CHƯƠNG 2: CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH SÂN, ĐƯỜNG CỦA SÂN BAY
2.3 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ
2.3.2. THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG CỨNG BTXM SÂN BAY
2.3.2.3 Tác động của các tải trọng khai thác và các yếu tố tự nhiên lên mặt đường sân bay
2.3.2.3.1. Tác động của máy bay lên mặt đường sân bay:
Tải trọng từ các máy bay lên các mặt đường sân bay được truyền qua các lớp nhựa qua các điểm gối tựa -chân bệ chính và phụ (càng bánh xe) .Đối với các máy bay hiện đại có một đặc trƣng tính chất là sự truyền tải trọng đến mặt đường qua càng máy bay có ba chân , nó gồm có hai chân gối tựa chính và mũi phụ.Phụ thuộc vào tải trọng truyền của bánh xe ở các chân trụ chính có thể là nhƣ nhau ,giống nhau ,bánh hơi và ở dạng xe kéo.,chạy đựơc bằng 4 hay 6 bánh xe.
Như người ta đã tính toán , nếu khi chân gối tựa chính với bánh xe đơn lẻ thì bề dày tính toán của mặt đường được tiếp nhận là một ,thì đối với trọng lƣợng cất cánh nhƣ thế khi ở chân tựa với hai bánh xe cần thiết là 0,7 -0,8 của bề dày sơ bộ ban đầu .Còn khi chân tựa có nhiều bánh xe có dạng đôi là 0,5.Điều này chứng tỏ rằng máy bay với các chân tựa có dạng xe kéo đẩy tay là giảm nhẹ cơ bản đáng kể sự hoạt động làm việc của mặt đường ở sân bay.Phần lớn nhất của tải trọng từ tải trọng cất cánh của máy bay truyền tới mặt đường qua các bánh xe của chân tựa chính ,ở chân tựa mũi thường chiếm 10 - 15% của trọng lƣợng máy bay
Khi đỗ dừng lại của máy bay trọng lƣợng máy bay đƣợc phân bố giữa các chân phụ chính và phụ .Khi nó bay lên áp lực đè lên mặt đường không ổn định ,nó thay đổi.Việc tăng vận tốc khi chạy dẫn đến xuất hiện một lực nâng lên mà nó làm giảm nhẹ tải trọng các chân tựa chính và phụ .Mặt khỏc khi mặt đường lồi lừm gồ gề (do dịch chuyển thẳng đứng của cỏc tấm ổ gà , sóng gợn .. ) dần đến sự phát triển gia tăng dao động lắc lƣ của máy bay
khi chạy qua những chỗ khụng bằng phẳng, lồi lừm ,va đạp của cỏc bỏnh xe và mặt đường .Sau khi va chạm đập vào nhau ,tải trọng đối với các mặt đường tăng lên so với tải trọng tĩnh. Sự gia tăng các tải trọng lên mặt đường có liên quan đến vận tốc chuyển động của máy bay .Khi máy bay hạ cánh đỗ xuống sân bay ,bánh xe va đập đều qua các chỗ ổ gà ,gồ ghề là không đáng kể ,hiệu quả của tác động thực tế là không tính đến .
Dựa theo các đoạn đường băng ĐBNT ,các máy bay chạy với vận tốc 30 - 40 km / giờ,khi đó lực nâng lên của các máy bay thực tế không xuất hiện và các tải trọng lên mặt đường tăng lên do va đập của các bánh xe khi chạy qua các vị trí ổ gà ,không bằng phẳng.Hệ số động lực học lúc này càng cao khi mặt đường không bằng phẳng .Tải trọng trực tiếp trước khi cất cánh của máy bay lên mặt đường lại bị giảm đáng kể .Khi máy bay đỗ lại ,các đoạn vòng quanh của ĐBNT chịu các tải trọng va đập của các bánh xe máy bay thường không lớn hơn tải trọng tĩnh hay bằng tải trọng tĩnh này
Ngoài các tải trọng từ những bánh xe máy bay còn có các tia phụt khí của các động cơ phản lực khí tua bin tác động lên mặt đường sân bay .Tác động của các tia này dẫn đến tác động đồng thời cùng nhau của áp suất động và nhiệt độ.Nhiệt độ của khí ở động cơ hiện đại đạt đến 600-8000C ,còn vận tốc đến 600m/giây
Tia khí phản lực phụt ra từ ống xả động cơ ở nơi vị trí tiếp xúc với mặt đường được lan tỏa ra trên một bề mặt một khoảng rộng nào đó ,người ta gọi là vùng trường tia phụt .Các tham số của vùng trường tia (độ sâu và chiều rộng) bị phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ máy bay ở trong các chế độ làm việc khác nhau.
Khoảng thời gian , độ kéo dài tác động của các động cơ phản lực lên bề mặt sân bay là không lớn lắm ,từ một giây đến vài giây.
2.3.2.3.2. Sự làm việc của các mặt đường khi có tác động của các yếu tố tự nhiên:
Sự uốn cong của các mặt đường cứng có thể bị xảy ra gẫy không chỉ do tải trọng của các bánh xe máy bay hay của các ô tô ,mà còn bởi sự phân bố nhiệt độ không đồng đều theo bề dày của mặt đường khi có các dao động thay đổi nhiệt độ của không khí ,cũng như bởi sự trương nở phồng lên của nền đường đất khi có sự đóng băng giá lạnh về mùa đông và do độ lún sụt ,lƣợng mƣa không đồng nhất vào mùa.
Phần trên cùng của tấm bê tông bị nóng nhanh hơn vào ban ngày và bị lạnh nhanh hơn vào ban đêm ,nhiệt độ ở phần dưới của tấm lại có liên quan đến sự ảnh hưởng của khối lượng nhiệt của nền đất bị thay đổi ít hơn. Sự khác nhau này của nhiệt độ phần tầng trên và phần dưới của tấm bê tông gây nên sự dao động biến đổi của nó mà nó gây cản trở đến lực kháng của các tấm sát bên cạnh và trọng lƣợng riêng của tấm.(xem hình 4.5a,b)
Khi có sự thay đổi về nhiệt độ trung bình một ngày đêm của không khí dựa theo các mùa trong năm có sự thay đổi tương ứng phù hợp của nhiệt độ chung của tấm .Các tấm bị giảm đi về kích thước với sự bắt đầu của mùa thu và mùa đông ,và lại đƣợc nở ra tăng lên khi bắt đầu thời tiết ấm áp mùa xuân và mùa hè (xem hình 4.5b).Độ co ngót của nhiệt độ tự do và nở tăng lên của các tấm bị cản trở bởi các lực ma sát và bởi nền đường .Các lực ma sát và lực bám dính kết đƣợc đặt bố trí lệch tâm đối với trọng tâm của trọng lực .Sức tải ở tiết diện cắt ngang của tấm và gây ra các ứng suất uốn phụ bổ sung .Các ứng suất lớn đáng kể so với các kích thước lớn của tấm và sự
giảm độ chênh về nhiệt độ cao hơn. Thí nghiệm xây dựng các mặt đường ở sân bay và đường ô tô đã chỉ ra rằng :Các ứng suất về nhiệt độ mà chúng đƣợc phát triển tăng lên ở chúng có thể là một nguyên nhân phá hủy gây hƣ hỏng mặt đường này ,vì vậy việc tính toán các tác động về nhiệt độ là rất cần thiết khi tính toán và lập kế hoạch thiết kế xây dựng các mặt đường.Khi có sự đóng băng lạnh giá các lớp đất ở nền đường của mặt đường cứng do có sự di chuyển chuyển độ ẩm -lượng nước vào mùa đông và sự tích tụ ứ đọng các lớp băng tuyến ,làm xảy ra sự nâng lên tăng lên của bề mặt theo phương thẳng đứng -đó là sự nở trương phồng của mặt đường .Quá trình này có thể là đồng đều nhau nhƣ có sự liên quan đến tính chất không thống nhất của việc phân vỉa đất nền đường hay với tính chất không đồng đều của các dòng nước ,luồng độ ẩm ở trong bề dày đóng băng lạnh giá ,nên sự nở trương phồng lên thì là khụng đồng đều ,khụng giống nhau ,mà xuất hiện sinh ra lồi lừm đồng đều và không bằng phẳng cục bộ.
Khi cú sự làm núng nở tấm bờ tụng lờn ,sự lồi lừm gồ ghề gõy ra các ứng lực uốn cong ở trong các tấm này.
Khi có tan băng tuyết vào mùa xuân ,bề mặt nền đường bị nở trương nâng coa lên do thời kỳ của mùa đông bị tụt giảm dần .Có liên quan tới sự tan băng tuyết không đồng đều ,thậm trí khi có sự nở trương phồng ra không đồng đều hay sự tan băng không đồng đều của nền đường ,tấm bê tông cũng bị nâng lên tì vào nền đường đất ở những vị trí -nối riêng biệt ,khác nhau Các ứng suất lực sinh ra lúc này chỉ do ảnh hưởng của trọng lượng riêng có thể bị tăng trộ hơn mức giới hạn độ bền bê tông ở một chừng mực nào đó không lớn hơn khi có sự uốn cong là nguyên nhân sự phá hủy làm hƣ hỏng các mặt đường sân bay và của cả đường thậm trí trước khi đưa chúng vào khai thấc sử dụng
Ở sân bay chúng đã đƣợc xây dựng ở các vùng ,nơi mà có thể xảy ra sự trương nở phồng đất rất mạnh ,cường độ lớn ở nền đất ta sẽ thấy nhiều chỗ bị hư hỏng phá hủy của nền đường .Các nghiên cứu quan sát đã chỉ rừ số lƣợng cỏc tấm bờ tụng với cỏc khe nứt rạn xuyờn qua của chỳng bị gõy ra bởi sự trương nở phồng đất ở các lớp đất đệm lót ,thường gia tăng không ngừng .Người ta cho rằng tính bền chịu lạnh cần thiết của các kết cấu bề mặt đƣợc đảm bảo mà không có mà không có các biện pháp chuyên môn chuyên ngành đặc biệt là ở các vùng với độ sâu đóng băng lạnh nhỏ (các vùng kí hậu đường cấp IV và cấp V. Khi ở nền đường đất- các lớp đất nằm ở toàn bộ độ sâu đóng băng lạnh – là đất cát không bị trương nở phồng ra (như bằng cát, cát pha hạt to). Nếu bề dày của mặt đường cần thiết dựa theo các điều kiện độ bền tăng hơn 2/3 độ sâu của lớp đóng băng lạnh, ở những nơi khô ráo không có độ sâu dư thừa với hệ thống thoát nước bề mặt đảm bảo và với mực đó các mạch nước ngầm nhỏ, loại trừ trường hợp xây dựng các mặt đường trên nền đường đất bằng đất pha sét pha bụi. Trong tất cả các trường hợp còn lại, ta cần phải kiểm tra kỹ mặt đường trên hệ số- đại lượng cho phép do vì có sự trương nở phồng vì lạnh giá không đồng đều này.
Các biến dạng của những tấm ở mặt đường bêtông: a- nhiệt độ của bề mặt trên cùng lớn hơn so với bề mặt phía dưới; b- nhiệt độ của bề mặt phía dưới lớn hơn so với phía trên; B - độ lạnh giá của tấm bằng nhau.
Các biến dạng của mặt đường bêtông khi thay đổi khối lượng đất ở trong nền đường: a- độ trương nở phồng đất không đồng đều; b- Độ lún- lượng nước (mưa) không đồng đều của nền đường trong thời gian tan tuyết băng của nền đường đất; bề mặt sơ bộ – ban đầu của mặt đường các loại đất (lượng đất) bị trương nở phồng (như cát, hạt nhỏ và pha bụi, đất pha sét, cũng như đất hạt to với sự pha bụi và đất sét) được dùng làm bằng nền đường cho các mặt đường sân bay.
2.3.2.3.3. Các phương pháp tính toán mặt đường BTXM của sân bay dưới tác dụng của tải trọng máy bay:
Phương pháp tính toán kết cấu mặt đường sân bay theo lý thuyết tấm trên nền đàn hồi:
Tính toán MĐBTXM theo giả thuyết nền đất là bán không gian đàn hồi đồng nhất đẳng hướng.
Tính toán MĐBTXM theo giả thuyết nền đất là nền Vincle.
Phương pháp tính toán mặt đường sân bay theo toán đồ lập sẵn:
Phương pháp tính toán của hiệp hội ximăng Pooc lăng( PCA- Porland cement Association).
Các toán đồ xác định chiều dày tấm BTXM sân bay theo phương pháp của Cục hàng không Liên bang Mỹ (FAA).
Các toán đồ tính toán chiều dày tấm BTXM theo phương pháp hội kỹ sƣ Mỹ.
Các bước tính toán mặt đường BTXM theo toán đ lập sẵn:
Các toán đồ được lập ra trên giả thuyết là : hướng tác dụng tải trọng của máy bay lên mép tấm tại mối nối theo phương tiếp tuyến hoặc vuông góc vói mối nối.
Để tra chiều dày tấm BTXM cần 4 thống số sau:
Cường dộ chịu uốn của tấm BTXM:
o Cường độ chịu uốn của tấm BTXM xây dựng theo tiêu chuẩn của ASTM. Cường độ chịu uốn thiết kế của tấm BTXM được xác định theo tuổi và cường độ của tấm BTXM khi bắt đầu cho phép các phương tiện hoạt động.
Hệ số k:
o Hệ số nền k xét đến tính đàn hồi ổn định của các lớp vật liệu bên dưới tấm BTXM.
Tải trọng toàn bộ máy bay thiết kế:
o Các toán đồ xây dựng phù hợp vói tải trọng toàn bộ của máy bay thiết kế. Các toán đồ đƣợc nhóm lại theo kiểu và dạng càng hạ cánh chính.
Tổng số lần hoạt động trong năm của máy bay thiết kế.
Cách tra toán đồ:
Các toán đồ cong thiết kế mặt đường cứng: toán đồ mẫu dạng nét đứt giúp cho người dùng biết cách tra đúng. Gía trị tra từ toán đồ cho chiều dày tấm BTXM ky hiệu là T và xét tới chiều dày mặt đường cho vùng nguy hiểm nhất.
Các đường cong thiết kế tuỳ chọn:
o Dạng càng hạ cánh kiểu bánh đơn và bánh đôi: Ứng suất lớn nhất khi càng đặt hướng song song hoặc vuông góc với cạnh mối nối.
o Dạng càng kép bánh đôi: Ứng suất lớn nhất khi càng đặt hướng hợp với cạnh mối nối 1 góc nhọn.
Các khu vực nguy hiểm và không nguy hiểm để bố trí mặt đường cứng :
Giá trị chiều dày tấm BTXM tra từ toán đồ ứng với ứng vói vùng nguy hiểm nhất.
Đối vói khu vực không nguy hiểm chiều dày tâm BTXM đƣợc lựa chọn 0.9T.
Đối vói các khu vực chuyển tiếp hoặc mép cạnh mỏng của tấm BTXM thì giảm chiều dày và vuốt tuyến tính theo vùng lân cân.Trong phạm vi chuyển tiếp chiều dày tấm BTXM thay đổi theo cả hai hướng.
Trong khu vực tấm BTXM thay đổi thì chiều dày lớp móng cần được hiệu chỉnh theo đảm bảo điều kiện thoát nước cho toàn bộ bề mặt nền.
Thiết kế mặt đường sân bay theo Tiêu chuẩn cơ sở TCCS 02:2009/CHK “Quy trình thiết kế mặt đường sân bay dân dụng Việt Nam” do Cục hàng không Việt Nam ban hành vào ngày 25/3/2009.
2.4 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TRONG GIAI ĐOẠN