Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng rất nhanh về lưu lượng và tải trọng trên đường. Kết cấu mặt đường bê tông nhựa được sử dụng rộng rãi, chiếm trên 80% diện tích mặt đường ở Nam bộ và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao khác.
Trong thực tế, xây dựng đường ở nước ta còn một số tồn tại cần được nghiên cứu giải quyết. Trong đó, vấn đề vượt tải và nhiệt độ mặt đường là hai vấn đề cần quan tâm nhằm hạn chế nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường ở khu vực Nam bộ.
2.1.1 HIỆN TƯỢNG XÔ DỒN
Về cơ bản hư hỏng mặt đường BTN ở nước ta bao gồm:
- Lớp mặt BTN đặt trực tiếp trên lớp móng đá dăm cấp phối (CPDD) cơ sở, dưới lớp móng CPDD trên là lớp móng dưới cũng bằng CPDD có chỉ tiêu chất lượng thấp hơn lớp trên; giữa lớp mặt BTN và lớp móng CPDD được liên kết với nhau bởi một lớp nhựa thấm bám bằng nhựa nhũ tương a-xít hoặc bằng nhựa lỏng với tiêu chuẩn 0,5-1,3 l/m2 (Theo TCVN 8819:2011).
Hình 2.1 Hiện tượng xô dồn đường dẫn lên cầu
(a) Tại cầu Niệm (b) Tại cầu Thuận Phước. [38]
(a) (b
2.1.2 HIỆN TƯỢNG NỨT DO MỎI:
Theo hướng phát triển của đường nứt, các vết nứt xuất hiện trên mặt đường thường bao gồm 4 loại sau: vết nứt ngang, vết nứt dọc, vết nứt mai rùa (nứt mạng lưới) hoặc vết nứt phản ánh. Theo chiều rộng vết nứt thì có vết nứt hẹp, vết nứt trung bình và vết nứt rộng.
Hình 2.2 Vết nứt mặt đường
(a) Nứt dọc ngang (b) Nứt mai rùa (chụp 07/2014).
Nứt dạng mai rùa rồi bong bật thường xảy ra ở mép đường diện tích thường từ vài chục đến vài trăm mét vuông. Nguyên nhân thì có nhiều nhưng tổng hợp lại trong một số nội dung chính sau:
- Mặt đường BTN bị nứt rạn mai rùa cục bộ nhỏ vài chục mét vuông đến vài trăm mét vuông thì có thể là do khi chế tạo BTN tại trạm trộn có sự cố về nhiệt độ, về chất lượng vật liệu đầu vào mà chưa phát hiện ra để xử lý, làm BTN có chất lượng kém cục bộ.
- Do thi công để chiều dầy cục lớp BTN không bảo đảm do trục trặc nào đó của máy rải mà không phát hiện kịp thời hoặc do lu lèn không thực hiện đúng sơ đồ lu, làm độ chặt mép đường không bảo đảm yêu cầu.
- Do bảo trì không thoát nước tốt, để tình trạng nước đọng mép đường.
- Tuy nhiên nếu biến dạng nứt rạn bong bật kéo dài, không có ý nghĩa cục bộ nữa thì vấn đề lại khác, có thể mô đuyn đàn hồi chung (Ec) của tổng thể nền mặt đường đoạn đường đó không phù hợp với mô đuyn đàn hồi yêu cầu nữa (Eyc), do
(a) (b)
đoạn đường bị ảnh hưởng của thoát nước không tốt (nước mặt hay nước ngầm), làm đất nền yếu đi trong quá trình bảo trì khai thác. Cần thiết có một biện pháp khảo sát thăm dò chất lượng của nền đường và mặt đường để có nhận định nguyên nhân đúng.
- Ngoài ra, hiện tượng nứt rạn bong bật không có tính chất cục bộ còn do nguyên nhân lưu lượng và xe nặng tăng vượt quá mức dự báo của thiết kế.
Những vị trí nứt rạn này nếu không vá chữa kịp thời sẽ phát sinh ổ gà và nhanh chóng trở thành ổ trâu, ổ voi.
Từ những nguyên nhân trên cho thấy giải pháp cơ bản cho vấn đề này là nâng cao năng lực của toàn hệ thống từ thiết kế đến thi công, bảo trì; đặc biệt là nhà thầu thi công phải có kinh nghiệm, nhạy bén với sự cố bất thường về chất lượng BTN xảy ra và có giải pháp xử lý kịp thời ngay.
Vết nứt phản ảnh là dạng hư hỏng phổ biến nhất của mặt đường nửa cứng, thường xuất hiện sớm trong quá trình khai thác, do đó làm giảm tuổi thọ của các lớp phủ (AASHTO 1993). Vết nứt bắt đầu từ mặt tiếp xúc giữa lớp BTXM và BTN và phát triển lên phía trên. Các vết nứt xuất hiện do sự dịch chuyển của các khe và các vết nứt của lớp BTXM phía dưới do nhiệt độ khác nhau và tính không liên tục của hệ thống mặt đường. Ngoài ra, tải trọng giao thông có thể gây ra các dịch chuyển thẳng đứng không đều (Roberts et al 1996). Các dịch chuyển này gây ra biến dạng trong lớp BTN và dẫn đến sự hình thành của vết nứt. Các vết nứt tạo ra đường thấm nước, dẫn đến các hư hỏng do nước như phùi nhựa và bong bật lớp nhựa [15].
Hình 2.3 Hiện tượng hư hỏng do nứt phản ánh. [15]
2.1.3 HIỆN TƯỢNG LÚN VỆT HẰN BÁNH XE
Hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) là một hiện tượng mà bề mặt đường bị lún xuống theo phương dọc vệt bánh xe trên mặt đường. HLVBX có thể làm hư hỏng kết cấu mặt đường và gây trơn trượt khi xe chạy đặc biệt trong thời tiết trời mưa hoặc chạy xe vào ban đêm.
Trên thế giới, hiện tượng HLVBX mặt đường BTN khá phổ biến trên thế giới và đã được thế giới quan tâm nghiên cứu, đưa ra các giải pháp khắc phục, bao gồm từ việc lựa chọn giải pháp thiết kế kết cấu mặt đường, thiết kế hỗn hợp BTN phù hợp; kiểm soát và nâng cao chất lượng vật liệu (đá dăm, cát, bột khoáng, nhựa đường) cho BTN; kiểm soát chất lượng lớp mặt đường BTN trong thi công.
Tại Việt Nam, ngoài những hư hỏng mặt đường BTN như biến dạng, xô, trượt, đẩy trồi; chảy nhựa; nứt vỡ, ổ gà…, những năm gần đây hiện tượng hằn lún vệ bánh xe (Rut depth) xuất hiện khá phổ biến, dẫn tới sự suy giảm chất lượng khai thác mặt đường, gây nguy hiểm cho xe chạy và gây bức xúc trong xã hội. Trước năm 2008 hầu như chưa có công trình nghiên cứu cụ thể nào về HLVBX do HLVBX hầu như không đáng kể. Hiện nay, mặc dù HLVBX xuất hiện nhiều, tuy nhiên việc nghiên cứu về HLVBX mới chỉ là bước đầu. Vì vậy việc nghiên cứu sâu về bản chất, nguyên nhân, giải pháp khắc phục HLVBX là cần thiết, dựa trên những những kết quả nghiên cứu HLVBX của thế giới cũng như những kết quả nghiên cứu, khảo sát trong phòng và hiện trường trên các công trình đường trong nước có HLVBX để đưa ra các giải pháp khắc phục phù hợp.
Hình 2.4 Hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe. [39]
Cụ thể: hiện tượng HLVBX xảy ra phổ biến trên phạm vi cả ba vùng miền : miền Bắc (QL5; QL3; QL1A đoạn Phủ Lý, Thanh Hóa…), miền Trung (QL1A;
QL7; QL8…) và miền Nam (QL1A; Đại Lộ Đông Tây…) [16].
Các hình thức nhận dạng chính của hư hỏng kết cấu áo đường do HLVBX có thể được phân thành như sau:
2.1.3.1 HẰN LÚN VỆT BÁNH XE DO LỚP MẶT BTN YẾU:
Hiện tượng này xảy ra do lớp BTN nhựa lớp trên chịu cắt quá yếu, không có khả năng chịu được tải trọng trùng phục và các tải trọng xe nặng trong khi lớp móng phía dưới làm việc vẫn tốt nên hiện tượng LVHBX hầu như chỉ xảy ra ở lớp mặt.
Hình 2.5 Hằn lún vệt bánh xe do nguyên nhân lớp mặt BTN yếu. [41]
Hình 2.6 Hằn lún vệt bánh xe do nguyên nhân lớp mặt BTN yếu (chụp 09/2014).
2.1.3.2 HẰN LÚN VỆT BÁNH XE DO MÓNG, NỀN ĐẤT YẾU Khi chịu tải trọng xe nặng, lớp mặt BTN chịu tải đầu tiên sau đó truyền tải trọng lên lớp móng phía dưới. Do lớp móng làm việc không hiệu quả bị ảnh hưởng lún xuống trong khi lớp mặt BTN vẫn còn khả năng chịu lực. Đây có thể là do trong quá trình thiết kế mô đun đàn hồi của lớp mặt cao nhưng lớp móng yếu, khâu thiết kế bố trí các lớp kết cấu áo đường để mô đun đàn hồi từ lớp dưới lên lớp trên không theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn ngành nên trong quá trình làm việc không phát huy được khả năng của các lớp vật liệu khác nhau.
Hình 2.7 Hằn lún vệt bánh xedo nguyên nhân lớp nền móng yếu. [41]
2.1.3.3 DO CẢ MÓNG NỀN ĐẤT YẾU VÀ LỚP MẶT BTN YẾU Khi lớp mặt BTN và lớp móng đỡ phía dưới không được thiết kế tính toán đủ khả năng chịu lực thì cả lớp móng và lớp mặt đều bị lún khi chịu tải trọng tác dụng, quá trình này xảy ra liên tục dưới tải trọng trùng phục tải trọng nặng nên lâu ngày sẽ hình thành hư hỏng LVHBX trên mặt đường.
2.1.4 HIỆN TƯỢNG LÚN NỨT CAO SU:
Mặt đường bị lún cục bộ bao giờ cũng kèm theo nứt , mặt đường bị lún thường có liên quan từ kết cấu nền đến kết cấu mặt đường. Các nước phát triển, trên đường cao tốc và đường ô-tô cấp cao rất hiếm gặp biến dạng này, có thể xảy ra lún nứt nhưng không lớn, dẫn đến mức độ lún nứt kèm theo hiện tượng cao su thì hình như không có, chỉ xảy ra ít nhiều ở đường cấp thấp hơn.
Khi có biến dạng cao su là do nguyên nhân đất nền bị ngậm nước đạt đến mức hạn độ dẻo (Lp hoặc Wp) mà không có lối thoát ra ngang (tạo thành như một túi chứa nước). Khi có tải trọng ô tô tác dụng thì nước này chỉ còn cách phụt theo khe
nứt lên mặt đường.
Do đó, cho thấy nguyên nhân chính là thoát nước mặt đường không tốt, nước mặt có điều kiện theo kẽ nứt thâm nhập vào đất nền lâu ngày mà hình thành cao su.
Kỹ thuật xử lý cao su sẽ tốn kém hơn xử lý nứt.
Giải pháp chính là cần xử lý vết nứt ngay bằng biện pháp tình huống để ngăn chặn không cho nước có thời gian thấm sâu vào nền đường trước khi có giải pháp khắc phục cơ bản. Biện pháp xử lý tình huống có thể kể đến như phun nhựa lỏng vào kẽ nứt, nếu độ mở rộng kẽ nứt lớn hơn 3mm thì có thể trét thủ công kẽ nứt bằng hỗn hợp “nhựa – cát mịn”.