CHƯƠNG 1. HỆ THỐNG ĐƯỜNG QUỐC LỘ VIỆT NAM VÀ THỰC TRẠNG BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG
1.2.4. Các hình thức biến dạng, hư hỏng của mặt đường và những nguyên nhân gây ra
1.2.4.1. Nứt mỏi (Fatigue Cacking, Alligator cracking)
Khái niệm
Nứt mỏi là hiện tượng mặt đường bị nứt do sự suy giảm cường độ của vật liệu phối hợp với biến dạng lặp lại đối với bê tông nhựa do tải trọng xe.
Nguyên nhân
Hiện tượng nứt mỏi này xảy ra thông thường là do phối hợp một số các nguyên nhân sau:
+Tải trọng nặng trùng phục nhiều trên mặt đường.
+Mặt đường cú bề dày nhỏ hoặc cỏc lớp phớa dưới yếu làm xuất hiện độ vừng lớn trờn mặt đường do tải trọng tỏc dụng. Độ vừng mặt đường lớn làm tăng cỏc ứng suất kéo ở phía đáy của lớp bê tông nhựa, dẫn tới hình thành vết nứt.
Chất lượng xây dựng kém hoặc thiết kế thiếu, ngoài ra khả năng thoát nước mặt đường kém làm giảm cường độ các lớp nền, móng bằng vật liệu không gia cố cũng góp phần làm tăng khả năng xuất hiện các vết nứt hoặc chất lượng chất dính bám kém làm tăng giá trị ứng suất kéo dưới đáy lớp vật liệu bê tông nhựa.
Trong trường hợp thông thường (khi mặt đường được thiết kế và thi công đúng), hiện tượng nứt mỏi là một dấu hiệu báo mặt đường đã chịu tới số lượng tải trọng trục thiết kế tính toán. Mặt đường khi đó cần được nâng cấp, cải tạo cho phù hợp.
Nếu hiện tượng nứt mỏi xảy ra ở cuối thời kỳ thiết kế thì đó chỉ là một hiện tượng phát triển một cách tự nhiên theo như được dự đoán trong thiết kế. Nếu quan sát thấy các vết nứt xuất hiện sớm hơn so với thời kỳ thiết kế cũng có thể đó là dấu hiệu tải trọng giao thông được đánh giá không đúng mức trong khi thiết kế.
Hình 1.9. Mặt đường hư hỏng do hiện tượng nứt mỏi
Phân loại mức độ nghiêm trọng
Dấu hiệu sớm của hiện tượng nứt mỏi là sự xuất hiện các vết nứt dài không liên tục theo vệt bánh xe (dạng nhẹ). Các vết nứt sau đó được phát triển dần lên do ở một số điểm các vết nứt nối lại với nhau, hình thành các vùng nứt lớn (dạng vừa). Các vết nứt phát triển cho đến khi trở thành nứt kiểu da cá sấu (dạng nặng). Mặt đường sẽ tiếp tục bị hư hỏng nặng hơn nữa khi xuất hiện các ổ gà do xe cộ đi qua làm bong bật lớp mặt bê tông nhựa và làm cho nước mặt có khả năng thấm xuống làm giảm cường độ các lớp phía dưới.
Với mỗi cấp mức độ nghiêm trọng, bằng trực quan ước tính độ dài và diện tích vùng bị nứt mỏi. Nếu trong một khu vực tồn tại nhiều cấp mức độ nghiêm trọng khác nhau mà không thể dễ dàng phân biệt được thì sử dụng cấp độ cao nhất của mức độ nghiêm trọng trong khu vực đó để đánh giá.
Chỉ số đánh giá
Chỉ số nứt mỏi được ký hiệu là AC và được xác định thông qua công thức:
+ +
−
= 10
% 30
% 70
* % 40
100 L M H
AC
Trong đó; %L; %M; %H là tỷ lệ phần trăm diện tích nứt mỏi ở các cấp độ nghiêm trọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng trong vùng nứt mỏi, được tính bằng:
* 1
) 32 , ,
%( B
H S M
L = A
Trong đó: SA: Diện tích nứt mỏi (ở mỗi cấp độ), m2 B1: Chiều rộng làn đường, m
Biện pháp sửa chữa
Hiện tượng nứt mỏi cần được sửa chữa triệt để, thông thường bằng cách đào bỏ và thay thế vật liệu mới hoặc có thể rải tăng cường trên toàn bộ mặt đường. Nếu không sửa chữa kịp thời, các vết nứt mỏi ban đầu nhanh chóng phát triển thành nứt lưới và bong bật ổ gà. Ngoài ra, nước thấm xuống qua các khe nứt làm đất nền ẩm ướt, giảm cường độ và hình thành hố lún dưới tác.
1.2.4.2. Nứt do nhiệt độ thấp (Low temperature thermal cracking)
Khái niệm
Nứt ở nhiệt độ thấp thường là nứt ngang, được tạo thành khi ứng suất kéo tạo ra do trương nở của hỗn hợp lớn hơn cường độ chịu kéo của vật liệu.
Nguyên nhân
Nứt do ứng suất nhiệt xuất hiện trên mặt đường bê tông nhựa thường là các vết nứt ngang cách đều nhau. Vết nứt thường xuất hiện khi nhiệt độ bề mặt đường xuống thấp đủ để tạo ra một ứng suất kéo do nhiệt lớn hơn cường độ chịu kéo uốn của vật liệu bê tông nhựa (có xét đến mỏi);
Các vết nứt do nhiệt độ thấp được tạo thành khi các lớp mặt đường bị co lại trong thời tiết lạnh giá. Khi hiện tượng co ngót mặt đường xuất hiện đồng thời cũng sinh
ra các ứng suất kéo ở trong lớp bê tông nhựa. Tại một vài điểm dọc theo mặt đường, các ứng suất kéo vượt quá cường độ kháng kéo trong lớp bê tông nhựa và dẫn tới hiện tượng nứt. Hiện tượng nứt do nhiệt độ thấp xuất hiện chủ yếu từ một chu kỳ đơn của nhiệt độ thấp, nhưng nó có thể phát triển khi các chu kỳ nhiệt độ thấp được lặp lại.
Hình 1.10. Nứt do nhiệt độ thấp
Biện pháp sửa chữa
Vá trám lại các vết nứt dạng này là hình thức sửa chữa hiệu quả để giảm tốc độ xuống cấp của mặt đường.
1.2.4.3. Nứt dọc (Longitudinal cracking)
Khái niệm
Nứt dọc là vết nứt song song với tim đường.
Nguyên nhân
Nứt dọc thường có nguyên nhân từ việc cạp nền - mặt đường, làm cho biến dạng không đều giữa các phần đường mới và cũ;
Nứt dọc theo vết lún bánh xe do ứng suất kéo do tải trọng xe gây ra vượt quá cường độ chịu kéo của vật liệu (có tính đến lão hoá và mỏi).
Hình 1.11. Nứt dọc mặt đường
Phân loại mức độ nghiêm trọng
Loại hình hư hỏng này được chia làm ba mức độ nghiêm trọng:
+ Mức độ nhẹ: Khi chiều rộng vết nứt ≤ 6mm
+ Mức độ vừa: Khi chiều rộng vết nứt > 6mm và ≤ 18mm + Mức độ nặng: Khi chiều rộng vết nứt > 18mm
Chỉ số đánh giá
Chỉ số nứt dọc được ký hiệu là LC và được xác định bằng công thức:
+ +
−
= 75
% 200
% 350
* % 40
100 L M H
LC Trong đó:
%L, %M, %H là tỷ lệ phần trăm nứt dọc ở các cấp độ nghiêm trọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng trong vùng nứt dọc, được tính bằng:
Chiều dài vết nứt dọc, (m) 32 (m)
Biện pháp sửa chữa:
Việc vá trám vết nứt dọc bằng vật liệu thích hợp là giải pháp hiệu quả để tránh việc tăng mạnh tốc độ xuống cấp theo các hình thức: nứt thứ cấp từ vết nứt cũ, hình thành nứt lưới lớn do biến dạng lỳn lừm mặt đường lớn, khi nước theo cỏc khe nứt ngấm xuống làm giảm cường độ của các lớp mỏng đường và nền đường.
1.2.4.4. Nứt ngang (Transverse cracking)
Khái niệm
Là vết nứt theo phương vuông góc với làn đường và kéo dài ít nhất một nửa cắt ngang làn đường.
Nguyên nhân
Nguyên nhân thường là do co rút bề mặt của bê tông nhựa do nhiệt độ thấp hoặc chất kết dính cứng. Nứt ngang cũng có thể phản ánh vết nứt dưới lớp bê tông nhựa bề mặt truyền lên.
Hình 1.12. Nứt ngang mặt đường
Phân loại mức độ nghiêm trọng
Loại hình hư hỏng này được chia làm ba mức độ nghiêm trọng:
+ Mức độ nhẹ : Khi chiều rộng vết nứt ≤ 6mm
+ Mức độ vừa: Khi chiều rộng vết nứt > 6mm và ≤ 18mm + Mức độ nặng: Khi chiều rộng vết nứt > 18mm
Ở mỗi cấp mức độ nghiêm trọng, cần ghi lại số lượng vết nứt ngang và chiều dài của mỗi vết nứt để làm cơ sở đánh giá sau này.
Chỉ số đánh giá
Chỉ số nứt ngang được ký hiệu là TC và được xác định thông qua công thức:
+
+
−
= 40* 1.9
5 . 7 1 .
* 15 20
100 L M H
TC
Trong đó:
%L, %M, %H là tỷ lệ phần trăm nứt ngang ở các cấp độ nghiêm trọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng, được tính bằng:
Tổng chiều dài vết nứt ngang (ở mỗi cấp) Chiều rộng làn
Biện pháp sửa chữa
Việc vá trám vết nứt ngang bằng vật liệu thích hợp là giải pháp hiệu quả để tránh việc tăng mạnh tốc độ xuóng cấp theo các hình thức: nứt thứ cấp từ vết nứt cũ, hình thành nứt lưới lớn do biến dạng lỳn lừm mặt đường lớn, khi nước theo cỏc khe nứt ngấm xuống làm giảm cường độ các lớp móng đường và nền đường.
1.2.4.5. Nứt lưới dạng khối (Block cracking)
Khái niệm
Là loại hình hư hỏng phát triển từ vết nứt ngang và nứt dọc. Các vết nứt nối với nhau và chia mặt đường thành những mảnh hình chữ nhật. Mỗi khối có kích thước xấp xỉ từ 0,1 m2 đến 9,0 m2 (1 ft2 đến 100ft2). Những khối lớn hơn thì được xếp vào vết nứt dọc hay vết nứt ngang. Nứt khối thông thường xuất hiện ở khu vực mặt đường có tỷ lệ xe chạy lớn nhưng đôi khi sẽ chỉ xuất hiện ở khu vực không lưu thông.
Hình 1.13. Nứt lưới dạng khối mặt đường
Nguyên nhân
Nguyên nhân thường là nứt do nhiệt độ thấp kết hợp với hiện tượng lão hoá, đặc biệt là lão hoá trong quá trình thi công không được kiểm soát. Loại hình vết nứt này cũng thường xuất hiện trên những khu vực rải bê tông nhựa bề mặt lớn như sân, bãi đỗ xe. Nếu tại các vị trí này có xuất hiện nứt lưới lớn sẽ là hiện tượng hư hỏng nghiêm trọng, vì đây là hiện tượng hư hỏng có liên quan đến chiều dày vật liệu rải móng so với yêu cầu và hoặc do dính bám không tốt. Quá trình xuống cấp sẽ diễn ra hết sức nhanh chóng do xuất hiện nứt thứ cấp và bong bật từng mảng vật liệu bề mặt. Sửa chữa cho hiện tượng hư hỏng này cũng rất phức tạp và sẽ phải bóc bỏ toàn bộ phần vật liệu mặt đường có hư hỏng trước khi rải tăng cường.
Phân loại mức độ nghiêm trọng
- Loại hình hư hỏng này được chia làm ba mức độ nghiêm trọng:
+ Mức độ nhẹ: Là khi chiều rộng vết nứt ≤ 6mm và kích thước mỗi khối nứt ≥ 9 x 9 (mm);
+ Mức độ vừa: Là khi chiều rộng vết nứt > 6mm và ≤ 19mm và kích thước block 5 x 5 đến 8 x 8 (mm);
+ Mức độ nặng: Là khi chiều rộng vết nứt > 19mm và kích thước block 2 x 2 đến 4 x 4 (mm).
1.2.4.6. Nứt trượt (Slippage Cracking)
Khái niệm
Nứt trượt (nứt hình parabol) là những vết nứt có hình cung tròn (hoặc hình parabol) chỉ theo hướng giao thông.
Nguyên nhân
Nứt trượt thường có nguyên nhân do dính bám giữa lớp mặt và lớp dưới kém hoặc hỗn hợp bê tông nhựa kém chất lượng (cấp phối kém, nhựa đường không phù hợp, hàm lượng nhựa quá lớn...), kết hợp với ảnh hưởng của lực ngang do xe hãm, rẽ quay đầu...
Biện pháp sửa chữa
Sửa chữa loại hình hư hỏng này nhất thiết phải bóc bỏ toàn bộ phần hỗn hợp hư hỏng.
Hình 1.14. Hiện tượng nứt trượt mặt đường 1.2.4.7. Lún vệt bánh xe (Rutting)
Khái niệm
Lún vệt bánh xe là biến dạng bề mặt đường theo vệt bánh xe. Đây là một kiểu thông dụng nhất của biến dạng vĩnh cửu. Lún vệt hằn bánh xe không chỉ giảm tuổi thọ phục vụ của đường mà còn tạo ra những mối đe doạ mất an toàn giao thông.
Nguyên nhân
Lún vệt hằn bánh xe xuất hiện dọc theo vệt bánh xe chạy và có xu hướng phát triển ra phía lề đường, được hình thành do các nguyên nhân:
+ Sự giảm thể tích của bê tông nhựa do tác dụng đầm nén của bánh xe.
+ Biến dạng cắt lặp đi lặp lại do tác dụng của bánh xe, đây là nhân tố cơ bản.
+ Trong giai đoạn đầu tác dụng tải trọng, biến dạng lún theo phương thẳng đứng phát triển nhanh hơn nhiều so với biến dạng trồi lên ở mép bánh xe. Do đó, trong giai đoạn này tác dụng đầm nén của bánh xe có ảnh hưởng quan trọng đến sự hình thành vệt hằn lún bánh xe.
Sau giai đoạn này, mức độ giảm thể tích của mặt đường bê tông nhựa do tác dụng đầm nén của bánh xe xấp xỉ bằng mức độ gia tăng thể tích ở khu vực biến dạng trồi.
Đây là dấu hiệu cho thấy mức độ giảm thể tích của mặt đường bê tông nhựa do tác dụng đầm nén của bánh xe đã kết thúc và vệt hằn bánh xe hình thành do sự dịch chuyển của vật liệu bê tông nhựa trong khi thể tích không thay đổi. Giai đoạn này được coi là đại diện cho biến dạng vĩnh cửu của mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác.
Các nhân tố ảnh hưởng đến vệt hằn lún bánh xe bao gồm:
+ Cốt liệu: Thành phần cấp phối, độ nhám bề mặt của cốt liệu, hình dạng hạt và cỡ hạt;
+ Loại nhựa sử dụng;
+ Điều kiện tải trọng: Độ lớn của áp lực tác dụng, số lần tác dụng của tải trọng;
+ Hỗn hợp bê tông nhựa: Hàm lượng nhựa, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu.
+ Điều kiện môi trường; Nhiệt độ, độ ẩm.
Vệt hằn bánh xe hình thành do một số nguyên nhân cơ bản như:
+ Chất lượng lớp nền đất (vật liệu, chất lượng thi công, chế độ thuỷ nhiệt), chất lượng lớp móng dạng hạt;
+ Chất lượng lớp bê tông nhựa (hỗn hợp asphalt không đủ cường độ chống cắt) để chống lại tác động của tải trọng trùng phục.
Hình 1.15. Lún vệt bánh xe trên Đại lộ Đông - Tây (TP HCM)
Phân loại mức độ nghiêm trọng
Loại hình hư hỏng này được chia làm bốn mức độ nghiêm trọng:
+ Mức độ không: Chiều sâu vệt lún < 1/4 inch (6mm)
+ Mức độ nhẹ: Chiều sâu vệt lún ≤ 1/4 inch (6mm) và 1/2 inch (13mm) + Mức độ vừa: Chiều sâu vệt lún ≤ 1/2 inch (13mm) và < 3/4 inch (19mm) + Mức độ nặng: Chiều sâu vệt lún ≥ 3/4 inch (19mm)
Chỉ số đánh giá
Chỉ số lún vệt bánh xe được ký hiệu là RUT và được xác định thông qua công thức:
+ +
−
= 40
% 80
% 160
* % 40
100 L M H
RTU
Trong đó: %L; %M; %H là tỷ lệ phần trăm vệt lún ở các cấp độ nghiêm trọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng.
Biện pháp sửa chữa
Sửa chữa loại hình hư hỏng này, thông thường những vết nứt có chiều sâu nhỏ hơn 1/3 in có thể để không cần xử lý, những vết lún sâu hơn có thể được san bằng hoặc thảm lại.
1.2.4.8. Bong bật (Raveling)
Khái niệm
Là hiện tượng phân rã theo quá trình của vật liệu bề mặt dẫn đến khả năng mất khả năng chịu trượt khi xe hãm phanh.
Hình 1.16. Khắc phục hiện tượng bong bật mặt đường bằng cách thay thế lớp nhựa mới
Nguyên nhân
Nguyên nhân của hiện tượng này là do mất sự kết dính giữa cốt liệu hạt và chất liên kết asphalt (hiện tượng này xảy ra là do bụi bẩn trên cốt liệu hạt đã ngăn cản sự dính kết giữa asphalt với cốt liệu hạt);
Thiết kế hỗn hợp không đúng;
Không đủ đầm chặt trong quá trình thi công;
Nhựa đường bị hoá già; cốt liệu có bề mặt nhẵn.
Phân loại mức độ nghiêm trọng
+ Mức độ nhẹ: Từ 25% đến dưới 50% diện tích cốt liệu bị bong bật + Mức độ vừa: Từ 50% đến dưới 75% diện tích cốt liệu bị bong bật + Mức độ nặng: Từ 75% trở lên diện tích cốt liệu bị bong bật
Biện pháp sửa chữa
Sửa chữa loại hình hư hỏng này được tiến hành như sau:
- Với những diện tích nhỏ, cục bộ tiến hành bóc bỏ phần mặt đường bị bong bật và vá lại;
- Với những diện tích lớn thì cách hiệu quả nhất là bóc bỏ phần mặt bị hư hỏng và thảm lại.
1.2.4.9. Vết vá mặt đường/ổ gà (Patching / Potholes)
Khái niệm
Vết vá là một vùng diện tích lớp phủ mặt đường bị hư hỏng được loại bỏ và thay thế bằng vật liệu vá hoặc một phần diện tích lớp phủ mặt đường được tăng cường thêm vật liệu vá;
Ổ gà những vết lừm nhỏ, hỡnh cỏi bỏt trờn bề mặt đường. Thụng thường ổ gà là kết quả cuối cùng của vết nứt da cá sấu (nứt mỏi). Khi vết nứt da cá sấu trở nên nghiêm trọng, các vết nứt nối lại với nhau tạo ra những mảng nhỏ trên mặt đường và có thể
bị bật ra khỏi mặt đường khi phương tiện đi qua tạo thành cỏc lừm nhỏ (ổ gà). Nước mưa sẽ tụ lại những ổ gà này và dần thâm nhập xuống dưới lớp móng làm suy giảm khả năng làm việc của cả kết cấu áo đường. Ổ gà gần như xuất hiện trên đường có lớp asphalt mỏng (2,5 - 5,0cm) và hiếm khi xuất hiện trên đường có lớp asphalt dày hơn 10cm.
Nguyên nhân
Nguyên nhân của hiện tượng này có thể do:
+ Thiết kế hàm lượng nhựa không đủ;
+ Dính bám kém giữa cốt liệu và nhựa đường;
+ Cốt liệu ẩm và không đảm bảo độ sạch;
+ Chất lượng nhựa đường kém, nhựa đường hoá già;
+ Đầm nén không đủ;
+ Thi công vào điều kiện thời tiết bất lợi.
Phân loại mức độ nghiêm trọng
Hư hỏng ổ gà được chia làm ba mức độ nghiêm trọng:
+ Mức độ nhẹ: Khi chiều sâu ổ gà dưới 1" (2,5cm)
+ Mức độ vừa: Khi chiều sâu ổ gà từ 1" đến 2" (2,5 đến 5cm) + Mức độ nặng: Khi chiều sâu ổ gà từ 2" trở lên (5cm).
Hình 1.17. Hiện tượng hư hỏng ổ gà trên mặt đường QL1a
Chỉ số đánh giá
Chỉ số vá mặt đường được ký hiệu là PATCHING và được xác định thông qua công thức:
−
= 80
* % 40
100 PATCHIN PATCH
1.2.4.10. Chảy nhựa (Bleeding; Frushing)
Khái niệm
Là hiện tượng nhựa đường nổi lên trên bề mặt mặt đường với diện tích từ 25ft2 (2 m2) trở lên. Kết quả là tạo ra bề mặt mặt đường bóng như gương, và có thể trở nên khá dính. Hiện tượng này thường xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao (về mùa hè).
Khi hiện tượng này xảy ra sẽ dẫn đến giảm mạnh lực liên kết giữa các hạt cốt liệu làm cho bê tông asphalt mất khả năng chịu trượt khi xe hãm phanh, gây mất an toàn cho việc chạy xe.
Nguyên nhân