Đề xuất phương pháp kiểm toán chỉ tiêu vệt hằn bánh xe trong thiết kế kết cấu áo đường mềm tại Việt Nam
MỤC LỤC
Yếu tố khách quan
(Nguồn: [6]) Dễ dàng nhận thấy rằng, lún vệt bánh xe thường hay xuất hiện nhất ở những vị trí có tải trọng xe lớn đồng thời vận tốc xe chạy chậm (ngã tư, trạm thu phí). - Yếu tố thời tiết - khí hậu và chế độ phân bố ẩm trong đất nền đường: Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến, quanh năm có nhiệt độ cao và độ ẩm lớn. - Chiều sâu vệt lún bánh xe trên mặt đường bê tông nhựa tăng khi nhiệt độ tăng, đặc biệt là ở các nhiệt độ cao thì sự phát triển của vệt lún càng mạnh mẽ;.
- Khi tải trọng tác dụng lên mặt đường tăng, chiều sâu vệt lún bánh xe cũng tăng theo, đặc biệt là khi tải trọng càng lớn thì chiều sâu vệt lún tăng càng mạnh;. - Chiều sâu vệt lún bánh xe trên mặt đường bê tông nhựa tăng khi số chu kỳ tác động của tải trọng tăng, đặc biệt là khi số lượng chu kỳ tác động của tải trọng càng lớn thì sự phát triển của lún vệt bánh xe càng mạnh.
Yếu tố chủ quan
Tuy nhiên trong quá trình sản xuất bê tông nhựa với khối lượng lớn tại trạm trộn, nếu công nghệ không đảm bảo sẽ dẫn tới hiện tượng cốt liệu không được bao bọc bởi nhựa làm chúng không liên kết được với nhau, hoặc nếu dư quá nhiều nhựa cũng làm cho các hạt cốt liệu cách xa nhau, đây là nguyên nhân dẫn tới giảm cường độ và xuất hiện hư hỏng trên mặt đường bê tông nhựa, trong đó có biến dạng lún vệt bánh xe [16], [22]. Khi trộn chung với nhựa đường, thành phần hạt mịn trong bột khoáng có kích thước hạt nhỏ hơn chiều dày màng nhựa có tác dụng làm cứng nhựa đường và tạo nên hỗn hợp mastic có nhiều tính năng ưu việt như tăng bám dính giữa đá và nhựa, tăng độ ổn định, tăng độ bền trong môi trường ẩm ướt, giảm nứt nẻ và lún vệt bánh xe [41]. Vì vậy, cần có giải pháp hạn chế hoặc cấm xe có tải trọng quá nặng tham gia giao thông, đặc biệt vào thời điểm nhiệt độ cao, thời tiết xấu; tổ chức phân luồng giao thông đều khắp trên toàn bộ bề rộng phần xe chạy, dở bỏ chướng ngại vật trên đường nhằm tăng tốc độ cho phương tiện, giảm thời gian tác động của tải trọng lên đường;.
- Nhóm các biện pháp hạn chế sự xuất hiện của biến dạng lún vệt bánh xe: Áp dụng các biện pháp nâng cao độ ổn định đất nền đường và vật liệu trong các lớp kết cấu áo đường, tạo độ kết dính cần thiết giữa các lớp vật liệu, thiết kế xây dựng mặt đường có tính đến sự tích lũy của biến dạng dẻo trong giới hạn cho phép [20], sử dụng vật liệu có sức kháng trượt và khả năng chống bào mòn cao (bê tông nhựa gia cường cốt sợi) làm lớp mặt, dùng vật liệu có cấu trúc bền vững và có khả năng chống lại quá trình hình thành biến dạng dẻo làm lớp móng, sử dụng vật liệu có khả năng thoát nước tốt để đắp nền đường, xây dựng hệ thống dẫn và thoát nước tốt cho tuyến đường. - Biến dạng lún vệt bánh xe xuất hiện trên mặt đường bê tông nhựa là do nhiều nguyên nhân: chất lượng vật liệu không đảm bảo; sự tích lũy biến dạng dẻo ở trong nền đất, trong các lớp vật liệu của kết cấu áo đường; tác động của tải trọng nặng; sự bào mòn bề mặt áo đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe và cả yếu tố nhiệt độ.
SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TOÁN LÚN VỆT BÁNH XE CỦA MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI
Kiểm toán theo tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm của Trung Quốc
Tương tự, tiến hành tính toán đối với 2 kết cấu áo đường còn lại, ta được kết quả như ở bảng 2.11. Kết quả ở bảng 2.11 cho thấy để cải thiện khả năng kháng cắt của lớp mặt bê tông nhựa, thì tăng bề dày hầu như không đem lại hiệu quả, việc cần làm là phải thiết kế vật liệu bê tông nhựa có cường độ chống cắt cao bằng cách tăng lực dính C và góc nội ma sát ϕ.
Kiểm toán theo phương pháp cơ học thực nghiệm (M–EPDG)
Các thông số tính toán khác sử dụng theo mặc định của chương trình phù hợp với loại vật liệu móng và nền đường tương ứng. Theo [45] kết cấu được xem là đủ điều kiện khai thác khi thỏa mãn các tiêu chuẩn giới hạn được thể hiện ở bảng 2.13. Kết quả ở hình 2.14 cho thấy chiều sâu vệt lún bánh xe của các lớp bê tông nhựa, cũng như của toàn bộ kết cấu áo đường vượt quá các giới hạn cho phép ở bảng 2.13.
Kết quả ở bảng 2.14 cho thấy khi sử dụng loại nhựa có mác cao hơn thì chiều sâu lún vệt bánh xe của kết cấu áo đường giảm. Vì vậy, tác giả kiến nghị sử dụng các loại nhựa mác cao để đảm bảo khả năng kháng lún vệt bánh xe của kết cấu áo đường.
Kiểm toán theo tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm của Cộng Hòa Liên Bang Nga
Kết quả bảng 2.15 cho thấy giá trị tổng biến dạng dẻo của kết cấu áo đường mềm giảm khi sử dụng các loại nhựa có độ kim lún thấp hơn. Theo kết quả tính toán, cả 3 kết cấu áo đường sử dụng nhựa 40/50 đều thỏa mãn tiêu chí tổng biến dạng dẻo (St < Sg), còn trong trường hợp sử dụng các loại nhựa có độ kim lún lớn hơn thì đều không thỏa mãn tiêu chí này. Điều đó cho thấy rằng, một trong những giải pháp để tăng khả năng kháng lún vệt bánh xe của kết cấu áo đường mềm là sử dụng các loại nhựa có độ kim lún nhỏ (40/50).
Tiến hành kiểm toán tiêu chí kháng trượt đối với hỗn hợp bê tông nhựa số 1. Nhiệt độ tính toán là nhiệt độ cao nhất đo được trong ngày Tair=40oC [5]. Tương tự, tiến hành kiểm toán đối với hỗn hợp bê tông nhựa số 2 thu được kết quả ở bảng 2.17.
So sánh các phương pháp kiểm toán
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KIỂM TOÁN CHỈ TIÊU LÚN VỆT BÁNH XE ĐỐI VỚI KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM Ở ĐIỀU KIỆN VIỆT
Tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính
- Kiểm toán theo điều kiện tổng biến dạng dẻo trên mặt đường: Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 3.5. Kết quả ở bảng 3.5 cho thấy kết cấu áo đường số 4 và số 5 không thỏa mãn tiêu chí tổng biến dạng dẻo trên mặt đường ở cuối thời hạn khai thác của kết cấu áo đường. - Kiểm toán theo điều kiện kháng cắt của mặt đường bê tông nhựa ở điều kiện nhiệt độ tính toán là 60oC: Tiến hành kiểm toán cả 2 kết cấu áo đường ở trên (kết cấu áo đường số 4 và số 5) với các thông số hỗn hợp bê tông nhựa ở bảng 3.7.
Các kết quả tính toán ở trên cho thấy thay thế nhựa truyền thống 60/70 bằng loại nhựa có mác cao hơn (nhựa 40/50), đồng thời sử dụng hỗn hợp bê tông nhựa có các chỉ tiêu về cường độ chịu nén và hệ số ma sát tg cao là giải pháp hữu hiệu để tăng cường khả năng kháng lún vệt bánh của kết cấu áo đường mềm trong điều kiện nhiệt độ cao ở Việt Nam. Biến dạng lún vệt bánh xe trên mặt đường bê tông nhựa xuất hiện ngày càng nhiều, là một trong những nguyên nhân làm giảm tuổi thọ của đường ô tô, giảm độ an toàn và tiện nghi chạy xe, tăng chi phí vận tải và duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa đường. Biến dạng lún vệt bánh xe xuất hiện là do nhiều nguyên nhân: chất lượng vật liệu với sự tích lũy biến dạng dẻo ở trong nền đất, trong các lớp vật liệu của kết cấu áo đường; tác động của tải trọng nặng; sự bào mòn bề mặt áo đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe và cả yếu tố nhiệt độ.
Việc nghiên cứu, so sánh các phương pháp thiết kế kết cấu áo đường mềm có xét đến khả năng kháng lún vệt bánh xe của một số nước trên thế giới là cơ sở để tác giả đề xuất phương pháp kiểm toán khả năng kháng lún vệt bánh xe đối với kết cấu áo đường mềm trong điều kiện Việt Nam. Việc đề xuất phương pháp kiểm toán khả năng kháng lún vệt bánh xe đối với kết cấu áo đường mềm trong điều kiện Việt Nam có xét đến yếu tố bất lợi về nhiệt độ, đồng thời cho phép chúng ta thiết kế các kết cấu áo đường có chất lượng tốt, độ ổn định cao, đặc biệt là góp phần ngăn ngừa sự xuất hiện của biến dạng lún vệt bánh xe trên mặt đường. Với điều kiện nhiệt độ cao như ở Việt Nam thì sử dụng loại nhựa 40/50 để thay thế cho loại nhựa truyền thống 60/70 là một giải pháp kỹ thuật nâng cao độ ổn định của mặt đường bê tông nhựa đối với các loại biến dạng dẻo.
+ Theo điều kiện tổng biến dạng dẻo trên mặt đường ở cuối thời gian khai thác tính toán của kết cấu áo đường. - Nghiên cứu và sớm ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật về phương pháp đo và đánh giá chiều sâu vệt lún bánh xe, đồng thời đưa ra các tiêu chuẩn giới hạn về chiều sâu vệt lún đối với các cấp hạng đường khác nhau. - Sử dụng các loại bê tông nhựa cải tiến có tính chất cơ lý cao để làm lớp mặt cho các kết cấu áo đường cấp cao, đồng thời dùng loại nhựa 40/50 để thay thế cho loại nhựa truyền thống 60/70.
