Bài giảng quản lý khai thác công trình giao thông

Chất lượng của ñất và các loại vật liệu Chất lượng của ñất và các loại vật liệu ñóng một vai trò quan trọng, một mặt ñối với kết cấu áo ñường, mặt khác ñối với lớp mặt chịu tác dụng của

MỤC LỤC

Chương 1 Những vấn ñề chung 3

1.1 Sự cần thiết và tầm quan trọng của bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô 3

1.2 Hiện trạng giao thông vận tải ñường bộ Việt Nam 4

1.3 Phân loại công tác bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô 5

1.3.1 Bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên và bảo dưỡng sửa chữa ñịnh kỳ 5

1.3.2 Bảo dưỡng dự phòng và bảo dưỡng sửa chữa 6

Chương 2 Biến dạng và hư hỏng của nền, mặt ñường Các yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng khai thác ñường 7

2.1 Những nhân tố gây ra sự biến dạng và xuống cấp ñường ô tô 7

2.1.1 Môi trường vật chất của ñường ô tô 7

2.1.2 Chất lượng kỹ thuật của ñồ án thiết kế và chất lượng thi công 7

2.1.3 Ảnh hưởng của lưu lượng và tải trọng xe 8

2.2 Những hư hỏng và biến dạng nền, mặt ñường và các công trình trên ñường 9

2.2.1 Đối với mặt ñường nhựa 9

2.2.2 Đối với mặt ñường bê tông xi măng 16

2.2.3 Đối với các công trình trên ñường 17

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng khai thác ñường 18

2.3.1 Chất lượng cường ñộ của kết cấu mặt ñường 18

2.3.2 Chất lượng chạy xe của mặt ñường 19

2.3.3 Năng lực chống trơn trượt 20

Chương 3 Đánh giá chất lượng khai thác của ñường 21

3.1 Đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu mặt ñường 21

3.1.1 Phương pháp phá hoại kết cấu 21

3.1.2 Phương pháp ñánh giá không phá hoại kết cấu 21

3.2 Đánh giá chất lượng xe chạy thông qua ñộ bằng phẳng 31

3.2.1 Loại thiết bị ño mặt cắt 32

3.2.2 Thiết bị ño thuộc loại tạo phản ứng 34

3.2.3 Chỉ số ñộ gồ ghề quốc tế IRI 35

3.3 Đánh giá năng lực chống trơn trượt của mặt ñường 38

3.3.1 Các phương pháp thí nghiệm ñánh giá cấu trúc nhám mặt ñường 38

3.3.2 Đo xác ñịnh hệ số sức cản ma sát của mặt ñường 41

3.3.3 Chỉ số sức kháng trượt quốc tế IFI (Intemational Friction Index) 43

Chương 4 Đánh giá mức ñộ an toàn giao thông trên ñường 46

4.1 Ảnh hưởng của ñiều kiện ñường ñến an toàn xe chạy 46

4.1.1 Các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông 46

4.1.2 Những nguyên nhân thuộc ñiều kiện ñường 46

4.1.3 Các biện pháp ñể hạn chế tai nạn giao thông 48

4.2 Các phương pháp ñánh giá mức ñộ an toàn giao thông trên ñường 48

4.2.1 Phương pháp dựa vào hệ số tai nạn 48

4.2.3 Phương pháp dựa vào hệ số an toàn 50

Chương 5 Kiểm tra và ñánh giá phân loại chất lượng kỹ thuật công trình 51

K H

O A

CA

U D

U O

N G

- D

H X

D M

T

5.1 Khái niệm 51

5.2 Nguyên tắc chung trong việc kiểm tra, ñánh giá chất lượng kỹ thuật công trình 51

5.3 Đo ñạc kiểm tra biến dạng và mặt bằng kết cấu nhịp cầu 52

5.4 Các dạng hư hỏng và nguyên nhân xuất hiện hư hỏng trong các bộ phận kết cấu cầu 52

5.4.1 Kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép 52

5.4.2 Mố trụ, gối cầu 53

Chương 6 Thử nghiệm cầu 54

6.1 Các vấn ñề chung về thử nghiệm cầu 54

6.2 Thử tải cầu với tải trọng tĩnh và tải trọng ñộng 54

6.3 Thí nghiệm xác ñịnh các ñặc trưng cơ học và chất lượng của vật liệu kết cấu 55

6.4 Các thiết bị và cách bố trí khi thử nghiệm cầu 55

6.4.1 Tenzomet ñể ño ứng suất 55

6.4.2 Các máy ño võng và ño chuyển vị thẳng 59

6.4.3 Dụng cụ ño góc xoay 60

6.5 Xử lý phân tích kết quả thử nghiệm và ñánh giá, kết luận về chất lượng kỹ thuật của cầu .61

Chương 7 Đánh giá năng lực chịu tải của cầu ñã qua khai thác 62

7.1 Khái niệm chung 62

7.2 Đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép và mố trụ 62

Chương 8 Sửa chữa và tăng cường cầu 63

8.1 Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa và tăng cường nhịp cầu bê tông cốt thép 63

8.2 Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa và tăng cường cầu, mố trụ cầu 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

K H

O A

CA

U D

U O

N G

- D

H X

D M

T

Chương 1 Những vấn ñề chung

1.1 Sự cần thiết và tầm quan trọng của bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô

Có thể nói rằng, tất cả mọi con ñường vừa mới làm xong ñã bắt ñầu suy giảm chất lượng

vì những tác hại trùng phục của cường ñộ vận chuyển và các nhân tố thiên nhiên Nhất là ñối với các tuyến ñường có lớp mặt ñơn giản chưa ñược xử lý bằng nhựa, quá trình suy giảm này thường diễn ra một cách nhanh chóng

Hàng năm khối lượng vận chuyển hàng hóa không ngừng tăng lên, lượng xe chạy càng nhiều, tỉ lệ xe nặng càng lớn, do ñó ñường sá và công trình trên ñường càng chịu tác dụng nhiều của tải trọng xe

Các yếu tố khí hậu thường xuyên tác dụng lên công trình ñường sá làm cho chất lượng ñường không ổn ñịnh theo các mùa trong năm, tạo ñiều kiện cho việc phát sinh các hiện tượng biến dạng, hư hỏng

Một vấn ñề cơ bản cần lưu ý là không có một con ñường nào tồn tại tốt ñược vĩnh viễn dù

ñã ñược xây dựng ñạt chất lượng cao Những tuyến ñường có lớp kết cấu mặt ñường ở cấp hạng cao cũng không thoát khỏi thông lệ này

Từ các nguyên nhân trên, chúng ta thấy ñược sự cần thiết phải bảo dưỡng sửa chữa ñường

ô tô và các công trình trên ñường nhằm cho phép hạn chế quá trình suy giảm chất lượng trong những giới hạn có thể chấp nhận ñược

Việc xem nhẹ vai trò của công tác bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô sẽ sớm hay muộn phải trả giá bằng những chi phí lớn hơn rất nhiều vì phải sửa chữa lớn hoặc xây dựng lại toàn bộ công trình

Một công trình nghiên cứu của Ngân hàng thế giới (WB) ñã ước tính phải cần 90 tỷ USD

là ít nhất ñể ñủ chi phí cho sửa chữa và giữ gìn ñược hệ thống ñường ô tô của 85 nước ñã vay

nợ của WB ñể làm ñường (Hệ thống ñưòng ôtô này chỉ kể ñến những tuyến ñường chính yếu: 1.000.000 km mặt ñường nhựa và 800.000 km mặt ñường chưa ñược xử lý bằng nhựa - tính ñến 1985)

Nếu như công tác quản lý, bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô không ñược quan tâm ñúng mức thì sẽ gây ra các tác hại nghiêm trọng:

- Tổn phí và nhu cầu về tài chính rất lớn Ngoài ra, những tổn phí mà ngành quản lý ñường

sá phải gánh chịu không thấm vào ñâu so với tổn thất chung tổng cộng: Những người sử dụng ñường phải lái xe trên những ñường xấu chịu những tổn thất lớn hơn nhiều Sau nữa, giá thành vận tải tăng cao, hạn chế sự liên kết các thị trường kinh tế và làm giảm bớt sinh lực của các hoạt ñộng phụ thuộc vào vận tải ñường bộ

- Sự suy giảm chất lượng của ñường ô tô tăng nhanh theo thời gian Hiện tượng này làm cho người ta chưa kịp nhận thức ñược sự cần thiết của một ñợt bảo dưỡng sửa chữa thì tình trạng chất lượng ñã suy giảm rõ rệt tới mức ñòi hỏi phải khôi phục lại hoặc làm lại ñường với tổn phí lớn hơn nhiều Vì vậy, ñiều rất quan trọng là phải nhận biết ñược kịp thời nhu cầu cần sửa chữa

- Do sự xuống cấp của công trình nên có thể ảnh hưởng nghiêm trọng ñến tình hình an toàn giao thông

Do vậy cần phải có sự quan tâm ñúng mức ñến công tác bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô ñể ñảm bảo công trình ñủ khả năng phục vụ Đồng thời cơ quan quản lý ñường ô tô cần phải chịu nhiều sức ép từ các cơ quan tổ chức xã hội hơn cũng như là từ các luồng dư luận ñể vai trò của việc bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô ñược quan tâm ñúng mức

1.2 Hiện trạng giao thông vận tải ñường bộ Việt Nam

+ Đường nối từ thủ ñô Hà Nội tới các thành phố trực thuộc Trung ương, tới trung tâm hành chính các tỉnh

+ Đường từ trục chính ñến các cửa khẩu quốc tế, cửa khẩu chính, các khu công nghiệp + Đường nối liền trung tâm hành chính từ 3 tỉnh trở lên

- Hệ thống ñường tỉnh là trục ñường trong ñịa bàn 1 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương bao gồm ñường nối từ thành phố hoặc trung tâm hành chính của tỉnh tới trung tâm hành chính của huyện và nối ñến trung tâm hành chính các tỉnh lân cận

- Hệ thống ñường huyện là ñường nối từ trung tâm hành chính huyện tới các trung tâm hành chính xã hoặc cụm xã và nối trung tâm hành chính các huyện lân cận

- Hệ thống ñường xã là ñường nối từ trung tâm hành chính các xã ñến các thôn xóm và nối giữa các xã với nhau

- Hệ thống ñường ñô thị là ñường giao thông nằm trong nội ñô, nội thị của thành phố, thị

xã, thị trấn

- Hệ thống ñường chuyên dùng là ñường nội bộ chuyên phục vụ cho việc vận chuyển, ñi lại của một hoặc nhiều cơ quan, doanh nghiệp, tư nhân

b Quản lý, bảo trì ñường bộ

Theo tính toán của Tổng cục ĐBVN tại thời ñiểm 31/12/2011, dựa trên cơ sở Đề án “Nhu cầu vốn cho quản lý bảo dưỡng hệ thống ñường quốc gia” ñã ñược Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, nhu cầu vốn quản lý, bảo dưỡng một năm cho quốc lộ hiện cần 6.700 tỉ ñồng, cho ñường ñịa phương cần 5.500 tỉ ñồng (chỉ tính cho ñường tỉnh, ñường huyện và ñường ñô thị) Hiện với ngân sách Nhà nước cấp trên 3.000 tỉ ñồng mỗi năm, mới chỉ ñáp ứng gần 50% nhu cầu quản lý, bảo dưỡng cho quốc lộ và tùy ngân sách từng ñịa phương chỉ ñáp ứng khoảng 20% nhu cầu quản lý, bảo dưỡng ñường ñịa phương

Do ñó tình trạng sửa chữa hiện nay mang tính chấp vá, chỉ ứng cứu những ñoạn hư hỏng

mà không thực hiện ñược sửa chữa ñúng ñịnh kỳ Cầu ñường ñã ñến kỳ sửa chữa nhưng không

có vốn nên xuống cấp rất nhanh

c Hiện trạng mạng lưới ñường bộ

Trong thời gian qua, cùng với sự chuyển ñổi cơ cấu nền kinh tế từ tập trung sang thị thường nên nhu cầu về vận chuyển bằng ñường bộ không ngừng tăng lên Do ñó Nhà nước ñã quan tâm ñầu tư xây dựng một số tuyến mới, cải tạo nâng cấp một số tuyến ñang khai thác, nên chất lượng của mạng lưới ñường bộ ñược cải thiện rõ rệt, ví dụ như ñã xây dựng các tuyến ñường cao tốc như Tp Hồ Chí Minh – Trung Lương, Pháp Vân - Cầu Giẽ - Ninh Bình, Đại lộ Thăng Long (Láng - Hòa Lạc) với quy mô từ 4 ñến 6 làn xe chạy và 2 làn dừng khẩn cấp

Hiện nay Việt Nam ñã ñưa vào khai thác sử dụng khoảng 150km Theo kế hoạch ñến năm

2015 xây dựng khoảng 600km ñường cao tốc, ñang triển khai các dự án: Đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên, Hà Nội - Hải Phòng, Hà Nội - Lào Cai, ñường vành ñai III giai ñoạn 2, thành phố Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây và ñang chuẩn bị các dự án: Đường cao tốc

Đà Nẵng - Quảng Ngãi, Dầu Giây - Phan Thiết, Bến Lức - Long Thành, Trung Lương - Mỹ Thuận và Mỹ Thuận - Cần Thơ

Trong ñó, Suất ñầu tư ñường cao tốc 4 làn xe khu vực ñồng bằng bình quân là: 16,63 triệu USD/1km Khu vực miền núi, trung du là: 9,42 triệu USD/1km Khu vực miền Trung là: 10,56 triệu USD/km Suất ñầu tư ñường cao tốc 6 làn xe khu vực ñồng bằng là: 23,1 triệu USD/1km Tất cả chi phí cao gấp 1,4 – 1,6 lần so với các nước khác

Hình 1.1 Cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ - Ninh Bình

Định hướng ñến năm 2020 thì sẽ nâng cấp, xây dựng mới cá tuyến như: Quốc lộ 1 từ Hữu Nghị Quan (Lạng Sơn) ñến Năm Căn (Cà Mau), dài 2.434 km, hoàn thi ện toàn tuyến ñạt tiêu chuẩn ñường cấp III, 2 làn xe; Đường Hồ Chí Minh từ Pác Pó (Cao Bằng) ñến Đất Mũi (Cà Mau), dài 3.167 km; Tuyến cao tốc Bắc Nam gồm 2 tuyến với chiều dài 3.262 km; Đường bộ ven biển từ Quảng Ninh ñến Kiên Giang, dài khoảng 3.127 km; Đường hành lang biên giới hình thành dọc biên giới với Trung Quốc, Lào, Campuchia, từ Quảng Ninh ñến Kiên Giang, dài khoảng 4.432 km

d Vận tải ñường bộ

Năm 2002, khối lượng hành khách vận chuyển ñường bộ trong nước chiếm khoảng 80%

và khối lượng hàng hóa vận chuyển chiếm khoảng 60% so với các loại phương tiện vận tải khác

Năm 2010, ngành Đường bộ vận chuyển ñược 2.240 triệu lượt hành khách bằng 115% so với năm 2009, khối lượng luân chuyển 63.419,9 triệu hành khách.km bằng 113,5% so với

2009 Vận tải khách trên ñường bộ chiếm 91,5 %, các loại hình vận tải còn lại chiếm 8,5% Khối lượng vận chuyển hàng hóa ñược 526.539,3 nghìn tấn bằng 113,1% so với so với năm trước, khối lượng luân chuyển 23.894,4 triệu tấn.km bằng 114,3% so với năm trước Vận tải hàng hóa ñường bộ chiếm 75%, các loại hình vận tải còn lại chiếm 25%

1.3 Phân loại công tác bảo dưỡng sửa chữa ñường ô tô

1.3.1 Bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên và bảo dưỡng sửa chữa ñịnh kỳ

Công tác bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên bao gồm các nhiệm vụ chăm sóc, giữ gìn ñề phòng hư hỏng và sửa chữa các hư hỏng nhỏ nhằm duy trì tình trạng tốt sẵn của con ñường, loại công tác này là những công việc cụ thể không phức tạp, không lớn, song lại rất quan trọng, phải làm một hoặc nhiều lần trong một năm

Công tác bảo dưỡng sửa chữa ñịnh kỳ gồm những nhiệm vụ quan trọng hơn phải làm với những khoảng cách thời gian dài hơn, bao gồm:

- Các cơng việc sửa chữa các hạng mục theo định kỳ thời gian qui định về trung tu (cịn gọi là sửa chữa vừa) nhằm sửa chữa một số bộ phận của cơng trình cho đúng tiêu chuẩn kỹ thuật quy định, thường thì hai năm phải trung tu một lần

- Các cơng việc sửa chữa các hạng mục theo định kỳ thời gian qui định về đại tu (cịn gọi

là sửa chữa lớn), gồm các cơng việc mang tính tổng hợp và tồn diện nhằm sửa chữa tất cả những hư hỏng của một đoạn đường dài hoặc của một cơng trình kỹ thuật nhằm khơi phục khả năng thiết kế ban đầu của cơng trình, đơi khi cĩ kết hợp nâng cao tiêu chuẩn một vài bộ phận của cơng trình Cơng việc này tiến hành sau khi cơng trình đã trải qua một hay hay nhiều lần trung tu

Ngồi ra cịn cĩ sửa chữa đột xuất, bao bồm những cơng việc phải sửa chữa nhưng khơng thể dự đốn trước được, nguyên nhân cĩ thể do thiên tai hay sự cố do con người gây nên (vơ ý hay cố ý) Cơng tác này phải được xử lý gấp với khả năng sẵn cĩ của đơn vị trực tiếp quản lý cơng trình, đồng thời báo cáo lên cơ quan lãnh đạo trực tiếp cĩ liên quan để cĩ biện pháp xử lý triệt để và trợ giúp nếu cần thiết

Ví dụ như kết quả thực hiện năm 2011:

1.3.2 Bảo dưỡng dự phịng và bảo dưỡng sửa chữa

Cũng cịn cĩ một cách phân loại cổ điển nữa:

- Bảo dưỡng dự phịng là những sự can thiệp dự phịng cĩ mục đích, một mặt tránh sự phá hỏng chất lượng kết cấu mặt đường, để chuẩn bị dự phịng cho mặt đường phải chịu một cường độ vận chuyển cao hơn cĩ thể dự đốn trước được, mặt khác để duy trì một cách hầu như liên tục một trình độ phục vụ êm thuận nhất định

- Bảo dưỡng sửa chữa là những sự can thiệp sửa chữa cĩ mục đích khắc phục một tình trạng thiếu kém về kết cấu hay về bề mặt, sau khi đã thấy xuất hiện những hư hỏng quan trọng

Vá ổ gà là loại cơng việc điển hình cho cơng tác bảo dưỡng sửa chữa

Chương 2 Biến dạng và hư hỏng của nền, mặt ñường Các yếu tố ảnh hưởng ñến

chất lượng khai thác ñường

2.1 Những nhân tố gây ra sự biến dạng và xuống cấp ñường ô tô

Ngay từ khi mới hoàn thành và ñược ñưa vào sử dụng, con ñường ñã bắt ñầu quá trình suy giảm chất lượng Sự suy giảm này ñược biểu thị bằng những sự biến dạng, hư hỏng rất rõ ràng trên các con ñường có cấp hạng thấp, mặt ñường cấu tạo ñơn giản chưa ñược xử lý bằng nhựa,

và kém rõ ràng hơn trên các con ñường có cấp hạng cao hơn ñã ñược phủ nhựa sự xuống cấp

về chất lượng của ñường ô tô là do chịu tác ñộng của các nhân tố sau:

2.1.1 Môi trường vật chất của ñường ô tô

Đối với ñường ôtô, môi trường vật chất bao gồm: Khí hậu, chất lượng vật liệu xây dựng nền ñường (ñất), của vật liệu xây dựng mặt ñường và sự có mặt của cây cối bên ñường, các nhân tố này ñóng một vai trò quan trọng trong sự phát sinh và phát triển quá trình suy giảm chất lượng ñường ô tô

- Ánh nắng mặt trời có ảnh hưởng không tốt tới cường ñộ của vật liệu làm mặt ñường, sự thay ñổi của nhiệt ñộ trong ngày có thể làm cho mặt ñường co giãn, thể tích thay ñổi không ñều làm cho mặt ñường nứt nẻ, ví dụ như mặt ñường nhựa thì có thể trở nên mềm, dẻo, mặt ñường phát sinh làn sóng, lún, vệt hằn bánh xe, chảy nhựa mặt ñường hay nhanh chóng hóa già, dòn làm mặt ñường nứt gãy; Còn với mặt ñường bê tông xi măng thì do sự thay ñổi nhiệt

ñộ lớn nên có thể gây ra ứng suất nhiệt làm nứt mặt ñường

- Gió có khi lại gây khó khăn cho thi công Ví dụ: có thể nhiệt ñộ ngoài trời khá cao, gió vẫn làm nguội các tia nhựa trong lúc rải nhựa làm giảm tính dính bám của nhựa với ñá, mặt khác khi ñang tưới nhựa mà mặt ñá bị gió thổi làm cho bị phủ một lớp bụi mỏng, lớp bụi mỏng này làm nhựa kém dính bám với ñá Gió cũng làm cho mặt ñường bê tông nhựa nhanh bị nguội, nếu không lu lèn kịp thời thì sẽ không ñảm bảo ñộ chặt Với mặt ñường bê tông xi măng, gió làm cho mặt ñường mất nước quá nhanh ngay sau khi ñổ bê tông gây ra hiện tượng nứt dẻo, hay gió có thể thổi các hạt vật liệu rời rạc ở phần lề ñất không gia cố

b Chất lượng của ñất và các loại vật liệu

Chất lượng của ñất và các loại vật liệu ñóng một vai trò quan trọng, một mặt ñối với kết cấu áo ñường, mặt khác ñối với lớp mặt chịu tác dụng của bánh xe chạy

- Loại ñất dùng ñể ñắp nền ñường phải phù hợp, có khả năng chịu lực tốt, dễ ñầm lèn, trạng thái của ñất ít thay ñổi khi ñộ ẩm biến ñổi nhiều (ñất cát, á cát), ít bị trương nở hoặc co ngót nhiều khi bị thay ñổi lớn về ñộ ẩm (ñất hữu cơ, ñất sét, ñất bazan)

- Vật liệu dùng làm kết cấu mặt ñường, ví dụ như yêu cầu về thành phần hạt, khả năng chịu mài mòn, hàm lượng bụi sét, chỉ số dẻo, cường ñộ…

2.1.2 Chất lượng kỹ thuật của ñồ án thiết kế và chất lượng thi công

Đồ án thiết kế ñường không ñảm bảo các yêu cầu kỹ thuật có thể gây ảnh hưởng xấu, làm cho mặt ñường chóng suy giảm chất lượng Ví dụ:

- Nếu thiết kế kết cấu áo ñường không ñặt ñược áo ñường ở trên mực nước sẽ có thể làm cho mặt ñường sớm bị hư hỏng

- Sự thiếu quan tâm ñến các công trình chống xói các rãnh thoát nước hai bên có thể dẫn ñến hỏng dần rồi phá hoại hai bên lề ñường

- Một kết cấu áo ñường quá mỏng thiết kế trên một nền ñất yếu dẫn ñến sự hư hỏng nhanh chóng của mặt ñường

- Ở những nơi có mực nước ngầm cao hoặc những nơi thường xuyên ngập nước không nên dùng ñất ñắp nền là ñất sét hoặc có hàm lượng sét cao

- Thiết kế ñộ dốc mái ta luy không phù hợp

Về phương diện thi công và chế tạo vật liệu, những sai sót chính có thể dẫn ñến rút ngắn tuổi thọ của con ñường là:

- Thi công không ñúng ñộ dốc mái ta luy

2.1.3 Ảnh hưởng của lưu lượng và tải trọng xe

Sự hoạt ñộng qua lại nhiều lần của các trục xe làm áo ñường bị bào mòn trên mặt và dưới tác dụng trùng phục ñó sẽ phát sinh hiện tượng mỏi trong kết cấu

a Hiện tượng mài mòn

Sự mài mòn lớp mặt xảy ra chủ yếu là do lực tiếp tuyến gây ra bởi bánh xe Lực tiếp tuyến làm bong bật các hạt ñá mặt ñường không rải nhựa, ñối với mặt ñường láng nhựa và bê tông nhựa thì nó làm nhẵn mặt các viên ñá

b Hiện tượng mỏi

Sự mỏi của mặt ñường có nguyên nhân từ các lực thẳng ñứng do truyền tải và các lực kéo nén tác dụng lên kết cấu mặt ñường, ñồng thời trong bề dày áo ñường sự ma sát lặp ñi lặp lại giữa các hạt ñá dẫn ñến tác dụng làm vụn dần mặt ñá, sản sinh ra các hạt bụi nhỏ và làm tăng tính dẻo của phối liệu Điển hình của hiện tượng mỏi ñó là sự phát sinh những vết nứt dọc và nứt ngang khi mặt ñường phải làm việc quá giai ñoạn ñàn hồi của nó

Hiện tượng mỏi xuất hiện phổ biến trên các ñường nhựa, do sự không liên tục trong cấp phối của vật liệu và sự diễn biến khác nhau giữa một bên là móng ñường và nền ñường với một bên là lớp trên mặt ñường

c Tác ñộng của tải trọng xe tới ñộ bền của kết cấu nền – mặt ñường

Toàn bộ tải trọng chất trên xe ñược phân bố qua các trục ñể thông qua bánh xe truyền trực tiếp tải trọng xuống mặt ñường Tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe với mặt ñường, căn cứ vào tải trọng, ñộ cứng của bánh xe và ñộ cứng của mặt ñường mà diện tích truyền áp lực xuống có thể lớn hay nhỏ, ảnh hưởng trực tiếp ñến sự chịu tải của các lớp kết cấu mặt ñường và của nền ñường

Hình 2.1 Sơ ñồ mô tả trạng thái ứng suất của nền – mặt ñường

dưới tác dụng của tải trọng bánh xe

Nếu ñường có các phương tiện với mức ñộ trọng tải không hợp lý, quá khả năng chịu tải thì sẽ gây hư hỏng cho kết cấu mặt ñường và các công trình cầu cống trên ñường

2.2 Những hư hỏng và biến dạng nền, mặt ñường và các công trình trên ñường

2.2.1 Đối với mặt ñường nhựa

- Đường quá hẹp do vậy phương tiện giao thông thường phải ñi lấn ra mép ñường

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Mức ñộ hư hỏng sẽ tăng nhanh vào mùa mưa

- Đường hẹp sẽ gây nguy hiểm

Hình 2.2 Sơ ñồ ñịnh nghĩa hư hỏng "Cóc gặm"

Tải trọng bánh xe Tải trọng bánh xe

áp lực do tải trọng xe tác dụng lên nền ñường

KCMĐ

Nền ñất

1- Mặt ñường có ñộ cứng nhỏ 2- Mặt ñường có ñộ cứng lớn 3-

Hình 2.3 Hư hỏng "Cóc gặm"

b Hiện tượng nứt lớn

Hiện tượng nứt lớn là hiện tượng mặt ñường xuất hiện các vết nứt có bề rộng > 5 mm Các vết nứt lớn có thể xuất hiện dưới các dạng nứt dọc, nứt ngang, nứt hình Parabol, nứt chéo hoặc nứt ngoằn ngoèo Các vết nứt này có thể xuất hiện ñơn lẻ hoặc song song với nhau

Hình 2.4 Hư hỏng nứt lớn Phương pháp ño: Các vết nứt lớn (rộng > 5 mm) ñược ño bằng thước ño ñộ rộng vết nứt hoặc bất cứ dụng cụ nào phù hợp có vạch chia 5 mm Chiều dài của mỗi vết nứt lớn cần ñược cộng dồn trong phạm vi mỗi phân ñoạn hư hỏng và ñược ghi vào mẫu biểu Đơn vị ño: m

Lưu ý: Tổng chiều dài của các vết nứt lớn có thể vượt quá chiều dài của một phân ñoạn nếu có một số lượng lớn các vết nứt chạy song song dọc theo phân ñoạn ñó

Nứt dọc Nứt ngang Nứt Parabol Nứt chéo Nứt ngoằn nghèo

+ Khi móng hoặc nền ñất quá yếu, có ñộ ẩm lớn hay ñầm không ñủ ñộ chặt dẫn ñến các vết nứt dọc theo vệt bánh xe

- Nứt ngang:

+ Khi thi công mặt ñường bê tông nhựa không ñảm bảo chất lượng của mối nối mối nối ngang

+ Nứt lan truyền từ dưới lên trên

- Nứt parabol: xuất hiện chủ yếu ở những chỗ có lực ngang như lực hãm, lực li tâm lớn (nút giao thông, cuối ñoạn dốc lớn, ñường cong bán kính nhỏ…) mà lớp mặt lại kém dính kết với lớp móng

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Giảm cục bộ hoặc toàn bộ chất lượng kết cấu mặt ñường

- Làm cho nước mặt ngấm xuống kết cấu mặt ñường hoặc nền ñất làm giảm cường ñộ của chúng

- Nếu không sửa chữa kịp thời có thể sẽ phát triển thành nứt lưới

c Hiện tượng nứt lưới

Hiện tượng nứt lưới là hiện tượng một loạt các vết nứt ñan xen nhau trên lớp mặt, ñôi khi dạng nứt này tạo ra các hình ña giác lớn với các góc nhọn Hiện tượng nứt lưới có thể xuất hiện dưới dạng nứt da cá sấu, nứt nối tiếp hoặc liên kết, nứt hình chữ nhật

Hình 2.5 Các dạng nứt lưới Phương pháp ño: Đo diện tích hình chữ nhật bao quanh khu vực bị nứt lưới Diện tích của mỗi khu vực nứt lưới ñược cộng dồn trong phạm vi mỗi phân ñoạn hư hỏng và ñược ghi vào mẫu thích hợp (kết quả lấy tròn số) Đơn vị ño: m2

Lưu ý: Tổng diện tích của khu vực nứt lưới không thể vượt quá diện tích mặt ñường của phân ñoạn ñó

Các nguyên nhân chính:

- Các vết nứt lớn và các vệt lún không ñược sửa chữa kịp thời

- Chiều dày mặt ñường hoặc cường ñộ mặt ñường thiếu

- Lưu lượng xe lớn với nhiều xe nặng

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Làm cho nước mặt ngấm xuống kết cấu mặt ñường hoặc nền ñất làm giảm cường ñộ của chúng

Nứt nối tiếp Nứt hình chữ nhật

Nứt liên kết Nứt da cá sấu

- Mất lớp mặt và sau ñó ổ gà có thể phát triển tạo ra các ñiểm lún cục bộ và dẫn ñến giảm chất lượng kết cấu mặt ñường

d Hiện tượng bong bật bề mặt

Hiện tượng bong bật bề mặt là hiện tượng lớp ñá nhỏ và chất kết dính trên bề mặt bị bong

ra khỏi mặt ñường Thông thường xuất hiện trên mặt ñường láng nhựa hoặc thấm nhập nhựa

Hình 2.6 Hình thái bong bật bề mặt

Phương pháp ño: Đo diện tích hình chữ nhật bao quanh khu vực bị bong bật bề mặt Diện tích của mỗi khu vực bong bật ñược cộng dồn trong phạm vi mỗi phân ñoạn hư hỏng và ñược ghi vào mẫu thích hợp (kết quả lấy tròn số) Đơn vị ño: m2

Lưu ý: Tổng diện tích của khu vực bong bật không thể vượt quá diện tích mặt ñường của phân ñoạn ñó

Các nguyên nhân chính:

- Độ liên kết kém giữa lớp láng và lớp mặt ñường phía dưới (khi tưới nhựa, móng bị bẩn hoặc bị ẩm)

- Dùng ñá bẩn hoặc bị ẩm ñể láng mặt

- Đá nhỏ chưa ñược lèn sâu xuống mặt ñường

- Trình ñộ tay nghề kém (tưới nhựa không ñều hoặc ra ñá không ñều)

- Chất kết dính không ñủ

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Bong dần lớp mặt làm nước có thể thấm xuống dưới kết cấu nền mặt ñường

- Ảnh hưởng tới ñộ êm thuận của mặt ñường khi xe chạy

- Làm mất khả năng chịu lực của mặt ñường

e Hiện tượng ổ gà

Hiện tượng ổ gà là hiện tượng trên mặt ñường xuất hiện những vết lõm hình chiếc bát có cạnh sắc và mép thẳng ñứng do vật liệu tầng mặt bị mất Ổ gà có thể chia làm hai loại:

- Ổ gà nông: có chiều sâu h < 50mm Mất nhiều ñá nhỏ ở lớp mặt

- Ổ gà sâu: có chiều sâu h ≥ 50mm Mất nhiều ñá nhỏ ở các lớp mặt nên có thể lộ lớp móng trên và móng dưới

Lưu ý: Tổng diện tích của các ổ gà cần sửa chữa không thể vượt quá diện tích mặt ñường của phân ñoạn ñó ñồng thời ñể ñảm bảo thi công ñược thì diện tích mỗi ổ gà cần sửa chữa không ñược nhỏ hơn 1m 2

Các nguyên nhân chính:

- Chất lượng vật liệu mặt ñường kém

- Mất vật liệu hạt do giao thông gây ra

- Nứt lưới hoặc các ñiểm lún không ñược sửa chữa kịp thời

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Gây ñọng nước ở trên mặt ñường, tạo ñiều kiện ñể nước thấm xuống kết cấu nền mặt ñường

- Sẽ phát triển thành ổ gà có diện tích rộng hơn và sâu xuống lớp dưới ñồng thời dưới tác dụng của tải trọng xe chạy và các yếu tố tự nhiên sẽ tạo ñiều kiện ñể hình thành các ổ lún và hiện tượng cao su nền ñường

- Làm giảm ñộ bằng phẳng êm thuận của mặt ñường, gây mất an toàn xe chạy

- Đo diện tích vệt lún: Chỉ ño diện tích các vết lún có chiều dài lớn hơn 20 m với ñộ sâu

“ñại diện” khoảng 25 mm Kết quả ño diện tích của lún vệt bánh cần ñược làm tròn số Đơn vị ño: m2

Các nguyên nhân chính:

- Cường ñộ mặt ñường không thích hợp với lưu lượng giao thông chạy trên ñường

- Tính không ổn ñịnh của lớp mặt nhựa

- Thiếu công ñầm nén kết cấu mặt ñường và nền ñất

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Làm giảm khả năng thoát nước ngang của mặt ñường, gây ñọng nước trên mặt ñường, tạo ñiều kiện cho nước thấm xuống mặt ñường và sẽ làm tăng nhanh ñộ lún vệt bánh xe, dẫn ñến tình trạng nứt nghiêm trọng mặt ñường và sau ñó là vỡ mặt ñường

g Hiện tượng lún mặt ñường

Lún mặt ñường là hiện tượng mặt ñường bị lún cục bộ, lẻ tẻ với kích thước hạn chế, thường là dọc theo các vệt bánh xe Lún mặt ñường có thể chia ra hai loại:

- Lún nông hay lún lõm: Khi chiều sâu lún từ 30mm ñến 120mm

- Lún sâu: Khi chiều sâu vệt lún ≥ 120mm

Hình 2.9 Hư hỏng lún Phương pháp ño:

- Đo ñộ sâu lún: Độ sâu của lún ñược ño bằng cách dùng một dụng cụ ño thích hợp (nêm, thước dây, thước thẳng) với một chiếc thước thẳng 2 m ñược ñặt theo chiều ngang mặt ñường tại vị trí lún

- Đo diện tích lún: Đo diện tích hình chữ nhật bao quanh vệt lún Kết quả ño diện tích của mỗi vị trí lún cần ñược làm tròn số

Các nguyên nhân chính:

- Do vật liệu lớp móng, mặt ñường hoặc nền ñắp không ñược ñầm chặt theo yêu cầu và có

sự lèn xếp lại vật liệu trong quá trình xe chạy

- Cường ñộ kết cấu mặt ñường không thích hợp với lưu lượng và tải trọng xe trên ñường

- Tính không ổn ñịnh của lớp mặt nhựa

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Làm ñọng nước trên mặt ñường và sẽ gây ra tình trạng mặt ñường bị nứt nếu như nước thấm xuống dưới mặt ñường

- Làm giảm mức ñộ êm thuận của mặt ñường, tăng ñộ xóc khi xe chạy, gây mất an toàn giao thông khi mật ñộ lún lõm mặt quá nhiều

h Hiện tượng cao su mặt ñường

Cao su mặt ñường là hiện tượng một diện tích mặt ñường bị biến dạng lớn và rạn nứt dưới tác dụng của bánh xe Khi có tải trọng xe thì lún võng xuống, khi xe ñi qua lại ñàn hồi trở lại gần như cũ Kết cấu mặt ñường dần dần sẽ bị phá vỡ một phần hay hoàn toàn, ñôi khi bùn ñất

và mặt nhựa bị trồi lên

Phương pháp ño:

- Quan sát bằng mắt khi xe tải nặng chạy qua ñể xác ñịnh vị trí bị cao su nền Dùng thước

ño diện tích cao su nền Kết quả ño diện tích của mỗi vị trí cao su nền cần ñược làm tròn số Xác ñịnh cụ thể theo từng vị trí Đơn vị ño m2

Các nguyên nhân chính:

- Đất nền ñường yếu do trước ñây ñầm lèn không ñạt ñộ chặt yêu cầu, khi khai thác nền ñường sẽ bị biến dạng lớn

- Nước ngầm hoạt ñộng cao

- Kết cấu áo ñường mỏng không ñủ khả năng chịu lực dưới tác dụng của tải trọng xe (nhất

là xe nặng), qua quá trình trùng phục dẫn ñến kết cấu bị phá hoại

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Mức ñộ cao su sẽ tăng nhanh, liên tục trong mùa mưa và sẽ gây ra tình trạng mặt ñường

bị nứt nếu như nước thấm xuống mặt ñường, gây mất an toàn giao thông

k Hiện tượng hao mòn mặt ñường

Hao mòn mặt ñường là hiện tượng vật liệu trên mặt ñường bị mài mòn dần dưới tác dụng của tải trọng xe (lực ngang)

Các nguyên nhân chính:

- Do lưu lượng xe trên ñường lớn

- Do vật liệu làm lớp mặt có cường ñộ không ñảm bảo, nhất là cốt liệu ñá có cường ñộ chịu mài mòn thấp (chỉ số LA thấp)

Hậu quả (Nếu không sửa chữa):

- Làm giảm chiều dày kết cấu mặt ñường, làm hư hỏng lớp hao mòn và bảo vệ, có thể làm cho kết cấu mặt ñường không ñảm bảo khả năng chống thấm

- Làm giảm ñộ nhám của mặt ñường, giảm sức bám của bánh xe với mặt ñường gây mất an toàn giao thông

l Miếng vá mặt ñường

Miếng vá xuất hiện trên mặt ñường do quá trình sửa chữa nhỏ, cục bộ lớp mặt ñể phục hồi

hư hỏng như ổ gà, cao su, nứt lưới, lún vệt bánh, cóc gặm, bong tróc hoặc xử lý ñọng nước ở mặt ñường…Miếng vá mặt ñường phản ánh ñiều kiện trước ñây của ñường và bản thân miếng

vá mặt ñường cũng bị hư hỏng Trong ñánh giá trạng thái hư hỏng của mặt ñường, miếng vá cũng ñược tính ñến

Hình 2.10 Hư hỏng dạng miếng vá Phương pháp ño:

Chi u dài mi!ng v ¸

- Đo diện tích miếng vá bằng cách ño các cạnh của miếng vá Kết quả ño diện tích miếng

vá cần ñược làm tròn số và ñược cộng dồn trong phạm vi một phân ñoạn ñường Đơn vị ño:

m2

Lưu ý: Miếng vá có thể có diện tích lớn nhưng không ñược vượt quá diện tích mặt ñường và không ñược có bất cứ hư hỏng lớn nào trên ñó Tuy nhiên, nếu phát hiện thấy có hư hỏng nào trong phạm vi miếng vá cần phải ghi lại cụ thể loại hư hỏng ñó vào mẫu tương ứng, ví dụ như cóc gặm, nứt lớn, nứt lưới, bong tróc, ổ gà, lún hoặc cao su Cần kiểm tra ñộ lún trong khu vực miếng vá ñể xác ñịnh ñộ nông sâu và ghi lại ñúng dạng hư hỏng

2.2.2 Đối với mặt ñường bê tông xi măng

a Vết nứt

Các vết nứt thường ñược phân loại theo hướng phát triển và chiều rộng vết nứt, bao gồm 5 loại sau: vết nứt ngang, vết nứt dọc, vết nứt chéo, vết nứt dẻo, vết nứt hỗn hợp Chiều rộng vết nứt ñược ño trên bề mặt tấm bản bê tông, gồm có vết nứt hẹp nhỏ hơn 0,5mm, vết nứt trung bình từ 0,5 ÷ 1,5mm và vết nứt rộng hơn 1,5mm

Các nguyên nhân chính:

- Vết nứt ngang:

+ Chiều dài phần không có cốt gia cường quá lớn

+ Thiếu bố trí vật liệu cốt gia cường

+ Mối nối không dịch chuyển tự do ñược

+ Cắt mối nối quá muộn

+ Mức ñộ cản trở cao tại mặt tiếp giáp tấm bản và ñáy móng

+ Ăn mòn cốt thép do nước muối xâm nhập và các mối nối trung bình ñến rộng chưa ñược lấp kín

+ Tải trọng không ñược phân bố tại các mối nối

- Vết nứt dọc:

+ Chiều rộng tấm bản quá lớn

+ Vị trí khe nứt ñáy không chính xác

+ Móng ñường không bằng phẳng theo chiều dọc do ñiều kiện thoát nước không tốt gây nên sự biến ñổi quá lớn ñộ ẩm của lớp nền ñất phía dưới

+ Không có các mối nối dãn nỡ và co ngót thì do các cốt liệu nhỏ mất liên kết gây ra tích lũy ứng suất nén mà gây ra ứng suất kéo và vết nứt dọc xuất hiện

+ Nguyên nhân chính là do sự mất mát nhanh chóng ñộ ẩm trên bề mặt tấm bản và phần lớn xuất hiện trong những ngày nắng kết hợp với gió hanh khô Việc bảo dưỡng tốt bê tông sau khi ñầm nén sẽ khắc phục ñược hiện tượng này

- Vết nứt hỗn hợp:

+ Đây là dạng vết nứt khác với 4 loại trên, nó có thể xuất hiện ở các vị trí cá biệt, phổ biến

là xung quanh các tấm ñan ñậy các hố ga trên mặt ñường Nguyên nhân là do cấu tạo ñơn giản hoặc do tấm bản chịu ứng suất cục bộ

Đối với các tấm bản không có thanh truyền lực xây dựng trên lớp móng vô hạn có thể sinh

ra các “bậc” tại mối nối, nguyên nhân chính là do chuyển vị của lớp móng dưới, khi ô tô chạy qua mối nối phần tấm ở phía tiếp cận sẽ bị võng xuống và khi bánh xe rời khỏi vị trí ñó thì nó nhanh chóng vồng về phía trên tạo ra một vùng áp lực thấp giữa tấm bản và lớp móng dưới khiến cho vật liệu nằm dưới tấm bản chuyển ñến vị trí khác của mối nối Sau nhiều lần xe qua lại, một khối lượng ñáng kể vật liệu chuyển vị ngang qua mối nối làm “tạo bậc”, do ñó sẽ dẫn ñến tình trạng lún tại vị trí tiếp xúc giữa các bản bê tông

2.2.3 Đối với các công trình trên ñường

a Hư hỏng các thiết bị của ñường

b Hư hỏng các công trình tiêu nước và thoát nước

- Xói lùi dần các rãnh tiêu nước Hiện tượng xói này có nguyên nhân từ rãnh quá dài, và (hoặc) tiết diện rãnh không ñủ Để khắc phục, cần rút ngắn cự ly giữa các cống tiêu nước hoặc gia cố chống xói cho rãnh

- Lắng ñọng ñất cát trong rãnh thoát nước Hiện tượng lắng ñọng ñất cát trong rãnh là biểu hiện của ñộ dốc dọc không ñủ của các rãnh, hoặc rãnh bị tắc ở hạ lưu

- Hư hỏng các công trình thoát nước (cống tròn hoặc cống xây có nắp), thường hay bị: Cát lấp, xói sâu, tắc ngẽn, hở mối nối

c Hư hỏng các bộ phận phụ của ñường

- Cây cối lấn ñường

+ Hiện tượng cây cối lấn ñường là một hiện tượng tự nhiên, nó làm giảm rất nhiều tầm nhìn và vì thế mà làm giảm an toàn, nhất là trong các ñoạn ñường cong Cũng vì thế mà, do hiệu ứng hai bên thành, người lái xe bị ép ñưa xe vào phía trục ñường, gây nên hiện tượng mòn kiểu chữ W

+ Khi ñường ñi qua rừng, cây mọc lấn ñường cả ở trong và ngoài rãnh thoát nước làm giảm ánh sáng mặt trời và khó bốc hơi nước, gây nhiều khó khăn cho giao thông sau khi trời mưa

- Cát lấn

+ Đây là hiện tượng gió thổi ñưa cát ñến lấn ñường, một hiện tượng ñặc thù của các ñường

ở vùng duyên hải Cát cũng có thể do mưa lớn gây xói và chảy xuống những ñoạn ñường thấp + Cát có thể ngập cả mặt ñường làm giảm khả năng bám giữa bánh xe với mặt ñường, gây mất an toàn giao thông, ñồng thời cát làm lấp mương rãnh thoát nước nên ảnh hưởng ñến khả năng thoát nước

- Ta luy ñường ñắp bị xói mòn

+ Hiện tượng này là hậu quả của việc nước mưa từ trên nền ñường chảy trút xuống mặt ta luy, ñặc biệt là các mái dốc ta luy ñắp cao không ñược gia cố

+ Nguyên nhân của hiện tượng này có thể do tiêu nước không tốt (không có những rãnh tiêu nước từ trên ta luy xuống, không có các rãnh ñỉnh trên ta luy dương)

- Ta luy nền ñường bị sụt lở

+ Độ dốc ta luy ñường ñào hoặc ñường ñắp không phù hợp với loại ñất ñá ở nền ñào hoặc loại ñất ñắp

+ Tiêu nước không tốt ở các triền ñất bên trên

+ Có những lớp nước treo hoặc xen trong các lớp ñất

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng khai thác ñường

2.3.1 Chất lượng cường ñộ của kết cấu mặt ñường

Cường ñộ của kết cấu mặt ñường là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của tải trọng xe cộ nhằm ñảm bảo kết cấu mặt ñường không bị hư hỏng tạo ñiều kiện cho xe chạy ñược an toàn

Cụ thể là hạn chế ñược các hiện tượng tích luỹ biến dạng dẫn ñến tạo vệt hằn bánh xe trên mặt ñường, hạn chế phát sinh hiện tượng nứt nẻ, hạn chế bào mòn và bong tróc bề mặt, hạn chế ñược các nguồn ẩm xâm nhập vào các lớp kết cấu và phần trên của nền ñường trong phạm

vi khu vực tác dụng

a Với kết cấu áo ñường mềm

Cần kiểm tra theo 3 tiêu chuẩn cường ñộ sau:

- Kiểm toán ñộ võng ñàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng biểu thị bằng trị số mô ñun ñàn hồi Ech của cả kết cấu nền áo ñường so với trị số mô ñun ñàn hồi yêu cầu Eyc Tiêu

chuẩn này nhằm ñảm bảo hạn chế ñược sự phát triển của hiện tượng mỏi trong vật liệu các lớp kết cấu dưới tác dụng trùng phục của xe cộ, do ñó bảo ñảm duy trì ñược khả năng phục vụ của

cả kết cấu ñến hết thời hạn thiết kế

- Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền ñất và các lớp vật liệu chịu cắt trượt kém so với trị số giới hạn cho phép ñể ñảm bảo trong chúng không xảy ra biến dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phát sinh biến dạng dẻo)

- Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở ñáy các lớp vật liệu liền khối nhằm hạn chế sự phát sinh nứt dẫn ñến phá hoại các lớp ñó

b Với kết cấu áo ñường cứng

Cần kiểm tra theo 4 tiêu chuẩn cường ñộ sau:

- Tiêu chuẩn thứ nhất về cường ñộ: ứng suất kéo khi uốn ở mặt dưới của tấm bêtông phải nhỏ hơn cường ñộ chịu kéo khi uốn thực tế

- Tiêu chuẩn thứ 2 về cường ñộ: Môñun ñàn hồi ñộng thực tế của vật liệu mặt ñường cũng phải lớn hơn môñun ñàn hồi ñộng yêu cầu

- Tiêu chuẩn thứ 3 về cường ñộ: ứng suất kéo khi uốn của mặt trên của sàn bêtông ximăng phải nhỏ hơn cường ñộ chịu kéo thực tế khi uốn của mặt trên tấm

- Tiêu chuẩn thứ 4 về cường ñộ: phản lực sinh ra trong nền móng ở dưới tấm bêtông ximăng phải nhỏ hơn tới hạn không làm hình thành các vùng trượt trong vật liệu ít dính của móng và ñất nền

2.3.2 Chất lượng chạy xe của mặt ñường

Chất lượng chạy xe của mặt ñường ñược ñánh giá thông qua chỉ tiêu ñộ bằng phẳng của mặt ñường

Độ bằng phẳng của mặt ñường thể hiện mức ñộ mấp mô, lồi lõm của mặt ñường Cần phân biệt ñộ “mấp mô” của ñộ bằng phẳng và ñộ “mấp mô” của ñộ nhám Độ “mấp mô” của ñộ bằng phẳng với chiều cao và khoảng cách giữa các chỗ lồi lõm lớn, còn ñộ nhám thì bé Độ bằng phẳng càng lớn càng không tốt, còn ñộ nhám thì càng lớn càng tốt

Khi xe chạy trên ñường không bằng phẳng sẽ phát sinh các dao ñộng ñứng, dao ñộng dọc

và ngang của xe, làm ảnh hướng tới vận tốc của xe, ảnh hưởng ñến không tốt tới lái xe và hành khách, ñến chất lượng khai thác ô tô và ảnh hưởng ñến ñường xá

a Ảnh hưởng của ñộ bằng phẳng ñến tốc ñộ xe chạy:

Khi xe chạy trên ñường không bằng phẳng, mặc dù nhân tố ñộng lực còn ñủ lớn nhưng xe vẫn phải giảm tốc ñộ ñể dao ñộng của xe không vượt quá trị số cho phép qui ñịnh

b Ảnh hưởng của ñộ bằng phẳng ñến tiêu hao công suất và tăng tiêu hao nhiên liệu

Khi xe chạy trên ñường không bằng phẳng thì sức cản lăn gồm 2 thành phần: Hệ số sức cản lăn khi xe chạy trên ñường hoàn toàn bằng phẳng, nó phụ thuộc vào biến dạng của lốp xe

và mặt ñường, vào ma sát giữa bánh xe và mặt ñường, ma sát giữa các gối trục của bánh xe và các nhíp lò so và thành phần thứ hai ñó là phần hệ số sức cản lăn phụ thêm do mặt ñường không bằng phẳng

Ngoài ra khi xe chạy trên ñường không bằng phẳng thời gian chuyển số cũng tăng lên rất nhiều, ñồng thời ñộng cơ cũng phải tốn thêm một lượng nhiên liệu ñể khắc phục sức cản này,

do ñó công suất và nhiên liệu cũng tiêu hao nhiều hơn

c Ảnh hưởng của ñộ bằng phẳng ñến năng suất vận chuyển

Khi xe chạy trên ñường không bằng phẳng thì vận tốc không cao nên ảnh hường ñến năng suất vì sự biến ñổi của tốc ñộ tối ña và năng suất của ô tô phụ thuộc vào tổng sức cản trên ñường

Tóm lại thì ảnh hưởng của ñộ bằng phẳng có thể ñược tổng hợp qua bảng sau:

Giá trị tương ñối Chỉ số ñộ xóc

S, cm/km Phí tổn nhiên

liệu dầu mỡ

Phí tổn săm lốp

Phí tổn bảo quản sửa chữa khấu hao

Phí tổn lương công nhân

Phí tổn chi phí cố ñịnh

1.00 1.14 1.13 2.00

1.00 1.20 1.40 2.10

1.00 1.44 1.67 1.70

1.00

141 2.22 2.23

2.3.3 Năng lực chống trơn trượt

Năng lực chống trơn trượt của mặt ñường phản ánh tính năng sử dụng của mặt ñường về mặt an toàn chạy xe, là chỉ tiêu quan trọng ñể ñảm bảo sự kháng trượt khi xe chạy tốc ñộ cao trong ñiều kiện ẩm ướt

Để ñánh giá khả năng chống trươn trượt của mặt ñường thì có thể ñánh giá bằng cách thông qua ñiều tra phân tích các tai nạn trơn trượt, thông qua ñiều tra quan sát bề ngoài và thông qua việc ño các ñặc trưng chống trơn trượt của bề mặt ñường Nhưng thông thường hay dùng cách ño các ñặc trưng chống trơn trượt của bề mặt ñường thông qua chỉ tiêu ñộ nhám

Độ nhám bề mặt của ñường bao gồm 2 thành phần ñóng góp vào khả năng kháng trượt của mặt ñường:

Thành phần thứ nhất là ñộ nhám vi mô, ñó là ñộ nhám thô ráp của bề mặt hạt cốt liệu lộ ra trên mặt ñường Khả năng duy trì ñộ nhám vi mô của một cốt liệu dưới tác dụng của xe cộ tùy thuộc chủ yếu vào thuộc tính chịu mài mòn của cốt liệu Độ nhám vi mô là yếu tố ưu thế trong việc cung cấp khả năng kháng trượt khi xe chạy tốc ñộ thấp (tới 50 km/h) trên mặt ñường ẩm ướt vì nó làm lốp xe ấn sâu vào màng nước trên bề mặt ráp của cốt liệu Điều cốt lõi là lực căng bề mặt của nước bị triệt giảm, màng nước bị phân tán và lốp xe duy trì ñược ñộ bám dính với mặt ñường

Thành phần thứ hai của ñộ nhám bề mặt là ñộ nhám vĩ mô Độ nhám này ñược tạo nên bởi thế nằm, kích cỡ và hình dạng của các hạt cốt liệu ở bề mặt ñường Chức năng của ñộ nhám vĩ

mô là tạo các khe thoát nước, nó cho phép phân tán nước mặt ở phía trước và xung quanh lốp

xe lăn Công dụng của ñộ nhám vĩ mô cao là ñảm bảo cho sức kháng trượt ñược duy trì cả khi

xe chạy với tốc ñộ thấp cung như khi xe chạy với tốc ñộ cao

Chương 3 Đánh giá chất lượng khai thác của ñường

Trong quá trình sử dụng mặt ñường, do tác dụng trùng phục của xe chạy và của các nhân

tố tự nhiên nên tính năng sử dụng của nó bị xấu ñi liên tục, kết cấu mặt ñường dần dần xuất hiện các hiện tượng biến dạng và cuối cùng ñi tới trạng thái hư hỏng Để có căn cứ quyết ñịnh các biện pháp bảo dưỡng sửa chữa và tiến hành thiết kế tăng cường hoặc cải tạo, cần phải tiến hành ñiều tra phân tích tình trạng mặt ñường hiện có

Tính năng sử dụng của mặt ñường bao gồm ba mặt: Chất lượng chạy xe của mặt ñường, năng lực chống trơn trượt và năng lực chịu tải của kết cấu mặt ñường

Các tính năng sử dụng ba mặt nói trên tuy có sự khác biệt, nhưng lại có mối liên hệ nội tại nhất ñịnh; tuy nhiên, cho ñến nay vẫn chưa thể tìm ñược những tương quan chắc chắn, tin cậy giữa chúng nên khó có thể dùng một ñịnh nghĩa tổng hợp ñể biểu thị chúng, mà chỉ có thể sử dụng các ñịnh nghĩa và các phương pháp ñánh giá khác nhau cho từng mặt tính năng ñó

Chất lượng chạy xe của mặt ñường liên quan mật thiết ñến tính êm thuận, tốc ñộ chạy xe, mức tiêu hao nhiên liệu và hao mòn máy móc v.v ñối với ôtô chạy trên ñường Đánh giá chất lượng chạy xe ñối với mặt ñường có liên quan ñến các yêu cầu về ñộ bằng phẳng của mặt ñường, về ñộng thái phản ứng khi lái xe và về mức ñộ êm thuận yêu cầu

3.1 Đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu mặt ñường

Các phương pháp ñánh giá năng lực chịu tải của kết cấu mặt ñường có thể phân làm hai loại: phương pháp phá hoại và không phá hoại kết cấu

3.1.1 Phương pháp phá hoại kết cấu

Theo phương pháp này, người ta tiến hành khoan lấy mẫu trong các lớp kết cấu của mặt ñường rồi thông qua các thí nghiệm trong phòng ñể xác ñịnh các thông số tính toán, từ ñó dự báo năng lực chịu tải của kết cấu Do không thể lấy quá nhiều mẫu trên mặt ñường nên các thông số phản ánh tình trạng mặt ñường thông qua các thí nghiệm thường mang tính cục bộ nhất ñịnh

3.1.2 Phương pháp ñánh giá không phá hoại kết cấu

Đánh giá theo phương pháp không phá hoại thường ñược tiến hành bằng cách ño ñộ võng trên bề mặt ñường ñể dự tính năng lực chịu tải của kết cấu mặt ñường Thiết bị ño ñộ võng thường dùng có một số loại sau ñây:

cũng phải tương ñương với diện truyền áp lực của bánh xe lên bề mặt lớp vật liệu ñang xét Nhu vậy, tuỳ thuộc vào lớp mặt ñường, móng ñường hay nền ñường mà sử dụng tấm ép có ñường kính khác nhau và áp lực khác nhau

Dụng cụ thí nghiệm:

- Bộ tấm ép cứng có ñường kính khác nhau Thông thường, với mặt ñường D=34cm, với móng ñường D=50cm, với nền ñất D=60cm

- Xe thí nghiệm: xe tải có khung dài (hoặc ghép hai xe lại với nhau) sao cho ñiểm ñặt tấm

ép phải nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của bánh xe, tải trọng xe từ 6-8T

- Kích thuỷ lực có gắn ñồng hồ ño lực

- Hai hoặc ba ñồng hồ ño biến dạng có vạch chia 1/100mm

- Giá ñỡ ñể gá lắp ñồng hồ ño biến dạng Chiều dài của giá ñỡ phải lớn hơn 4m ñể cho chân giá ñỡ nằm cách xe ñiểm thí nghiệm

- Đồng hồ ño thời gian

Hình 3.2 Sơ ñồ ño ñộ võng bằng tấm ép cứng

Trình tự thí nghiệm:

- San sửa bề mặt vị trí thí nghiệm cho thật bằng phẳng ñể cho tấm ép tiếp xúc tốt với bề mặt thí nghiệm Nếu chưa phằng có thể dùng cát trải ñều lên nhưng chiều dày của cát không ñược quá 2mm

- Đặt tấm ép lên vị trí thí nghiệm sao cho tấm ép tiếp xúc tốt với bề mặt

- Lùi xe ñến vị trí thí nghiệm Đặt kích lên tấm ép sao cho tâm kích trùng với tâm tấm ép, ñầu kích tỳ vào khung xe

- Lắp ñặt giá ñỡ và gá lắp ñồng hồ ño biến dạng

- Dùng kích tạo áp lực lên tấm ép Trị số áp lực lớn nhất ñược quy ñịnh tuỳ theo tầng lớp vật liệu ñược thí nghiệm

+ Thí nghiệm trên mặt ñường: pmax = 6 daN/cm2

+ Thí nghiệm trên móng ñường: pmax = 4 daN/cm2

+ Thí nghiệm trên nền ñường: pmax = 2 daN/cm2

Đồng hồ ño biến dạng

- Cho tải trọng tác dụng theo từng cấp ñều nhau (4-6 cấp) ñến khi ñạt ñược giá trị áp lực lớn nhất như trên

+ Ở mỗi cấp áp lực, sau khi ñồng hồ ổn ñịnh (trong 1’ ñồng hồ không dịch chuyển quá 0.01mm) thì ghi lấy giá trị trên ñồng hồ ño biến dạng (nt) Sau ñó dỡ tải về 0 Chờ cho biến dạng hồi phục hoàn toàn thì ghi lấy số ñọc trên ñồng hồ (ns)

+ Tiến hành gia tải cấp tiếp theo cho ñến khi ñạt giá trị cự ñại như trên quy ñịnh

- Cũng có thể chỉ gia tải một cấp ñến trị số tối ña với nhiều lần gia tải và dỡ tải Cho ñến khi thấy hai lần kế tiếp nhau ñộ võng ñàn hồi không chênh lệch nhau quá 0.01mm thì kết thúc thí nghiệm Theo cách này có thể gia tải hoặc dỡ tải 3-5 lần

Kết quả thí nghiệm:

- Độ võng ñàn hồi tại ñiểm ño:

s t

dh n n

Trong ñó:

+ nt: Số ñọc trên ñồng hồ ño biến dạng khi có tải

+ ns: Số ñọc trên ñồng hồ ño biến dạng khi dỡ tải về 0

+ Ldh: Độ võng ñàn hồi tương ứng với cấp tải trọng ñã thí nghiệm

- Mô ñun ñàn hồi của ñiểm thí nghiệm:

dh L

- Cần benkenman có tỷ lệ cánh tay ñòn KC = A:B = 2:1 hoặc 1:1

- Xe thí nghiệm: Chuẩn bị xe ño: xe dùng ñể thí nghiệm có trục sau là trục ñơn, bánh ñôi với khe hở tối thiểu giữa hai bánh ñôi là 5 cm Các thông số của trục sau xe thí nghiệm chỉ ñược sai lệch 5% so với tiêu chuẩn quy ñịnh:

Các thông số của trục sau xe ño tiêu chuẩn:

- áp lực bánh xe xuống mặt ñường p = 6,0 daN/cm2

- Đường kính tương ñương của vệt bánh ñôi D = 33 cm

Hình 3.3 Sơ ñồ cần Benkelman

Công tác chuẩn bị:

Chuẩn bị cần ño võng: trước mỗi ca làm việc phải kiểm tra ñộ chính xác của cần ño bằng cách ñối chiếu kết quả ño chuyển vị thẳng ñứng trực tiếp ở mũi ño ñầu cần với kết quả ño chuyển vị thẳng ñứng ở cuối cánh tay ñòn phía sau cần ño (có xét ñến tỷ lệ cánh tay ñòn cần ño) Nếu kết quả sai khác nhau quá 5% thì phải kiểm tra lại các liên kết ở các mối nối, khớp quay và mức ñộ trơn nhậy của cần ño

Chuẩn bị xe ño: Xe phải ñảm bảo các yêu cầu trên Khi chất tải lên xe, phải ñảm bảo chất tải ñối xứng, cân bằng, không bị thay ñổi vị trí và giữ nguyên tải trọng không thay ñổi trong suốt quá trình thí nghiệm (cần có bạt che ñể vật chất tải không bị nước mưa thấm ướt), xe phải ñược cân trục trước khi thí nghiệm, áp lực hơi trong bánh xe không ñổi trong suốt quá trình ño Trước mỗi ñợt ño, phải kiểm tra lại diện tích tiếp xúc của vệt bánh ñôi Sb bằng cách kích trục sau xe lên, bôi mỡ vào lốp và quay phần lốp xe có bôi mỡ xuống phía dưới, ñặt tờ giấy kẻ

ly vào khu vực lốp và hạ kích, sau ñó lại kích trục sau lên ñể rút tờ giấy kẻ ly ra ñể xác ñịnh diện tích phần có mỡ trên giấy (chính là diện tích tiếp xúc) Đường kính tương ñương của vệt bánh xe ño Db tính như sau:

b b

Q p

2

Trong ñó:

Q - trọng lượng trục sau của xe ño tính theo daN (xác ñịnh bằng cân trục xe)

Quy ñịnh về số lượng và vị trí ñiểm ño:

Số lượng ñiểm ño: ño rải ñều trên toàn tuyến với mật ñộ ñiểm ño 20ñiểm/1Km (50m một ñiểm), ở những chỗ ñặc biệt yếu mật ñộ có thể lớn hơn

Chân kép

có vít ñiều chỉnh

Bách phân

kế 1/100mm

Chân ñơn

có vít ñiều chỉnh

Vị trí các ñiểm ño: các ñiểm ño võng thường ñược bố trí ở vệt bánh xe phía ngoài (cách mép mặt ñường 0,6 - 1,2m) là nơi thông thường có ñộ võng cao hơn các vệt bánh phía trong Trường hợp nếu quan sát bằng mắt thấy: lúc ở vệt bánh xe phía trong, lúc lại ở vệt bánh xe phía ngoài mặt ñường có tình trạng xấu hơn, khi ñó sẽ phải dùng 2 cần ño võng ño cùng một lúc ở cả hai vệt bánh xe ñể lấy trị số lớn hơn làm giá trị ñộ võng ñại diện cho mặt cắt của làn

xe ño Với ñường có nhiều làn xe, khi quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt ñường trên các làn

xe có khác nhau, phải ño võng cho làn yếu nhất Trị số ño ở mỗi vị trí của làn ñó sẽ ñại diện cho ñộ võng tại mặt cắt ngang của ñường Điểm thứ nhất và ñiểm ño thứ 20 nên lấy trùng vào mặt cắt lý trình (cột KM hay các cọc H)

Trình tự ño ñộ võng ñàn hồi của mặt ñường:

- Cho xe ño tiến vào vị trí ño võng; ñặt ñầu ño của cần tỳ lên mặt ñường ở giữa khe hở của cặp bánh ñôi trục sau xe ño; theo dõi kim chuyển vị kế cho tới khi ñộ võng ổn ñịnh (trong 10 giây không chuyển dịch quá 0,01 mm) thì ghi lấy trị số ñọc ban ñầu ở chuyển vị kế nt

- Cho xe ño chạy lên phía trước ñến khi trục sau của xe ño cách ñiểm ño ít nhất 5m; gõ nhẹ lên ñuôi cần ñể kiểm tra ñộ nhậy của chuyển vị kế và theo dõi cho ñến khi ñộ võng ổn ñịnh, ghi lấy trị số ñọc cuối ở chuyển vị kế ns

- Phải ghi rõ lý trình ñiểm ño, ñiều kiện gây ẩm, tình trạng mặt ñường (bằng phẳng, nứt

nẻ, lún lõm, bong bật ) tại ñiểm ño

- Không ño tại các ñiểm quá xấu (cao su, lún nứt, không ñại diện cho khu vực cần ño, các ñiểm này cần ghi lại ñể xử lý cao su, ổ gà, )

- Không nên ño võng vào khoảng thời gian nhiệt ñộ mặt ñường lớn hơn 400C

- Đo nhiệt ñộ của mặt ñường: ñể hiệu chỉnh kết quả ño võng về nhiệt ñộ tính toán sau này, phải ño nhiệt ñộ mặt ñường, khoảng 1 giờ một lần trong suốt thời gian ño võng dọc tuyến Việc ño nhiệt ñộ mặt ñường chỉ yêu cầu thực hiện ñối với ñường có lớp mặt phủ nhựa chiều dầy ≥ 5cm Cách ño như sau:

Dùng búa và ñục nhọn tạo thành một lỗ nhỏ ñường kính khoảng 3 ~ 5 cm sâu khoảng 4 cm

ở mặt ñường gần vị trí ño, sau ñó ñổ nước hay glyxerin vào lỗ và chờ vài phút, dùng nhiệt kế

ño nhiệt ñộ chất lỏng trong lỗ chờ cho ñến khi nhiệt ñộ không ñổi thì ghi trị số nhiệt ñộ ño

T0C

Xử lý kết quả ño ñộ võng:

- Độ võng ñàn hồi của mặt ñường tại ñiểm ño Li

C S T

i K K K L

Trong ñó:

+ Li - Độ võng ñàn hồi của mặt ñường ño ñược tại vị trí thử nghiệm thứ i, mm

+ Kq - Hệ số hiệu chỉnh tải trọng kết quả ño theo các thông số trục sau xe ño võng về kết quả của trục sau xe ôtô tiêu chuẩn:

5 , 1

5 , 1

D p

D p

Với A tùy thuộc vào tính ổn ñịnh nhiệt của bề dày lớp sử dụng nhựa Bêtông nhựa chặt

có bột ñá lấy A = 0,35; bêtông nhựa không có bột ñá hoặc lớp ñá dăm thấm nhập nhựa lấy A = 0,30

+ Km - Hệ số hiệu chỉnh ñộ võng ñàn hồi về mùa bất lợi nhất trong năm

Hệ số chuyển ñổi mùa Km ñối với vùng ñồng bằng miền Bắc Tình trạng bề mặt của ñường Mùa ño Tháng ño Hệ số Km

Mặt ñường kín, không bị rạn nứt

Xuân

Hè - Thu Đông

2 - 5

6 - 9

10 - 1

1,06 1,00 1,14 Mặt ñường ñã rạn nứt,

bị thấm nước

Xuân

Hè - Thu Đông

2 - 5

6 - 9

10 - 1

1,18 1,00 1,47 Xác ñịnh ñộ võng ñàn hồi ñặc trưng và môñun ñàn hồi ñặc trưng cho mỗi ñoạn ñường thí nghiệm

Trị số ñộ võng ñàn hồi ñặc trưng của từng ñoạn ñường thử nghiệm ñược xác ñịnh:

δ

K L

n tt i tb

i L L n

+ K - Hệ số xác suất bảo ñảm, lấy tùy thuộc vào cấp hạng ñường:

Đường cao tốc, ñường cấp 80, ñường trục chính toàn thành của ñô thị K =2,0 Đường cấp 60, ñường chính khu vực của ñô thị K = 1,64

Đường cấp 40 K = 1,30 Đường cấp 20, ñường phố của ñô thị K = 1,04 Trị số môñun ñàn hồi ñặc trưng của từng ñoạn ñường thử nghiệm xác ñịnh:

dt L

D p E

2

1 693,

Trong ñó:

+ p: áp lực bánh xe tiêu chuẩn xuống mặt ñường, p = 6 daN/cm2

+ D: Đường kính tương ñương của diện tích vệt bánh xe tiêu chuẩn, D=33cm

+ µ: Hệ số Poatxông, µ = 0,30

+ Ldt : Độ võng ñàn hồi ñặc trưng của ñoạn ñường thử nghiệm

c Phương pháp ño ñộ võng ñàn hồi bằng thiết bị FWD (Falling Weight Deflectormeter)

Cho một khối tải trọng Q rơi từ một ñộ cao quy ñịnh H xuống một tấm ép ñường kính D, thông qua bộ phận giảm chấn bằng lò xo (hoặc cao su) gây ra một xung lực xác ñịnh tác dụng lên mặt ñường Độ võng của mặt ñường do tác dụng của tải trọng ñộng gây ra sẽ ñược các ñầu

ño ghi lại, ñó sẽ là cơ sở tính toán môñun ñàn hồi ñộng thông qua các chương trình tính toán chuyên dụng

Hình 3.4 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị FWD

Thiết bị thí nghiệm:

- Thiết bị ño FWD:

Về cấu tạo thiết bị ño FWD: thông thường là một chiếc moóc kéo theo, ñược thiết kế ñể tự ñộng ño theo hành trình ñặt trước bằng máy tính, nó có bộ phận chính sau:

Hình 3.5 Sơ ñồ máy ghi ñộ võng dùng vật rơi chấn ñộng

+ Bộ phận tạo xung lực: Gồm một khối tải trọng, ñược ñưa lên một ñộ cao quy ñịnh sau

ñó rơi tự do thẳng ñứng dọc theo một thanh dẫn, ñập vào tấm ép thông qua bộ phận giảm chấn, tạo nên một xung lực tác dụng lên mặt ñường tại vị trí ñặt tấm ép Thời gian tác dụng của xung lực lên mặt ñường phù hợp với ñiều kiện tác dụng thực tế của tải trọng xe lên mặt ñường, thường từ 0.02 – 0.06 giây

+ Tấm ép:Tấm ép có tác dụng truyền tải trọng lên mặt ñường, ñường kính của tấm ép D = 30cm Tấm ép ñược chế tạo bằng hợp kim, mặt ñáy tấm ép có gắn một lớp cao su mỏng Giữa tâm tấp ép có một lỗ rỗng ñể ñặt ñầu ño ñộ võng (cảm biến ño võng)

+ Cảm biến ño võng: Độ võng của mặt ñường dưới tác dụng của xung lực ñược ño bằng các ñầu ño cảm biến Số lượng ñầu ño thông thường là 7 ñầu ño, tối thiểu là 5 ñầu ño Các ñầu

ño này ñược lắp thẳng hàng trên một giá ñỡ dọc theo hướng xe ño Có một ñầu ño ñặt tại tâm tấm ép, các ñầu ño khác cách tâm tấm ép một khoảng cách quy ñịnh Thông thường khoảng cách giữac các ñầu ño là 30cm (khoảng cách từ các ñầu ño ñến tâm tấm ép theo thứ tự là 30,

60, 90, 120, 150, 180mm…)

Khi tiến hành ño ñộ võng bằng thiết bị FWD ñể xác ñịnh mô ñun ñàn hồi của ñất nền ñường, vị trí cảm biến ño võng có thể thay ñổi tuỳ theo ñộ cứng và tổng bề dày của kết cấu áo ñường, nhưng khoảng cách r từ chiếc cảm biến ño võng kề chiếc cảm biến cuối cùng ñến tâm tấm ép phải thoả mãn ñiều kiện sau:

e a

=

2 3

2

r

p e

M

E D a

Với:

+ a: bán kính của tấm ép (cm)

+ D: tổng chiều dày các lớp kết cấu áo ñường (cm)

+ Ep: mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của kết cấu áo ñường (MPa)

+ Mr: mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của ñất nền (MPa)

Tuy nhiên, do chưa có Ep, Mr ñể tính ra ae nên bố trí cảm biến phải chọn r theo kinh nghiệm Sau khi ñã tính ra Ep, Mr từ kết quả ño ñộ võng, phải kiểm tra lại trị số r ñã chọn xem

có thoả mãn ñiều kiện trên hay không Nếu không thoả mãn thì cho phép lấy số ño ở cảm biến

ño, lý trình vị trí ño ñược lưu lại bằng phần mềm hoặc sổ tay

- Nhiệt kế ñể ño nhiệt ñộ mặt ñường

- Búa, ñục

- Cờ hiệu, biển báo, ñèn nhấp nháy báo hiệu xe ñang làm việc

Công tác chuẩn bị thí nghiệm:

- Chuẩn bị thiết bị FWD: Cần hiệu chỉnh các bộ phận của thiết bị ño theo hướng dẫn kèm theo của thiết bị, ñặc biệt là các bộ phận tạo xung lực, ño xung lực và cảm biến ño võng

- Chuẩn bị các thiết bị an toàn

Quy ñịnh về mật ñộ ñiểm ño:

- Trên các ñoạn tuyến dài, chia tuyến ñường thành những ñoạn ñồng nhất về loại hình mặt ñường theo ñiều kiện gây ẩm, trạng thái bề mặt ñường, kết cấu áo ñường, chiều dày kết cấu áo ñường, loại ñất nền…Các số liệu này có thể lấy ở các ñơn vị quản lý ñường hoặc thông qua khảo sát hiện trường thông qua nhóm chuyên gia có kinh nghiệm thực hiện Trên mỗi ñoạn ñồng nhất, chọn một ñoạn ñại diện dài 500-1000m, mỗi ñoạn ñại diện chọn lấy 20 ñiểm ño Với những ñoạn ñồng nhất, ñặc biệt ngắn nhưng có tính chất khác hẳn các ñoạn xung quanh (ñiều kiện ñịa chất, thuỷ văn phức tạp hoặc ñoạn qua vùng ñất yếu, ñoạn hư hỏng cục bộ…) thậm chí nhỏ hơn 100m cũng phải ño ñủ 15 ñiểm

- Nếu tuyến ñường cần ñánh giá không có ñủ các cơ sở dữ liệu ñể phân chia thành các ñoạn ñồng nhất hoặc yêu cầu cần ño với mật ñộ ñồng ñều thì quy ñịnh ño như sau:

+ Đối với dự án lập báo cáo ñầu tư và quản lý khai thác ñường: mật ñộ ño từ 5-10 ñiểm ño/1km

+ Đối với dự án ñầu tư (thiết kế cơ sở và thiết kế kỹ thuật): ño rải ñều trên toàn tuyến, mật ñộ ño 20ñiểm/1km

- Vị trí các ñiểm ño: các ñiểm ño võng thường ñược bố trí ở vệt bánh xe phía ngoài (cách mép mặt ñường 0,6 - 1,2m) là nơi thông thường có ñộ võng cao hơn các vệt bánh phía trong Với ñường có nhiều làn xe, khi quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt ñường trên các làn xe có khác nhau, phải ño võng cho làn yếu nhất Trị số ño ở mỗi vị trí của làn ñó sẽ ñại diện cho ñộ võng tại mặt cắt ngang của ñường

Trình tự thí nghiệm:

- Việc vận hành và ñiều khiển thiết bị FWD ñược thực hiện thông qua phần mềm chuyên dụng kèm theo thiết bị

- Mặt ñường tại vị trí thí nghiệm phải sạch sẽ, nếu cần có thể dùng chổi quét ñể cho tấm ép

và các cảm biến ño ñộ võng tiếp xúc tốt với mặt ñường

- Ô tô kéo thiết bị FWD ñến vị trí cần ño ñộ võng

- Hạ tấm ép và hệ cảm biến ño võng xuống vị trí cần ño, các cảm biến ño ñộ võng phải nằm trên một ñường thẳng qua tâm tấm ép, song song với tim ñường và phải tiếp xúc tốt với

bề mặt ñường

Đo ñộ võng:

- Bước 1: Điều khiển cơ cấu thuỷ lực nâng khối tải trọng lên ñộ cao quy ñịnh và thả khối tải trọng rơi ñập vào tấm ép thông qua bộ giảm chấn ñể truyền một xung lực xuống mặt ñường (40kN) Các ñầu cảm biến ño lực sẽ xác ñịnh xung lực gây ra trên mặt ñường Các ñầu cảm biến sẽ sẽ tự ñộng ño ñộ võng của mặt ñường ứng với các vị trí quy ñịnh

- Bước 2 : Lặp lại bước 1 So sánh kết quả ñộ võng ở tâm tấm ép giữa hai lần ño Nếu kết quả không sai khác nhau quá 5% thì sử dụng kết quả ở bước 2 làm cơ sở tính toán

- Bước 3: Nếu bước 2 không thoả mãn thì lặp lại bước 1 cho ñến khi ñộ võng ở hai lần ño liên tiếp không sai khác nhau quá 5% Sử dụng kết quả ño ở lần cuối làm cơ sở tính toán

- Bước 4: Nếu lặp lại ñến lần thứ 5 mà vẫn không thoả mãn thì phải làm một số công việc sau:

+ Kiểm tra lại hệ thống thiết bị thí nghiệm

+ Xem xét tình trạng tiếp xúc giữa tấm ép và các ñầu ño ñộ võng với mặt ñường

+ Di chuyển thiết bị ñến vị trí mới cách vị trí cũ 1-2m và tiến hành ño lại

- Các kết quả ño sẽ ñược máy tính ghi lại trong file kết quả

- Cần chụp ảnh, ghi chú tình trạng mặt ñường (nứt nẻ, lún, bong bật…) và mực nước hai bên ñường ở ñoạn ñường thí nghiệm

- Đo nhiệt ñộ của mặt ñường: ñể hiệu chỉnh kết quả ño võng về nhiệt ñộ tính toán sau này, phải ño nhiệt ñộ mặt ñường, khoảng 1 giờ một lần trong suốt thời gian ño võng dọc tuyến Việc ño nhiệt ñộ mặt ñường chỉ yêu cầu thực hiện ñối với ñường có lớp mặt phủ nhựa chiều dầy ≥ 5cm Cách ño như sau: Dùng búa và ñục nhọn tạo thành một lỗ nhỏ ñường kính khoảng

3 ~ 5 cm sâu khoảng 4 cm ở mặt ñường gần vị trí ño, sau ñó ñổ nước hay glyxerin vào lỗ và chờ vài phút, dùng nhiệt kế ño nhiệt ñộ chất lỏng trong lỗ chờ cho ñến khi nhiệt ñộ không ñổi thì ghi trị số nhiệt ñộ ño T0C

Kết quả thí nghiệm:

* Tính mô ñun ñàn hỗi hữu hiệu của ñất nền ñường

Trị số mô ñun ñàn hồi của nền ñất tại vị trí ño:

r d

P M

ri ri

+ r: khoảng cách từ tâm tấm ép ñến ñiểm ño ñộ võng

+ dri: là ñộ võng của mặt ñường (không ñiều chỉnh về nhiệt ñộ tính toán) tại ñiểm cách tâm tấm ép một khoảng r

Mô ñun ñàn hồi ñặc trưng của nền ñường:

( )

n

M M

n

i ri r

+ Mri: mô ñun ñàn hồi của nền ñất tại vị trí ño thứ i (MPa)

+ n: số lượng ñiểm ño

Mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của ñất nền ñường dùng trong thiết kế Khi tính toán thiết kế, trị

số mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của ñất nền ñược lấy bằng trị số mô ñun ñàn hồi tính toán nhân với một hệ số hiệu chỉnh c=0.33

r thietke

* Tính mô ñun ñàn hỗi hữu hiệu Ep của kết cấu mặt ñường

Trị số mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của kết cấu mặt ñường tại vị trí ño Epi:

Khi ñã biết Mr từ các số liệu ño võng và tổng chiều dày của kết cấu áo ñường (khoan, ñào

hố hoặc các thiết bị hiện ñại không phá huỷ ñể xác ñịnh), sử dụng trị số ñộ võng mặt ñường ở tâm tấm ép (do) ñể tính ra Epi theo phương trình sau:

=

pi

r

pi r

o

E a D

M

E a

D M

pa d

2

2 3

11

1

1

15

π

= (MPa)

+ a: bán kính của tấm ép (cm)

+ D: tổng chiều dày của kết cấu mặt ñường (cm)

+ Epi: mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của kết cấu mặt ñường tại vị trí ño thứ i (MPa)

+ Mr: mô ñun ñàn hồi ñặc trưng của nền ñất (MPa)

Người ta ñã lập sẵn toán ñồ ñể xác ñịnh tỉ số

r

p M

n

i ri p

+ Eri: mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của kết cấu mặt ñường tại vị trí ño thứ i (MPa)

+ n: số lượng ñiểm ño

* Đánh giá tình trạng của kết cấu mặt ñường

Từ các kết quả ño ñộ võng của mặt ñường bằng thiết bị FWD, ta ñánh giá ñược tình trạng của kết cấu mặt ñường thông qua chỉ số kết cấu hữu hiệu SNeff

3

0093

eff D E

Trong ñó:

+ SNeff: chỉ số kết cấu hữu hiệu của mặt ñường hiện tại

+ D: tổng chiều dày của kết cấu mặt ñường (cm)

+ Ep: mô ñun ñàn hồi hữu hiệu của kết cấu mặt ñường

Chỉ số này ñược dùng ñể tính toán thiết kế tăng cường mặt ñường cũ theo quy trình AASHTO

3.2 Đánh giá chất lượng xe chạy thông qua ñộ bằng phẳng

Hiện nay, thiết bị ño ñộ bằng phẳng các nước ñang sử dụng có rất nhiều loại, có thể tóm tắt gồm hai loại chính:

3.2.1 Loại thiết bị ño mặt cắt

Thiết bị loại này trực tiếp ño ñược mặt cắt dọc bề mặt ñường theo vệt lăn bánh, sau ñó thông qua việc xử lý số học tìm ra một trị số thống kê nào ñó dùng ñể phản ánh ñộ bằng phẳng của ñường Loại thiết bị này chủ yếu có các máy kiểu dưói ñây:

a Dùng thước 3m

Thước thẳng dài 3,0 m là phương thức cơ bản nhất trong các loại thiết bị ño mặt cắt có mặt

ño tương ñối chuẩn Đặt thước 3,0 m tại dải vệt bánh, ño khe hở giữa cạnh thước thẳng và bề mặt ñường ñể lấy ñó thể hiện tình trạng lồi lõm theo hướng dọc của mặt ñường

Dụng cụ thí nghiệm:

- Thước dài 3,0 m ñược dùng làm ñường thẳng chuẩn xác ñịnh ñộ bằng phẳng của mặt ñường Thước dài 3,0 m phải ñảm bảo thẳng, nhẹ và ñủ cứng Độ võng ở giữa thước do trọng lượng bản thân gây ra không ñược lớn hơn 0,5 mm

Về vật liệu, nên chế tạo bằng thước hợp kim nhôm hay có thể dùng loại gỗ tốt (chắc, khô, không cong, không vênh )

- Nêm có chiều cao thay ñổi theo 5 nấc: 3 mm, 5 mm, 7 mm, 10 mm, 15 mm dùng ñể ño khe hở giữa thước và mặt ñường

Hình 3.6 sơ ñồ thước dài 3m

hở này ñược lấy tròn theo các trị số 3 mm, 5 mm, 7 mm, 10mm, 15 mm

Kết quả thí nghiệm: Với mỗi ki-lô-mét ñường so sánh các tổng số khe ñã ño với tiêu chuẩn ñã quy ñịnh ñể ñánh giá chất lượng về ñộ bằng phẳng hình học của lớp cấu tạo mặt ñường (lớp móng hay lớp mặt ) ñược kiểm tra

a, Cấu tạo thước

b, Cấu tạo nêm