Nghiên cứu sử dụng thang phân loại PCR (pavement condition rating) đánh giá hiện trạng khai thác của mặt đường mềm và ví dụ áp dụng cho tuyến quốc lộ 14b đoạn KM37+900 đến KM38+900 (tt)

Tính cấp thiết của đề tài Thực trạng công tác quản lý khai thác hệ thống đường giao thông ở nước ta cho thấy, tuy đảm bảo công tác bảo trì đường bộ nói chung và bảo trì mặt đường nói ri

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHẠM THÁI UYẾT

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THANG PHÂN LOẠI PCR (PAVEMENT CONDITION RATING) ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KHAI THÁC CỦA MẶT ĐƯỜNG MỀM VÀ VÍ DỤ ÁP DỤNG CHO TUYẾN QUỐC LỘ 14B ĐOẠN KM37+900 ĐẾN KM38+900

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Mã số: 60.58.30

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2015

Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỒNG HẢI

Phản biện 1: PGS TS Phan Cao Thọ

Phản biện 2: GS Vũ Đình Phụng

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 10 tháng 01 năm 2015

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

 Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thực trạng công tác quản lý khai thác hệ thống đường giao thông

ở nước ta cho thấy, tuy đảm bảo công tác bảo trì đường bộ nói chung

và bảo trì mặt đường nói riêng theo chức năng nhiệm vụ được giao nhưng vẫn theo mô hình: Các đơn vị quản lý báo cáo hiện trạng hư hỏng mặt đường, sau đó lập kế hoạch kiểm tra đề xuất quy mô sửa chữa, nâng cấp Theo cách này, chúng ta thiếu chủ động trong khâu lập kế hoạch duy tu, sửa chữa Như vậy, cần thiết phải có một hệ thống quản lý chất lượng mặt đường phục vụ quá trình quản lý, khai thác hệ thống đường bộ Hiện nay, các nước trên thế giới đã ứng dụng hệ thống quản lý mặt đường PMS trong công tác quản lý, khai thác, căn

cứ vào các biểu hiện hư hỏng mặt đường để đánh giá phân loại hiện trạng hư hỏng Nghiên cứu đo đạc, đánh giá hiện trạng hư hỏng bề mặt mặt đường mềm theo thang phân loại PCR (Pavement Condition Rating) là một trong những phương pháp đang được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều nước, do có những ưu điểm như: đánh giá được tổng thể hiện trạng mặt đường, tính đơn giản, dễ thực hành trong công tác khảo sát đo đạc Mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu xây dựng các phương pháp đánh giá hiện trạng mặt đường phục vụ công tác đánh giá, dự báo chất lượng và lập kế hoạch bảo trì, khai thác kết cấu mặt đường Trên cơ sở kết quả đó chúng ta có thể xây dựng một chiến lược bảo trì đường bộ có kế hoạch, chủ động, đảm bảo các nguyên tắc: đúng việc, đúng chỗ và đúng thời điểm một cách kinh tế

nhất Do vậy tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu sử dụng thang phân loại PCR (Pavement Condition Rating) đánh giá hiện trạng khai thác của mặt đường mềm và ví dụ áp dụng cho tuyến Quốc lộ 14B đoạn Km 37+900 đến Km 38+900”

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu các biến dạng, hư hỏng trên mặt đường mềm trong quá trình khai thác (nứt, vệt bánh xe, độ bằng phẳng…) trên tuyến quốc lộ 14B, đoạn Km37+900 đến Km38+900

3.Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu phương pháp khảo sát, đánh giá hiện trạng hư hỏng mặt đường mềm trong quá trình khai thác theo thang phân loại PCR

Áp dụng khảo sát đánh giá cho một đoạn tuyến thuộc QL14B

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết: phương pháp đánh giá

- Nghiên cứu thực nghiệm: khảo sát, đo đạc

Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, nhu cầu giao thông vận tải, luân chuyển hàng hóa ngày càng tăng lên, lưu lượng xe chạy càng nhiều, vấn đề tải trọng xe khó kiểm soát, công trình đường sá oằn mình gánh chịu tác dụng bất lợi của tải trọng Hơn nữa, các yếu

tố khí hậu thường xuyên tác dụng lên công trình đường sá làm cho

chất lượng đường không ổn định theo các mùa trong năm, tạo điều kiện cho việc phát sinh các hiện tượng biến dạng, hư hỏng Chỉ có một sự quản lý cẩn thận, với công tác bảo dưỡng liên tục, kịp thời mới cho phép hạn chế quá trình suy giảm chất lượng công đường đang khai thác trong những giới hạn có thể chấp nhận được

Do vậy, việc nghiên cứu các dạng hư hỏng và đề xuất phương pháp đánh giá thích hợp, có thể áp dụng được trong điều kiện Việt Nam có một vai trò quan trọng, làm cơ sở cho việc lập kế hoạch bảo trì, khai thác hệ thống đường sá một cách hiệu quả nhất

1.2 CÁC DẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG MỀM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHAI THÁC

thông gia tăng; Hiệu quả kinh tế vận tải suy giảm

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG MỀM

1.3.1 Nhóm phương pháp của Liên Xô (cũ), Việt Nam

a.Phương pháp của Việt Nam theo 22TCN 306-2003

b Phương pháp của Liên Xô cũ

1.3.2 Nhóm phương pháp của các nước khác

a.Phương pháp sử dụng chỉ số PDI (Pavement Distress Index)

b.Phương pháp PCI (Pavement Conditions Index)

c Phương pháp sử dụng chỉ số mức độ phục vụ mặt đường PSI (Pavement Serviceability Index)

d.Phương pháp đánh giá dựa trên thang phân loại PCR (Pavement Conditions Ratting)

1.4 KẾT LUẬN

- Mục tiêu của việc phân loại đường bộ để lập kế hoạch sửa chữa là phải nghiên cứu cách thức và các tiêu chí định kỳ đánh giá nhằm áp dụng các biện pháp sửa chữa thích hợp Để việc xếp loại không tuỳ thuộc vào ý muốn chủ quan của các cấp quản lý, cần phải xây dựng Hệ thống quản lý mặt đường (Pavement management Systems - PMS), để đưa ra cách thức đánh giá và các tiêu chí phải phản ánh được một cách trung thực và khách quan về khả năng phục

vụ hiện có của từng đoạn đườngvà cả tuyến đường

- Để có thể đưa được hệ thống quản lý mặt đường PMS vào phục vụ quá trình quản lý khai thác, một trong những nội dung quan trọng phải được tiến hành, đó là phải phát triển mô hình đánh giá và

dự báo thông qua việc áp dụng một loạt các Chỉ số về mặt đường (Pavement Index) Phương pháp đánh giá dựa trên thang phân loại PCR là phương pháp được nghiên cứu, xây dựng trên cơ sở đáp ứng được các yêu cầu đó

CHƯƠNG 2.ĐÁNH GIÁHIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG MỀM

THEO THANG PHÂN LOẠI PCR 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, phương pháp đánh giá điều kiện khai thác của mặt đường theo thang phân loại PCR được sử dụng rộng rãi trên thế giới,

phổ biến ở các nước tiên tiến như Mỹ, Anh, Canada…

2.2.PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG MẶT ĐƯỜNG THEO THANG PHÂN LOẠI PCR

2.2.1 Phương pháp tính toán PCR theo mô hình của

FHWA [10]

a Phương pháp xác định

FHWA đề xuất phương pháp xác định chỉ số PCR như sau: PCR = (0.60 * SCR) + (0.40 * RCI) (2.2) Trong đó:

+ SCR (Surface Condition Rating Index): Chỉ số đánh giá tình trạng lớp phủ mặt đường

+ RCI (Roughness Condition Index): Chỉ số tình trạng độ gồ ghề

Trong (2.2) nếu giá trị SCR ≤ 0 thì PCR = 0.40*RCI (2.3)

Nếu giá trị RCI ≤ 0 thì PCR = 0.60*SCR (2.4) Dựa trên trị số PCR tính được, PCR đạt chỉ số bằng 100 sẽ tương ứng với tình trạng mặt đường "hoàn hảo" không có xuất hiện các biến dạng, hư hỏng nào quan sát được Trong khi đó, giá trị PCR bằng 60 tương ứng với mặt đường có tình trạng kém và hết khả năng khai thác nếu không tiến hành các công tác sửa chữa, bảo trì

Điều kiện tình trạng mặt đường được đánh giá với các khoảng giá trị PCR được đề xuất như sau:

Bảng 2.1 Thang đánh giá PCR theo FHWA[10]

* Chỉ số đánh giá tình trạng lớp phủ mặt đường SCR

Mỗi loại hình biến dạng, hư hỏng tùy theo mức độ hư hỏng, được chia làm 3 cấp độ nghiêm trọng: thấp (Low), vừa (Medium), Cao (High) Giá trị chỉ số SCR được tính toán dựa trên khấu trừ lũy

kế của các hư hỏng, được xác định cho từng loại hình như sau:

+ LC_INDEX: Chỉ số vết nứt dọc

LC_INDEX=100- 40*[(%LOW/350+(%MED/200+(%HI/75)](2.8) (%LOW; %MED; %HI =Tổng chiều dài vết nứt dọc từng mức độChiều dài đoạn đo x100(2.9)

+ TC_INDEX: Chỉ số vết nứt ngang

TC_INDEX=100-{[(20*((LOW/15.1)+(MED/7.5))]+[40*(HI/1.9)]}(2.10) (LOW; MED; HI) =Tổng chiều dài vết nứt ngang từng mức độ

* Chỉ số tình trạng bằng phẳng của lớp mặt (RCI)

Được tính toán dựa trên kết quả đo giá trị hằn vệt bánh xe mặt

đường, theo công thức sau:

RCI = 32*[5*(2.718282(-0.0041* AVG IRI))] (2.16)

Giá trị hằn vệt bánh xe trung bình (AVG IRI) là giá trị trung bình của hai giá trị chỉ số độ gồ ghề cho làn xe trái và làn xe phải trên chiều dài 20m của đoạn khảo sát

b Phân loại mức độ nghiêm trọng các loại hình biến dạng,

hư hỏng

FHWA đề xuất căn cứ đánh giá mức độ nghiêm trọng cho từng loại hình biến dạng, hư hỏng cụ thể [1]

2.2.3.Phương pháp tính toán PCR theo mô

hình của Hiệp hội giao thông bang Ohio

(The Ohio Department Transpotion -

ODOT)[12]

a Phương pháp xác định

Mô hình để tính toán PCR của ODOT

dựa trên tổng của điểm khấu trừ đối với từng

loại hư hỏng quan sát được, giá trị khấu trừ

phụ thuộc cường độ và mức độ nghiêm trọng

của các loại hư hỏng Biểu thức toán học cho

PCR được xác định như sau:

Trong đó:

n: Số loại hình hư hỏng mặt đường

Deduct: Giá trị khấu trừ tùy theo loại và mức độ của các hư hỏng mặt đường, được xác định theo công thức:

Deduct =Distress Weight)x(Severity Weight)x(Extent Weight) (2.18) Distress Weight: Trọng số đặc trưng cho loại hình hư hỏng

Severity Weight: Trọng số đặc trưng cho mức độ nghiêm trọng

(2.17)

Hình 2.6 Thang đánh giá điều kiện mặt đường PCR

của loại hình hư hỏng

Extent Weight: Trọng số đặc trưng cho sự mở rộng hư hỏng

Bảng 2.3 Trọng số khấu trừ theo loại hình, mức độ và cường độ

của biến dạng, hư hỏng [12]

Vá sửa 5 0.3 0.6 1 0.6 0.8 1

Ổ gà 10 0.4 0.7 1 0.5 0.8 1 Hằn vệt bánh 10 0.3 0.7 1 0.6 0.8 1 Nứt vệt bánh xe 15 0.4 0.7 1 0.5 0.7 1 Nứt ngang 10 0.4 0.7 1 0.5 0.7 1 Nứt dọc 5 0.4 0.7 1 0.5 0.7 1

b Đánh giá mức độ nghiêm trọng các loại hình biến dạng,

Bảng 1.9 Các loại hình hư hỏng mặt đường khảo sát Các loại hư hỏng bề mặt Mặt đường nhựa

Nứt hoặc nứt gãy Nứt dọc; Nứt ngang; Nứt da cá sấu; Biến dạng bề mặt Hằn vệt bánh xe

Hư hỏng bề mặt Chảy nhựa; Rời rạc; Ổ gà;

Độ bằng phẳng Độ ghồ ghề IRI

2.3.2 Trình tự thực hiện

Công tác khảo sát, đo đạc thu thập số liệu biến dạng, hư hỏng mặt đường được tiến hành theo trình tự sau: Khảo sát sơ bộ lựa chọn điểm đo; Khảo sát sơ bộ phát hiện loại hình hư hỏng; Thiết kế và xác lập tổ mẫu, cơ cấu đội đo; Hướng dẫn đội đo, thiết lập biểu mẫu và phương pháp đo; Đo đạc ngoài hiện trường, thu thập dữ liệu

2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu đo đạc

Sử dụng phương pháp phân tích sai số theo lý thuyết xác suất thống kê để xác định khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên, những kết quả đo nào có sai số dư vi nằm ngoài khoảng giới hạn cần tiến hành điều chỉnh

2.4 KẾT LUẬN

- Việc áp dụng các phương pháp đánh giá hiện trạng mặt đường BTN theo thang phân loai PCR là một xu thế tất yếu, nhằm đáp ứng thực tế yêu cầu công tác duy tu bảo dưỡng và sửa chữa đường bộ theo hệ thống quản lý mặt đường PMS (Pavement Management System)

- Công tác xây dựng các chỉ số để đánh giá hư hỏng mặt đường là hết sức cần thiết trong xây dựng hệ thống quản lý mặt đường

- Để tiến hành tính toán đánh giá, phản ánh một cách tốt nhất hiện trạng mặt đường thì công tác xây dựng phương pháp khảo sát là rất cần thiết Việc thu nhập hình ảnh hư hỏng bề mặt một cách tự động mới chỉ áp dụng ở một số nước phát triển, do đầu tư mua sắm thiết bị đòi hỏi phải có chi phí lớn Chính vì vậy, việc thu nhập số liệu bằng thủ công vẫn được xem là công việc cần thiết Công việc này không đòi hỏi các công cụ hỗ trợ phức tạp chỉ bao gồm bản ghi, các công cụ đo đơn giản như thước đo dài, thước 3m, dụng cụ đo độ

mở vết nứt…

- Cần phải có những nghiên cứu tính toán cụ thể để kiểm tra tính hợp lý khi áp dụng vào việc đánh giá hiện trạng mặt đường BTN trong điều kiện Việt Nam Đồng thời cũng cần đưa ra những khuyến cáo khi sử dụng các phương pháp đánh giá, nhằm mục đích kết quả đánh giá phản ánh được tương đối chính xác hiện trạng của kết cấu mặt đường, phục vụ thiết thức cho công tác duy tu, bảo dưỡng và sửa chữa Đó cũng chính là những vấn đề cần giải quyết trong nội dung chương 3 của luận văn này

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KHAI THÁC CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN TUYẾN QUỐC LỘ 14B 3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐOẠN TUYẾN KHẢO SÁT

3.1.1 Giới thiệu về tuyến QL14B

3.1.2 Giới thiệu về phân đoạn đo: Km37+900 – Km38+900 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT

Kết quả đo chi tiết của từng loại hình hư hỏng, từng tổ được tập hợp ở phần phụ lục 3.1

3.3 PHÂN TÍCH KẾT QỦA - ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BTN THEO CHỈ TIÊU PCR

3.3.1 Xử lý số liệu khảo sát

Kết quả tính toán theo bảng tính ở phụ lục 3.2

3.3.2 Tính toán chỉ số PCR

a Tính toán PCR theo FHWA

Số liệu đo đạc sau khi đã tính toán sai số và hiệu chỉnh tiến hành tính toán xác định chỉ số PCR theo phương pháp của FHWA Kết quả tính toán chi tiết với các số liệu đo đạc của các Tổ đo được thể hiện ở các bảng trong phụ lục 3.3.Lập biểu đồ biểu diễn giá trị PCR theo hình 3.1 và biểu đồ tình trạng mặt đường đoạn tuyến khảo sát

đánh giá theo thang PCR ở hình 3.2

Nhận xét:

- Giá trị PCR tính toán của một đoạn đường với số liệu đo đạc của các tổ đo khác nhau thay đổi rất ít, dẫn đến kết quả tình trạng mặt đường đánh giá được không thay đổi Như vậy độ tin cậy của kết quả đo các tổ đo là chấp nhận được, qua đó cũng cho thấy việc thực hiện tính toán trị số PCR của tác giả là chính xác, không mắc các sai sót chủ quan

- Giá trị PCR giữa các đoạn thay đổi khá rõ rệt giữa các đoạn mặt đường với tình trạng hư hỏng khác nhau Theo biểu đồ hình 3.1

và hình 3.2 có thể thấy, vị trí đầu tuyến (từ lý trình Km37+900 đến lý trình Km37+940) và vị trí cuối đoạn tuyến khảo sát (từ lý trình Km38+760 đến lý trình Km38+900) kết quả tính toán mặt đường có giá trị PCR khá lớn, theo thang phân loại của FHWA có tình trạng mặt đường ở mức độ “Tốt” đến “Tuyệt vời” Các vị trí còn lại mặt đường xuất hiện nhiều hư hỏng, kết quả tính toán cho giá trị PCR thấp hơn, tình trạng mặt đường ở mức độ từ “Trung bình” đến

“Kém” Vị trí có tình trạng mặt đường xuất hiện nhiều hư hỏng và liên tục là từ Km38+520 đến Km38+700, điều này phù hợp với thực

tế khảo sát hiện trạng mặt đường (Xem hình 3.3)

Hình 3.1 Biểu đồ giá trị PCR cho từng tổ đo theo phưong pháp của FHWA

Hình 3.2 Tình trạng mặt đường đoạn tuyến KM37+900 đến

KM38+900 theo thang phân loại của FHWA

Kết quả đánh giá tình trạng mặt đường trên biểu đồ dựa trên trị

số PCR trung bình của 03 tổ đo

b Tính toán PCR theo ODOT

Số liệu đo đạc sau khi đã tính toán sai số và hiệu chỉnh tiến hành tính toán xác định chỉ số PCR theo phương pháp của ODOT Kết quả tính toán chi tiết với các số liệu đo đạc của các Tổ đo được thể hiện ở các bảng trong phụ lục 3.4 Lập biểu đồ biểu diễn giá trị PCR theo hình 3.4 và biểu đồ tình trạng mặt đường đoạn tuyến khảo sát đánh giá theo thang PCR ở hình 3.5

Nhận xét:

- Tương tự như kết quả phân tích theo FHWA, giá trị PCR tính toán của một đoạn đường với số liệu đo đạc của các tổ đo khác nhau