NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN MẶT ĐƯỜNG BTXM
Tổng quan về mặt đường BTXM
1.1.1 Phát triển mặt đường BTXM trên thế giới
Mặt đường BTXM ra đời vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu từ Anh vào những năm 1950 và sau đó lan rộng sang các quốc gia như Pháp, Đức, Mỹ và Nga Trong hơn 100 năm qua, BTXM đã được xây dựng và phát triển trên toàn cầu, đặc biệt tại các nước có nền kinh tế phát triển như Canada, Hoa Kỳ, Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia và Trung Quốc.
Mặt đường BTXM (bê tông xi măng) và mặt đường mềm là hai loại hình mặt đường chính trong giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò thiết yếu trong việc xây dựng mạng lưới giao thông cho các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia.
Mặt đường BTXM được ứng dụng rộng rãi trên tất cả các cấp đường giao thông, bao gồm đường địa phương, tỉnh lộ, quốc lộ, và cả những tuyến đường có lưu lượng xe thấp đến cao như đường phố, đường trục chính và đường cao tốc Ngoài ra, loại mặt đường này cũng thường thấy tại các sân bay, bến cảng, đường chuyên dụng và bãi đỗ xe.
Hiện nay, mặt đường BTXM đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu và quản lý Hệ thống tiêu chuẩn đang ngày càng hoàn thiện, cùng với sự phát triển đồng bộ và hiện đại của công nghệ xây dựng Các hội nghị tổng kết và chia sẻ kinh nghiệm về mặt đường BTXM diễn ra thường niên, đồng thời nghiên cứu phát triển mới cũng được duy trì, giúp mở rộng phạm vi áp dụng của loại hình mặt đường này trên toàn cầu.
Khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước được thống kê dưới đây:
Bảng 1.1: Thống kê tình hình sử dụng mặt đường BTXM trên thế giới
Quốc gia Tỷ lệ đường BTXM Ghi chú
Québec (Canada) 4% (1239km) 75% KL vận tải
CHLB Đức 25% Áo 67% (14000km) Đường cao tốc
Bỉ 17% tổng hệ thống 40% đường cao tốc,
Anh 5% Úc 67% Đường cao tốc
Mỹ 17% đường xa lộ Số liệu năm 2005
Theo số liệu năm 2005, Trung Quốc chiếm 58% tổng chiều dài đường bộ với 306.622 km, trong khi Nhật Bản chỉ chiếm 4,6% tổng hệ thống, nhưng lại có 37,2% đường cao tốc (Nguồn: Báo cáo tổng kết nghiên cứu hiệu quả áp dụng và hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn dùng xi măng làm đường bê tông – Viện KHCN Xây dựng)
1.1.2 Phát triển mặt đường BTXM tại Việt Nam
Trong những năm gần đây, Đảng và Chính phủ đã chú trọng đầu tư cho xây dựng và cải tạo mạng lưới đường thông qua nhiều nguồn vốn khác nhau, bao gồm Ngân hàng Thế giới (World Bank), Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB), JBIC (Nhật Bản) và nguồn vốn đối ứng trong nước Kết quả là hàng loạt con đường lớn đã được cải tạo và nâng cấp, góp phần cải thiện hạ tầng giao thông.
Quốc lộ 1A, đoạn đường Vinh – Đông Hà, dài gần 100 Km, thuộc loại đường cấp III đồng bằng Trong khi đó, đoạn nhánh phía Tây và phía Đông của đường Hồ Chí Minh có tổng chiều dài gần 400 Km, được phân loại là đường cấp IV.
QL18 là một đoạn đường cấp III dài gần 40 km, nhưng một số đoạn của tuyến này thường xuyên bị ngập lụt Ngoài ra, các tuyến đường khác như QL3 (đoạn Thái Nguyên – Bắc Cạn) và đoạn Tiên Yên – Móng Cái thuộc QL4 (dài 20 km) cũng đã được xây dựng từ những năm 90, với phân loại cấp V miền núi.
Một số đường đô thị, đường khu công nhiệp, đường chuyên dụng bằng BTXM
Một loạt các đường BTXM dùng cho đường GTNT cấp thấp
Nếu quy đổi chung thành một cấp (cấp IV) tỷ lệ đường BTXM ở nước ta mới chiếm khoảng 2,5% toàn bộ đường và 5% đường QL
Trong tương lai gần, Việt Nam đã và đang thực hiện một loạt các dự án đường BTXM trong đó có cả đường cao tốc:
- Dự án đường Tuần tra biên giới với chiều dài gần 1100Km với kết cấu bằng BTXM (hiện nay đã xây dựng được 300 km)
- Dự án đường Đông Trường Sơn với chiều dài hơn 500 km bằng BTXM
- Dự án đường cao tốc Ninh Bình – Vinh đang quan tâm tới mặt đường BTXM
Nếu các dự án này được triển khai, chúng ta sẽ có một hệ thống đường bê tông rộng lớn và tỷ lệ mặt đường bê tông xi măng (BTXM) sẽ tăng lên đáng kể.
1.1.3 Phân loại và Ưu nhược điểm chung của mặt đường BTXM a) Phân loại:
Về phân loại mặt đường BTXM Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đường BTXM được phân ra một số loại như sau:
- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ (thông thường);
- Mặt đường BTXM cốt thép;
- Mặt đường BTXM lưới thép;
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục; mặt đường BTXM cốt phân tán;
- Mặt đường BTXM lu lèn;
- Mặt đường BTXM ứng suất trước;
- Mặt đường BTXM lắp ghép b) Ưu điểm:
Mặt đường BTXM có một số ưu điểm nổi bật sau đây:
Mặt đường BTXM có tuổi thọ cao hơn so với mặt đường bê tông nhựa (BTN) Tuổi thọ cụ thể của mặt đường BTXM phụ thuộc vào cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng quốc gia, nhưng thường được ước tính trong khoảng thời gian dài.
Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) ở Trung Quốc có tuổi thọ thực tế thường vượt quá dự kiến thiết kế, với tuổi thọ từ 20 đến 50 năm, trong khi một số đoạn có thể tồn tại đến 78 năm mà không cần tăng cường Theo thống kê, nhiều đoạn mặt đường BTXM chỉ cần bảo trì sau 50 năm sử dụng, cho thấy độ bền và khả năng chịu lực của loại mặt đường này.
Cường độ mặt đường BTXM ổn định và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, phù hợp cho mọi loại xe Mặt đường này duy trì cường độ tốt trong điều kiện ẩm ướt và nhiệt độ cao, thậm chí cường độ có thể tăng theo thời gian mà không gặp phải hiện tượng lão hóa như mặt đường BTN.
Mặt đường BTXM có khả năng chống bào mòn tốt và hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, đảm bảo an toàn cho xe khi lưu thông Bên cạnh đó, với màu sáng, mặt đường này còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển vào ban đêm.
Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp
Mặt đường BTXM có thời gian phục vụ dài và chi phí bảo trì thấp, dẫn đến tổng giá thành xây dựng và khai thác không chênh lệch nhiều so với mặt đường BTN Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
Mặt đường BTXM thường có các khe nối, gây khó khăn trong thi công và bảo trì, đồng thời làm tăng chi phí và ảnh hưởng đến chất lượng vận hành, khiến xe không chạy êm thuận Những khe nối này là điểm yếu nhất của mặt đường BTXM, dễ dẫn đến hư hỏng ở cạnh và góc tấm.
Tình hình sử dụng mặt đường BTXM trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa
Mặt đường BTXM đã được xây dựng và sử dụng tại Thanh Hóa hơn 30 năm, chủ yếu từ xi măng của nhà máy Bỉm Sơn Nhiều tuyến đường được xây dựng từ xi măng Bỉm Sơn vẫn còn sử dụng tốt đến nay Đoạn 1, đường vào nhà máy, được thi công thủ công từ năm 1979 và chất lượng vẫn đảm bảo Đoạn 2, đường trong thị xã Bỉm Sơn, cũng được thi công thủ công từ cùng thời điểm.
1979 chất lượng đến nay vẫn còn tốt; Đoạn 3 (Đường Lê Thánh Tông), thi công thủ công, sử dụng từ năm
Từ năm 1986, nhiều đoạn đường đã bị hư hỏng nghiêm trọng do thiết kế không lường hết tải trọng Đặc biệt, đoạn 4 (đường Trần Hưng Đạo) được thi công từ năm 1980 với nền đất đắp tốt, nhưng hiện nay có nhiều vết nứt dài và sâu, cùng với hệ thống thoát nước kém Trong khi đó, đoạn 5 (đường Trần Hưng Đạo kéo dài), đưa vào sử dụng năm 1993 và sửa chữa năm 1998, vẫn còn trong tình trạng tốt với chỉ một vài hư hỏng nhỏ Đoạn 6 (đường lên mỏ đá), thi công từ năm 1982, hiện đang gặp nhiều vấn đề nứt nẻ chủ yếu do chấn động từ nổ mìn và xe chở đá làm rơi đá xuống mặt đường.
Đoạn đường tỉnh 522 kéo dài từ Bỉm Sơn đến Phố Cát, thuộc thị xã Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa, có tổng chiều dài 16 km, trong đó 4 km đầu được trải bê tông xi măng (BTXM).
- Chiều rộng mặt đường 2×3.5m và 2x2,5m
- Kích thước tấm bê tông 3,5 × 4 và 2,5x4 m2
- Chiều dày tấm trung bình 22 cm
- Cường độ bê tông Mác 300
- Thời gian xây dựng năm 1986
Tuyến đường Bỉm Sơn – Phố Cát dài 4km với các tấm bê tông dày 22cm, kích thước 3,5×4m2 và 2,5×4m2 Sau hơn 25 năm sử dụng, đoạn đường này đã bị xuống cấp và hư hỏng nghiêm trọng ở nhiều khu vực.
Trong tương lai gần, Thanh Hóa sẽ triển khai nhiều dự án sử dụng mặt đường BTXM, bao gồm: Đường Cầu Quan – Mục Sơn dài 58,5 km với 13,5 km BTXM; Đường Thị trấn Thiệu Hóa – Xuân Lam dài 36 km với 25 km BTXM; Đường Vạn Thiện – Tượng Sơn dài 13,5 km toàn bộ sử dụng BTXM; Đường Cầu Thiều – Sim – Thượng Ninh dài 33,4 km với 13,5 km BTXM; Đường Hạnh Phúc – Yên Bái dài 11,4 km với 1 km BTXM; Đường Kim Tân – Thạch Quảng dài 26,2 km với 5 km BTXM; Đường Kim Tân – Phố Châu dài 58,5 km với 20 km BTXM; Đường Thiệu Phú – Định Tân – Định Bình – Định Thành dài 32 km với 2 km BTXM; Đường Kiểu - Ấn Đỗ dài 26,8 km với 5 km BTXM; Đường Cẩm Sơn – Kiểu dài 27 km với 5 km BTXM; Đường Cầu Cừ - Thạch Quảng dài 50 km với 15 km BTXM; Đường Chợ Kho – Minh Thọ - Thăng Thọ - Tượng Văn dài 30,3 km với 11 km BTXM; Đường Thanh Tân – Bò Lăn dài 10,5 km toàn bộ sử dụng BTXM; và Đường Tứ Thôn – Mộng Giường dài 13,5 km với 3 km BTXM.
Dự kiến sẽ sử dụng mặt đường BTXM cho khoảng 950 km đường huyện, 2.669 km đường xã, 13.430 km đường thôn bản và giao thông nội đồng, 716 km đường cứng hóa mặt đê, cùng với 800 km đường nội bộ các khu đô thị và công nghiệp trên toàn tỉnh.
Một số loại hình hư hỏng của mặt đường BTXM
1) Blowup/Xoắn (Gẫy do uốn dọc)
Hư hỏng Blowup hoặc xoắn thường xảy ra trong điều kiện thời tiết nóng, đặc biệt tại các vị trí vết nứt ngang hoặc mối nối không đủ rộng Nguyên nhân chính là do vật liệu chưa được nén đủ, dẫn đến rò rỉ tại mối nối Khi sự giãn nở không được giải phóng, áp lực sẽ tạo ra chuyển vị cục bộ, gây ra hiện tượng xoắn hoặc vỡ tại mép mối nối Ngoài ra, hư hỏng Blowup cũng có thể xảy ra ở các vị trí cắt và rãnh thoát nước.
Hình 1.2: Hư hỏng Blowup/Xoắn
Vỡ góc vết nứt xuất hiện tại giao các mối nối khi khoảng cách nhỏ hơn hoặc bằng một nửa chiều dài bản từ góc Khác với nứt vỡ góc, vết nứt kéo dài toàn bộ chiều dày bản, trong khi nứt vỡ góc tạo với mối nối một góc bất kỳ Nguyên nhân hư hỏng vỡ góc chủ yếu do các tổ hợp tải trọng lặp và vòng ứng suất.
Hình 1.3: Hư hỏng vỡ góc
Bản thường bị chia ra bởi các vết nứt thành bốn hoặc nhiều hơn các miếng nhỏ do quá tải hoặc không đủ gối đỡ hoặc cả hai (Hình 1.4)
Hình 1.4: Hư hỏng dạng chia bản
4) Nứt bền (Nứt vùng D)/ Nứt do mỏi
Nứt vùng D thường xảy ra do giãn nở từ hiện tượng đóng – tan băng của cốt liệu lớn, làm giảm chất lượng bê tông theo thời gian Hư hỏng này thường xuất hiện dưới dạng các vết nứt chạy song song gần mối nối hoặc vết nứt thẳng Khi bê tông bão hòa gần các mối nối và vết nứt, sẽ xuất hiện các vết màu tối xung quanh các vết nứt nhỏ vùng D, dẫn đến sự không đồng nhất của toàn bộ bản.
5) Đứt gãy tại vị trí mối nối
Hư hỏng đứt gãy xảy ra tại mối nối do sự chênh cao, nguyên nhân bao gồm lún do móng yếu, phun hoặc xói vật liệu dưới đáy bản, và mép bản bị uốn do thay đổi nhiệt độ và độ ẩm.
Hình 1.5: Hư hỏng do nứt vùng D
Hình 1.6: Hư hỏng do đứt gãy mối nối
Hư hỏng mối nối có thể xảy ra khi đất hoặc nước xâm nhập vào, làm cản trở sự giãn nở của bản bê tông, dẫn đến uốn và nứt vỡ Mối nối mềm cần được lấp đầy để kết nối các mép tấm, ngăn ngừa sự tích tụ đất đá và xâm nhập nước, từ đó bảo vệ lớp móng dưới Các dạng hư hỏng phổ biến do bịt mối nối bao gồm bóc lớp bịt, đùn lớp bịt ra ngoài, cỏ dại mọc tại mối nối, cứng hóa lớp bịt, mất chất kết dính ở mép và thiếu chất dính kết trong mối nối.
Hình 1.7: Hư hỏng bịt mối mối
7) Chênh cao Làn/Vai đường
Chênh cao giữa làn đường và vai đường là sự khác biệt về độ lún hoặc độ mài mòn giữa hai phần này Sự chênh lệch này không chỉ gây mất an toàn cho người tham gia giao thông mà còn có thể dẫn đến tình trạng ứ đọng nước trên mặt đường.
Hình 1.8: Chênh cao Làn/Vai đường
Các vết nứt dọc trên bề mặt đường bê tông thường chia thành hai hoặc ba miếng nhỏ, nguyên nhân chủ yếu là do tác động của tải trọng lặp, biến đổi nhiệt độ và độ ẩm Những vết nứt ngắn không kéo dài toàn bộ chiều dài bản được xem là nứt do co ngót.
Vá mặt đường là quá trình thay thế lớp mặt đường cũ bằng lớp mới, cho phép bảo trì các lớp bên dưới Quá trình này được chia thành hai loại: vá lớn, với diện tích trên 0,5 m², và vá nhỏ, với diện tích dưới 0,5 m².
Hiện tượng hư hỏng do mài mòn cốt liệu xảy ra khi chịu tải trọng lặp, dẫn đến cốt liệu lộ ra trên bề mặt lớp bê tông nhựa (BTXM) Mặc dù cốt liệu có thể rất nhỏ hoặc không có dạng góc cạnh, nhưng việc thiếu cốt liệu nhám làm giảm sức kháng trượt của bề mặt.
Hình 1.11: Mài mòn cốt liệu
Hiện tượng vỡ miếng trên mặt đường xảy ra khi một mảnh nhỏ bị tách ra do sự đóng – tan băng kết hợp với sự nở ra của cốt liệu Kích thước của vỡ miếng thường có đường kính từ 25 đến 100mm và chiều sâu từ 13 đến 50mm.
Hình 1.12: Hiện tượng vỡ miếng
12) Phun vật liệu lớp đáy móng dưới bản
Phun vật liệu lớp đáy móng dưới bản xảy ra qua mối nối hoặc vết nứt do chuyển vị của tấm bê tông khi chịu tải trọng Khi tải trọng tác động lên các mối nối, nước bị dồn dưới tấm đầu tiên và tác động ngược lại tấm kế tiếp, dẫn đến xói mòn và di chuyển các phân tử đất, làm mất gối đỡ của mặt đường Hiện tượng này có thể được xác định qua các khuyết tật hoặc vết lõm trên bề mặt, với vật liệu lớp móng xuất hiện gần mối nối hoặc vết nứt Chất lượng kém của mối nối và tải trọng lặp lại thường gây ra hiện tượng nứt, trong khi phun vật liệu cũng có thể xảy ra dọc theo cạnh của tấm do mất gối đỡ.
Hình 1.13: Hiện tượng phun vật liệu lớp dưới móng
13) Hư hỏng cục bộ trên bề mặt
Hiện tượng hư hỏng của tấm bản bê tông mặt đường biểu hiện qua việc các vùng diện tích cục bộ bị vỡ vụn thành mảnh nhỏ, thường đi kèm với các mối bối và vết nứt Khoảng cách giữa các mối bối hoặc giữa hai vết nứt gần nhau thường nhỏ hơn 1,5m Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này bao gồm tải trọng lặp lớn, chiều dày tấm bê tông không đủ, mất lớp chịu lực dưới móng, và các khuyết tật cục bộ trong quá trình thi công như rỗ dạng tổ ong.
Hình 1.14: Hư hỏng cục bộ trên bề mặt
14) Hư hỏng do giao với đường sắt
Hiện tượng hư hỏng do giao với đường sắt được thể hiện bằng các hư hỏng hoặc phun vật liệu lớp dưới móng xung quanh đường ray (Hình 1.15)
Hình 1.15: Hư hỏng do giao với đường sắt
Hiện tượng hư hỏng bong tróc bề mặt bê tông là sự xuất hiện của các vết nứt to, nhỏ, dạng sợi tóc đan xen, thường giao nhau ở góc 120 độ Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này bao gồm việc bảo dưỡng bê tông quá mức, dẫn đến bong tróc bề mặt với độ sâu từ 6 đến 13mm Ngoài ra, hư hỏng còn có thể do muối tan, thi công không đúng cách, chu kỳ đóng – tan băng và cốt liệu kém chất lượng.
Hình 1.16: Hư hỏng bong tróc bề mặt
Vết nứt do co ngót thường xuất hiện dưới dạng sợi tóc, có chiều dài ngắn hơn 2m và không lan rộng toàn bộ tấm bản bê tông Những vết nứt này hình thành trong quá trình thi công và bảo trì bê tông, thường không kéo dài qua toàn bộ chiều dày của tấm bản bê tông mặt đường.
Hình 1.17: Nứt do co ngót
Hư hỏng nứt vỡ góc là hiện tượng xảy ra trên tấm bê tông mặt đường trong khoảng 0.5m từ góc, khác với vỡ góc Nứt vỡ góc là tình trạng mà miếng vỡ tạo thành một góc theo hướng từ trên xuống dưới, kéo dài toàn bộ chiều dày tấm Những nứt vỡ có kích thước nhỏ hơn 130mm tính từ vết nứt thường được xem là không đáng kể.
Hình 1.18: Hư hỏng do nứt vỡ góc
Hình ảnh một số loại hình hư hỏng thường gặp trên các tuyến đường
Dưới đây là một số hình ảnh hư hỏng của mặt đường:
1) Đường tỉnh 522 từ Bỉm Sơn đi Phố Cát Phần đường BTXM dài 4km
Hình 1.20: Hư hỏng do chia bản
Hình 1.21: Hư hỏng do Vỡ góc
Hình 1.22 : Vá mặt đường Hình 1.23: Mài mòn cốt liệu
Hình 1.24: Hư hỏng bịt mối nối
Hình 1.25: Hư hỏng do vỡ miếng Hình 1.26: Hư hỏng do lỗ bề mặt
Hình 1.27: Chênh cao vai/làn đường
2) Đường nội thị thị xã Bỉm Sơn
Hình 1.28: Hư hỏng do mài mòn cốt liệu
Hình 1.29: Hư hỏng do lỗ bề mặt
Hình 1.30: Hư hỏng do bịt mối nối Hình 1.31: Hư hỏng do nứt vỡ tại vị trí mối nối
Hình 1.32: Nứt vỡ góc tấm và mối nối Hình 1.33: Nứt góc tấm
Hình 1.34: Nứt thẳng dọc tấm Hình 1.35: Vá mặt lớn
3) Đường vào nhà máy xi măng Bỉm Sơn
Hình 1.36: Chia bản Hình 1.37: Nứt thẳng dọc tấm
Hình 1.38: Bịt mối nối Hình 1.39: Mài mòn cốt liệu và lỗ bề mặt
Hình 1.40: Nứt vỡ góc tấm
Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài
Qua nghiên cứu tài liệu tại trường Đại học Xây dựng Hà Nội, tác giả nhận thấy nhiều tài liệu do GS TS Dương Học Hải biên soạn, liên quan đến các đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp Bộ và một số luận văn thạc sĩ, đều đề cập đến các chỉ tiêu đánh giá mặt đường.
- GS TS Dương Học Hải biên dịch Quy phạm kỹ thuật đường bộ mặt đường BTXM đường ô tô theo tiêu chuẩn JTJ 073.01.2001 của Trung Quốc
Đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp Bộ năm 2010 - 2011 do PGS TS Doãn Minh Tâm chủ trì tập trung vào việc thiết lập hệ thống chỉ tiêu chất lượng cho mặt đường mềm ô tô cấp cao tại Việt Nam Nghiên cứu này nhằm nâng cao tiêu chuẩn chất lượng đường, góp phần cải thiện an toàn giao thông và phát triển hạ tầng giao thông vận tải.
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật của Nguyễn Thanh Hoài năm 2010 nghiên cứu các chỉ tiêu kỹ thuật khai thác đường, nhằm áp dụng cho khu vực quản lý đường bộ IV Nghiên cứu này đóng góp vào việc cải thiện hiệu quả khai thác và quản lý hạ tầng giao thông trong khu vực.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật của Hồ Hương năm 2010 tập trung vào việc nghiên cứu khung chỉ tiêu kỹ thuật khai thác, nhằm phục vụ công tác bảo trì mặt đường bê tông asphalt Nghiên cứu này đóng góp quan trọng vào việc nâng cao hiệu quả bảo trì và quản lý chất lượng đường, đảm bảo an toàn và bền vững cho hệ thống giao thông.
- Các tài liệu khác do GS TS Dương Học Hải biên soạn đang áp dụng trong trường Đại học Xây dựng
Bài viết đã nêu ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mặt đường, nhưng chưa đi sâu vào việc áp dụng chỉ tiêu PCI để đánh giá mặt đường BTXM tại tỉnh Thanh Hóa.
Kết luận chương I
Kết quả nghiên cứu tổng quan cho thấy:
Mặt đường BTXM được ưa chuộng trên toàn cầu nhờ độ bền cao, chi phí bảo trì thấp và chi phí vòng đời thấp Các nước phát triển và đang phát triển như Trung Quốc, Thái Lan đã xây dựng hệ thống mặt đường BTXM Tại Việt Nam, mặc dù đã sử dụng gần 50 năm với kết quả khai thác tốt, tỷ lệ mặt đường BTXM vẫn còn nhỏ do chi phí ban đầu cao và khả năng cung cấp xi măng hạn chế Mặt đường này chủ yếu được áp dụng cho các tuyến đường chuyên dụng như đường vào nhà máy, sân bay, bến cảng, và các khu vực thường xuyên ngập lụt, đứng sau mặt đường mềm Tại Thanh Hóa, mặt đường BTXM từng phổ biến ở thị xã Bỉm Sơn, phục vụ cho việc vận chuyển xi măng và nguyên vật liệu.
Mặt đường BTXM thường gặp nhiều loại hư hỏng, với tổng cộng 18 loại hư hỏng điển hình Trong khảo sát tại thị xã Bỉm Sơn, có 12 loại hư hỏng được ghi nhận, như đã thể hiện trong hình ảnh minh họa Những hư hỏng này chủ yếu phát sinh do khai thác lâu dài, quá tải trọng cho phép, và tác động từ thiên nhiên.
Trong thời gian tới, Bộ GTVT sẽ tiếp tục phát triển mạng lưới giao thông vận tải bằng cách áp dụng kết cấu mặt đường BTXM Tuy nhiên, việc sử dụng loại mặt đường này một cách hiệu quả tại Việt Nam đang gặp nhiều thách thức Để giải quyết vấn đề này, cần phải tiến hành đánh giá thực trạng khai thác mặt đường BTXM một cách định lượng và khoa học Hiện tại, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn chính quy để hướng dẫn việc đánh giá này, điều này đặt ra yêu cầu cần thiết về nghiên cứu và áp dụng các chỉ tiêu đánh giá định lượng cho tình trạng mặt đường BTXM, đặc biệt tại tỉnh Thanh Hóa.
XÂY DỰNG BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM
Các chỉ tiêu đánh giá tình trạng đường
Hiện tại trên thế giới đang dùng rất nhiều các loại chỉ tiêu để đánh giá tình trạng đường Một số chỉ tiêu cơ bản như sau:
2.1.1 Chỉ tiêu cường độ (PSI)
Đánh giá chất lượng đường bộ là chỉ tiêu cơ bản để xác định chất lượng nền – mặt đường Hiện nay, các quốc gia, bao gồm cả Việt Nam, chủ yếu sử dụng phương pháp đo Mô đun đàn hồi để đánh giá cường độ của nền – mặt đường Công tác đo được thực hiện qua hai phương pháp chính: đo Mô đun đàn hồi tĩnh bằng cấn Benkenman và đo Mô đun đàn hồi động bằng thiết bị máy rơi chấn động FWD.
Hình 2.1: Thiết bị đo FWD
Theo tiêu chuẩn, kết cấu áo đường đạt yêu cầu cường độ khi Mô đun đàn hồi chung (Ech) của kết cấu nền đường lớn hơn hoặc bằng Mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc) nhân với hệ số dự trữ cường độ về độ võng (Kcd dv), được xác định dựa trên độ tin cậy mong muốn.
Hệ số cường độ về độ võng K cd dv được tùy chọn vào độ tin cậy thiết kế trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Xác định hệ số cường độ về độ võng phụ thuộc độ tin cậy Độ tin cậy 0.98 0.95 0.9 0.85 0.8
Để chọn độ tin cậy thiết kế cho các loại đường và cấp hạng đường, cần lưu ý rằng đường có tốc độ thiết kế cao và thời hạn thiết kế dài thì độ tin cậy cũng phải cao, nhưng không được thấp hơn giá trị tối thiểu trong bảng 2.2 Bên cạnh đó, chủ đầu tư có thể dựa vào yêu cầu sử dụng để tự quyết định độ tin cậy mong muốn cho công trình.
Bảng 2.2: Lựa chọn độ tin cậy thiết kế tùy theo loại và cấp hạng đường
Loại, cấp hạng đường Độ tin cậy thiết kế Đường cao tốc 0.9; 0.95; 0.98 Đường ô tô
Cao tốc và trục chính đô thị
Các đường đô thị khác
Mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc) được xác định dựa trên số trục xe tính toán (Ntt) và loại tầng mặt của kết cấu áo đường thiết kế, như thể hiện trong bảng 2.3.
Bảng 2.3: Trị số Mô đun đàn hồi yêu cầu
Loại tải trọng trục tiêu chuẩn
Trị số Mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc (Mpa), tương ứng với số trục xe tính toán (xe/ngày đêm/làn)
79 98 111 Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu xác định theo bảng 2.3 không được nhỏ hơn trị số tối thiểu quy định ở Bảng 2.4
Bảng 2.4: Trị số tối thiểu của mô đun đàn hồi yêu cầu (Mpa)
Loại đường và cấp đường
Kết cấu áo đường được thiết kế với các loại tầng mặt khác nhau, bao gồm cấp cao A1, A2 và cấp thấp B1 Đối với đường ô tô cấp I và đường cao tốc, yêu cầu về độ dày là 180 (160) mm, trong khi đường cấp II yêu cầu 160 (140) mm Đường cấp III có độ dày 140 (120) mm, và đường cấp IV yêu cầu 130 (110) mm và 100 (80) mm Đường cấp V có độ dày 80 (65) mm, trong khi đường cấp VI và đường đô thị có các tiêu chuẩn riêng Đường cao tốc trục chính yêu cầu 190 mm, đường chính khu vực là 155 mm và 130 mm, trong khi đường phố yêu cầu 120 mm, 95 mm và 70 mm Đối với đường công nghiệp và kho tàng, độ dày là 155 mm, 130 mm và 100 mm, còn đường xe đạp và ngõ có độ dày từ 100 mm xuống 50 mm.
Việc xác định chỉ tiêu cường độ chung của mặt đường và nền đường được thực hiện thông qua phương pháp đo độ lún đàn hồi, quy đổi về mùa bất lợi nhất trong năm Kết quả này được thể hiện bằng hệ số cường độ mặt đường theo công thức cụ thể.
+ Eđo: Mô đun đàn hồi tương đương của mặt đường được đo đạc thí nghiệm tại hiện trường theo các phương pháp đo tĩnh hoặc đo động
+ Eyc: Mô đun đàn hồi yêu cầu
Mối liên hệ giữa kết quả đo độ lún đàn hồi tĩnh bằng cần Benkenman và kết quả đo độ lún đàn hồi động bằng thiết bị FWD cho thấy sự tương đồng trong việc đánh giá khả năng chịu tải của mặt đường Các nghiên cứu cho thấy rằng cả hai phương pháp đều cung cấp thông tin quan trọng về độ ổn định và độ bền của nền đường, từ đó giúp cải thiện quy trình thiết kế và bảo trì Sự so sánh giữa hai phương pháp này có thể hỗ trợ các kỹ sư trong việc lựa chọn phương pháp đo lường phù hợp nhất cho từng dự án cụ thể.
+ YBenk: độ võng đàn hồi tĩnh đo bằng cần Benkenman, inch×10-3
+ YFWD: độ lún đàn hồi động đo bằng thiết bị FWD
2.1.2 Chỉ tiêu độ bằng phẳng (IRI)
Mặt đường dành cho ôtô cần đạt độ bằng phẳng theo tiêu chuẩn khi bắt đầu khai thác, được đánh giá thông qua chỉ số độ bằng phẳng quốc tế (IRI: International Roughness Index) như quy định trong bảng 1.5.
Có nhiều phương pháp đánh giá độ bằng phẳng mặt đường khác nhau, từ đơn giản như đo bằng thước dài 3m theo tiêu chuẩn ngành 22TCN 16-79
Quy trình xác định độ bằng phẳng của mặt đường có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp, từ việc sử dụng thiết bị đo xóc gắn trên xe đến thiết bị đo vẽ hiện trạng mặt đường như Profilograph Ngoài ra, các công nghệ hiện đại hơn như thiết bị cầm tay Dipstik 2000 và thiết bị Laser gắn trên xe cũng được áp dụng để nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá tình trạng mặt đường.
Bảng 2.5: Yêu cầu về độ bằng phẳng tùy thuộc tốc độ xe chạy yêu cầu
Tốc độ xe chạy yêu cầu
Chỉ số IRI yêu cầu Đường mới Đường cải tạo, nâng cấp
Độ bằng phẳng của mặt đường là tiêu chí quan trọng, gián tiếp phản ánh cường độ kết cấu, vì cường độ thấp dẫn đến tích lũy biến dạng dư và làm tăng vệt hằn bánh, giảm độ bằng phẳng Hiện nay, có nhiều phương pháp đo độ bằng phẳng nhanh chóng và thuận lợi, với tiêu chuẩn quốc tế đánh giá thống nhất Tại Việt Nam, tiêu chuẩn 22TCN 277-01 sử dụng chỉ số IRI để đo và đánh giá độ bằng phẳng, và tiêu chuẩn này đã được áp dụng trong công tác bảo dưỡng đường bộ theo 22TCN 306-03.
Chỉ số IRI cho phép đánh giá chất lượng đường sân bay và các loại mặt đường khác, bao gồm mặt đường mới, mặt đường cũ, đường không có lớp mặt nhưng được bảo dưỡng tốt, cũng như đường có lớp mặt bị hư hỏng và đường không có lớp mặt nhưng gồ ghề Chỉ số này tương ứng với tốc độ chạy xe an toàn từ 50 đến 100 km/h.
2.1.3 Độ nhám Để đánh giá độ nhám của mặt đường, cho đến nay có thể sử dụng các phương pháp đo gián tiếp đơn giản như phương pháp rắc cát cho đến phương pháp hiện đại sử dụng các thiết bị đo đặt trên xe chuyên dụng Quy trình thí nghiệm xác định gián tiếp độ nhám của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát (22TCN 278-2001) dùng để đo trung bình cấu trúc vĩ mô bề mặt áo đường Quy trình này được dùng để nghiệm thu mặt đường mới hoặc để đánh giá chất lượng mặt đường hiện đang khai thác có lớp mặt là bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng Chiều sâu trung bình đo bằng cát tại mỗi vị trí đo (htbi) được xác định bằng tỷ số giữa thể tích cát đã biết V và diện tích mảng tròn cát
S, được xác định như sau:
+ htbi: tính bằng mm và lấy đến 2 trị số sau dấu phẩy;
+ V: Thể tích cát đã biết, đựng trong ống đong (25000 mm3)
+ D: Đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm đã đo, tính theo mm
Chiều sâu trung bình của cấu trúc vĩ mô mặt đường, được xác định là độ nhám đồng nhất (Htb), được tính bằng trung bình số học của tất cả các giá trị chiều sâu trung bình đo bằng cát (htbi) tại các điểm đo trong đoạn.
1 n: Số lượng các điểm đo trong đoạn
Bảng 2.6: Tiêu chuẩn quy định về chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát
Htb (mm) Đặc trưng độ nhám bề mặt
Htb < 0,25 Rất nhẵn Không nên dùng
0,45 ≤ Htb 1,20 Rất thô Đường qua nơi địa hình đi lại khó khăn, nguy hiểm
2.1.4 Chỉ số phục vụ mặt đường (PSI)
Mối quan hệ giữa PSI với các hư hỏng xuất hiện trên bề mặt kết cấu áo đường có quan hệ thực nghiệm như sau:
Với mặt đường bê tông xi măng:
+ C: Tỷ lệ diện tích mặt đường đã xuất hiện các vết nứt cấp 2 (đã phát triển thành mạng lưới) và vết nứt cấp 3 (nứt thành miếng vỡ rời rạc)
+ P: Tỷ lệ diện tích ổ gà đã bị vá bằng nhựa
+ RD: Độ hằn vệt bánh xe trung bình của hai vệt bánh xe tính bằng inch + SV: Phương sai độ dốc được xác định như sau:
Để xác định thang PSI, sử dụng phương pháp chuyên gia theo thang điểm 5, trong đó y là độ chênh cao độ của hai điểm trên vệt bánh xe cách nhau 9 inch và n là số lần đọc.
+ PSI = 0: Mặt đường bị hư hỏng nặng, không thể đi được
+ PSI = 2: 85% người sử dụng không chấp nhận;
+ PSI = 2,5: 55% người sử dụng không chấp nhận;
+ PSI = 3: 12% người sử dụng không chấp nhận;
+ PSI = 4,2 – 4,5: Đường mới vừa làm xong
+ PSI = 5: Chất lượng sử dụng đường hoàn hảo
Theo ASSHTO đề nghị áp dụng tiêu chuẩn giới hạn này như sau:
+ Với đường cấp cao: PSI = 2,5 – 3
+ Đường cấp thấp hơn: PSI = 2,0
+ Đường nhỏ, không có khả năng đầu tư ban đầu lớn: PSI = 1,5
2.1.5 Chỉ tiêu tình trạng mặt đường (PCI)
Chỉ số tình trạng mặt đường (PCI) là công cụ đánh giá chất lượng bề mặt của hệ thống đường PCI xác định hai yếu tố chính: loại và mức độ hư hỏng của mặt đường, cũng như mức độ êm thuận khi di chuyển trên đường.
Xây dựng bài toán xác định chỉ số tình trạng mặt đường PCI tuyến đường tỉnh 522 từ Bỉm Sơn đi Phố Cát
2.2.1 Giới thiệu về Đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát) Đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát) có tổng chiều dài 16km đi qua các huyện Bỉm Sơn, Hà Trung, và Thạch Thành Riêng đoạn đầu 4km mặt đường bằng BTXM có chiều dài 4km là đoạn tuyến khảo sát của luận văn Đoạn tuyến Km0+00 – Km4+00 đường Bỉm Sơn – Phố Cát đi qua đi ̣a phận 3 xã: xã Quang Trung, thị xã Bỉm Sơn; xã Hà Bắc và Hà Long, huyện
Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa
- Điểm đầu Km 0+00 giao với QL 1A thuộc xã Quang Trung, Thị xã Bỉm Sơn
- Điểm cuối Km 4+00 tại xã Hà Long, huyện Hà Trung
- Kết cấu mặt đường: mặt đường BTXM dày 20-30cm, lớp dưới là đất đắp sét lẫn đá dăm sạn
Hiện nay, lưu lượng giao thông tăng cao, đặc biệt là xe khách và xe tải trọng nặng, cùng với ảnh hưởng của thời tiết đã khiến nhiều đoạn đường bị hư hỏng nghiêm trọng Tình trạng này không chỉ gây khó khăn cho các phương tiện tham gia giao thông mà còn làm giảm an toàn giao thông trên tuyến đường.
+ Một số đoạn nền đường bị yếu, các tấm bê tông mặt bị gãy vụn cần được xử lý nền và thay thế lớp mặt bằng bê tông
+ Một số vị trí các tấm bê tông bị gãy, nứt, tấm không còn khả năng chịu lực nhưng nền đường chưa bị phá hoại
Một số tấm bê tông bị gãy và nứt, nhưng nền đường vẫn chưa bị phá hoại, cho thấy tấm vẫn còn khả năng sử dụng, mặc dù hạn chế Tình trạng này thường xảy ra ở các góc và cạnh của các tấm bê tông.
+ Các khe dọc và khe ngang hiện phần lớn đã bị hư hỏng gây khó khăn cho các phương tiện giao thông
- Trên tuyến có hai công trình cầu bằng BTCT
- Cống thoát nước ngang có 3 cái
- Các công trình thoát nước trên tuyến còn tốt và tương đối đầy đủ
2.2.2 Công tác tiến hành khảo sát và lấy số liệu
1) Chia đoạn khảo sát thành các mẫu Đoạn đường BTXM khảo sát dài 4km với các tấm bản bê tông dày 20 - 30cm và có kích thước tấm là 3,5×4m2, 2,5x4m2 nên ta sẽ chia thành 100 đoạn khảo sát (100 mẫu khảo sát) mỗi mẫu gồm 20 tấm có chiều dài là 40m/mẫu
2) Bố trí nhân sự khảo sát:
Công tác khảo sát được thực hiện bởi 4 người, trong đó 2 người xác định và đo đạc mức độ hư hỏng, 1 người chụp ảnh, và 1 người ghi lại số liệu vào mẫu khảo sát có sẵn Mẫu khảo sát bao gồm 2 bảng.
Bảng 1 cung cấp thống kê mô tả về tình trạng hư hỏng mặt đường hiện tại, trong khi Bảng 2 ghi chép số hóa các loại hư hỏng nhằm phục vụ cho việc tính toán chỉ số PCI cho mẫu.
3) Số lượng mẫu khảo sát được chọn như sau:
Khi lựa chọn mẫu kiểm tra, số lượng mẫu có thể thay đổi tùy theo yêu cầu, có thể lấy tất cả các mẫu trong một đoạn hoặc chọn số lượng mẫu đủ để đảm bảo độ tin cậy 95%.
Tất cả các mẫu trong đoạn cần được kiểm tra để xác định chỉ số PCI trung bình Việc này không nhằm mục đích quản lý thường xuyên thông qua các giá trị như nhân lực, chi phí và thời gian, mà là để phân tích dự án, từ đó dự tính cho công tác bảo trì và khối lượng sửa chữa.
Để tính toán số lượng đơn vị mẫu nhỏ nhất (n) cần khảo sát trong một đoạn nhằm đảm bảo độ tin cậy 95% cho chỉ số PCI, công thức được sử dụng là n = Ns² / ((e²/4)(N - 1) + s²) Trong đó, e là lỗi chấp nhận được trong tính toán PCI, thường được đặt là ±5 điểm PCI; s là độ lệch tiêu chuẩn của PCI từ các đơn vị mẫu trong đoạn khảo sát Độ lệch tiêu chuẩn ban đầu được giả định là 10 cho mặt đường Asphalt và 15 cho mặt đường BTXM Giả định này cần được kiểm tra sau khi xác định các giá trị PCI Giá trị độ lệch tiêu chuẩn này sẽ được sử dụng để tính toán n.
N: tổng số đơn vị mẫu trong một đoạn
Để đạt yêu cầu độ tin cậy 95%, cần xác định số lượng đơn vị mẫu phù hợp Số lượng này được tính toán dựa trên độ lệch tiêu chuẩn giả định Để tính toán độ lệch tiêu chuẩn thực tế, có thể thực hiện theo các bước cụ thể.
PCIi: PCI của đơn vị mẫu điều tra i
PCIs: PCI của đoạn (trung bình PCI của các đơn vị mẫu điều tra)
N: tổng số đơn vị mẫu được điều tra
Số lượng đơn vị mẫu tối thiểu được tính toán lại bằng độ lệch tiêu chuẩn, và nếu số lượng này lớn hơn số đơn vị mẫu đã khảo sát, cần lựa chọn thêm các đơn vị mẫu ngẫu nhiên Các đơn vị mẫu nên được phân bổ đều dọc theo đoạn khảo sát Quá trình này sẽ được lặp lại cho đến khi tổng số đơn vị mẫu đạt hoặc vượt quá số lượng yêu cầu tối thiểu (n) theo phương trình 1, sử dụng độ lệch tiêu chuẩn của tổng số mẫu thực tế.
Khi xác định số lượng đơn vị mẫu kiểm tra, khoảng cách giữa các đơn vị được tính toán bằng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên hệ thống Các mẫu sẽ được phân bố đều trên đoạn, với mẫu đầu tiên được chọn ngẫu nhiên Khoảng cách giữa các mẫu (i) được tính theo công thức i = N/n và được làm tròn đến số nguyên thấp nhất.
N : tổng số đơn vị mẫu trong một đoạn,
N : số lượng mẫu được kiểm tra
Mẫu đầu tiên được chọn ngẫu nhiên từ các đơn vị mẫu từ 1 đến i Các đơn vị mẫu trong đoạn lựa chọn tiếp theo, với khoảng i, cũng sẽ được kiểm tra.
Một tỷ lệ mẫu nhỏ hơn 95% độ tin cậy có thể được áp dụng tùy thuộc vào mục tiêu khảo sát Chẳng hạn, một cơ quan có thể sử dụng bảng dưới đây để xác định số lượng đơn vị mẫu cần kiểm tra cho các mục đích khác ngoài phân tích dự án.
Lớn hơn 40 đơn vị mẫu
Các đơn vị mẫu thêm chỉ được kiểm tra khi có dấu hiệu hư hỏng không đại diện cho các đơn vị này Để tính toán số lượng mẫu cho đoạn tuyến 4km đường tỉnh 522, công thức được sử dụng là n = (100*152)/((52/4)(100-1)+152), kết quả là 26,667 Để thuận tiện cho việc lấy mẫu, học viên đã quyết định chọn 30 mẫu ban đầu với khoảng cách 95m giữa các mẫu trên toàn bộ đoạn tuyến 4km.
2.2.3 Cách đánh giá mức độ các dạng hư hỏng theo tiêu chuẩn ASTM D6433-07 của Mỹ
1) Blowup/Xoắn (Gẫy do uốn dọc tấm)
Mức độ của dạng hư hỏng Blowup/Xoắn được quy định như sau:
Kết luận chương II
Chương 2 đã trình bày phương pháp đánh giá tình trạng mặt đường bê tông xi măng bằng chỉ tiêu PCI và các chỉ tiêu định lượng khác Việc tiêu chuẩn hóa chỉ tiêu này ở nước ngoài khẳng định cơ sở khoa học và thực tiễn của phương pháp đánh giá này.
Bên cạnh đó, phương pháp tính toán, đo đạc đều đơn giản, dễ dàng thực hiện trong điều kiện Việt Nam
Hệ thống thang điểm được xây dựng dựa trên phương pháp chuyên gia, phụ thuộc vào trình độ khoa học kỹ thuật và điều kiện kinh tế, xã hội của từng quốc gia Do đó, việc áp dụng phương pháp này tại Việt Nam sẽ cần chấp nhận thang điểm chưa được "Việt Nam hóa".
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KHẢO SÁT
Đánh giá các loại hình hư hỏng và mức độ hư hỏng trên tuyến đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát)
3.1.1 Phân nhóm các loại hình hư hỏng
Qua khảo sát thực địa tuyến đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát), học viên phát hiện 12 loại hư hỏng với ba mức độ khác nhau: nhẹ, trung bình và nặng.
Số tấm xuất hiện hư hỏng
Trong số các loại hư hỏng, nứt thẳng (dọc, ngang) và chia bản chiếm tỷ lệ cao, với các mức độ hư hỏng chủ yếu từ trung bình đến cao.
Mặt đường BTXM hiện đang trong tình trạng xấu Để dễ dàng trong việc phát hiện và phân tích đánh giá hư hỏng, các hư hỏng sẽ được phân loại thành 4 nhóm.
- Nhóm 1: Nứt các loại gồm có nứt góc tấm, nứt do mỏi, nứt thẳng (dọc và ngang tấm BTXM)
- Nhóm 2: Hư hỏng khe nối, gồm có hiện tượng chèn khe dọc, chèn khe ngang, vỡ mép khe dọc, vỡ mép khe ngang
- Nhóm 3: Hư hỏng bề mặt, gồm có mài mòn cốt liệu, bong tróc vật liệu, lỗ bề mặt, nứt bản đồ
- Nhóm 4: Các hư hỏng khác, gồm có gẫy do uốn dọc (Blowup/xoắn),
Vá tấm BTXM (bao gồm vá cứng và vá mềm) là giải pháp hiệu quả để khắc phục các vấn đề như đùn nước và phụt bùn dưới đáy bản BTXM Ngoài ra, việc xử lý lún cục bộ do nứt, lún lề đường, tách tấm tại vị trí khe nối, và chênh cao vai đường/làn đường cũng rất quan trọng để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình.
Các loại hư hỏng và nhóm hư hỏng này sẽ được mô tả dưới dạng ký hiệu trong bảng thống kê hư hỏng mặt đường BTXM (Xem phụ lục)
Tuyến đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát) đã được đưa vào sử dụng từ năm 1986, nhưng sau hơn 25 năm, đường đã bị hư hỏng nặng, với nhiều hư hỏng ở mức cao Các vấn đề nghiêm trọng nhất bao gồm hiện tượng chia bản và nứt dọc/ngang tấm, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng khai thác của tuyến đường.
Việc phân chia hư hỏng thành 4 nhóm cụ thể giúp học viên và đội ngũ khảo sát dễ dàng nhận diện và đánh giá tình trạng hư hỏng tại hiện trường, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán chỉ số tình trạng mặt đường PCI sau này.
Tính toán chỉ số tình trạng mặt đường PCI cho tuyến đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát)
3.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán chỉ số PCI theo tiêu chuẩn ASTM D
1) Tính toán chỉ số PCI cho 01 đơn vị mẫu
Chỉ số PCI của mặt đường BTXM được xác định qua hai bước chính Đầu tiên, cần xác định loại và mức độ hư hỏng trên các mẫu khảo sát Tiếp theo, tỷ lệ % độ hư hỏng của mỗi loại và mức độ được tính bằng cách chia số lượng tấm bản hư hỏng cho tổng số tấm bản trong đơn vị mẫu, sau đó nhân với 100.
Bước 3: Để xác định các hệ số triết giảm cho từng loại hư hỏng và mức độ hư hỏng, cần sử dụng đường cong được cung cấp trong phụ lục tính toán của phần biểu đồ tra.
Để xác định giá trị triết giảm lớn nhất (CDV), bước đầu tiên là kiểm tra số lượng giá trị triết giảm lớn hơn 2 Nếu không có hoặc chỉ có một giá trị như vậy, CDV lớn nhất sẽ được sử dụng để xác định PCI Trong trường hợp còn lại, cần thực hiện các bước từ 4.2 đến 4.5 để xác định CDV lớn nhất.
4.2 Liệt kê các giá trị triết giảm theo thứ tự giảm dần
4.3 Xác định số cho phép của các triết giảm, m, hoặc sử dụng công thức dưới đây (xem phương trình 2.4): m = 1 + (9/98)(100-HDV) ≤ 10 (3.1) trong đó: m : số cho phép của các triết giảm (phải nhỏ hơn hoặc bằng 10)
HDV : giá trị triết giảm lớn nhất
4.4 Số của các giá trị triết giảm được sắp xếp giảm dần từ giá trị m lớn nhất, bao gồm cả phần thập phân
4.5 Lặp lại quá trình xác định CDV lớn nhất
4.5.1 Xác định giá trị triết giảm tổng bằng cách cộng các giá trị riêng lẻ
4.5.2 Xác định q là số các triết giảm với giá trị lớn hơn 2
4.5.3 Xác định CDV từ giá trị triết giảm tổng và q bằng cách tra đường cong cho mặt đường BTXM trong tại phụ lục tính toán phần biểu đồ tra DV
4.5.4 Trừ giá trị triết giảm nhỏ nhất lớn hơn 2 cho 2 và lặp lại 4.5.1 – 4.5.3 tới khi q=1
4.5.5 CDV lớn nhất là giá trị cao nhất của các CDV
Bước 5: Tính toán PCI bằng cách trừ CDV lớn nhất từ 100:
2) Cách tính chỉ số PCI cho cả đoạn tuyến
Chỉ số PCI cho cả đoạn tuyến khảo sát được tính như sau:
- Nếu tất cả các đơn vị mẫu được khảo sát ngẫu nhiên, PCI của đoạn được tính toán theo phương trình 2.5:
PCI r : PCI bình quân diện tích của đơn vị mẫu khảo sát ngẫu nhiên, PCIri : PCI của đơn vị mẫu ngẫu nhiên i,
Ari : diện tích đơn vị mẫu i n : số lượng các đơn vị mẫu khảo sát
Nếu các đơn vị mẫu bổ sung được khảo sát, PCI bình quân diện tích của các đơn vị này (PCI a) sẽ được tính toán theo phương trình 2.6 Đồng thời, PCI của đoạn tính toán sẽ được xác định thông qua phương trình 2.7.
PCI a : PCI bình quân diện tích của các đơn vị mẫu bổ sung,
PCIai: PCI của đơn vị mẫu bổ sung i
Aai: diện tích của đơn vị mẫu bổ sung i
A: diện tích đoạn m: số lượng các đơn vị mẫu bổ sung khảo sát
PCIs: PCI bình quân diện tích của đoạn
3.2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán chỉ số PCI theo quy phạm JTJ 073.1.2001 của Trung Quốc (tài liệu do GS.TS Dương Học Hải, biên soạn)
Chỉ số PCI được tính như sau:
Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích các loại hư hỏng và mật độ hư hỏng trên mặt đường BTXM, trong đó i và j đại diện cho các loại hư hỏng khác nhau Tổng số các loại hư hỏng được ký hiệu là n, và mi thể hiện mức độ phân cấp hư hỏng của loại hư hỏng i.
DPi j là số điểm khấu trừ riêng phần đối với mỗi loại hư hỏng i có mức độ hư hỏng j và là hàm số của mật độ hư hỏng Di j;
Di j là tỷ lệ giữa số tấm BTXM thực loại hư hỏng i có mức độ hư hỏng j với tổng số tấm BTXM trên đoạn đường điều tra;
DPi j đươc tính như sau:
Với Ai j và Bi j là các hệ số được tham khảo xác định theo bảng 3.1
Hệ số Wi là chỉ số điều chỉnh số điểm khấu trừ cho loại hư hỏng i với mức độ hư hỏng j, áp dụng khi trên tấm BTXM có sự xuất hiện của nhiều loại hư hỏng khác nhau.
Wij được tính như sau :
Wi j = 0,81 + 0,95(Ri j - 0,8) khi Ri j ≥ 0,8 (3.10) trong đó: m i j n i ij
Rij là tỷ số giữa điểm khấu trừ riêng của một dạng hư hỏng và tổng số điểm khấu trừ của các đoạn mặt đường BTXM được điều tra và đánh giá.
Bảng 3.1: Hệ số Ai j và Bi j cho số điểm khấu trừ riêng phần (theo tiêu chuẩn JTJ073.1.2001 Trung Quốc)
Nhẹ Vừa Nặng Nhẹ Vừa Nặng Nứt dọc, ngang, xiên 30 65 93 0,55 0,54 0,52
Nứt gia hạn, nứt vỡ tấm 70 88 103 0,60 0,50 0,42 Tấm bị lún, bị trồi lên 49 65 92 0,76 0,64 0,52
Phụt bùn(chỉ có 2 mức) 25 - 65 0,95 - 0,80
Cập kênh, có chênh lệch cao độ mép tấm 30 60 92 0,70 0,61 0,53
Khe dọc bị mở rộng (tấm 2 bên khe dọc bị dịch chuyển ra ngoài)
Hư hỏng vật liệu chèn khe 10 35 60 0,95 0,90 0,80 Nứt thành lưới hoặc nứt ngoằn ngèo 22 60 90 0,70 0,60 0,50
Bào mòn lộ đầu đá(2 mức) 20 - 60 0,70 - 0,50 Ổ gà(1 mức) - 30 - - 0,60 -
Phản ứng cốt liệu hoạt tính 25 47 70 0,90 0,80 0,70
Hư hỏng phần đã sửa chữa 10 60 90 0,95 0,60 0,54
3.2.3 Kết quả tính toán chỉ số PCI tuyến đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát)
1) Tính toán theo tiêu chuẩn ASTM D 6433-07 của Mỹ
Chỉ số PCI được tính toán theo phương pháp đã nêu ở phần 3.2.1 Trong bài viết này, học viên sẽ trình bày cách tính chỉ số PCI cho Mẫu số 01, trong khi các mẫu khác sẽ được trình bày chi tiết trong phụ lục tính toán.
Hình 3.1 Phiếu khảo sát hư hỏng và mức độ hư hỏng mặt đường BTXM
Bước 1: Xác định loại hư hỏng và mức độ hư hỏng trên các mẫu khảo sát (như được thể hiện trong hình 3.2)
Hình 3.2: Kết quả khảo sát của mẫu số 1
Để tính tỷ lệ % độ hư hỏng của mỗi loại tấm bản, bạn cần chia số lượng tấm bản ở Bước 1 cho tổng số tấm bản trong đơn vị mẫu, sau đó nhân với 100 Kết quả này sẽ cho bạn mức độ hư hỏng tương ứng, như được minh họa trong hình 3.2.
Bước 3: Để xác định các hệ số triết giảm cho từng loại hư hỏng và mức độ hư hỏng, bạn cần sử dụng đường cong được cung cấp trong phụ lục tính toán của biểu đồ tra cứu.
Khi xử lý hư hỏng chia bản mức độ thấp với 1 tấm bị hư hỏng, ta có mật độ hư hỏng là 5% Dựa vào biểu đồ tra DV cho hư hỏng chia bản, tương ứng với mật độ 5% và đường cong hư hỏng mức thấp, giá trị chiết giảm DV được xác định là 5,1 Tương tự, bằng cách tính toán và tra bảng cho các loại hư hỏng khác, ta thu được các giá trị DV như trong Hình 3.2.
Bước 4: Để xác định giá trị triết giảm lớn nhất (CDV), trước tiên cần liệt kê các giá trị triết giảm theo thứ tự giảm dần Sau đó, xác định số cho phép của các triết giảm, ký hiệu là m, bằng công thức m = 1 + (9/98)(100-HDV), trong đó HDV là 25,2, dẫn đến m = 7,869.
Trong đó: m : số cho phép của các triết giảm (phải nhỏ hơn hoặc bằng 10)
HDV : giá trị triết giảm lớn nhất (HDV = 25,2)
4.3 Số các giá trị triết giảm được giảm dần từ giá trị m lớn nhất, bao gồm cả phần thập phân (25,2; 19,3; 12,2; 10,3; 10,1; 8,9; 8,3)
4.4 Lặp lại quá trình xác định CDV lớn nhất
4.4.1 Xác định giá trị triết giảm tổng bằng cách cộng các giá trị riêng lẻ ( Ví dụ lần đầu tính T = 101,426 và lần lượt các giá trị khác được tính như trong bảng 3.1)
4.4.2 Xác định q là số các triết giảm với giá trị lớn hơn 2 Ví dụ ở lần đầu tính q = 8)
Sơ bộ tìm hiểu nguyên nhân hư hỏng và một số giải pháp khắc phục hư hỏng mặt đường BTXM
3.3.1 Nguyên nhân hư hỏng và một số hư hỏng điển hình
Hiện nay, lưu lượng giao thông lớn, đặc biệt là xe khách và xe tải trọng nặng, kết hợp với ảnh hưởng của thời tiết, đã làm hư hỏng nặng nền mặt đường ở nhiều đoạn Tình trạng này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các phương tiện tham gia giao thông và làm gia tăng nguy cơ mất an toàn trên tuyến đường.
- Đánh giá chung về nền mặt đường:
+ Một số đoạn nền đường bị yếu, các tấm bê tông mặt bị gãy vụn cần được xử lý nền và thay thế lớp mặt bằng bê tông
+ Một số vị trí các tấm bê tông bị gãy, nứt, tấm không còn khả năng chịu lực nhưng nền đườg chưa bị phá hoại
Một số tấm bê tông trên nền đường bị gãy và nứt, nhưng vẫn còn khả năng sử dụng mặc dù có hạn chế Hiện tượng này thường xuất hiện ở các góc và cạnh của tấm bê tông, trong khi nền đường vẫn chưa bị phá hoại.
+ Các khe dọc và khe ngang hiện phần lớn đã bị hư hỏng gây khó khăn cho các phương tiện giao thông
3.3.2 Một sô giải pháp khắc phục hư hỏng mặt đường BTXM
1) Giải pháp chung: a) Mặt đường: Từ hiện trạng hư hỏng của tuyến nêu trên, biện pháp thiết kế sửa chữa như sau: Đối với những vị trí nền, mặt đường sình lún: Đào sử lý nền đường sâu 100cm, thanh lý các tấm bê tông lớp mặt Đắp hoàn trả nền đường bằng cát dày 50 cm, riêng lớp đất nền sát đáy kết cấu áo đường dày 30cm được đắp bằng đá thải đầm chặt, móng đường bằng đá dăm tiêu chuẩn lớp trên 10cm và đá dăm tiêu chuẩn lớp dưới 10 cm, lót lớp giấy dầu , lớp mặt bằng BTXM M300 dày 30 cm
Tấm bê tông mặt đường cũ bị gãy vụn không còn khả năng chịu lực cần được thanh lý Quy trình bao gồm đào bỏ lớp móng cũ, lu lèn lại nền đường, và hoàn trả lớp móng bằng vật liệu đá 4x6 kết hợp với đá dăm Sau đó, lót lớp giấy dầu và đổ bê tông xi măng M300 dày 30cm để đảm bảo chất lượng mặt đường mới.
Những vị trí tấm bê tông mặt đường bị nứt gãy mà vết nứt gãy nhỏ nền đường còn khả năng chịu lực tốt thi giữ nguyên b) Lề đường:
Những đoạn lề bị xó i: Vệ sinh lề đường đắp đất đá thải đầm lu lèn chặt theo quy định
2) Các giải pháp cụ thể:
Sửa chữa vết nứt dọc, ngang, chéo
Tuỳ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của vết nứt có biện pháp và quy trình sửa chữa phù hợp
- Vết nứt có chiều rộng dưới 5 mm, không xuyên suốt chiều dày của tấm bê tông
Các loại vết nứt này ít khi gây hư hại mặt đường Quy trình sửa chữa những hư hỏng này như sau:
Làm sạch vết nứt bằng chổi sắt hay hơi nén
Làm sạch diện tích bao quanh vết nứt
Dùng nhựa đặc loại 60/70 đun nóng pha dầu hoả, tỷ lệ dầu/nhựa là 25/75 theo trọng lượng, sử dụng ở nhiệt độ 70-80 0 C rót vào khe nứt
Miết mặt vết nứt bằng bột đá
Vết nứt rộng hơn 5mm nhưng không xuyên suốt chiều dày tấm bê tông cần được sửa chữa kịp thời Biện pháp hiệu quả là bóc bỏ phần mặt đường bị nứt gãy và sau đó phủ một lớp kết dính gốc vô cơ mỏng để đảm bảo độ bền và tính toàn vẹn của bề mặt.
Quy trình sửa chữa như sau:
Dùng cưa cắt chỗ bê tông bị nứt sâu 5 cm rộng 5 cm
Dùng búa, khoan hơi bóc tách toàn bộ lớp bê tông hỏng sau đó dùng khí nén thổi sạch chỗ đã bóc tách
Dùng nước áp suất lớn rửa sạch, để khô rồi đổ chất hàn gắn xuống
Để đảm bảo độ kết dính giữa mặt đường hiện tại và lớp bê tông mới, cần xử lý mặt đường bằng vữa xi măng Trước khi đổ chất kết dính, hãy trải đều lớp vữa xi măng dày 2 mm bằng bàn chải hoặc chổi quét.
Khi sửa chữa khu vực tiếp giáp với khe nối, hãy đặt một miếng gỗ mỏng hoặc kim loại có bôi chất chống dính lên khe nối Tiếp theo, đổ hợp chất vào vị trí mặt đường cũ cần sửa và lèn chặt Hợp chất này cần có khả năng thoát bọt khí và được thiết kế để đảm bảo bê tông không bị sụt, do đó việc lèn chặt sau khi đổ là rất quan trọng.
Sau khi đổ hợp chất phải đầm lèn cho phù hợp với các khu vực xung quanh
Sau thời gian bê tông đủ cường độ thì chèn các khe nối bằng vật liệu chèn khe trước khi cho phương tiện đi qua
Nứt khe rãnh (chiều rộng trên 5 mm, xuyên suốt chiều dày của tấm bê tông)
Quy trình chữa như sau:
Để sửa chữa kẽ nứt, hãy mở rộng chúng đến kích thước 1,5 - 2 cm và độ sâu 3 - 5 cm bằng búa đục tay hoặc máy hơi nén Sau đó, làm sạch kẽ nứt bằng chổi sắt hoặc hơi nén, và cuối cùng, trét matit nhựa vào để hoàn thiện.
Nếu tấm bê tông bị sứt hoặc vỡ với diện tích nhỏ, bạn có thể trám lại các vị trí hư hỏng bằng hỗn hợp matít nhựa hoặc bêtông nhựa nguội hạt mịn.
Để xẻ rãnh cho chất chèn khe nứt, cần tuân thủ độ rộng và độ sâu theo khuyến cáo của nhà sản xuất Độ rộng rãnh phải đủ để vật liệu có thể dãn nở và co lại theo chuyển động của mặt đường Đối với các vật liệu đổ nóng, độ rộng cần bằng với độ sâu, trong khi vật liệu silicone yêu cầu độ rộng gấp đôi độ sâu Độ rộng tối thiểu phải là 10 mm để đảm bảo việc lấp chất chèn khe hiệu quả.
Để làm sạch khe cần chèn, sử dụng cát và khí nén, đảm bảo rãnh xẻ khô ráo và không bụi bẩn nhằm tăng cường độ kết dính của chất chèn Đặt một đoạn dây polyetthylene ở đáy khe để tạo hố ngăn, ngăn chất chèn dính vào đáy khe nứt Việc kết dính không đúng cách có thể hạn chế sự co dãn của vật liệu chèn, dẫn đến hư hỏng sớm Dây này có tính chất hóa học trơ và được thiết kế rộng hơn khe nối một chút để lấp kín khe nứt.
Lấp khe nứt bằng vật liệu chèn khe cần được thực hiện ở mức thấp hơn bề mặt 6 mm để đảm bảo độ bền Nếu chất chèn khe được lấp đầy quá mức, nó có thể dễ dàng bị hỏng do tác động của bánh máy bay hoặc bánh xe.
Tấm bị nứt ở góc, đặc biệt là tại vị trí giao nhau giữa hai khe nối, với các vết nứt và gãy có chiều rộng từ 20mm đến 40mm, cùng với sự mất nâng đỡ của các lớp nền, là dấu hiệu rõ ràng của sự phá hủy kết cấu.
Quy trình sửa chữa các vết nứt gãy này như sau:
Khi thực hiện cắt sâu bằng cưa ở các khe thi công, cần đảm bảo khoảng cách tối thiểu 60 cm từ giới hạn của vết nứt để tạo hố sửa chữa hình chữ nhật cho các vết nứt rộng cắt ngang tấm Đối với các vết nứt ở góc, hố sửa chữa nên được cắt theo hình vuông tại các góc vỡ.
Sử dụng búa hơi để móc vật liệu tại vị trí cắt, sau đó cưa thêm một đường bên trong chu vi đã cắt nhằm mở rộng khu vực cắt Tiếp theo, dùng tay để lấy vật liệu rời lên Trong quá trình sửa chữa, cần hạn chế tối đa tác động đến đất và vật liệu ở các lớp bên dưới.
Phục hồi nền đường hay lớp móng dưới lên đến độ cao theo yêu cầu
Kết luận chương III
Chương III đã nghiên cứu các phương pháp khảo sát, đánh giá tình trạng mặt đường BTXM Tỉnh lộ 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát) theo chỉ tiêu PCI đã được biên soạn theo tiêu chuẩn ASTM và tiêu chuẩn Trung Quốc Kết quả tính toán theo ASTM D6433-07 cho kết quả PCI6,8; trong khi theo JTJ 073.01.2001 kết quả PCID,5
Trong quá trình khảo sát đo đạc để tính toán chỉ tiêu PCI, học viên đã phân loại các loại hư hỏng, đồng thời đánh giá và đề xuất phương pháp để xác định mức độ của từng loại hư hỏng.
Việc phân nhóm hư hỏng giúp nhà điều tra và quản lý đường bộ phân biệt các loại hư hỏng khác nhau, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý Kết quả tính toán cho thấy tuyến đường hiện đang ở tình trạng xấu và cần cải tạo sửa chữa Trong chương III, học viên đã đề cập đến một số giải pháp chung và cụ thể để sửa chữa loại mặt đường này, phù hợp với các hư hỏng hiện có trên tuyến đường.