Các thông số đặc trưng của các chỉ tiêu kỹ thuật khai thác mặt đường ô tô phải thể hiện được tính năng sử dụng của mặt đường bao gồm 3 mặt: công năng, an toàn và kết cấu, bao gồm các chỉ
Trang 1tiêu chuẩn kỹ thuật đánh giá chất lượng khai thác mặt đường ô tô
TS nguyễn huy thập
Bộ môn Giao thông CC - ĐH GTVT
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy cơ sở lý thuyết các tiêu chuẩn kỹ thuật về đo đạc, đánh giá
chất lượng khai thác mặt đường ô tô trong vμ ngoμi nước, kiến nghị hệ tiêu chuẩn đánh giá chất lượng khai thác mặt đường ô tô
Summary: Base on theory and technical standards on measurement, quality assesment
of road pavement in exploitation which were printed by local and foreign publishers, the author propose a general method for quality assessment of road pavement in exploitation
Mục đích cuối cùng của công việc khai thác đường ô tô là giữ gìn và không ngừng nâng cao chất lượng kỹ thuật của đường và các công trình trên đường, đảm bảo giao thông liên tục quanh năm với tốc độ, lưu lượng và tải trọng xe đã thiết kế, bảo đảm thuận lợi và an toàn cho người và các phương tiện tham gia giao thông, không ngừng nâng cao năng suất vận tải ô tô, hạ thấp chi phí vận doanh, giảm thiểu các tai nạn giao thông, bảo vệ môi trường và sự hài hoà của cảnh quan ven đường
Các phương pháp, cách tổ chức và các công nghệ áp dụng trong việc khảo sát đánh giá chất lượng đường, trong việc bảo trì, sửa chữa đường và các công trình trên đường, trong việc quản lý đường và các phương tiện chạy trên đường nhằm bảo đảm mục đích nêu trên phải thích hợp, luôn được cải tiến để đi dần đến hiện đại hoá, nhằm đem lại các kết quả tin cậy về mặt kỹ thuật đồng thời giảm được các chi phí lao động, vật tư và năng lượng
Các thông số đặc trưng của các chỉ tiêu kỹ thuật khai thác mặt đường ô tô phải thể hiện
được tính năng sử dụng của mặt đường bao gồm 3 mặt: công năng, an toàn và kết cấu, bao gồm các chỉ tiêu:
- Độ bằng phẳng của mặt đường,
- Độ bám (độ nhám) của mặt đường,
- Cường độ và trạng thái của kết cấu mặt đường (mức độ nứt vỡ và hư hỏng)
Công việc quan trọng và đầu tiên của kỹ thuật khai thác mặt đường ô tô là đánh giá các thông số đặc trưng của mặt đường theo các tiêu chuẩn đã quy định, từ lúc nghiệm thu, đăng ký, kiểm tra, kiểm định, đến vạch kế hoạch và tiến hành công việc bảo trì, sửa chữa đường và các công trình trên đường
1 Các mức độ tiến hμnh công việc đánh giá tình trạng mặt đường
Đánh giá tình trạng của mặt đường để xác định mức độ phù hợp giữa chất lượng thực tế của đường với các chỉ tiêu kỹ thuật khai thác đường, từ đó lập kế hoạch, biện pháp công nghệ
Trang 2thích hợp cho công việc bảo trì, sửa chữa và tổ chức điều hành giao thông thích hợp Các mức
độ tiến hành công việc đánh giá tình trạng mặt đường được phân ra như sau:
1 Kiểm tra, xem xét thường xuyên do công nhân, kỹ thuật viên ở các đơn vị cơ sở của cơ
quan quản lý đường thực hiện;
2 Kiểm tra xem xét định kỳ do các nhóm chuyên môn ở các đơn vị quản lý đường bộ thực
hiện (hàng tháng hoặc hàng quý, hoặc hàng năm, hoặc sau và trước mùa mưa, bão);
3 Kiểm tra đột xuất: khảo sát, điều tra và kiểm tra đặc biệt và chi tiết các sự cố lớn của mặt
đường được tiến hành đột xuất, do các tổ, hội đồng gồm các thành phần có liên quan thực hiện
2 Đánh giá độ bằng phẳng của mặt đường
Tình trạng về độ bằng phẳng của mặt đường quyết định phần lớn chất lượng khai thác của
kết cấu mặt đường và chi phí vận doanh, được đánh giá bằng hệ số độ bằng phẳng của mặt
đường (hay còn gọi là hệ số phục vụ) Kbp
Hệ số độ bằng phẳng của mặt đường là tỷ số giữa độ gồ ghề giới hạn cho phép Sgh tương
ứng với mỗi loại mặt đường với độ gồ ghề thực tế của mặt đường đang xét
Kbp =
ttế
gh S
S
(1)
- Trị số độ gồ ghề Sttế được xác định bằng các thiết bị khác nhau, có thể quy đổi ra chỉ số
độ gồ ghề quốc tế (IRI) với đơn vị đo là m/km
- Trị số độ gồ ghề tương ứng cho mỗi cấp độ: tốt, trung bình, xấu và rất xấu được quy định
cho mỗi loại mặt đường theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế, m/km, xem bảng 1
- Trị số độ gồ ghề giới hạn cho phép Sgh của mặt đường nhựa và mặt đường bê tông xi
măng đang khai thác là 5,5 m/km, của mặt đường quá độ (đá dăm, cấp phối) là 9,5 m/km
Bảng 1
Trị số độ gồ ghề tương ứng cho mỗi cấp độ bằng phẳng
đối với mỗi loại mặt đường (IRI, m/km)
Chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI, m/km Mặt đường làm mới Mặt đường đang khai thác Cấp độ
bằng phẳng Cao tốc,
xa lộ
Mặt đường
bê tông nhựa,
bê tông xi măng
Mặt đường
bê tông nhựa,
bê tông xi măng
Mặt đường quá
độ (cấp phối đá,
đá dăm)
Mặt
đường đất Tốt
Trung bình
Xấu
Rất xấu
0 - 1,8 1,9 - 2,5
-
-
1,5 - 2,0 2,1 - 3,5
-
-
1,5 - 2,8 2,9 - 5,1 5,2 - 6,3
> 6,3
5 - 6,5 6,6 - 9,0 9,1 - 11,5
>11,5
8 - 10 10,1 - 14 14,1 - 16
>16 Cần khôi
phục lại độ
bằng phẳng
- - Sgh = 5,5 Sgh = 9,5 Sgh = 14,5
Trang 3Khi tiến hành xác định trị số độ gồ ghề IRI phải tuân theo các quy định về tiêu định thiết bị
máy móc, phương pháp đo, trình tự đo, xử lý số liệu tương ứng với từng loại thiết bị được mô tả
trong bảng hướng dẫn sử dụng máy kèm theo
Khi hệ số độ bằng phẳng Kbp < 1 (ứng với trị số Sgh của mỗi loại mặt đường đang khai thác)
thì phải tiến hành khôi phục lại độ bằng phẳng của mặt đường bằng công việc làm lớp láng nhựa
hoặc lớp bê tông nhựa mỏng hoặc siêu mỏng: sửa chữa vừa Đối với mặt đường cấp phối, đá
dăm, mặt đường đất thì phải san sửa lại toàn bề rộng mặt đường Khi hệ số độ bằng phẳng Kbp
tuy vẫn còn lớn hơn 1 nhưng chỉ số độ gồ ghề đo được nằm trong phạm vi cấp độ trung bình của
mỗi loại mặt đường thì phải tiến hành bổ khuyết những chỗ lồi lõm cục bộ, ổ gà giữ cho mặt
đường ở trạng thái khá, tốt: sửa chữa nhỏ và bảo trì
3 Đánh giá độ bám của mặt đường với bánh xe
Tình trạng trơn trượt của mặt đường (độ nhám) khi xe chạy được đánh giá bằng hệ số mức
độ bám của mặt đường Kbám
Hệ số mức độ bám của mặt đường Kbám là tỉ số giữa hệ số bám thực tế ϕttế của mặt đường
với bánh xe với hệ số bám của mặt đường quy định theo điều kiện an toàn tùy theo điều kiện
chạy xe ϕqđ:
Kbám =
qd
ttế ϕ
ϕ
Trị số ϕttế được xác định từ chiều dài hãm xe của một ô tô tiêu chuẩn chạy với vận tốc quy
định
- Theo cách tính toán hiện nay của Việt Nam ϕttế =
h
2
S 254
V 7 , 0 với V = 60 km/h
- Theo cách tính toán của ASTM - E445M - 88 ϕttế = SDN =
SD 255
V2 với V = 65 km/h
trong đó: V - vận tốc xe chạy trước khi hãm hoàn toàn, km/h;
Sh = SD - chiều dài hãm xe, m, trên mặt đường đã được tưới nước khoảng 0,6 l/m2
Trị số ϕqđ được quy định theo điều kiện an toàn, tuỳ điều kiện chạy xe dễ dàng, khó khăn
hay nguy hiểm (xem bảng 2)
Đối với mặt đường có độ nhám vĩ mô (khi độ sâu và khoảng cách các chỗ nhô lên lớn hơn 0,5
mm) thì có thể xác định độ bám một cách gián tiếp bằng chiều cao trung bình của vệt cát h và:
Kbám =
qd
ttế h
h
Trị số httế được xác định bằng phương pháp rắc cát (xem Tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN
65 - 84, Tiêu chuẩn ASTM - E965 - 87), mm
Trị số hqđ lấy theo bảng 3 (theo 22TCN65 - 84), mm
Trang 4Bảng 2
Trị số quy định tối thiểu của hệ số bám dọc ϕqđ của các loại mặt đường theo các điều kiện chạy xe (mặt đường ẩm, V = 60 km/h, xe tiêu chuẩn)
của mặt đường
thác đường
Khi nghiệm thu đường
I
Nguy hiểm (đối với
đường cao tốc; đường ô
tô cấp tốc độ thiết kế
≥ 80 km/h)
- Đường quanh co
- Đoạn đường cong có R < 150 m
- Đoạn có tầm nhìn nhỏ hơn quy định theo cấp đường
- Đoạn có độ dốc dọc trên 5%, dài trên 100 m
- Đoạn đường có chỗ giao nhau cùng mức, chỗ gần đèn tín hiệu giao thông
- Làn tăng, giảm tốc
- Đoạn đường thường bị sương mù, ẩm ướt
0,45 0,55
II
Khó khăn nguy hiểm (đối
với đường ô tô cấp tốc
độ thiết kế ≤ 60 km/h)
III
Dễ dàng
Không có những điều kiện chạy xe
Bảng 3
Quy định chiều sâu trung bình vệt cát H (mm) của mặt đường theo vận tốc thiết kế (22TCN - 65 - 84)
Khi hệ số mức độ bám của mặt đường Kbám < 1 thì phải tiến hành nâng cao độ nhám cho
mặt đường bằng các biện pháp khác nhau như:
+ Làm lớp tạo nhám lên mặt đường hiện hữu:
- Lớp bê tông nhựa siêu mỏng độ nhám cao (BBUM) dày 1,5 - 2 cm, cỡ hạt 0/6 gián đoạn
hoặc cỡ 0/10 gián đoạn, nhựa có phụ gia
- Lớp bê tông nhựa rất mỏng độ nhám cao (BBTM) dày 2 - 3 cm cỡ hạt 0/6 gián đoạn,
hoặc cỡ 0/14 gián đoạn, nhựa có phụ gia
+ Lớp bê tông nhựa rỗng, thoát nước (E.D) dày trung bình 4 cm, cỡ hạt 0/10 gián đoạn,
hoặc cỡ 0/14 gián đoạn, nhựa có phụ gia, độ rỗng > 20%
Trang 5+ Lớp bê tông nhựa phục hồi độ nhám và chống thấm: dày 2,5 cm; lớp bê tông nhựa chặt
có cỡ đá 0/6 liên tục, được găm cấy đá con cỡ 10/14 được gia công trước với 1 - 1,5% nhựa
+ Các loại láng mặt khác nhau (tưới nhựa, rải đá, lu lèn)
Sự chênh lệch giữa giá trị của hệ số bám ϕttế tại các vị trí khác nhau trên cả bề rộng mặt
đường không được khác nhau quá 0,1 (quy định đối với đường cao tốc, và đường ô tô cấp V ≥ 80 km/h) và không khác nhau quá 0,15 giữa mặt đường và phần lề gia cố
Kiểm tra đánh giá độ bám và độ nhám của mặt đường được tiến hành trên từng đoạn dài 1
km khi điều kiện chạy xe là bình thường; và trên từng đoạn nhỏ (nhỏ hơn 1 km) khi điều kiện xe chạy là khó khăn và nguy hiểm và trên những vị trí có khả năng hoặc đã xảy ra tai nạn giao thông
4 Đánh giá cường độ của kết cấu mặt đường
Khi dùng phương pháp thiết kế mặt đường theo Quy trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN
211 - 93 và Quy trình thiết kế áo đường cứng 22 TCN 223 - 95, để đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu mặt đường hiện hữu có thể dùng hệ số Kcđ
1 Đối với mặt đường mềm, hệ số cường độ Kcđ là tỷ số giữa mô đun đàn hồi thực tế của kết cấu mặt đường hiện hữu với mô đun đàn hồi yêu cầu
Kcd =
ycầu
ttế E
E
trong đó:
Ettế - mô đun đàn hồi thực tế của kết cấu mặt đường hiện hữu tại thời điểm đánh giá, daN/cm2 Ettế được xác định tại hiện trường bằng cần đo độ võng Benkelman và xe có tải trọng trục đơn 10 tấn, theo tiêu chuẩn 22 TCN - 251 - 98;
Eyc - mô đun đàn hồi yêu cầu theo lưu lượng và tải trọng xe tại thời điểm đang xét, theo tiêu chuẩn 22 TCN - 211 - 93, xem bảng 4, bảng 5
Bảng 4
Trị số mô đun đμn hồi yêu cầu của áo đường Trị số mô đun đμn hồi yêu cầu, daN/cm 2 tương ứng với lưu lượng xe chạy tính toán Loại tải trọng
Trang 6Bảng 5
Trị số mô đun đμn hồi yêu cầu tối thiểu của áo đường
Mô đun đàn hồi yêu cầu tối thiểu (daN/cm 2 )
áo đường Cấp hạng đường
1 Đường ô tô:
Cấp I
Cấp II
Cấp III
Cấp IV
Cấp V
Cấp VI
2 Đường đô thị:
- Đường cao tốc và trục chính toàn thành
- Đường chính khu vực
- Đường phố
- Đường công nghiệp và kho tàng
- Đường xe đạp, ngõ
1780
1570
1400
1270
1910
1530
1190
1530
980
1280
1150
980
770 Không quy định
1270
940
1270
720
720
550
680
1020
470
Cách phân đoạn, trình tự đo, yêu cầu của thiết bị đo, cách xử lý số liệu đo, tuân theo Tiêu chuẩn 22 TCN - 251 - 98
2 Đối với mặt đường cứng (bê tông xi măng), hệ số cường độ là tỷ số giữa cường độ chịu kéo khi uốn cho phép ở mặt dưới của tấm với ứng suất kéo khi uốn ở mặt dưới của tấm sinh ra dưới tác dụng của tải trọng và lưu lượng xe tại thời điểm đang xét
Kcd =
ktt ktt R
trong đó:
ktt
R - cường độ kéo khi uốn trung bình cho phép của bê tông xi măng ở mặt đáy của tấm, daN/cm2;
ktt
với Rku - cường độ chịu uốn giới hạn của bê tông xi măng ở 28 ngày tuổi, daN/cm2;
n - hệ số triết giảm cường độ tùy thuộc tổ hợp tải trọng tính toán thực tế;
ktt
σ - trị số trung bình của ứng suất kéo uốn ở mặt dưới của tấm bê tông xi măng xuất hiện dưới tác dụng của tải trọng xe:
ktt
σ =
2 tt h
P α
2 h M
Trang 7với: h - chiều dày tấm bê tông xi măng, cm; Ptt - tải trọng bánh xe tính toán đã nhân với hệ
số xung kích, daN/cm2; α - hệ số có trị số thay đổi tuỳ theo vị trí của tải trọng bánh xe và tỷ số
E/Emch và h/R; α là trị số lớn nhất trong 3 trị số α1, α2, α3 tương ứng với vị trí của tải trọng bánh
xe ở giữa tấm, cạnh tấm và góc tấm; E - mô đun đàn hồi của bê tông, daN/cm2; Echm - mô đun
đàn hồi chung trên mặt lớp móng nằm dưới tấm mặt đường bê tông xi măng, daN/cm2; R - bán
kính của diện tích vệt bánh xe tính toán, cm; ∑M - tổng mô men uốn sinh ra trong tấm bê tông
xi măng dưới tác dụng của tải trọng xe nặng cá biệt, daN.cm/cm;
- Dùng công thức (8) khi kiểm toán dưới tác dụng của xe nặng cá biệt
- Các tham số tính toán của các công thức từ 3.4 đến 3.8, xem ở TCVN 223 - 95
Do xác định, đo đạc trị số σktt dưới tấm bê tông xi măng khá phức tạp nên cho phép đánh
giá cường độ của kết cấu mặt đường cứng theo mô đun đàn hồi động và hệ số cường độ sẽ là tỉ
số giữa mô đun đàn hồi động thực tế của kết cấu mặt đường cứng với mô đun đàn hồi động yêu
cầu:
Kcd =
yc dh
dh E
tte E
trong đó:
tte
dh
E - trị số trung bình của mô đun đàn hồi động thực tế của kết cấu mặt đường cứng tại vị
trí vệt xe chạy (đã điều chỉnh do sự thay đổi khí hậu trong giai đoạn đo đạc và sự thay đổi nhiệt
độ trong ngày đêm), daN/cm2, đo bằng thiết bị chùy động lực đo lún đàn hồi có thời gian tác
dụng lực là 0,02 s và lực tác dụng là 5 ữ 6 daN/cm2;
yc
dh
E - trị số trung bình của mô đun đàn hồi động yêu cầu tại vệt bánh xe chạy, phụ thuộc
vào tổng số trục xe tính toán N và chiều dày h của tấm mặt đường bê tông xi măng, daN/cm2,
xem bảng 6
Bảng 6
Mô đun đμn hồi động yêu cầu Eycdh của kết cấu mặt đường cứng tại vị trí vệt xe chạy, daN/cm 2
Chiều dμy tấm bê tông xi măng h, cm Tổng số trục xe tính toán N chạy qua
Khi hệ số cường độ Kcđ < 1 thì phải tiến hành gia cường kết cấu mặt đường: sửa chữa lớn
hoặc làm lại, nâng cấp đường
Trong mọi trường hợp không được để cho Kcđ < 0,80 Nếu chưa có thể gia cường kết cấu
mặt đường thì phải hạn chế xe chạy, nhất là xe nặng
Trang 8Khi dùng phương pháp thiết kế mặt đường nên theo Hướng dẫn AASHTO, để đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu mặt đường hiện hữu phải dùng đến "Chỉ số kết cấu hiện hữu Sneff" của mặt đường hiện tại [2]
5 Đánh giá mức độ các hư hỏng ở bề mặt của mặt đường
Ngoài việc đo đạc, xác định các hệ số đặc trưng chất lượng của mặt đường bằng các thiết
bị, máy móc đã nói ở các mục từ 2 đến 4, còn cần phải xem xét, đánh giá mức độ của các loại hình hư hỏng ở bề mặt của mặt đường chủ yếu sau: nứt, vỡ, lún, vết hằn bánh xe, dồn sóng, bong bật, ổ gà v.v [2]
6 Tiêu chuẩn tổng hợp đánh giá chất lượng khai thác mặt đường
Trên cơ sở 4 tiêu chuẩn đã được trình bày trên, xin kiến nghị hệ tiêu chuẩn tổng hợp để
đánh giá, phân loại mặt đường phục vụ cho công tác tổ chức khai thác, duy tu sửa chữa mặt
đường (xem bảng 7)
Bảng 7
Phân loại đường Kết cấu mặt đường
Phân loại đường
cấp phối
1 Loại đặc biệt
Loại đường cấp cao, làm mới, có cải tạo nâng cấp, có sơn kẻ
vạch làn, có dải phân cách, có điện chiếu sáng từng đoạn cần
thiết
2 Loại tốt
- Là những đường có nền đường ổn định, không sạt lở, bề rộng
như ban đầu, cống rãnh thông suốt không hư hỏng Mặt đường
còn nguyên mui luyện, không rạn nứt, không có cao su
3 Loại trung bình
- Nền đường ổn định, không sạt lở, còn nguyên bề rộng, cống
rãnh thông suốt không hư hỏng Mặt đường còn nguyên mui
luyện, không rạn nứt lớn, đã xuất hiện cao su sình lún nhưng
diện tích không quá 0.50%, chỉ rạn nứt dăm (bề rộng vết nứt <=
0,3 mm) và chỉ nứt trên từng vùng 2 - 3 m 2
Trang 9- ổ gà, cóc gặm tối đa 0.0% 0.3 % 1.0 %
4 Loại xấu
- Nền đường bị sạt taluy, lề dường bị vẹt lún, mặt đường bị rạn
nứt liên tục nhưng bề rộng vết nứt > 0,3 mm đến 3 mm Đồng
thời xuất hiện cao su sình lún mặt đường từ 0,6^ - 1 %
5 Loại rất xấu
- Nền đường bị võng, taluy nền sạt lở Mặt đường rạn nứt nặng,
vết nứt dày và lớn hơn 3 mm
- Với mặt đừơng láng nhựa, đá dăm, cấp phối bắt đầu bong bật
từng vùng
Lưu ý: Các diện tích cao su, ổ gμ tính theo diện tích cả năm (cả phần đã vá sửa vμ phần đang
tồn tại)
Các tiêu chuẩn kỹ thuật nêu trên đã thể hiện được tính năng sử dụng của mặt đường trên 3 mặt: công năng, an toàn và kết cấu Phương pháp đo, thí nghiệm xác định các thông số đặc trưng của các chỉ tiêu kỹ thuật khai thác mặt đường phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo tính hiện đại đem lại kết quả tin cậy về mặt kỹ thuật, đồng thời giảm được chi phí lao động, vật tư và năng lượng
Xây dựng hệ tiêu chuẩn kỹ thuật đánh giá chất lượng khai thác đường ôt ô nói chung và mặt đường là một vấn đề lớn, đòi hỏi nhiều công sức và kinh phí Trong khi chờ đợi một tiêu chuẩn ngành ban hành, hệ tiêu chuẩn kiến nghị trên có thể dùng tham khảo để đánh giá chất lượng khai thác mặt đường ô tô
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Huy Thập Khai thác đường ô tô Trường Đại học GTVT Hà Nội, 1981
[2] Trần Đình Bửu, Nguyễn Huy Thập Tiêu chuẩn kỹ thuật khai thác đường ôt ô (Phần Quốc lộ) (Dự thảo)
Hà Nội, 2000
[3] Nguyễn Văn Chử Nghiên cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật đánh giá chất lượng khai thác mặt đường ô tô,
luận văn thạc sĩ KHKT Hà Nội, 2001 Ă
