Lưới địa kỹ thuật tổng hợp - Giải pháp gia cường hiệu quả cho lớp móng của kết cấu mặt đường tại Việt Nam

Ngày nhận bài: 16/9/2025; Ngày sửa bài: 5/10/2025; Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2025

http://doi.org/10.64588/jc.08.10.2025

Tóm tắt

Tại Việt Nam hiện nay, xu hướng sử dụng lớp móng bằng cấp phối đá dăm (CPĐD) đang được sử dụng phổ biến trên các tuyến đường ô tô do nhiều ưu điểm, nhưng cũng khong ít nhược điểm khi không có thêm các vật liệu gia cường. Lưới địa kỹ thuật khi được áp dụng sẽ kỳ vọng không những tăng tuổi thọ kết cấu áo đường, tăng sức chịu tải, kiểm soát độ lún lệch và giảm chiều dày lớp cấp phối đá dăm mà còn được xem là một giải pháp phù hợp giúp giảm việc sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm trong tầng móng kết cấu áo đường (KCAD) mềm.

Tuy nhiên, việc sử dụng lưới địa kỹ thuật tổng hợp trong lớp móng của kết cấu áo đường mềm hiện nay đang gặp nhiều khó khăn trong việc quản lý và kiểm soát chất lượng đối với lớp vật liệu, cũng như trong quá trình thi công do chưa có các tiêu chuẩn quy định cụ thể nhằm quản lý một cách tổng thể chất lượng trong quá trình thi công. Bài báo này đề cập tới việc ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp trong lớp móng của kết cấu mặt đường mềm ở Việt Nam.

Từ khóa: Lưới địa kỹ thuật tổng hợp, cấp phối đá dăm, kết cấu mặt đường mềm.

Abstract

In Vietnam today, the trend of using crushed stone aggregate for base layers is being widely used on automobile routes. Highway and Expressway due to many advantages, but also many disadvantages when there are no additional reinforcing materials.. When applied, geogrids are expected to not only increase the lifespan of the pavement structure, increase load-bearing capacity, control differential settlement and reduce the thickness of the crushed stone aggregate layer, but are also considered a suitable solution to help reduce the use of crushed stone aggregate materials in the flexible pavement structures. However, the use of synthetic geogrids is currently facing many difficulties in managing and controlling the quality of the material layer, as well as in the construction process because there are no specific standards to manage the overall quality during the construction process. This paper deals with the application of geosynthetic materials in the base layer of flexible pavement structures in Vietnam.

Keywords: Synthetic geogrids, crushed stone aggregate, flexible pavement structures.

1. Đặt vấn đề

Giải pháp về vật liệu lưới địa kỹ thuật (Geogrid - LĐKT) đã được nghiên cứu áp dụng tại nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Đức... Giải pháp này cho phép giảm chiều dày vật liệu đắp, đa dạng hóa các loại vật liệu, tận dụng được vật liệu tại chỗ... từ đó giảm thiểu chi phí xây dựng; cắt giảm việc vận chuyển đổ thải vật liệu cũ và vận chuyển vật liệu xây dựng mới tới công trường, từ đó giảm phát thải khí CO₂ và giảm thiểu các tác động gây ô nhiễm môi trường.

Chức năng chính của LĐKT là gia cố lớp vật liệu rời, tạo thành lớp vật liệu phức hợp ổn định cơ học (Mechanically Stabilised Layer - MSL). Chức năng ổn định cơ học của lưới địa kỹ thuật đã được chứng nhận bởi Tổ chức phê duyệt kỹ thuật châu Âu (European Orgization for Technical Approval - EOTA). LĐKT có khả năng “khóa” và "giữ chặt" các hạt cốt liệu, qua đó giữ ổn định, hạn chế dịch chuyển ngang các hạt cốt liệu và cải thiện hiệu quả làm việc của lớp kết cấu dưới tác dụng của tải trọng giao thông. Đồng thời, kết cấu phức hợp này phân bố tải trọng bánh xe trên phạm vi lớn hơn giúp giảm tải trọng tác dụng xuống lớp nền bên dưới.

Việc nghiên cứu áp dụng LĐKT trong kết cấu mặt đường của Việt Nam hiện nay đòi hỏi tính cấp thiết và thực tiễn cao.

2. Đánh giá chung về vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp áp dụng cho lớp móng trong kết cấu áo đường

2.1. Trên thế giới

Lưới địa kỹ thuật với hiệu ứng lèn chặt và các tính chất vật lý có thể làm giảm vệt lún bánh xe trong quá trình khai thác khi so sánh với kết cấu không sử dụng lưới địa kỹ thuật. Sự khác biệt hiệu quả này được minh chứng trong các nghiên cứu thử nghiệm xe chạy, thực hiện tại phòng thí nghiệm nghiên cứu giao thông ở Vương Quốc Anh. Việc áp dụng lưới địa kỹ thuật sẽ làm giảm chiều dày, tăng tuổi thọ kết cấu áo đường, giảm chi phí cho công tác duy tu bảo dưỡng hàng năm. Bên cạnh đó, với cơ chế khóa giữ và lèn chặt cốt liệu, lớp ổn định cơ học được hình thành. Lớp ổn định cơ học này giúp phân bố và dàn đều tải trọng hiệu quả hơn so với kết cấu không gia cố, từ đó tăng sức chịu tải của kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng giao thông [7], [8], [9], [10].

Đối với nền đường thông thường, kết cấu áo đường sử dụng LĐKT đã giúp giảm chiều dày lớp cấp phối đá dăm mà không làm giảm hiệu suất so với kết cấu áo đường truyền thống. Không những vậy, đối với các nền đường được xây dựng trên nền đất yếu và không đồng nhất khi hiện tượng lún lệch sau một thời gian khai thác thường xảy ra, việc sử dụng lưới địa kỹ thuật giúp tải trọng được phân bố đồng đều hơn dưới đáy kết cấu áo đường, từ đó giúp hạn chế sự lún lệch diễn ra trong quá trình khai thác.

Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy, sự làm việc hiệu quả của kết cấu áo đường mềm sử dụng LĐKT đã mang lại nhiều hiệu quả cao về mặt kinh tế và kỹ thuật như tăng tuổi thọ kết cấu áo đường, tăng sức chịu tải, kiểm soát độ lún lệch và giảm chiều dày lớp cấp phối đá dăm. Từ đó đáp ứng được nhu cầu thực tiễn về sự thiếu hụt nguồn cung ứng vật liệu, giảm giá thành xây dựng và giảm phát thải khí CO₂, giảm thiểu các tác động gây ô nhiễm môi trường.

Bên cạnh đó, một số nước trên thế giới như Mỹ đã ban hành tiêu chuẩn AASHTO Designation: R 50-09 “Geosynthetic Reinforcement of the Aggregate Base Course of Flexible Pavement Structures” cho việc thiết kế mặt đường mềm sử dụng lưới địa kỹ thuật trong lớp móng đường. Tiêu chuẩn đưa ra các hướng dẫn cho thiết kế mặt đường mềm kết hợp vật liệu địa kỹ thuật nhằm mục đích gia cố lớp móng trong kết cấu mặt đường mềm.

Năm 2012, Trung Quốc đã ban hành chỉ dẫn kỹ thuật cho việc áp dụng LĐKT trên quốc lộ JTG/T D32-2012 [12]. Tiêu chuẩn này được xây dựng nhằm chuẩn hóa việc ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật trong các công trình đường bộ và đáp ứng được các yêu cầu của công trình về an toàn, tin cậy, tiết kiệm và hợp lý.

Ấn Độ ban hành tiêu chuẩn IRC:SP:59-2019 - Hướng dẫn sử dụng lưới địa kỹ thuật đối với mặt đường và các công trình liên quan [11], trong đó cung cấp thông tin về vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp làm từ vật liệu Polime và sử dụng trong mặt đường và các công trình liên quan khác. Tiêu chuẩn cũng đưa ra phương pháp thiết kế, tiêu chí lựa chọn cũng như đặc tính và phương pháp thử nghiệm... đối với vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp sử dụng trong kết cấu mặt mặt đường.

Năm 2018, Hà Lan đã ban hành hướng dẫn cho việc xác định các hệ số cải thiện và thiết kế của LĐKT trong xây dựng đường...

Có thể thấy rằng, tiêu chuẩn hay hướng dẫn kỹ thuật đều đã được ban hành cho việc ứng dụng LĐKT tổng hợp vào kết cấu mặt đường ở nhiều nước trên thế giới.

2.2. Tại Việt Nam

Hiện nay, trong TCCS 37:2022/TCĐBVN - Áo đường mềm, Yêu cầu - chỉ dẫn thiết kế theo chỉ số kết cấu (SN) và TCCS 38: 2022/TCĐBVN “Áo đường mềm - Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế” [5], [6], việc ứng dụng lưới địa kỹ thuật trong lớp móng cấp phối đá dăm vẫn chưa được xem xét đưa vào tính toán trong kết cấu áo đường. Để có thể lựa chọn vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp dạng lưới phù hợp cho lớp móng của kết cấu mặt đường mềm ở Việt Nam, cần phải có những nghiên cứu cụ thể hơn về các loại vật liệu địa kỹ thuật này, làm cơ sở trong việc tính toán, thiết kế kết cấu áo đường mềm và tăng cường trong công tác quản lý và kiểm soát chất lượng đối với lớp vật liệu, cũng như trong quá trình thi công trong bối cảnh ngày càng phổ biến các vật liệu địa kỹ thuật trên thị trường Việt Nam hiện nay.

Việc xác định mô đun đàn hồi của lớp vật liệu gia cố cơ học không thể thực hiện được ở các khuôn mẫu kích thước thông thường theo các tiêu chuẩn hiện nay là một trong những giới hạn cho công tác thử nghiệm tại Việt Nam.

Để xem xét đầy đủ phạm vi ảnh hưởng của LĐKT và sự kết hợp đồng thời của LĐKT và lớp móng cấp phối đá dăm, việc nghiên cứu để thử nghiệm trên máng thí nghiệm cần được tiến hành để đảm bảo phản ánh đúng mô hình làm việc thực tế của các lớp vật liệu trên ngoài thực địa. Việc nghiên cứu xác định mô đun đàn hồi này là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu LĐKT tổng hợp trong lớp móng kết cấu đường nhằm đảm bảo tính hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cho việc áp dụng lớp kết cấu áo đường.

3. Kết cấu áo đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm sử dụng lưới địa kỹ thuật tổng hợp

3.1. Nguyên lý làm việc của lớp móng cấp phối đá dăm sử dụng LĐKT tổng hợp

Chức năng chính của LĐKT là gia cố lớp vật liệu rời, tạo thành lớp vật liệu phức hợp ổn định cơ học (MSL). Chức năng ổn định cơ học của LĐKT được chứng nhận bởi Tổ chức phê duyệt kỹ thuật châu Âu (European Orgization for Technical Approval - EOTA). LĐKT có khả năng “khóa” và "giữ chặt" các hạt cốt liệu, qua đó giữ ổn định, hạn chế dịch chuyển ngang các hạt cốt liệu và cải thiện hiệu quả làm việc của lớp kết cấu dưới tác dụng của tải trọng giao. Đồng thời, kết cấu phức hợp này phân bố tải trọng bánh xe trên phạm vi lớn hơn giúp giảm tải trọng tác dụng xuống lớp nền bên dưới.

3.2. Nguyên lý tính toán thiết kế cấu áo đường mềm với lớp móng cấp phối đá dăm sử dụng LĐKT tổng hợp

Hiện nay, tiêu chuẩn hiện hành cho việc tính toán thiết kế áo đường mềm tại Việt Nam bao gồm TCCS 37:2022/TCĐBVN “Áo đường mềm - Yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế theo chỉ số kết cấu (SN)” và TCCS 38:2022/TCĐBVN “Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế” [5] [6]. Trong đó, phần lớn các dự án hiện đang áp dụng tính toán thiết kế áo đường mềm theo TCCS 38:2022/TCĐBVN sử dụng mô đun đàn hồi tĩnh làm cơ sở tính toán.

Trong thiết kế cấu áo đường mềm thông thường, các lớp vật liệu (lớp mặt, móng trên, móng dưới) được tính toán dựa trên: Tải trọng trục xe, loại và cường độ nền đất (E hoặc CBR), cường độ và mô đun đàn hồi của vật liệu móng. Khi sử dụng lưới địa kỹ thuật (geogrid hoặc geotextile) trong lớp móng cấp phối đá dăm, mục tiêu chính là tăng cường ổn định và gia cường lớp móng. Trong tính toán thiết kế, sự gia cường của lưới địa kỹ thuật thường được quy đổi bằng cách tăng hệ số mô đun đàn hồi (E) hoặc giảm chiều dày lớp móng cần thiết.

Trong thiết kế không sử dụng lưới, độ cứng tổng thể của kết cấu áo đường phụ thuộc hoàn toàn vào mô đun đàn hồi tự nhiên của các lớp vật liệu rời rạc. Khi gặp điều kiện nền yếu, tải trọng truyền xuống làm biến dạng lớn, gây lún cục bộ, chai mặt đường và phá hoại sớm. Với thiết kế có lưới địa kỹ thuật, độ cứng được tăng lên đáng kể do hiệu ứng "giữ chặt" (confinement) vật liệu cấp phối trong mắt lưới, làm hạn chế chuyển vị ngang và tăng cường hiệu quả truyền lực. Mô đun đàn hồi hiệu dụng của lớp móng có thể tăng từ 1,3 đến 1,8 lần, tùy loại lưới và điều kiện thi công.

Trong Hình 3: Đường màu đỏ (không có lưới địa kỹ thuật) cho thấy độ lún tăng nhanh hơn theo tải trọng: đường màu xanh (có lưới địa kỹ thuật) có độ dốc nhỏ hơn, cho thấy khả năng kháng lún và phân phối tải tốt hơn.

3.3. Yêu cầu nghiệm thu đối với kết cấu áo đường mềm sử dụng lớp cấp phối đá dăm

Trong TCCS 38:2022/TCĐBVN qui định, tầng móng thông thường bao gồm lớp móng trên (Base Course) và lớp móng dưới (Sub-base) [3]. Tầng móng chủ yếu chịu tải trọng truyền xuống từ tầng mặt nên khả năng kháng nén là quan trọng. Trong TCCS 38:2022/TCĐBVN phân lớp móng thành 2 loại chính là móng mềm và móng nửa cứng.

Để xác định đặc trưng tính toán của vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên…), trị số mô đun đàn hồi của mẫu vật liệu được xác định theo mục C.4.2, C.4.3, C4.4 tại phụ lục C, TCCS 38:2022/TCĐBVN.

Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu trên thế giới và tài liệu do Công ty Tensar International Limited cung cấp, phạm vi làm việc hiệu quả của lớp gia cố cơ học (lớp cấp phối đá dăm + lưới địa kỹ thuật) là 15 - 30 cm. Do vậy, việc sử dụng khuôn Proctor loại lớn hoặc khuôn CBR (đường kính 152 mm) là không phản ánh đầy đủ phạm vi làm việc của lớp kết cấu gia cố cơ học.

Theo quy định tại mục C.4.2 trong phụ lục C, TCCS 38:2022/TCĐBVN, khi xem xét khả năng làm việc của lớp kết cấu gia cố cơ học, việc xác định mô đun đàn hồi của lớp cấp phối đá dăm sử dụng máng thí nghiệm là hoàn toàn phù hợp theo các quy định nêu trên. Máng có thể cấu tạo gồm cả kết cấu áo đường hoàn chỉnh (gồm đất nền và đủ các lớp vật liệu) hoặc cũng có thể cấu tạo riêng nền đất, riêng từng loại vật liệu nếu muốn thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi của riêng chúng và kích thước của máng vật liệu bao gồm cả chiều dày phải đảm bảo ≥ 3÷4 lần đường kính tấm ép cứng.

Tuy nhiên, khi tính toán kết cấu áo đường theo TCCS 38:2022/TCĐBVN, mô đun đàn hồi chung của kết cấu áo đường được quy đổi từ mô đun đàn hồi riêng của các lớp vật liệu. Do đó, trong nghiên cứu này sẽ sử dụng máng vật liệu để thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi riêng cho lớp CPĐD sử dụng lưới địa kỹ thuật (không bao gồm nền đất) với tấm ép có đường kính 33 cm được quy định để thí nghiệm trên bề mặt các lớp kết cấu áo đường (theo mục 5.3, TCVN 8861:2011 “Áo đường mềm - Xác định mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu áo đường bằng phương pháp sử dụng tấm ép cứng”) [4] và kích thước máng ≥3÷4 lần đường kính tấm ép cứng (99  132 cm). Kết quả thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi riêng cho lớp CPĐD sử dụng lưới địa kỹ thuật sẽ được xem xét trong việc tính toán thiết kết kết cấu mặt đường mềm sử dụng lưới địa kỹ thuật theo nguyên lý tính toán trong TCCS 38:2022/TCĐBVN.

4. Kết quả thử nghiệm trong phòng lưới địa kỹ thuật do Công ty Tensar cung cấp

4.1. Giới thiệu lưới địa kỹ thuật liên trục của Tensar

Lưới địa kỹ thuật Liên trục Tensar InterAx là dạng lưới cứng, được sản xuất từ một tấm polypropylene theo công nghệ đục lỗ, gia nhiệt và kéo dãn theo các phương nhất định. Kết quả hình thành cấu trúc bao gồm các đường gân lưới liên tục và không liên tục với hình dạng ô lưới là các đa giác có 3 khẩu độ khác nhau gồm hình lục giác, hình thang và hình tam giác đảm bảo khả năng tương thích tốt hơn với chất lượng và cấp phối hạt của nhiều loại cốt liệu khác nhau Hình 3.

Lưới địa kỹ thuật Liên trục Tensar có các gân lưới với chiều dày gân lưới được gia tăng và mô tả với khái niệm “tỷ lệ mặt cắt gân lưới” (chiều cao/chiều rộng gân lưới). Điều này tạo nên một bề mặt chịu lực tốt hơn sẵn có để khóa giữ và lèn chặt cốt liệu dạng hạt được đắp và đầm chặt với lưới địa kỹ thuật. Điều này ảnh hưởng đến khả năng lèn chặt sẵn có trong lớp gia cố cơ học khi sử dụng lưới địa kỹ thuật liên trục.

Hình lục giác phụ bên trong bổ sung thêm vào cấu trúc gia cố của lưới địa kĩ thuật Liên trục Tensar. Nó tạo nên một trong những hình dạng khẩu độ bổ sung được đề cập ở trên nhưng vị trí tương đối của nó trong cấu trúc lưới địa kỹ thuật cho phép làm việc theo phương đứng với hình lục giác "nổi" ở trung tâm của khung lưới. Khả năng di chuyển theo phương đứng này làm tăng khả năng khóa giữ, bổ sung thêm vào hiệu suất được cải thiện của lưới địa kỹ thuật Liên trục. Hình lục giác phụ cũng có khả năng linh hoạt "trong mặt phẳng" để cho phép các cốt liệu dạng hạt và lưới địa kỹ thuật tương tác qua lại hiệu quả hơn, giúp cải thiện hơn nữa vùng ảnh hưởng của lưới địa kỹ thuật thông qua MSL.

4.2. Qui mô thử nghiệm

- Thực hiện các thí nghiệm vật liệu đánh giá chất lượng của đất nền K98, K95, CPDD loại I, CPDD loại II và các loại lưới địa kỹ thuật.

- Triển khai thực hiện và chế tạo máng thử nghiệm và thiết bị gia lực với kích thước: 1,2 m x 1,2 m.

- Tiến hành thử nghiệm trong máng trượt thử nghiệm với các điều kiện nền khác nhau, chiều dày cấp phối đá dăm khác nhau và các loại lưới địa kỹ thuật liên trục khác nhau.

4.3. Mục tiêu thử nghiệm

- Nghiên cứu, chế tạo máng thử nghiệm vật liệu cho lớp móng cấp phối đá dăm sử dụng lưới địa kỹ thuật.

- Trên cơ sở các kết quả thử nghiệm trong phòng, đưa ra nhận xét, đánh giá về chất lượng vật liệu lưới địa kỹ thuật Tensar (Interax, HX) dùng trong tầng móng của kết cấu mặt đường mềm tại Việt Nam.

4.4. Thí nghiệm vật liệu đầu vào

Thí nghiệm vật liệu đầu vào được thực hiện nhằm đánh giá các đặc tính cơ lý của các loại vật liệu sử dụng trong quá trình thử nghiệm mô phỏng kết cấu áo đường mềm. Các vật liệu thí nghiệm bao gồm: Đất nền, cấp phối đá dăm và lưới địa kỹ thuật Tensar. Các thí nghiệm tuân theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Đối với lưới địa kỹ thuật được thực hiện theo chỉ dẫn kỹ thuật do Tensar thực hiện.

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu qui định của vật liệu đầu vào đều đảm bảo qui định kỹ thuật yêu cầu. Vì vậy các vật liệu đầu vào đều đủ điều kiện để thực hiện các thí nghiệm trong phòng liên quan.

4.5. Thí nghiệm trên máng thử nghiệm

4.5.1. Chế tại máng thử nghiệm

Thiết bị thử nghiệm được nghiên cứu và chế tạo trên cơ sở mục C.4.2 của TCCS38. Chi tiết như sau:

- Máng khuôn:

+ Chiều cao máng được chia thành các phần có chiều cao tương ứng và phù hợp với các trường hợp thí nghiệm;

+ Các phần của máng được liên kết bằng bu-lông giữ ổn định cho cấu trúc máng.

-Cấu trúc khung thử nghiệm:

+ Chiều cao tổng thể 250 cm;

+ Thành phần chính:

Hố móng: Kích thước hố móng 250 x 180 x 40 cm, tấm đế bên dưới khung để tăng cứng và cố định với nền, Thép gia cố để chống đẩy có thể thiết kế lại để đảm bảo khả năng chịu tải.

Khung thép chính gồm nhiều tầng có thể tháo rời tùy vào chiều cao của mẫu thử, liên kết các tầng khung thép bằng các thanh giằng và bu-lông liên kết

- Cơ cấu truyền lực phía trên: Kích thủy lực được gắn tại đỉnh khung liên kết bằng đai thép và bu-lông, có thể tháo rời

Tổng thể thiết bị thí nghiệm bao gồm:

- Máng khuôn bằng thép có kích thước 1,2 x 1,2 m dùng để đầm vật liệu bên trong.

Tấm ép thử nghiệm có đường kính 33 cm đảm bảo điều kiện quy định tại tiêu chuẩn.

- Hình 4 mô tả hệ thống thiết bị sử dụng cho công tác thí nghiệm bao gồm: Máng thép và khung thí nghiệm được ngàm vào nền đất, tấm ép, thiết bị đo lực loadcell, kích thủy lực và đồng hồ đo biến dạng.

4.5.2. Kết quả thí nghiệm

Viện Chuyên ngành Đường bộ và Sân bay đã thực hiện thí nghiệm với tổng số 32 mẫu thử (20 mẫu cho móng cấp phối đá dăm loại II và 12 mẫu cho móng cấp ph,ối đá dăm loại I) với 04 loại hình kết cấu, đất nền và từ 03 - 05 chiều dầy kết cấu khác nhau.

Kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê thông qua phần mềm Minitab 22.3.1 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial design) và phân tích kết quả thí nghiệm từ đó xây dựng mô hình hồi quy.

4.5.2.1. Kết quả thí nghiệm trong phòng tại máng thử nghiệm với CPĐD loại II cho 04 loại hình kết cấu mặt đường và 05 chiều dầy kết cấu khác nhau

Kiểm tra kết quả thí nghiệm các giá trị mô đun đàn hồi đảm bảo phân bố chuẩn và không có giá trị ngoại lai.

a) Phân tích kết quả mô đun đàn hồi nền đất (E_n):

Phân tích phương sai ANOVA tất cả các biến chiều dày và loại lưới đều không ảnh hưởng có ý nghĩa thống kê đến mô đun đàn hồi của nền đất. Hệ số p-value đều lớn hơn 0.05. Điều này có thể giải thích mô hình thí nghiệm có kết quả phù hợp với hệ đàn hồi nhiều lớp, lưới địa kỹ thuật chỉ ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi chung và mô đun đàn hồi của vật liệu lớp cấp phối đá dăm loại II.

b) Phân tích kết quả mô đun đàn hồi chung trên mặt lớp cấp phối đá dăm loại II (E_ch2):

Phân tích phương sai ANOVA các biến chiều dày và loại lưới đều ảnh hưởng đến E_ch2 có ý nghĩa thống kê, thể hiện ở các hệ số p-value đều nhỏ hơn 0,05 và hệ số xác định điều chỉnh R²_đc = 92.04% . Chiều dày có ảnh hưởng lớn hơn lưới địa kỹ thuật.

Hình 6 biểu đồ diễn biến các yếu tố ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi chung. Khi chiều dày lớp cấp phối đá dăm loại II tăng lên thì mô đun đàn hồi chung tăng lên, quy luật tăng lên gần như là tuyến tính. Loại lưới cũng ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi chung, quy luật tăng từ Không có lưới; Lưới HX5.5; Lưới HX165; Lưới NX850.

Hình 7 thể hiện mô đun đàn hồi chung trên mặt lớp cấp phối đá dăm loại II. Khi chiều dày tăng lên thì mô đun đàn hồi tăng lên, loại lưới địa kỹ thuật cũng ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi rõ rệt.

c) Phân tích kết quả mô đun đàn hồi lớp cấp phối đá dăm loại II (E_cp2):

Tương tự như đối với mô đun đàn hồi chung trên mặt, phân tích phương sai ANOVA các biến Chiều dày và Loại lưới địa kỹ thuật đều ảnh hưởng đến E_cp2 có ý nghĩa thống kê, thể hiện ở các hệ số p-value đều nhỏ hơn 0,05 và hệ số xác định điều chỉnh R²_đc = 89.77% .

Hình 8 thể hiện diễn biến các yếu tố ảnh hưởng đến E_cp2. Khi chiều dày tăng lên thì E_cp2 giảm đi, điều này có thể giải thích lưới địa thuật chỉ có tác dụng ở phạm vi chiều dày nhất định, khi chiều dày tăng lên thì khoảng ảnh hưởng sẽ không hết phạm vi chiều dày. Loại lưới cũng ảnh hướng đến E_cp2 theo quy luật tăng dần từ Không có lưới; Lưới HX5.5; Lưới HX165; Lưới NX850.

Hình 9 thể hiện mô đun đàn hồi Ecp2 lớp cấp phối đá dăm loại II. Khi chiều dày tăng lên thì mô đun đàn hồi giảm đi, loại lưới cũng ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi rõ rệt.

Hình 8 bên phải góc dưới và Hình 9 ở cụm đầu tiên, khi không có lưới thì mô đun đàn hồi của lớp cấp phối đá dăm 2 có thay đổi nhưng không nhiều, nếu tính trung bình thì giá trị này là 208.5 MPa, nếu lấy tròn giá trị mô đun đàn hồi E_cp2 = 210 Mpa.

Phương trình hồi quy bậc nhất mô đun đàn hồi E_cp2 theo chiều dày lớp cấp phối đá dăm và loại lưới được xây dựng có hệ số xác định điều chỉnh R²_đc = 91.64%.

4.5.2.2. Kết quả thí nghiệm trong phòng tại máng thử nghiệm với CPĐD loại I cho 04 loại hình kết cấu mặt đường và 03 chiều dầy kết cấu khác nhau

a) Phân tích kết quả mô đun đàn hồi nền đất:

Tương tự như đối với cấp phối đá dăm loại II, các biến có ảnh hưởng không nhiều đến mô đun đàn hồi của nền đất. Hình 10 thể hiện mô đun đàn hồi của nền đất E_n, giá trị trung bình khoảng 42 MPa.

b) Phân tích kết quả mô đun đàn hồi chung trên mặt lớp cấp phối đá dăm loại 1 (E_ch1)

Phân tích phương sai ANOVA các biến Chiều dày và Loại lưới địa kỹ thuật đều ảnh hưởng đến E_ch1 có ý nghĩa thống kê thể hiện ở các hệ số p-value đều nhỏ hơn 0,05 và hệ số xác định điều chỉnh R²_đc = 96.74%. Hình 11 là biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng và Hình 12 là biểu đồ mô đun đàn hồi E_ch1. Chiều dày có ảnh hưởng lớn hơn loại lưới địa kỹ thuật. Khi chiều dày càng tăng thì E_ch1 cũng tăng lên. Loại lưới địa kỹ thuật ảnh hưởng đến E_ch1 theo thứ tự tăng dần là: Không lưới; Lưới HX5.5; Lưới HX165 và Lưới HX850.

 c) Phân tích kết quả mô đun đàn hồi lớp cấp phối đá dăm loại I (E_cp1)

Phân tích phương sai ANOVA các biến Chiều dày và Loại lưới đều ảnh hưởng đến Ecp1 có ý nghĩa thống kê thể hiện ở các hệ số p-value đều nhỏ hơn 0,05 và hệ số xác định điều chỉnh R²_đc = 86.80%. Hình 13 là biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng và Hình 14 là biểu đồ mô đun đàn hồi E_cp1. Khi chiều dày càng tăng thì E_cp1 cũng giảm đi như quy luật của cấp phối đá dăm loại II ở trên. Điều này khẳng định rõ hơn khi chiều dày tăng lên thì lưới địa kỹ thuật chỉ ảnh hưởng ở phạm vi nhất định, khoảng 15 - 20 cm, ngoài phạm vi này thì ảnh hưởng của lưới sẽ giảm đi. Loại lưới địa kỹ thuật có ảnh hưởng hơn chiều dày. Loại lưới ảnh hưởng đến E_cp1 theo thứ tự tăng dần cũng như quy luật đối với lớp cấp phối đá dăm loại II là: Không lưới; Lưới HX5.5; Lưới HX165 và Lưới HX850.

Tương tự như đối với cấp phối đá dăm loại II, ở bên phải phía dưới Hình 13 và phía trái Hình 14, lớp cấp phối đá dăm loại I khi không có lưới thì mô đun đàn hồi cơ bản không thay đổi nhiều, giá trị trung bình làm tròn là 256 MPa. Đây là giá trị làm căn cứ đề xuất mô đun đàn hồi tính toán kết cấu mặt đường mềm.

4.5.3. Phân tích hệ số cải thiện

Hệ số cải thiện mô đun đàn hồi (MIF) thể hiện hiệu quả làm việc của lưới địa kỹ thuật khi làm việc cùng lớp cấp phối đá dăm so với lớp cấp phối đá dăm thông thường. Giá trị MIF được tính toán theo công thức sau:

Trong đó, giá trị mô đun đàn hồi của vật liệu được xác định từ kết quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường.

 4.5.3.1. Phân tích kết quả hệ số MIF tại máng thử nghiệm với CPĐD loại II

Tương tự như đối với mô đun đàn hồi E_cp2, phân tích phương sai ANOVA các biến Chiều dày và Loại lưới địa kỹ thuật đều ảnh hưởng đến MIF có ý nghĩa thống kê, thể hiện ở các hệ số p-value đều nhỏ hơn 0,05 và hệ số xác định điều chỉnh R²_đc = 89.83% . Loại LĐKT có ảnh hưởng đến mô đun hơn chiều dày lớp cấp phối đá dăm.

Hình 15 thể hiện diễn biến các yếu tố ảnh hưởng đến MIF. Khi chiều dày tăng lên thì MIF giảm đi, điều này có thể giải thích LĐKT chỉ có tác dụng ở phạm vi chiều dày nhất định, khi chiều dày tăng lên thì khoảng ảnh hưởng sẽ không hết phạm vi chiều dày. Loại LĐKT cũng ảnh hướng đến MIF theo quy luật tăng dần từ Không có lưới; Lưới HX5.5; Lưới HX165; Lưới NX850.

Hình 16 thể hiện sự thay đổi hệ số MIF theo chiều dày và loại LĐKT. Phạm vi chiều dày lớp cấp phối từ 15-20 cm sẽ có hệ số lớn nhất. Chiều dày này cũng phù hợp với khả năng đầm nén của các phương tiện hiện nay ở Việt Nam.

4.5.3.2. Phân tích kết quả hệ số MIF tại máng thử nghiệm với CPĐD loại I

Phân tích phương sai ANOVA các biến Chiều dày và Loại LĐKT đều ảnh hưởng đến MIF có ý nghĩa thống kê, thể hiện ở các hệ số p-value đều nhỏ hơn 0,05 và hệ số xác định điều chỉnh R²_đc = 86.90%. Hình 17 là biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng và Hình 18 là biểu đồ MIF. Khi chiều dày càng tăng thì MIF cũng giảm đi như quy luật của cấp phối đá dăm loại II ở trên. 

Loại lưới ảnh hưởng đến MIF theo thứ tự tăng dần cũng như quy luật đối với lớp cấp phối đá dăm loại II là: Không lưới; Lưới HX5.5; Lưới HX165; và Lưới HX850.

5. Nhận xét, kết luận

- Qua các nghiên cứu, đánh giá nêu trên và kết quả thử nghiệm hiện trường (có báo cáo riêng), việc áp dụng LĐKT tổng hợp trong lớp móng của KCMĐ mềm là rất khả thi và phù hợp tại Việt Nam hiện nay;

- Việc áp dụng lưới ĐKT nhằm tăng cường độ, mô đun đàn hồi lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường là khả thi tại Việt Nam hiện nay;

- Đã thiết kế thí nghiệm và thực hiện các thí nghiệm trong phòng. Các kết quả thí nghiệm đảm bảo độ chụm, không có kết quả ngoại lai. Phân tích thống kê, các kết quả có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cậy 95%;

- Đã đánh giá được ảnh hưởng của chiều dày và loại LĐKT đến mô đun đàn hồi của lớp cấp phối đá dăm, hệ số MIF. Khi chiều dày tăng lên thì mô đun đàn hồi của lớp giảm đi và hệ số MIF cũng giảm đi. Loại LĐKT có tác dụng làm tăng mô đun đàn hồi lớp cấp phối đá dăm theo thứ tự tăng dần là: Lưới HX5.5; Lưới HX165 và Lưới HX850;

- Đã đề xuất được giá trị mô đun đàn hồi của lớp cấp phối đá dăm loại II là 210 MPa và lớp cấp phối đá dăm loại I là 256 MPa;

- Móng cấp phối đá dăm loại II: Giá trị MIF tăng tương ứng với chiều dầy lớp móng từ  35 cm, 30 cm, 25 cm, 25 cm, 15 cm; trong mỗi kết cấu khác nhau, giá trị MIF tăng từ vật liệu gia cố: Không lưới ĐKT, HX 5,5, HX165, NX850 (giá trị MIF lưới ĐKT NX850 gấp 1,92 lần khi không có lưới ĐKT).

- Móng cấp phối đá dăm loại I: Giá trị MIF tăng tương ứng với chiều dầy lớp móng từ  35 cm, 25 cm,15 cm; trong mỗi kết cấu khác nhau, giá trị MIF tăng từ vật liệu gia cố: Không lưới ĐKT, HX 5,5, HX165, NX850 (giá trị MIF lưới ĐKT NX850 gấp 1,90 lần khi không có lưới ĐKT).

- 03 loại lưới địa kỹ thuật thử nghiệm nêu trên: HX 5,5, HX165, NX850 đều tăng khả năng chịu lực và làm việc hiệu quả trong lớp móng của kết cấu áo đường. Trong đó, loại lưới ĐKT NX850 có khả năng làm việc hiệu quả nhất.

- Việc áp dụng lưới địa kỹ thuật có hiệu quả tùy thuộc vào chiều dầy lớp móng đường áp dụng. Thông thường chiều dầy lớp móng cấp phối đá dăm hiệu quả tốt khi gia cố lưới ĐKT là từ 15 cm đến 25 cm.

- Có thể sử dụng hệ số MIF và các thông số tính toán khác từ nghiên cứu này để quy đổi mô đun đàn hồi của lớp CPĐD khi sử dụng lưới địa kỹ thuật trong tính toán thiết kế kết cấu áo đường theo TCCS 38:2022/TCĐBVN.

- Cần sớm ban hành tiêu chuẩn liên quan trong tính toán kết cấu áo đường, thi công và nghiệm thu lưới địa kỹ thuật tổng hợp tại Việt Nam.

Lời cảm ơn: Tác giả và nhóm nghiên cứu trân trọng cảm ơn Viện Khoa học và công nghệ GTVT, Bộ môn Đường bộ - Khoa Công trình Trường Đại học GTVT và Công ty Tensar International Limited đã hỗ trợ trong suốt quá trình thực hiện;

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. TCVN 9844 - 2013, Requirements of design, construction and acceptance of geotextiles in embankment construction on softground (Yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu).

[2]. TCVN 9436 - 2012, Highway embankment and cuttings - Construction and quality control (Nền đường ô tô - Thi công và nghiệm thu).

[3]. TCVN 8859 - 2023, Graded aggregate bases and subbases pavement – Specification for construction and acceptance (Lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô - vật liệu, thi công và nghiệm thu).

[4]. TCVN 8861: 2011, Flexible Pavement - Determinnation of Elastic modulus of soils and pavement components using Static plate load method (Áo đường mềm - Xác định mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu áo đường bằng phương pháp sử dụng tấm ép cứng).

[5]. TCCS 37:2022/TCĐBVN – Áo đường mềm, Yêu cầu – chỉ dẫn thiết kế theo chỉ số kết cấu (SN)

[6]. TCCS 38:2022/TCĐBVN, Flexible Pavement Design - Specification and Guidelines (Áo đường mềm - Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế).

[7]. Zornberg, J., (2012), Geosynthetic-reinforced Pavement Systems, Proceeding of the 5th European Geosynthetic Congress, EuroGeo5, Valencia, Spain.

[8]. Full scale evaluation of geogrid reinforced thin flexible pavements, Jersey et al TRB 2012.

[9]. Performance of geogrid stabilized flexible pavements, Norwood & Tingle, United States Corps of Engineers - Engineering Research Development Center report, 2014.

[10]. Robinson W. J., Tingle J. S. & Norwood G. J. (2017), Full-Scale Accelerated Testing of Multi-axial Geogrid Stabilized Flexible Pavements (No. ERDC/GSL TR-17-9), ERDC-GSL Vicksburg United States.

[11]. IRC:SP:59:2019, Guidelines for use of geosynthetics in road pavements and associate works.

 [12]. JTG/T D32-2012, Technical Specifications for Application of  Geosynthetics in Highway.