Nghiên cứu giải pháp tăng cường chất lượng mặt đường nhựa bằng phụ gia SBS trên tuyến quốc lộ 1

Trong nhữngnăm gần đây, hiện tượng hằn lún vệt bánh xe HLVBX là hiện tượng hư hỏng mặtđường bê tông nhựa BTN vào loại phổ biến nhất; được các Bộ Ngành, báo chí vànhân dân quan tâm; là v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -ĐẶNG VĂN MINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA BẰNG PHỤ GIA SBS TRÊN TUYẾN QL1 (KM 719 – KM 848) TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -ĐẶNG VĂN MINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA BẰNG PHỤ GIA SBS TRÊN TUYẾN QL1 (KM 719 – KM 848) TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ & ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

Mã số : 60.58.02.05.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Thị Mai PGS.TS Lã Văn Chăm

Hà Nội - 2017

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp cao học được hoàn thành tại Trường Đại học Giao thôngVận tải Có được bản luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắctới Trường Đại học Giao thông Vận tải, Phòng đào tạo sau đại học, Bộ môn Đường bộ,Trung tâm Khoa học Cộng nghệ Giao thông Vận tải, Phòng thí nghiệm, kiểm địnhtrọng điểm trường Đại học Giao thông Vận tải – LASXD 1256, đã tạo điều kiện vàgiúp đỡ em hoàn thành luận văn này, đặc biệt là PGS.TS Lã Văn Chăm, PGS.TSNguyễn Quang Phúc, TS Nguyễn Thị Mai và Th.S.NCS Lương Xuân Chiểu đã trựctiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ em với những chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá

trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Nghiên cứu giải pháp tăng cường chất lượng mặt đường Bê tông nhựa bằng phụ gia SBS trên tuyến QL1 (Km719 –

Km 848) tỉnh Thừa Thiên Huế”.

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạtnhững kiến thức khoa học chuyên ngành Xây dựng đường ô tô và thành phố cho emtrong suốt những năm qua;

Em xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Khoa học Công nghệ Giaothông Vận tải và Phòng thí nghiệm, Kiểm định trọng điểm Trường Đại học Giao thôngVận tải – LASXD 1256 và anh em trong phòng thí nghiệm, đã tạo điều kiện, sắp xếpthời gian hợp lý, giúp em có thể tham gia khóa học và hoàn thành được đề tài nghiêncứu của mình;

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, những người thân đã nuôidưỡng, giúp đỡ em trưởng thành như ngày hôm nay

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 03 năm 2017

Tác giả

Đặng Văn Minh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng tất cả những kết quả khoa học trình bày trong luận văn này làthành quả lao động của bản thân tôi với sự giúp đỡ của người hướng dẫn khoa học và bạn

bè đồng nghiệp

Hà Nội, ngày 12 tháng 03 năm 2017

Tác giả

Đặng Văn Minh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG NHỰA 3

1.1 Tổng quan về mặt đường bê tông nhựa 3 1.1.1 MỘT SỐ ĐỊ̇uNH NGHİ̃A CƠ BẢN 3

1.1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 5

1.2 TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHỰA 6

1.2.1 Khái niệm cơ bản về bê tông nhựa 6 1.2.2 Phân loại bê tông nhựa 7 1.2.3 YÊU CẦU VỀ VẬT LIỆU CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHỰA 10 1.3 Kết luận chương 1 13

CHƯƠNG 2: HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA DO HLVBX

VÀ THỰC TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN QL1 (KM719 – KM 848) TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 14

2.1 Hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX và nguyên nhân gây hư hỏng ở Việt Nam 14

2.1.1 Tổng quan về hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX 14

2.1.2 Hình ảnh hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX trên một số tuyến QL ở trên thế giới và Việt Nam 15

2.1.3 CÁC DẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA DO HLVBX 19 2.1.4 Hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do hằn lún vệt bánh xe 21

2.2 Hiện trạng và một số giải pháp khắc phục HLVBX trên QL1 đoạn Km 719+500 – Km 848+875 tỉnh Thừa Thiên Huế 28

2.2.1 Khái quát về dự án Đầu tư xây dựng công trình, mở rộng QL1 đoạn

Km 719+500 – Km 848+875 tỉnh Thừa Thiên Huế theo hình thức hợp đồng BOT 28

2.2.2 Giải pháp khắc phục HLVBX trên QL1 đoạn Km 719+500 – Km 848+875 tỉnh Thừa Thiên Huế 36 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 45 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG PHỤ GIA SBS ĐỂ KHẮC PHỤC SỬA CHỮA HLVBX TRÊN QL1 ĐOẠN QUA TỈNH THỪA

3.2 Giải pháp thiết kế, thi công khắc phục hằn lún vệt bánh xe mặt đường QL1 đoạn qua tỉnh Thừa Thiên Huế 55 3.2.1 LỰA CHỌN MÁC NHỰA ĐƯỜNG CHO PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ NHẰM KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG HLVBX 55 3.2.2 Lập phương án xử lý và khảo sát trạm trộn bê tông nhựa 55

3.2.3 Công tác thiết kế Hotbin và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 59 3.2.4 Công tác thi công rải thử ngoài hiện trường 63 3.3 Đánh giá chất lượng sau khi đưa vào khai thác sử dụng66

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ̇ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Quan hệ tốc độ xe chạy và chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI 5Bảng 1.2 Yêu cầu về độ nhám mặt đường 6Bảng 1.3 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC) theo TCVN8819:2011 8Bảng 1.4 Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm theo TCVN 8819-2011 10Bảng 1.5 Cấp phối cốt liệu các loại BTNC 11Bảng 1.6 Khống chế cỡ hạt mịn trong thành phần cấp phối cốt liệu BTNC để tạo raBTNC thô 12Bảng 1.7 Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho bột khoáng theo TCVN 8819:2011 12Bảng 2.1 Chi tiết kết quả kiểm tra hằn lún tại hiện trường một số gói thầu của dự án 32Bảng 2.2 Yêu cầu về độ rỗng cốt liệu, % 38Bảng 2.3 Quy định kỹ thuật về độ sâu vệt hằn bánh xe quy định đối với một số loại bêtông nhựa khi thử nghiệm theo phương pháp A 43Bảng 3.1 Các yêu cầu kỹ thuật của phụ gia SBS 50Bảng 3.2 Kết quả xác định các chỉ tiêu của các mẫu hỗn hợp BTNC19 61

DANH MỤC HÌNH Ả NH

Hình 1.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đường mềm và kết cấu nền - áo đường 4

Hình 2.1 Lún vệt bánh xe ở Thái Lan 15

Hình 2.2 Hằn lún vệt bánh xe ở Ba Lan và ở Anh 16

Hình 2.3 Lún vệt bánh xe ở Hoa Kỳ 16

Hình 2.4 Mặt đường QL1, đoạn qua tỉnh Ninh Bình hằn lún vệt bánh xe 16

Hình 2.5 Đường vừa đưa vào khai thác nhưng đã bị HLVBX đoạn QL1 đoạn qua tỉnh Quảng Trị 16

Hình 2.6 QL1 đoạn qua tỉnh Nghệ An xuất hiện hàng loạt hằn lún vệt bánh xe 17

Hình 2.7 HLVBX xảy ra trên QL18 đoạn Uông Bí – Hạ Long 17

Hình 2.8 Hiện tượng hằn lún xảy ra nghiêm trọng ở làn xe có tải trọng nặng trên QL18 đoạn Uông Bí – Hạ Long 17

Hình 2.9 Hiện tượng lún vệt bánh xe trên đại lộ Đông - Tây 18

Hình 2.10 Một đoạn đường gần nút giao thông Khuất Duy Tiến - Lê Văn Lương bị lún khoảng 7 cm 18

Hình 2.11 Hư hỏng mặt đường tại ngã tư đèn đỏ trên đại lộ Mai Chí Thọ 18

Hình 2.12 Hư hỏng mặt đường ở trạm thu phí số 1 trên QL5 18

Hình 2.13 Lún vệt bánh kết cấu 19

Hình 2.14 Ảnh hưởng của trục xe và tải trọng tới mặt đường 20

Hình 2.15 Lún chảy dẻo lớp bê tông nhựa 21

Hình 2.16 Lún lớp mặt bê tông nhựa 21

Hình 2.17 Quan hệ giữa nhiệt độ không khí với nhiệt độ trên bề mặt lớp vật liệu 22

Hình 2.18 Mô hình tương tác nhiệt độ của kết cấu áo đường 22

Hình 2.19 Lún vệt bánh xe tại nút giao thông nơi có xe nặng lưu thông do lực ngang phát sinh bởi điều kiện tăng, giảm tốc của xe nặng 27

Hình 2.20 Điển hình hư hỏng lún vệt bánh xe nơi có xe nặng lưu thông do lớp móng dưới hoặc nền đất 27

Hình 2.21 Mặt đường sau khi thi công xong, trên mặt đường tạo thành lớp mỏng nhựa và hạt nhỏ thừa trào ngược lên mặt đường 30

Hình 2.22 Mặt đường bị HLVBX và có hiện tượng chảy nhựa 30

Hình 2.23 Khoan mẫu kiểm tra chất lượng thi công mặt đường tại Km 793+049 trái tuyến, đánh giá khả năng dính bám giữa lớp trên và lớp dưới khá kém 31

Hình 2.24 Khảo sát đoạn HLVBX, cắt mẫu xác định nguyên nhân 31

Hình 2.25 Cắt mẫu xác định nguyên nhân HLVBX 31

Hình 3.1 Phụ gia SBS dạng hạt, màu trắng 47

Hình 3.2 Cấu trúc của SBS và sơ đồ minh họa quá trình liên kết trong SBS 48

Hình 3.3 Ảnh huỳnh quang của bitum với hàm lượng SBS khác nhau 49

Hình 3.4 Thiết bị trộn SBS và bitum chuyên dụng sử dụng trộn trực tiếp tại trạm trộn của hãng IKA tại Trung tâm KHCN GTVT 51

Hình 3.5 Mô hình công nghệ trộn SBS với nhựa đường 60/70 tại trạm trộn 51

Hình 3.6 Dây chuyền sản xuất và tồn chứa nhựa đường Polyme tại nhà máy PUMA 52 Hình 3.7 Lắp đặt thiết bị cấp phụ gia tự động và đấu nối với hệ thống khí điều khiển tự động của trạm trộn của Công ty Việt Đức QL2 tại Hà Giang 53

Hình 3.8 Khảo sát và lắp đặt thiết bị cấp phụ gia tự động cho trạm trộn Xuân Long của công ty Trùng Phương tại Thừa Thiên Huế 56

Hình 3.9 Đá có nhiều thạch anh và mặt vỡ nhỏ, dính bám với nhựa kém 57

Hình 3.10 Cát tự nhiên vẫn được sử dụng với lượng nhiều để chế tạo BTN 57

Hình 3.11 Kiểm tra hệ thống sàng và vách ngăn bị thủng yêu cầu khắc phục ngay 57

Hình 3.12 Đường thu hồi bụi về băng gấu nóng ngày trước được tận dụng và sau khi đã được đưa ra ngoài trong quá trình sản xuất BTN 59

Hình 3.13 Đường cấp phối BTNC19 sau khi phối trộn hotbin thiết kế 60

Hình 3.14a Hỗn hợp BTNC - 60/70 61

Hình 3.14b Hỗn hợp BTNC19 - SBS 61

Hình 3.15a BTNC19 – SBS trước thí nghiệm 61

Hình 3.15b BTNC19 – SBS sau thí nghiệm 61

Hình 3.16 Quan hệ độ lún – chu kỳ thí nghiệm của thí nghiệm VHBX mẫu BTNC19 -60/70 62

Hình 3.17 Quan hệ độ lún – chu kỳ thí nghiệm của thí nghiệm VHBX mẫu BTNC19 -SBS 62

Hình 3.18 Đường cấp phối BTNC19 sau khi phối trộn hotbin thảm thử 64

Hình 3.19 Chuẩn bị mặt bằng và tưới nhũ tương trước khi thảm thử 65 Hình 3.20 Hỗn hợp BTNC19 – SBS với hai hàm lượng phụ gia là 5 và 6% 65 Hình 3.21 Kiểm tra mặt đường BTNC19 - SBS sau thi công thảm thử 67

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BGTVT Bộ giao thông vận tải

BTNC Bê tông nhựa chặt

KCAĐ Kết cấu áo đường

SBS Styrene – Butadiene – StyreneTCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

QL1 dài 2.300 Km là tuyến đường huyết mạch nối liền các tỉnh theo chiều dài

cả nước Điểm đầu Km 0 xuất phát từ biên giới Việt – Trung thuộc cửa khẩu HữuNghị tỉnh Lạng Sơn, điểm cuối là thị trấn Năm Căn, huyện Ngọc Hiển tỉnh Cà Mau.Đây là một trong những trục đường bộ quan trọng nhất trong hệ thống đường bộ ởnước ta Dự án mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Km 719+500 – Km 848+875 tỉnh ThừaThiên Huế là một trong những dự án phục vụ cải tạo, nâng cấp QL1 Trong nhữngnăm gần đây, hiện tượng hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) là hiện tượng hư hỏng mặtđường bê tông nhựa (BTN) vào loại phổ biến nhất; được các Bộ Ngành, báo chí vànhân dân quan tâm; là vấn đề bức thiết đối với công tác quản lý chất lượng côngtrình Hằn lún vệt bánh xe dễ gây mất lái, mất kiểm soát dẫn đến gây nguy hiểm chongười và phương tiện tham gia giao thông, gây hư hại xe cộ Ngoài ra, khi xẩy rahiện tượng vệt hằn lún trên mặt đường thì dưới tác dụng của tải trọng trùng phụccủa trục xe, chất lượng mặt đường nhanh chóng xuống cấp, gây hư hỏng công trình.Mặc dù Bộ GTVT, các Ban QLDA, các nhà thầu thi công đã có nhiều nghiên cứu,biện pháp để cải thiện chất lượng mặt đường bê tông nhựa tuy nhiên thực tế hiệntượng hằn lún vệt bánh xe vẫn xảy ra tại nhiều công trình như Đường cao tốc CầuGiẽ – Ninh Bình, Nội Bài – Lào Cai và ngay tại dự án mở rộng QL1 đoạn qua tỉnhThừa Thiên Huế sau một thời gian ngắn đưa vào sử dụng đã xảy ra hiện tượngHLVBX

Theo các chuyên gia, hiện tượng HLVBX có thể do nhiều nguyên nhân nhưtải trọng xe, lưu lượng xe lớn hơn thông số dự báo, tính toán; chất lượng nền đường,các lớp móng trong kết cấu áo đường và đặc biệt là chất lượng lớp mặt đường bêtông nhựa chưa đảm bảo yêu cầu

Việc lựa chọn thành phần bê tông nhựa, công nghệ thi công lớp mặt đường bêtông nhựa là việc không dễ, cần sự vào cuộc quyết liệt của tư vấn thiết kế, nhà thầuthi công, cán bộ quản lý, giám sát mới có thể giải quyết triệt để được

Học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp tăng cường chất lượng mặt

đường bê tông nhựa bằng phụ gia SBS trên tuyến QL1 (Km719 – Km 848) tỉnh

Thừa Thiên Huế” nhằm đề xuất một số giải pháp nâng cao chất lượng mặt đường bê

tông nhựa, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật thi công cho việc cải tạo nâng cấp tuyến đườngtrên và cho các dự án có điều kiện tương tự

2 Đối tượng nghiên cứu

- Bê tông nhựa, chất lượng bê tông nhựa

- Phụ gia SBS (Styrene – Butadiene – Styrene) và sự ảnh hưởng của phụ giađến tính chất cơ bản của BTN

- Dự án Đầu tư xây dựng công trình, mở rộng QL1 đoạn Km 719 – Km 848tỉnh Thừa Thiên Huế theo hình thức hợp đồng BOT

3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu bao gồm:

- Các tính chất của BTN

- Thành phần, thuộc tính của phụ gia SBS

- Sự ảnh hưởng của loại phụ gia SBS đến tính chất của BTN

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: lý thuyết vật liệu xây dựng, lý thuyết tính toán kếtcấu áo đường mềm kết hợp thu thập số liệu, tiến hành thí nghiệm sau đó phân tích,tổng hợp và có một số kết luận cho mục tiêu nghiên cứu

5 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo luận văn kếtcấu gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về mặt đường bê tông nhựa và vật liệu bê tông nhựa Chương 2: Hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX và thực trạng mặt đường bê tông nhựa trên tuyến QL1 (Km 719 – Km 848) tỉnh Thừa Thiên Huế.

Chương 3: Đề xuất giải pháp sử dụng phụ gia SBS để khắc phục sửa chữa HLVBX trên QL1 đoạn qua tỉnh Thừa Thiên Huế.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ

VẬT LIỆU BÊ TÔNG NHỰA

1.1 Tổng quan về mặt đường bê tông nhựa

1.1.1 Một số định nghĩa cơ bản

Kết cấu áo đường mềm (hay gọi là áo đường mềm) gồm có tầng mặt làmbằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường và tầngmóng làm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng củanền đường hoặc trên lớp đáy móng

Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạophẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng (đây là các lớp không tính vào bềdày chịu lực của kết cấu mà là các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại

bề mặt và trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đường)rồi đến lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực quan trọng tham gia vàoviệc hình thành cường độ của kết cấu áo đường mềm

Tầng móng cũng thường gồm lớp móng trên và lớp móng dưới (các lớp nàycũng có thể kiêm chức năng lớp thoát nước)

Tùy loại tầng mặt, tuỳ cấp hạng đường và lượng xe thiết kế, kết cấu áođường có thể đủ các tầng lớp nêu trên nhưng cũng có thể chỉ gồm một, hai lớp đảmnhiệm nhiều chức năng

Khu vực tác dụng của nền đường: Khu vực này là phần thân nền đường trongphạm vi bằng 80-100cm kể từ đáy kết cấu áo đường trở xuống Đó là phạm vi nềnđường cùng với kết cấu áo đường chịu tác dụng của tải trọng bánh xe truyền xuống.Đường có nhiều xe nặng chạy như đường cao tốc, cấp I, cấp II và đường chuyêndụng thì dùng trị số lớn Trong TCVN 4054 : 2005 ở mục 7.1.2.1 khu vực này đượcxác định chung là 80cm kể từ đáy áo đường trở xuống [8]

Lớp đáy móng có các chức năng sau:

+ Tạo một lòng đường chịu lực đồng nhất (đồng đều theo bề rộng), có sứcchịu tải tốt;

+ Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất và từ dưới lên tầng móng áođường;

+ Tạo “hiệu ứng đe” để bảo đảm chất lượng đầm nén các lớp móng phía trên;+ Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo đường khônggây hư hại nền đất phía dưới (nhất là khi thời tiết xấu)

Hình 1.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đường mềm và kết cấu

nền - áo đường

Tầng mặt cấp cao A1: Là loại tầng mặt có lớp mặt trên bằng bê tông nhựachặt loại I theo “Quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường bê tôngnhựa”, TCVN 8819:2011)

Tầng mặt cấp cao thứ yếu A2: Là loại tầng mặt có lớp mặt bằng bê tông nhựachặt loại II trộn nóng (theo “Quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường

bê tông nhựa”, TCVN 8819:2011) [12] hoặc bê tông nhựa nguội trên có láng nhựa,

đá dăm đen trên có láng nhựa hoặc bằng lớp thấm nhập nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹthuật thi công và nghiệm thu mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa", TCVN8809:2011) hay lớp láng nhựa (theo "Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công và nghiệm thumặt đường láng nhựa", TCVN 8863:2011)

Tầng mặt cấp thấp B1: Là loại tầng mặt có lớp mặt bằng cấp phối đá dăm, đádăm nước, cấp phối tự nhiên với điều kiện là phía trên chúng phải có lớp bảo vệ rờirạc được thường xuyên duy tu bảo dưỡng (thường xuyên rải cát bù và quét đều phủkín bề mặt lớp).

Tầng mặt cấp thấp B2: Là loại tầng mặt có lớp mặt bằng đất cải thiện haybằng đất, đá tại chỗ gia cố hoặc phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô cơ vớiđiều kiện là phía trên chúng phải có lớp hao mòn và lớp bảo vệ được duy tu bảodưỡng thường xuyên

Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một làn xe trong suốt thời hạn thiết kế: Làtổng số trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn 100 kN chạy qua một mặt cắt ngangtrên một làn xe của đoạn đường thiết kế trong suốt thời hạn thiết kế kết cấu áođường

1.1.2 Các yêu cầu cơ bản của mặt đường bê tông nhựa

- Yêu cầu về độ bằng phẳng: Áo đường phần xe chạy cho ô tô và áo lề gia

cố có cho xe thô sơ đi phải đảm bảo bề mặt đạt được độ bằng phẳng yêu cầu ở thờiđiểm bắt đầu đưa đường vào khai thác đánh giá bằng chỉ số đo độ gồ ghề quốc tếIRI theo TCVN 8865:2011 như sau [10]:

Bảng 1.1 Quan hệ tốc độ xe chạy và chỉ số đo độ gồ ghề quốc tế IRI

Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Chỉ số IRI yêu cầu (m/Km)

Đường xây dựng mới Đường cải tạo, nâng cấpĐường cao tốc cấp 120, cấp 100,

Đối với mặt đường cấp cao A1 (bê tông nhựa) 70% số khe hở phảidưới 3mm và 30% số khe hở còn lại phải dưới 5mm Đối với mặt đường cấp caoA1, tất cả các khe hở phải dưới 5mm và đối với các mặt đường cấp thấp ( B1, B2)tất cả các khe hở phải dưới 10mm.

Áo phần lề gia cố cho xe máy hoặc / và cho xe thô sơ đi cũng phải đạt độbằng phẳng yêu cầu như đối với áo đường phần xe chạy cho ôtô liền kề

- Yêu cầu về độ nhám: Độ nhám của bề mặt kết cấu áo đường là bê tông

nhựa phải đạt được yêu cầu tối thiểu quy định thông qua chỉ tiêu chiều sâu rắc cáttrung bình tuỳ thuộc tốc độ chạy xe yêu cầu và mức độ nguy hiểm của đoạn đườngthiết kế theo TCVN 8866:2011 như sau [11]:

Bảng 1.2 Yêu cầu về độ nhám mặt đường

Htb < 0,20,2  Htb < 0,450,45  Htb < 0,80,8  Htb  1,2Đường qua địa hình khó

1.2 Tổng quan bê tông nhựa và vật liệu chế tạo bê tông nhựa

1.2.1 Khái niệm cơ bản về bê tông nhựa

- Bê tông nhựa hay còn gọi là bê tông asphalt (Asphalt Concrete-AC) là mộtloại vật liệu quan trọng trong thi công công trình đường bộ Nó được sử dụng làmtầng phủ của các loại mặt đường mềm cấp cao và hỗn hợp asphalt nói chung còndùng cho các lớp mặt và móng của mặt đường mềm

- Hỗn hợp BTN bao gồm: đá dăm, bột khoáng và bi tum được lựa chọn thànhphần hợp lý, nhào trộn và gia công thành một hỗn hợp đồng nhất Cốt liệu lớn làmtăng khối lượng hỗn hợp, làm giảm giá thành của bê tông nhựa và tạo bộ khung chịu

lực, hình thành cường độ và độ ổn định Cốt liệu nhỏ khi trộn với bitum tạo thànhvữa asphalt làm tăng tính dẻo của hỗn hợp, ảnh hưởng đến khả năng làm việc vàphạm vi ứng dụng của bê tông Bột khoáng làm thay đổi tỷ lệ cốt liệu nhỏ làm hỗnhợp đặc hơn và tăng tỷ lệ bề mặt của các cốt liệu, nó kết hợp với bitum tạo nên chấtkết dính mới bao bọc và bôi trơn bề mặt cốt liệu Chất lượng phụ thuộc vào nguồngốc của cốt liệu, bột khoáng và độ quánh/ nhớt của bitum

- Bê tông nhựa là tốt nhất so với các hỗn hợp vật liệu khoáng - bitum khác ởchỗ nó có độ đặc, cường độ, độ ổn định và độ bền cao do sự tham gia của bộtkhoáng trong thành phần

- Loại vật liệu này được sử dụng làm lớp phủ mặt đường có lượng giao thôngcao như đường cao tốc, đường thành phố và sân bay Bản thân vật liệu cần có độcứng đủ để chống biến dạng, ngoài ra, nó đòi hỏi kết cấu phía dưới có độ cứng cao

để đảm bảo không bị nứt gẫy trong quá trình khai thác

1.2.2 Phân loại bê tông nhựa

Có rất nhiều cách phân loại bê tông nhựa như sau:

 Phân loại theo nhiệt độ rải và lu lèn: Được chia làm 3 loại là bê tông

nhựa nóng, bê tông nhựa nguội và bê tông nhựa ấm như sau:

 Bê tông nhựa nóng là một hỗn hợp bao gồm hỗn hợp cốt liệu ( đá dăm, cát,bột khoáng) và chất kết dính (nhựa đường 60/70) được phối trộn đồng nhất với nhautheo một tỉ lệ nhất định tại điều kiện nhiệt độ cho phép Chất dính kết đặc được đunnóng đến độ công tác nhất định đảm bảo việc trộn, rải và lu lèn

 Bê tông nhựa nguội được trộn ở nhiệt độ thông thường Chất dính kết có thể

lầ nhựa lỏng hay nhũ tương, mà có thể đạt độ công tác nhất định nhờ dầu (nhựalỏng) hay nước và chất nhũ hóa (nhũ tương) mà không cần đun nóng Thời gianphân tách phụ thuộc loại vật liệu chất dính kết và thời gian hình thành cường độ dàihơn, tùy thuộc loại chất dính kết Để chế tạo bê tông nhựa nguội, người ta sẽ trộncốt liệu (đá, cát, bột khoáng ) ở nhiệt độ bình thường với chất kết dính dạng lỏngnhư nhựa đường lỏng (cutback) hay nhũ tương nhựa đường Trong một số trườnghợp sẽ có thêm phụ gia tăng dính bám đá nhựa

 Bê tông nhựa nguội do cường độ kém hơn so với BTN nóng và thời gianhình thành cường độ kéo dài nên thường chỉ được sử dụng trong sửa chữa vá ổ gàhay phủ mặt các mặt đường cấp thấp.

 Bê tông nhựa ấm ở khoảng trung gian nhiệt độ giữa bê tông nhựa nóng và bêtông nhựa nguội, chất dính kết với độ nhớt nhất định nhờ thành phần hóa học đượcđưa đến nhiệt độ nhất định để tạo độ nhớt đủ cho trộn, rải và đầm nén Loại vật liệunày được biết đến là thân thiện với môi trường do lượng phát thải trong quá trình thicông giảm đáng kể so với bê tông nhựa nóng, đồng thời vẫn duy trì được ưu thế vềcường độ và độ ổn định

 Phân loại theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của bê tông nhựa chặt:

Được chia ra làm 4 loại:

 Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất

3 Hàm lượng nhựa đường

tham khảo, % khối lượng

hỗn hợp bê tông nhựa

5.2÷6.2 5.0÷6.0 4.8÷5.8 6.0÷7.5

4 Chiều dày lớp bê tông

nhựa hợp lý (sau khi lu

lèn), cm

 Phân loại theo kết cấu sử dụng:

Tùy theo chất lượng của vật liệu khoáng để chế tạo hỗn hợp, bê tông nhựađược phân ra hai loại: loại I và loại II Bê tông nhựa loại II chỉ được dùng cho lớpmặt của đường cấp IV trở xuống; hoặc dùng các lớp dưới của mặt đường bê tông 2lớp; hoặc dùng cho phần đường dành cho xe đạp, xe máy, xe thô sơ

 Phân loại theo độ rỗng còn dư: Được phân ra làm loại như sau:

 Bê tông nhựa chặt (BTNC) có độ rỗng dưa từ 3% đến 6% thể tích Trongthành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng Xem bảng 1.3

 Bê tông nhựa rỗng (BTNR) có độ rỗng còn dư từ lớn hơn 6% đến 10% thểtích, và chỉ dùng làm lớp dưới của mặt đường bê tông nhựa hai lớp, hoặclàm lớp móng

1.2.3 Yêu cầu về vật liệu cơ bản của vật liệu chế tạo bê tông nhựa

 Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý

Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm dùng cho từng loại bê tông nhựa phải thỏa mãncác quy định tại bảng 1.4 (theo TCVN 8819 - 2011) như sau [12]:

Bảng 1.4 - Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm theo TCVN 8819-2011

Các chỉ tiêu

Quy định với BTNC

Phương pháp thử Lớp mặt

trên

Lớp mặt dưới

1 Cường độ nén của đá gốc, Mpa

Các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn được hiểu là các tuyến đường

có lưu lượng xe lớn và/hoặc có nhiều xe khách lớn, xe tải lớn lưu thông, cụ thể làcác tuyến đường có tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế Ne ≥5.106 trục hoặc các tuyến đường có số xe tải hạng trung trở lên và xe khách lớn,trung bình ngày đêm lưu thông trên một làn xe N ≥ 1500 xe/ngày đêm/làn xe Trong

đó, xe khách lớn và xe tải hạng trung là các xe khách và xe tải có ít nhất một trụcbánh đôi

Để tăng khả năng chống cắt trượt của BTNC đối với các tuyến đường ô tô cóquy mô giao thông lớn, yêu cầu về thành phần cấp phối BTNC của BTNC 12,5 vàBTNC 19 cần chọn theo xu hướng giảm hàm lượng hạt mịn và tăng lượng hạt thô

Bảng 1.5 Cấp phối cốt liệu các loại BTNC

BTNC 19 4,75 <45% (>50% đá dăm)

 Bột khoáng

Bột khoáng được nghiền từ đá các bô nát (đá vôi canxit, đô lô mít, đá dầu…)

có cường độ nén không nhỏ hơn 200 daN/cm2 và từ xỉ bazơ của lò luyện kim hooặc

xi măng

- Đá các bô nát dùng sản xuất bột khoáng phải sạch, không lẫn các tạp chất hữu cơ, hàm lượng chung bụi bùn sét không quá 5%

Bột khoáng phải khô, tơi, không được vón hòn

- Các chỉ tiêu cơ lý của bột khoáng phải thỏa mãn các yêu cầu quy định ở bảng dưới đây [12]:

Bảng 1.7 Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho bột khoáng theo TCVN 8819:2011

Chỉ tiêu Quy định Phương pháp thử

 Nhựa đường (bitum)

- Nhựa đường dùng để chế tạo bê tông nhựa là loại nhựa đường đặc, gốc dầu

mỏ thỏa mản các yêu cầu kĩ thuật quy định tại TCVN 7493-2005

- Bitum là một thành phần cơ bản dùng để chế tạo bê tông nhựa, bê tông nhựa

là vật liệu thông dụng trong xây dựng kết cấu mặt đường mềm Các dạng bitumđược sử dụng là bitum đặc, nhũ tương bitum và bitum lỏng Bitum đặc được phânloại theo độ kim lún gồm: 40/50; 60/70; 70/100; 100/150; 150/250 và được sử dụngtại các khu vực khác nhau Nhũ tương bitum là hỗn hợp của bitum nước và chất nhũhóa Bitum nóng và nước đã hòa chất nhũ hóa được đưa qua một thiết bi cơ học đểnghiền và đánh ra thành các hạt nhỏ để các hạt bitum lơ lửng trong nước và như vậytạo thành một hợp chất lỏng ở nhiệt độ không khí thông thường Có hai loại chính lànhũ tương axít và nhũ tương kiềm phụ thuộc vào tính chất của chất nhũ hóa Bitumlỏng được chế tạo bằng cách cho vào bitum đặc các dung môi hòa tan làm cho độnhớt của bitum giảm đi trong nhiệt độ không khí thông thường Tùy thuộc tốc độbay hơi của dung môi có thể có bitum lỏng phân tách nhanh, phân tách vừa và phântách chậm Trong đề tài này chỉ đề cập đến loại bitum được sử dụng phổ biến trongxây dựng đường ở Việt Nam hiện nay là bitum đặc có độ kim lún 60/70

có thêm chất phụ gia

CHƯƠNG 2: HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA DO HLVBX

VÀ THỰC TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN QL1

( KM719 – KM 848) TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

2.1. Hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX và nguyên nhân gây hư hỏng ở Việt Nam

2.1.1 Tổng quan về hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX

Theo số liệu thống kê từ đầu năm nay trên QL1, đoạn đường từ ThanhHóa đến Huế có 70 Km trên tổng số 620 Km gặp phải tình trạng lún theo vệt bánh

xe Đoạn từ Đà Nẵng đến Khánh Hoà có 90 Km trên tổng số 953 Km Trên một sốtuyến đường đèo, các vệt hằn lún chênh so với mặt đường từ 10 - 15cm Theo sốliệu thống kê của Tổng cục Đường bộ, 13 - 15% trong số những đoạn tuyến nàyđược thi công từ cách đây 10 năm, khi xuất hiện lún là đã đưa vào khai thác được 6năm Thời điểm lún nhiều nhất là những ngày nắng nóng dữ dội

HLVBX là một dạng hư hỏng áo đường phổ biến trên các Quốc lộ chịu xenặng trên thế giới cũng như ở Việt Nam trong những năm gần đây Đây là các dảilún theo vệt bánh xe ở những làn đường xe tải nặng chạy Nhìn chung với các tuyếnđường chịu xe tải nặng thì lún vệt bánh xe sẽ xảy ra khi số lượt xe nặng chạy qua vệtnày đạt đến con số nào đó Trên thế giới, đặc biệt là ở các bang của Hoa kỳ đã có rấtnhiều nghiên cứu về hiện tượng này Chính vì vậy trong các quy trình thiết kế hỗnhợp bê tông nhựa của các nước phát triển đều có chỉ tiêu thí nghiệm lún vệt bánh xe

Ở Việt Nam thí nghiệm lún vệt bánh xe cũng đã bắt đầu được đưa vào quy trình cho

bê tông nhựa Polime 22 TCN 356 : 2006 hoặc trong TCVN 8819:2011 [12]

HLVBX trên các quốc lộ hiện nay là một loại biến dạng và hưhỏng cơ bản của mặt đường nhựa, hiện tượng này xuất hiện khi ứng suất cắt do tảitrọng thẳng đứng của xe ôtô gây ra trong tầng mặt đường nhựa, tầng móng hoặc nềnđường vượt quá khả năng chống cắt trượt của vật liệu

Các dạng HLVBX trên các quốc lộ gần đây cho thấy: hư hỏng chủ yếu phátsinh trong tầng mặt bê tông nhựa

Bê tông nhựa loại vật liệu có tính đàn hồi – chậm – nhớt – dẻo, nên

HLVBX ở mặt đường nhựa sẽ phát triển nhanh và mạnh khi: dòng xe có lưu lượnglớn, tải trọng nặng, tác dụng trong thời gian dài, khi nhiệt độ mặt đường cao.

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu của vận tải đường bộ khôngngừng gia tăng Để đáp ứng nhu cầu trên cần số lượng lớn xe tải nặng và xecontenor tham gia giao thông Kết quả là số lượng trục xe cũng như tải trọng trục xethực tế lưu thông trên đường lớn hơn nhiều so với dự tính ban đầu của các đơn vịthiết kế

Ngoài các yếu tố chủ quan về kiểm soát chất lượng bê tông nhựa và nhựađường, cốt liệu, hiện tượng xe quá tải là một trong các nguyên nhân khách quan làmcho kết cấu mặt đường nhanh chóng hư hỏng mà thường gặp nhất là hiện tượng đùntrồi hay xuất hiện ở vị trí giao lộ và HLVBX dọc theo tuyến đường Bên cạnh đóphải kể đến yếu tố môi trường mà điển hình nhất ở các vùng nhiệt đới như nước ta

là yếu tố nhiệt độ Nhiệt độ đóng góp một phần không nhỏ trong việc đẩy nhanhtiến trình lún trồi mặt đường bê tông nhựa Đối với các vật liệu đàn nhớt như nhựađường thì tính mẫn cảm với nhiệt luôn là một đặc trưng cơ lý cần được qua tâm khiđưa vào sử dụng

2.1.2 Hình ảnh hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX trên một số tuyến

QL ở trên thế giới và Việt Nam

2.1.2.1 Hư hỏng mặt đường do hằn lún vệt bánh xe trên thế giới

Hình 2.1 Lún vệt bánh xe ở Thái Lan

Hình 2.6 QL1 đoạn qua tỉnh Nghệ An xuất hiện hàng loạt hằn lún vệt bánh xe

* QL18 đoạn Uông Bí – Hạ Long

Dự án cải tạo nâng cấp QL18 đoạn Uông Bí – Hạ Long khi mới được thông xenhưng đã xảy ra hiện tượng HLVBX trên hầu như toàn bộ đoạn tuyến của dự án

Hình 2.7 HLVBX xảy ra trên QL18 đoạn

Uông Bí – Hạ Long

Hình 2.8 Hiện tượng hằn lún xảy

ra nghiêm trọng ở làn xe có tải trọng nặng trên QL18 đoạn Uông Bí – Hạ Long

* Đại lộ Đông Tây

Dự án xây dựng Đại lộ Đông – Tây thành phố Hồ Chí Minh được thực hiện

từ năm 2005, hoàn thành vào tháng 11 năm 2011 có tổng chiều dài 22 Km Tuy mớiđược đưa vào sử dụng nhưng mặt đường đã xuất hiện nhiều hư hỏng, đặc biệt là hiện tườnghằn lún vệt bánh xe

Hình 2.9 Hiện tượng lún vệt bánh xe trên đại lộ Đông - Tây

* Trên đường vành đai 3

Thời gian qua đường trên cao vành đai 3 của Hà Nội, đoạn Mai Dịch - LinhĐàm, đã xuất hiện hiện tượng lún kéo dài trên đoạn qua đường Nguyễn Xiển nốiđường Khuất Duy Tiến

Hình 2.10 Một đoạn đường gần nút giao thông Khuất Duy Tiến - Lê Văn Lương

bị lún khoảng 7 cm.

* Hằn lún vệt bánh xe tại các vị trí nút giao và trạm thu phí

Hình 2.11 Hư hỏng mặt đường tại ngã

tư đèn đỏ trên đại lộ Mai Chí Thọ

Hình 2.12 Hư hỏng mặt đường ở trạm thu phí số 1 trên QL5 2.1.3 Các dạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do HLVBX

Lún vệt bánh làm giảm khả năng phục vụ và gây hư hỏng kết cấu mặt đường.Lún vệt bánh rất nguy hiểm đối với lái xe, khiến cho việc điều khiển xe khó khăn.Khi mưa nước đọng vào các vệt lún gây trơn trượt rất nguy hiểm Có 3 dạng lún vệt

bánh xe phổ biến đó là: Lún vệt bánh kết cấu; Lún chảy dẻo lớp BTN; và Lún bề

mặt lớp BTN.

2.1.3.1 Lún vệt bánh kết cấu

Là sự biến dạng của một vài lớp kết cấu phía dưới lớp bê tông nhựa Sự biếndạng bề mặt đường phụ thuộc vào đặc điểm phá hoại của các lớp móng hay nền đấtdưới tác dụng trùng phục của tải trọng nặng Các lớp móng và nền đất không đủcường độ chống lại tác dụng của tải trọng xe nặng dẫn đến biến dạng không hồiphục Do các lớp phía dưới biến dạng dẫn đến các lớp BTN biến dạng theo [15]

Hình bên dưới mô tả lún vệt bánh kết cấu Có thể dễ dàng nhận biết lún vệtbánh kết cấu qua 2 đặc điểm chính là lún trên phạm vi rộng và không tạo thành rõrệt các mô dồn nhựa sang hai bên so với loại lún vệt bánh do chảy dẻo lớp BTN

Nguyên nhân gây ra lún vệt bánh kết cấu là do tải trọng nặng trùng phục,thiết kế kết cấu không đúng, lựa chọn vật liệu và thông số thiết kế không phùhợp, thi công không đảm bảo, do nền đường và các lớp móng yếu, thoát nước trongkết cấu không tốt

Hình 2.13 Lún vệt bánh kết cấu

Hình 2.14 Ảnh hưởng của trục xe và tải trọng tới mặt đường

2.1.3.2 Lún chảy dẻo lớp bê tông nhựa

Lún chảy dẻo ở các lớp BTN hình thành các mô dồn dọc 2 bên vệt bánh xe(Hình 2.12) Nguyên nhân gây lún chảy dẻo do cường độ chống cắt trượt của lớpBTN nhỏ hơn ứng suất cắt trượt do tải trọng xe nặng gây ra ở điều kiện nhiệt độ bềmặt BTN cao

lớp móng và nền đường có độ cứng cao cũng là nguyên nhân gây ra lún chảydẻo Lúc này các lớp móng và nền không bị biến dạng, lún vệt bánh chỉ xuất hiệntrong các lớp BTN phía trên

Lún chảy dẻo xảy ra tại các nút giao thông, những nơi tăng tốc, giảm tốc,hãm phanh, dừng xe, đỗ xe, xe chạy chậm Lựa chọn, thiết kế và thi công các lớpvật liệu BTN không đảm bảo là nguyên nhân gây lún chảy dẻo

Các nguyên nhân gây lún chảy dẻo trong lớp BTN được tổng kết như sau:

- Nhiệt độ mặt đường tăng cao; Lựa chọn vật liệu BTN không thích hợp, loạinhựa không đảm bảo độ cứng; Cốt liệu tròn cạnh; Quá nhiều nhựa và/hoặc bộtkhoáng; Độ rỗng cốt liệu VMA thấp; Độ rỗng dư Va quá nhỏ hoặc quá lớn;

- Tải trọng xe nặng, xe chạy chậm, dừng đỗ, xe tăng tốc giảm tốc, hãmphanh

Những nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ rõ lún chảy dẻo chủ yếu xảy ra trong các lớp BTN phía trên, chiều dày tính từ mặt dường xuống bằng 100mm.

Như vậy trong khoảng này cần thiết kế các lớp BTN hợp lý để chống lại biến dạng dẻo.

Hình 2.15 Lún chảy dẻo lớp bê tông nhựa

2.1.3.3 Lún lớp mặt bê tông nhựa

Lún lớp mặt BTN xảy ra khi các lớp BTN phía trên không được đầm nénđủ độ chặt (hình 2.16) Trong quá trình khai thác lớp BTN được đầm nén thứ cấpdưới tác dụng của tải trọng bánh xe dẫn đến lún tại chỗ vệt bánh xe trùng phục Lúncòn do nguyên nhân cấp phối cốt liệu không hợp lý, độ ẩm cao và nhiều bụi trongnhựa, lớp BTN bị nguội nhanh vào mùa lạnh không đảm bảo nhiệt độ đầm nén dẫnđến độ chặt không đủ Lún lớp mặt không phát sinh ra các mô dồn vật liệu

Hình 2.16 Lún lớp mặt bê tông nhựa 2.1.4 Hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do hằn lún vệt bánh xe

2.1.4.1 Nguyên nhân do nhiệt không khí độ cao (môi trường bên ngoài)

Khi nhiệt độ mặt đường tăng cao nhất là vào mùa hè, bê tông nhựa giảm

cường độ, giảm khả năng kháng cắt dẫn đến lún vệt bánh xe tăng, kết hợp với lưulượng và tải trọng giao thông lớn dẫn tới tăng khả năng xuất hiện lún vệt bánh xetrên mặt đường Độ ẩm cao, mặt đường bị thấm nước cũng làm tăng nhanh quá trìnhhình thành lún vệt bánh xe và gây phá hủy kết cấu mặt đường.

Bê tông nhựa là loại vật liệu có tính hấp thụ nhiệt lớn Thông thường, nhiệt

độ cao nhất trong mặt đường bê tông nhựa lớn hơn nhiệt độ không khí cao nhấtngày khoảng 20 đến 30 độ C, tùy theo đặc điểm thời tiết, khí hậu, địa hình

Hình 2.17 Quan hệ giữa nhiệt độ không khí với nhiệt độ trên bề mặt lớp vật liệu

Tuy nhiên, để đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của môi trường đếnnhiệt độ làm việc của mặt đường bê tông nhựa cũng rất phức tạp, do có quá nhiềutác động đồng thời Có thể tham khảo sơ họa sau:

Hình 2.18 Mô hình tương tác nhiệt độ của kết cấu áo đường

Trong khi đó, các đặc tính cơ bản của bê tông nhựa phụ thuộc rất nhiều vàonhiệt độ Khi nhiệt độ giảm thì cường độ tăng và ngược lại, khi cường độ tăng thìnhiệt độ giảm Do đó, khi chọn các thông số thiết kế mặt đường bê tông nhựa cầnphải xét tới nhiệt độ làm việc thực tế của nó

Tác động của nhiệt độ đối với kết cấu bê tông nhựa sẽ càng trầm trọng nếu kếtcấu vừa phải chịu nhiệt độ cao, vừa phải chịu tác động của lực ngang khi tăng giảm tốc,hãm xe, dừng xe và khởi hành Thể hiện rõ nhất là các hư hỏng dạng vệt lún bánh xexuất hiện rất rầm rộ trong đợt nắng nóng tháng 5, tháng 6 trên các tuyến quốc lộ hoặccác đường vận tải lớn như QL1, QL5, QL18

2.1.4.2 Nguyên nhân do tải trọng xe và lưu lượng xe

Lún vệt bánh xe tỷ lệ thuận với lưu lượng xe, số lần tác dụng của tải trọng xe,

độ lớn của tải trọng bánh xe xuống mặt đường

Kết quả nghiên cứu trên thế giới với số lần lặp của tải trọng xe hơn 9 triệulần cho thấy lún vệt bánh xe bao gồm biến dạng vĩnh cửu của lớp mặt, lớp móng vànền đường, của tải trọng xe 14,5 tấn thấp hơn nhiều so với lún vệt bánh xe gây ra dotải trọng xe 22,5 tấn

Lún vệt hằn bánh xe tỷ lệ với lưu lượng xe (số lần tác dụng của tải trọng xe),

độ lớn của tải trọng bánh xe

Tốc độ xe trên đường có ảnh hưởng đáng kể đến hư hỏng lún vệt bánh xemặt đường, tốc độ xe chạy càng thấp thì khả năng hư hỏng mặt đường lún vệt bánh

xe càng lớn Kết quả nghiên cứu cho thấy lún vệt bánh xe lớn nhất khi xe chạy vớitốc độ 20 Km/h lớn hơn 2 lần so với lún vệt bánh xe lớn nhất khi tốc độ xe chạy là

Thiết kế kết cấu mặt đường là lựa chọn được kết cấu mặt đường hợp lý vềcường độ, độ ổn định nhằm phục vụ cho việc lưu thông thuận tiện trong suốt quátrình khai thác Trên cơ sở số liệu điều tra tải trọng trục xe, dự báo số tải trọng trục

xe tính toán tại cuối thời kỳ tính toán để làm cơ sở tính toán kết cấu mặt đường, đưa

ra kết cấu phù hợp Tuy nhiên việc dự báo lưu lượng xe, tải trọng xe phục vụ chothiết kế kết cấu mặt đường là vấn đề khó khăn hiện nay Do thiếu thiết bị đo khảosát tải trọng xe, do hiện tượng xe xe quá tải ngày càng tăng dẫn đến việc dự báophục vụ cho thiết kế có độ tin cậy không cao Không ít tuyến đường vừa thi côngđược vài năm đã xuất hiện hư hỏng mà nguyên nhân chủ yếu là do điều tra khảo sátlưu lượng chưa đủ tin cậy để chọn tải trọng trục tính toán và mô đun đàn hồi yêucầu phù hợp Ảnh hưởng của việc tăng lưu lượng xe, tải trọng xe dẫn tới hư hỏngmặt đường không chỉ là suy giảm nhanh độ bằng phẳng, mà còn hình thành và pháttriển lún vệt bánh xe, phát sinh hiện tượng biến dạng, xô dồn, nứt mỏi mặt đường bêtông nhựa

Việc xác định các thông số cường độ, chất lượng vật liệu phục vụ thiết kế kếtcấu: Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, thiết kế bản vẽ thi công, theo quy định tại22TCN 211-06 [1] “Áo đường mềm - yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế” thì cần phải tiếnhành các thử nghiệm xác định trị số mô đun đàn hồi, các giá trị đặc trưng cường độkhác của vật liệu để đưa vào tính toán cường độ của kết cấu áo đường Thực tế hiệnnay, tư vấn thiết kế chủ yếu xác định các thông số cường độ của vật liệu để đưa vàotính toán thiết kế bằng cách tra bảng chứ không thí nghiệm Điều này dẫn tới việcxác định các chỉ tiêu về cường độ, về chất lượng vật liệu không đủ độ tin cậy, dẫntới kết cấu mặt đường thực tế có cường độ không đúng với thiết kế, nhất là khi vậtliệu lấy từ nhiều nguồn không đảm bảo chất lượng

Về công tác thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa: Việc kiểm soát chất lượng bêtông nhựa tông giai đoạn thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa là một trong các khâu thenchốt nhằm tạo ra một hỗn hợp bê tông nhựa thỏa mãn yêu cầu thiết kế, có tính ổnđịnh cao, tạo tiền đề để thi công mặt đường bê tông nhựa thỏa mãn yêu cầu

Những nguyên nhân dẫn đến có những khiếm khuyết trong công tác thiết kếhỗn hợp bê tông nhựa có thể kể đến là:

- Năng lực của phòng thí nghiệm của nhà thầu còn yếu, chưa nắm vững đượccác thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa (thiết kế trong phòng - Cold Bin và thiết kế tạitrạm trộn - Hot Bin) Năng lực của tư vấn giám sát còn yếu, chưa nắm vững cáchgiám sát chất lượng bê tông nhựa, nhất là tại trạm trộn (thiết kế Hot Bin).

- Công tác thiết kế hỗn hợp tại trạm trộn (thiết kế Hot Bin) chưa được quantâm đúng mức Nhiều nhà thầu sử dụng thiết kế trong phòng (Cold Bin) để sản xuấthỗn hợp bê tông nhựa tại trạm trộn, bỏ qua thiết kế tại trạm (thiết kế Hot Bin)

- Vật liệu đầu vào chưa đáp ứng được yêu cầu về chất lượng, trữ lượng đểđảm bảo để dây chuyền sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa ổn định Khi có sự thay đổi

về cốt liệu, đặc biệt là thành phần hạt chưa thực hiện việc thiết kế lại hỗn hợp bêtông nhựa

- Vật liệu để thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa trong giai đoạn thiết kế trongphòng (thiết kế Cold Bin) không phù hợp với vật liệu sẽ thiết kế tại trạm trộn (thiết

kế Hot Bin) Nhiều nhà thầu thường mang vật liệu (đá dăm, cát, bột khoáng, nhựađường) đến hợp đồng với các phòng thí nghiệm để thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa,nhưng mẫu đó không phản ánh đúng với vật liệu sẽ sử dụng để sản xuất hỗn hợp bêtông nhựa, dẫn tới mẫu thiết kế bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm không đúngvới điều kiện sản xuất tại trạm trộn

2.1.4.4 Nguyên nhân do công tác thi công

- Nguyên nhân do chất lượng thi công bê tông nhựa:

Công tác thi công lớp bê tông nhựa: Máy rải bê tông nhựa phải có hệ thốngđầm sơ bộ hoạt động tốt, đầm sơ bộ, tạo phẳng lớp bê tông nhựa mới rải thì mớikhông gây hiện tượng kém bằng phẳng mặt đường Việc lu phải đảm bảo đúng côngđoạn, số lần lu với tải trọng lu và tốc độ lu phù hợp đã được phê duyệt thông quaquá trình thi công thử nghiệm Việc phun nước quá mức cần thiết lên bánh lu đểchống dính bám làm cho chất lượng mặt lên bánh lu để chống dính bánh lu, làm chochất lượng mặt đường bê tông nhựa kém đi nhiều Việc không đảm bảo nhiệt độ bêtông nhựa trong các công đoạn (trộn, vận chuyển, rải lu lèn) dẫn đến chất lượng mặtđường bê tông nhựa không đảm bảo

- Nguyên nhân do chất lượng thi công lớp móng, nền đường:

Vật liệu dùng để thi công nền đường (đất, cát ); lớp móng đường (cấp phối

đá dăm ) không tuân thủ theo đúng tiêu chuẩn về thành phần hạt, cấp phối Vì vậtliệu các lớp này rất lớn nên việc kiểm soát chất lượng vật liệu khi nhà thầu nhập vàocông trường là khó khăn, đôi khi là do việc giám sát chưa đảm bảo; vật liệu chứanhiều đất, nhiều chất tạp

Khi thi công đắp đất nền đường, rải cấp phối đá dăm móng đường nhà thầukhông tuân thủ chiều dày lu lèn đúng theo quy chuẩn nghiệm thu, họ thường tìmcách tăng chiều dày lu lèn lên để giảm công lu lèn và tiết kiệm chi phí Ngoài ra khi

lu lèn chưa đảm bảo độ chặt yêu cầu lớp nền đường, móng đường

2.1.4.5 Nguyên nhân do tải trọng vượt quá của xe cộ

Theo nghiên cứu của PGS.TS Trần Thị Kim Đăng, thành phần lực ngang củatải trọng bánh xe khi chạy trên mặt đường bao gồm phản lực của lực cản lăn hướnglên vị trí phía trước của bánh xe (cùng chiều xe chạy) và phản lực của lực kéo giữabánh xe và mặt đường hướng về phía sau (ngược chiều xe chạy) [15]

Phản lực của lực cản lăn thường nhỏ và phụ thuộc vào tải trọng xe và vật liệumặt đường Đối với đường bê tông nhựa, lực này bằng 1% đến 2% của tải trọngbánh xe

Phản lực của lực kéo phụ thuộc vào tải trọng bánh xe, tốc độ chạy xe, loại vậtliệu và tình trạng của mặt đường Độ lớn của lực này thường nằm trong khoảng từ40% đến 70% tải trọng bánh xe Khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc, mặt đường chịuthành phần lực nằm ngang hướng về phía sau hoặc phía trước với giá trị bằng 50% -60% tải trọng bánh xe Khi xe hãm phanh, mặt đường gây ra lực ma sát đối vớibánh xe và bánh xe sinh ra lực ngang hướng về phía trước với độ lớn có thể đạt đến80% thành phần lực theo phương thẳng đứng

Kết quả nghiên cứu cho thấy trường hợp Pngang = 0% thì tọa độ điểm xuất hiệnứng xuất cắt trượt lớn nhất ở đáy lớp bê tông nhựa (tiếp xúc với móng) Tuy nhiên,trong trường hợp Pngang = 20% - 80% thì giá trị ứng suất cắt lớn nhất lại nằm trên bề mặtđường,với giá trị ứng suất cắt lớn so với khi Pngang = 0% Đặc biệt, các trường hợp Pngang

= 50% - 80% thì ứng suất cắt lớn nhất vượt quá cường độ chịu cắt trung bình của bêtông nhựa thông thường theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành là 0,48MPa

Như vậy, điều kiện chịu lực của lớp bê tông nhựa trong phạm vi nút giao thônghoặc các đoạn có hiện tượng tăng tốc, giảm tốc là rất bất lợi so với các đoạn tuyến thôngthường, làm tăng khả năng biến dạng mặt đường sau một thời gian khai thác sớm hơn cácđoạn thông thường khác.

Hình 2.19 Lún vệt bánh xe tại nút giao thông nơi có xe nặng lưu thông do lực

ngang phát sinh bởi điều kiện tăng, giảm tốc của xe nặng

Ngoài biến dạng do phản lực ngang khi xe thay đổi tốc độ như phân tích trên, mộtthực tế khác xảy ra tịa các vị trí nút giao là biến dạng từ biến theo cơ chế lún vệt bánh xetrong lớp móng dưới hoặc nền đất như mô tả trên, do xe tải nặng chạy chậm, gây biến dạngtrồi ngang dọc theo mép vệt bánh xe Bê tông nhựa loại vật liệu có tính đàn hồi - chậm -nhớt - dẻo, nên lún vệt bánh xe ở mặt đường nhựa sẽ phát triển nhanh và mạnh khi: dòng

xe có lưu lượng lớn, tải trọng nặng, tác dụng trong thời gian dài, khi nhiệt độ mặt đườngcao

Hình 2.20 Điển hình hư hỏng lún vệt bánh xe nơi có xe nặng lưu thông

do lớp móng dưới hoặc nền đất

2.2. Hiện trạng và một số giải pháp khắc phục HLVBX trên QL1 đoạn Km 719+500 – Km 848+875 tỉnh Thừa Thiên Huế

2.2.1 Khái quát về dự án Đầu tư xây dựng công trình, mở rộng QL1 đoạn Km 719+500 – Km 848+875 tỉnh Thừa Thiên Huế theo hình thức hợp đồng BOT.

2.2.1.1 Khái quát dự án nghiên cứu

* Tên dự án: Đầu tư xây dựng công trình mở rộng QL1 đoạn từ Km 791+500đến Km 848+875, tỉnh Thừa Thiên Huế theo hình thức hợp đồng BOT theo Quyếtđịnh phê duyệt đầu tư số 62/QĐ-BGTVT ngày 08/01/2013 của Bộ trưởng Bộ Giaothông vận tải (GTVT)

* Tổ chức tư vấn lập dự án: Tổng Công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI)

* Mục đích đầu tư xây dựng:

Nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng tăng cao trên QL1A, giảm ùn tắc vàtai nạn giao thông trên QL1 đoạn qua tỉnh Thừa Thiên Huế, đồng thời đáp ứng đượcyêu cầu phát triển kinh tế xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng, phù hợp với quyhoạch và định hướng phát triển giao thông vận tải nói chung và tỉnh Thừa ThiênHuế nói riêng; phù hợp với quy hoạch và định hướng phát triển giao thông vận tải

+ Tổng chiều dài tuyến khoảng 31,3 Km

+ Các đoạn tuyến Km 794+737 – Km 797+000 – QL1 (qua thị trấn PhongĐiền đã mở rộng), Km 810+072 – Km 811+738 (qua thị trấn Tứ Hạ đã mở rộng),

Km 817+300 – Km 819+850 (UBND tỉnh Thừa Thiên Huế đang đầu tư) và đoạn

Km 819+840 – Km 840+400 (đoạn qua thành phố Huế, thị xã Hương Thủy, thị trấnPhú Bài, đã mở rộng và có tuyến tránh), không thuộc phạm vi nghiên cứu của dự ánnày

* Quy mô xây dựng và giải pháp thiết kế trên tuyến

- Phần đường: