Kiểm soát tải trọng xe chạy trên đường tỉnh 912 phục vụ công tác khai thác đường

Do hầu hết các tuyến đường trên địa bàn tỉnh được xây dựng có kết cấu nền cấp phối đá dăm, mặt đường láng nhựa nên hiện nay nhiều tuyến đường đã xuống cấp hư hỏng xuất hiện ngày cà

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỒNG HẢI

Phản biện 1: TS NGUYỄN THANH TÂM

Phản biện 2: PGS.TS.PHAN CAO THỌ

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật, Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 14 tháng 11 năm

2019

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

-Thư viện Khoa kỹ thuật xây dựng công trình giao thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết lựa chọn đề tài

Hiện nay toàn tỉnh có 03 tuyến Quốc lộ 53, 54, 60 với tổng chiều dài 236,2 km (chiếm khoảng 27,8%) do Trung ương quản lý; Đường tỉnh có 05 tuyến với tổng chiều dài 228,78 km và Đường huyện có 42 tuyến với tổng chiều dài 479,59 km

Do hầu hết các tuyến đường trên địa bàn tỉnh được xây dựng có kết cấu nền cấp phối đá dăm, mặt đường láng nhựa nên hiện nay nhiều tuyến đường đã xuống cấp hư hỏng xuất hiện ngày càng nhiều, nguyên nhân chủ yếu do xe quá tải trọng gây ra, đặt biệt là trong mùa mưa, mùa nước lũ (từ tháng 8 năm trước đến tháng 3 năm sau), do đó nếu không kiểm soát tốt tải trọng xe, lưu hành xe vượt tải trọng thiết kế của đường thì tuổi thọ của đường sẽ giảm nhanh chóng, đồng nghĩa với chi phí bảo dưỡng đường sẽ tăng cao Do đó việc kiểm soát tải trọng là rất cần thiết

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Ảnh hưởng của tải trọng đến hư hỏng mặt đường và chất lượng khai thác của đường

Đề xuất giải pháp kiểm soát tải trọng khai thác phù hợp với cường

độ thực tế của kết cấu mặt đường, đặc biệt trong điều kiện thời tiết bất lợi (mùa mưa), nhằm hạn chế hư hỏng và nâng cao chất lượng khai thác của đường

3.2 Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá thực trạng công tác quản lý, khai thác đường và thực trạng kiểm soát tải trọng xe chạy

- Đề xuất giải pháp kiểm soát tải trọng khai thác phù hợp với điều

kiện khai thác của kết cấu nền mặt đường

4 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát, đánh giá tình trạng hư hỏng mặt đường và cường độ kết cấu mặt đường hiện trạng của tuyến đường tỉnh 912 ở mùa bất lợi nhất (mùa mưa hoặc mùa nước lũ);

- Phân tích tình hình giao thông và đánh giá chất lượng khai thác của đường;

- Đề xuất giải pháp kiểm soát tải trọng trong quá trình khai thác và

chiến lược bảo trì để nâng cao hiệu quả khai thác của đường

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm, điều tra tình hình giao thông, khảo sát và đánh giá chất lượng khai thác đường;

- Phân tích, đề xuất giải pháp kiểm soát tải trọng, chiến lược bảo trì nhằm nâng cao chất lượng khai thác của đường

6 Bố cục của luận văn

- Phần mở đầu

Chương 1: Ảnh hưởng của tải trọng xe chay đến điều kiện khai thác đường và thực trạng công tác quản lý khai thác đường của tỉnh Trà Vinh

Chương 2: khảo sát lưu lượng xe và đánh giá tình trạng mặt đường tuyến ĐT 912

Chương 3: đề xuất biện pháp kiểm soát tải trọng xe chạy phục vụ công tác khai thác đường tỉnh, tỉnh trà vinh

Chương 1 ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY ĐẾN ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC ĐƯỜNG VÀ THỰC TRẠNG CÔNG TÁC QUẢN LÝ KHAI THÁC ĐƯỜNG TỈNH TRÀ VINH 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khai thác mặt đường

1.2.1 Tác dụng của tải trọng xe chạy lên mặt đường mềm

Tải trọng tác dụng lên mặt đường là tải trọng động, tức thời và có tính chất trùng phục Độ lớn của tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào tải trọng trục xe, diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, cấu tạo hình dạng và kích thước lốp xe

1.2.2 Ảnh hưởng của tải trọng xe chạy đến cơ chế làm việc của nền đất và vật liệu áo đường

Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, trong các lớp kết cấu áo đường và nền đất phát sinh các ứng suất và biến dạng Trị số ứng suất

và biến dạng phụ thuộc vào tính chất, cường độ của các lớp vật liệu mặt đường và nền đất (đặc trưng bởi trị số mô đun đàn hồi của vật liệu, hệ số poát xông), đặc điểm tác dụng của tải trọng như thời gian lặp lại của tải trọng (cấu hình cụm trục, tần số hay thời gian tác dụng của tải trọng, liên quan đến tốc độ xe chạy), độ lớn của tải trọng Thời gian tác dụng của tải trọng càng lâu (tần số tác dụng của tải trọng càng lớn hay tốc độ xe chạy càng chậm), áp lực của tải trọng trên mặt đường càng lớn, ứng suất và biến dạng trong các lớp vật liệu mặt đường càng lớn

1.2.3 Hiện tượng phá hoại kết cấu áo đường mềm và nguyên lý tính toán cường độ áo đường mềm

Dưới tác dụng của tải trọng bánh xe, ngay dưới mặt tiếp xúc của bánh xe với lớp mặt của kết cấu áo đường sẽ bị nén, xung quanh phạm vị tiếp xúc phát sinh ứng suất cắt Trên mặt đường cong xung quanh chỗ tiếp xúc các đường nứt hướng tâm, vật liệu thường được đẩy trồi lên, mặt đường thường bị nứt vỡ trên bề mặt Tại vị trí đáy

kết cấu áo đường, ngay bên dưới bánh xe sẽ bị nứt do ứng xuất kéo

1.2.4 Một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của tải trọng đến hư hỏng nền mặt đường

a Kết quả nghiên cứu của nước ngoài

b Kết quả thử nghiệm của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

1.3 Hệ thống giao thông đường bộ và thực trạng công tác quản lý khai thác hệ thống đường tại địa bàn tỉnh Trà Vinh

1.3.1 Hệ thống giao thông đường bộ tỉnh Trà Vinh

Hệ thống giao thông đường bộ trên địa bàn tỉnh gồm có 03 tuyến Quốc lộ 53, 54, 60 với tổng chiều dài 236,2 km do Trung ương quản

lý (chiếm 25%); đường tỉnh có 05 tuyến với tổng chiều dài 228,78

km (chiếm 24%) và đường huyện có 42 tuyến với tổng chiều dài 479,59 km (chiếm 51%) Các Quốc lộ chỉ có quy mô cấp III đồng bằng, các tuyến ĐT và ĐH có quy mô chỉ từ cấp IV đến cấp VI đồng bằng, nhiều đoạn, tuyến hư hỏng xuống cấp chưa được duy tu, sửa chữa kịp thời

1.3.2 Thực trạng công tác quản lý, khai thác đường tỉnh Trà Vinh

a Phân cấp và tổ chức bộ máy quản lý khai thác đường

b Thực trạng quản lý khai thác

c Nguyên nhân

1.4 Sự cần thiết phải cần thiết phải kiểm soát tải trọng để phục công tác khai thác đường bền vững

Thực tế hầu hết các tuyến đường trên địa bàn tỉnh Trà Vinh được xây dựng có kết cấu nền cấp phối đá dăm, mặt đường láng nhựa và công tác duy tu sửa chữa không kịp thời, đồng thời lưu lượng vận tải trên địa bàn tỉnh trong những năm gần đây tăng nhanh (từ 11-12%/năm), trong đó có nhiều xe tải trọng lớn và xe quá tải lưu thông, nên nhiều tuyến đường đã xuống cấp xuất hiện các hiện tượng hư hỏng ngày càng nhiều, đặt biệt là trong mùa mưa, mùa nước lũ (từ tháng 6 đến tháng 10) Nếu không có giải pháp kiểm soát tốt tải trọng

xe, lưu hành xe vượt tải trọng thiết kế của đường thì tuổi thọ của đường sẽ giảm nhanh chóng, đồng nghĩa với chi phí bảo dưỡng đường sẽ tăng cao Do đó việc kiểm soát tải trọng là rất cần thiết để phục vụ công tác khai thác đường được bền vững, đảm bảo tốt an toàn giao thông, góp phần phục vụ phát triển kinh tế địa phương

1.4 Kết luận chương 1

Chất lượng mặt đường có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khai thác Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, mặt đường xuất hiện các ứng suất, biến dạng Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tải trọng trục, áp suất

và độ cứng của bánh xe là 3 yếu tố có ảnh hưởng không nhỏ đến tuổi thọ của kết cấu mặt đường Tải trọng trục, độ cứng và áp suất của lốp càng cao, khả năng gây hư hỏng mặt đường càng lớn, nhất là đối với lớp bê tông nhựa phía trên bề mặt

Hệ thống giao thông đường bộ trên địa bàn tỉnh Trà Vinh, ngoài các tuyến Quốc lộ có lớp mặt bê tông nhựa do Trung ương quản lý, các tuyến đường tỉnh và đường huyện chủ yếu cấu tạo lớp mặt láng nhựa, sau thời gian khai thác nhiều tuyến đường đã xuống cấp, hư hỏng nghiêm trọng Hiện tượng hư hỏng mặt đường xuất hiện ngày

càng nhiều, với các dạng hư hỏng như: hằn lún vệt bánh xe, nứt mặt đường, đẩy trồi nhựa, dồn nhựa gây lượng sóng, ổ gà, nguyên nhân chủ yếu do xe quá tải trọng gây ra, đặt biệt là trong mùa bất lợi (từ tháng 6 đến tháng 10) Nguyên nhân là do đầu tư xây dựng chưa theo kịp nhu cầu vận tải, công tác bảo trì chưa tốt dẫn đến kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ sau khi đưa vào khai thác nhanh hư hỏng, xuống cấp

Để hạn chế các hư hỏng phát triển, ảnh hưởng đến chất lượng khai thác và an toàn xe chạy, bên cạnh việc thực hiện tốt công tác quản lý bảo trì mặt đường và các công trình trên đường, cần chú ý kiểm soát tải trọng xe chạy Đây là nhiệm vụ cần thiết để phục vụ công tác khai thác đường được bền vững, đảm bảo tốt an toàn giao thông, góp phần phục vụ phát triển kinh tế địa phương

Chương 2 KHẢO SÁT LƯU LƯỢNG XE VÀ ĐÁNH GIÁ

TÌNH TRẠNG MẶT ĐƯỜNG TUYẾN ĐT 912

2.1 Giới thiệu tuyến Đường tỉnh 912

Được xây dựng từ năm 2003 đến 2005 với quy mô cấp IV đồng bằng, tốc độ thiết kế 60 km/h Tổng chiều dài tuyến 17,2 km, có điểm đầu giáp Quốc lộ 54 huyện Tiểu Cần, điểm cuối giáp Quốc lộ 54 huyện Châu Thành

Mặt đường cấu tạo gồm 2 làn xe, chiều rộng mặt đường 6,0m; nền đường rộng 9,0m (Hình 2.2) Tải trọng thiết kế: trục 10 tấn

Trên tuyến có 6 công trình cầu bê tông cốt thép có khổ cầu 6,0m, tải trọng thiết kế H18-X60, tải trọng khai thác 18 Tấn

2.2 Kết quả khảo sát lưu lượng và thành phần xe trên tuyến

Kết quả đếm xe được thực hiện theo từng bước thời gian 30 phút

và phân loại theo thành phần xe, gồm: xe đạp, xe máy, xe con, xe tải

2 trục và xe buýt < 25 chỗ, xe tải 3 trục và xe buýt > 25 chỗ, xe kéo mooc Kết quả cho thấy lưu lượng xe giữa các ngày có sự chênh lệch nhau nhưng không đáng kể, ngày nghỉ (thứ 7, ngày 25/5/2019) lưu lượng xe thấp hơn ngày làm việc (khoảng 5÷15%) Thành phần xe đạp và xe máy chiếm tỷ lệ 87%, xe con chiếm 4%, xe tải 2 trục và xe buýt <25 chỗ chiếm 6%, xe tải 3 trục và xe buýt > 25 chỗ chiếm 2,9% và xe romooc chiếm 0,1%

2.3 Kết quả đo mô đun đàn hồi mặt đường cũ

2.3.1 Phương pháp và dụng cụ thí nghiệm

Phương pháp thí nghiệm: Đo độ võng đàn hồi dưới tấm ép cứng bằng thí nghiệm nén tỉnh theo tiêu chuẩn TCVN 8861-2011

2.3.2 Thời điểm thí nghiệm

Để đánh giá ảnh hưởng của điều kiện khí hậu đến cường độ mặt

đường, các điểm thí nghiệm được chọn cố định và tiến hành thực hiện thí nghiệm tại hai thời điểm khác nhau: ngày 09/5/2019 trời nắng nóng đặc trưng cho mùa khô tháng 4-5 và ngày 16/8/2019 sau đợt mưa dài ngày, đặc trưng cho mùa mưa (tháng 6 đến tháng 10)

2.3.3 Kết quả thí nghiệm

a Mô đun đàn hồi tại thời điểm đặc trưng cho mùa khô

- Thời điểm đo: Từ 10 giờ đến 16 giờ

Độ lún đàn hồi, Lđh (mm)

Mođun đàn hồi Eđh (Mpa)

Tình trạng mặt đường

Không tải

Đặt tải

Dỡ tải

Km1 + 000 367 401 349 52 1.04 134.9 Tốt Km2 + 50 348 409 357 52 1.04 134.9 Tốt Km3 + 00 368 395 340 55 1.10 127.5 Xấu Km4 + 00 384 420 370 50 1.00 140.3 TB Km6 + 50 424 484 431 53 1.06 132.4 TB Km10 + 00 592 656 603 53 1.06 132.4 TB Km12 + 570 254 320 268 52 1.04 134.9 TB Km16 + 500 303 354 300 54 1.08 129.9 Xấu

b Thí nghiệm đánh giá cường độ mặt đường trong mùa mưa (mùa bất lợi)

Bảng 2.6 Kết quả đo cường độ mặt đường (Eđh) mùa mưa (mùa

Độ lún đàn hồi Lđh (mm)

Môđun đàn hồi tính toán Eđh (Mpa)

Tình trạng mặt đường

Không

tải Đặt tải Dỡ tải

Km1 + 00 140 210 152 58 1.16 122.0 TB Km2 + 50 180 261 195 66 1.32 107.2 Xấu Km3 + 00 187 267 205 62 1.24 114.1 Xấu

Km4 + 00 155 233 168 65 1.3 108.9 Xấu Km6 + 50 93 173 117 56 1.12 126.4 Xấu Km10 + 00 87 161 98 63 1.26 112.3 Xấu Km12 + 570 150 232 164 68 1.36 104.1 Xấu Km16 + 500 69 127 72 55 1.1 128.6 Xấu Km7+750 115 198 126 72 1.44

98.3

Rất xấu

Km 13+400 230 326 241 85 1.7

83.2

Rất xấu

2.4 Kết quả khảo sát, đánh giá hiện trạng mặt đường

2.4.1 Phân đoạn khảo sát

- Thứ nhất: căn cứ vào sự khác nhau của loại kết cấu mặt đường;

- Thứ hai: căn cứ vào sự thay đổi chiều rộng của nền mặt đường (cấp đường);

2.3.3 Kết quả khảo sát hư hỏng mặt đường

a Đoạn 1: Từ Km0+00 đến Km4+500

Trên đoạn này nền, mặt đường ồn định không sạt lỡ, không rạn nứt lớn; mặt đường bị bong tróc, có xuất hiện ổ gà và nứt vỡ mép mặt đường với tỉ lệ <0,5%

đường chiếm 3÷5%, (xem Hình 2.18)

d Đoạn 4: từ 12+500 ÷ km 17+200,

Trên đoạn này taluy đường, lề đường bị sạt lỡ, mặt đường bị vỡ, rạn nứt lớn (bề rộng vết nứt ≥ 3mm); xuất hiện ồ gà, nứt vỡ mép mặt đường, với tỉ lệ 1%;

2.3.4 Tổng hợp các dạng hư hỏng trên toàn tuyến và nguyên nhân hư hỏng

2.4 Kết luận chương 2

Qua kết quả khảo sát và kết thí nghiệm đo mô đun đàn hồi mặt đường kết luận như sau:

- Lưu lượng xe chạy trên tuyến tăng dần theo thời gian, trong đó

tỷ lệ thành phần xe tải nhẹ 2 trục, tải nặng 3 trục và romooc chiếm 9% thành phần dòng xe Kết quả đếm xe năm 2018 và năm 2019 cho thấy tỷ lệ tăng trưởng khoảng 7÷8% đối với xe con; khoảng 12÷13% đối với xe tải 2 trục và xe buýt <25 chỗ; 12÷13% đối với xe tải 3 trục

và xe buýt >25 chỗ và khoảng 14÷15% đối với xe romooc

- Về hiện trạng mặt Đường tỉnh 912 đã bị hư hỏng nhiều đoạn đã xuống cấp, với tình trạng đường từ trung bình đến rất xấu

- Kết quả thí nghiệm đo cường độ mặt đường (Eđh) trong 2 thời điểm mùa nắng và mùa mưa cho thấy trong mùa khô chất lượng mặt đường tương đối tốt, môđun đàn hồi tương đương môđun đàn hồi thiết kế (Eđh Etk 130Mpa) Tuy nhiên khi bị thời tiết bất lợi (mưa liên tục nhiều ngày) thì môđun đàn hồi giảm từ 12 ÷ 15 % và cao nhất 22% so với mùa nắng Dưới tác dụng của tải trọng xe làm kết cấu nền, mặt đường xuống cấp, hư hỏng xảy ra nhanh chóng, với các hiện tượng như: lún, nứt mặt đường, bong tróc vật liệu bề mặt, ổ gà, gây mất an toàn giao thông

- Do mặt đường nhiều đoạn hư hỏng, xuống cấp nên tốc độ xe chạy thực tế (Vtt=50÷55 km/h) không còn đáp ứng được tốc độ thiết (Vtk = 60km/h)

Chương 3

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT TẢI TRỌNG XE CHẠY PHỤC VỤ CÔNG TÁC KHAI THÁC ĐƯỜNG TỈNH,

TỈNH TRÀ VINH 3.1 Giới thiệu

Công tác kiểm soát tải trọng xe trong quản lý khai thác đường trên địa bàn tỉnh chưa thật sự thuờng xuyên và đi vào chiều sâu nhằm mục tiêu nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ tốt kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ Trên cơ sở khảo sát lưu lượng xe hiện tại, tình trạng

hư hỏng mặt đường và cường độ mặt đường cũ vào mùa nắng và sau mưa, luận văn phân tích, đánh giá khả năng đáp ứng lưu lượng xe chạy của mặt đường tại thời điểm hiện nay, từ đó đề xuất giải pháp kiểm soát tải trọng vào mùa nắng và mùa mưa nhằm hạn chế phát triển các

hư hỏng của mặt đường do tải trọng xe chạy gây ra trong điều kiện khó khăn về nguồn kinh phí sữa chữa, bảo trì nâng cấp mặt đường

3.2 Dự báo lưu lượng giao thông và mô đun đàn hồi yêu cầu mặt đường

Mục đích: phục vụ cho việc phân tính đánh giá khả năng đáp ứng lưu lượng xe chạy của kết cấu mặt đường hiện hữu, đồng thời có các giải pháp kiểm soát tải trọng xe trên tuyến trong trường hợp kết cấu mặt đường không đáp ứng lưu lượng xe chạy

3.2.1 Kết quả khảo sát lưu lượng xe tại thời điểm hiện tại

Kết quả thống kê cho thấy: lưu lượng xe ta có thành phần các loại

xe như sau: Xe tải 2 trục, buýt <25 chỗ, chiếm 59%; Xe tải 3 trục, buýt > 25 chỗ, chiếm 37%; Xe Rơmooc chiếm 4% Trường hợp không tính xe Rơmoóc (cấm lưu thông) thành phần mỗi loại xe là: Xe tải 2 trục, buýt <25 chỗ, chiếm 61%; Xe tải 3 trục, buýt > 25 chỗ, chiếm 39%