Đ 7.1. KHÁI NIỆM
Mặt đường sân bay được xây dựng để máy bay vận hành trên đó. Yêu cầu mặt đường sân bay phải đủ sức chịu tải, có bề mặt ổn định, bằng phẳng, nhám và không bụi.
1. Sức chịu tải
Mặt đường sân bay phải đủ sức chịu tải để chịu được lượng vận chuyển thiết kế có xét tới các điều kiện môi trường (đất nền, khí hậu) trong suốt năm và trong suốt cuộc đời của nó. Sức chịu tải là chỉ tiêu chất lượng của kết cấu mặt đường, có liên quan với chất lượng đất nền (thay đổi theo mùa) và trạng thái của hệ thống thoát nước.
Có hai bài toán được đặt ra:
– Từ một loại đất và một lượng vận chuyển đã cho, tính toán kết cấu mặt đuờng ứng với một tuổi thọ quy định.
– Từ một loại đất và một kết cấu mặt đường đã cho, xác định lượng vận chuyển cho phép và tuổi thọ còn lại.
2. Sự toàn vẹn của bề mặt
Mặt đường sân bay phải toàn vẹn, không bong vật liệu làm hư hỏng thiết bị và động cơ. Khi bảo dưỡng mặt đường phải đặc biệt chú ý đến sự toàn vẹn của lớp mặt. Mặt đường thường bị hư hỏng dưới các hình thức như: xuất hiện các đường nứt và mép đường nứt bị vụn nát, bong vật cốt liệu (với mặt đường đá trộn nhựa), bóc vệt lông chim (với mặt đường láng nhựa) và bóc vẩy cá (với mặt đường bêtông xi măng)
Những hư hỏng này làm giảm chất lượng kết cấu mặt đường bởi chúng ảnh hưởng xấu đến sự phân bố ứng suất (trường hợp các đường nứt), làm cho nước thấm qua lớp móng và nền giảm sức chịu tải.
Vì vậy cần chú ý việc bảo dưỡng thường xuyên mặt đường và khi cần thì tăng cường lớp mặt.
3. Độ bằng phẳng của trắc dọc đường hạ – cất cánh
Khuyến nghị của ICAO (Điều 3.1.12, Phụ lục 14) ghi rõ: “Bề mặt của đường bằng phải được xây dựng bằng phẳng, không có các chỗ lồi lõm, không đều ảnh hưởng xấu đến hiệu quả hãm phanh và việc cất hạ cánh của máy bay”.
TKM§BTXM •125 Trắc dọc của đường băng không đồng đều so với trắc dọc lý thuyết (bảo đảm các tiêu chuẩn về độ dốc và đường cong đứng) sẽ ảnh hưởng xấu đến độ bằng phẳng. Trên đường băng đang khai thác các chỗ không bằng phẳng này thường là chỗ mặt đường bị hỏng do mỏi hoặc nền đường bị lún.
Vì vậy phải thường xuyên kiểm tra độ bằng phẳng và cải thiện trắc dọc của mặt đường băng sân bay.
4. Độ trơn
ICAO khuyến nghị (Điều 3.1.22, Phụ lục 14): “Bề mặt của đường băng phải được xây dựng sao cho đủ hệ số ma sát khi mặt đường bị ướt”
Do lực bám giữa bánh máy bay và mặt đường giảm xuống khi mặt đường bị ướt, sẽ ảnh hưởng xấu đến việc phanh máy bay, quay bánh khi hạ cánh và điều kiện hướng bay khi cất cánh.
Một mặt đường có hệ số ma sát tốt được đặc trưng bằng độ trơn. Với một loại máy bay độ trơn phụ thuộc vào chất lượng thoát nước mặt (để giảm chiều dày máng nước) và độ nhám của lớp mặt.
Nguy cơ chính có thể xảy ra khi máy bay vận hành trên mặt đường ướt màng nước.
Nếu giữa bánh máy bay và mặt đường có một màng nước dày thì bánh máy bay sẽ mất hết lực bám. Mặt đường không phẳng, bị đọng nước, hoặc thoát nước không kịp khi mưa lớn là nguyên nhân sinh ra các máng nước. Để khắc phục cần sửa lại mặt cắt, lấp các vũng nước, xẻ rãnh tạo nhám…
Đ7.2. CÁC ĐIỂM GIỐNG NHAU VÀ KHÁC NHAU GIỮA MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY VÀ MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ
Mặt đường ô tô và mặt đường sân bay có những điểm khác nhau và giống nhau chủ yếu sau đây.
1. Tải trọng
Mạng lưới đường ô tô của mỗi nước có những quy định riêng về trọng lượng của trục bánh thiết kế, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, xã hội và điều kiện tự nhiên của mỗi nước. Tải trọng trục bánh thiết kế của nước ta là 100 kN (hoặc một bánh kép 50 kN) với áp lực hơi trong bánh xe là 0,65 Mpa.
Với sân bay, do việc vận tải hàng không không có biên giới, hệ thống sân – đường của sân bay phải tuân thủ các quy định của Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế (ICAO). Tải trọng trên một càng bánh máy bay có thể lớn hơn 900 kN (máy bay Boeing 747 – 400) với áp lực hơi trong bánh 1,25 Mpa (có thể lên đến 1,5 hoặc 1,6 Mpa)
Tốc độ lớn nhất của ô tô vận tải trên tất cả các loại đường ô tô của các nước thường không quá 60 km/h. Trên sân bay thì tốc độ lại phụ thuộc vào bộ phận sân đường: tốc độ nhỏ và không đổi trên đường lăn, tốc độ thay đổi liên tục trên đường băng và hoàn toàn không phụ thuộc vào tầm quan trọng của cảnh hàng không của nước sở tại – máy bay phải chạy bon cất cánh với tốc độ như nhau ở Nội Bài, ở Bangkok hoặc ở Paris.
http://www.ebook.edu.vn 126 • TKM§BTXM
Vì vậy, phải tiêu chuẩn hoá việc thiết kế và khai thác mặt đường sân bay theo các quy định của ICAO.
Do tải trọng thẳng đứng của bánh máy bay rất lớn nên chiều dày mặt đường sân bay thường lớn hơn nhiều so với chiều dày mặt đường ô tô.
Tải trọng ngang tác dụng trên mặt đường sân bay cũng lớn hơn rất nhiều so với trên đường ô tô. Vì vậy, nếu thi công lớp dính bám trong kết cấu mặt đường mềm sân bay không tốt thì thường xuất hiện sự trượt của lớp mặt trên lớp móng tại các khu vực có bố trí siêu cao và các đoạn đường hãm phanh.
Tần suất tác dụng tải trọng cũng rất khác nhau: trên các đường ô tô cao tốc hoặc cấp I số lần tác dụng trùng phục của tải trọng có thể đến vài nghìn lần trong một ngày, còn trên mặt đường sân bay có nhiều máy bay hạ cánh thì cũng chỉ tới vài trăm lần.
Từ đó, với kết cấu mặt đường mềm của đường ô tô cấp cao người ta thường làm làn riêng cho xe tải vì có nguy cơ hình thành vệt lún bánh xe trên làn xe này. Trong sân bay, nguy cơ này chỉ xuất hiện trên đường lăn, vì máy bay lăn với tốc độ thấp và vệt bánh luôn tác dụng qua cùng một chỗ.
2. Tác dụng của môi trường
Tác dụng của môi trường (nhiệt độ, nước mưa...) thường gây các hậu quả bất lợi đối với mặt đường sân bay nhiều hơn so với mặt đường ô tô.
Với kết cấu mặt đường mềm, cùng với thời gian nhựa bitum trong mặt đường bị hoá già sẽ xuất hiện các đường nứt nhỏ trên lớp mặt. Do tần suất tác dụng của bánh máy bay thấp hơn nên các bánh máy bay không hàn kín được các đường nứt như thường thấy trên đường ô tô. Vì vậy, khi thiết kế công thức bêtông nhựa của mặt đường sân bay nên tăng hàm lượng nhựa lên một ít để đảm bảo độ kín nước của mặt đường.
Mặt khác, do mặt đường sân bay rộng, khoảng cách thoát nước xa, thời gian thoát nước lâu, khiến cho tính không thấm nước trở thành một chỉ tiêu cơ bản khi thiết kế mặt đường sân bay. Đây là điểm mấu chốt để bảo đảm chất lượng mặt đường.
Từ đó phải nghiên cứu một công thức riêng cho bêtông nhựa mặt đường sân bay, bảo đảm chỗ hỗn hợp nhựa có độ chặt và độ để thi công cao.
3. Phương pháp thiết kế
Phương pháp thiết kế chiều dày mặt đường mềm của đường ô tô và của sân bay (theo ICAO) cũng khác nhau.
Chiều dày mặt đường mềm đường ô tô được tính theo hai tiêu chuẩn:
a) Không cho phép xuất hiện biến dạng dư trong đất nền;
b) Không cho phép xuất hiện đường nứt do mỏi trong thớ dưới của từng lớp mặt đường. Chiều dày mặt đường được tính với tiêu chuẩn bất lợi nhất.
Việc thiết kế chiều dày mặt đường sân bay thì chỉ tính theo tiêu chuẩn đầu tiên (tiêu chuẩn a) (xem Thiết kế sân bay, Phần 3: Mặt đường, ICAO). Căn cứ vào trị số CBR của đất nền và tải trọng càng bánh của máy bay thiết kế để xác định chiều dày tương đương tổng cộng của kết cấu mặt đường. Sau đó chọn một kết cấu mặt đường cụ thể với các lớp vật liệu thích hợp có chiều dày tương đương bằng chiều dày đã xác định ở trên.
TKM§BTXM •127
Đ7.3. CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG VÀ CHỌN LOẠI MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
1. Các loại mặt đường: Có 4 loại kết cấu mặt đường chính thường sử dụng trong xây dựng mặt đường ôtô là: mặt đường mềm, mặt đường nửa cứng, mặt đường cứng, và mặt đường hỗn hợp.
Mặt đường mềm là kết cấu mặt đường chỉ gồm các lớp vật liệu không gia cố chất kết dính hoặc gia cố bằng chất kết dính hiđrôcácbon (các loại nhưa bitum, guđron và nhũ tương của chúng).
Mặt đường nửa cứng là kết cấu mặt đường mà lớp móng trên được gia cố bằng các chất liên kết rắn trong nước (xi măng, xỉ lò cao, puzolan –vôi,...) và lớp mặt bằng hỗn hợp đá trộn nhựa và bêtông nhựa.
Mặt đường cứng là kết cấu mặt đường mà lớp mặt và lớp móng trên là một, và là một tấm BTXM.
Mặt đường hỗn hợp thường không sử dụng cho mặt đường làm mới. Nói chung đó là kết quả của việc tăng cường mặt đường cứng cũ bằng các lớp bêtông nhựa.
2. Chọn loại mặt đường: Việc chọn loại mặt đường phụ thuộc vào nhiều nhân tố như:
giá thành xây dựng, điều kiện cung cấp vật liệu, điều kiện khí hậu, đất nền, khả năng bảo đảm tốt việc duy tu bảo dưỡng với giá thành phù hợp, lượng vận chuyển, thời hạn thi công, có khả năng xây dựng theo từng giai đoạn, vấn đề kỹ thuật tăng cường, khả năng trang bị kỹ thuật của các công ty thi công.
Mặc dù các lớp móng trên bằng cấp phối đá gia cố xi măng (hay các chất liên kết rắn trong nước khác) trong kết cấu mặt đường nửa cứng có nhiều ưu điểm đối với đường ô tô (giá thành hợp lý, cường độ chống hình thành vệt lún bánh xe cao), nhưng kinh nghiệm sử dụng lại cho thấy kết cấu mặt đường nửa cứng không thích hợp với mặt đường sân bay. Do đó, không nên sử dụng các kết cấu mặt đường nửa cứng vì hai nguyên nhân chính sau:
– Khi mặt đường nửa cứng chịu tải trọng lớn của máy bay thì lớp móng trên của nó dễ bị nứt gẫy, nếu chiều dày của lớp này tương đương với chiều dày của kết cấu mặt đường ô tô. Để tránh bị nứt gãy thì phải tăng chiều dày lớp này và như vậy sẽ không kinh tế.
– Các lớp móng trên bằng cấp phối đá gia cố chất liên kết rắn trong nước dễ bị nứt gãy, nếu chiều dày lớp mặt không đủ lớn. Do tần suất tác dụng tải trọng của sân bay thấp, các đường nứt này trong lớp mặt không tự liền lại được và nước dễ thấm vào nền móng làm hư hỏng nhanh kết cấu mặt đường. Kinh nghiệm cho thấy chiều dày tối thiểu của lớp bêtông nhựa là 12cm thì mới làm chậm việc truyền nứt lên lớp mặt, do đó tính ưu việt về kinh tế của kết cấu mặt đường nửa cứng lại càng giảm.
Vì vậy việc chọn mặt đường sân bay thường chỉ tiến hành với hai loại mặt đường mềm và mặt đường cứng.
Không thể xác định chính xác trong trường hợp nào thì xây dựng mặt đường cứng tốt hơn mặt đường mềm, tuy nhiên có thể thừa nhận:
http://www.ebook.edu.vn 128 • TKM§BTXM
– Các kết cấu mặt đường mềm thích hợp để làm các mặt đường loại nhẹ, rải lề tiếp giáp hoặc sân hãm. Mặt đường mềm cũng thích với các vùng khí hậu khô nóng khó thi công BTXM đảm bảo chất lượng cao, hoặc ở các vùng bị lún nhiều hoặc trương nở.
– Các kết cấu mặt đường mềm thích hợp trên các bề mặt chịu tác dụng của các tải trọng lớn hoặc chịu các ứng suất tiếp lớn (sân – đường của các sân bay thương mại lớn). Cũng nên làm mặt đường cứng ở hai đầu đường băng các sân bay quân sự vì phải chịu tác dụng nhiệt của các động cơ phản lực.
– Ở vùng khí hậu ẩm ướt, mặt đường cứng làm việc tốt hơn mặt đường mềm, tuổi thọ dài hơn, nhưng việc bảo dưỡng sửa chữa khi nối của mặt đường cứng lại tương đối phức tạp. Nền đất có sức chịu tải thấp thì giá thành của mặt đường cứng thường nhỏ hơn giá thành mặt đường mềm; ngược lại nền đất có sức chịu tải cao thì giá thành của mặt đường cứng cũng cao vì tấm bêtông phải có một chiều dày tối thiểu khoảng 18cm, không phụ thuộc vào sức chịu tải của nền.
Đ7.4. CÁC YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG ĐỐI VỚI MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
1. Yêu cầu về chất lượng đối với lớp mặt của mặt đường mềm sân bay Lớp mặt của mặt đường mềm sân bay phải bảo đảm được các chức năng sau:
– Bảo đảm cho máy bay lăn bánh an toàn và thuận lợi. Chức năng này đòi hỏi lớp mặt phải bảo đảm được các yêu cầu về cường độ và độ ổn định dưới tác dụng của tải trọng, cũng như phải thoả mãn các yêu cầu về độ nhám và độ bằng phẳng.
– Bảo vệ nền móng dưới tác dụng của nước. Yêu cầu này đòi hỏi lớp mặt phải không thấm nước và phải có một chiều dầy tối thiểu bảo đảm không xuất hiện đường nứt dưới tác dụng của tải trọng hoặc do sự truyền nứt từ lớp móng cứng.
– Bảo đảm các tính chất trên đây phải được duy trì lâu dài. Điều này đòi hỏi nhựa bitum phải lâu hoá già.
2. Yêu cầu về cường độ chống hình thành vệt lún bánh xe và mỏi
Do tần suất tác dụng của bánh máy bay tại một số chỗ nhỏ hơn nhiều so với đường ô tô nên yêu cầu đối với chỉ tiêu này không khắt khe như với mặt đường ô tô. Tuy nhiên, mặt đường sân bay chịu tải trọng lớn hơn nên phải sử dụng hỗn hợp bêtông nhựa có độ dãn dài khi phá hoại cao hơn so với bêtông nhựa của đường ô tô.
3. Độ nhám
Do tần số lần hạ cánh của sân bay không lớn nên yêu cầu đối với độ nhám không cao như đối với mặt đường ô tô, vì bánh máy bay ít làm hao mòn và trơn nhẵn cốt liệu.
Độ nhám (độ bám giữa bánh máy bay và mặt đường) của mặt đường khô và sạch thường là phù hợp với yêu cầu. Tuy nhiên khi mặt đường bị ướt thì thường không đủ độ nhám và mặt đường trở thành trơn trượt.
Vì vậy, khi xây dựng và khai thác mặt đường sân bay cần đặc biệt chú ý đến độ nhám khi mặt đường ẩm ướt.
TKM§BTXM •129 Để vận hành an toàn, mặt đường sân bay phải đủ độ bám để hãm phanh khi máy bay hạ cánh (hoặc hãm phanh trong trường hợp việc cất cánh bị gián đoạn vì lý do kỹ thuật) và để quay bánh khi máy bay tiếp đất lúc hạ cánh.
Để tăng độ bám giữa bánh máy bay với mặt đường, khi xây dựng mặt đường phải bảo đảm việc thoát nước mặt và bảo đảm độ nhám của kết cấu. Để tránh đọng nước nên
thiết kế độ dốc ngang của đường băng (từ 1 đến 1,5%) lớn hơn độ dốc dọc (tối đa là 1,25%).
Để đạt được độ nhám vĩ mô, với mặt đường mềm nên dùng bêtông nhựa vừa đá dăm 0/14 hoặc 0/10mm; với mặt đường BTXM thì phải xẻ rãnh tạo nhám. Ở mặt đường sân bay vài trò của độ nhám vi mô không rõ ràng. Trên các đường băng sân bay cấp 4E, 4D, 4C cho phép dùng cốt liệu đá vôi có độ cứng lớn để chế tạo bêtông nhựa.
Để nghiệm thu mặt đường và kiểm tra độ bám phải tiến hành các thí nghiệm kiểm tra như sau:
– Kiểm tra khe hở giữa thước dài 3m theo hướng dọc và hướng ngang. Yêu cầu khe hở phải ≤ 3mm để mặt đường không đọng nước.
– Kiểm tra lực bám bằng máy đo hệ số ma sát dọc. Yêu cầu hệ số ma sát dọc dưới một máng nước 1mm phải lớn hơn 0,65 ở tốc độ 65km/h, và lớn hơn 0,44 ở tốc độ 100km/h.
– Kiểm tra độ nhám bằng thí nghiệm đo chiều cao cát. Theo ICAO chiều cao cát 1mm là thoả mãn.
4. Tính không thấm nước
Nước làm giảm sức chịu tải của kết cấu mặt đường. Do điều kiện thoát nước của mặt đường sân bay khó khăn hơn so với đường ô tô (khoảng cách thoát nước xa, thời gian thoát nước mặt đường băng lâu) làm cho tính không thấm nước trở thành một yêu cầu chính đối với mặt đường sân bay. Đây là điểm ưu tiên để bảo đảm chất lượng.
Muốn vậy hỗn hợp bêtông nhựa phải có độ chặt và độ dễ thi công cao.
5. Độ bằng phẳng
Theo khuyến nghị của ICAO (Điều 3.1.24, Phụ lục 14) thì “Bề mặt của đường băng không được gồ ghề làm giảm hiệu quả của việc hãm phanh hoặc có hại cho việc cất – hạ cánh của máy bay”.
Do tốc độ lăn bánh của máy bay lúc cất cánh hoặc hạ cánh rất cao (ví dụ với máy bay Boeing 474, Airbus tốc độ gần đúng khi cất cánh ở cao trình mặt biển là 250 ÷ 280 km/h), nên yêu cầu về độ bằng phẳng của đường băng cao hơn nhiều so với đường ô tô, ảnh hưởng của độ bằng phẳng đến sự an toàn của máy bay quan trọng hơn nhiều so với đường ô tô mà tốc độ chạy xe thấp hơn va có thể hạn chế.
Phụ lục 14 ICAO quy định khe hở dưới thước dài 3m là – 3mm để thoát nhanh nước mặt, tránh tạo thành các vũng nước, và độ dốc dọc không được thay đổi quá 2%
trên 30m dài.
Trên đường lăn, do tốc độ lăn bánh của máy bay thấp hơn (20 – 60km/h) nên yêu cầu về độ bằng phẳng chỉ xấp xỉ với độ bằng phẳng của đường ô tô.