THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

Quan hệ giữa vận tốc và tải trọng tác dụng của máy bay lên mặt đường băng Trong quá trình khai thác các mặt sân bay thì các tải trọng từ các trục bánh xe máy bay đã tác động lên chúng..

PGS.TS PHẠM HUY KHANG

THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG

VÀ MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI

HÀ NỘI – 2008

http://www.ebook.edu.vn

THÔNG TIN CHUNG VỀ GIÁO TRÌNH

THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ MẶT

ĐƯỜNG SÂN BAY

PGS.TS Phạm Huy Khang

1 Câu hỏi đánh giá: có file kèm theo

2 File giáo trình: có file kèm theo

3 Emai: phkhangdr@yahoo.com

4 Phạm vi và đối tượng sử dụng giáo trình: Giáo trình được dùng trong xây dựng công trình giao thông, cho sinh viên ngành Xây dựng đường ô tô và sân bay, ngành Đường bộ, ngành Công trình giao thông công chính và một số ngành công trình khác

PHẦN II MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

Chương 7

MẶT ĐƯỜNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

Có hai bài toán được đặt ra:

– Từ một loại đất và một lượng vận chuyển đã cho, tính toán kết cấu mặt đuờng ứng với một tuổi thọ quy định

– Từ một loại đất và một kết cấu mặt đường đã cho, xác định lượng vận chuyển cho phép và tuổi thọ còn lại

2 Sự toàn vẹn của bề mặt

Mặt đường sân bay phải toàn vẹn, không bong vật liệu làm hư hỏng thiết bị và động

cơ Khi bảo dưỡng mặt đường phải đặc biệt chú ý đến sự toàn vẹn của lớp mặt Mặt đường thường bị hư hỏng dưới các hình thức như: xuất hiện các đường nứt và mép đường nứt bị vụn nát, bong vật cốt liệu (với mặt đường đá trộn nhựa), bóc vệt lông chim (với mặt đường láng nhựa) và bóc vẩy cá (với mặt đường bêtông xi măng)

Những hư hỏng này làm giảm chất lượng kết cấu mặt đường bởi chúng ảnh hưởng xấu đến sự phân bố ứng suất (trường hợp các đường nứt), làm cho nước thấm qua lớp móng và nền giảm sức chịu tải

Vì vậy cần chú ý việc bảo dưỡng thường xuyên mặt đường và khi cần thì tăng cường lớp mặt

3 Độ bằng phẳng của trắc dọc đường hạ – cất cánh

Khuyến nghị của ICAO (Điều 3.1.12, Phụ lục 14) ghi rõ: “Bề mặt của đường bằng phải được xây dựng bằng phẳng, không có các chỗ lồi lõm, không đều ảnh hưởng xấu đến hiệu quả hãm phanh và việc cất hạ cánh của máy bay”

TKM§BTXM • 125

Trắc dọc của đường băng không đồng đều so với trắc dọc lý thuyết (bảo đảm các tiêu chuẩn về độ dốc và đường cong đứng) sẽ ảnh hưởng xấu đến độ bằng phẳng Trên đường băng đang khai thác các chỗ không bằng phẳng này thường là chỗ mặt đường bị hỏng do mỏi hoặc nền đường bị lún

Vì vậy phải thường xuyên kiểm tra độ bằng phẳng và cải thiện trắc dọc của mặt đường băng sân bay

Một mặt đường có hệ số ma sát tốt được đặc trưng bằng độ trơn Với một loại máy bay độ trơn phụ thuộc vào chất lượng thoát nước mặt (để giảm chiều dày máng nước) và

độ nhám của lớp mặt

Nguy cơ chính có thể xảy ra khi máy bay vận hành trên mặt đường ướt màng nước Nếu giữa bánh máy bay và mặt đường có một màng nước dày thì bánh máy bay sẽ mất hết lực bám Mặt đường không phẳng, bị đọng nước, hoặc thoát nước không kịp khi mưa lớn là nguyên nhân sinh ra các máng nước Để khắc phục cần sửa lại mặt cắt, lấp các vũng nước, xẻ rãnh tạo nhám…

Đ7.2 CÁC ĐIỂM GIỐNG NHAU VÀ KHÁC NHAU GIỮA MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY VÀ MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

Mặt đường ô tô và mặt đường sân bay có những điểm khác nhau và giống nhau chủ yếu sau đây

1 Tải trọng

Mạng lưới đường ô tô của mỗi nước có những quy định riêng về trọng lượng của trục bánh thiết kế, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, xã hội và điều kiện tự nhiên của mỗi nước Tải trọng trục bánh thiết kế của nước ta là 100 kN (hoặc một bánh kép 50 kN) với

áp lực hơi trong bánh xe là 0,65 Mpa

Với sân bay, do việc vận tải hàng không không có biên giới, hệ thống sân – đường của sân bay phải tuân thủ các quy định của Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế (ICAO) Tải trọng trên một càng bánh máy bay có thể lớn hơn 900 kN (máy bay Boeing

747 – 400) với áp lực hơi trong bánh 1,25 Mpa (có thể lên đến 1,5 hoặc 1,6 Mpa)

Tốc độ lớn nhất của ô tô vận tải trên tất cả các loại đường ô tô của các nước thường không quá 60 km/h Trên sân bay thì tốc độ lại phụ thuộc vào bộ phận sân đường: tốc

độ nhỏ và không đổi trên đường lăn, tốc độ thay đổi liên tục trên đường băng và hoàn toàn không phụ thuộc vào tầm quan trọng của cảnh hàng không của nước sở tại – máy bay phải chạy bon cất cánh với tốc độ như nhau ở Nội Bài, ở Bangkok hoặc ở Paris

Vì vậy, phải tiêu chuẩn hoá việc thiết kế và khai thác mặt đường sân bay theo các quy định của ICAO

Do tải trọng thẳng đứng của bánh máy bay rất lớn nên chiều dày mặt đường sân bay thường lớn hơn nhiều so với chiều dày mặt đường ô tô

Tải trọng ngang tác dụng trên mặt đường sân bay cũng lớn hơn rất nhiều so với trên đường ô tô Vì vậy, nếu thi công lớp dính bám trong kết cấu mặt đường mềm sân bay không tốt thì thường xuất hiện sự trượt của lớp mặt trên lớp móng tại các khu vực có bố trí siêu cao và các đoạn đường hãm phanh

Tần suất tác dụng tải trọng cũng rất khác nhau: trên các đường ô tô cao tốc hoặc cấp I số lần tác dụng trùng phục của tải trọng có thể đến vài nghìn lần trong một ngày, còn trên mặt đường sân bay có nhiều máy bay hạ cánh thì cũng chỉ tới vài trăm lần

Từ đó, với kết cấu mặt đường mềm của đường ô tô cấp cao người ta thường làm làn riêng cho xe tải vì có nguy cơ hình thành vệt lún bánh xe trên làn xe này Trong sân bay, nguy cơ này chỉ xuất hiện trên đường lăn, vì máy bay lăn với tốc độ thấp và vệt bánh luôn tác dụng qua cùng một chỗ

2 Tác dụng của môi trường

Tác dụng của môi trường (nhiệt độ, nước mưa ) thường gây các hậu quả bất lợi đối với mặt đường sân bay nhiều hơn so với mặt đường ô tô

Với kết cấu mặt đường mềm, cùng với thời gian nhựa bitum trong mặt đường bị hoá già sẽ xuất hiện các đường nứt nhỏ trên lớp mặt Do tần suất tác dụng của bánh máy bay thấp hơn nên các bánh máy bay không hàn kín được các đường nứt như thường thấy trên đường ô tô Vì vậy, khi thiết kế công thức bêtông nhựa của mặt đường sân bay nên tăng hàm lượng nhựa lên một ít để đảm bảo độ kín nước của mặt đường

Mặt khác, do mặt đường sân bay rộng, khoảng cách thoát nước xa, thời gian thoát nước lâu, khiến cho tính không thấm nước trở thành một chỉ tiêu cơ bản khi thiết kế mặt đường sân bay Đây là điểm mấu chốt để bảo đảm chất lượng mặt đường

Từ đó phải nghiên cứu một công thức riêng cho bêtông nhựa mặt đường sân bay, bảo đảm chỗ hỗn hợp nhựa có độ chặt và độ để thi công cao

3 Phương pháp thiết kế

Phương pháp thiết kế chiều dày mặt đường mềm của đường ô tô và của sân bay (theo ICAO) cũng khác nhau

Chiều dày mặt đường mềm đường ô tô được tính theo hai tiêu chuẩn:

a) Không cho phép xuất hiện biến dạng dư trong đất nền;

b) Không cho phép xuất hiện đường nứt do mỏi trong thớ dưới của từng lớp mặt đường Chiều dày mặt đường được tính với tiêu chuẩn bất lợi nhất

Việc thiết kế chiều dày mặt đường sân bay thì chỉ tính theo tiêu chuẩn đầu tiên (tiêu chuẩn a) (xem Thiết kế sân bay, Phần 3: Mặt đường, ICAO) Căn cứ vào trị số CBR của đất nền và tải trọng càng bánh của máy bay thiết kế để xác định chiều dày tương đương tổng cộng của kết cấu mặt đường Sau đó chọn một kết cấu mặt đường cụ thể với các lớp vật liệu thích hợp có chiều dày tương đương bằng chiều dày đã xác định ở trên

TKM§BTXM • 127

Đ7.3 CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG VÀ CHỌN

LOẠI MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

1 Các loại mặt đường: Có 4 loại kết cấu mặt đường chính thường sử dụng trong xây

dựng mặt đường ôtô là: mặt đường mềm, mặt đường nửa cứng, mặt đường cứng, và mặt

đường hỗn hợp

Mặt đường mềm là kết cấu mặt đường chỉ gồm các lớp vật liệu không gia cố chất

kết dính hoặc gia cố bằng chất kết dính hiđrôcácbon (các loại nhưa bitum, guđron và

nhũ tương của chúng)

Mặt đường nửa cứng là kết cấu mặt đường mà lớp móng trên được gia cố bằng các

chất liên kết rắn trong nước (xi măng, xỉ lò cao, puzolan –vôi, ) và lớp mặt bằng hỗn

hợp đá trộn nhựa và bêtông nhựa

Mặt đường cứng là kết cấu mặt đường mà lớp mặt và lớp móng trên là một, và là

một tấm BTXM

Mặt đường hỗn hợp thường không sử dụng cho mặt đường làm mới Nói chung đó

là kết quả của việc tăng cường mặt đường cứng cũ bằng các lớp bêtông nhựa

2 Chọn loại mặt đường: Việc chọn loại mặt đường phụ thuộc vào nhiều nhân tố như:

giá thành xây dựng, điều kiện cung cấp vật liệu, điều kiện khí hậu, đất nền, khả năng

bảo đảm tốt việc duy tu bảo dưỡng với giá thành phù hợp, lượng vận chuyển, thời hạn

thi công, có khả năng xây dựng theo từng giai đoạn, vấn đề kỹ thuật tăng cường, khả

năng trang bị kỹ thuật của các công ty thi công

Mặc dù các lớp móng trên bằng cấp phối đá gia cố xi măng (hay các chất liên kết

rắn trong nước khác) trong kết cấu mặt đường nửa cứng có nhiều ưu điểm đối với

đường ô tô (giá thành hợp lý, cường độ chống hình thành vệt lún bánh xe cao), nhưng

kinh nghiệm sử dụng lại cho thấy kết cấu mặt đường nửa cứng không thích hợp với mặt

đường sân bay Do đó, không nên sử dụng các kết cấu mặt đường nửa cứng vì hai

nguyên nhân chính sau:

– Khi mặt đường nửa cứng chịu tải trọng lớn của máy bay thì lớp móng trên của

nó dễ bị nứt gẫy, nếu chiều dày của lớp này tương đương với chiều dày của kết

cấu mặt đường ô tô Để tránh bị nứt gãy thì phải tăng chiều dày lớp này và như

vậy sẽ không kinh tế

– Các lớp móng trên bằng cấp phối đá gia cố chất liên kết rắn trong nước dễ bị nứt

gãy, nếu chiều dày lớp mặt không đủ lớn Do tần suất tác dụng tải trọng của sân

bay thấp, các đường nứt này trong lớp mặt không tự liền lại được và nước dễ

thấm vào nền móng làm hư hỏng nhanh kết cấu mặt đường Kinh nghiệm cho

thấy chiều dày tối thiểu của lớp bêtông nhựa là 12cm thì mới làm chậm việc

truyền nứt lên lớp mặt, do đó tính ưu việt về kinh tế của kết cấu mặt đường nửa

cứng lại càng giảm

Vì vậy việc chọn mặt đường sân bay thường chỉ tiến hành với hai loại mặt đường

mềm và mặt đường cứng

Không thể xác định chính xác trong trường hợp nào thì xây dựng mặt đường cứng

tốt hơn mặt đường mềm, tuy nhiên có thể thừa nhận:

– Các kết cấu mặt đường mềm thích hợp để làm các mặt đường loại nhẹ, rải lề tiếp

giáp hoặc sân hãm Mặt đường mềm cũng thích với các vùng khí hậu khô nóng

khó thi công BTXM đảm bảo chất lượng cao, hoặc ở các vùng bị lún nhiều hoặc

trương nở

– Các kết cấu mặt đường mềm thích hợp trên các bề mặt chịu tác dụng của các tải

trọng lớn hoặc chịu các ứng suất tiếp lớn (sân – đường của các sân bay thương

mại lớn) Cũng nên làm mặt đường cứng ở hai đầu đường băng các sân bay quân

sự vì phải chịu tác dụng nhiệt của các động cơ phản lực

– Ở vùng khí hậu ẩm ướt, mặt đường cứng làm việc tốt hơn mặt đường mềm, tuổi

thọ dài hơn, nhưng việc bảo dưỡng sửa chữa khi nối của mặt đường cứng lại

tương đối phức tạp Nền đất có sức chịu tải thấp thì giá thành của mặt đường

cứng thường nhỏ hơn giá thành mặt đường mềm; ngược lại nền đất có sức chịu

tải cao thì giá thành của mặt đường cứng cũng cao vì tấm bêtông phải có một

chiều dày tối thiểu khoảng 18cm, không phụ thuộc vào sức chịu tải của nền

Đ7.4 CÁC YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG ĐỐI VỚI

1 Yêu cầu về chất lượng đối với lớp mặt của mặt đường mềm sân bay

Lớp mặt của mặt đường mềm sân bay phải bảo đảm được các chức năng sau:

– Bảo đảm cho máy bay lăn bánh an toàn và thuận lợi Chức năng này đòi hỏi lớp

mặt phải bảo đảm được các yêu cầu về cường độ và độ ổn định dưới tác dụng

của tải trọng, cũng như phải thoả mãn các yêu cầu về độ nhám và độ bằng

phẳng

– Bảo vệ nền móng dưới tác dụng của nước Yêu cầu này đòi hỏi lớp mặt phải

không thấm nước và phải có một chiều dầy tối thiểu bảo đảm không xuất hiện

đường nứt dưới tác dụng của tải trọng hoặc do sự truyền nứt từ lớp móng cứng

– Bảo đảm các tính chất trên đây phải được duy trì lâu dài Điều này đòi hỏi nhựa

bitum phải lâu hoá già

2 Yêu cầu về cường độ chống hình thành vệt lún bánh xe và mỏi

Do tần suất tác dụng của bánh máy bay tại một số chỗ nhỏ hơn nhiều so với đường

ô tô nên yêu cầu đối với chỉ tiêu này không khắt khe như với mặt đường ô tô Tuy

nhiên, mặt đường sân bay chịu tải trọng lớn hơn nên phải sử dụng hỗn hợp bêtông nhựa

có độ dãn dài khi phá hoại cao hơn so với bêtông nhựa của đường ô tô

3 Độ nhám

Do tần số lần hạ cánh của sân bay không lớn nên yêu cầu đối với độ nhám không

cao như đối với mặt đường ô tô, vì bánh máy bay ít làm hao mòn và trơn nhẵn cốt liệu

Độ nhám (độ bám giữa bánh máy bay và mặt đường) của mặt đường khô và sạch

thường là phù hợp với yêu cầu Tuy nhiên khi mặt đường bị ướt thì thường không đủ độ

nhám và mặt đường trở thành trơn trượt

Vì vậy, khi xây dựng và khai thác mặt đường sân bay cần đặc biệt chú ý đến độ

nhám khi mặt đường ẩm ướt

TKM§BTXM • 129

Để vận hành an toàn, mặt đường sân bay phải đủ độ bám để hãm phanh khi máy

bay hạ cánh (hoặc hãm phanh trong trường hợp việc cất cánh bị gián đoạn vì lý do kỹ

thuật) và để quay bánh khi máy bay tiếp đất lúc hạ cánh

Để tăng độ bám giữa bánh máy bay với mặt đường, khi xây dựng mặt đường phải

bảo đảm việc thoát nước mặt và bảo đảm độ nhám của kết cấu Để tránh đọng nước nên

thiết kế độ dốc ngang của đường băng (từ 1 đến 1,5%) lớn hơn độ dốc dọc (tối đa

là 1,25%)

Để đạt được độ nhám vĩ mô, với mặt đường mềm nên dùng bêtông nhựa vừa đá

dăm 0/14 hoặc 0/10mm; với mặt đường BTXM thì phải xẻ rãnh tạo nhám Ở mặt đường

sân bay vài trò của độ nhám vi mô không rõ ràng Trên các đường băng sân bay cấp 4E,

4D, 4C cho phép dùng cốt liệu đá vôi có độ cứng lớn để chế tạo bêtông nhựa

Để nghiệm thu mặt đường và kiểm tra độ bám phải tiến hành các thí nghiệm kiểm

tra như sau:

– Kiểm tra khe hở giữa thước dài 3m theo hướng dọc và hướng ngang Yêu cầu

khe hở phải ≤ 3mm để mặt đường không đọng nước

– Kiểm tra lực bám bằng máy đo hệ số ma sát dọc Yêu cầu hệ số ma sát dọc dưới

một máng nước 1mm phải lớn hơn 0,65 ở tốc độ 65km/h, và lớn hơn 0,44 ở tốc

độ 100km/h

– Kiểm tra độ nhám bằng thí nghiệm đo chiều cao cát Theo ICAO chiều cao cát

1mm là thoả mãn

4 Tính không thấm nước

Nước làm giảm sức chịu tải của kết cấu mặt đường Do điều kiện thoát nước của

mặt đường sân bay khó khăn hơn so với đường ô tô (khoảng cách thoát nước xa, thời

gian thoát nước mặt đường băng lâu) làm cho tính không thấm nước trở thành một yêu

cầu chính đối với mặt đường sân bay Đây là điểm ưu tiên để bảo đảm chất lượng

Muốn vậy hỗn hợp bêtông nhựa phải có độ chặt và độ dễ thi công cao

5 Độ bằng phẳng

Theo khuyến nghị của ICAO (Điều 3.1.24, Phụ lục 14) thì “Bề mặt của đường băng

không được gồ ghề làm giảm hiệu quả của việc hãm phanh hoặc có hại cho việc cất – hạ

cánh của máy bay”

Do tốc độ lăn bánh của máy bay lúc cất cánh hoặc hạ cánh rất cao (ví dụ với máy

bay Boeing 474, Airbus tốc độ gần đúng khi cất cánh ở cao trình mặt biển là 250 ÷ 280

km/h), nên yêu cầu về độ bằng phẳng của đường băng cao hơn nhiều so với đường ô tô,

ảnh hưởng của độ bằng phẳng đến sự an toàn của máy bay quan trọng hơn nhiều so với

đường ô tô mà tốc độ chạy xe thấp hơn va có thể hạn chế

Phụ lục 14 ICAO quy định khe hở dưới thước dài 3m là – 3mm để thoát nhanh

nước mặt, tránh tạo thành các vũng nước, và độ dốc dọc không được thay đổi quá 2%

trên 30m dài

Trên đường lăn, do tốc độ lăn bánh của máy bay thấp hơn (20 – 60km/h) nên yêu

cầu về độ bằng phẳng chỉ xấp xỉ với độ bằng phẳng của đường ô tô

6 Bảo đảm sự toàn vẹn của lớp mặt

Dưới tác dụng của máy bay (ứng suất do tải trọng gây ra, nhiên liệu rơi vãi, sự phụt của động cơ phản lực) và của môi trường khí hậu (sự hoá già), mặt đường có thể bị phá hoại dưới các hình thức:

– Nứt và rạn vỡ làm cho mặt đường bị thấm ướt;

– Biến dạng (lún, sệ, vệt bánh, mặt cắt chữ W)

Những hư hỏng này làm cho lớp mặt mất tính toán khối và vật liệu bị bong bật, có khả năng gây ra những tai nạn nghiêm trọng khi chúng bị động cơ phản lực hút vào

Vì vậy để bảo đảm sự toàn vẹn của mặt đường cần phải:

a) Sử dụng vật liệu ổn định với tác dụng của xăng dầu để làm lớp mặt của sân đỗ máy bay là nơi máy bay đỗ lầu dài, kết hợp bảo dưỡng và sửa chữa Với đường băng và đường lăn vấn đề này không cần đặt ra

Có nhiều biện pháp để chống lại tác dụng ăn mòn của xăng dầu, mà đơn giản nhất

– Bịt kín tất cả đường nứt;

– Quét sạch sỏi đá và các mảnh vỡ của vật liệu;

– Rải mặt lề tiếp giáp và sân hãm

* Tác dụng nhiệt Sự xâm thực do tác dụng nhiệt của động cơ phản lực phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ phụt

Một số máy bay quân sự có thể sinh ra một luồng hơi nóng từ 200 – 2500C trên mặt đường sau ống phụt từ 7 – 8m Một lớp mặt bêtông nhựa chịu phụt như vậy trong thời gian 2 lần có thể bị biến dạng nghiêm trọng

Với các máy bay dân dụng, do thiết kế và bố trí các động cơ phản lực khác với máy bay quân sự nên không gây hư hỏng mặt đường Vì vậy, chỉ cần áp dụng các biện pháp đặc biệt đối với các đường băng dùng chung cho cả mục đích quân sự

c) Bảo đảm ổn định dưới tác dụng của môi trường Do diện tích lớn hơn, độ dốc nhỏ hơn, việc thoát nước khó hơn, tần suất tác dụng máy bay ít hơn, cũng như không được cây cối, nhà cửa che chắn nắng gió cho nên ảnh hưởng của các điều kiện khí hậu

và môi trường đối với mặt đường sân bay lớn hơn so với mặt đường ô tô

Về mùa hè nhiệt độ của mặt đường bêtông nhựa sân bay có thể lên tới 60 – 700C Khi thiết kế công thức của hỗn hợp bêtông nhựa phải xét tới điều này để tránh xuất hiện vệt lún bánh xe (bảo đảm cấp phối chặt, dùng cốt liệu có nhiều góc cạnh, dùng nhựa bitum có độ làm lún thích hợp và đầm chặt đến độ chặt cao)

Do lượng vận chuyển của sân bay không lớn, tần suất tác dụng tải trọng nhỏ hơn nhiều so với đường ôtô, nên các đường nứt nhỏ trong bêtông nhựa sân bay không tự hàn

Lớp mặt phải bảo đảm các chức năng như đã nêu trong mục 7–4

Hình 7.1 Kết cấu mặt đường mềm

2 Lớp móng trên

Lớp móng trên là thành phần kết cấu chính của mặt đường mềm Chức năng chính của nó là phân bố tải trọng máy bay từ lớp mặt xuống nền móng (lớp móng dưới hoặc nền đất)

Lớp móng trên phải đủ chiều dày và cường độ để bảo vệ tốt lớp nền móng phía dưới và không gây lún cố kết nền móng, làm lớp mặt bị lún hoặc biến dạng

Chất lượng của lớp móng trên phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, độ chặt lu lèn Vật liệu làm lớp móng trên phải có CBR ≥ 80, cứng và bền

Với các kết cấu mặt đường làm mới được thiết kế để tiếp nhận các máy bay phản lực trọng lượng ≥ 100000 lb (45000 kg) thì phải làm lớp móng trên và lớp móng dưới gia cố, trừ trường hợp lớp móng làm bằng cấp phối đá dăm cứng và chất lượng tốt Nếu có sử dụng lớp móng gia cố thì tổng chiều dày của kết cấu mặt đường không được nhỏ hơn tổng chiều dày của kết cấu mặt đường tính với nền đường có CBR = 20

Để giảm khả năng xuất hiện đường nứt, chiều dày tối thiểu của lớp mặt bitum không được nhỏ hơn 10cm

Vật liệu để làm lớp móng trên có thể là: hỗn hợp đá dăm trộn nhựa nóng và nguội;

đá dăm thấm nhập nhựa; cấp phối đá dăm hoặc cấp phối đá dăm gia cố xi măng (thường

dùng ở Anh)

3 Lớp móng dưới

Lớp móng dưới thường là một bộ phận hợp thành kết cấu mặt đường sân bay, từ kết

cấu mặt đường trên nền đường bằng đất sỏi sạn

Chức năng tương tự như của lớp móng trên, nhưng yêu cầu vật liệu thấp hơn do

khoảng cách đến tải trọng bánh xe xa hơn

4 Nền đất

Nền đất chịu ứng suất nhỏ hơn so với các lớp mặt đường Ứng suất trong nền đất

giảm dần theo chiều sâu; ứng suất lớn nhất ở trên mặt của nền đất

Nếu đất nền yếu và không ổn định với nước thì phải thay đất hoặc gia cố đất bằng

vôi hoặc xi măng

Đ7.6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG

MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

Mặt đường sân bay là những kết cấu mặt đường nhiều lớp, chất lượng của nó phụ

thuộc vào nhiều thông số Những thông số này có thể chia thành 5 nhóm, được tóm tắt

như sau

1 Các thông số tải trọng: Tổng trọng lượng máy bay, tải trọng trên bánh, số lượng

bánh và khoảng cách giữa các bánh, áp suất bơm bánh, số lần tác dụng tải trọng, thời

gian tác dụng tải trọng, phân bố tải trọng theo chiều ngang, loại tải trọng (tĩnh hoặc

động)

2 Các thống số liên quan đến môi trường: Lượng mưa và phân bố lượng mưa, nhiệt

độ môi trường, luồng phụt và nhiệt độ hơi phụt của máy bay, nhiên liệu rơi vãi

3 Các thông số liên quan đến kết cấu: Số lớp và chiều dày các lớp của kết cấu mặt

đường, cường độ vật liệu

4 Các thông số liên quan đến xây dựng

5 Các thông số liên quan đến duy tu bảo dưỡng

Chất lượng của kết cấu mặt đường đặc biệt nhạy cảm với tần suất tác dụng tải

trọng Các khu vực chịu tác dụng của tải trọng trùng phục phải được thiết kế chịu được

mỏi do tải trọng trùng phục gây ra

Lương mưa và phân bố lượng mưa không đều trong năm cũng là một nguyên nhân

làm yếu nền đất, xuất hiện hiện tượng phùi bùn làm cho các tấm bêtông bị cập kênh

Sự thay đổi nhiệt độ của môi trường có thể làm xuất hiện các ứng suất nhiệt bất lợi

trong mặt đường bêtông, làm chảy bitum trong mặt đường mềm

Tốc độ phụt và nhiệt độ luồng hơi phụt của các động cơ phản lực, sự chảy tràn hoặc

rơi vãi nhiên liệu trên mặt đường cũng làm giảm chất lượng của kết cấu

TKM§BTXM • 133

Chất lượng của mặt đường trực tiếp liên quan với các thông số kết cấu như số lớp, chiều dày các lớp, đặc trưng cường độ của vật liệu Ngoài ra, chất lượng mặt đường còn phụ thuộc nhiều vào chất lượng thi công cũng như chất lượng của công tác duy tu bảo dưỡng đường trong suốt quá trình khai thác

Cần lưu ý là kết cấu mặt đường thường ít bị hư hỏng đột ngột mà chỉ mất dần khả năng phục vụ theo thời gian do vật liệu bị mỏi, lớp mặt bị mòn

Do những phức tạp trên đây nên các phương pháp thiết kế mặt đường sân bay chỉ là những phương pháp gần đúng, nửa lý thuyết nửa thực nghiệm

Tóm tắt chương 7:

Trình bày những vấn đề cơ bản , những yêu cầu khi xây dựng, yêu cầu khai thác và cấu tạo mặt đường mềm sân bay.Chương này cũng trình bày những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mặt đường sân bay

Câu hỏi ôn tập :

1-Phân tích đặc điểm chịu lực của mặt đường ô tô và mặt đường sân bay,

nhữngđiểm khác biệt khi thiết kế mặt đường sân bay và mặt đường ô tô

2-Từ những yêu cầu của mặt đường SB những vấn đề đặt ra khi thiết kế

Chương 8

TẢI TRỌNG VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG LÊN CÁC MẶT

ĐƯỜNG SÂN BAY

Đ8.1 TÁC ĐỘNG CỦA LỰC (TẢI TRỌNG KHAI THÁC)

1 Quan hệ giữa vận tốc và tải trọng tác dụng của máy bay lên mặt đường băng

Trong quá trình khai thác các mặt sân bay thì các tải trọng từ các trục bánh xe máy bay đã tác động lên chúng Các điểm đặc trưng của các tải trọng này đã được xét đến khi tính toán và thiết kế cấu tạo mặt đường của các chủng loại khác nhau Khi cất cánh,

hạ cánh, khi lái lăn bon và khi đỗ dừng lại của các máy bay thì độ lớn và thời gian đặt tải trọng lên mặt đường bị thay đổi phụ thuộc vào chế độ chạy của máy bay

Hình 8.1 Sự thay đổi vận tốc của máy bay v và tải trọng P lên mặt đường

1 Khoảng chạy hạ cánh (υ1 là vận tốc hạ cánh);

2 Chạy lấy đà (υ là vận tốc tách rời khỏi mặt đường băng); 2

3 Chạy lấy đà hành trình (P1 là tải trọng đã dừng lại trục sau khi đỗ hạ cánh);

4 Chạy lấy đà (P2 là tải trọng đỗ dừng lại trước khi cất cánh)

Trên hình 8.1 đã nêu ra các đồ thị thay đổi vận tốc và tải trọng máy bay lên đường băng trong thời gian của khoảng chạy và chạy lấy đà khởi động.Việc cất cánh hạ cánh

và lái lăn bon ra của các máy bay đã được xem xét nghiên cứu dựa theo tuyến trục của các bộ phận sân bay như đường băng nhân tạo, song trên thực tế để đạt được việc này là rất phức tạp, đặc biệt là khi thực hiện hạ cánh

134 • TKM§BTXM

2 Ảnh hưởng tải trọng và lốp bánh xe máy bay

Các lốp xe có dạng nửa hình cầu áp thấp được áp dụng sử dụng ở trên các máy bay

có vận tốc hạ cánh < 160 km/giờ, mà chúng hạ cánh và đỗ xuống trên các sân bay có mặt đường cứng, cũng như là trên các sân bay mặt bằng đất Đối với các máy bay có các vận tốc cất cánh lên và hạ cánh xuống lớn thì các lốp xe này không phù hợp vì có độ bền thấp, không đảm bảo độ thăng bằng cho máy bay Các lốp dạng vòm hình cung vòm cuốn được lắp đặt trên các máy bay có vận tốc cất cánh, hạ cánh cao, chúng thực hiện việc cất hạ cánh ở trên tất cả các sân bay khác nhau

Hình 8.2 Mối quan hệ giữa tải trọng

và diện tích tiếp xúc bánh lốp lên mặt đường

Đối với loại lốp dạng này, sự phụ thuộc giữa đoạn tiếp xúc bánh lốp với mặt đường

và giá trị tải trọng tác động gần như tuyến tính, cho nên áp suất bánh hơi lên mặt đường

với tải trọng khác nhau gần như không đổi (hình 8.2)

3 Sự phân bố tải trọng máy bay lên đường băng, đuờng lăn

Các nghiên cứu khi quan sát tĩnh học chỉ ra việc phân bố lặp lại các tải trọng giống với quy luật tiêu chuẩn về phân bố (hình 8.3) Các độ sai lệch của máy bay tính từ tuyến trục khi lái lăn bon trên đường lăn và khi cất cánh trên đường băng là nhỏ hơn đáng kể

so với khi hạ cánh

Hình 8.3 Sự phân phối tải trọng trên đường băng khi hạ cánh của các máy bay

1 Theo các số liệu (207); 2 Dựa theo các số liệu (60)

Hình 8.4 Sự phân bố tải trọng lên trên đường lăn trên đường lăn bon của máy bay

Các sai lệch này cũng phù hợp với tiêu chuẩn Biểu đồ xác xuất đã nêu ra trên hình 8–4 về việc phân bố các chuyển động của trục bánh xe trên cơ sở tổng quát các nghiên cứu số lượng rất lớn và đã được thống nhất chung Sự di chuyển của máy bay có vận tốc

là 30 – 40 km/h lăn ra đường băng trước khi cất cánh đã gây tác động lớn nhất lên mặt đường theo hàng loạt các nguyên nhân Thứ nhất là không có lực nâng lên, thứ hai là máy bay trước khi cất cánh có trọng lượng tối đa, thứ ba là việc lái lăn bon ra được thực hiện với độ sai lệch nhỏ tính từ tuyến trục mặt đường, thứ tư là khi có các chỗ lồi lõm, không bằng phẳng ở trong mặt đường đã sinh ra các ứng lực phụ khi chuyển động của trục xe

4 Áp lực của máy bay tác động lên đường băng khi cất và hạ cánh

Khi hạ cánh của các máy bay thì các đoạn đường cua vòng tròn của đường băng đều bị chịu các tải trọng va đập mạnh của các bánh xe với mặt đường Nếu như người phi công thực hiện việc hạ cánh này có sự va đập, thì cũng có thể làm tăng lên đáng kể

136 • TKM§BTXM

tải trọng tĩnh của máy bay Ở trên hình 8.5 người ta đã chỉ ra một ví dụ về sự thay đổi

của tải trọng lên trên mặt đường do các bánh xe máy bay khi có sự hạ cánh bình thường

đạt tiêu chuẩn với cuộc hạ cánh có sự va đập Từ hình vẽ này ta cần chú ý là khi có sự

hạ cánh chính xác của máy bay thì các tải trọng lên trên mặt đường là không vượt quá

các tải trọng tĩnh học Khi có sự hạ cánh không đạt yêu cầu thì tải trọng va đập trong

thời gian ngắn lên trên mặt đường sẽ tăng vượt trội hơn gấp đến 3 lần so với tải trọng

tĩnh, và khi xét với độ bền của càng máy bay, thì chiếm đến 3,5–4,5 về trữ lượng độ bền của chúng

Hình 8.5 Áp lực bánh xe lên mặt đường khi máy bay hạ cánh

a Hạ cánh bình thường b Hạ cánh với xung va đập

Sau khi có sự va đập của các bánh xe khi hạ cánh, vì có sự giảm dần của lực nâng nên áp suất lên trên mặt đường khi vận tốc giảm đi sẽ tăng dần lên cho đến độ lớn của

áp suất tĩnh học Khi có các mặt đường không bằng phẳng lồi lõm, cũng như khi chạy dừng lại, ở trong khoảng đoạn phạm vi của các vận tốc là 20 – 40km/giờ thì các tải trọng lên trên mặt đường có thể vượt trội tăng hơn so với tải trọng tĩnh học Các điều kiện hoạt động làm việc của máy bay ở giữa của đường băng là thuận lợi nhất Các máy bay đi qua đoạn đường này với vận tốc cao khi có sự thể hiện ban đầu của lực nâng lên Thời gian va chạm nhỏ, và vì vậy các mặt đường và nền móng đất không kịp bị biến dạng hoàn toàn Sức cản của đất nền đã được tăng lên so với sự tác động tĩnh học của các tải trọng Đồng thời các trường hợp không chỉ ở các nơi đỗ lại mà còn cả các nơi dừng lại của các máy bay ở trên phần đầu, ở giữa trung gian của đường băng không bị ảnh hưởng của quy luật các cuộc cất cánh

5 Ảnh hưởng của tại trọng, sơ đồ bánh xe máy bay

138 • TKM§BTXM

Hình 8.6 Sơ đồ các trục chính của máy bay

Các đặc tính đặc thù đã nêu trên về tác động của các tải trọng từ các trục xe máy bay đã được tính toán bởi các tiêu chuẩn về thiết kế các mặt sân bay Để tính toán cường độ và độ lớn các tải trọng ở trên các đoạn khác nhau ở sân bay, người ta đã đưa

ra các hệ số, hoặc là độ lớn tải trọng theo tính toán hoặc là các trị số giới hạn của các tham số tính toán Các hệ số đã được ấn định trong các phạm vi từ 0,7 đến 1,2–1,3 trên các đoạn đường băng nhân tạo (ĐBNT), các đường lăn chính

Việc tăng khối lượng cất cánh của máy bay sẽ làm phức tạp hóa các trục xe, vì vậy các máy bay hiện đại có các trục xe với hình dáng khác nhau (hình 8.6) Việc tăng lên

số lượng các bánh xe ở trên các trục chính và số lượng của chính các trục này là một quá trình khách quan nhằm để giữ duy trì tốt các tải trọng trên mặt đường trong các phạm vi khác nhau nhằm để tăng cường ổn định tải trọng trên mặt đường tốt hơn, phân

bố hợp lý Tính đa dạng khác nhau này của các tham số các trục chính đòi hỏi phải tính toán chúng khi thiết kế các mặt đường của các sân bay hiện đại

Thực tế là việc tính toán như thế trong các tiêu chuẩn thiết kế mặt đường tuy đã được xem xét nghiên cứu, nhưng vẫn còn chưa đầy đủ

6 Sự phân bố ứng suất trong tấm bê tông mặt đường

a) Phân bố dọc theo trục M

-760 -570 -380 -190 0 190 380 570 760

Hình 8.7 Ứng suất kéo uốn trong mặt đường bê tông xi măng khi có sự chuyển động đi lại của trục có 10 bánh xe khi có bề dày của mặt đường 24 cm (a)

Khi chuyển động của máy bay bất kỳ nào theo mặt đường, ngoài việc phụ thuộc vào hình dáng của các trục chính (như số lượng bánh xe, khoảng cách giữa chúng…) trong hệ số tính toán ta cần xem xét đến thao tác cất cánh, hạ cánh và một chu trình thay đổi về các tham số của trạng thái ứng suất biến dạng Song trên thực tế người ta lại nghiên cứu quan sát cái khác Trên hình 8.7 đã chỉ ra sự thay đổi của các ứng suất uốn trong mặt đường BTXM có bề dày khác nhau (24, 28, 32 cm) khi có chuyển động của trục 10 bánh xe

Độ dày của mặt đường BTXM đã làm thay đổi đặc trưng chu trình của tải trọng, lúc này số lượng chu kỳ tác động sau mỗi lần đi qua của trục là không thay đổi

7 Sự phân bố ứng suất trên mặt đường mềm

Các tham số tương tự của việc xếp tải đặc trưng cho tác động của trục có nhiều bánh xe lên mặt đường mềm Sau một lần đi qua của trục trên mặt đường, nó tác động lên nền đường có cường độ trung bình (như loại đất CBR8), một vài chu trình tác động không hoàn chỉnh, mà số lượng của chúng bằng với số lượng của các trục trụ xe (hình 8.8)

Hình 8.8 Áp lực lên đất có cường độ trung bình (CBR8) khi có chuyển động trên mặt đường mềm của các trục có nhiều bánh xe gồm:

140 • TKM§BTXM

1 Trục có 2 bánh xe; 2 Trục có 4 bánh xe; 3 Trục có 6 bánh xe; 4 Trục có 8 bánh xe

Khi có chuyển động của trục trên mặt đường nằm trên nền yếu (loại CBR 3) thì các

ảnh hưởng của các trục có nhiều bánh xe tính đến đặc trưng của chu trình (trong thực tế

người ta chưa quan sát theo dõi nghiên cứu) sau một lần đi qua đã thực hiện được một

chu trình xếp tải không phụ thuộc vào hình dáng cấu trúc của trục máy bay (hình 8.9)

Hình 8.9 Áp lực lên nền đất có cường độ thấp (CBR3) khi có chuyển động trên mặt đường mềm của các trục có nhiều bánh xe gồm:

1 Trục có 2 bánh xe; 2 Trục có 4 bánh xe; 3 Trục có 6 bánh xe; 4 Trục có 8 bánh

xe

Các điểm đặc thù đã kể trên về tác động của các tải trọng bánh xe từ trục máy bay

lên mặt đường đã đặc trưng cho tham số và chúng phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố

khác, kể cả các thay đổi về độ lớn tải trọng và của vận tốc tác động của nó, sự phân bố

lặp lại việc đặt tải trọng, tính chất có nhiều bánh xe của các trục chính ở các máy bay

hạng nặng

Khi tính toán các mặt đường ta cần phải tính đến sự tác động của các máy bay có

chủng loại khác nhau mà chúng được đưa vào khai thác Trong thực tế việc dự báo về

thành phần phương tiện giao thông của máy bay được lập ra khá phức tạp, và tồn tại

một số phương pháp về tính toán nó khi thiết kế các mặt đường Một trong số các biện

pháp thường được sử dụng đó là việc tính toán mặt đường đối với tải trọng định hình (bảng 8.1)

Trong nhiệm vụ thiết kế đã chỉ ra trục tiêu chuẩn (có 1, 2, hay có 4 bánh xe) và số

lượng dự báo về các thao tác cất hạ cánh hay là tính trùng phục (cường độ) đặt tải trọng

Chủng loại trục, và độ lớn tải trọng lên nó được ấn định theo cách thể hiện gần đúng của

tác động xảy ra nhiều lần với chế độ dự báo khai thác mặt đường trong thời hạn thiết kế

Bỏ qua hình dáng cấu tạo trục, các quy định tải trọng lên trục và áp lực trong lốp xe

là 850, 700, 550, 400, 300 kN lên trục có 4 bánh xe với áp suất trong xăm xe 1 MPa

tương ứng cho các cấp là I, II, III, và IV của tải trọng tiêu chuẩn, 80 và 50 KN trên trục

có 1 bánh xe với áp suất trong xăm là 0,6 và 0,4 MPa đối với các cấp V và VI của tải

0,81 x1,4 m Trục có 2 bánh với khoảng cách giữa các bánh:

0,51 m với máy bay nhẹ 0,86 m với máy bay nặng Trục đơn

Trục có 4 bánh 0,75 x 1,40m Trục có hai bánh với khoảng cách giữa các trục 0,7 m

Trong các tiêu chuẩn về thiết kế của Pháp đối với trục 4 bánh xe tiêu chuẩn có áp

suất trong các xăm xe là 1,2 MPa, trục 2 bánh xe là 0,9Pa, trục 1 bánh xe là 0,6 MPa

Đại lượng tải trọng đối với trục tiêu chuẩn không được quy định

Trong tiêu chuẩn của Mỹ cả áp suất trong lốp và đại lượng tải trọng lên trục đều

không được quy định, còn trong các điều quy định ngoài các khoảng cách ở giữa các

bánh xe của trục điển hình mẫu chỉ được chọn áp suất ở trong các xăm lốp là

196 psi ∼1,35 MPa

Sự đồng tâm – tập trung của trục là thuận tiện để cho các tính toán thực tiễn, nhưng

không ở mức độ đầy đủ cho phép ta tính toán được sự tác động lên mặt đường của các

loại máy bay khác nhau, các tải trọng mà từ đó chúng ta có thể thấy sự khác biệt bởi

tính đa dạng khác nhau rất lớn, điều này là đặc trưng cho rất nhiều sân bay

Hiện đang có tồn tại một quan điểm thứ hai đối với tính toán thành phần phương

tiện chuyển động của các máy bay trên mặt đường Nó được dựa trên cơ sở việc lựa

chọn máy bay tính toán, mà thông thường nó gây ra tác động lớn nhất lên mặt đường, và

trong việc xác định số lượng tương đương của các điểm đặt tải trọng tính toán, mà nó

được “ nguồn dự báo” của các loại máy bay khác nhau, mà chúng được dự định khai

thác sử dụng trên mặt đường đang được thiết kế này Trong việc tính toán các điểm đặt

tải trọng được xác định bằng cách nhân số lượng các cuộc cất cánh của mỗi loại máy

bay với hệ số thực hiện áp dụng và với số lượng của các trục, của trục trụ chính với việc

tổng cộng tiếp theo các trị số đã nhận được, các hệ số thực hiện ta xác định được theo

biểu đồ chuyên dùng phụ thuộc vào tỉ số của các ứng lực bên trong mà chúng sinh ra

142 • TKM§BTXM

trong các kết cấu mặt đường khi có tác động của các tải trọng đang tính toán và đang

được xem xét nghiên cứu đối với các mặt đường cứng, hay là vào các tỉ số của các đặc

tính của các bánh xe, của trục tính toán và trục đang xem xét nghiên cứu đối với các mặt đường cứng

Phương pháp luận đã nêu trong tiêu chuẩn của Mỹ về xác định các điểm đặt tải

trọng gồm có 2 giai đoạn:

Ở giai đoạn thứ nhất các máy bay được thực hiện áp dụng với hình dáng ngoài của

trục cũng giống như là ở máy bay tính toán, việc thực hiện thực nghiệm được tiến hành

bằng cách nhân số lượng các cuộc cất cánh máy bay với hệ số thực hiện, mà các trị số

của nó nhỏ hơn 1,0 khi thay đổi chuyển tiếp từ trục với có số lượng bánh xe nhỏ hơn và

lớn hơn 1,0 trong trường hợp ngược lại

Giai đoạn hai gồm có việc hiệu chỉnh lại các giá trị nhận được của các chuyến bay

cất cánh nhờ có dãy phụ thuộc lôgarit của số lượng các cuộc cất cánh vào các tỉ số của

các tải trọng lên trục của máy bay tính toán và máy bay đang xem xét nghiên cứu Bằng

cách tổng cộng lại các giá trị đã nhận được ta xác định được số lượng các lần đặt tải

trọng tính toán, mà nó được sử dụng khi tính toán mặt đường

Một phương pháp tương tự thế đối với tiêu chuẩn của Mỹ cũng đang được sử dụng

ở Pháp, ở đó người ta xem xét đến trục tiêu chuẩn của càng xe (xem bảng 8.1), theo các

biểu đồ chuyên dùng, người ta xác định được các tải trọng cho phép là P0 lên trục mẫu

điển hình đã được lựa chọn rồi và lên các trục của các máy bay là Pi, mà chúng đang

được khai thác trên mặt đường Số lượng các chuyển động tương đương đối với mỗi

một chủng loại tải trọng được xác định bằng cách nhân lên số lượng thực tế của các

chuyển động ở mỗi dạng tải trọng với hệ số chọn lọc điều chỉnh, phụ thuộc vào tỉ số của

Pi với Po Số lượng tương đương chung tổng quát của các chuyển động theo mặt đường

được tính ra bằng cách tổng cộng lại các giá trị đã nhận được ở trên của các chuyển

động tương đương đối với mỗi một loại máy bay

Song biện pháp này để xác định số lượng tương đương của các chuyển động không

được sử dụng để tính toán mặt đường khi khai thác với sự quá tải và để xác định thời

hạn dư thừa còn lại của mặt đường

8 Ảnh hưởng của tải trọng khai thác đến đường băng theo dọc trục

Việc lái lăn bon theo đường băng được thực hiện với vận tốc lớn hơn so với chạy

theo đường lăn Vì vậy ở đoạn trung tâm của đường băng, mặt đường có thể được tính

toán đến cả các tải trọng nhỏ hơn so với các đoạn ở đầu cuối

Các tính chất khác nhau ở trong các điều kiện hoạt động ở phần giữa và phần đầu,

cuối của các mặt đường băng đã chỉ ra rất rõ bằng sự phân bố chỗ hư hỏng, khuyết tật

của các tấm theo chiều dài của đường băng của một trong số các sân bay đang hoạt

động tốt là đã được nêu dẫn ra rõ ràng trên hình 8.3

Số lượng chính của các biến dạng (chiếm 80%) đã được tập trung ở trên các đoạn

phần cuối cùng của đường băng, nơi mà mặt đường đã phải chịu các tác động mạnh

nhất của các tải trọng

Các tải trọng, mà chúng đã sinh ra ở trong các bộ phận của khung càng máy bay khi tiếp đất và lắc lư chao đảo của các bánh xe ở đoạn giữa của đường băng không cần phải như nhau với các ứng lực, mà chúng đang truyền tới đến nền móng đường và tới lớp móng dưới và khi cần thì dựa theo chúng khi ta tính toán tới bề dày của các mặt đường

Áp suất của bánh xe lên trên mặt đường nhân tạo đã được truyền đến lớp đất lót đệm dưới, ở trong dạng đã được mềm hoá một phần

Hình 8.10 Phân bố số lượng tấm của mặt đường băng bê tông có hư hỏng theo

chiều dài đường băng (số liệu A.B.Mikhalop)

Đ8.2 NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA THỜI TIẾT KHÍ HẬU

Độ tin cậy và tuổi thọ của các mặt sân bay được xác định bởi giải pháp thiết kế cấu tạo mặt đường, số lượng của các vật liệu đang được sử dụng, công nghệ đang áp dụng

về xây dựng, sự phù hợp của các mô hình tính toán của hệ thống “mặt đường– nền đường” cũng như bởi các điều kiện khai thác và các tác động bên ngoài như nhiệt độ, độ

ẩm, thuỷ văn, địa hình…

Dựa theo toàn bộ các yếu tố rất đa dạng mà chúng ảnh hưởng đến mặt đường, mà chủ yếu cho đến nay thì những vấn đề đã nghiên cứu được là các tác động về lực Chúng là thành phần ghép trong các mô hình toán học và trong các biện pháp tính toán khả năng chịu tải và độ bền của mặt đường và nền đường Ngoài ra người ta cũng đã nghiên cứu đầy đủ các đặc tính cơ lý của các vật liệu được sử dụng khi xây dựng mặt đường Nhưng trong thành phần này chúng ta bị hạn chế chủ yếu bởi các chế độ về nhiệt độ và độ ẩm ướt quy định

Trong mức độ nhỏ hơn, người ta đang chú ý đến các vấn đề mà có liên quan đến việc đánh giá ảnh hưởng đến trạng thái và hoạt động của mặt đường của môi trường bên ngoài ở giai đoạn xây dựng cũng như trong thời kỳ khai thác Điều này được giải thích

144 • TKM§BTXM

bởi các đặc tính về lý nhiệt và độ ẩm ướt của vật liệu và loại đất ở trên phạm vi thay đổi của trạng thái nhiệt độ, độ ẩm – chế độ thuỷ nhiệt của môi trường xung quanh (đặc biệt khi có nhiệt độ thấp) còn chưa nghiên cứu đầy đủ như là: chưa có các quan hệ toán học chính xác hay là các giả thuyết để xác định các đại lượng của chúng Nguyên nhân là ở chỗ: tác động của môi trường bên ngoài và trạng thái phụ thuộc vào nó của các mặt đường sân bay là rất đa dạng phong phú, điều này làm phức tạp thêm khi biểu diễn nó bằng mô hình toán học là chính xác hơn hay là không chính xác hơn Song vào những năm gần đây, ở hướng này người ta đã có những theo dõi nghiên cứu nhất định Để đơn giản hóa bài toán, đã có rất nhiều các nhà nghiên cứu chia các yếu tố cơ bản và xây dựng các cách giải xung quanh chúng Trước tiên, phụ thuộc về điều kiện nhiệt độ, môi trường bên ngoài Khi có các nghiên cứu về sự thay đổi các vùng nhiệt độ trong hệ thống “ mặt – nền đường” khi có các dao động của cả ngày đêm và cả năm trước, người

ta đã chấp nhận quy luật cân đối của chính hệ thống này, người ta lập các phương trình

về thay đổi thuỷ nhiệt – nhiệt độ, độ ẩm, như là đối với các vật thể xốp rỗng có mao dẫn, phụ thuộc vào trạng thái pha của các vật liệu đưa vào làm mặt, một tiêu chuẩn đặc thù khác của các tác động nhiệt độ – độ ẩm của môi trường bên ngoài đối với các mặt sân bay, đối với các tải trọng về lực là các tác động về nhiệt độ và độ ẩm bị thay đổi, trong suốt toàn bộ cả chu kỳ hoạt động của mặt sân bay, còn tác động của các tải trọng thẳng đứng từ các máy bay theo chu kỳ tuần hoàn

Phù hợp với các chu trình thay đổi của các yếu tố bên ngoài này, người ta lập ra công thức các trường – vùng của các ứng lực, ứng suất và của các biến dạng trong các

bộ phận mặt sân bay Vì vậy việc tạo lập ra một bài toán và các cách tính toán của các vùng miền nhiệt độ và của độ ẩm trong các mặt đường có mang tính chất diễn biến tiến hoá và có liên quan đến việc dự báo dự đoán các quá trình về nhiệt, độ ẩm và cơ học đang diễn ra trong chúng

Các kết quả của các nghiên cứu theo dõi ngoài thực địa các mặt sân bay và các nghiên cứu lý thuyết về các trạng thái ứng suất biến dạng của chúng đã chỉ ra các biến dạng và ứng suất đang sinh ra trong thời kỳ khai thác khi thay đổi nhiệt độ và độ ẩm của môi trường xung quanh và nền đường đất, có thể dẫn đến các khuyết tật hư hỏng khác nhau (như tróc bong ra, phá vỡ, trương nở ra…) còn vào thời kỳ đóng băng lạnh thì nó

nở trương phình ra

Ngoài ra, việc thay đổi nhiều lần nhiệt độ ở môi trường trên bề mặt đã làm ảnh hưởng đến trạng thái của các lớp trên cùng mặt đường, mà ở chúng khi có ma sát cực nhỏ thì bêtông bị quá ẩm ướt

Nhờ có các tác động về nhiệt độ, độ ẩm và đặc biệt là khi quá ẩm ướt của nền đường (điều này xảy ra khi có trạng thái quá kém tồi tàn của các khe mối ghép mà nước mưa đã thấm qua chúng…) đã làm thay đổi kết cấu vật liệu trong mặt – nền đường và

đã làm xấu đi các tính chất của chúng (đã được xem xét trước) các vấn đề này và việc chấp nhận tiếp thu các giải pháp kỹ thuật tương ứng thích hợp mà không có các phép tính toán trước thì là rất phức tạp, rất khó khăn vì ta cần phải có các thông tin đầy đủ về những thay đổi đang diễn ra trong tự nhiên (như thay đổi nhiệt độ, độ ẩm của môi trường bên ngoài, bức xạ mặt trời, vận tốc gió…) Ngoài ra ta cần phải biết được các đặc tính như thế này của vật liệu mặt đường (như bêtông, atphan) và của nền đường như

là độ dẫn nhiệt, độ dẫn ẩm ướt, độ dẫn nhiệt độ, các hệ số chuyển đối nhiệt và chuyên

đổi trao đối chất, nhiệt lượng riêng, và khối lượng riêng của các vật liệu, nhiệt riêng của các biến đổi pha, cường độ các nguồn nhiệt bên ngoài của độ ẩm nước…

Còn các quy luật thay đổi nhiệt độ và độ ẩm trong các phạm vi rộng lớn là phụ thuộc các nhiệt độ tăng cao lên rồi lại hạ xuống 00C

Các điều kiện về thiên nhiên khí hậu (của các tác động) là một thành phần ghép không thể tách rời của các tải trọng bên ngoài mà chúng nhất định phải xác định được các trị số biến dạng nhiệt độ, độ ẩm và các ứng suất trong mặt sân bay Các tiêu chuẩn quốc gia CHẩẽ về “các tải trọng và các tác động “ đã được dành cho các tác động về nhiệt độ và độ ẩm đối với các kết cấu xây dựng Nhưng dựa theo tất cả các dạng khác nhau về các tải trọng nhiệt độ và độ ẩm thì người ta chỉ nêu ra các tác động của nhiệt độ khí hậu trong hệ thức các tác động độ ẩm, việc định mức cho các van số của chúng trong thực tế là không có, mặc dù là có chỉ dẫn là: các tham số cần thiết tính được trong các trường hợp mà đã được xem xét trước đến bài toán nhiệm vụ kỹ thuật, và xác định được phụ thuộc vào các điều kiện xây dựng và khai thác đối tượng đưa vào áp dụng Tiêu chuẩn CHẩẽ 32–03.96 “về các sân bay “ đã giới thiệu cách tính toán các điều kiện khí hậu các khoảng cách giữa các khe ghép nối trong các mặt đường, còn trong nền

là khi tính toán chúng về khả năng chịu tải bằng cách tính toán sự thay đổi các đặc trưng đặc tính của các loại đất mà chúng cần phải xác định được bằng các thực nghiệm trực tiếp trong các điều kiện tại hiện trường thực địa và trong phòng thí nghiệm phụ thuộc vào sự thay đổi của độ ẩm trong quá trình xây dựng và khai thác các mặt sân bay

Việc lựa chọn ra một quy luật thay đổi của các tham số ở môi trường bên ngoài cũng là rất quan trọng khi ta thực hiện các phép tính toán như thế này Điều gì có đụng chạm quan hệ đến nhiệt độ thì là động chạm đến quy luật cân bằng điều hoà, hay là các cách thể hiện theo bảng biểu là thích hợp, dễ tiếp thu nhất so với các cách giải theo tích phân và phương pháp số học tương ứng

Khi ta giải các bài toán về chế độ nhiệt độ trong hệ “ mặt – nền đường” ta phải lập

ra công thức đúng đắn chính xác các điều kiện giới hạn mà đặc biệt là trên giới hạn

“không khí – mặt đường” ở dạng chung tổng quát người ta thường chấp nhận các điều kiện quy ước giới hạn của loại III mà gồm có hệ số truyền nhiệt – nhường nhiệt Đại lượng độ lớn của hệ số này phụ thuộc vào hai tổng thành phần – là tổng đối lưu và tổng tia chiếu, mà chúng đã được xem xét trong chương 8 khi giải quyết các bài toán về nhiệt vật lý cụ thể

Các tác động tự nhiên lên mặt đường cần phải tính đến các hiện tượng địa chấn, động đất nữa ta biết rõ là sau khi có động đất rồi ở trên các sân bay mà nằm trong vùng

có các dao động cao hơn 30 ricte thì trong mặt đường ta thấy xuất hiện các khuyết tật hư hỏng khác nhau như là các khe rạn nứt, độ lún sụt, chỗ vỡ… Điều này thấy cần thiết phải tính đến các hiện tượng địa chấn khi thiết kế sân bay, vào những năm 90 trong hướng này người ta đã nghiên cứu được các chuyển dịch nhất định, xong vấn đề tính toán và thiết kế cấu tạo mà đặc biệt dành cho các sân bay cứng là còn tồn tại cho đến ngày hôm nay Việc lựa chọn đoạn để xây dựng sân bay trong trường hợp này là vấn đề rất quan trọng, chọn ra nơi có lợi nhất trong các điều kiện về địa chất công trình, về thuỷ văn để tránh động đất xảy ra Các giải pháp về thiết kế cấu tạo mặt đường cần có hàng loạt các điểm đặc thù để có được độ bền cần thiết, để tiếp nhận chịu được các tải trọng

về địa chấn động đất xảy ra Các yêu cầu cần thiết phải xác định được ngay cả cho các

Tác động lên trên các mặt đường sân bay, ngoài các tải trọng của tàu bay, còn có

các tia không khí có công suất lớn của các máy bay cánh quạt và của các tia khí xả thải

ra rất nóng của tàu bay dùng động cơ phản lực Điều này đã đưa ra các yêu cầu cấp thiết

đối với tính liên kết và tính ổn định dưới nhiệt độ của các mặt đường và hạn chế các vật

liệu dùng làm mặt đường Việc xuất hiện các tàu bay có động cơ phản lực đã đưa ra tính

cấp thiết phải tính toán kỹ về sự tác động lên trên các mặt đường của các tia không khí

phụt ra Ở trong các động cơ tuabin phản lực mà đang được sử dụng rộng rãi, nhiệt độ

của các khí thải xả ra ở chỗ cửa miệng phần cắt của ống xả đã đạt được khi có tần số tối

đa là 600–8000C, còn vận tốc khi ở cửa xả ra là 600 m/s Luồng khí này được lan truyền

rộng ra lên trên khoảng cách đáng kể ở dạng của tia phụt được mở rộng ra dần ở dưới

một góc 6– 6,50 có chiều rộng là 12–15m, tính ra từ một động cơ tàu bay

Ở trong các động cơ tuapin cánh quạt đối với quá trình tạo ra tia khí tương đối yếu,

nó đi ra từ cửa ống xả phản lực Tia phụt ra của các động cơ tuabin cánh quạt ở trong từ

30–40m tính từ mặt phẳng của các chong chóng cánh quạt chỉ tạo ra các luồng không

khí Sự lan rộng – mở rộng ra của tia khí phụt ra với vận tốc lớn từ các động cơ tuabin

phản lực là đã giảm bớt đi một chút về nhiệt độ của chúng, nhưng nói chung là nhiệt độ

của chúng khi tiếp xúc đến mặt đường là bằng 2500 – 3000C, còn vận tốc ta đã đo được

là đạt đến hàng vài chục mét/giây (hình 8.11)

Sự ảnh hưởng của các tia phụt ra lên mặt sân bay là phụ thuộc vào chủng loại, dạng

và chế độ hoạt động của các động cơ phản lực, mà trước hết là sự phụ thuộc của nhiệt

độ, vận tốc của luồng dòng các khí phụt ra và độ kéo dài từ sự tác động, phụ thuộc vào

tính liên kết và tính chịu đựng được nhiệt độ của các vật liệu mặt đường, vào kết cấu tàu

bay, độ cao bố trí các ống xả khí, góc nằm nghiêng dốc của trục động cơ đối với đường

nằm ngang

Hình 8.11 Tác động của khí xả động cơ máy bay phản lực lên mặt đường

Nhiệt độ và vận tốc của dòng luồng các khí ở trong trường miền vùng của tia phụt

ra là không đồng nhất không giống nhau và chúng bị giảm đi dần theo mức độ tách ra

xa dần tính từ cửa lỗ mương cắt của ống xả ra Ở trong các điều kiện khai thác thì thời

gian của sự tác động (tính phút) của các tia khí phụt ra trên các đoạn đường ở các mặt đường khoảng chừng như sau:

+ Sự thử lấy mẫu ở chỗ nơi đỗ lại khi có chế độ bình thường đạt tiêu chuẩn là 3 – 5 + Việc đỗ lại trên ke (quay vòng nhỏ) 2 – 3

+ Việc đỗ lại ở chỗ khởi động lúc chờ đợi hay để cất cánh là 1 – 2,5

Do khoảng thời gian kéo dài sự hoạt động của các động cơ là không lớn nên trong khoảng thời gian này mặt đường không kịp bị đốt nóng lên đáng kể Vì vậy nhiệt độ cao

là mới nguy hiểm chỉ cho đối với đoạn đường dành cho khởi động máy bay của tàu bay

và chỗ đỗ Khi chạy khởi động lấy đà tàu bay chạy với vận tốc cao và các tia khí phụt ra tác động lên mỗi một đoạn đường này của mặt đường trong vòng khoảng thời gian rất ngắn do vậy nhiệt độ của nó đã không kịp làm tăng lên một cách đáng kể Nên ta có thể cho rằng các tính đặc thù về sự tác động của các động cơ phản lực lên trên mặt đường băng, ta chỉ cần phải tính toán ở trong các giới hạn của đoạn từ 100 – 150m đầu tiên tính từ chỗ lúc bắt đầu khởi động máy Các mặt đường đối với các đoạn đường này cần phải duy trì giữ được một nhiệt độ đến 2000C, chúng cần ổn định bền vững khi có sự tác động của các vận tốc của dòng luồng các chất khí đạt đến tới 100 m/s Và chúng cần phải chịu đựng tốt, chống lại sự tác động của nhiên liệu rò rỉ, của các vật liệu bôi trơn, dầu mỡ đã chảy ra (đối với chỗ đỗ lại) Ở mức độ đầy đủ nhất thì các yêu cầu này đã đặt

ra chỉ cho các mặt đường bằng BTXM, mà chúng chịu – duy trì được các tác động xảy

ra trong thời gian ngắn thôi (đến 30 – 45 giây) của nhiệt độ là 300 – 3500C

Khi có sự tác động kéo dài hơn của nhiệt độ cao thì có thể xảy ra sự phá huỷ lớp bề mặt do có sự nở giãn của nhiệt độ không đồng đều do có sự thay đổi đáng kể của nhiệt

độ theo bề dày của tấm Các mặt đường bêtông átphan bảo đảm được độ bền vững và độ

ổn định ở trong suốt cả khoảng thời gian là 3 – 4 phút khi có các nhiệt độ đến 1000C và

có các vận tốc của dòng khí đến 50m/giây Các mặt đường bằng các vật liệu đá, được gia cố bằng các vật liệu dính kết hữu cơ, bị phá huỷ làm hư hỏng khi có các nhiệt độ cao hơn 800C và có vận tốc của tia khí phụt ra là 30 – 40m/giây ngay tức khắc sau khi bắt đầu làm việc của các động cơ

Cùng với các đoạn của đường băng ta cũng cần củng cố tăng cường thêm các đoạn ghép nối với các mặt mút của đường băng và đường lăn của sân bay ở các nơi có tia khí phụt ra khi có tàu bay đi vào ra ở mặt đường băng

Các kích thước của diện tích mặt được tăng cường, gia cố phụ thuộc vào các kích thước của vùng có sự tác động của các tia khí phụt ra ở các động cơ này Cách ghép nối đoạn kế cận gần với đường lăn bằng đất cần được gia cố là tăng cường dựa theo tính toán của các vận tốc của dòng luồng là 20m/giây và có các nhiệt độ là 30 – 400C, các mép rìa biên lề bằng đất ở các cạnh biên rìa chỗ đỗ, các đầu mặt mút của đường băng

và các chỗ đỗ dừng trước lúc khởi động, dựa theo vận tốc từ 20 đến 100 m/giây và các nhiệt độ là 50 – 1500C Ở trên các đoạn ghép nối liên kết với nhau bằng đất ta có thể xây dựng mặt đường có độ bền kém hơn so với ở trên đường băng, đó là các mặt đường

có đá dăm, sỏi và đất được gia cố thêm các chất dính kết vô cơ và hữu cơ Ở trên chỗ đỗ

và trên các đoạn khởi động máy nơi mà mặt đường chịu đựng lâu dài hơn về sự tác động của các tia khí, thường hay xảy ra sự hư hỏng phá huỷ của matít chất dính kết bitum ở

148 • TKM§BTXM

các khe của các mặt đường bêtông Dòng luồng khí nóng làm nóng chảy bitum ra và

thổi bật tung nó ra khỏi các khe này Để làm tăng lên tuổi thọ của các chất chèn, thông

thường áp dụng các lớp màng mỏng bảo vệ bằng dầu mỡ bền vững Đối với các mặt

đường mà đã xây dựng có các vật liệu dính kết hữu cơ thì mối nguy hiểm lớn nhất là

nhiên liệu, mà nó chảy rơi vãi ra trên các bề mặt đường chỗ đỗ, vì mặt đường này dễ

dàng bị hư hỏng phá huỷ bởi các tia khí nhanh Điều này đã làm phức tạp hoá thêm cho

tổ chức đi lại giao thông của tàu bay và làm giảm đi khả năng lưu thông của ke hàng

không

Để khắc phục sự ảnh hưởng nguy hiểm này của các tia khí phụt ra thì cần áp dụng

các tấm tường chắn bảo vệ có độ dốc lệch nghiêng của tia khí, chúng dẫn định hướng

cho tia khí phụt lên phía trên cao Thỉnh thoảng người ta có xây dựng các barie vật chắn

hình dạng tấm lưới chắn, độ dốc nghiêng Việc lắp đặt các tấm tường chắn có độ chênh

lệch tia (hình 8.12)

Hình 8.12 Sơ đồ làm việc của tấm chắn luồng khí xả động cơ máy bay

Ở trên các ke và ở các chỗ nơi đỗ dừng đã cho phép các động cơ xả thải khí ở các

nơi đỗ lại, thực hiện di động của máy bay bằng chính sức kéo của động cơ chính mình,

điều này làm tăng lên khả năng thông tải của sân bay

Nếu các tấm tường chắn không được lắp đặt thì ta cần phải đảm bảo được các

khoảng cách an toàn, mà ở trong các phạm vi giới hạn của chúng không cho phép có

người, các chỗ nơi nơi đỗ đậu lại của máy bay, các kho nhiên liệu, vật liệu Tất cả phải

bố trí phù hợp với các số liệu ở trên (đã quy đổi) về việc lan truyền mở rộng ra của các

tia khí phụt ra từ các động cơ phản lực

Đ8.4 CÁCH TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG TÁC ĐỘNG CỦA MÁY BAY LÊN TRÊN CÁC ĐOẠN ĐƯỜNG Ở

MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

Sự khác khác biệt về các tải trọng thẳng đứng tác động lên các đoạn đường khác

nhau ở các sân bay khi có tàu bay chuyển động đã làm nẩy sinh ý tưởng về thiết kế ra

các mặt đường nhân tạo có độ bền không đồng đều, mà bề dày của chúng được thay đổi theo chiều dài và chiều rộng của đường băng, phù hợp với sự thay đổi của áp suất các bánh xe khi chạy khởi động lấy đà, khi chạy qua để dừng lại, hay là khi lái lăn bon ra,

và cũng như có số lần đi qua lại của các bánh xe theo trên cùng một dấu vết xe

Ở dạng thuần tuý của việc thực thi ý tưởng này về xây dựng các mặt đường có độ bền không đồng đều đã gặp phải hàng loạt các khó khăn Chúng đều có liên quan đến các vấn đề là: về độ bền của các mặt đường sẽ không được đảm bảo khi ta không thể thực hiện được việc làm theo từng bước cấp bậc theo sơ đồ bình thường của chuyển động các máy bay theo trên sân bay Một trong số các nhược điểm căn bản của các bề mặt không đồng đều là ở chỗ dự trữ về độ bền không đảm bảo tốt, để đảm bảo trong trường hợp hạ cánh của tàu bay khó khăn hơn so với tiềm năng theo tính toán

Việc áp dụng các mặt đường có độ bền khác nhau đã tạo ra khả năng thực thi tốt các số liệu về việc sử dụng khai thác các đường băng, mà chúng đã chỉ rõ là các máy bay hạng nặng đã được áp dụng rất chính xác ở cạnh tại trục chính của dải băng, tính

chất về phân bố cách tiếp đất của chúng, đã chỉ ra rõ trên hình 8–13, là ổn định thường xuyên theo chiều dài của đường băng và nó không phụ thuộc vào thời tiết và thời gian của một ngày đêm

Hình 8.13 Sơ đồ phân vùng theo nhóm khu vực (Cầốẽ 2.05.08.85)

a) Các sân bay mà máy bay lăn bánh trên đường lăn chính

b) Các sân bay mà máy bay lăn bánh trên đường hạ – cất cánh

A Đường lăn chính, các đoạn cuối của đường hạ – cất cánh (đường băng) Phần giữa theo

150 • TKM§BTXM

chiều rộng của đường hạ – cất cánh mà máy bay thực hiện lăn bánh

B Các đoạn của đường hạ cất cánh thiết kế theo sơ đồ 1 – nối tiếp với các đoạn cuối của nó: các mép theo chiều rộng của các đoạn giữa của đường hạ – cất cánh thiết kế theo sơ đồ 2, các đường lăn phụ và đường lăn nối, các sân đỗ, sân ga và các quảng trường tương tự khác để

đỗ máy bay;

C Phần giữa của đường hạ cất cánh thiết kế theo sơ đồ 1

D Các mép theo chiều rộng của đoạn giữa đường hạ cất cánh, thiết kế theo sơ đồ 1, trừ các chỗ nối với đường lăn

Việc xây dựng mặt đường có bề

dày thay đổi theo chiều rộng của

đường băng đảm bảo tính kinh tế rõ rệt

ở trong giá thành xây dựng Ý tưởng

của các mặt đường có độ bền không

đồng đều đã được thực hiện tốt bằng

cách áp dụng khi ta thiết kế theo các hệ

số tính toán khác nhau đối với các

đoạn là khác nhau của các mặt đường

ở trên các sân bay và việc làm giảm

bớt đi bề dày của các mặt đường ở trên

các nơi mà chúng chịu tác động đột

ngột của các tải trọng từ các máy bay

Ở trong tiêu chuẩn quốc gia CHuΠ

2.05.08.85 “về các sân bay” người ta

đã xem xét nghiên cứu kỹ đến các hệ

số khác nhau của: hệ số động lực học

là Kđ và hệ số giảm tải Kgt chúng tính

ra được việc chuyển động trên mặt

đường của tàu bay với các vận tốc cao,

đối với các đoạn trung gian và đoạn

cuối cùng của đường băng, và cũng

như đối với các phần khác nhau của

sân bay

a) Sơ đồ phân bố theo chiều rộng của đường băng;

b) Số lượng hạ cánh lên các phần khác nhau của chiều rộng đường băng;

c) Mặt cắt ngang và kết cấu mặt

đường băng kiến nghị

1 Mặt đường đá dăm gia cố chất

dính kết hữu cơ;

2 Móng đá dăm;

3 Móng bằng đất cường độ cao;

4 Đất lèn chặt

Hình 8.14 Phân bố vị trí hạ cánh của máy bay nặng

theo chiều rộng của đường băng

Việc xây dựng các mặt đường có bề dày khác nhau ở trên các đoạn đường khác

nhau của sân bay đã đảm bảo cho tính chất kinh tế của giá thành xây dựng Trên hình

8.14 người ta đã đưa ra rõ ràng các sơ đồ về phân chia các mặt đường sân bay thành ra

các nhóm của các đoạn đường, mà chúng đã được phân biệt khác nhau theo các tham số

tính toán Các hệ số đối với chúng đã được trình bày rõ trong bảng 8.1

Bảng 8.1

Các tham số tính toán mặt đường

Hệ số động với áp lực bánh hơi Kđ

Phân khu

mặt đường Các phần mặt đường giảm tải KHệ số gt

<1 1–1,5 >1,5

B

Đường băng từ tiếp đoạn cuối đến 1/4 chiều dài đường băng, đường lăn phụ, sân đỗ, sân ga

và các sân khác

D Phần cạnh theo chiều rộng của đoạn giữa đường băng 0.85 1.1 1.1 1.1

Đ8.5 TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN CỦA MÁY BAY

Sự phát triển rất nhanh của ngành hàng không và đi kèm theo sau nó là việc tăng

khối lượng cất cánh của các tàu bay Đối với các tàu bay hiện đại thì một đặc trưng tiêu

biểu là việc truyền dẫn tải trọng lên trên các mặt đường ở các sân bay qua càng có hai

trục trụ gồm có hai trục: trục chính và có các trục trụ phụ bổ sung (trụ chân hay là trụ

đuôi) Chân trụ phụ thông thường tiếp nhận tiếp thu tới 10 – 15% toàn bộ cả tải trọng

Các sơ đồ khác nhau về phân chia các bánh xe ở trong càng xe đã chỉ rõ trên hình

8.15 Khi có sơ đồ theo kiểu dạng xe đạp thì tải trọng tính toán lên trên mặt đường được

truyền đi thường là khi nhờ có hai trục chính của nó Ở trường hợp này tải trọng tác

động lên trên chân trục sau phần lớn của tải trọng chiếm từ 55 – 85% của toàn bộ trọng

lượng của tàu bay Phụ thuộc vào tải trọng thì các bánh xe chính của càng máy bay có

thể là có một trục, có thể là theo một cặp – đôi trụ, và ở dạng chiếc xe kéo – có hai đôi

cặp bốn bánh xe Người ta chấp nhận các trụ chân có bốn bánh tính toán có khoảng cách

ở giữa các bánh xe cạnh kề nhau là 70cm và 130cm ở giữa các dãy của bánh xe Ở dưới

điều kiện

Càng 4 bánh với khoảng cách giữa các bánh 70 và

có bánh xe kép đôi thì cần đòi hỏi mặt đường có bề dày là 0,7 – 0,8m, còn khi có càng

xe có nhiều bánh xe thì cần là 0,5m Vì vậy các tàu bay hiện đại với khối lượng cất cánh lớn thì người ta thiết kế thường là có các trục chân hình dạng như chiếc xe rùa có bốn bánh, điều này cho phép chúng làm việc trên các mặt đường mà đã được xây dựng dành cho các tàu bay có với khối lượng nhỏ bé

Tóm tắt chương 8

Chương 8 đã trình bày những đặc điểm chuyển động của máy bay trên đường băng và từ đó đưa ra các yêu cầu cấu tạo của mặt đường sân bay Những yếu tố tác động khác lên đường băng, giải pháp thiết kế

Câu hỏi ôn tập

1-Giải pháp thiết kế kết cấu mặt đường trên đường băng, đường lăn khi xét đến điều kiện chịu lực của máy bay như thế nào?

2-Kiểu, loại càng ảnh hưởng đến thiết kế kết cấu mặt đường băng SB?

3- Giải pháp bảo vệ mặt đường khi có các tia nhiệt tác động?

4-Có nhận xét gì về tải trọng thiết kế so với tải trọng thiết kế trên đường ôtô ?

Chương 9

TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ

Đ9.1 CÁC TIÊU CHUẨN VỀ CƯỜNG ĐỘ MẶT ĐƯỜNG MỀM

Sự biến dạng của mặt đường sân bay mềm là kết quả biểu hiện của một loạt các quá trình xảy ra đồng thời cùng hoặc kế tiếp nhau (hình 9.1) Nền đất bị ép nén dưới tải trọng trong các giới hạn của vùng hoạt động, do vậy đã xảy ra lún của mặt đường đến một độ lớn στ với sự hình thành một vài bề mặt cong được gọi là “chậu võng” Mặt đường có độ cứng và bề dày càng lớn, thì áp lực của tải trọng bên ngoài được phân bố trên một diện tích mặt càng lớn và do đó các ứng suất ứng truyền tới nền đất càng nhỏ

Hình 9.1 Biến dạng khi phá hoại mặt đường mềm sân bay

Dưới tác dụng của tải trọng sẽ diễn ra sự ép nén vật liệu mặt đường còn ở phần dưới của các lớp kết cấu là sự kéo căng Khi giới hạn độ bền của vật liệu trong mặt đường hay trong các lớp nền đường tăng lên bởi các ứng suất kéo thì sẽ hình thành các vết nứt Theo chu vi phần tiếp xúc của tải trọng với mặt đường có các ứng suất cắt tác động, và khi có các tải trọng lớn sẽ gây ra vỡ hỏng mặt đường, có khi còn đâm thủng một phần mặt đường nằm dưới tải trọng có dạng hình nón cụt rộng Trong các nền đường làm bằng các vật liệu không dính kết và có độ bám dính kết ít (như sỏi, cát, đá dăm) và trong nền đất đệm khi có sự tăng lên của lực bám do ứng suất tiếp tuyến thì có xuất hiện các hiện tượng trượt dẻo, mà sự phát triển của chúng dẫn đến mất độ bền vững

Khi có sự tác động lặp lại trên mặt đường mềm của các tải trọng khác nhau, mà chúng được truyền qua các diện tích mặt như nhau, thí dụ khi máy bay đi qua lại nhiều lần theo cùng một vệt bánh xe, thì đường cong tăng lên của độ võng mặt đường theo mức độ chất tải phụ thuộc vào các tải trọng có thể tương ứng với một trong số đường cong được nêu ra trên hình 9.2

154 • TKM§BTXM

Hình 9.2 Biến dạng đường khi gia tải nhiều lần liên tục

Nếu các tải trọng ứng độ bền theo tính toán của mặt đường, hoặc nhỏ hơn tải trọng tính toán, còn lớp đất nền đường đã được đầm lèn chặt thì mặt đường chỉ còn chịu sự võng đàn hồi Ở thời kỳ đầu tiên sau khi đưa đường băng vào khai thác, khi đó xảy ra ổn định cuối cùng, mặt đường có thể nhận biến dạng dư liên quan tới việc đầm lèn chặt bổ sung và nó nhanh chóng chấm dứt Và tiếp theo đó mặt đường chỉ là các biến dạng đàn hồi (đường cong I)

Khi có tải trọng lớn hay là khi sự giảm đi theo thời gian cường độ của đất (vào thời

kỳ mùa xuân hay mùa thu) chúng sẽ xuất hiện các biến dạng dẻo nhỏ được tích luỹ dần dần (đường cong II) Nếu tổng cộng của chúng sau thời kỳ đã làm suy yếu mặt đường vượt quá trị số cho phép nào đó, mặt đường sẽ bị phá hoại (đường cong III)

Như vậy cường độ mặt đường phụ thuộc vào độ võng cho phép giới hạn và phụ thuộc vào số lượng các lần đặt tải trọng trong thời kỳ giảm yếu của đất Khi có các tải trọng rất lớn hay là khi cường độ của đất bị giảm đi, tích luỹ bắt đầu gia tăng lên rất nhanh và cuối cùng xảy ra sự phá huỷ hoàn toàn mặt đường

Đường cong quan hệ độ võng của mặt đường mềm sân bay với tải trọng động thể hiện trên hình 9.3 Tính chất biến dạng mặt đường phụ thuộc vào đoạn đường cong đã diễn ra sự làm việc của mặt đường và phụ thuộc vào tỉ số giữa tải trọng động và tải trọng đã gây ra sự phá huỷ làm hư hỏng mặt đường Khi tải trọng nhỏ, độ võng uốn cong tỉ lệ thuận với các tải trọng gọi là làm việc ở giai đoạn đàn hồi

Sau khi dỡ tải các biến dạng bị mất hoàn toàn và còn một ít biến dạng dư không đáng kể mà thông thường là có liên quan đến việc đầm lèn, bổ sung thêm của mặt đường và của nền đất đệm lót

Khi tăng tải trọng đã làm sinh ra các biến dạng, chúng tỉ lệ thuận với các tải trọng Mặt đường ở giai đoạn này được gọi là giai đoạn bền đối đối với tải trọng Ở giai đoạn này thường xảy ra ở các mặt đường sân bay và các áo đường cấp cao

Nếu tiếp tục tăng tải trọng, ở trong nền đất và mặt đường phát sinh các biến dạng trượt, mà chúng ta còn chưa nhận thấy rõ khi ta quan sát xem xét bề ngoài Nhưng

III

chúng đã phá vỡ tính tỉ lệ của tải trọng và của biến dạng Trước đây đối với sự hoạt động ở giai đoạn này người ta đã tính đến các mặt đường ở trên các sân bay khi cho phép có sự tích luỹ nhỏ các biến dạng ở thời kỳ của mùa thu, mùa xuân có quá ẩm ướt ở các nền đất Ở cuối giai đoạn này cường độ quy ước trong mặt đường đã thể hiện hiện

rõ các vết rạn nứt, mặc dù nó vẫn còn bảo đảm được tỉ lệ đáng kể về sức chịu tải

Hình 9.3 Đường cong quan hệ độ võng của mặt đường mềm với tải trọng động tác dụng

1 Giai đoạn bền 2 Giai đoạn bền quy ước 3 Giai đoạn phá hoại

Giai đoạn bị phá huỷ hư hỏng của mặt đường được bắt đầu sau khi đã bị lõm lún xuống cùng với độ rạn nứt trên đoạn đường này (0,8 – 1,2)D Tính từ mép cạnh ngoài rìa của bàn nén truyền tải trọng (D là đường kính của bàn nén mẫu)

Các cuộc thử nghiệm xảy ra nhiều lần với các tải trọng để làm thí nghiệm của các mặt đường mềm trên các sân bay và đường ôtô với các tấm ép có đường kính khác nhau

đã chỉ ra quan hệ giữa độ võng tới hạn tương đối của mặt đường đã bị hư hỏng lõm lún xuống theo quan hệ sau đây:

5 2 0

E

E D

h aarctg D

md

td = δ =

λ

Trong đó: h là bề dày mặt đường

D là đường kính bàn nén truyền tải trọng

a là hệ số phụ thuộc vào dạng loại mặt đường Đối với giai đoạn cuối của giai đoạn bền, với mặt đường bêtông nhựa a = 0.03; đối với mặt đường đá dăm có gia cố các vật liệu dính kết hữu cơ thì a = 0,035 Khi nền đất gia cố chất dính kết thì a = 0,04 Đối với giai đoạn cường độ quy ước, phụ thuộc vào môđun biến dạng của vật liệu mặt đường thì

156 • TKM§BTXM

Việc sử dụng các máy bay hiện đại có tải trọng lớn như máy bay siêu âm Boing

hạng nặng… đã làm tăng các yêu cầu đối với việc đảm bảo an toàn cho các chuyến bay

Vì vậy hiện nay việc thiết kế các mặt đường sân bay đang được thực hiện dựa theo các

điều kiện làm việc của chúng ở trong giai đoạn đàn hồi, không cho phép các tích luỹ

tích tụ các biến dạng dẻo Các phương pháp này về nguyên lý gần giống với phương

pháp khi ta thiết kế các đường ôtô nhưng chúng lại đơn giản hơn Bề dày chung của mặt

đường được người ta chọn từ các điều kiện khi ta tính toán về độ trùng phục của tải

trọng thì độ chỗ võng đàn hồi không vượt quá trị số đã cho phép giới hạn, còn ở trong

các lớp kết cấu làm bằng vật liệu đá đã được gia cố chất dính kết thì các ứng suất kéo

căng ra không bị vượt quá các trị số cho phép Cách tính toán được xem là cơ bản nhất

đó là tính toán về độ võng đàn hồi của các mặt đường, mà nó đặc trưng cho ứng suất

cho phép của toàn bộ kết cấu có nhiều lớp đối với các tải trọng

Đ2.9 TÍNH TOÁN VỀ BỀ DÀY CỦA MẶT ĐƯỜNG (THEO ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI GIỚI HẠN CHO PHÉP)

Theo quan điểm của cơ kết cấu thì mặt đường sân bay là hệ nhiều lớp, các lớp có độ

cứng khác nhau, chúng nằm ở trên nền đất được xem như là bán không gian đàn hồi

đẳng hướng

Việc truyền áp lực, lún và nén từng lớp riêng biệt của hệ nhiều lớp phụ thuộc vào

bề dày và môđun đàn hồi của chúng, cũng như vào khả năng chuyển dịch của lớp này

theo lớp kia trong quá trình biến dạng Đối với các vật liệu biến dạng phi tuyến tính

không đồng nhất, bao gồm các lớp kết cấu đa dạng của mặt đường sân bay (như bêtông

át phan, đá dăm đầm lèn chặt ) hiện nay ta vẫn chưa tìm ra được lời giải tối ưu về mặt

lý thuyết, mà chúng cho phép tính toán với độ chính xác cao các ứng suất truyền đến

các nền đất Vì vậy, với một vài giả thuyết, khi tính toán mặt đường người ta dựa trên

các định luật phân bố ứng suất trong môi trường có nhiều lớp mà chúng đã được giải

trong lý thuyết đàn hồi

Việc ứng dụng các sơ đồ này cho các mặt đường được chứng minh là khi độ võng

nhỏ thì chúng biến dạng như vật liệu biến dạng tuyến tính Cùng với tính chất phức tạp

của bài toán nghiên cứu, ta chưa có các cách giải quyết mà mới chỉ giải quyết cho một

số trường hợp riêng biệt Tính chất khó khăn phức tạp của bài toán tăng lên cùng với sự

tăng lên số lượng các lớp đang xem xét Vì vậy phần lớn các giải pháp đã được công bố

thuộc về hệ hai lớp, mà ở đó lớp trên cùng có môđun đàn hồi lớn hơn so với lớp đệm

bán không gian đàn hồi đẳng hướng

Các kết cấu của các mặt đường sân bay rất đa dạng phong phú Để đảm bảo cân

bằng bền vững và khả năng so sánh các phương án khác nhau về độ bền vững người ta

đánh giá chúng bằng môđun đàn hồi tương đương– là môđun của bán không gian đồng

nhất, mà khi có tải trọng tính toán tác dụng thì đều có sự biến dạng giống như mặt

đường nhiều lớp Môđun đàn hồi tương đương về mặt lý thuyết của kết cấu đã chọn của

mặt đường sân bay được xác định theo toán đồ được lập ra trên cơ sở nghiên cứu về các

ứng suất và các biến dạng trong hệ hai lớp (hình 9.4) của Giáo sư B.I Kôgan

Toán đồ chỉ ra giá trị môđun đàn hồi của lớp trên và lớp dưới E1 và E2, chiều dày

tương đối của lớp trên h/D và giá trị môđun đàn hồi tương đương của cả hệ hai lớp Etđ

Biết 4 trong các giá trị trên có thể tìm giá trị thứ 5 theo toán đồ

Thí dụ: Khi biết được bề dày của mặt đường là h và môđun biến dạng của nó là E1,

môđun đàn hồi của nền đất lót đệm là E2 và đường kính của diện tích mặt hình vòng

tròn theo tính toán là D, mà từ đó tải trọng truyền qua mặt đường đến nền đất dưới, để

xác định môđun đàn hồi tương đương của hệ hai lớp là mặt đường – nền đất người ta

thực hiện các thao tác sau đây:

Đầu tiên người ta xác định đường kính vòng tròn, mà qua nó tải trọng được truyền

xuống mặt đường Người ta tính toán theo vệt lốp xe khi có tải trọng tác dụng lên bánh

xe, được tăng thêm hệ số ảnh hưởng của các bánh xe còn lại của trụ đỡ Kết cấu nhiều

lớp của mặt đường khi xác định môđun đàn hồi tương đương được thay thế bằng một

lớp có chiều dày H, bằng tổng chiều dày của các lớp, còn môđun đàn hồi của nó được

lấy bằng E theo công thức 9.1 bao gồm cả lớp trên, và lớp đất đắp của nền: tb

Hình 9.4 Toán đồ để xác định môdun đàn hồi tương đương

của hệ hai lớp E tđ (các số trên các đường cong biểu thị tỷ số của môđun

3 2 1

3 3 2 2 1 1

+++

++

+

=

h h h

h E h E h E

158 • TKM§BTXM

Trên trục tung (hình 9.4) tìm điểm tương ứng tỷ lệ E2/Etb; còn trên trục hoành lấy

giá trị tỷ lệ H/D Hạ từ các điểm đó các đường vuông góc, xác định nội suy giá trị

đường cong trên toán đồ, mà nó đi qua điểm giao nhau các đường vuông góc Từ tỷ lệ

Ψ =Etđ/E1, ta có thể xác định giá trị Etđ = Ψ E1 cần tìm

Hình 9.5 Sơ đồ để xác định các môđun tương đương (môđun chung)

của mặt đường sân bay gồm có:

a) Khi xác định hệ số ảnh hưởng của các bánh xe bên cạnh;

b) Xác định ứng suất kéo uốn trong bê tông atphal

1 Bê tông atphal 2 Lớp đá gia cường 3 Đá không được gia cường;

4 Lớp trên nền đường 5 Nền đất tự nhiên

Trong đó: E1;E2;E3 môđun đàn hồi tính toán của các lớp kết cấu riêng biệt với

chiều dày tương ứng h1, h2, h3;

Độ biến dạng của lớp bán không gian đồng nhất khi có tác dụng của tải trọng tính

toán có thể tính theo công thức Busineska đối với độ võng của bề mặt lớp bán không

gian đàn hồi đẳng hướng do tải trọng được phân bố đều theo hình tròn:

td

E

qD(1 μ2)

Trong đó: q – Áp lực trong lốp bánh xe máy bay tính toán

D – Đường kính của hình tròn tiếp xúc mặt đường của bánh xe tính toán

μ– Hệ số Poát xông của các vật liệu làm mặt đường (μ =0,25−0,35)

Có thể lấy theo công thức:

td E

qD

9,0

=

δ

Cường độ trong kết cấu đã chọn của mặt đường sân bay sẽ được đảm bảo nếu độ

võng tương đối theo tính toán λp =δ /D=0,9q/Э td nhỏ hơn độ võng tiêu chuẩn cho

phép lớn nhất của mặt đường, được xác định theo thí nghiệm mặt đường sân bay và trên

cơ sở các thí nghiệm chuyên môn, có tính đến hệ số điều kiện làm việc của các khu vực

khác nhau của sân bay k

λgh – Độ võng tiêu chuẩn cho phép của mặt đường lấy theo quy định;

k – Hệ số điều kiện làm việc của các khu vực khác nhau của sân bay;

Etđ – Môđun đàn hồi tương đương của kết cấu hai lớp

Bảng 9.1

Hệ số điều kiện làm việc của MĐ sân bay theo vùng

Mặt đường sân bay

A B,C D A B,C D A B,C D Mặt đường mềm

1 1,2

1,05

0,9

1

1 1,3

1,1

0,9

1

1 1,3

1

0,750,850,951,2

1,05

0,850,951,251,3

1,1

1,05 1,15 0,9 1,4

1

0,7 0,8 0,9 1,2

1,05

0,8 0,9 0,9 1,3

1,1

1 1,11,21,4

Các giá trị của các độ võng tương đối giới hạn đối với các mặt đường ở trên các nền

đất khác nhau đã được nêu rõ trên hình 9.6 đối với các máy bay có áp suất bên trong

bánh xe khác nhau và khi có số lần tác dụng của tải trọng của máy bay thiết kế trong

một ngày đêm ở năm cuối cùng của thời kỳ phục vụ theo thiết kế Thời hạn này được

người ta lấy bằng 10 năm đối với các mặt đường bêtông átphan và 5 năm đối với các

mặt đường có dạng giản đơn

Đối với các mặt đường có dạng giản đơn làm từ các vật liệu đá có độ bền cao, có

thành phần đã được chọn lọc kỹ và được gia cố thêm bằng các vật liệu dính kết hữu cơ

và kết dính khoáng chất, độ võng tương đối theo tính toán được tăng lên 20% so với các

trị số đã quy đổi áp dụng đưa vào ở trên hình 9.6