Đánh Giá Thực Trạng Hư Hỏng Và Đề Xuất Phương Án Sửa Chữa Mặt Đường Bê Tông Nhựa Đoạn Km 115 - Km 118 Quốc Lộ 54, Tỉnh Trà Vinh 7761953.Pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  THÁI VĂN NGHIỆP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG HƯ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

THÁI VĂN NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG HƯ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng – Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

THÁI VĂN NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG HƯ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông

Mã số : 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN ĐÌNH QUẢNG

Đà Nẵng – Năm 2019

Với thời gian nghiên cứu và năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tại Học viên rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn !

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Thái Văn nghiệp

TÓM TẮT ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG HƯ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT

PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH

Học viên: Thái Văn Nghiệp, Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 85.80.205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học

Trong nội dung luận văn này học viên chọn đề tài: Đánh giá thực trạng hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km115 - km

118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh nhằm tìm ra nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa nhằm đưa ra phương án sửa chữa hợp lý nhất đảm bảo về mặt chất lượng hiệu quả về kinh tế là việc làm hết sức cần thiết hiện nay

EVALUATION OF REALITY AND PROPOSALS REPAIRING PLAN FOR PLASTIC CONCRETE ROADS

SECTION KM 115 - KM 118 NATIONAL AREA 54, TRA VINH

PROVINCE

rainee: Thai Van Nghiep, Major: Civil Engineering

Code:85.80.205 Key: K36 Polytechnic University – University Danang

Summary: Facing the current situation, the investigation of the deformation, the damage of the road, the causes of the deformation, the damage, the

consequences of that damage, and find out the repair methods Superiority is a very necessary and urgent job on national highways in general, Tra Vinh

province in particular

In the content of this thesis, students choose the topic: Assessing the situation of damage and proposing a plan to repair the asphalt pavement at km115 + km 118 Highway 54, Tra Vinh province in order to find out the cause of face damage asphalt roads to offer the most reasonable repair plan to ensure that the quality

and economic efficiency is the most necessary work today

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG 6

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA: (theoTCVN 8820 : 2011) 6

1.1 Khái niệm cơ bản một số loại mặt đường nhựa điển hình 6

1.1.1 Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded HMA ) 6

1.1.2 Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded HMA ) 6

1.1.3 Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded HMA ) 6

1.1.4 Bê tông nhựa có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt 7

1.1.5 Hỗn hợp đá- vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt -SMA) 7 1.1.6 Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Maximum size of aggregate) 7

1.1.7 Cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu (Nominal maximum size of aggregate) 7

1.2 Ưu, nhược điểm (TCVN 8820 : 2011) 7

1.2.1.Ưu điểm 7

1.2.2 Nhược điểm 8

1.3 PHÂN LOẠI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA THEO CÔNG NGHỆ THI CÔNG: (TCVN 8819 : 20119) 8

13.1 Bê tông nhựa không lu lèn 8

1.3.2 Bê tông nhựa lu lèn 8

1.3.3 Bê tông nhựa rải nóng 8

1.3.4 Bê tông nhựa rải nguội 8

1.3.5 Sự tương tác giữa các vật liệu 8

1.4 CHỨC NĂNG CÁC LOẠI CỐT LIỆU TRONG THÀNH PHẦN HỔN HỢP BÊ TÔNG NHỰA: 10

1.4 1 Cấu trúc của BTN 10

1.4.2 Về mặt chịu lực 10

1.5 TÌNH TRẠNG HƯ HỎNG CỦA CÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC NÓI CHUNG: 10

1.5.1 Phân loại nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa thường gặp (Theo TCCS07:2013/TCĐBVN) 10

1.5.2 Nứt mỏi: (Fatigue Cacking, Alligator cracking) (hình 2.1) 11

1.5.3 Nứt do nhiệt độ thấp (Low temperature thermal cracking) (hình 2.2) 12

1.5.4 Nứt dọc (Longitudinal cracking) (hình 2.3) 13

1.5.6 Nứt ngang (Transverse cracking) (hình 2.5) 14

1.5.7 Nứt lưới lớn dạng khối (Block cracking) (hình 2.5) 15

1.5.8 Nứt phản ánh (Reflect Craking) (hình 2.6) 16

1.5.9 Nứt trượt (Slippage Cracking) (hình 2.7) 17

1.5.10 Lún vệt bánh xe (Rutting) (hình 2.8) 18

1.5.11 Bong bật (Raveling) (Hình 2.9) 19

1.5.12 Vết vá mặt đường / Ổ gà (Patching / Potholes) (hình 2.10) 20

1.5.13 Chảy nhựa (Bleeding; Frushing) (Hình 2.11) 22

1.5.14 Hư hỏng theo thời gian 23

1.6 NHẬN ĐỊNH NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 23

1.6.1 Nhân tố con người 23

1.6.2 Nhân tố khí hậu 23

1.6.3 Về biện pháp thi công, và chế tạo hỗn hợp BTN 23

1.6.4 Chất lượng của đất và vật liệu 23

1.6.5 Chất lượng của thiết kế cấp phối 24

1.6.7 Ảnh hưởng của xe quá tải và các loại xe tải nặng ( TCVN 8819-2011) 24

1.7 Hình ảnh tổng quan về hư hỏng mặt đường BTN ở Việt Nam và Thế giới 24

1.7.1 Trên thế giới: 24

1.7.2 Ở việt Nam: 25

1.7.3 Ở tỉnh Trà Vinh: 25

1.8 CÁC BIỆN PHÁP SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA THEO TỪNG NGUYÊN NHÂN ĐƯỢC ÁP DỤNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 25

1.8.1 Phun sương nhựa lỏng 25

1.8.2 Láng nhựa mỏng 25

1.8.3 Láng vữa nhựa nguội 26

1.8.4 Láng nhựa bằng nhựa đường polyme 26

1.8.5 Phương pháp tái sinh nguội bằng máy tái sinh 26

1.8.6 Phương pháp rải thêm một lớp bê tông nhựa nóng mới 26

1.9 KẾT LUẬN CHƯƠNG: 26

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY RA HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 + KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH 27

2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM115 - KM118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH: 27

2.1 Tổng quan hiện trạng hình ảnh và số liệu khảo sát hư hỏng mặt đường bê tông nhựa đoạn Km 115 - Km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh 28

2.1.3 Đoạn tuyến khảo sát km115 +Km116 29

2.1.5 Đoạn tuyến khảo sát km116+km117 31

2.1.6 Nhận xét: 32

2.1.8 Nhận xét: 33

2.1.9 Đoạn tuyến khảo sát km 117 + km 118 34

2.1.10 Nhận xét: 35

2.2 CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HƯ HỎNG: 35

2.2.1 Phân loại đánh giá chất lượng đường bộ 35

2.3 Bản thống kê điều tra các hư hỏng mặt đường nhựa bê tông Km 115 - km 118 QL 54, tỉnh Trà Vinh 37

2.4 PHÂN TÍCH KHẢO SÁT VÀ ĐO THỰC TẾ TẠI HIỆN TRƯỜNG DO PHÒNG THÍ NGHIỆM KIỂM ĐỊNH XÂY DỰNG LAS-XD 1530 THỰC HIỆN ( KÈM PHỤ LỤC) 38

2.5 HÌNH ẢNH ĐO VẼ HIỆN TRƯỜNG: 38

2.6 ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG 39

2.6.1 Nứt: 39

2.6.2 Nứt do mỏi: 40

2.6.3 Nứt thành lưới: 40

2.6.4 Mất mát vật liệu bề mặt 41

2.6.7 Nhiệt độ mặt đường 42

2.6.8 Hư hỏng mặt đường nhựa trong điều kiện nhiệt độ cao 43

2.7 NHÓM CÁC LOẠI HƯ HỎNG CÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 43

2.7.1 Hưng hỏng loại 1: Loại tốt 43

2.7.2 Hư hỏng loại 2 (Loại trung bình): 43

2.7.3 Hư hỏng loại 3 (loại xấu): 44

2.7.4 Hư hỏng loại 4 (loại rất xấu): 44

2.8 PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG HƯ HỎNG CỦA CÁC NHÓM TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HƯ HỎNG 44

2.8.1 Hư hỏng loại 1: 44

2.8.2 Hư hỏng loại 1 ( loại trung bình) 44

2.8.3 Hư hỏng loại 3: ( Loại xấu) 45

2.9 THEO TÍNH CHẤT CƠ LÝ THEO TÌNH TRẠNG CẤP PHỐI 47

2.9.1 Theo công nghệ thi công 48

2.9.2 Công nghệ tái sinh nguội: 48

2.9.3 Công nghệ tái sinh nóng: 50

2.9.10 Sửa chữa mặt đường BTN bằng vật liệu Carboncor Asphalt: 50

2.10 CÔNG NGHỆ BẢO DƯỠNG VÀ TÁI SINH NGUỘI MẶT ĐƯỜNG 51

2.10.1 Giới thiệu chung: 51

2.10.2 Nguyên lý làm việc của TL-2000 51

2.10.3 Thành phần cấu tạo của TL-2000: 51

2.10.4 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng: 52

2.10.5 Một số ưu điểm khi áp dụng vật liệu tái sinh nhựa đường 52

2.11 SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BTN BẰNG VẬT LIỆU CARBONCOR ASPHALT: 53

2.12 THEO TÌNH TRẠNG KHAI THÁC TẢI TRỌNG 54

2.13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ CHỌN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA 54

2.14 SỬA CHỮA CỤC BỘ LÁNG NHỰA TỪNG ĐOẠN MẶT ĐƯỜNG 55

2.14.1 Hư hỏng loại 1: 55

2.14.2 Sửa chữa loại 2: 55

2.14.3 Hư hỏng loại 3 loại xấu: 55

2.14.4 Sửa chữa loại 4 loại rất xấu: 55

2.15 KẾT LUẬN CHƯƠNG: 56

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH 57

3 THỰC TRẠNG KHAI THÁC TUYẾN ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH 57

3.1 Các biện pháp đã áp dụng sửa chữa đường bê tông nhựa đoạn km115 + km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh 57

3.2 ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA 59

3.2.1 Đưa ra phương án tính toán kết cấu áo đường cho cả 4 loại theo TCVN 211-06 59

3.2.2 Kiểm tra phương án 1: Tính toán loại rất xấu 59

3.2.3 Tính toán kiểm tra phương án 2 64

3.4 ĐƯA RA 03 PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA 70

3.4.1 Kiến nghị phương pháp sửa chữa phương án 1 70

3.4.2 Kiến nghị phương pháp sửa chữa phương án 2 72

3.5 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA 76

3.5.1 So sánh: Chỉ tiêu về kinh tế 76

3.5.3 So sánh: Chỉ tiêu về môi trường 77

3.6 KẾT LUẬN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KIẾN NGHỊ 77

3.6.1 KẾT LUẬN 77

3.6.2 KIẾN NGHỊ 79

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1c: Nứt mỏi dạng nặng 12

Hình 2.2: Nứt do nhiệt độ thấp 13

Hình 2.3a: Nứt dọc nhẹ Hình 2.3b: Nứt dọc vừa 13

Hình 2.3c: Nứt dọc nặng 14

Hình 2.4a: Nứt ngang dạng nhẹ Hình 2.4b: Nứt ngang dạng vừa 14

Hình 2.4c: Nứt ngang dạng nặng 15

Hình 2.5a: Nứt lưới nhẹ Hình 2.5b: Nứt lưới vừa 15

Hình 2.5c: Nứt lưới nặng 16

Hình 2.6: Nứt phản ánh 17

Hình 2.7a: Nứt trượt dọc Hình 2.7b: Nứt trượt ngang 17

Hình 2.8b: Lún vệt bánh xe vừa Hình 2.8c: Lún vệt bánh xe nặng 19

Hình 2.9a: Bong bật mức nhẹ Hình 2.9b: Bong bật mức vừa 19

Hình 2.9c: Bong bật mức nặng 20

Hình 2.10c: Ổ gà mức nặng 22

Hình 2.11: Chảy nhựa 22

Hình 1.Đoạn đường LaLibertadNegro Hình 2.Đường ở Scotland 24

Hình 3.Cao Tốc Trung Lương-TPHC Hình 4.Đường dẫn Cầu Phú Mỹ 25

Hình 5 Quốc lộ 54 tỉnh Trà Vinh 25

Hình 3.1 Bong tróc, nứt thành lưới nứt mai rùa chảy nhựa 29

Hình 3.1.2 Bị bong tróc, nứt thành lưới nứt, nứt phản ảnh 29

Hình 3.1.3: Bị bong tróc, nứt thành lưới chảy nhựa 30

Hình 3.2.1: Bị nứt thành miến ổ gà lộ đá 31

Hình3.3.1 Mặt hình: Đường đã được sửa chữa, nay tiếp tục hư hỏng 32

Hình 3.3.3 Nứt mai rùa ổ gà nặng 33

Hình 3.3.4.Các ổ gà không được sửa chữa kịp thời dẫn đến đọng nước khi mưa 33

Hình 3.4.1 : Nứt mai rùa, nứt dọc 34

Hình3.4.2 : Nứt dọc 34

Hình 3.4.3 Nứt lộ đá mài mòn, 34

Hình3.4.5 Vùng nứt mỏi nghiêm trọng đã xuất hiện ổ gà 35

Hình ảnh QL54: Đã thi công nhưng vẫn tiếp tục hư hỏng 58

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tiêu chí đánh giá độ nhám của mặt đường bằng phương pháp rắc cát 36

Bảng 3.4 Tính toán Etb của kết cấu hỗn hợp vật liệu giảm chiều dày 60

Bảng 3.4 Tính toán Etb của kết cấu hỗn hợp vật liệu giảm chiều dày 65

Bảng: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb ’ 66

Bảng E-5: Tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tính E tb ’ 68

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong những năm qua ngành giao thông vận tải của tỉnh Trà Vinh luôn thể hiện vai trò ngành kinh tế quan trọng, luôn đi trước mở đường cho sự phát triển kinh tế - xã hội ở địa phương Nhiều tuyến đường huyết mạch quan trọng của Tỉnh đã được đầu tư xây dựng, cải tạo, nâng cấp trong đó có cả hệ thống đường Tỉnh, đường Huyện và thực hiện có hiệu quả chương trình bê tông hóa giao thông nông thôn Nhờ đó mạng lưới giao thông trên địa bàn Tỉnh ngày càng hoàn thiện, đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân

Bảo trì đường bộ là hoạt động thường xuyên để duy trì khả năng khai thác của đường lựa chọn giải pháp bảo trì, sửa chữa mặt đường là một trong những bước thực hiện quan trọng để lập kế hoạch chiến lược bảo dưỡng đường bộ

Việc bảo dưỡng và sửa chữa kịp thời hạn chế sự suy giảm chất lượng của mặt đường trong quá trình khai thác, kéo dài tuổi thọ mặt đường, duy trì

hệ thống đường bộ ở tình trạng tốt Việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp về bảo dưỡng sửa chữa đường bộ và đề xuất áp dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam là rất cần thiết nhằm duy trì và nâng cao chất lượng khai thác của hệ thống mặt đường ở Việt Nam

Công tác bảo trì đường bộ nếu được triển khai đúng lúc, với những công nghệ phù hợp sẽ có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn nhiều so với việc nâng cấp, cải tạo đường nếu làm sau này Việc bảo trì, sửa chữa kịp thời những hư hỏng của mặt đường trong quá trình khai thác sẽ nâng cao chất lượng phục

vụ, tiết kiệm chi phí đầu tư cho cơ quan quản lý đường (khi không sửa chữa kịp thời dẫn đến mặt đường nhanh chóng xuống cấp, phải xây dựng lại tốn nhiều kinh phí) đồng thời tiết kiệm chi phí cho người sử dụng đường (giảm thời gian tham gia giao thông, giảm chi phí do tiêu hao nhiên liệu và chi phí sửa chữa hư hỏng) Để đảm bảo các mục tiêu đó, quá trình khai thác hệ thống giao thông đường bộ cũng phải được quan tâm đúng mức nhằm duy trì khả năng lưu thông thông suốt của hạ tầng giao thông, trong đó công tác bảo trì, sửa chữa phải được ưu tiên quan tâm hàng đầu

Hình 1.1 Bình đồ tuyến

Hiện nay trên các tuyến đường trục chính QL 54 sau khi đưa vào sử dụng khai thác một thời gian thì bắt đầu xuất hiện các biến dạng và hư hỏng mặt đường như các vết nứt, vệt hằn bánh xe, lún, lõm cục bộ

Các hư hỏng ngày càng xuất hiện nhiều và trở nên nghiêm trọng ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng khai thác của tuyến đường, lưu thông xe cộ khó khăn, dễ xảy ra tai nạn và nhất là làm giảm hiệu quả kinh tế, làm mất vẽ mỹ quan của thành phố Trên mỗi con đường lại có mức độ, loại hình hư hỏng khác nhau Trong khi đó các cơ quan chức năng vẫn chưa có những giải pháp khắc phục cụ thể hoặc có khắc phục nhưng không đem lại hiệu quả cao, sau một thời gian ngắn thì lại xuất hiện hư hỏng, thậm chí còn nghiêm trọng hơn Việc bảo dưỡng và sửa chữa kịp thời hạn chế sự suy giảm chất lượng của mặt đường trong quá trình khai thác, kéo dài tuổi thọ mặt đường, duy trì hệ thống đường bộ

ở tình trạng tốt Việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp về bảo dưỡng, sửa chữa đường bộ và đề xuất áp dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam là rất cần thiết nhằm duy trì và nâng cao chất lượng khai thác của hệ thống mặt đường ở Việt Nam

Đứng trước thực trạng như hiện nay thì việc tìm hiểu các biến dạng, hư hỏng của đường, nguyên nhân gây ra biến dạng, hư hỏng, hậu quả của hư hỏng

đó gây ra và tìm ra các phương pháp sửa chữa hợp lý là việc làm hết sức cần

thiết và cấp bách Với những tình trạng như đã nêu trên em xin chọn đề tài: Đánh giá thực trạng hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km 115 - km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các hư hỏng điển hình mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác tuyến đường bê tông nhựa đoạn km115 - km 118 Quốc

lộ 54, tỉnh Trà Vinh

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp điều tra, khảo sát thực tế hiện trạng các tuyến đường bê tông nhựa đoạn km115 - km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh, phân tích

để đánh giá các nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa

Kết hợp lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn giải pháp sửa chữa các hư hỏng điển hình mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác; Tham khảo

các tài liệu trong nước và trên thế giới

Phân tích, so sánh, lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu đánh giá hiện trạng mặt đường thu thập số liệu đo đạt kết quả thí nghiệm tìm ra nguyên nhân gây ra hư hỏng lựa chọn giải pháp để sửa chữa các hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km115 + km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh

Nội dung của đề tài gồm có 3 chương

*Chương 1: Tổng quan về tình trạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa và

nguyên nhân gây ra hư hỏng: Gồm các nội dung sau đây:

1 Giới thiệu tổng quan về mặt đường bê tông

2 Ưu, nhược điểm

3 Chức năng các loại cốt liệu trong thành phần hổn hợp bê tông nhựa

4 Tình trạng hư hỏng của các mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác nói chung

5 Nhận định nguyên nhân hư hỏng các mặt đường bê tông nhựa

6 Hình ảnh tổng quan về hư hỏng mặt đường BTN ở Việt Nam và thế giới

7 Các biện pháp sửa chữa mặt đường bê tông nhựa theo từng nguyên nhân được áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam

*Chương 2: Đánh giá hiện trạng và phân tích nguyên nhân gây ra hư hỏng mặt

đường bê tông nhựa đoạn km 115 - km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh: Gồm các nội dung như sau:

1 Đánh giá hiện trạng nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa đoạn

Km 115 - Km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh

2 Tổng quan hiện trạng hình ảnh và số liệu khảo sát hư hỏng mặt đường

bê tông nhựa đoạn Km 115 - Km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh

3 Chỉ tiêu đánh giá mức độ hư hỏng

4 Bản thống kê điều tra các hư hỏng mặt đường nhựa bê tông Km 115 - km

118 QL 54, tỉnh Trà Vinh

5 Kết quả đo thí nghiệm thực tế tại hiện trường

6 Đánh giá nguyên nhân hư hỏng

7 Nhóm các loại hư hỏng các mặt đường bê tông nhựa

8 Theo tính chất cơ lý theo tình trạng cấp phối

9 Phân tích cơ sở lý thuyết khả năng hư hỏng của các nhóm tiêu chí đánh giá mức độ hư hỏng

10 Cơ sở lý thuyết để chọn và đề xuất phương án sửa chữa

* Chương 3: Đề xuất biện pháp sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn

4 DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC:

Kết quả nghiên cứu của đề tài bước đầu đưa ra được định hướng trong

việc phân loại các dạng hư hỏng của mặt đường bê tông nhựa, hiểu rõ được nguyên nhân và đề ra được các giải pháp khắc phục nhằm giảm thiểu thời gian

và chi phí, đồng thời giúp cho các cơ quan Quản lý, TVTK, TVGS và Nhà thầu nắm bắt được thực trạng của mặt đường đang khai thác, từ đó đề ra các giải pháp khắc phục sửa chữa phù hợp cho từng vị trí hợp lý là rất cần thiết hiện nay ở tỉnh Trà Vinh nói chung, đoạn km115 - km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh nói riêng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA: (TheoTCVN 8820 : 2011)[1]

1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ LOẠI MẶT ĐƯỜNG NHỰA ĐIỂN HÌNH

Hỗn hợp bao gồm các cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) có tỷ lệ phối trộn xác định, được sấy nóng và trộn đều với nhau, sau đó được trộn với nhựa đường theo tỷ lệ đã thiết kế Sau đây được gọi tắt là BTN

1.1.1 Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded HMA )

Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô, hạt trung gian và hạt mịn gần tương đương nhau, tạo điều kiện để khi đầm nén các hạt cốt liệu dễ chặt khít với nhau nhất Thường được gọi là BTN chặt BTN chặt có độ rỗng dư nhỏ, thường từ 3-6%

1.1.2 Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded HMA )

Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô và lượng hạt mịn lớn, nhưng lượng hạt trung gian rất nhỏ Đường cong cấp phối cốt liệu của loại BTN này có xu thế gần nằm ngang tại vùng cỡ hạt trung gian Cấp phối cốt liệu này tạo khả năng để các hạt cốt liệu thô chèn móc tốt với nhau, tuy nhiên có xu thế dễ bị phân tầng trong quá trình rải BTN cấp phối gián đoạn thường có độ rỗng dư lớn hơn so với BTN chặt

1.1.3 Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded HMA)

Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong hỗn hợp Đường cong cấp phối loại này có xu thế gần thẳng đứng tại vùng hạt cốt liệu trung gian, gần nằm ngang và có giá trị gần bằng không (0) tại vùng hạt cốt liệu mịn Loại BTN này có độ rỗng dư lớn do không

đủ lượng hạt mịn lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt thô Thường được gọi là BTN rỗng BTN rỗng có độ rỗng dư lớn nhất so với BTN chặt và BTN cấp phối gián đoạn

Loại BTN rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bột khoáng, có độ rỗng dư từ 7% đến 12%

1.1.4 Bê tông nhựa có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt

Loại BTN sử dụng làm lớp phủ mặt đường, có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng văng nước gây ra khi xe chạy với tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt mặt đường và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy

Thường sử dụng loại BTN rỗng, có độ rỗng dư 15-22% (Open graded friction course - OGFC hoặc Porous friction course - PFC) hoặc BTN cấp phối gián đoạn, có độ rỗng dư 10 - 15% (Very thin friction course-VTO) Cần sử dụng nhựa đường cải thiện để chế tạo loại BTN này

1.1.5 Hỗn hợp đá - vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt -SMA) ( TheoTCVN 8820 : 2011)

Là loại BTN sử dụng cấp phối gián đoạn Hỗn hợp BTN này bao gồm nhựa đường, cốt liệu và cốt sợi (fiber) SMA thường sử dụng lượng bột khoáng

và nhựa đường nhiều hơn so với BTN cấp phối chặt

Độ rỗng dư của SMA có phạm vi rộng, từ 2 - 8%, tùy thuộc vào việc sử dụng SMA làm lớp mặt hoặc lớp móng

1.1.6 Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Maximum size of aggregate)

Cỡ sàng nhỏ nhất mà lượng lọt qua cỡ sàng đó là 100% Trong tiêu chuẩn này sử dụng bộ sàng mắt vuông để thí nghiệm thành phần hạt cốt liệu

1.1.7 Cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu (Nominal maximum size of aggregate)

Cỡ sàng lớn nhất mà lượng sót riêng biệt trên cỡ sàng đó không lớn hơn 10% (TheoTCVN 8820 : 2011)

1.2 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM (TCVN 8820 : 2011)

1.2.1.Ưu điểm

Kết cấu chặt, kín

Có khả năng chịu nén, cắt, uốn và tác dụng của tải trọng ngang

Chịu tải trọng động tốt, ít hao mòn, ít sinh bụi

Mặt đường bằng phẳng, có độ cứng vừa phải nên xe chạy tốc độ cao rất

êm thuận, ít gây tiếng ồn

Công nghệ thi công quen thuộc, có thể thi công cơ giới hóa hoàn toàn

1.2.2 Nhược điểm

Cường độ giảm khi chịu tác dụng của nhiệt độ cao và tác dụng lâu dài của nước mặt

Độ nhám giảm nhiều khi mặt đường bị ẩm ướt

Mặt đường bị hóa già theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng trùng phục, thời tiết, công tác duy tu sửa chữa khó khăn, khó trả lại hiện trạng ban đầu

về màu sắc, độ bằng phẳng

1.3 PHÂN LOẠI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA THEO CÔNG NGHỆ THI CÔNG: (TCVN 8819 : 20119)

1.3.1 Bê tông nhựa không lu lèn

Bê tông nhựa không lu lèn, dày (1÷4)cm

Dùng nhựa đặc 10/70 hàm lượng cao (9÷12)%

Hàm lượng bột khoáng cao (20÷35)%

Nhiệt độ trộn 230oC, nhiệt độ rải (210÷230) oC, không cần lu lèn

1.3.2 Bê tông nhựa lu lèn

1.3.3 Bê tông nhựa rải nóng

Dùng nhựa đặc 40/60, 60/70, 70/100, 100/150, hàm lượng nhựa từ

(4÷6)%

Nhiệt độ trộn 140÷170 oC, nhiệt độ rải >120oC

Bê tông nhựa sau khi rải và lu xong nhiệt độ giảm bằng nhiệt độ - không

khí thì cường độ hình thành gần 100%

1.3.4 Bê tông nhựa rải nguội

Dùng nhựa lỏng đông đặc chậm

Nhiệt độ trộn và lu lèn bằng nhiệt độ không khí

Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 20÷40 ngày

Hiện nay, loại bê tông nhựa rải nóng được sử dụng phổ biến nhất ở Việt Nam do có thời gian hình thành cường độ nhanh, cường độ, độ ổn định nước và nhiệt cao nhất

1.3.5 Sự tương tác giữa các vật liệu

Có thể bao gồm 3 quá trình sau đây:

Một bề mặt vật liệu khoáng hấp thụ lớp bitum: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với nhựa sẽ xảy ra quá trình hấp thụ bitum trên bề mặt cốt liệu Trong BTN,

do bột khoáng có tỉ diện rất lớn nên quá trình trên xảy ra mạnh mẽ nhất khi nhựa tiếp xúc với bột khoáng

Khi cốt liệu là các loại đá cácbônát và đá bazơ tiếp xúc với bitum sẽ xảy

ra sự hấp thụ hóa học: có sự trao đổi i-on trên bề mặt cốt liệu với nhựa, lực dính giữa bitum và bề mặt cốt liệu khoáng rất lớn, do đó làm cho màng bitum ở trên

bề mặt cốt liệu khoáng bền vững, ổn định nhiệt, ổn định nước

Khi cốt liệu khoáng là các loại đá axit tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra sự hấp thụ lý học các phân tử bitum liên kết với bề mặt cốt liệu khoáng bằng lực hút phân tử (Van-đéc-van) Liên kết lý học này không làm tăng cường độ, tính chịu nước, tính bền nhiệt cho bitum và rất dễ bị phá hoại khi có sự xâm thực của nước

Hai bitum khuếch tán có chọn lọc vào trong vật liệu khoáng: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra hiện tượng bitum khuếch tán vào trong lỗ rỗng của cốt liệu:

Nhóm chất dầu có thể theo các mao quản thấm sâu vào trong hạt khoáng Nhóm chất nhựa được hấp thụ trong các lỗ rỗng nhỏ

Nhóm axit asphalt và nhóm asphalt được hấp phụ trên bề mặt cốt liệu khoáng Như vậy, khi dùng vật liệu khoáng rỗng thì bề mặt hạt khoáng có nồng

độ chất asphalt tăng lên, độ quánh của lớp bitum trên bề mặt hạt khoáng cũng tăng lên - làm cho sự liên kết giữa các hạt khoáng tăng theo, do đó tính đàn hồi dẻo giảm xuống, cường độ bêtông nhựa tăng đáng kể

Ba sự thay đổi tính chất của vật liệu khoáng do sự tương tác của nó với bitum:

Quá trình tương tác giữa bitum và vật liệu khoáng không những làm cho màng bitum hấp thụ thay đổi tính chất mà còn làm cho vật liệu khoáng cũng có những thay đổi đáng kể Do sự khuếch tán của bitum (BT) hay các thành phần của nó vào các mao quản của vật liệu khoáng làm cho bề mặt hạt khoáng kín nước hơn, thành của các lỗ rỗng và mao quản nhờ có quá trình hấp thụ mà trở nên cách nước, tạo điều kiện để nâng cao tính ổn định nước của vật liệu khoáng

Do vậy:

Nếu tỉ lệ BT/ BK quá nhỏ (ít nhựa), bitum không đủ để tạo màng bao bọc các hạt khoáng chất, các hạt khoáng sẽ tiếp xúc trực tiếp với nhau không thông

qua màng nhựa, lực dính BTN vì thế giảm đi, cường độ BTN sẽ giảm nhanh khi chịu tác dụng của nước Cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc

Tỉ lệ BT/BK hợp lí, nhựa vừa đủ bao bọc các hạt khoáng tạo thành màng nhựa có cấu trúc, nhựa tự do hầu như không có Lúc đó các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua màng nhựa có cấu trúc nên BTN có cường độ cao nhất, ổn định nước và ổn định nhiệt

Nếu tỉ lệ BT/BK quá lớn (thừa nhựa), nhựa trong BTN ở dạng tự do nhiều, các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua màng nhựa tự do cường độ thấp, BTN giảm cường độ, tính ổn định nhiệt rất kém

1.4 CHỨC NĂNG CÁC LOẠI CỐT LIỆU TRONG THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA:

Việt Nam về việc quyết định công bố tiêu chuẩn cơ sở TCCC07:2013/TCĐBVN

phân ra các dạng nứt như sau:

1.5.2 Nứt mỏi: (Fatigue Cacking, Alligator cracking) (hình 2.1)

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

a/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 có bề dày nhỏ hoặc các lớp phía dưới yếu làm xuất hiện độ

võng lớn trên mặt đường do tải trọng tác dụng Độ võng mặt đường lớn làm tăng

các 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 2.1a Nứt mỏi dạng nhẹ Hình 2.1b Nứt mỏi dạng vừa

Hình 2.1c Nứt mỏi dạng nặng b/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

1.5.3 Nứt do nhiệt độ thấp (Low temperature thermal cracking) (hình 2.2)

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