CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
3.2. Thí nghiệm đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD
3.2.1. Mục tiêu của thực nghiệm
Thực nghiệm đo độ võng mặt đường BTXM sân bay bằng thiết bị HWD nhằm mục tiêu xác định một số thơng số của mặt đường BTXM:
- Nhiệt độ bề mặt tấm tại thời điểm thực hiện thí nghiệm HWD; - Độ võng của mặt đường (khi đo HWD).
Từ độ võng, sử dụng các mơ hình tính tốn (đã trình bày ở chương 2) để tiếp tục xác định các thơng số thơng số khả năng làm việc (độ võng tổng thể của mặt đường, mơ đun đàn hồi tổng thể, chỉ số PCN, hiệu quả truyền lực khe nối (LTE)) và các thơng số thơng số tính tốn thiết kế (chiều cao vùng chịu nén của tiết diện tấm, mơ men uốn giới hạn ở tiết diện xem xét của tấm mặt đường, bán kính độ cứng tương đối, trị số ứng suất trong cốt thép chịu kéo).
3.2.2. Quy hoạch thí nghiệm
3.2.2.1. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm sử dụng ở đây là máy HWD Primax 2500 [56] của Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội, số máy 1503-491.
Máy do hãng Sweco (Đan Mạch) sản xuất, cơng ty INOTEC phân phối tại Việt Nam. Máy cĩ phần mềm HWD chạy trên Windows, mơ đun ghi dữ liệu thời gian, khĩa vận chuyển, dụng cụ đo khoảng cách (DMI) kết nối với phần mềm, ba đầu đo nhiệt độ, bàn ép 4 mảnh, 10 đầu đo địa chấn (geophone) và các đèn báo hiệu. Các chức năng khác cĩ thể dễ dàng thêm vào như video hoặc thiết bị đánh dấu, thiết bị định vị tồn cầu GPS để biểu diễn số liệu ở dạng bản đồ hoặc bản vẽ quy hoạch mặt bằng chung.
Máy đã được hãng Sweco kiểm định theo tiêu chuẩn AASHTO, các quy định cĩ liên quan của FAA và cấp chứng nhận kiểm định (như hình 3.6 dưới đây).
3.2.2.2. Địa điểm và kết cấu mặt đường BTXM sân bay đã đưa vào thí nghiệm
Cảng hàng khơng Vân Đồn là một trong 10 cảng hàng khơng quốc tế của mạng lưới cảng hàng khơng dân dụng cả nước, và cũng là sân bay quân sự trong hướng chiến lược miền Bắc. Về cấp, sân bay đạt cấp 4E (theo mã tiêu chuẩn của Tổ chức hàng khơng dân dụng quốc tế - ICAO) và sân bay quân sự cấp II. Cơng suất của nhà ga đạt 2,5 triệu hành khách/năm.
Đường cất hạ cánh cĩ kích thước 3600mx45m, sử dụng kết cấu mặt đường BTXM gồm 5 lớp như sau (hình 3.7):
Hình 3.7. Kết cấu mặt đường của của dải cất hạ cánh CHK Vân ĐồnCác lớp cĩ thơng số cơ lý như sau (bảng 3.4): Các lớp cĩ thơng số cơ lý như sau (bảng 3.4):
Bảng 3.4. Số liệu kết cấu mặt đường BTXM sân bay đưa vào thí nghiệm
STT Lớp Thơng số
1 BTXM Cốt thép Dày: 40cm, E=33000MPa, hệ số Poisson=0,15, Rku=4,5 MPa;
2 BTXM nghèo Dày 25 cm, E=23000MPa, hệ số Poisson=0,15, Rku=2,5 MPa;
3 Cấp phối đá dăm loại 1 Dày 20 cm, E=280MPa 4 Cấp phối sỏi đồi Dày 30 cm, E=150MPa 5 Nền đất đầm chặt E=50 MPa
3.2.2.3. Bố trí điểm đo
Khoảng cách các điểm đo được xác định theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11365:2016 Mặt đường sân bay: Xác định số phân cấp mặt đường bằng thiết bị đo võng bằng quả nặng thả rơi [44].
Bảng 3.5 hướng dẫn lựa chọn khoảng cách và vị trí thí nghiệm cho đường lăn và đường cất hạ cánh. Bảng 3.6 hướng dẫn lựa chọn mật độ và vị trí thí nghiệm cho sân đỗ. Các điểm thí nghiệm cho mỗi hạng mục được phân bố đều theo lưới thí nghiệm. Mỗi điểm thí nghiệm lân cận trên lưới thí nghiệm đặt so le để thu được sự bao quát tốt nhất.
Bảng 3.5. Hướng dẫn lựa chọn khoảng cách và vị trí thí nghiệm cho đường lăn và đường cất hạ cánh [44]
Loại thí Mặt đường BTXM cĩ khe co dãn và mặt đường BTN tăng cường trên BTXM
Mức độ dự án Mức độ mạng lưới nghiệm Độ lệch, m (ft) Khoảng cách, m (ft) Độ lệch, m (ft) Khoảng cách, m (ft) 3 (10) 30 (100) Tâm 9 (30) 30-60 (100-200) 3 (10) 60-120 (200- 400) 20 (65) 120 (400) Khe co 3 (10) 30-60 (100-200) 9 (30) 60-120 (200-400) 3 (10) 120 (400) dãn ngang 20 (65) 120 (400) Khe co 6 (20) 60 (200) 12 (40) 120 (400) dãn dọc 18 (60) 120 (400) 6 (20) 60 (200) Gĩc 12 (40) 120 (400) 18 (60) 120 (400)
Bảng 3.6. Hướng dẫn lựa chọn mật độ và vị trí thí nghiệm cho sân đỗ [44] Mặt đường BTXM cĩ khe co dãn và mặt đường BTN
Loại thí nghiệm tăng cường trên BTXM
Mức độ dự án Mức độ dự án
Tâm 1 điểm cho 10 đến 20 1 điểm cho 30 đến 60 tấm tấm
Khe co dãn ngang 1 điểm cho 10 đến 40 1 điểm cho 60 tấm tấm
Khe co dãn dọc 1 điểm cho 20 đến 40 1 điểm cho 60 tấm tấm
Gĩc 1 điểm cho 20 đến 40
tấm
3.2.2.4. Sơ đồ thí nghiệm
Các cơng việc đo đều được thực hiện trên các tấm BTXM của dải cất hạ cánh. Đây là khu vực thơng số của hệ thống sân đường trong CHK: nơi máy bay chuẩn bị tăng tốc để cất cánh. Vị trí đo ở giữa và cạnh tấm như sơ đồ sau (hình 3.8).
Hình 3.8. Vị trí đo ở giữa tấm và cạnh tấm BTXM
Các tấm BTXM đều cĩ kích thước 5m×10m với kết cấu mặt đường gồm 5 lớp. Vị trí các tấm thí nghiệm thể hiện trên hình 3.9.
Hình 3.9. Sơ đồ các tấm thí nghiệm 3.2.2.5. Thời điểm thínghiệm và dự kiến kết quả thu được nghiệm và dự kiến kết quả thu được
Tiến hành đo độ võng tại tâm tấm, cạnh tấm để xây dựng tương quan giữa các thơng số theo các điều kiện nhiệt độ thí nghiệm khác nhau. Khối lượng cơng việc thực hiện gồm:
- Thực hiện đo độ võng tại 6 tấm BTXM ở đầu dải CHC (hình 3.9). Đo tại các thời điểm khác nhau trong ngày, cĩ nhiệt độ khác nhau (nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ bề mặt tấm BTXM). Thời gian đo từ 22/11/2018 đến 26/11/2018.
- Đo nhiệt độ bề mặt tấm BTXM trong tồn thời gian của các ngày từ 22/11/2018 đến 26/11/2018, cứ 30ph đo 1 lần để xác định nhiệt độ đáy tấm. Với giả thiết coi như các điều kiện khác là khơng thay đổi trong quá trình thí nghiệm (độ ẩm, lượng bức xạ...).
Kết quả thu được gồm:
- Độ võng tổng thể của mặt đường đo được tại tâm bàn ép với giá trị tải trọng khoảng 250kN, áp lực tác dụng lên bề mặt tấm BTXM khoảng 3550 kPa.
- Độ võng của mặt đường tại từng vị trí đặt sensor. Thơng qua trị số này khi đo tại cạnh tấm để đánh giá khả năng truyền lựa LTE của khe nối.
- Các thơng số khác tính tốn từ độ võng;
3.2.3. Thực hiện thí nghiệm
3.2.3.1. Trình tự đo võng tại hiện trường
- Bước 1: Điều khiển để cơ cấu thủy lực đưa khối tải trọng lên độ cao quy định và thả khối tải trọng rơi đập vào tấm ép thơng qua bộ phận giảm chấn (lị xo hoặc tấm cao su) để truyền một xung lực xuống mặt đường. Đầu cảm biến đo lực sẽ xác định xung lực gây ra trên đường. Các đầu cảm biến sẽ tự động đo độ võng của mặt đường ứng với các vị trí quy định. Cần chú ý điều chỉnh độ cao rơi hoặc trọng lượng quả nặng để xung lực tác dụng xuống mặt đường đạt trị số yêu cầu.
- Bước 2: Lặp lại bước 1. So sánh kết quả đo võng ở vị trí tâm tấm ép giữa 2 lần đo. Nếu hai kết quả đo võng khác nhau dưới 5% thì kết thúc đo. Sử dụng kết quả đo
ở lần 2 làm cơ sở tính tốn.
- Bước 3: Nếu bước 2 khơng thỏa mãn thì phải lặp lại bước 1 cho đến khi độ võng của 2 lần đo liên tiếp khơng khác nhau quá 5%. Sử dụng kết quả đo lần cuối làm cơ sở tính tốn.
- Bước 4: Nếu việc đo lặp như bước 1 đến lần thứ 5 mà vẫn khơng đạt thì cần thực hiện các cơng tác như sau:
+ Kiểm tra lại hệ thống thiết bị thí nghiệm.
+ Xem xét lại tình trạng tiếp xúc giữa tấm ép và các đầu đo võng với mặt đường; + Di chuyển thiết bị đến vị trí mới cách vị trí cũ 1-2m và tiến hành đo lại.
Các thơng số kỹ thuật của thiết bị và kết quả đo đạc được máy tính ghi lại trong file kết quả. Cần chụp ảnh, ghi chú trình trạng mặt đường (nứt nẻ, lún, hằn vệt bánh xe…) và mực nước hai bên đường ở đoạn đường tiến hành kiểm tra vào sổ nhật ký đo đạc. Cần chú ý bảo đảm an tồn trong quá trình đo, tổ chức chắn đường trong khi đo bằng các barie cĩ treo biển báo hiệu và đèn phát quang. Các thành viên tham gia đo đạc kể cả lái xe đều phải được huấn luyện kỹ nghiệp vụ đo và an tồn giao thơng khi làm việc.
3.2.3.2. Đo nhiệt độ mặt đường
Việc đo nhiệt độ mặt đường được tiến hành trong suốt quá trình đo, phục vụ cho việc hiệu chỉnh các kết quả tính tốn. Nghiên cứu sử dụng giá trị nhiệt độ bề mặt và
nhiệt độ khơng khí được HWD ghi lại thơng qua một đầu đo nhiệt ở mặt tấm gia tải và một đầu đo nhiệt ở thân máy. Đồng thời, tiến hành đo nhiệt độ bề mặt tấm BTXM trong tồn thời gian của ngày cĩ thực hiện HWD bằng thiết bị đo nhiệt độ cầm tay. Trong quá trình đo, tránh khơng để vị trí đo nhiệt độ bị bĩng của các vật khác làm ảnh hưởng đến kết quả.
3.2.4. Đánh giá về điều kiện và số liệu thí nghiệm HWD
Do yêu cầu khắt khe về quản lý, khai thác của sân bay Vân Đồn nĩi riêng, của hệ thống sân bay ở Việt Nam nĩi chung, việc ra vào và thực hiện các thí nghiệm phải chịu sự quản lý nghiêm ngặt của các cơ quan phụ trách sân bay. Do vậy, điều kiện và số liệu thí nghiệm cĩ những đặc điểm sau:
3.2.4.1. Ưu điểm
- Máy HWD hiện đại, được kiểm định theo tiêu chuẩn quốc tế, đáp ứng quy định của Cục hàng Khơng dân dụng Việt Nam và của Tổ chức hàng khơng dân dụng quốc tế ICAO;
- Các phương pháp, quy trình thí nghiệm tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam, của ICAO;
- Số liệu thí nghiệm được thực hiện với khối lượng rất lớn;
- Tại thời điểm thí nghiệm, mặt đường sân bay được xây dựng mới, chưa đưa vào khai thác. Do vậy, cĩ tính đồng nhất cao về mặt chất lượng. Trên mặt đường khơng cĩ các hư hỏng cục bộ, giảm được các ảnh hưởng đến số liệu thí nghiệm;
3.2.4.2. Hạn chế
Điểm hạn chế phải kể đến là thời điểm và nhiệt độ. Các thí nghiệm được cấp phép thực hiện vào thời điểm từ 23/11-26/11 năm 2018. Đây là thời điểm mà nhiệt độ khơng khí khơng phản ánh được hết điều kiện nhiệt độ trong cả năm ở Việt Nam. Phần lớn nhiệt độ khơng khí nằm ở vùng từ 210C-320C, chưa cĩ các thời điểm nhiệt độ cao tới 360C-370C (mùa hè ở Việt Nam).
Tuy nhiên, như số liệu ở bảng 3.7, 3.8, chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt
chênh lệch nhiệt độ mà các nghiên cứu khác đã đề cập ở mục 1.4.1 cũng như số liệu khảo sát trong 12 tháng được trình bày tại 2.2.1.
3.2.5. Kết quả thí nghiệm
Các số liệu về độ võng tại tâm tấm, cạnh tấm, nhiệt độ bề mặt khi đo HWD được trình bày trong các bảng 3.7, 3.8 (số liệu chi tiết được trình bày trong phụ lục 8).
Bảng 3.7. Kết quả đo độ võng và nhiệt độ bề mặt bằng HWD tại tâm tấm BTXM
STT Thời điểm đo Nhiệt độ Tải trọng tác Áp lực D1 D2 D3 D4
bề mặt °C dụng kN KPa (µm) (µm) (µm) (µm) 1 11/22/2018 10:50 21,7 250 3533 164 149 144 134 2 11/22/2018 10:58 21,2 248 3511 167 151 147 137 3 11/22/2018 13:51 22,0 248 3505 164 150 145 135 4 11/22/2018 14:18 22,4 250 3530 167 153 149 140 5 11/22/2018 14:22 22,6 249 3517 180 168 163 152 6 11/22/2018 14:59 22,2 248 3514 164 150 145 135 7 11/23/2018 7:59 22,7 249 3524 166 152 148 137 8 11/23/2018 8:15 23,2 249 3527 171 154 149 139 9 11/23/2018 8:23 23,7 252 3560 184 167 162 152 10 11/23/2018 9:10 23,5 248 3509 164 149 144 135 11 11/23/2018 9:14 23,3 247 3495 168 152 147 138 12 11/23/2018 9:26 23,9 250 3530 174 160 155 145 13 11/23/2018 9:33 23,9 249 3526 174 160 154 145 14 11/23/2018 9:58 24,6 250 3539 182 165 159 149 15 11/23/2018 12:30 27,4 248 3513 208 193 188 178 16 11/23/2018 12:33 28,0 248 3505 204 190 184 175 17 11/23/2018 12:53 28,2 249 3517 219 203 197 186 18 11/23/2018 13:05 29,1 251 3544 225 212 205 195 19 11/23/2018 13:08 28,9 248 3512 210 194 188 178 20 11/23/2018 13:09 29,1 250 3536 227 212 207 197 21 11/23/2018 13:15 29,5 249 3516 202 188 182 172 22 11/23/2018 13:20 29,6 249 3527 225 208 202 192 23 11/23/2018 13:25 30,1 248 3509 223 206 200 190 24 11/23/2018 13:28 30,0 248 3507 216 202 196 186 25 11/23/2018 13:31 29,7 248 3502 213 199 193 184 26 11/23/2018 13:47 29,2 251 3553 216 201 195 185 27 11/23/2018 14:07 28,7 250 3534 203 187 182 171 28 11/23/2018 14:10 28,1 251 3557 202 186 183 172 29 11/23/2018 14:13 28,5 250 3530 206 191 185 174
STT Thời điểm đo Nhiệt độ Tải trọng tác Áp lực D1 D2 D3 D4 bề mặt °C dụng kN KPa (µm) (µm) (µm) (µm) 30 11/24/2018 7:25 20,7 249 3526 167 154 151 143 31 11/24/2018 8:17 22,1 250 3536 174 159 154 145 32 11/24/2018 8:19 22,0 251 3547 171 159 154 147 33 11/24/2018 8:25 22,8 249 3528 171 156 152 144 34 11/24/2018 10:14 25,7 250 3540 187 175 171 161 35 11/24/2018 10:29 26,3 250 3540 192 179 174 165 36 11/24/2018 11:17 27,3 249 3520 187 176 171 161 37 11/24/2018 12:47 28,2 248 3504 220 207 202 191 38 11/24/2018 14:19 25,8 246 3487 177 163 157 147 39 11/24/2018 14:40 25,0 244 3454 181 168 165 156 40 11/24/2018 16:08 24,1 246 3475 168 153 149 138 41 11/25/2018 11:18 27,8 252 3560 187 172 167 157 42 11/25/2018 11:47 28,8 249 3526 218 203 196 186 43 11/25/2018 11:51 28,6 251 3545 198 183 177 167 44 11/25/2018 11:53 29,1 249 3526 221 207 200 188 45 11/25/2018 14:04 30,7 250 3532 223 210 204 194 46 11/25/2018 14:10 31,4 248 3507 238 224 217 206 47 11/25/2018 14:12 31,8 249 3525 244 232 226 214 48 11/25/2018 14:14 31,8 247 3498 233 220 214 203 49 11/25/2018 14:16 31,4 249 3520 241 226 219 208 50 11/25/2018 14:19 31,6 247 3496 221 207 201 189 51 11/25/2018 14:21 31,2 246 3479 236 223 216 206 52 11/25/2018 14:23 31,4 250 3540 240 222 213 201 53 11/25/2018 14:25 31,9 251 3550 238 224 218 207 54 11/25/2018 14:27 31,6 249 3519 233 218 213 202 55 11/25/2018 14:29 32,0 248 3502 229 212 204 193 56 11/25/2018 14:33 30,8 250 3542 225 207 199 189 57 11/25/2018 15:21 26,5 249 3527 202 189 183 173 58 11/25/2018 15:23 26,6 247 3500 195 177 172 162 59 11/25/2018 15:33 26,5 250 3535 204 190 185 174 60 11/25/2018 16:04 25,6 249 3517 195 181 175 165 61 11/25/2018 16:28 25,4 248 3513 178 165 159 149 62 11/25/2018 16:31 25,5 249 3524 191 177 173 163 63 11/25/2018 16:37 25,2 249 3522 170 158 153 144 64 11/26/2018 6:47 18,8 245 3461 161 149 145 139 65 11/26/2018 7:16 19,4 247 3495 164 154 150 143 66 11/26/2018 7:35 19,7 246 3476 161 150 147 139
STT Thời điểm đo Nhiệt độ Tải trọng tác Áp lực D1 D2 D3 D4 bề mặt °C dụng kN KPa (µm) (µm) (µm) (µm) 67 11/26/2018 10:11 25,2 249 3523 177 167 163 154 68 11/26/2018 10:39 25,3 249 3528 197 185 180 171 69 11/26/2018 11:39 27,0 247 3499 180 167 162 151 70 11/26/2018 11:49 27,6 250 3533 191 178 172 162 71 11/26/2018 12:00 28,3 249 3519 217 203 197 186
Bảng 3.8. Kết quả đo độ võng và nhiệt độ bề mặt bằng HWD tại vị trí cạnh tấm BTXM
STT Thời điểm đo Nhiệt độ Tải trọng tác Áp lực D1 D2 D3 D4