Có phần mềm thiết kế kèm với tiêu chuẩn, công khai nước, điều giúp cho nhà thiết kế, quản lý dễ dàng tính tốn dựa phần mềm chung - Các thông số vật liệu, đất thí nghiệm tính tốn cách tường minh, đa phần tiêu chuẩn thí nghiệm sử dụng theo tiêu chuẩn ASTM AASHTO Mỹ Đây tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu tốt nhất, nước sử dụng 2.5.2 Một số hạn chế - Trong nội dung giới hạn kiểm toán kết cấu có đưa nội dung nứt lớp BTN (nứt từ xuống), nhiên nội tính tốn thiết kế kế chưa đề cập đến nội dung 13 -Trong trường hợp khơng có số liệu điều tra tải trọng trục, việc sử dụng số liệu đề xuất bảng 4.2 tiêu chuẩn để tính tốn cho thấy có nhiều khác biệt - Việc sử dụng chung công thức tương quan mô đun đàn hồi đất với mơ đun đàn hồi lớp móng thơng qua chiều dầy lớp để tính mơ đun đàn hồi cho loại vật liệu móng móng 2.6 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo học thực nghiệm (M-EPDG) Mỹ 2.6.1 Ưu điểm - Triết lý thiết kế đại - Đề cập chi tiết điều kiện đưa vào tính tốn như: Thơng số điều kiện mơi trường, khí hậu; Thơng số đất nền; Thơng số vật liệu dùng xây dựng đường; Thông số lưu lượng, tải trọng giao thông; Độ tin cậy thiết kế Điều dẫn đến tính sát thực với điều kiện làm việc thực tế kết cấu cho kết tính tốn có độ tin cậy cao - Tính tốn thực thông qua phầm mềm quyền - Phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn thí nghiệm kèm tiêu chuẩn đại, thuộc hệ thống tiêu chuẩn ASTM AASHTO 2.6.2 Một số hạn chế - Do đòi hỏi dự liệu chi tiết nên vấn đề số liệu khí hậu, số liệu tải trọng xe, thông số vật liệu, đất vấn đề khó áp dụng nước có trình độ cơng nghệ cịn lạc hậu thiếu đồng liệu đầu vào hậu, tải trọng, đặc trưng học vật liệu - Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm, theo dõi đánh giá kèm đại nên chí phí cao, hạn chế nước nghèo, phát triển - Công tác thiết kế bắt buộc phải sử dụng phần mềm thiết kế phải mua quyền địi hỏi chi phí lớn, gánh nặng cho tổ chức đơn vị, tư vấn thiết kế - Để áp dụng cần có chương trình nghiên cứu có thời gian định để hồn thiện vần đề cịn thiếu từ áp dụng bang, nước khác Mỹ III Đề xuất định hướng phương pháp tính tốn thiết kế kết cấu áo đường mềm phù hợp với điều kiện Việt Nam 3.1 Đề xuất định hướng phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm 14 Dựa kết nghiên cứu đề tài phân tích cho thấy, phương pháp tính tốn thiết kế có sở tính tốn khoa học nó, dù dựa lý thuyết, thực nghiệm kết hợp lý thuyết thực nghiệm Vấn đề quan trọng phương pháp tiếp cận, thông số đầu vào (tải trọng, vật liệu) đưa vào tính tốn, phương pháp tính tốn (tính thủ cơng, phần mềm ) có phù hợp với điều kiện thực tế áp dụng nước ta hay khơng mà thơi Bất kỳ phương pháp tính toán thiết kế kết cấu mặt đường mềm phải giải nội dung: đưa tiêu chuẩn trạng thái giới hạn tính tốn, xác định thơng số đưa vào tính tốn cách tính tốn Hai nội dung đầu lại gắn liền với kinh nghiệm xây dựng sử dụng, khai thác mặt đường mềm nước gắn liền với đặc trưng quy mô giao thông đặc trưng môi trường thiên nhiên (nhiệt, ẩm) nước Nước ta không đủ điều kiện để tự nghiên cứu nên buộc phải tham khảo phương pháp nước ngồi đặc biệt điều kiện mơi trường khơng thể khơng tự nghiên cứu Do vậy, dù định hướng áp dụng phương pháp tính tốn nước cho Việt Nam nhiệt độ thí nghiệm xác định thông số bê tông nhựa ảnh hưởng lớn đến trị số đưa vào tính tốn chúng khơng việc xác định thời gian tác dụng tải trọng thí nghiệm (mơ đun đàn hồi động) Ở nước, phương pháp tính tốn thiết kết mặt đường mềm đươc hoàn thiện dần Ấn Độ đến 2012 IRC 37.2012, Belarut 2008 ТКП 45-3.03-112-2008, lại đưa vào tiêu chuẩn kiểm toán ứng suất cắt trượt BTN 50 oC mô đun đàn hồi xác định tải trọng dài hạn, Trung Quốc lại vừa đưa JTGD50.2017 thức cho áp dụng từ tháng 9/2017, Malaysia dẫn tính theo Ấn Độ Trong tình ta chưa nên vội mà nên tập trung nghiên cứu vấn đề điều kiện nhiệt ẩm, lựa chọn nhiệt độ tính tốn trước chọn phương pháp (ví dụ phương pháp Ấn Độ, cuả CHLB Nga hay Trung Quốc học kinh nghiệm Mỹ) để áp dụng Trước mắt áp dụng phương pháp (22TCN 211:2006 22TCN 274:2001) đủ kiến thức chun mơn, thật có kinh nghiệm việc dùng phương pháp hay phương pháp khác đáp ứng yêu cầu thiết 15 kế Chú ý chưa có chứng xác đáng để dẫn trường hợp áp dụng phương pháp tính toán hay phương pháp mặt đường bị hư hỏng nhanh, việc tính tốn thiết kế kết cấu tách rời với việc thiết kế hỗn hợp vật liệu (nhất với hỗn hợp BTN tầng mặt áo đường) Thực tế nước ta có thời gian dài phép sử dụng song hành hai tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường mềm dựa phương pháp lý thuyết học dựa theo tiêu chuẩn Nga (22TCN-211) phương pháp thực nghiệm theo tiêu chuẩn AASHTO 93 Mỹ (22TCN 274), nhiên tiêu chuẩn 22TCN 211:2006 xem tiêu chuẩn sử dụng nhiều phổ biến nước Trong đó, phương pháp AASHTO 93 Mỹ xem xét có nhiều hạn chế dần thay phương pháp học thực nghiệm Mỹ Ngồi ra, phân tích, phương pháp học thực nghiệm phương tồn diện, đại, có độ tin cậy cao, nước ta chưa thể áp dụng cịn nhiều bất cập Như nhóm nghiên cứu xin đề xuất định hướng phương pháp tính tốn thiết kế kết cấu áo đường mềm phù hợp với điều kiện Việt Nam sau: - Trước mắt, để phục vụ đáp ứng sản xuất, tiếp tục sử dụng hoàn thiện 02 dự thảo tiêu chuẩn 22TCN 211:06, tiêu chuẩn 22TCN 274:01 theo hướng khắc phục tối đa hạn chế nêu - Đề xuất lựa chọn phương pháp Cơ học thực nghiệm (M-EPDG) tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm Ấn độ phương pháp, tiêu chuẩn nên định hướng tham khảo áp dụng tương lại cho việc tính tốn kết cấu áo đường mềm Việt nam, ngồi việc tính tốn kiểm toán cần phải kết hợp xây dựng mẫu catalog kết cấu áo đường mang tính định hướng cho người thiết kế Tuy nhiên, để áp dụng phương pháp Cơ học thực nghiệm (M-EPDG) Mỹ vào điều kiện Việt Nam thời điểm tương lai gần chưa khả thi, cần có thời gian lộ trình chuyển đổi dần bước sở khoa học sở vật chất (trang thiết bị thí nghiệm) Do vậy, Nhóm nghiên cứu đề xuất thêm, trước tiến đến ứng dụng phương pháp cách hồn chỉnh theo cách Mỹ nên nghiên cứu vận dụng, áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu mặt đường mềm Ấn Độ Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường Ân Độ 16 điều chỉnh sửa đổi ban hành năm 2012, phương pháp tính tốn thiết kế phát triển từ phương pháp thiết kế Viện nghiên cứu Asphalt Mỹ (Asphalt Institude –AI), phương pháp thiết bị thí nghiệm sử dụng hệ thống tiêu chuẩn Mỹ (ASTM AASHTO) điều thuận lợi phù hợp cho việc tiếp tục hoàn thiện theo hướng áp dụng phương pháp Cơ học thực nghiệm (M-EPDG) Mỹ Ngoài ra, quốc gia Châu Á có nhiều điều kiện văn hóa, xã hội khí hậu tương đồng với Việt Nam 3.2 Đề xuất lộ trình thực 3.2.1 Giai đoạn ngắn hạn (1-5 năm) - Vẫn vận dụng, sử dụng hai tiêu chuẩn ngành có tiêu chuẩn 22TCN 211:2006 tiêu chuẩn 22TCN 274:2001 thời gian chưa ban hành hai tiêu chuẩn sửa đổi bổ sung - Tiếp tục hoàn thiện, sửa đổi hai tiêu chuẩn theo hướng khắc phục tối đa hạn chế hai tiêu chuẩn trước trình bày mục I sớm ban hành theo kế hoạch 3.2.2 Giai đoạn trung hạn (5-10 năm) Nghiên cứu ứng dụng phương pháp học – thực nghiệm thiết kế kết cấu mặt đường theo hướng vận dụng tiêu chuẩn Ấn Độ bao gồm chương trình, định hướng nghiên cứu chủ yếu sau: 1) Nghiên cứu xây dựng sở liệu bao gồm: thơng số khí hậu, lưu lượng tải trọng giao thông, đặc trưng vật liệu xây dựng độ tin cậy thiết kế Việc thu thập thông số lồng ghép dùng chung liệu với chương trình nghiên cứu khác (cho giai đoạn trung hạn dài hạn) 2) Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ độ tính tốn biến dạng kết cấu áo đường mềm phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam 3) Thu thập xem xét toàn hệ thống số liệu theo dõi dài hạn để thiết lập phương trình thiết kế dự báo xuống cấp mặt đường thông qua thông số trạng thái giới hạn thiết lập để tìm hiểu đề xuất khả áp dụng cần thiết sửa đổi hệ số thực nghiệm để áp dụng điều kiện Việt Nam 17 4) Mua phần mềm thiết kế quyền, tổ chức đào tạo, hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế 5) Rà soát, bổ sung trang thiết bị cịn thiếu cơng tác thí nghiệm thơng số vật liệu 6) Xây dựng chương trình nghiên cứu thí nghiệm xác định thơng số mơ đun đàn hồi vật liệu lớp kết cấu áo đường điều kiện vật liệu Việt Nam 7) Riêng với hỗn hợp bê tông asphalt, cần phải có chương trình nghiên cứu riêng rẽ trình mỏi trình lún vật liệu với ảnh hưởng thông số vật liệu điều kiện công nghệ thi công Việt Nam Chương trình thí nghiệm phịng bao gồm hai thí nghiệm chủ yếu thí nghiệm mỏi thí nghiệm từ biến để xây dựng phương trình thực nghiệm phòng 3.2.3 Giai đoạn dài hạn (>10 năm) Nghiên cứu ứng dụng phương pháp học – thực nghiệm thiết kế kết cấu mặt đường theo hướng hoàn thiện vận dụng hoàn toàn theo phương pháp học – thực nghiệm của Mỹ Các nội dụng nghiên cứu kế thừa tương tự giai đoạn nghiên cứu trung hạn, tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện nội dụng nêu chương trình nghiên cứu giai đoạn trung hạn 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO ASSHTO, Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, 1993 [2] Bộ Giao thông vận tải (2001), Tiêu chuẩn ngành 22TCN 274-01 - Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm [3] Bộ Giao thông vận tải (2006), Tiêu chuẩn ngành 22TCN 211-06 - Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm [4] Chỉ dẫn thiết kế áo đường mềm Cộng hòa liên bang Nga, 2001 ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД - ОДН 218.046-01 [5] Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm Trung Quốc JTG D50—2006 - 公公公公公公 公公公公 JTG D50—2006 [6] IRC (Indian road congress), Guidelines for the design for the design of flexible pavement, IRC: 37-2012 [7] JKR 21300.004.13 “Manual for the structural design of Flexible Pavement” Kuala Lumpur 2013 (Chỉ dẫn thiết kế kết cấu mặt đường mềm Malaysia ) [8] Chỉ dẫn thiết kế áo đường mềm Cộng hòa Belarus ТКП 45-3.03-112-2008 АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ НЕЖЕСТКИЕ ДОРОЖНЫЕ ОДЕЖДЫ Правила проектирования, ТКП 45-3.03-112-2008 [9] Sherif El-Badawy, ITD, AASHTO, and MEPDG Pavement Design Methods - A Comparison, 51st Idaho Asphalt Conference, Moscow, Idaho October 27, 2011 [10] Viện Khoa học & Công nghệ GTVT, “Nghiên cứu phương pháp tính tốn thiết kế kết cấu mặt đường mềm nước giới đề xuất hướng áp dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam”, Báo cáo khoa học đề tài mã số ĐT 164029, 2017 19 ... vần đề cịn thiếu từ áp dụng bang, nước khác Mỹ III Đề xuất định hướng phương pháp tính tốn thiết kế kết cấu áo đường mềm phù hợp với điều kiện Việt Nam 3.1 Đề xuất định hướng phương pháp thiết kế. .. tham khảo từ kết thiết kế khác 2.3 Phương pháp thiết kế mặt đường mềm theo tiêu chuẩn Nga 2.3.1 Ưu điểm - Phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường theo Tiêu chuẩn Nga, ОДН 218.046-01 dựa sở lý thuyết... có sở để lựa chọn độ tin cậy cho phù hợp b) Về thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường định thông số vật liệu để kiểm toán kết cấu áo đường : - Cũng tiêu chuẩn 22TCN 211 : 2006, sử dụng tiêu chuẩn 22TCN