GIẢI PHÁP THIẾT KẾ THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG LÁNG NHỰA CHO CÁC VÙNG ĐẶC BIỆT PGS. TS. PHẠM HUY KHANG Bộ môn Đường ô tô & Sân bay Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo trình bày những ý kiến và nghiên cứu về các loại kết cấu mặt đường được sử dụng trong những vùng đặc biệt ở Việt Nam. Bài báo tập trung vào 2 loại kết cấu mặt đường chính là: mặt đường đá dăm nước và mặt đường cấp phối đá dăm. Mặt khác, bài báo cũng đưa ra một số kiến nghị áp dụng cho việc thiết kế và thi công những loại mặt đường này. . Summary: Paper presents author’s opinions and reseaches on pavement structure which uses in special area of Vietnam. It concentrates on two pavement structure types: Water Maccadam pavement and base rock one. Also, the author makes some necessary suggestions that can be applicable in designing and constructing these pavements. I. ĐẶT VẤN ĐỀ CT 2 Tuy nền đường mới hoàn toàn quyết định đến tuổi thọ bền lâu của kết cấu nền-mặt đường ô tô, nhưng mặt đường thường lại chiếm vị trí quan trọng. Mặt đường quyết định đến hiệu quả khai thác, đến tuổi thọ cho cả con đường và thông thường giá thành mặt đường thường chiếm tỷ lệ cao nhất là với đường nâng cấp. Việc chọn lựa kết cấu mặt đường cần phải được dựa trên các căn cứ khoa học. Khi lựa chọn kết cấu mặt đường ngoài việc tính toán khả năng chịu lực của kết cấu, cần phải cân nhắc đến điều kiện khí hậu thuỷ văn vùng thiết kế, phải căn cứ đến khả năng áp dụng vật liệu địa phương, tính chất và cường độ vật liệu, khả năng và điều kiện thi công, yếu tố hình học và địa hình của đường, phải so sánh hiệu quả kinh tế khi có nhiều giải pháp v.v II. NỘI DUNG 1. Trong hội thảo "Tăng cường nghiên cứu khoa học chuyển giao công nghệ - thiết thực đáp ứng yêu cầu của ngành giao thông vận tải " do Trường Đại học GTVT tổ chức vào ngày 24 tháng 3 năm 2008. Nhiều đại biểu của các Sở GTVT, GTCC đã nêu về vấn đề này coi như là những bức xúc trong quá trình thiết kế, thi công, sử dụng các loại kết cấu mặt đường. Vùng đặc biệt được trình bày ở đây tập trung ở các dạng sau: - Vùng có địa hình dốc lớn (i d ≥ 6%) ở điều kiện này, khi xe lên và xuống dốc tạo nên sự trượt giữa các lớp vật liệu liệu làm mặt đường bị xô dồn, dẫn đến rạn nứt bề mặt. Nước thấm gây phá hoại kết cấu. - Vùng không có vật liệu đá thích hợp, đá có cường độ quá cao, hoặc quá thấp, không đảm bảo cho công tác lu lèn mặt đường cũng như không đủ điều kiện hình thành cường độ cho mặt đường. - Vùng có chế độ thuỷ nhiệt đặc biệt, thường xuyên ẩm ướt nền và mặt đường. Trong trường hợp này, mặt đường thường xuyên bị ẩm ướt làm thay đổi tính chất của vật liệu làm giảm nghiêm trọng cường độ mặt đường gây phá hoại hoặc giảm tuổi thọ cho mặt đường. - Vùng có địa chất nền đường đặc biệt, nền đường và đất đắp nền đường không tốt sẽ dẫn đến nền đường không bảo vệ được mặt đường gây phá hoại mặt đường nhanh chóng. 2. Yêu cầu kỹ thuật đối với mặt đường Mặt đường phải đáp ứng các yêu cầu sau: - Phải đủ cường độ trong suốt thời kỳ khai thác tức là phải có cường độ và tuổi thọ thích hợp, cường độ không bị thay đổi nhiều trong điều kiện bất lợi về chế độ thuỷ nhiệt. - Mặt đường phải đủ điều kiện khi khai thác, tức là mặt đường phải bằng phẳng, đủ độ nhám, luân khô ráo trong mọi điều kiện không bị ứ đọng nước. - Về thi công, mặt đường phải thuận lợi trong những điều kiện thi công đại trà, phù hợp với điêù kiện các vùng khác nhau. - Kết cấu mặt đường phải thuận lợi trong kiểm soát chất lượng, phải thuận lợi khi cơ giới hoá đồng bộ và đặc biệt giá thành phải phù hợp, tức là cố gắng sử dụng vật liệu địa phương. 3. Trong nội dung bài báo này, với những vấn đề đã đặt ở trên, tác giả chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu loại mặt đường láng nhựa trên 2 loại móng đá là móng đá bằng đá dăm tiêu chuẩn và cấp phối đá dăm. CT 2 4. Thực tế trong thời gian qua, tuy có nhiều sự khuyến cáo từ Bộ GTVT, Bộ cũng đã ban hành nhiều quy trình, tiêu chuẩn về thiết kế và thi công loại mặt đường này. Quy trình thi công và nghiệm thu mặt đường láng nhựa 22 TCN 271 - 2001 Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ôtô22 TCN 252 - 98. Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhựa nóng 22TCN09-77. Qui trình thi công và nghiệm thu mặt đường đá dăm và đá dăm cấp phối láng nhựa nhũ tương axit 22 TCN 250 - 98. -Trước hết là loại mặt đường láng nhựa trên đá dăm tiêu chuẩn: - Đây là loại mặt đường đã được sử dụng trong thời gian dài, hiện tại đang chiếm tỷ trọng 45% các loại đường giao thông. Chủ yếu dùng cho các đường cấp cao A1. Ưu điểm của loại mặt đường này là đơn giản, dễ thi công giá thành hạ. Nhược điểm chủ yếu của loại mặt đường này là tuổi thọ không cao thường từ 8-10 năm trong điều kiện thi công tốt và đường có vận tốc xe không lớn. Với các đường cấp cao, vận tốc xe lớn tuổi thọ giảm đi rất nhiều, trong trường hợp người ta dùng loại cấp phối đá dăm. - Nguyên lý hình thành cường độ cơ bản là do ma sát tiếp xúc giữa các viên đá (nguyên lý Mác ca đam). - Mặt đường sẽ hỏng khi mà các liên kết tiếp xúc bị phá huỷ. Sự phá huỷ xảy ra khi tiếp xúc không tốt (không bền vững) giữa các mặt đá. Và đặc biệt loại mặt đường này không chịu được tải trọng động. Khi tải trọng động các liên kết tiếp xúc sẽ bị phá vỡ, đấy là lý do tại sao với đường cấp cao, người ta không dùng loại mặt đường này. - Để có thể xây dựng loại mặt đường này, yêu cầu vật liệu đá rất khắt khe. Đá dùng để thi công không được có cường độ quá thấp, bởi vì nếu quá thấp khi lu lèn sẽ bị nghiền vỡ làm hỏng toàn bộ kết cấu. Ngoài ra đá cũng không được có cường độ quá cao, nếu cao quá sẽ khó hình thành được ma sát tiếp xúc bền vững giữa các mặt đá (hiện tượng lu bị trơ) quá trình này sẽ làm giảm nghiêm trọng tuổi thọ của kết cấu, hoặc gây hiện tượng đá xoay làm mặt đường rạn nứt. Yêu cầu về vật liệu thể hiện trong bảng 1. Bảng 1. Yêu cầu về chất lượng Loại đá Cấp đá Cường độ kháng ép (daN/cm 2 ) Độ hao mòn Deval(%) Đá hoả thành (granit, Sysenit, gabbo, basalte, porphyrc, v.v ) 1 2 3 4 1. 200 1. 000 800 600 Không quá 5% Không quá 6% Không quá 8% Không quá 10% Đá biến chất (Gneiss, quartzite. v.v ) 1 2 3 4 1. 200 1. 000 800 600 Không quá 5% Không quá 6% Không quá 8% Không quá 10% Đá trầm tích (đá vôi, dolomite) 1 2 3 4 1. 200 1. 000 800 600 Không quá 5% Không quá 6% Không quá 8% Không quá 10% Các loại đá trầm tích khác (sa nhám, conglomerat, schistes. v.v ) 1 2 3 4 1. 200 1. 000 800 600 Không quá 5% Không quá 6% Không quá 8% Không quá 10% CT 2 Yêu cầu trước khi láng nhựa phải thi công lớp móng đá dăm tiêu chuẩn đạt 80% cường độ của mặt đường đá dăm nước. Về mặt lý thuyết, lớp láng nhựa phải được thi công trên nền lớp đá dăm cơ bản vững chắc. Tuổi thọ của nó hoàn toàn tuỳ thuộc vào cường độ của lớp đá dăm bên dưới. Với lý thuyết như vậy, rõ ràng vật liệu đá đóng vai trò quan trong trong khi hình thành cường độ của mặt đường. Do vậy khi thiết kế loại mặt đường này, vấn đề đầu tiên cần quan tâm chính là phải xem xét kỹ càng loại đá, cường độ đá, độ mài mòn. Thông thường cường loại đá trầm tích và phún xuất có cường R n = 800 - 1200 daN/cm 2 và chỉ tiêu mài mòn khoảng 30 - 35% là có thể làm được loại mặt đường này. Nếu cường độ đã quá cao R n ≥ 1300 daN/cm 2 thường không nên dùng cho loại mặt đường này. -Với loại móng và mặt đường láng nhựa trên lớp cấp phối đá dăm (CPĐD). Móng đường bằng cấp phối đá dăm là loại móng có chất lượng cao, hiện đang được sử dụng rộng rãi hiện nay. Do những ưu việt đặc biệt về cường độ khá cao (tương đương đá dăm tiêu chuẩn), và đặc biệt về tuổi thọ, loại mặt đường này theo nguyên lý cấp phối, do vậy có thể chịu được tải trọng động với vận tốc xe lớn. Một ưu điểm đặc biệt khác nữa là loại mặt đường này dễ kiểm soát và hoàn toàn có thể thi công cơ giới. Chính vì vậy gần đây, Cục Đường bộ Việt Nam đã yêu cầu các sở, các tư vấn cần quan tâm chú trọng nhiều hơn đến loại mặt đường này và hạn chế dùng đã dăm tiêu chuẩn. Nhược điểm cơ bản của loại móng và mặt đường này là vấn đề thi công. Việc đảm bảo cho vật liệu không bị phân tầng (đòi hỏi thiết bị thi công bằng máy rải) và vấn đề láng nhựa trên lớp cấp phối đá dăm để tạo ra sự dính bám tốt. Cả hai vấn đề này đều là những khó khăn cho quá trình thi công. Thứ nhất việc rải CPĐD bằng máy rải chuyên dụng đòi hỏi đơn vị thi công phải có sự đầu tư lớn và trong điều kiện địa hình khó khăn chật hẹp, việc thi công máy này gặp khó khăn do vậy đã hạn chế việc ứng dụng loại mặt đường này trên các đường cấp IV và cấp V. Một khó khăn chung nữa là vấn đề láng nhựa lên trên cấp phối đá dăm sao cho tạo nên sự liên kết vững chắc bề mặt. Đây cũng là vấn đề cần đặt ra vì việc tưới nhựa lên lớp CPĐD có chất dính kết bằng bột đá sẽ không tạo nên độ bám tốt. Lớp láng nhựa rất dễ bị bong bật do không được bám sâu vào đá móng. Chính vì vậy khi thiết kế người ta phải thiết kế lớp tưới thấm bằng nhũ tương hoặc nhựa AC cho nhựa thấm bám chắc hơn. 5. Từ những vấn đề đã trình bày ở trên chúng ta đi sâu nghiên cứu một số trường hợp đặc biệt khi thiết kế ở những vùng địa chất đặc biệt. - Vùng tây nguyên nói chung gồm các tỉnh Đắc Lắc, Gia Lai, Lâm Đồng do đặc điểm là vùng đất bazan núi lửa, đã hoả thành là loại đá chính để xây dựng mặt đường. Đặc điểm của đá hoả thành là dạng granít có cường độ khá cao, nhưng mảnh và giòn, Rn≥1350 daN/cm 2 độ LA nhỏ. Loại đá này chỉ tương đối thích hợp khi sản xuất CPĐD còn nếu dùng để sản xuất thi công mặt đường đá dăm tiêu chuẩn là không thích hợp. CT 2 Kinh nghiệm của Sở GTVT Lâm Đồng cho thấy nếu dùng đá này để thi công làm lớp láng nhựa thường không đảm bảo. Thứ nhất là lớp móng đá dăm tiêu chuẩn không chặt đơn vị thi công thường chèn thêm bột đá hoặc đất vào đá dăm tạo nên độ vững chắc không bền. Sau khi láng nhựa, mặt đường khai thác một thời gian bị bong bật. Một loại kết cấu để khắc phục nhược điểm trên như sau: 1 3 2 1. Lớp lỏng nhựa dày 2-3 cm 2. Lớp đá dăm tiêu chuẩn. 3. Lớp CPĐD Loại 2 Thực chất người ta khắc phục việc dễ thi công lớp láng nhựa bằng cách thay lớp CPĐD bằng việc cho 1 lớp đá dăm tiêu chuẩn lên trên. Nhưng rõ ràng có thể nhận thấy loại kết cấu như trên không hợp lý: Đá dăm tiêu chuẩn là loại vật liệu hở, do vậy khả năng chứa nước (nước mặt, hơi nước)là rất lớn. Chính vì vậy nước ở lớp này sẽ ảnh hưởng trực tiếp xuống lớp CPĐD bên dưới là loại vật liệu nhạy cảm với nước. Loại kết cấu này sẽ có tuổi thọ rất ngắn, sau một thời gian khai thác sẽ dẫn đến hư hỏng bề mặt, bong tróc lớp mặt trên và gây biến dạng móng bên dưới. Giải pháp khắc phục nên dùng loại cấp phối đá dăm cho lớp cả hai lớp. - Một số vùng núi phía Bắc nước ta như Yên Bái (ý kiến của Sở GTVT Yên Bái). Là nơi sẵn đá vôi (trầm tích và phún xuất). Cường độ và các tiêu chuẩn khác rất thích hợp cho loại mặt đường đá dăm tiêu chuẩn. Tuy nhiên có ý kiến cho rằng trên các đoạn dốc lớn, loại mặt đường này thường bị xô trượt. Về mặt lý thuyết, như đã trình bày ở trên do lực tiếp tuyến xuất hiện dưới bánh xe và mặt đường khi xe lên, xuống dốc gây lên trượt. Về vấn đề này quy trình thiết kế cũng đã quy định rất cụ thể, bắt buộc tại các đoạn dốc phải dùng chất dính kết, không dùng vật liệu rời. Tuy nhiên để đảm bảo khi có chất dính kết mặt đường không bị bong bật và trượt cần phải quan tâm đến lực kháng trượt trong vật liệu, cụ thể phải tính toán kỹ đến chiều dày của lớp vật liệu cũng như tăng độ dính bám của lớp mặt. Giải pháp trong trường hợp này là nên thay lớp láng nhựa bằng lớp thâm nhập nhẹ hoặc bằng bê tông nhựa hạt trung. 6. Những đề xuất Từ những vấn đề nêu trên, chúng ta có thể dẫn đến nhữung kết luận như sau: - Không nên làm móng là láng nhựa lên trên móng bằng đá dăm tiêu chuẩn nếu đá không thích hợp về yêu cầu vật liệu. Nên dùng bằng loại vật liệu CPĐD cho cả kết cấu. Đặc biệt cho những vùng có chế độ thuỷ nhiệt phức tạp mưa nhiều như miền Nam, miền Tây nguyên. - Khi dùng loại đá dăm tiêu chuẩn nên kiểm soát chặt chẽ kích thước đá và công lu cũng như đặc biệt lựa chọn kết cấu phù hợp về chiều dày móng và lớp dính bám bên trên. - Không nên dùng loại kết cấu kết hợp giữa CPĐD và đá dăm tiêu chuẩn vì đặc thù của 2 loại cũng như nguyên lý hình thành cường độ của 2 loại này hoàn toàn khác nhau cũng nhu sự làm việc, tác động của chế độ thuỷ nhiệt cho 2 loại này khác nhau. CT 2 III. KẾT LUẬN Trong xu hưóng phát triển nhanh của giao thông cũng như kỹ thuật thi công, các nhà thiết kế, các đơn vị thi công nên mạnh dạn nghiên cứu ứng dụng công nghệ cũng như trong thiết kế mới có thể nâng cao chất lượng mặt đường. Chúng ta không được quên rằng, tuổi thọ và thiệt hại do tuổi thọ của mặt đường là vô hình, còn tiền của để đầu tư xây dựng rất lớn thì lại hữu hình. Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Quang Chiêu-Phạm Huy Khang. Xây dựng mặt đường ôtô. Nhà xuất bản XD, 2002. [2]. Quy trình thi công và nghiệm thu mặt đường láng nhựa 22 TCN 271 – 2001. [3]. Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ôtô22 TCN 252 - 98. [4]. Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhựa nóng 22TCN09-77 . [5]. Qui trình thi công và nghiệm thu mặt đường đá dăm và đá dăm cấp phối láng nhựa nhũ tương axit 22 TCN 250 - 98. [6]. Quy trình thiết kế áo đường mềm: 22TCN211-93 22TCN-211-06♦ . GIẢI PHÁP THI T KẾ THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG LÁNG NHỰA CHO CÁC VÙNG ĐẶC BIỆT PGS. TS. PHẠM HUY KHANG Bộ môn Đường ô tô & Sân bay Khoa Công trình Trường Đại học Giao. nhiều sự khuyến cáo từ Bộ GTVT, Bộ cũng đã ban hành nhiều quy trình, tiêu chuẩn về thi t kế và thi công loại mặt đường này. Quy trình thi công và nghiệm thu mặt đường láng nhựa 22 TCN 271 -. như là những bức xúc trong quá trình thi t kế, thi công, sử dụng các loại kết cấu mặt đường. Vùng đặc biệt được trình bày ở đây tập trung ở các dạng sau: - Vùng có địa hình dốc lớn (i d ≥ 6%)